Характеристика элемента по периодической системе

     4. Основные соединения (Тип  связи в атоме  молекулы, нахождение  в природе, свойства, применение) 

     Важнейшими  соединениями йода являются йодистый водород, йодиды, соединения положительно одновалентного йода, йодаты и йодорганические  соединения. Йодистый водород - газ  с резким раздражающим запахом. Один объем воды при комнатной температуре растворяет более 1000 объемов йодистого водорода, при этом происходит выделение энергии. Водный раствор йодистого водорода – йодистоводородная кислота - является очень сильной кислотой. Растворы йодистоводородной кислоты и йодид-ион в кислой среде проявляют восстановительные свойства. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал системы «йод - йодид-ион» равен +0,54 В, то есть йодид-ион в кислой среде является более сильным восстановителем, чем ион двухвалентного железа. Йодид-ион взаимодействует с ионом двухвалентной меди с образованием нерастворимого в воде йодида одновалентной меди и выделением молекулярного йода. Таким образом, в кислой среде невозможно одновременное существование йодид-ионов и ионов трехвалентного железа, соединений трех- и четырехвалентного марганца, ионов двухвалентной меди. С другой стороны, молекулярный йод окисляет сероводород и сульфид-ион при любом значении рН, образуя при этом йодид-ион. Окислительно-восстановительные свойства йода определяют формы нахождения элемента в различных природных системах. В сильнокислых почвах с господством окислительной обстановки накопление йодидов невозможно, тогда как в анаэробных условиях, создающихся, в частности, в глеевых горизонтах почв, эта форма микроэлемента является устойчивой.

     В нейтральной среде йодиды более  устойчивы, чем в кислой, хотя и  в этих условиях растворы йодидов  медленно окисляются кислородом воздуха  с выделением молекулярного йода. В щелочной среде устойчивость йодидов  возрастает.

     Растворимость йодидов возрастает в ряду йодид ртути, йодид золота, йодид серебра, йодид одновалентной меди, йодид свинца. Остальные йодиды металлических катионов и аммония хорошо растворимы в воде.

     Наибольшей  реакционной способностью и физиологической  активностью обладают соединения положительно одновалентного йода. Вследствие своей неустойчивости и реакционной способности они встречаются в биосфере в низких концентрациях. Как было отмечено раньше, однозарядный положительный катион йода может быть получен специальными методами в лаборатории, но в естественных условиях он крайне неустойчив. В природе соединения положительно поляризованного одновалентного йода находятся в других формах.

     Окись одновалентного йода не существует. Содержащая йод в степени окисления +1 йодноватистая  кислота является очень неустойчивым соединением. Ее разбавленный раствор получают при встряхивании водного раствора йода с окисью ртути. В кислой среде йодноватистая кислота является сильным окислителем, в щелочной среде при рН выше 9 гипойодит-ион взаимодействует с водой с образованием йодид-иона и йодат-иона.

     Молекулярный  йод, в отличие от кислорода и  азота, не является неполярным веществом. Измерения дипольного момента молекулярного  йода в свободном состоянии и  в растворах дают величины от 0,6 до 1,5 D, что указывает на значительное разделение зарядов в молекуле. В биосфере невозможно изолированное существование молекулярного йода. Везде, в любых средах биосферы молекулы йода будут сталкиваться с поляризующими веществами, из которых наибольшее значение имеет вода.

     По  классическим представлениям при растворении молекулярного йода в воде устанавливается равновесие:

     I2 + H2O=I + HOI.

     Равновесие  сильно смещено влево. Образующаяся йодноватистая кислота может  взаимодействовать с водой как  амфотерное соединение. Исследования В.О. Мохнача и сотрудников [Мохнач, 1968] показали, что в растворах молекулярного йода не обнаруживается йодид-ион. Ультрафиолетовые спектры поглощения системы «молекулярный йод-вода» обнаруживают максимумы поглощения в диапазонах 288 - 290 нм, 350 - 354 нм и около 460 нм. Первая полоса - поглощение трийодид-иона, вторая соответствует аниону IO- , третья - поляризованной гидратированной молекуле йода. Отсутствие поглощения в диапазоне 224 - 226 нм свидетельствует об отсутствии йодид-ионов в растворе. По мнению автора, в растворах молекулярного йода устанавливается равновесие 2I2 + Н2О =2Н+ + I3 +IO-. Анион йодноватистой кислоты является причиной сильной окислительной и физиологической активности растворов молекулярного йода.

     Другим  важным соединением, содержащим положительно поляризованный одновалентный йод, является однохлористый йод. Он образуется при непосредственном взаимодействии йода с хлором. Однохлористый йод представляет собой кристаллы желтого цвета, плавящиеся при 27° С и кипящие при 100 - 102 °С с частичным разложением. Более устойчивая форма однохлористого йода - рубиново-красные кристаллы.

     Относительно  характера химической связи в  этом соединении существует несколько  мнений. Неницеску [1968] указывает на преимущественно ковалентную связь, аргументируя это низкой температурой плавления и кипения вещества. Он же указывает, что жидкий однохлористый йод не проводит электрический ток. Однако Фарадей обнаружил электропроводность однохлористого йода в жидком состоянии, причем йод выделялся на катоде, а хлор - на аноде. Растворы однохлористого йода в ионизирующих растворителях обнаруживают аналогичные свойства. В парах молекула однохлористого йода имеет дипольный момент 0,65 D. В неполярных растворителях значение дипольного момента сильно возрастает: до 1,47 D в циклогексане и 1,49 D в четыреххлористом углероде, что указывает на существенно ионный характер связи. В полярных растворителях проявляется диссоциация однохлористого йода вследствие сильных электроноакцепторных свойств положительно поляризованного йода.

     Исследования  спектров поглощения растворов однохлористого йода в ультрафиолетовой и видимой  области [Мохнач, 1974] показали, что в  спиртовых и солянокислых растворах  однохлористого йода йод находится  в форме йодид-иона и аниона йодноватистой  кислоты. В водных растворах появляется полоса поглощения, отвечающая гидратированной молекуле йода.

     Однохлористый йод обладает высокой биологической  активностью. Он используется в медицине и ветеринарии в качестве антибактериального и дезинфицирующего средства, а также в органическом синтезе как йодирующий агент.

     Неорганические  соединения положительного трехвалентного йода неустойчивы. Органические соединения подразделяются на две группы: соединения йодония, имеющие некоторое химическое сходство с соединениями аммония, и йодозосоединения, содержащие связанный с йодом атом кислорода. В природе стабильные соединения трехвалентного йода не обнаружены, хотя нельзя исключать, что некоторые из них являются промежуточными продуктами метаболизма йода.

     Одной из важнейших форм нахождения йода в объектах биосферы является йод в степени окисления +5. Известны как неорганические, так и органические производные пятивалентного йода. Неорганические соединения пятивалентного йода являются производными йодноватой кислоты НЮ3. Йодноватая кислота представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, плавящееся при 110°С без разложения, хорошо растворимое в воде и нерастворимое в неполярных органических растворителях. Нагревание йодноватой кислоты до 195°С приводит к отщеплению воды и образованию пятиокиси йода [Неницеску, 1968]. Йодноватая кислота является сильной кислотой, в разбавленных водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы. В кислой среде йодноватая кислота - достаточно сильный окислитель. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы «йодноватая кислота / молекулярный йод» равен +1,19 В, системы «йодноватая кислота / йодид-ион» -+1,085 В. В нейтральной и тем более в щелочной среде окислительная активность йодноватой кислоты намного ниже.

     В природе относительно широко распространены соли йодноватой кислоты - йодаты. Йодаты представляют собой кристаллические вещества, бесцветные, если не окрашен катион. Большинство йодатов хорошо растворяются в воде. К труднорастворимым йодатам относятся йодаты щелочноземельных металлов (кальция, стронция, бария), а также йодат церия, йодат свинца, йодат серебра. Некоторые из этих соединений встречаются в природе.

     Йодаты  более устойчивы, чем аналогичные  броматы и хлораты, но также проявляют  окислительные свойства. В щелочной среде йодаты могут быть окислены сильными окислителями (гипохлоритом натрия или молекулярным хлором) до перйодатов - соединений семивалентного йода. Известны перйодаты натрия, серебра и некоторых других катионов. Соответствующая степени окисления йода +7 кислота плавится при 130°С с разложением на пятиокись йода и молекулярный кислород. Высокая окислительная активность соединений семивалентного йода является причиной узкого распространения этой формы микроэлемента в объектах биосферы. Перйодаты могут быть устойчивы только в нейтральных и щелочных почвах сухих и жарких областей.

     Многообразие  химических форм соединений йода, легкость перехода между различными валентными соединениями, легкая летучесть свободного йода дали повод великому советскому геохимику А.Е. Ферсману охарактеризовать йод как элемент со сказочными свойствами. Уникальные свойства йода и его соединений позволяют этому элементу присутствовать в микроколичествах во всех без исключения объектах живой и неживой природы. Соединения йода в разных валентных состояниях обладают различной миграционной способностью и действием на живые организмы, поэтому при рассмотрении судьбы микроэлемента в биосфере необходимо учитывать как его валентные состояния в конкретных объектах биосферы, так и возможные окислительно-восстановительные превращения в рассматриваемых условиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. Получение простого  вещества (Промышленный  способ) 

     Сырьем  для промышленного получения  Йода в России служат нефтяные буровые воды; за рубежом — морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, содержащие до 0,4% Йода в виде Йодата натрия. Для извлечения Йода из нефтяных вод (содержа-щих традиционно 20 — 40 мг/л Йода в виде Йодидов) на них поначалу действуют хлором либо азотистой кислотой. Выделившийся Йод или адсорбируют активным углем, или выдувают воздухом. На Йод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью либо сульфитом натрия. Из товаров реакции свободный Йод выделяют действием хлора либо серной кислоты и окислителя, к примеру, дихромата калия. При выдувании воздухом Йод поглощают смесью двуокиси серы с водяным паром и потом вытесняют Йод хлором. Сырой кристаллический Йод очищают возгонкой. 1) Буровая вода; 2) кислота; 3) башня подкисления и окисления (хлоратор); 4) хлор; 5) башня отдувки элементного Йода (десорбер); 6) воздух; 7) сернистый газ; 8) уловитель (адсорбер); 9) Йодоватистая и серная кислоты (сорбент); 10) сборник сорбента; 11) кристаллизатор (тут Йод выделяется из сорбента); 12) Йод — сырец; 13) безЙодная буровая вода;  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение 

     До  начала двадцатого века йод не считался необходимым элементом питания  для растений, что было связано  как с недостаточным пониманием роли микроэлементов в жизнедеятельности  растений, так и с отсутствием  экспериментального материала по накоплению йода растениями. Кроме того, поступление йода в наземные растения из атмосферы маскировало необходимость присутствия его в почве.

     В середине века Льюис и Пауэрc, проведя  опыты с тщательно очищенными реактивами и водой, пришли к выводу, что йод не является необходимым элементом (или потребности в нем очень низкие) для кукурузы, ячменя, латука. Наряду с этим они признали, что растения могут удовлетворять свои потребности в йоде из атмосферы. Гипотеза о неэссенциальности йода подкреплялась отсутствием его в составе таких высокоактивных соединений, как ферменты, витамины, растительные гормоны. Йод и его соединения обладают значительной токсичностью при избыточной концентрации в питательной среде. Все эти факты приводили некоторых авторов к заключению о ненужности йода для растений [Школьник, 1974; Кашин, 1987].

     В последнее время развиваются  представления о том, что необходимыми следует считать элементы, не только входящие в состав гормонов и ферментных комплексов, но и те, которые связаны  с неспецифической активацией энзиматических систем, участвуют в метаболизме, входят в структурные компоненты клетки, осуществляют поддержание биологически активного конформационного состояния молекул, вызывают изменение электронной структуры субстрата [Власюк, 1974; Власюк и др., 1983].

     Опыты с водорослями, томатами, а также  с изолированными органами наземных растений [Портянко, 1980] показывают, что  необходимость йода выявляется прежде всего для тех видов и органов, которые отличаются повышенным содержанием  этого микроэлемента. Это свидетельствует о том, что йод в них тесно связан с обменом веществ и исключение его из питательной среды приводит к нарушению нормального хода физиологических процессов [Школьник, 1974].

     Всестороннее  изучение функций йода в растениях  было проведено отечественными учеными М.В. Ефимовым, В.К. Кашиным, В.Ф. Портянко, Ю.А. Потатуевой. Этими исследованиями установлено, что йод в растениях находится в составе структурных компонентов клетки и принимает участие в важнейших метаболических процессах - азотном и водном обменах, дыхании и фотосинтетической деятельности. На основании имеющихся в настоящее время фактов о включении йода в состав структурных соединений протоплазмы клеток и о его существенном влиянии на процессы обмена веществ у растений в условиях его недостатка во внешней среде можно сделать вывод о физиологической необходимости йода для растений.