Ио́д (йод; лат. Iodum, от греч. ἰώδης – фиолетовый), I, химический элемент VII группы короткой формы (17-й группы длинной формы) периодической системы, относится к галогенам; атомный номер 53, атомная масса 126,90447. В природе встречается один стабильный изотоп ¹²⁷I. Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 108–144.

Историческая справка

Иод впервые выделил в 1811 г. французский химик Б. Куртуа, действуя концентрированной H₂SO₄ на золу морских водорослей. Латинское название элемента происходит от греч. ἰώδης – фиолетовый и связано с цветом паров иода.

Распространённость в природе

Содержание иода в земной коре составляет 4·10^–5 % по массе. В природе иод в основном находится в морской воде и морских водорослях, а также в нефтяных буровых водах; входит в состав минералов – природных иодидов и иодатов, например лаутарита Ca(IO₃)₂.

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома иода 5s²5p⁵. В соединениях иод проявляет степени окисления –1, +1, +3, +5, +7; электроотрицательность по Полингу 2,66; атомный радиус 140 пм; радиус ионов I^– 206 пм, I⁵⁺ 109 пм. Жидкий иод и пары иода.Жидкий иод и пары иода.В газообразном, жидком и твёрдом состояниях иод существует в виде двухатомных молекул I₂. Заметная диссоциация (около 3 %) молекул I₂ на атомы начинается при температуре выше 800 °C, а также под действием света. Молекулы I₂ диамагнитны.

Иод – кристаллическое вещество чёрного цвета с фиолетовым металлическим блеском; кристаллическая решётка ромбическая; t_пл 113,7 °C, t_кип 184,3 °C, плотность твёрдого иода 4940 кг/м³. Иод плохо растворим в воде (0,33 г/дм³ при 25 °C); растворимость иода в воде возрастает при увеличении температуры, а также при добавлении иодида калия KI за счёт образования комплекса KI₃. Иод хорошо растворим во многих органических растворителях (бензоле, гексане, спиртах, четырёххлористом углероде и др.). Твёрдый иод легко возгоняется с образованием фиолетовых паров, имеющих резкий специфический запах.

Иод – наименее химически активный галоген. С благородными газами, кислородом, серой, азотом, углеродом иод непосредственно не взаимодействует. При нагревании иод реагирует с металлами (образуются иодиды металлов, например иодид алюминия AlI₃), фосфором (иодид фосфора PI₃), водородом (иодоводород HI), другими галогенами (межгалогенные соединения). Иод – менее сильный окислитель, чем хлор и бром. Для иода более характерны восстановительные свойства. Так, хлор окисляет иод до иодноватой кислоты HIO₃, $I_2 + 5Cl_2 + 6H_2O = 2HIO_3 + 10HCl.$ Для иода известен ряд кислородсодержащих кислот, соответствующих различным степеням окисления иода: иодноватистая HIO (степень окисления иода +1; соли – гипоиодиты, например гипоиодит калия KIO), иодноватая HIO₃ (+5; иодаты, например иодат калия KIO₃), периодная, или метаиодная, HIO₄ и ортопериодная, или ортоиодная, H₅IO₆ (+7; соли – метапериодаты, например метапериодат калия KIO₄; ортопериодаты, например дигидроортопериодат калия K₃H₂IO₆; общее название для солей кислот, содержащих иод в степени окисления +7, – периодаты). Кислородсодержащие кислоты и их соли обладают окислительными свойствами. HIO – слабая кислота; HIO и гипоиодиты существуют только в водных растворах. Растворы HIO получают взаимодействием иода с водой, растворы гипоиодитов – взаимодействием иода с растворами щелочей. HIO₃ – бесцветное кристаллическое вещество с t_пл 110 °C, хорошо растворимое в воде; при нагревании до 300 °C отщепляет воду с образованием кислотного оксида I₂O₅. Получают HIO₃ окислением иода дымящей азотной кислотой: $3I_2 + 10HNO_3 = 6HIO_3 + 10NO + 2H_2O.$ Иодаты – растворимые в воде кристаллические вещества; получают при взаимодействии иода с горячими растворами щелочей. При нагревании выше 400 °C иодаты разлагаются, например: $4KIO_3 = KI + 3KIO_4.$ H₅IO₆ – бесцветное кристаллическое вещество, t_пл 128 °C. Нагревание H₅IO₆ до 100 °C в вакууме приводит к образованию HIO₄ ($H_5IO_6 = HIO_4 + 2H_2O$), которая при более высокой температуре разлагается: $2HIO_4 = 2HIO_3 + O_2$. В водных растворах H₅IO₆ проявляет свойства слабой многоосновной кислоты. Получают H₅IO₆ обменной реакцией, например $Ba_3(H_2IO_6)_2 + 3H_2SO_4 = 2H_5IO_6 + 3BaSO_4$, с последующим упариванием фильтрата. Периодаты – кристаллические вещества, устойчивы к нагреванию, растворимы в воде; получают электрохимическим окислением иодатов.

Растворение иода в воде – сложный химический процесс, включающий не только растворение, но и диспропорционирование ($I_2 + H_2О = HI + HIO$) и разложение HIO ($3HIO = 2HI + HIO_3$). Скорость диспропорционирования HIO велика, особенно в щелочных растворах ($3I_2 + 6NaOH = NaIO_3 + 5NaI + 3H_2O$). Поскольку константа равновесия реакции $I_2 + H_2O = HI + HIO$ мала (K = 2·10^–13), то иод в водном растворе присутствует в виде I₂, а иодная вода при хранении в темноте не разлагается и имеет нейтральную реакцию.

Биологическая роль

Иод относится к микроэлементам. Суточная потребность человека в иоде около 0,2 мг. Основное физиологическое значение иода определяется его участием в функции щитовидной железы. Поступающий в неё иод участвует в биосинтезе тиреоидных гормонов. Недостаток поступления иода приводит к развитию эндемического зоба, избыток иода в организме отмечается при некоторых заболеваниях печени.

Получение

В промышленности иод выделяют из буровых вод и из золы морских водорослей. Для извлечения иода буровые воды, содержащие иодиды, обрабатывают при подкислении хлором; выделившийся иод выдувают водяным паром. Для очистки иода через реакционную смесь пропускают диоксид серы SO₂ ($I_2 + SO_2 + 2H_2O = 2HI + H_2SO_4$) и окисляют образующийся HI до I₂ (например, хлором: $2HI + Cl_2 = 2HCl + I_2$). Иодаты, образующиеся при сжигании водорослей, восстанавливают диоксидом серы ($2NaIO_3 + 5SO_2 + 4H_2O = 2NaHSO4 + 3H_2SO_4 + I_2$); выделившийся иод очищают возгонкой. В лаборатории иод получают окислением иодидов в кислой среде (например, с помощью диоксида марганца: $2KI + MnO_2 + 2H_2SO_4 = I_2 + MnSO_4 + 2H_2O + K_2SO_4$); образующийся иод экстрагируют или отделяют перегонкой с водяным паром.

Мировое производство иода 27,6 тыс. т/год (2018).

Применение

Иод и его соединения применяются в медицине; препараты иода, способные высвобождать элементарный иод, обладают антибактериальными, противогрибковыми и противовоспалительными свойствами. Иод используется в химических транспортных реакциях для получения высокочистых Ti, Zr и других металлов, а также кремния; для заполнения иодных ламп накаливания, которые характеризуются высокой световой отдачей, небольшими размерами и длительным сроком эксплуатации. Радиоактивные изотопы ¹²⁵I (период полураспада T_1/2 59,4 сут), ¹³¹I (T_1/2 8,04 сут), ¹³²I (T_1/2 2,28 ч) используются в биологии и медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения её заболеваний.

Иод токсичен, его пары раздражают слизистые оболочки, вызывают дерматиты.