Йод. Свойства йод. Получение йода. Применение йода

    ЙОД (от греч. iodes - фиолетовый; лат Iodum) I, хим. элемент VII гр. периодической системы, относится к галогенам; атомный н. 53, атомная масса = 126,9045. В природе встречается только один стабильный изотоп 127I. Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 5s25p5; степени окисления —1, +1, +3, +5 и +7; энергия ионизации I0 :I+ : I2+ соотв. 10,45136 и 19,100 эВ; сродство к электрону —3,08 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,5; атомный радиус 0,136 нм, ионный радиус (в скобках указано координационное число) I- 0,206 нм (6), I5+ 0,058нм (3), 0,109 нм (6), I7+ 0,056 нм (4), 0,067 нм (6). Молекула двухатомна; длина связи 0,266 нм; энергия диссоциации 148,826 кДж/молъ; степень диссоциации 2,8% при 727°С и 89,5% при 1727 °С. Содержание йод в земной коре 4.10-5% по массе (1014-1015 т). Собственные минералы - иодаргирит AgI, лаутарит Са(IO3)2 и др. крайне редки. И. находится в природе в рассеянном состоянии в магматических и осадочных горных породах (10-4-10-5% по массе). Он легко выщелачивается из них водами и концентрируется организмами, напр. водорослями, зола которых содержит до 0,5% йод. Промышленное количества йод встречаются в подземных водах (0,01-0,1 кг/м3 и выше) нефтяных и газовых месторождений, в селитренных отложениях (до 1%). Мировые запасы йод (без СССР) в промышленных месторождениях 2,6 млн. тонн.  
          Свойства. Йод- черно-серые кристаллы с фиолетовым металлическим блеском; легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом; кристаллическая решетка ромбическая, а = 0,4792 нм, b = 0,7271 нм, с = 0,9803 нм, пространств. группа Cmca, z = 4 молекулы I2; т. пл. 113,5°С, т. кип. 184,35 °С; плотн. твердого 4,940 г/см3, жидкого 3,960 г/см3 при 120°С; tкрит 546°С, ркрит 11,4 МПа, dкрит 1,64 г/см3; для твердого I2: С0p 54,44 Дж/(моль.К), DH0пл 15,67 кДж/моль (386,75 К), DH0исп 41,96 кДж/моль (457,5 К), S0298 116,13 Дж/(моль.К); для I (газ): Cop 20,79 Дж/(моль.К), DH0обр 106,762 кДж/моль, S0298 180,67 Дж/(моль.К); уравнение температурной зависимости давления пара над твердым И.: lgp (в мм рт. ст.) = 3594,03/T + 0,0004434T - 2,9759 lg T + 21,91008; теплопроводность твердого 0,449 Вт/(м.К) при 300 К, жидкого 0,116 Вт/(м.К) при 386,8 К; r твердого 1,3.1015 мкОм.см (293 К); e твердого 10,3 при 23 °С, жидкого 11,08 при 118°С; h жидкого 2,286.10-3 Па.с (126°С), газа 17,85.10-6 Па.с (126°С); g 36,88.10-3 Н/м2 (126°С); nD138 1,98. Стандартный электродный потенциал И. в водном растворе (I2/I-) + 0,535 В йодовом растворе в большинстве органических растворителей. Растворы в углеводородах, их галогенопроизводных, нитросоединениях и CS2 окрашены в фиолетовый цвет, в воде и орг. растворителях, содержащих N, S и О, - в коричневый. Растворимость (г в 1 кг) при 25 °С: в гексане 13,2, бензоле 164,0, СНСl3 49,7, CS2 197,0, ССl4 19,2, этаноле 271,7, диэтиловом эфире 337,3, воде 0,34. В присутствии иодидов металлов растворимость йод в воде сильно увеличивается. В водных растворах йод частично гидролизуется: I2 + Н2О D НIO + Н+ + I- (константа гидролиза 5.10-13 при 25°С). По реакции способности йода уступает F2, Сl2 и Вr2. Со многими веществами (С, N2, O2, S, Se) непосредственно не взаимодействуют с Н2, Si и многими металлами реагирует только при повышенной температурах. Из неметаллов йод легко взаимодействует с Р и As, образуя иодиды, а также с другими галогенами, давая межгалогенные соединения, например IF5, ICl3, IBr. Металлы из-за образования на поверхностисти защитной пленки иодида энергично реагируют с йодом только в присутствии влаги. Ti, Та и их сплавы, Ag и, в меньшей степени, Рb стойки к действию влажного йода . В водных растворах щелочей и карбонатов идут реакции: 3I2 + 6NaOH : NaIO3 + 5NaI + 3Н2О; 3I2 + 3Na2CO3 : NaIO3 + 5NaI + 3СО2 йод легко выделяется в свободном состоянии из растворов его солей даже при действии слабых окислителей, например, солей Fe3+ и Сu2+, а также HNO2. Сильные окислители, например хлор и гипохлориты, окисляют в водных растворах йода до йодноватой кислоты НIO3. Йод легко восстанавливается сероводородом, Na2S2O3, N2H4 и др. восстановителями до I-. С водным раствором NH3 образует взрывчатый йодистый азот NI3. Иодиды одно- и двухвалентных металлов - соли. Все они, кроме Agl, Cu2I2 и Hg2I2, хорошо растворяются в воде. Многие иодиды растворяются в полярных органических растворителях (спиртах, эфирах, кетонах). Иодиды металлов III, IV, V и VI гр., как и иодиды неметаллов (Si, P, As, Sb), легкоплавки и растворяются даже в неполярных растворителях. В соединении с йодом большинство металлов не проявляет своей высшей степени окисления. Для мн. иодидов характерно образование комплексных ионов (напр., [HgI4]2-, [РbI4]2-). При растворении йод в растворах йодистых солей образуются полииодиды МI3, МI5 и др. (см. Полигалогениды). См. также Галогениды. И. образует ряд кислородсодержащих соединений - оксидов, кислот и их солей. Пентаоксид дииода I2О5 - бесцветные кристаллы; разлагается при 300 °С; получают обезвоживанием НIO3. Др. оксиды йода малостойки. Иодноватистая кислота НIO существует только в очень разбавленных водных растворах. Диссоциирует как кислота (НIO D Н+ + IO-) и как основание (IOН + Н2О D IН2О+ + ОН-). Соли НIO - гипоиодиты известны только в водных растворах. Производные основания IOН относительно устойчивы (напр., ICN, ICNS), особенно комплексные соединеннния с пиридином (напр., [I(C5H5N)NO3]). Соответствующая I3+ кислота НIO2 и ее соли не получены, но известны соли I3+ - нитрат, перхлорат, фосфат, ацетат, сульфат. Йодноватая кислота НIO3 - бесцветные стекловидные кристаллы; т. пл. 110°С; получают в водных растворах окислением йодом, хлором, концентрированным HNO3 или др. сильными окислителями с последней отгонкой воды в вакууме; материал, используемый для звукопроводов акустооптических устройств (см. Акустические материалы). Соли НIO3 - иодаты разлагаются только выше 400 °С; обладают сильными окислительными свойствами. При взаимодействии с иодидами в присутствии кислот иодаты выделяют элементный йод. Иодат калия КIO3 бесцветные кристаллы; растворяются в воде (8,13 г в 100 г при 20 °С); получают взаимодействие йод с КОН; используют как реактив в иодатометрии. Йодная кислота НIO4 известна в виде дигидрата бесцветных кристаллов; т. пл. 122°С; выше этой температуры разлагается с выделением О2; слабая кислота. Образует соли: метапериодаты МIO4, ортопериодаты М3IO5, парапериодаты М3Н2IО6. Парапериодат калия К3Н2IO6 получают окислением йода в щелочном растворе хлором или бромом; применяют в аналитической химии как окислитель. Известны оксифториды И.: IOF3 (плотность 3,95 г/см3, DH0обр — 555 кДж/моль, выше 100°С диспропорционирует на IO2F и IF5), IO2F (DH0обр -246 кДж/моль) и IO3F (разлагается выше 100 °С до IO2F и О2) - бесцветные кристаллы; (IO2F3)2 - желтые кристаллы (т. пл. 41 °С, т. кип. 147 °С, DH0обр —984 кДж/моль); FOIF4O - светло-желтая жидкость, в кристаллическом состоянии бесцвета (т. пл. — 33 °С, образуется в виде смеси цист -, трансизомеров). Могут применяться как окислители и фторобразующие агенты.  
          Получение. Йод добывают из вод нефтяных и газовых месторождений, а также маточников селитренного производства. Минерализованную воду, содержащую 0,001-0,01% йода в виде иодидов, подкисляют серной или соляной кислотой до рН 2,5-3,5 и обрабатывают Сl2 или раствором NaNO2 для выделения элементного йода, который затем адсорбируют активным углем или анионитом. Из вод с повышенной т-рой ( > 40 °С) выделившийся йод выдувают воздухом (воздушно-десорбционный способ). Насыщенный йод, уголь промывают раствором NaOH, причем образуется раствор NaI и NaIO3. Из насыщенного анионита йод извлекают смесью растворов Na2SO3 и NaCl. Из полученных такими способами растворов, содержащих 2-3% NaI, действием H2SO4 и окислителя (напр., хлора) выделяют элементный йод. По воздушно-десорбционному методу воздух, содержащий пары йода , смешивают с SO2. Из образовавшейся в присутствии влаги смеси HI (около 10%) и H2SO4 выделяют элементный йод действием хлора. Получаемый из подземных вод йод, загрязненный органическими веществами, очищают сублимацией или плавлением под слоем H2SO4. Маточники селитренного производства, содержащие йод в виде NaIO3, для выделения элементного йода обрабатывают SO2. В очень небольших количествах йод получали из морских водорослей, для чего их сжигали, золу выщелачивали водой и из полученного раствора выделяли йод под действием окислителей.  
          Определение. Для качественного обнаружения I- раствор подкисляют серной кислотой, выделяют элементный йод действием NaNO2 и добавляют крахмал (синее окрашивание) либо экстрагируют органическим растворителем, напр. СНСl3 или ССl4. В присутствии I2 органический слой окрашивается в розово-фиолетовый цвет. Свободный йод определяют количественно титрованием тиосульфатом Na. В отсутствие др. галогенид-ионов I- определяют аргентометрически (титрованием AgNO3). В присутствии Сl- или Вr- сначала окисляют I- до I2 нитритом Na или др. окислителем, затем экстрагируют йод органическим растворителем и титруют экстракт тиосульфатом Na. По др. способу I- окисляют, напр. NaClO, до IO3-, добавляют KI и H2SO4 и титруют выделившийся I2 тиосульфатом Na.  
          Применение. Йод используют для получения неорганических и органических йодсодержащих соединений, как акцептор водорода при дегидрировании предельных углеводородов, катализатор в орг. синтезе, антисептик и антитиреоидное средство в медицине. Применяют для иодидного рафинирования металлов (напр., Ti, Zr, Hf), как реагент в иодометрии. Искусственные радиоактивные изотопы 125I (T1/2 60,2 сут), 131I (T1/2 8,05 сут), 132I (T1/2 2,26 ч) используют в медицине для диагностики заболеваний и лечения щитовидной железы. Мировое производство йода около 15 тыс. т/год (1981). И. ядовит, его пары раздражают слизистые оболочки; ПДК в воздухе 1 мг/м3. При частом воздействии И. на кожу возможны дерматиты. Попавший на кожу йод смывают раствором Na2S2O3 или Na2CO3. Йод открыт Б. Куртуа в 1811.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

На тему: «Йод. Свойства йод. Получение йода.                          Применение йода». 
 
 
 
 
 

                                                                                   Выполнила: 

                                                           Проверила: