Jod

53 Tellur ← Jod → Xenon Br ↑ ich ↓ Bei Periodensystem - Erweitertes Periodensystem
Allgemein
Name , Symbol, Zahl	Jod, I, 53
Chemische Reihe	Halogene
Gruppe, Periode, Block	17, 5, p
Aussehen	violett-dunkelgrau, glänzend
Atommasse	126,90447 (3) g/mol
Elektronenkonfiguration	[ NOK ] 4d 10 5 Sek zwei 17 Uhr 5
Elektronen pro Schale	2, 8, 18, 18, 7
Physikalische Eigenschaften
Phase	fest
Dichte (nahe RT)	4,933 g·cm −3
Schmelzpunkt	386,85 K (113,7 °C, 236,66 °F)
Siedepunkt	457,4K (184,3 ° C, 363,7 ° F)
Kritischer Punkt	819 K, 11,7 MPa
Schmelzwärme	(ICH zwei ) 15,52 kJ·mol −1
Verdampfungswärme	(ICH zwei ) 41,57 kJ·mol −1
Wärmekapazität	(25 °C) (I zwei ) 54,44 J mol −1 ·K −1
P / Brunnen 1 10 100 1 k 10 k 100 k bei T /K 260 282 309 342 381 457
Atomare Eigenschaften
Kristallstruktur	orthorhombisch
Oxidationszustände	±1, 5, 7 (stark saures Oxid)
Elektronegativität	2,66 (Pauling-Skala)
Ionisationsenergien	1.: 1008,4 kJ/mol
	2.: 1845,9 kJ/mol
	3.: 3180 kJ/mol
Atomradius	140 Uhr
Atomradius (berechnet)	235 Uhr
Kovalenter Radius	133 Uhr
Van-der-Waals-Radius	198 Uhr
Sonstig
Magnetische Bestellung	nichtmagnetisch
Elektrischer widerstand	(0 °C) 1,3×10 7 Ohm
Wärmeleitfähigkeit	(300 K) 0,449 W·m −1 ·K −1
Bulk-Modul	7,7 GPa
CAS-Registrierungsnummer	7553-56-2
Ausgewählte Isotope
iso DAS Halbwertszeit DM VON DP 127 ich 100% Ich bin stabil bei 74 Neutronen 129 ich seine 1,57 × 10 7 Y Beta - 0,194 129 Auto 131 ich seine 8.02070 d Beta - 0,971 131 Auto
Verweise

Jod (EINSCHLAG: /ˈʌɪə(ʊ)ˌdiːn/ , Griechisch: Jode , was 'violett' bedeutet), ist ein Chemisches Element in dem Periodensystem das hat das Symbol ich und Ordnungszahl 53. Chemisch gesehen ist Jod das am wenigsten reaktive der Halogene und danach das elektropositivste Halogen Astatin . Jod wird hauptsächlich in verwendet Medizin , Fotografie und Farbstoffe. Es wird von den meisten Lebenden in Spurenmengen benötigt Organismen .

Wie alle anderen Halogene (Mitglieder der Gruppe VII im Periodensystem) bildet Jod zweiatomige Moleküle und hat daher die Summenformel von ich _zwei .

Vorkommen auf der Erde

Jod kommt natürlicherweise in der Umwelt hauptsächlich als gelöstes Jodid vor Meerwasser , obwohl es auch in einigen Mineralien und Böden vorkommt. Das Element kann in einer ultrareinen Form durch die Reaktion von hergestellt werden Kaliumjodid mit Kupfer(II)sulfat. Es gibt auch mehrere andere Methoden zur Isolierung dieses Elements. Obwohl das Element eigentlich ziemlich selten ist, haben Kelp und bestimmte andere Pflanzen die Fähigkeit, Jod zu konzentrieren, was dazu beiträgt, das Element in die Nahrungskette einzuführen und seine Kosten niedrig zu halten.

Verwendet

Jod wird in Pharmazeutika, Antiseptika, Medizin, Nahrungsergänzungsmitteln, Farbstoffen, Katalysatoren und in der Fotografie verwendet.

Isotope

Es gibt 37 Isotope von Jod und nur eines, ¹²⁷ Ich, ist stabil.

Auf viele Arten, ¹²⁹ Ich bin ähnlich wie ³⁶ Kl . Es ist ein lösliches Halogen, ziemlich nicht reaktiv, existiert hauptsächlich als nicht sorbierendes Anion und wird durch kosmogene, thermonukleare und in-situ-Reaktionen erzeugt. In hydrologischen Studien, ¹²⁹ I-Konzentrationen werden normalerweise als Verhältnis von angegeben ¹²⁹ I bis total I (was praktisch alles ist ¹²⁷ ICH). So wie bei ³⁶ Cl/Cl, ¹²⁹ I/I-Verhältnisse in der Natur sind ziemlich klein, 10 ⁻¹⁴ bis 10 ⁻¹⁰ (Peak thermonuklear ¹²⁹ I/I erreichte in den 1960er und 1970er Jahren etwa 10 ⁻⁷ ). ¹²⁹ Ich weicht ab ³⁶ Cl darin, dass seine Halbwertszeit länger ist (15,7 gegenüber 0,301 Millionen Jahre), es hochgradig biophil ist und in mehreren ionischen Formen vorkommt (üblicherweise I ⁻ und IO ₃ ⁻ ), die ein unterschiedliches chemisches Verhalten haben. Das macht es ziemlich einfach für ¹²⁹ I in die Biosphäre einzudringen, wenn sie in Vegetation, Boden, Milch, tierisches Gewebe usw. eingebaut wird.

Exzesse von stabil ¹²⁹ Es wurde gezeigt, dass Xe in Meteoriten aus dem Zerfall von 'ursprünglichen' ¹²⁹ Ich produzierte neu durch die Supernovae, die den Staub und das Gas erzeugten, aus denen sich das Sonnensystem gebildet hat. ¹²⁹ I war das erste ausgestorbene Radionuklid, das in der Frühzeit als vorhanden identifiziert wurde Sonnensystem . Sein Zerfall ist die Grundlage des radiometrischen I-Xe-Datierungsschemas, das die ersten 50 Millionen Jahre abdeckt Sonnensystem Evolution.

Die Wirkungen verschiedener Radiojodisotope in der Biologie werden unten diskutiert.

Bemerkenswerte Eigenschaften

Jod ist ein dunkelgrauer/violett-schwarzer Feststoff, der bei Standardtemperaturen in ein violett-rosa Gas sublimiert, das einen irritierenden Geruch hat. Dieses Halogen bildet Verbindungen mit vielen Elementen, ist aber weniger aktiv als die anderen Mitglieder seiner Gruppe VII (Halogene) und hat einige metallähnliche Eigenschaften. Jod löst sich leicht in Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff oder Schwefelkohlenstoff, um violette Lösungen zu bilden (es ist nur wenig wasserlöslich und ergibt eine gelbe Lösung). Die tiefblaue Farbe von Stärke-Jod-Komplexen wird nur durch das freie Element erzeugt.

Viele Schüler, die die Unterrichtsvorführung gesehen haben, bei der Jodkristalle in einem Reagenzglas sanft erhitzt werden, haben den Eindruck, dass flüssiges Jod bei atmosphärischem Druck nicht existieren kann. Dieses Missverständnis entsteht, weil die Sublimation ohne die Vermittlung von Flüssigkeit erfolgt. Die Wahrheit ist, dass, wenn Jodkristalle vorsichtig auf ihren Schmelzpunkt von 113,7 °C erhitzt werden, die Kristalle zu einer Flüssigkeit verschmelzen, die unter einer dichten Dampfdecke vorhanden sein wird.

Beschreibende Chemie

Elementares Jod ist in Wasser schlecht löslich, wobei sich ein Gramm bei 20 °C in 3450 ml und bei 50 °C in 1280 ml auflöst. Im Gegensatz zu Chlor , die Bildung des Hypohalogenitions (IO ^– ) in neutralen wässrigen Lösungen von Jod ist vernachlässigbar.

ich _zwei +H _zwei 0 ⇋ H ⁺ + ich ^– + DAS  ( K = 2,0 × 10 ^-13 )

Die Wasserlöslichkeit wird stark verbessert, wenn die Lösung gelöste Jodide wie Jodwasserstoffsäure, Kaliumjodid , oder Natriumiodid. Gelöste Bromide verbessern auch die Wasserlöslichkeit von Jod. Jod ist in einer Reihe von organischen Lösungsmitteln löslich, einschließlich Äthanol (20,5 g/100 ml bei 15 °C, 21,43 g/100 ml bei 25 °C), Diethylether (20,6 g/100 ml bei 17 °C, 25,20 g/100 ml bei 25 °C), Chloroform, Essigsäure , Glycerin, Benzol (14,09 g/100 ml bei 25 °C), Tetrachlorkohlenstoff (2,603 ​​g/100 ml bei 35 °C) und Kohlenstoffdisulfid (16,47 g/100 ml bei 25 °C). Wässrige und ethanolische Lösungen sind braun. Lösungen in Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff und Schwefelkohlenstoff sind violett.

Elementares Jod kann durch Oxidation von Jodiden mit Chlor hergestellt werden:

2I ^– +Kl _zwei → Ich _zwei +2Cl ^–

oder mit Mangandioxid in saurer Lösung:

2I ^– + 4 Std ⁺ + MnO _zwei → Ich _zwei + 2 Std _zwei O + Ich ⁺⁺

Jod wird durch Schwefelwasserstoff zu Jodwasserstoffsäure reduziert:

ich _zwei +H _zwei S → 2HI + S↓

oder durch Hydrazin:

2I _zwei +N _zwei H ₄ → 4HI + N _zwei

Jod wird durch Salpetersäure zu Jodat oxidiert:

ich _zwei + 10HNO ₃ → 2HIO ₃ + 10NO _zwei + 4 Std _zwei Ö

oder durch Chlorate:

ich _zwei + 2ClO ₃ ^– → 2IO ₃ ^– +Kl _zwei

Jod wird in einer zweistufigen Reaktion in Lösungen von Alkalihydroxiden (wie z Natriumhydroxid ):

ich zwei + 2OH – → Ich – + IO – +H zwei Ö		( K = 30)
3IO – → 2I – + IO 3 –		( K = 10 zwanzig )

Geschichte

Jod wurde 1811 von Bernard Courtois entdeckt. Er wurde als Sohn eines Herstellers von Salpeter (Kaliumnitrat, ein wesentlicher Bestandteil von Schießpulver) geboren. Damals Frankreich war im Krieg, Salpeter, ein Bestandteil von Schießpulver, war sehr gefragt. Aus französischen Salpeterschichten hergestellter Salpeter erforderte Natriumcarbonat, das aus Algen isoliert werden konnte, die an den Küsten der Normandie und der Bretagne angespült wurden. Um das Natriumcarbonat zu isolieren, wurde Algen verbrannt und die Asche dann mit Wasser gewaschen. Der verbleibende Abfall wurde durch Zugabe vernichtet Schwefelsäure . Eines Tages fügte Courtois zu viel Schwefelsäure hinzu und eine violette Dampfwolke stieg auf. Courtois bemerkte, dass der Dampf auf kalten Oberflächen kristallisierte und dunkle Kristalle bildete. Courtois vermutete, dass dies ein neues Element war, aber ihm fehlte das Geld, um seine Beobachtungen fortzusetzen.

Allerdings gab er Proben an seine Freunde Charles Bernard Desormes (1777 - 1862) und Nicolas Clément (1779 - 1841), um die Forschung fortzusetzen. Einen Teil der Substanz schenkte er auch dem damals bekannten Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac (1778 - 1850) und André-Marie Ampère (1775 - 1836). Am 29. November 1813 machten Dersormes und Clément die Entdeckung von Courtois öffentlich. Sie beschrieben die Substanz bei einem Treffen des Kaiserlichen Instituts von Frankreich. Am 6. Dezember gab Gay-Lussac bekannt, dass die neue Substanz entweder ein Element oder eine Sauerstoffverbindung sei. Ampère hatte einige seiner Proben an gegeben Humphry Davy (1778 - 1829). Davy führte einige Experimente mit der Substanz durch und bemerkte ihre Ähnlichkeit mit Chlor . Davy schickte einen Brief vom 10. Dezember an die Royal Society of London, in dem er erklärte, dass er ein neues Element identifiziert habe. Zwischen Davy und Gay-Lussac brach ein großer Streit darüber aus, wer zuerst Jod identifizierte, aber beide Wissenschaftler erkannten Barnard Courtois als den ersten an, der das chemische Element isolierte.

Bemerkenswerte anorganische Jodverbindungen

• Ammoniumjodid (NH ₄ ICH)
• Cäsiumiodid (CsI)
• Kupfer(I)iodid (CuI)
• Jodwasserstoffsäure (HI)
• Jodsäure (HIO ₃ )
• Jodcyanid (ICN)
• Jodheptafluorid (IF ₇ )
• Jodpentafluorid (IF ₅ )
• Blei(II)iodid (PbI _zwei )
• Lithiumiodid (LiI)
• Stickstofftriiodid (NI ₃ )
• Kaliumiodid (ZU)
• Natriumiodid (NaI)

Stabiles Jod in der Biologie

Jod ist ein essentielles Spurenelement; seine einzigen bekannten Rollen in der Biologie sind als Bestandteile der Schilddrüsenhormone, Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3). Diese werden aus Additionskondensationsprodukten der Aminosäure Tyrosin hergestellt und vor der Freisetzung in einem proteinähnlichen Molekül namens Thyroglobulin gespeichert. T4 und T3 enthalten vier bzw. drei Jodatome pro Molekül. Die Schilddrüse nimmt aktiv Jodidionen aus dem Blut auf, um diese Hormone herzustellen und ins Blut freizusetzen, Vorgänge, die durch ein zweites Hormon TSH aus der Hypophyse reguliert werden. Schilddrüsenhormone sind stammesgeschichtlich sehr alte Moleküle, die von den meisten vielzelligen Organismen synthetisiert werden und sogar auf Einzeller eine gewisse Wirkung haben.

Schilddrüsenhormone spielen eine sehr grundlegende Rolle in der Biologie, indem sie auf die Gentranskription einwirken, um den Grundumsatz zu regulieren. Der totale Mangel an Schilddrüsenhormonen kann den Grundumsatz um bis zu 50 % reduzieren, während bei einer übermäßigen Produktion von Schilddrüsenhormonen der Grundumsatz um 100 % ansteigen kann. T4 fungiert weitgehend als Vorläufer von T3, das (mit einigen geringfügigen Ausnahmen) das biologisch aktive Hormon ist.

Nahrungsaufnahme

Die US-amerikanische Food and Drug Administration empfiehlt (21 CFR 101.9 (c)(8)(iv)) 150 Mikrogramm Jod pro Tag für Männer und Frauen. Dies ist für die ordnungsgemäße Produktion von Schilddrüsenhormonen erforderlich. Zu den natürlichen Jodquellen gehören Algen wie Seetang und Meeresfrüchte. Speisesalz ist oft mit Jod angereichert und wird als Jodsalz bezeichnet.

Jodmangel

In Gebieten, in denen die Nahrung wenig Jod enthält – typischerweise abgelegene Binnengebiete und halbtrockene äquatoriale Klimazonen, in denen keine Meeresnahrung gegessen wird – führt Jodmangel zu Kropf, dem sogenannten endemischen Kropf. Der Mechanismus besteht darin, dass niedrige Mengen an Schilddrüsenhormon im Blut aufgrund eines Mangels an Jod zu ihrer Herstellung zu hohen Spiegeln des Hypophysenhormons TSH führen, das wiederum ein abnormales Wachstum der Schilddrüse stimuliert. In einigen dieser Gebiete wird dies jetzt durch die Zugabe kleiner Mengen Jod in Form von Natriumjodid zu Speisesalz bekämpft. Kaliumjodid , Kaliumjodat – dieses Produkt ist bekannt als Jodiertes Salz . Jodverbindungen wurden auch anderen Lebensmitteln, wie zB Mehl, in Mangelgebieten zugesetzt.

Jodmangel ist die Hauptursache für vermeidbare mentale Retardierung, ein Effekt, der vor allem auftritt, wenn Babys und kleine Kinder durch das Fehlen des Elements hypothyreot werden (dieser Zustand führt bei Erwachsenen zu einer mentalen Verlangsamung, verursacht aber selbst fast nie schwere oder irreversible mentale Retardierung). Probleme). Jodmangel bleibt ein ernsthaftes Problem der öffentlichen Gesundheit in Entwicklungsländern.

Toxizität von Jod

Überschüssiges Jod hat ähnliche Symptome wie Jodmangel. Häufige Symptome sind abnormales Wachstum der Schilddrüse und Funktions- und Wachstumsstörungen des gesamten Organismus.

Elementares Jod, I _zwei , ist tödliches Gift, wenn es in größeren Mengen eingenommen wird; wenn 2-3 Gramm davon konsumiert werden, ist es für den Menschen tödlich.

Iodide haben eine ähnliche Toxizität wie Bromide.

Radiojod und Biologie

Radiojod und die Schilddrüse

Das künstliche Radioisotop ¹³¹ I (ein Betastrahler), auch bekannt als Radiojod, das eine Halbwertszeit von 8,0207 Tagen hat, wurde zur Behandlung verwendet Krebs und andere Pathologien der Schilddrüse. ¹²³ I ist das Radioisotop, das am häufigsten bei der nuklearen Bildgebung der Niere und Schilddrüse sowie bei Aufnahmescans der Schilddrüse (zur Beurteilung der Basedow-Krankheit) verwendet wird. Die häufigsten Jodverbindungen sind die Jodide Natrium und Kalium ( ZU ) und die Jodate (KIO ₃ ).

¹²⁹ I (Halbwertszeit 15,7 Millionen Jahre) ist ein Produkt von ¹³⁰ Auto Spallation in der Atmosphäre und Uran und Plutonium Spaltung, sowohl in unterirdischen Gesteinen als auch in Kernreaktoren. Nukleare Prozesse, insbesondere die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen und atmosphärische Kernwaffentests, haben nun das natürliche Signal für dieses Isotop überschwemmt. ¹²⁹ Ich wurde nach dem Unfall von Tschernobyl in Regenwasserstudien eingesetzt. Es wurde auch als Grundwasser-Tracer und als Indikator für die Ausbreitung von Atommüll in die natürliche Umwelt verwendet.

Wenn Menschen radioaktivem Jod ausgesetzt sind, absorbiert die Schilddrüse es wie nicht radioaktives Jod, was zu einem erhöhten Risiko für Schilddrüsenkrebs führt. Isotope mit kürzeren Halbwertszeiten wie z ¹³¹ Ich stelle ein größeres Risiko dar als diejenigen mit längeren Halbwertszeiten, da sie mehr Strahlung pro Zeiteinheit erzeugen. Die Einnahme großer Mengen von regelmäßigem Jod wird die Schilddrüse sättigen und die Aufnahme verhindern. Jodtabletten werden manchmal an Personen verteilt, die in der Nähe von Nuklearanlagen leben, um sie bei Unfällen zu verwenden, die zur Freisetzung von radioaktivem Jod führen könnten.

• Jod-123 und Jod-125 werden in der Medizin als Tracer zur Darstellung und Beurteilung der Schilddrüsenfunktion eingesetzt.
• Jod-131 wird in der Medizin zur Behandlung von Schilddrüsenkrebs und Morbus Basedow eingesetzt.
• Ungebundenes (elementares) Jod ist für alle Lebewesen leicht toxisch.
• Kaliumiodid (KI-Tabletten oder „SSKI“ = „Super-Saturated KI“-Flüssigkeitstropfen) können Menschen in einem nuklearen Katastrophengebiet verabreicht werden, wenn Fission stattgefunden hat, um das radioaktive Jod-131-Spaltprodukt auszuspülen. Die Halbwertszeit von Jod-131 beträgt nur acht Tage, sodass die Behandlung nur ein paar Wochen dauern müsste. Im Falle des Austretens bestimmter nuklearer Materialien ohne Spaltung oder bestimmter Arten von schmutzigen Bomben, die mit anderem als Radiojod hergestellt wurden, wäre diese Vorsichtsmaßnahme nutzlos.

Radiojod und die Niere

In den 1970er Jahren wurden bildgebende Verfahren entwickelt Kalifornien Verwendung von Radiojod in der Diagnostik der renalen Hypertonie.

Nicht hormonbezogene Anwendungen von Jod

• Jodtinktur (3 % elementares Jod in Wasser/Ethanolbasis) ist ein wesentlicher Bestandteil jedes Notfall-Überlebenskits, das sowohl zur Desinfektion von Wunden als auch zur Desinfektion von Oberflächenwasser zum Trinken verwendet wird (3 Tropfen pro Liter, 30 Minuten stehen lassen). Auch alkoholfreie Jodlösungen wie das Lugolsche Jod sowie andere freie Jodliefernde Antiseptika Jodophore stehen für diesen Zweck als wirksame elementare Jodquellen zur Verfügung.
• Jodverbindungen sind wichtig auf dem Gebiet der organischen Chemie und sehr nützlich in Medizin .
• Silberjodid wird in der Fotografie verwendet.
• Wolfram Jodid wird verwendet, um die Glühfäden in Glühbirnen zu stabilisieren.

Vorsichtsmaßnahmen für stabiles Jod

Direkter Kontakt mit der Haut kann zu Läsionen führen und sollte daher mit Vorsicht behandelt werden. Joddampf ist sehr reizend für die Auge und auf die Schleimhäute. Die Konzentration von Jod in der Luft sollte 1 mg/m³ (achtstündiger zeitgewichteter Durchschnitt) nicht überschreiten. Beim Mischen mit Ammoniak , kann es Stickstofftriiodid bilden, das äußerst empfindlich ist und unerwartet explodieren kann.

Geheime Verwendung

In den Vereinigten Staaten betrachtet die Drug Enforcement Agency (DEA) Jod und jodhaltige Verbindungen (ionische Jodide, Jodoform, Ethyljodid usw.) als nützliche Reagenzien für die heimliche Herstellung von Methamphetamin. Personen, die versuchen, erhebliche Mengen solcher Chemikalien zu kaufen, ohne eine rechtmäßige Verwendung nachzuweisen, werden wahrscheinlich zum Ziel einer DEA-Untersuchung. Personen, die solche Verbindungen verkaufen, ohne mit der gebotenen Sorgfalt nachzuweisen, dass die Materialien nicht für den geheimen Gebrauch abgezweigt werden, können mit hohen Geldstrafen belegt werden