碘(iodine),
元素周期表第五周期第17族非金属元素,元素符号I,原子序数53,相对原子质量126.90。单质化学式I2,相对分子质量253.809。紫黑色固体。有金属光泽。易升华。有毒性和腐蚀性。相对密度为4.93g/cm3,熔点113.7℃,沸点184.4℃。碘难溶于水,溶于乙醇、苯、乙醚、氯仿、甘油、碘化钾溶液、甲醇、二硫化碳和四氯化碳。与碱反应生成碘酸盐和碘化物。水溶液中碘的
氧化性比氯和溴弱得多,只有强还原剂硫化氢和硫代硫酸钠可将其还原成碘离子,强氧化剂可将碘氧化成正氧化态的化合物。除贵金属外,可与其他所有金属及电负性比它小的非金属化合成碘化物,与其他卤素反应生成互卤化物。极微量碘与淀粉可形成深蓝色配合物,可用于定性检验碘。可用亚硫酸氢钠将智利硝石中的碘酸盐还原制备,或在硫酸介质中用二氧化锰氧化海水、海藻和油井盐水中的碘化物制备。
研究简史
1811年,法国硝石生产商库特瓦(Bernard Courtois)发现碘元素。
1813年12月10日,英国化学家
汉弗里·戴维(Humphry Davy)宣布,一种叫做碘的新物质发现了,其特性和氯接近。
理化性质
物理性质
碘有固态、液态和气态三种形态,固体碘为紫黑色片状晶体,有金属光泽,液体碘为红色,气体碘为紫色。单质碘密度4.93g/cm3(20℃),熔点113.7℃,沸点184.4℃,蒸气压0.41kPa(25℃)。室温下碘为固体,能缓慢升华,加热升华明显,有刺激性气味。碘微溶于水,易溶于
乙醇、
氯仿、
二硫化碳和
苯。
化学性质
碘单质(I2)不会与
氧气(O2)或氮气(N2)发生反应。但是碘可以与氧的同素异形体
臭氧(O3)发生反应,生成不稳定的黄色氧化物
九氧化四碘(I4O9),这种物质在本质上可能是I(IO3)3。
碘同水发生反应,生成次碘酸盐。反应的平衡点受浓液的pH值影响极大。
次碘酸属于
弱酸,在中性或酸性环境中,应该以游离酸HIO的形式存在。在碱性环境中,次碘酸被中和,所以平衡会向右移动。
碘单质(I2)同氟气(F2)发生反应,在室温下可以生成五氟化物氟化碘(V);在250℃时,则可生成七氟化物氟化碘(Ⅶ)。在仔细控制的条件下(-45℃,CFCl3的悬浮液中),可以得到三氟化物氟化碘(Ⅲ)。
在-80℃时,碘同过量的液氯发生反应,生成“
三氯化碘”,生成的这种物质实际上是I2Cl6。在常温下的水溶液中,碘可以同氯气反应生成碘酸。
碘单质(I2)可以同溴单质(Br2)发生反应,生成非常不稳定的卤素间化合物溴化碘(I),IBr是一种低熔点的固体。
碘同热的浓硝酸反应可以生成
碘酸。冷却溶液,可以析出碘酸的晶体。
碘同热的碱溶液反应生成
碘酸盐。在这个反应中,只有占总数1/6的碘转化为碘酸盐。
制备方法
碘可以实现工业化生产,所以通常无需在实验室中制备它。碘以比氯和溴小得多的浓度存在海水中。像溴一样,以合适的海水为原料,在工业上可以用氯气处理海水的方法制备碘,生成的碘可以用空气吹出。在这个过程中,碘化物被氯气氧化为碘单质。
少量的碘也可以通过碘化钠(NaI)固体和浓硫酸(H2SO4)的反应制取。这个过程首先会生成碘化氢(HI)气体。但在合适的反应条件下,部分碘化氢会被过量的硫酸氧化,生成碘单质和二氧化硫。
应用领域
工业用途
碘及其化合物在化学实验室中被广泛应用。例如,碘溶液可用于检测淀粉的
显色反应,碘化钾可用作还原剂和氧化剂,碘酒可用于清洁和消毒器皿。
碘化物在食品工业中被用作防腐剂和添加剂。碘化盐和碘化钾等化合物常被添加到食品中,以提高食品的营养价值和保鲜效果。
碘化银是一种重要的摄影材料,用于生产胶片和照相纸。碘化银在暗室中可以感光,形成照片的负片或正片。
碘为一种具有强氧化性的物质,通常被用作外科消毒剂。以碘为主要成分的消毒剂常见的有
碘酊和
碘伏。碘酊就是人们俗称的碘酒,通常由碘、碘化钾溶解于酒精溶液而制成。碘酊可以杀死细菌、真菌等病原体,因此常用于伤口的消毒。碘酊的杀菌作用比较强,并具有强烈的刺激作用,不宜用于黏膜消毒。
农业用途
少量的碘化物可以用于农业领域,以提高作物的产量和质量。例如,碘肥料可以增加植物对碘的吸收,改善土壤中碘的含量,从而提高农作物的营养价值。
医疗用途
碘是甲状腺激素的一种成分,甲状腺激素在人体内起着极其重要的作用,尤其对促进生长发育、调节蛋白质的合成与分解、维持体内的新陈代谢、促进糖和脂质的代谢、调节水与无机盐的平衡、促进生物的氧化等有重要生理作用。健康成人的体内含碘量约为20mg。
碘是人体必需的微量元素之一,对于儿童和孕妇的健康发育尤为重要。碘缺乏会影响大脑发育和认知功能,因此在一些地区,政府和卫生组织会通过盐碘化等方式进行碘的补充。
碘化物在医学影像学中被用作造影剂,用于X射线、CT扫描和核磁共振成像等检查。碘化物能够在体内组织中吸收X射线,提高影像对比度,有助于诊断和治疗疾病。
分布情况
自然界中碘主要以
碘酸盐和
碘化物形式存在,溶于水并随地理位置迁移。海洋是自然界含碘量最丰富的区域,碘通过海水蒸发进入大气层,随降水过程返回陆地,由于碘的化学性质活泼、分散度大、溶解度高、迁移性强,随降水补充入土的碘又随水流进入海洋形成大循环。地面碘含量呈山区<平原<沿海的分布趋势,一般内陆山区水中碘含量可少于5μg/L,而沿海低洼地水中碘含量可大于200μg/L。
安全信息
健康危害
急性吸入
碘蒸气可引起流泪、流涕、咽干、咳嗽、胸闷等眼和上呼吸道
黏膜刺激症状;重者可发生肺炎或肺水肿、
喉痉挛或
喉水肿、
哮喘样发作甚至休克。长期在含碘12.1—61.0mg/m3空气环境中除有眼结膜和呼吸道慢性炎症外,尚有记忆力减退、精神萎靡等中枢神经系统抑制和
甲状腺功能紊乱表现。口服大量碘后可出现腐蚀性胃肠炎样症状、口腔黏膜呈蓝色,重者可出现发热、休克、
谵妄甚至死亡。人误服2—4g碘可致死。皮肤直接接触碘液可致灼伤,甚至形成
溃疡,但个体不同,皮肤的反应差别很大。碘是人体必需微量元素之一,一般认为成年人需碘量为150μg/d,孕妇和哺乳期妇女为175—200μg/d,碘的供给量在150—200μg/d较为适宜。成年人体内80%以上的碘贮存于
甲状腺中。碘缺乏与碘过量均会影响甲状腺的形态和功能。碘缺乏可导致甲状腺肿、甲状腺自主功能增强及
甲状腺癌;碘过量则可致高碘甲状腺肿、甲亢和甲状腺功能减退等。因自然环境缺碘而致的机体碘摄入不足,可引起碘缺乏病,包括地方性甲状腺肿、
克汀病,以及缺碘引起的早产、死产、先天性畸形、单纯聋哑等。
应急措施
生产环境中,应加强生产设备的密闭和局部通风,注意个人防护。在碘缺乏地区开展健康教育是对碘缺乏病行之有效的预防措施;普及加碘食盐是消除碘缺乏病的根本措施,也是最经济有效、简单可行的方法。中国以
碘酸钾作为食盐中碘强化剂,规定食盐中碘含量的平均水平(以碘元素计)为20—30mg/kg。高碘及碘中毒的防治策略主要是限制人群的高碘摄入,不食用碘盐,加强环境中碘的监测。吸入中毒者应迅速脱离碘暴露环境,保持安静及保暖。出现刺激反应者,至少严密观察12小时,并给予对症处理;经口摄入过量碘者,尽快予以大量清水、淀粉液或米汤洗胃,腐蚀症状明显者洗胃需慎重;眼和皮肤灼伤按化学性眼灼伤和皮肤灼伤处理。
毒理资料
体外毒性
碘对人甲状腺细胞生长、增殖和分泌有一最佳浓度范围,超过或低于这一范围,甲状腺细胞凋亡、DNA和蛋白质合成及
甲状腺激素的分泌均受到抑制。适量碘(2μg/ml)可降低人淋巴细胞姐妹染色单体交换(SCE)频率和微核率,而20μg/ml以上碘可显著增高SCE频率和微核率。
生态毒性
植物体内碘含量随外源碘浓度的增高而增加,叶菜类对碘的累积能力最强,其次为茎菜类,而根菜类较弱。不同植物对不同剂量碘的反应不一样。碘浓度过高可引起植物生长矮小产量减少等,甚至诱发植物病害的发生。
储存运输
储存方法
碘通常以固体形式存在,贮存在阴凉、通风、避光的库房内。远离热源和火种,不可与氨、碱类、松节油等接触,以免温度上升或产生爆炸。
运输方法
在运输过程中,应采取适当的措施防止碘的泄漏或溢出,以减少对环境和人体的潜在危害。将碘包装在耐腐蚀和密封性良好的容器中,以防止碘与外部环境发生不必要的接触。对于液态或挥发性的碘化合物,应选择密封性良好的容器,并在运输过程中避免剧烈震动和温度变化。