Растворимость йода в воде

ИОД (йод) (лат. Iodum), I (читается «йод»), химический элемент с атомным номером 53, атомная масса 126,9045.

Иод расположен в пятом периоде в группе VIIА периодической системы элементов Менделеева, относится к галогенам.

Природный иод состоит только из одного нуклида — иода-127. Конфигурация внешнего электронного слоя 5s 2 p 5 . В соединениях проявляет степени окисления –1, +1, +3, +5 и +7 (валентности I, III, V и VII).

Радиус нейтрального атома иода 0,136 нм, ионные радиусы I – , I 5+ и I 7+ равны, соответственно, 0,206; 0,058-0,109; 0,056-0,067 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома иода равны, соответственно, 10,45; 19,10; 33 эВ. Сродство к электрону –3,08 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность иода 2,66, иод принадлежит к числу неметаллов.

Иод при обычных условиях — твердое черно-серое вещество с металлическим блеском и специфическим запахом.

Физические и химические свойства: кристаллическая решетка иода ромбическая, параметры элементарной ячейки а = 0,4792 нм, b = 0,7271 нм, с = 0,9803 нм. Температура плавления 113,5°C, температура кипения 184,35°C. Важная особенность иода — способность сублимироваться (переходить из твердого в парообразное состояние) уже при комнатной температуре. Плотность иода 4,930 кг/см 3 . Стандартный электродный потенциал I2/I – в водном растворе равен +0,535 В.

В парах, в расплаве и в кристаллах существует в виде двухатомных молекул I2. Длина связи 0,266 нм, энергия связи 148,8 кДж/моль. Степень диссоциации молекул на атомы при 727°C — 2,8%, при 1727°C — 89,5%.

Иод плохо растворим в воде, причем протекает обратимая реакция

Хорошо растворим иод в большинстве органических растворителей (сероуглерод, углеводороды, ССl4, СНСl3, бензол, спирты, диэтиловый эфир и другие). Растворимость иода в воде увеличивается, если в воде имеются иодид-ионы I – , так как молекулы I2 образуют с иодид-ионами комплексные ионы I3 – .

По реакционной способности иод — наименее активный галоген. Из неметаллов реагирует напрямую без нагревания только с фосфором (P) (образуется PI3) и мышьяком (As) (образуется AsI3), а также с другими галогенами. Так, с бромом (Br) иод реагирует практически без нагревания, причем образуется соединение состава IBr. При нагревании реагирует с водородом (H) Н2 с образованием газообразного HI.

Металлы реагируют с иодом обычно при нагревании. Протеканию реакции способствует наличие паров воды или добавление жидкой воды. Так, порошок алюминия (Al) вступает в реакцию с иодом, если к порошку добавить каплю воды:

Интересно, что со многими металлами иод образует соединения не в высшей степени окисления атома металла, а в низшей. Так, с медью (Cu) иод образует только соединение состава CuI, с железом (Fe) — состава FeI2. Все иодиды металлов, кроме иодидов AgI, CuI и Hg2I2, хорошо растворимы в воде.

Иод реагирует с водным раствором щелочи, например:

а также с раствором соды:

Раствор иодистого водорода (H) HI в воде — сильная (иодистоводородная) кислота, по свойствам похожая на соляную кислоту. Иодноватистая кислота HIO — кислота очень слабая, существует только в разбавленных водных растворах. Также неустойчивы и ее соли — гипоиодиты.

Иодноватая кислота HIO3 представляет собой твердое вещество, в растворах ведет себя как сильная кислота. Соли этой кислоты — иодаты. Наиболее известен иодат калия (K) KIO3, используемый в аналитической химии.

Степени окисления +7 иода отвечает иодная кислота HIO4, которая из растворов выделяется в виде дигидрата HIO4·2Н2О. Интересно, что все 5 атомов водорода (H) в этом соединении могут быть замещены катионами металла. Например, известен периодат серебра (Ag) состава Ag5IO6.

Для обнаружения иода в водных растворах используют чрезвычайно чувствительную иодкрахмальную реакцию. Синяя окраска крахмала в растворе различна и появляется, если к раствору добавить ничтожное количество иода — 1 мкг и даже менее.

История открытия и название: иод был открыт в 1811 французским химиком Б. Куртуа, который извлекал соду (Na2CO3) и поташ (К2СО3) из золы морских водорослей. Однажды он прилил концентрированную серную кислоту к остатку маточного раствора. К его удивлению, при этом наблюдалось выделение фиолетовых паров какого-то нового вещества (назван по цвету паров: греч. iodes — фиолетовый). В 1813-14 годах Ж.-Л. Гей-Люссак и Г. Дэви доказали, что это — новое простое вещество, которому соответствует неизвестный ранее химический элемент.

Нужно отметить, что длительное время символом иода была латинская буква J. В те годы название элемента в химии записывали как «йод». И хотя после изменения знака элемента с J на I и утверждения нормы написания в химии элемента как «иод» прошло уже более 20 лет, написание «йод» сохранилось в современных словарях русского языка.

Читать еще:  Септолете от чего

Нахождение в природе: иод — очень редкий элемент земной коры. Его содержание в ней оценивается всего в 1,4·10 –5 % (60-е место среди всех элементов). Так как иод химически достаточно активен, в свободном виде в природе он не встречается. Вместе с тем, соединения иода отличает высокая рассеянность — их микропримеси находят повсеместно. В круговороте иода в природе важную роль играет биогенная миграция. В небольших количествах иод содержится в буровых водах нефтяных и газовых скважин (откуда его и извлекают в промышленности), присутствует в морской воде (0,4·10 –5 -0,5·10 –5 %). Собственные минералы иода — иодаргирит AgI, лаурит Са(IO3)2 и дитцеит 7Са(IO3)2·8CaCrO4 — крайне редки и практического значения не имеют.

Получение: при получении иода разбавленные водные иодсодержащие растворы сначала обрабатывают для перевода иода в форму I2 нитритом натрия NaNO2, а выделившийся свободный иод отделяют экстракцией. Для очистки иода используют его способность легко сублимировать (см. выше).

Применение: иод применяют для получения высокочистого титана (Ti), циркония (Zr), гафния (Hf), ниобия (Nb) и других металлов (так называемое иодидное рафинирование металлов). При иодидном рафинировании исходный металл с примесями переводят в форму летучих иодидов, а затем полученные иодиды разлагают на раскаленной тонкой нити. Нить изготовлена из заранее очищенного металла, который подвергают рафинированию. Ее температуру подбирают такой, чтобы на нити могло происходить разложение только иодида очищаемого металла, а остальные иодиды оставались в паровой фазе.

Используют иод и в иодных лампах накаливания, имеющих вольфрамовую спираль и характеризующихся большим сроком службы. Как правило, в таких лампах пары иода находятся в среде тяжелого инертного газа ксенона (Xe) (лампы часто называют ксеноновыми) и реагируют с атомами вольфрама (W), испаряющимися с нагретой спирали. Образуется летучий в этих условиях иодид, который рано или поздно оказывается вновь вблизи спирали. Происходит немедленное разложение иодида, и освободившийся вольфрам (W) вновь оказывается на спирали. Иод применяют также в пищевых добавках, красителях, катализаторах, в фотографии, в аналитической химии.

Биологическая роль: иод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, или ламинария, фукус и другие) накапливают до 1% иода. Иод входит в скелетный белок губок сончин и скелетопротеины морских многощетинковых червей. У животных и человека иод входит в состав гормонов щитовидной железы — тироксина и трииодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма (особенно — на интенсивность основного обмена, окислительные процессы, теплопродукцию). В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 12-20 мг иода, суточная потребность составляет около 0,2 мг.

Иод в медицине: в медицине используют «иодную настойку», обладающую дезинфицирующим действием. Следует иметь в виду, что обрабатывать иодной настойкой можно только небольшие раны, так как иод может вызвать омертвение ткани, что при больших ранах увеличит сроки их заживления. Микроколичества иода жизненно необходимы человеку, дефицит иода в организме приводит к заболеванию щитовидной железы — эндемическому зобу, встречающемуся в местностях с низким содержанием иода в воздухе, почве, водах. Обычно это высокогорья и области, удаленные от моря. Для того чтобы обеспечить поступление в организм необходимых количеств иода, используют иодированную поваренную соль.

Искусственные радионуклиды иода — иод-125, иод-131, иод-132 и другие — применяются для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы. Однако избыточное накопление радионуклида иода-131 в щитовидной железе (что, в частности, стало возможным после аварии на Чернобыльской АЭС) может привести к онкологическому заболеванию. Для предотвращения накопления иода-131 в щитовидной железе в организм вводят немного обычного (стабильного) иода. Щитовидная железа, поглотив этот иод, им насыщается и захватывать радионуклид иод-131 более уже не в состоянии. Так что даже если затем иод-131 и попадет в организм, он будет из него быстро выведен (период полураспада иода-131 сравнительно невелик и составляет около 8 суток, так что убыль радиоактивности происходит и за счет его распада). Для того чтобы полностью «заблокировать» щитовидную железу от накопления в ней иода-131, врачи рекомендуют раз в неделю выпивать стакан молока, в который добавлена одна капля иодной настойки. Следует помнить, что иод токсичен и в виде I2, и в виде иодидов.

ЙОД

Для получения жидкого йода необходимо, чтобы парциальное давление его паров превышало 90 мм (тройной точке И. на его фазовой диаграмме отвечает 116° С и 90мм). Жидкий йод хорошо растворяет серу, селен, теллур и йодиды многих металлов, образуя с йодидами комплексы. Растворим в органических растворителях; в сольватирующих растворителях (спиртах, кислотах) дает растворы бурого цвета, в несольватирующих (углеводородах, эфпрах, бензоле, сероуглероде) — фиолетового цвета. Химическая активность йода — наименьшая в ряду природных галогенов.

Читать еще:  Прыщи от переохлаждения

Соединяется с большинством металлов и неметаллов, образуя соединение со степенью окисления — 1. Соединение йод с водородом — йодистый водород HI — бесцветный газ, tпл — 51° С,tкип — 35° С; получают его непосредственным соединением элементов, вытеснением йодистого водорода из солей Й. действием сильных минеральных к-т. Йодистый водород хорошо растворяется в воде (42 500 частей в 100 частях воды при т-ре 10° С), образуя йодистоводород-ную к-ту (макс, концентрация раствора при т-ре 20° С составляет 65%, плотность раствора 1,901 г/см3).

Соли йодистоводородной к-ты — йодиды щелочных и щелочноземельных металлов — хорошо растворимы в воде; йодиды металлов III—V групп периодической системы при этом часто гидролизуют. С кислородом Й. непосредственно не соединяется, косвен-ным путем можно получить окислы I204 и I2O5. При растворении Й. в щелочах образуются нестойкие соли йодноватистой к-ты НIO, к-рые переходят в соли йодноватой к-ты НIO3. При действии сильных окислителей образуются йодная к-та НIO4 и ее соли. В зависимости от числа молекул воды, с к-рой соединены йодная к-та и ее соли, существует большое количество различных производных этой к-ты (кислые соли, мета-, ортопериодаты и т. п.).

Получены соли (сульфаты, нитраты, перхлораты, ацетаты) с катионами I+и I3+ . В соединениях с галогенами (межгалоидные соединения) Й. проявляет все нечетные степени окисления от 1 до 7, напр. ICl, ICl3, IF5 и IF7. Элементарный йод и йодиды применяют при транспортных методах получения веществ и материалов высокой степени чистоты. Наиболее распространен йодидный метод, используемый для глубокой очистки циркония, гафния и др. тугоплавких металлов. Йод и его соединения применяют также в медицине, фотографии, в аналитической химии.

У йода один природный изотоп 127 I . Йод повсюду встречается на Земле , но в ничтожных количествах и только в виде соединений ( с натрием , калием , магнием ) . Он содержится в морской воде ( до 2 мг на 1 л ) , из которой его извлекают некоторые водоросли . Организм человека , получает йод с пищей , накапливает его в щитовидной железе , а нехватка его в организме вызывает заболевание — эндемический зоб . Содержание йода в водах буровых нефтяных скважин колеблется от 10 до 100 мг на 1 л . Из этих вод добывают его в промышленности . Издавна йод получают также из морских водорослей , при сжигании которых остаётся зола , содержащая йод в виде солей . Последние выщелачивают водой и извлекают его .
Один из способов получения йода из его солей вытеснение более активным галогеном хлором или бромом :

2KI + Cl2 = I2 + 2KCl , 2NaI + Br2 = I2 + 2NaBr

Свободный йод — это тёмно — серые кристаллы с металлическим блеском и резким запахом ( пл. 4,93 г/см³ ) . При нагревании не плавясь , он превращается в фиолетовые пары , которые по мере охлаждения снова превращаются в кристаллы . Такой переход вещества из твёрдого состояния в парообразное называют возгонкой .
Растворимость его в воде невелика , при 20°C получается 0,08% раствор его — йодная вода . Гораздо легче он растворяется в водном растворе йодида калия KI и в органических растворителях ( бензоле , сероуглероде , эфире , спирте ) 10% спиртовую настойку применяют в медицине . Убивая бактерии , он способствует заживлению ран .
С крахмалом йод даёт синее окрашивание , исчезающие при нагревании и снова появляющееся при охлаждении раствора , йодид — ионы такого окрашивания не дают .
Йод химически активен , легко соединяется со многими металлами , образуя соли — йодиды :

2Al + 3I2 = 2AlI3

Но химические свойства выражены у йода слабее , чем у хлора и брома .
Водородное соединение — йода — йодоводород — бесцветный газ с резким запахом , хорошо растворимый в воде . Получают его , действуя водой на трийодид фосфора :

PI3 + 3H2O = 3HI + H3PO3

Водный раствор йодоводорода — сильная кислота , похожая на соляную . Большинство её солей — йодидов — растворимы в воде , но йодид серебра ( так же как AgCl и AgBr ) в воде мало растворимы :

NaI + AgNO3 = AgI↓+ NaNO3

Из кислородных соединений йода наибольшее значение имеют : йодноватистая кислота HIO , оксид йода ( V ) I2O5 , йодновая кислота HIO3 и йодная кислота HIO4 . Соли йодной кислоты — периодаты хорошо изучены и применяются в лабораторной практике .
Из водных растворов йодная кислота выделяется в виде гидрата HIO4 · 2H2O , который рассматривают как пятиосновную ортойодную кислоту H5IO6 .
Йод и его соединения необходимы фармацевтической промышленности , соединения его используются в фотографии и в производстве некоторых красок .

Читать еще:  Спайки в легких как лечить

Лит.: Фиалков Я. А. Межгалоидные соединения. Некрасов Б. В. Основы общей химии.

Окраска иода в различных растворах

Пояснение. Одной из наиболее отличительных черт иода является видимая глазом зависимость окраски растворов этого вещества от природы растворителя. В неполярных растворителях растворы иода окрашены почти точно так же как и пары (максимум поглощения света лежит в сине-зеленой области спектра; проходящие лучи, соответствующие по волновым характеристикам фиолетовому и красному цвету, обуславливают характерную пурпурно-фиолетовую окраску). По мере увеличения полярности растворителя окраска растворов изменяется через вишневую (бензол, толуол) к оранжево-бурой (спирты, азотистые органические соединения, кетоны и т.д.). Причиной этого считается возможность образования комплексов переноса заряда, причем растворитель (обычно – полярный) служит в таком взаимодействии донором электронов, а иод – акцептором:

(II.1)

(II.2)

где в (II.1) и (II.2) A обозначает молекулу растворителя.

В некоторых работах предполагается, что оранжево-бурая (“коньячная”) окраска почти в любых электронодонорных растворителях обусловлена присутствием именно трииодид-иона. Реакционная способность йода в растворах зависит от положения равновесий (II.1) и (II.2) (что проявляется визуально в положении окраски в ряду от пурпурно-фиолетовой до оранжевого-бурой). Так, в растворах “коньячного” цвета иод проявляет большую реакционную способность, чем в пурпурно-фиолетовых. Растворы вишневых оттенков проявляют промежуточную активность.

Продолжение опыта. В пять больших пробирок поместить по одинаковому на вид кусочку йода (на миллиметровой бумаге стандартный кусочек должен занимать примерно одну клеточку, т.е. иметь размер около 1 мм в поперечнике). В первую пробирку добавить (при помощи мерной пипетки) 2,3 мл воды, во вторую – 7 мл этилового спирта (96 об.%), в третью – 11 мл диоксана, в четвертую – 13 мл толуола и, наконец, в пятую – 12 мл четырехлористого углерода. Образующиеся растворы – при условии полного растворения иода – должны иметь примерно одинаковую молярную концентрацию йода (количество растворителя везде близко к 1 /8 моль). Для увеличения скорости растворения иода пробирки со 2 по 5 можно прогреть на водяной бане или в стакане с горячей водой, после чего привести к комнатной температуре. Отметить цвет образующихся растворов и интенсивность окраски в каждой из пробирок. Отметить, что в первой пробирке растворения крупинки иода почти не произошло. Ввести в эту пробирку иодид калия (полную лопатку шпателя) и перемешать содержимое.

· Растворился ли теперь иод? Какую окраску приобрел раствор, и какова ее интенсивность в сравнении с другими растворами? Какова роль иодида калия в растворении иода в воде? ·

Факультативно. Проверить, зависит ли окраска растворов брома от природы тех же растворителей.

Сравнение реакционной способности растворов иода в разных растворителях. В каждый из пяти растворов ввести по кусочку медной фольги (примерно одинаковой площади) и засечь время до обесцвечивания каждого из растворов.

Экстракция иода и других галогенов из водных растворов. Подготовить три обычные пробирки. В первой из них приготовить насыщенный раствор иода в водно-спиртовой смеси (в соотношении воды к этиловому спирту 3:1; спирт добавляется для повышения растворимости иода). Пробирка должна быть заполнена раствором примерно наполовину. Во вторую и третью пробирку добавить такие же объемы бромной и хлорной воды соответственно. Далее в каждую из трех пробирок ввести по 1 мл четыреххлористого углерода и энергично встряхнуть содержимое. Примерно через минуту рассмотреть цвет каждого из двух слоев в пробирках, где находились иодная и бромная вода. Сделать вывод о коэффициенте распределения йода и брома между водой и четыреххлористым углеродом. Для доказательства заметного присутствия хлора в растворе CCl4, извлечь этот раствор (нижний из двух слоев) при помощи бюретки и перелить его в пробирку, содержащую концентрированный раствор KI. Наблюдать окрашивание слоя четыреххлористого углерода.

· Как этот опыт доказывает заметную растворимость хлора в CCl4? ·

Работа 2.4. Галогены в степени окисления ‑1. Фториды, хлориды, бромиды, иодиды и их свойства. (Опыт серии A.)

а) Гидролиз галогенидов щелочных металлов. Водные растворы фторида, бифторида, хлорида, бромида и иодида калия (или натрия) испытать действием индикаторной бумаги. Как можно объяснить высокие значения pH водных растворов фторидов щелочных металлов? Записать соответствующее уравнение гидролиза этой соли. Почему для фторидов существуют не только средние, но и кислые соли?

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector