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碘
非金屬元素
碘（拼音：diǎn，英語(yǔ)：Iodine）是一種鹵族元素，其化學(xué)符號為I，原子序數為53。碘為藍灰黑色固體片狀或小晶體，呈金屬結晶光澤，具有特有的辛辣氣味。易溶于水、乙醇、四氯化碳、氯仿、乙醚和甘油。極易溶于強碘化物水溶液，在乙醇、乙醚或碘化物的水溶液中呈紅棕色，在氯仿、四氯化碳或二硫化碳中呈是紫色的。碘是甲狀腺激素甲狀腺素 T?和三碘甲腺原氨酸 T? 的重要組成部分，其中占T?重量的65 %，T? 重量的58 %。甲狀腺激素不僅調節許多重要的生化反應（蛋白質(zhì)合成和酶活性）而且在代謝活動(dòng)過(guò)程中起著(zhù)關(guān)鍵的決定因素 。碘也是動(dòng)物的必需元素，參與動(dòng)物的生長(cháng)、發(fā)育和新陳代謝的調節。碘天然存在于海帶，大豆，豬肉，雞肉，蛋黃和黃油等食物中。碘添加到某些類(lèi)型的鹽中，可作為膳食補充劑。人類(lèi)缺乏碘會(huì )導致甲狀腺腫大、克汀病、智力下降、孕婦自然流產(chǎn)、胎兒先天性缺陷和嬰兒出生時(shí)死亡等一系列疾病和健康問(wèn)題。
基本信息
中文名
碘
英文名
Iodine
拼音
diǎn
元素類(lèi)別
鹵素
族
Ⅶ A族
周期
5
電子排布
[Kr] 4d1o5s2 5p?
CAS編號
7553-56-2
化學(xué)式
I2
相對分子質(zhì)量
253.8089（I2）
物理性質(zhì)
外觀(guān)
具有金屬光澤的重質(zhì)灰黑色板狀或顆粒狀（I2）
氣味
刺激性氣味（I2）
物態(tài)
紫黑色晶體（I2）
密度
相對密度（水=1）：4.9
熔點(diǎn)
114℃（I2）
沸點(diǎn)
184.4℃（I2）
熔化熱
7.9 kJ mol?162.17 J g?1（I2）
汽化熱
164.45 J/g（I2）
水溶性
易溶于氯仿、四氯化碳或二硫化碳形成紫色溶液。（I2）
蒸氣壓
25 °C 時(shí)的蒸氣壓，0.04 kPa（I2）
原子性質(zhì)
氧化態(tài)
?1、0、+1、+3、+5、+7
電負性
2.66
原子半徑
140 pm
發(fā)現歷史
1811年，伯納德·科圖瓦（Bernard Courtois）發(fā)現了碘。當時(shí)拿破侖的軍隊需要大量的火藥。硝石（硝酸鉀KNO3）是火藥的主要成分，需要大量的碳酸鈉制造，而碳酸鈉是從木灰中提取的，由于戰爭持續的時(shí)間較長(cháng)，首選的柳樹(shù)木材被耗盡。有人建議使用干燥的海藻作為原料來(lái)生產(chǎn)火藥，而在制造硝石的過(guò)程中，產(chǎn)生了過(guò)量的硫化合物，為了去除這些硫化物，科學(xué)家考圖向其加入硫酸，但一不小心加入了過(guò)多的硫酸，紫色蒸汽云升起了，房間里彌漫著(zhù)一股像氯氣一樣的刺激性氣味。當蒸汽凝結在冷物體上時(shí)，沒(méi)有液體形成，而是出現了一定量的黑色晶體，表面光澤類(lèi)似金屬。
接著(zhù)伯納德·庫爾圖瓦認為它是一種新物質(zhì)，并對這種新物質(zhì)進(jìn)行了一些小實(shí)驗，指出它與磷、氫和一些金屬結合良好，但不易與氧或碳結合。此外，他還發(fā)現，當與氨混合時(shí)，它具有一定的爆炸性，并且在燃燒時(shí)不會(huì )分解。由于缺乏資金，伯納德·庫爾圖瓦將樣品提供了兩個(gè)團隊，路易·約瑟夫·蓋伊·盧薩克（Louis-Joseph Gay-Lussac，1778-1850）和 安德烈·M·安培André M. Ampère，1775-1836），然后兩方都對該物質(zhì)進(jìn)行研究，Gay Lussac和AndréM.Ampère研究發(fā)現，這種物質(zhì)可能是一種元素，也可能是一種氧的化合物。
直到1813年12月10日，漢弗里·戴維(Humphry Davy）發(fā)表了一篇短文，描述了這種物質(zhì)的性質(zhì)與氯相似，并且它與氟和氯都非常相似，并根據希臘語(yǔ)中“紫羅蘭色”的意思將其命名為“碘”。
1895年，Bauman在甲狀腺中檢測到高濃度的碘，并提出甲狀腺提取物中的活性成分含有碘。
分布情況
大氣中的碘
大氣中碘的濃度是來(lái)自海洋和陸地的碘與以干濕沉降的方式失去的碘平衡后得到的。海洋生物可把海水中的碘化物轉化為甲基碘并將其釋放到大氣中。甲基碘是唯一可以在自然過(guò)程中產(chǎn)生并被檢測出來(lái)的有機碘化物，已經(jīng)在大氣中檢測到甲基碘的存在。大氣中碘的存在狀態(tài)相當復雜，碘可以以游離的元素碘、甲基碘、次碘酸鹽、碘酸鹽的狀態(tài)存在，同時(shí)也可以以它們與O?，NO，NO?，CO發(fā)生復雜的大氣化學(xué)反應后的產(chǎn)物的狀態(tài)存在，還可以被大氣中的顆粒物所吸附。
土壤中的碘
碘 (I) 是地球表面含量最少元素之一，土壤中只有大約 3mg kg ?1的總碘，土壤中的碘主要來(lái)自大氣干濕沉降、植物吸收大氣碘后植物殘體的腐爛、土壤母質(zhì)的風(fēng)化以及動(dòng)物排泄物和人為活動(dòng)中。土壤中鐵鋁氧化物、粘土礦物、腐殖酸類(lèi)有機物越高，則碘含量就越高。此外，土壤與植物和大氣之間存在著(zhù)碘的交換。植物通過(guò)根系吸收土壤中的碘，它死亡腐爛時(shí)除將自土壤中吸收的碘返還到土壤，還能將從大氣中吸收的碘轉移給土壤。大氣的干濕沉降直接把碘輸入土壤，土壤中的碘也可以變成元素碘直接揮發(fā)進(jìn)入大氣。
植物中的碘
用碘對作物進(jìn)行生物強化是一種具有成本效益的預防碘缺乏的方法，因為食品中的碘很容易被生物利用和吸收。植物可以積累這種元素，但通常在水果和蔬菜中的來(lái)源較少。增加對土壤的碘施用量可以增加作物中的碘積累。植物中碘的生理學(xué)特征很差。植物可以通過(guò)根系和空氣吸收土壤溶液中的碘，也可以通過(guò)雨水溶解在鹽分溶液中，穿過(guò)葉片的氣孔和表皮層進(jìn)入。在植物組織中，碘在液泡中積累，積累過(guò)程主要是從根到葉，再到莖。在植物組織中，碘的無(wú)機形式，主要是 I ?占主導地位，但它也可以被吸收為 IO?? 。此外，植物也可以吸收碘水楊酸鹽、碘苯甲酸鹽、單碘酪氨酸、二碘酪氨酸和三碘甲狀腺原氨酸形式的有機分子。含碘的植物主要有海藻、海帶和昆布。
人體中的碘
碘是甲狀腺激素甲狀腺素（T4）和三碘甲狀腺原氨酸（T3）的主要成分。碘主要集中在甲狀腺中。一個(gè)健康的成年人體內含有 15-20mg的碘，其中 70-80% 儲存在甲狀腺中。一個(gè)人每天攝入的碘量為 500μg；成人每日生理需要量為150μg；孕期和哺乳期為200μg；新生兒期為40μg。正常情況下，甲狀腺會(huì )吸收大約 120μg的碘化物來(lái)合成甲狀腺激素 。成年人全身含有約20mg碘，其中高達80 %存在于甲狀腺中。另一個(gè)重要的碘庫是人體的唾液腺，每天由甲狀腺吸收約115μg碘化物，其中約75μg用于激素合成和甲狀腺球蛋白儲存，剩余部分返回細胞外液。甲狀腺儲存約10mg，以保護身體碘的缺乏期。
礦物中的碘
地殼中沒(méi)有獨立的碘礦床。碘元素一般呈分散狀態(tài)，伴生于石鹽礦床中，可以綜合回收，如四川自貢井鹽和青海察爾汗鹽湖、海別勒灘鹽湖的鹵水中含碘0.6~3 mg/L。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
碘為藍灰黑色固體片狀或小晶體，呈金屬結晶光澤，具有特有的辛辣氣味。易溶于水、乙醇、四氯化碳、氯仿、乙醚、甘油。極易溶于強碘化物水溶液。在乙醇、乙醚或碘化物的水溶液中呈紅棕色。在氯仿、四氯化碳或二硫化碳中呈是紫色的。當碘溶解在極性溶劑中時(shí)，極性溶劑是強供體溶劑，如酮、醚、吡啶，電荷轉移絡(luò )合物的形成導致兩個(gè)分子軌道之間的能隙改變，從而吸收不同波長(cháng)的光。碘接受溶劑中的電子，分子進(jìn)入其最低未占據分子軌道（LUMO）。這降低了碘原子從最高占據分子軌道（HOMO）到其LUMO的躍遷能量，從而將顏色從特征的紫色變?yōu)樽厣推渌伾?/span>
同位素
碘有34 種碘同位素，其中包括14個(gè)放射性同位素 122 I至12? I和12? I至13? I，同位素半衰期差異很大，最短的13?I半衰期為86秒；最長(cháng)的12? I半衰期為1.72×10?年。其所有的同位素都有53個(gè)質(zhì)子，天然存在的碘同位素有12?I和12? I，其中12? I是唯一的穩定碘同位素，12? I是自然界中半衰期最長(cháng)的碘同位素，但主要由人類(lèi)核活動(dòng)產(chǎn)生和釋放。生物醫學(xué)中主要使用的三種同位素為放射性碘是12? I 、131 I和123 I ，其中131 I 的放射性半衰期為 8 天，是高能發(fā)射體，主要用于治療甲狀腺功能亢進(jìn)癥和甲狀腺癌，也可以用于成像；123 I 的放射性半衰期為 13 小時(shí)，已取代131 I 用于診斷目的；12? I 的放射性半衰期為 60 天，是低能發(fā)射體，以前曾用于治療甲狀腺功能亢進(jìn)癥，但因治療效果令人失望而被 I 所取代。
化合物
碘存在于形式氧化態(tài)為?1、+1、+3、+5和+7的化合物中。高形式正氧化態(tài)主要存在于具有極負電元素氧和氟（IO ?、IO??、IO?4?、IF?、IF? 、IF?）的化合物中。碘的主要化學(xué)形式是碘化物（I?，形式氧化態(tài)?1），碘酸鹽（IO??，?5）和有機碘化合物（R–I）。下面對碘的一些化合物進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：
氫碘酸
氫碘酸是一種一元酸，酸性比氯化氫和溴化氫更強，是一種無(wú)色溶液，可由碘化氫氣體溶解在水中形成。氫碘酸和水的混合物在57 %HI（餾出物）時(shí)的最大恒定沸點(diǎn)為127 °C。而碘化氫（HI）是四種常見(jiàn)鹵化氫中最不穩定的，也是最好的還原劑，由于其容易氧化，可將釩酸、一氧化二氮還原成銨、一氧化二氮還原成一氧化氮、硝酸還原成亞硝酸，其可通過(guò)弱酸（如H?S）與碘的作用或通過(guò)某些碘化物的水解制備，但氫碘酸不能通過(guò)H?SO?與碘化物的作用而制備。
碘的含氧酸
碘的含氧酸本質(zhì)上是共價(jià)化合物，主要包括次碘酸、HIO?和各種周期性酸。通過(guò)將碘溶解在稀堿中，或者通過(guò)氧化汞對碘和水的作用，與碘化離子一起形成氫氰酸。此外，在靜止狀態(tài)下，次碘酸可歧化為碘酸和氫碘酸。
碘金屬化合物
離子碘化物
多鹵化物
多鹵化物
碘與堿金屬和一種或兩種其他鹵素的混合物，如NH?IBr?、KICl?、RbICl?、HICl?·4H?O、CsFIBr、RbClIBr、CsClIBr和KIF?。這些化合物中的大多數很容易水解，在加熱時(shí)分解，生成最大晶格能的金屬鹵化物，并電離生成CIICl?、BrIBr?和BrII?等離子。
高碘酸鹽
高碘酸鈉（Na?H?IO?）是由碘酸鈉、氫氧化鈉和氯反應形成的。高碘酸鹽從介質(zhì)中分離為晶體，在溶液中，高碘酸鹽在常溫下逐漸形成臭氧和碘酸鹽。金屬高碘酸鹽是固體，微溶于水。高碘酸鹽在加熱時(shí)放出氧氣，同時(shí)生成碘酸鹽，在較高溫度下分解。高碘酸鹽在酸溶液中將氫硫酸或亞硫酸氧化為H?SO?，將草酸氧化為CO?，將錳酸氧化為錳酸鹽，并與過(guò)氧化氫一起生成氧氣和碘酸鹽。
化學(xué)性質(zhì)
與空氣和水的反應
- 碘與氧氣在加熱條件下生成三碘酸碘。反應如下：
- 碘與水在日光下加熱生成氫碘酸，氫碘酸的水溶液在空氣中逐漸氧化為游離碘，使溶液生成褐色。反應如下：
- 碘與重水反應生成碘化氘。反應如下：
與單質(zhì)的反應
- 碘與氫氣在鈀或鉑作催化劑加熱的條件下生成碘化氫。反應如下
- 純氘和純碘在高度真空中，用空氣浴加熱至370 ℃，2小時(shí)反應生成碘化氘。反應如下
- 碘與氟反應生成一氟化碘。反應如下：
- 碘與氯在常溫下等物質(zhì)的量混合反應生成一氟化碘。反應如下：
與酸的反應
- 碘與硫酸在加熱條件下反應生成硫酸氧碘。反應如下：
- 碘與硝酸反應生成高碘酸。反應如下：
與堿的反應
- 碘與氫氧化鈉在55 ℃下反應生成碘酸鈉。反應如下：
生理功能
碘的生理作用
- 碘能夠調節組織內的水代謝，促進(jìn)維生素的吸收利用，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成與分解，調節糖和脂肪的代謝。
- 碘能激活孕婦體內許多重要酶化合物，促進(jìn)物質(zhì)代謝和孕婦及胎兒的生長(cháng)發(fā)育。
在人體中的代謝
碘可以通過(guò)攝入、吸入或皮膚接觸進(jìn)入人體。在人體腸道中，碘被代謝為碘化物，在健康成人中，>90 % 被吸收 。 人體正常狀態(tài)下，甲狀腺內以甲狀腺激素和碘化酪氨酸形式儲存的有機碘高達8-10 mg。甲狀腺每天從細胞外液碘池攝取碘離子120 μg，其中60 μg用于合成甲狀腺激素(T3、T4)，其余60 μg返回細胞外液碘池。
血清中的碘主要以下列兩種形式存在：一種是無(wú)機碘化物，主要以碘的離子狀態(tài)存在，約占血清中總碘量的5%～10%；另一種是有機碘化物，與蛋白結合的碘稱(chēng)為蛋白結合碘。有機碘化物主要存在于T3、T4、DIT、MIT和TG中，約占血清中總碘含量的90 %～95 %。血清中與蛋白質(zhì)結合的碘含量是相對恒定的，并在一定程度上間接反映了TH的水平和甲狀腺的功能狀態(tài)。正常成人血清中碘的含量受飲食中碘的影響，人體碘的80 %-90 %來(lái)自食物，10 %-20 %來(lái)自飲水，極少量來(lái)自空氣。食物中的碘化物主要以I-形式被機體吸收，但食物中的a、Mg、Fe等離子可妨礙腸道碘的吸收。經(jīng)消化道吸收的碘主要被濃聚在甲狀腺組織中，小部分經(jīng)腎排出體外。婦女哺乳期經(jīng)乳汁排出的碘量較多，糞和皮膚的碘排泄量很少。
人體推薦攝入量
碘的推薦量 | ||||
年齡 | 男性 | 女性 | 懷孕 | 哺乳期 |
出生至6個(gè)月 | 110 μg | 110 μg | ||
7-12個(gè)月 | 130 μg | 130 μg | ||
1-3年 | 90 μg | 90 μg | ||
4-8歲 | 90 μg | 90 μg | ||
9-13歲 | 120 μg | 120 μg | ||
14-18歲 | 150 μg | 150 μg | 220 μg | 290 μg |
19歲以上 | 150 μg | 150 μg | 150 μg | 290 μg |
人體可耐受最高攝入量
碘的可耐受最高攝入量 | ||||
年齡 | 男性 | 女性 | 懷孕 | 哺乳期 |
出生至6個(gè)月 | 不可能建立 | 不可能建立 | ||
7-12個(gè)月 | 不可能建立 | 不可能建立 | ||
1-3年 | 200 μg | 200 μg | ||
4-8歲 | 200 μg | 300 μg | ||
9-13歲 | 600 μg | 600 μg | ||
14-18歲 | 900 μg | 900 μg | 900 μg | 900 μg |
19歲以上 | 1100 μg | 1100 μg | 1100 μg | 1100 μg |
制備方法
離子交換法
碘在海帶浸泡水中以離子狀態(tài)存在，為了能使碘在離子交換柱中能被吸附，必須先將浸泡液加酸酸化，通入氯氣或次氯酸鈉，使碘鹽氧化游離，再通入專(zhuān)柱吸附提碘。然后用亞硫酸鈉解吸。解吸液用硫酸酸化，再加入氯酸鉀碘析為粗碘。粗碘的精制多采用熔融法系將粗碘和四分之一倍濃硫酸混合(重量比)，在120-160℃的釜中使碘熔融，經(jīng)冷卻結晶，可得精碘。不同階段的反應式為：
氧化
吸附
解吸
碘析
空氣出吹法
空氣吹出法 空氣吹出法提碘，適用于含碘量較高的液料，如制鹽母液。反應如下：
此外可以在鹵水中提取碘。
應用領(lǐng)域
農業(yè)方面
光譜學(xué)方面
用作照相感光乳劑，也用于制造電子儀器的單晶棱鏡、光學(xué)儀器的偏光鏡和通透過(guò)紅外線(xiàn)的玻璃。
工業(yè)方面
醫藥方面
食品方面
其他方面
安全事宜
對人體的影響
碘缺乏最嚴重的副作用是對胎兒的損害。母體甲狀腺素在10–12周胎兒甲狀腺功能開(kāi)始前穿過(guò)胎盤(pán)，占出生時(shí)臍帶血中T4的20–40%。胎兒大腦神經(jīng)元遷移和髓鞘形成需要正常量的甲狀腺激素，碘缺乏會(huì )不可逆轉地損害大腦發(fā)育，缺碘會(huì )導致流產(chǎn)以及死產(chǎn)。此外，碘攝入過(guò)多時(shí)會(huì )產(chǎn)生多種反應，主要包括甲狀腺炎、甲狀腺腫、甲狀腺功能減退、甲狀腺功能亢進(jìn)、敏感性反應和急性反應。
對植物的影響
植物體內碘含量隨著(zhù)外源體內碘含量的增加而增加，葉菜類(lèi)對碘的累積能力最強，其次為莖菜類(lèi)，而根菜類(lèi)較弱。不同植物對不同劑量碘的反應不一樣。碘濃度過(guò)高可引起植物生長(cháng)矮小產(chǎn)量減少等，甚至誘發(fā)植物病害的發(fā)生。
對生理功能的影響
- 眼睛：眼睛接觸可能會(huì )導致嚴重的眼部灼傷。
- 心血管：心動(dòng)過(guò)速、低血壓和循環(huán)衰竭可能是由于攝入了腐蝕性濃碘溶液所致。
- 神經(jīng)系統：嚴重中毒后可能會(huì )出現頭痛、頭暈、精神錯亂和昏迷。
- 皮膚：皮膚接觸強碘應用溶液可能會(huì )導致灼傷。慢性攝入可能導致碘中毒，其特征為痤瘡形成的皮膚損傷和其他皮疹。皮膚吸收較為嚴重時(shí)可能會(huì )導致全身癥狀和死亡。
主要不良反應：
- 內分泌系統影響：碘的化合物會(huì )導致甲狀腺腫大、甲狀腺功能減退癥和甲狀腺功能亢進(jìn)癥。甲狀腺外副作用有胃腸道不適（惡心、疼痛）、味覺(jué)異常、皮膚和粘膜如刺激、皮疹、水腫、過(guò)敏樣反應如發(fā)熱、嗜酸性粒細胞增多、血清病樣癥狀和血管炎。
- 胃腸道影響：碘的腐蝕作用會(huì )使胃腸道受到一定的影響，其癥狀主要包括金屬味、嘔吐、腹痛和腹瀉。如果患者在急性期存活下來(lái)，可能會(huì )發(fā)生食管狹窄。
- 腎臟影響：接觸后 1 至 3 天可能會(huì )出現無(wú)尿。
消防
碘不可燃，本身不燃燒，但在加熱時(shí)可能會(huì )分解產(chǎn)生腐蝕性或有毒煙霧。有些是氧化劑，可能會(huì )點(diǎn)燃木材，紙張，和衣物等。碘與金屬接觸可能會(huì )釋放出易燃的氫氣。此外，含碘的容器在加熱時(shí)可能會(huì )發(fā)生爆炸。
小火：可以使用干粉、二氧化碳等方式進(jìn)行滅火。
大火：采用干粉、二氧化碳、抗溶性泡沫或噴水等方式進(jìn)行滅火。如果排氣安全裝置發(fā)出響亮的聲音或罐體變色，應立即撤離。如果油罐車(chē)、軌道車(chē)或油罐車(chē)發(fā)生火災，在所有方向隔離 800 米。
急救措施
眼睛：當碘接觸到眼睛，應立即用大量水沖洗眼睛，偶爾提起下眼瞼和上眼瞼，然后立即就醫。
皮膚：碘接觸到皮膚，應立即用肥皂和水清洗受污染的皮膚。如果碘滲入衣服，應立即脫掉衣服，用肥皂和水清洗皮膚，并及時(shí)就醫。
呼吸：人體吸入大量碘時(shí)，應立即將暴露的人轉移到新鮮空氣中。如果呼吸停止，應立刻進(jìn)行人工呼吸，并盡快就醫。
吞咽：一不小心吞咽碘時(shí)，應立即就醫。
溢出處理
禁止碘進(jìn)入環(huán)境，防止泄漏的碘進(jìn)入到有蓋的密封容器中，小心收集剩余物，然后根據當地法規進(jìn)行儲存和處置。碘有毒和腐蝕性，一旦泄露應隔離所有方向的溢出或泄漏區域至少 50 米，必要時(shí)，在下風(fēng)方向增加即時(shí)預防措施的距離。
儲存
應儲存在陰涼和通風(fēng)良好的地方，避免陽(yáng)光直射，遠離火災危險區域，并定期檢查。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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