Iodul

Această prezentare necesită JavaScript.

Iodul este al doilea element dintre grupa halogenilor, posedă o reactivitate slabă și o electropozitivitate ridicată. Ca substanță elementară, la fel ca toți halogenii, iodul prezintă moleculă diatomică (I₂).

Are un singur izotop natural stabil, cu masa atomică relativă 127, al cărui nucleu conține 74 de neutroni.

Iodul este un oligoelement esențial pentru organismul uman, fiind indispensabil pentru sinteza hormonilor tiroidieni. Carența sau excesul de iod au efecte nocive asupra organismului. Carența cronică de iod determină scăderea sintezei de hormoni tiroidieni, cu gușă endemică și manifestări clinice de hipotiroidie (mixedem, nanism tiroidian, cretinism etc.), iar excesul de iod determină manifestări de hipertiroidie (exoftalmie, iritabilitate, hiperfagie, tulburări de ritm cardiac etc.).

Iodul este relativ răspândit în natură, fiind al 47-lea element chimic ca abundență în scoarța terestră,  însă este foarte dispersat în aceasta, aspect care îngreunează extragerea sa. Principalele surse naturale de iod sunt zăcămintele desalpetru de Chile (NaNO₃) și salpetru de India (KNO₃), fiind întâlnit chiar și în proporție de 1%. Iodurile însoțesc clorurile și bromurile, însă în acestea sunt prezente în concentrații mai mici. Cantități mari de iod se întâlnesc în apa mărilor, deși concentrația medie de iod în apă este de numai 2–3 mg I₂/l. Concentrarea iodului din apă de către algele marine explică prezența elementului în cenușa acestora (sub formă de iodură de potasiu în concentrație de până la 0,4%). Apele sondelor petroliere conțin 25–60 g I₂/m³; unele ape minerale conțin de asemenea iod.

Compușii organoiodici sunt sintetizați de formele de viață marine, cel mai răspândit compus fiind iodometanul. Cantitatea totală de iodometan produsă anual de mediul biogenerator marin este de 214 kilotone. Iodometanul volatil este descompus prin reacții de oxidare în atmosferă, instaurându-se astfel un circuit natural al iodului. Deși este un element prezent în concentrații reduse, varecul și alte plante stochează iodul, introducându-l astfel în lanțul trofic.

Proprietăţi

Fizice

Iodul, la temperatura camerei, este o substanță solidă, de culoare cenușiu-violacee, cristalizată, cu un miros specific și luciu metalic. Punctul de topire al iodului este 113,6 °C, iar cel de fierbere185,24 °C. În ciuda temperaturii mari de fierbere, iodul se volatilizează chiar și la temperatura camerei prin procesul denumit sublimare. Fiind păstrat în vase etanșe cu scopul de a preîntâmpina pierderea de substanță solidă prin sublimare, pe partea de sus a pereților vasului se poate observa, cu timpul, depunerea cristalelor de iod datorată desublimării vaporilor din interiorul recipientului. Molecula de iod este diatomică, iar disocierea termică a acesteia are loc la temperaturi mai mari de 680 °C. La 1600 °C, disocierea este totală.

Iodul în stare solidă cristalizează în sistem ortorombic cu fețe centrate având simbolul oF8 în notația Pearson, structura cristalină fiind similară cu cea a fosforului negru. Structura cristalină a iodului molecular nu prezintă proprietatea de alotropie.

O altă proprietate fizică a iodului este solubilitatea scăzută  în apă: în condiții fizice normale, solubilitatea relativă a iodului în apă este de 1:6000, la temperatura de 20 °C este de 1:3450, iar la 50 °C are valoarea de 1:1280. Dizolvându-se, formează apa de iod, de culoare galbenă-brună. Pe de altă parte, iodul este ușor solubil în solvenți organici oxigenați, formând soluții colorate în brun, datorită reacțiilor de solvatare sau în solvenți organici neoxigenați, cu care formează soluții colorate în violet. Solubilitatea mare a iodului în solvenții organici nemiscibili cu apa este utilizată în extragerea acestuia din soluții apoase. Iodul se dizolvă ușor în soluții apoase concentrate de ioduri alcaline sau acid iodhidric, dând soluții brune, datorită formării ionului I₃^–. Această proprietate este folosită la prepararea tincturii de iod în farmacii.

Chimice

Având o afinitate mai mică față de electroni decât clorul și bromul, iodul prezintă electronegativitatea 2,5, fiind astfel prezent caracterul electronegativ inferior bromului, reacționând mai puțin violent.

Iodul reacționează direct cu unele nemetale, cu hidrogen, metale și substanțe compuse și se combină direct cu sulful șifosforul.

Reacția iodului cu fluorul are loc la temperatura camerei, formându-se pentafluorură de iod. La 250 °C aceeași reacție conduce la formarea heptafluorurii de iod. Prin controlarea condițiilor de reacție (−45 °C, suspensie în CFCl₃), este posibilă izolarea trifluorurii de iod.

I₂(s) + 5F₂(g) → 2IF₅(l) [compus incolor]I₂(g) + 7F₂(g) → 2IF₇(g) [compus incolor]I₂(s) + 3F₂(g) → 2IF₃(s) [compus galben]

Cu hidrogenul reacționează la 440 °C formând acid iodhidric. Cu oxigenul nu se combină direct, însă compușii săi oxigenați sunt mai stabili decât cei analogi clorului și bromului. Cu unele metale, precum fierul sau mercurul, reacționează la temperatura obișnuită, formând iodurile respective. Față de apă, hidroxizi alcalini și hidrocarburi se comportă în mod analog cu clorul și bromul.

Acidul azotic oxidează iodul, formând acidul iodic, care la temperatura camerei este o substanță solidă cu cristale lucioase:

3I₂ + 10HNO₃ → 6HIO₃ + 10NO + 2H₂O

La încălzire, acidul iodic, prin pierdere parțială de apă, la temperatura de 110 °C se topește. La temperatura de 200 °C, acidul iodic se deshidratează complet, formând pentaoxidul de iod:

6HIO₃ → 2(HI₃O₈) + 2H₂O2(HI₃O₈) → 3I₂O₅ + H₂O

Caracterul oxidant al iodului este inferior celor doi halogeni. Astfel, tiosulfatul de sodiu este oxidat la tetrationat de sodiu și nu la sulfat, ca în cazul clorului:

I₂ + 2Na₂SSO₃ =Na₂S₂[S₂]^2-O₆ + 2NaI

Reacția este cantitativă și stă la baza iodometriei, metodă de analiză frecvent utilizată în chimia analitică.

Iodul formează cu amidonul, mai precis cu amiloza din acesta, un compus de incluziune de tip aduct, cu o compoziție încă necunoscută. Ca și structură, macromoleculele de amiloză adoptă o configurație de tip helix în care spațiul interior cu diametrul de 5Å este ocupat de atomii de iod care se leagă prin intermediul unor catene liniare, de culoare albastră-intensă. Prin încălzirea lui la 70–100 °C, culoarea dispare și reapare la răcire. Amilopectina din amidon, cu structura macromoleculară ramificată cu lanțuri legate între ele prin intermediul grupărilor aldehidice CH², formează un complex de culoare violacee-purpurie. Aceasta este o reacție utilizată în identificarea iodului.

Importanţa

Iodul elementar este folosit ca dezinfectant în diverse forme. Poate fi folosit ca element în sine sau sub forma anionului I₃^–dizolvat în apă. Iodul poate proveni din iodofori, care conțin iod și un agent solubilizant. Exemple de astfel de soluții sunt:tinctura de iod (iod în etanol sau iod și iodură de sodiu într-un amestec de etanol și apă), soluția Lugol (iod și iodură în apă, formând în mare parte tiiodură) și iod Povidone (un iodofor).

Iodul formează un complex albastru intens cu amidonul și glicogenul (clatrat). Pe această proprietate se bazează numeroase aplicații practice de identificare a unor compuși organici. În iodometrie, concentrația unui oxidant poate fi determinată prin adăugarea unui exces de iodură, împreună cu puțin iod, pentru distrugerea iodului elementar/triiodurii ca rezultat al oxidării de către materialul oxidant. Un indicator deamidon este folosit pe măsură ce indicatorul se epuizează, crescând contrastul vizual (albastrul închis devine incolor, în locul decolorării triiodurii galbene).^[78]

Iodul poate fi utilizat în testarea unor eșantioane alimentare pentru determinarea existenței amidonului.

Soluțiile cu iod pot fi folosite în depistarea bancnotelor contrafăcute, pornind de la premisa că hârtia acestora pot conține amidon. Hârtia ce conține amidon poate fi testată cu o iodură pentru depistarea oxidanților precum peroxizii. Substanțele oxidante transformă iodura în iod, care apare albastru. O soluție de amidon și iodură poate fi preparată în același scop.

În procedura colposcopiei, soluția Lugol este aplicată în regiunea vaginală și cervicală. Țesutul vaginal normal se colorează în maro datorită conținutului mare de glicogen (o colorație similară cu cea a amidonului), în timp ce un țesut predispus la apariția cancerului nu se va colora, apărând într-o nuanță pală, comparativ cu țesutul înconjurător. Biopsia țesutului afectat poate fi efectuată pe baza selecției dată de această metodă. Această procedură se numește testul lui Schiller.

Fiind un element greu, iodul este radioopac. Compușii organici de un anume tip (derivați benzenici ce substituie iodul) sunt utilizați în medicină ca radiocontrastant alradiațiilor X pentru injecțiile intravenoase. Această tehnică este asemănătoare cu tehnicile avansate ale utilizării radiațiilor X precum angiografia și tomografia.

Unii izotopi radioactivi ai iodului pot fi utilizați în tratarea cancerului tiroidian. Organismul uman acumulează iod în tiroidă, iar izotopii iodului radioactiv pot distruge țesutul afectat de cancer în mod selectiv, în timp ce doza radioactivă rămâne mică pentru restul organismului.

În 1839 Louis Daguerre își publicase metoda de fotografiere, prin așa numita metodă adagherotipiei. Imaginea era produsă pe o placă de sticlă acoperită cu argint metalic expusă vaporilor de iod, formând astfel un strat fotosensibil de iodură de argint. Cu cât lumina incidentă era mai intensă, cu atât iodura de argint se transforma în argint metalic. Iodul format în această reacție se putea spăla de pe placă, lăsând imaginea pozitivă.

Pe lângă aplicațiile anterioare, iodul a mai fost folosit ca adjuvant al unor suplimente alimentare pentru animale, la prepararea unor cerneluri și coloranți, produse farmaceutice, dezinfectante industriale, stabilizatori; totodată a fost utilizat în transformarea iodului în iodură de titaniu pentru aplicații catalitice. Iodura de argint este utilizată pentru creșterea sensibilității filmelor fotografice, iodura de zirconiu pentru prepararea zirconiului pur, iar iodura de potasiu ca supliment alimentar pentru animale și adaos la sarea de bucătărie destinată consumului uman. Compușii organici ai iodului sunt folosiți în industria farmaceutică și a vopselelor, precum și în stabilizarea nailonului.