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碘
非金屬元素
碘（拼音：diǎn，英語：Iodine）是一種鹵族元素，其化學符號為I，原子序數(shù)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(jié)許多重要的生化反應（蛋白質合成和酶活性）而且在代謝活動過程中起著關鍵的決定因素 。碘也是動物的必需元素，參與動物的生長、發(fā)育和新陳代謝的調節(jié)。碘天然存在于海帶，大豆，豬肉，雞肉，蛋黃和黃油等食物中。碘添加到某些類型的鹽中，可作為膳食補充劑。人類缺乏碘會導致甲狀腺腫大、克汀病、智力下降、孕婦自然流產、胎兒先天性缺陷和嬰兒出生時死亡等一系列疾病和健康問題。
基本信息
中文名
碘
英文名
Iodine
拼音
diǎn
元素類別
鹵素
族
Ⅶ A族
周期
5
電子排布
[Kr] 4d1o5s2 5p?
CAS編號
7553-56-2
化學式
I2
相對分子質量
253.8089（I2）
物理性質
外觀
具有金屬光澤的重質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
114℃（I2）
沸點
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 時的蒸氣壓，0.04 kPa（I2）
原子性質
氧化態(tài)
?1、0、+1、+3、+5、+7
電負性
2.66
原子半徑
140 pm
發(fā)現(xiàn)歷史
1811年，伯納德·科圖瓦（Bernard Courtois）發(fā)現(xiàn)了碘。當時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(zhàn)爭持續(xù)的時間較長，首選的柳樹木材被耗盡。有人建議使用干燥的海藻作為原料來生產火藥，而在制造硝石的過程中，產生了過量的硫化合物，為了去除這些硫化物，科學家考圖向其加入硫酸，但一不小心加入了過多的硫酸，紫色蒸汽云升起了，房間里彌漫著一股像氯氣一樣的刺激性氣味。當蒸汽凝結在冷物體上時，沒有液體形成，而是出現(xiàn)了一定量的黑色晶體，表面光澤類似金屬。
接著伯納德·庫爾圖瓦認為它是一種新物質，并對這種新物質進行了一些小實驗，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(xiàn)，當與氨混合時，它具有一定的爆炸性，并且在燃燒時不會分解。由于缺乏資金，伯納德·庫爾圖瓦將樣品提供了兩個團隊，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進行研究，Gay Lussac和AndréM.Ampère研究發(fā)現(xiàn)，這種物質可能是一種元素，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，描述了這種物質的性質與氯相似，并且它與氟和氯都非常相似，并根據(jù)希臘語中“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程中產生并被檢測出來的有機碘化物，已經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，同時也可以以它們與O?，NO，NO?，CO發(fā)生復雜的大氣化學反應后的產物的狀態(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、土壤母質的風化以及動物排泄物和人為活動中。土壤中鐵鋁氧化物、粘土礦物、腐殖酸類有機物越高，則碘含量就越高。此外，土壤與植物和大氣之間存在著碘的交換。植物通過根系吸收土壤中的碘，它死亡腐爛時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)進入大氣。
植物中的碘
用碘對作物進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。植物中碘的生理學特征很差。植物可以通過根系和空氣吸收土壤溶液中的碘，也可以通過雨水溶解在鹽分溶液中，穿過葉片的氣孔和表皮層進入。在植物組織中，碘在液泡中積累，積累過程主要是從根到葉，再到莖。在植物組織中，碘的無機形式，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，甲狀腺會吸收大約 120μg的碘化物來合成甲狀腺激素 。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
物理性質
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?shù)馊芙庠跇O性溶劑中時，極性溶劑是強供體溶劑，如酮、醚、吡啶，電荷轉移絡合物的形成導致兩個分子軌道之間的能隙改變，從而吸收不同波長的光。碘接受溶劑中的電子，分子進入其最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）。這降低了碘原子從最高占據(jù)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；最長的12? I半衰期為1.72×10?年。其所有的同位素都有53個質子，天然存在的碘同位素有12?I和12? I，其中12? I是唯一的穩(wěn)定碘同位素，12? I是自然界中半衰期最長的碘同位素，但主要由人類核活動產生和釋放。生物醫(yī)學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，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行簡單介紹：
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）時的最大恒定沸點為127 °C。而碘化氫（HI）是四種常見鹵化氫中最不穩(wěn)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，其可通過弱酸（如H?S）與碘的作用或通過某些碘化物的水解制備，但氫碘酸不能通過H?SO?與碘化物的作用而制備。
碘的含氧酸
碘的含氧酸本質上是共價化合物，主要包括次碘酸、HIO?和各種周期性酸。通過將碘溶解在稀堿中，或者通過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(shù)很容易水解，在加熱時分解，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。高碘酸鹽在加熱時放出氧氣，同時生成碘酸鹽，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，并與過氧化氫一起生成氧氣和碘酸鹽。
化學性質
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(jié)組織內的水代謝，促進維生素的吸收利用，促進蛋白質的合成與分解，調節(jié)糖和脂肪的代謝。
- 碘能激活孕婦體內許多重要酶化合物，促進物質代謝和孕婦及胎兒的生長發(fā)育。
在人體中的代謝
碘可以通過攝入、吸入或皮膚接觸進入人體。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 %來自食物，10 %-20 %來自飲水，極少量來自空氣。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。經消化道吸收的碘主要被濃聚在甲狀腺組織中，小部分經腎排出體外。婦女哺乳期經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個月 | 110 μg | 110 μg | ||
7-12個月 | 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個月 | 不可能建立 | 不可能建立 | ||
7-12個月 | 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。
應用領域
農業(yè)方面
光譜學方面
用作照相感光乳劑，也用于制造電子儀器的單晶棱鏡、光學儀器的偏光鏡和通透過紅外線的玻璃。
工業(yè)方面
醫(yī)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始前穿過胎盤，占出生時臍帶血中T4的20–40%。胎兒大腦神經元遷移和髓鞘形成需要正常量的甲狀腺激素，碘缺乏會不可逆轉地損害大腦發(fā)育，缺碘會導致流產以及死產。此外，碘攝入過多時會產生多種反應，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、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外源體內碘含量的增加而增加，葉菜類對碘的累積能力最強，其次為莖菜類，而根菜類較弱。不同植物對不同劑量碘的反應不一樣。碘濃度過高可引起植物生長矮小產量減少等，甚至誘發(fā)植物病害的發(fā)生。
對生理功能的影響
- 眼睛：眼睛接觸可能會導致嚴重的眼部灼傷。
- 心血管：心動過速、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。
- 神經系統(tǒng)：嚴重中毒后可能會出現(xiàn)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可能會導致全身癥狀和死亡。
主要不良反應：
- 內分泌系統(tǒng)影響：碘的化合物會導致甲狀腺腫大、甲狀腺功能減退癥和甲狀腺功能亢進癥。甲狀腺外副作用有胃腸道不適（惡心、疼痛）、味覺異常、皮膚和粘膜如刺激、皮疹、水腫、過敏樣反應如發(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，可能會發(fā)生食管狹窄。
- 腎臟影響：接觸后 1 至 3 天可能會出現(xiàn)無尿。
消防
碘不可燃，本身不燃燒，但在加熱時可能會分解產生腐蝕性或有毒煙霧。有些是氧化劑，可能會點燃木材，紙張，和衣物等。碘與金屬接觸可能會釋放出易燃的氫氣。此外，含碘的容器在加熱時可能會發(fā)生爆炸。
小火：可以使用干粉、二氧化碳等方式進行滅火。
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、軌道車或油罐車發(fā)生火災，在所有方向隔離 800 米。
急救措施
眼睛：當?shù)饨佑|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(yī)。
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，并及時就醫(yī)。
呼吸：人體吸入大量碘時，應立即將暴露的人轉移到新鮮空氣中。如果呼吸停止，應立刻進行人工呼吸，并盡快就醫(yī)。
吞咽：一不小心吞咽碘時，應立即就醫(yī)。
溢出處理
禁止碘進入環(huán)境，防止泄漏的碘進入到有蓋的密封容器中，小心收集剩余物，然后根據(jù)當?shù)胤ㄒ?guī)進行儲存和處置。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(qū)域至少 50 米，必要時，在下風方向增加即時預防措施的距離。
儲存
應儲存在陰涼和通風良好的地方，避免陽光直射，遠離火災危險區(qū)域，并定期檢查。
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作者
