Jod

Jod () jest hemijski element sa simbolom I (prije uvođenja međunarodnih simbola elemenata bio je J) i atomskim brojem 53. U periodnom sistemu svrstan je u 7. glavnu grupu (17. grupu) te stoga spada u halogene elemente. Njegovo ime izvodi se iz starogrčke riječi ioeides (ιο-ειδής) u značenju ljubičast, jer se pri njegovom zagrijavanju oslobađaju pare karakteristične ljubičaste boje.

Na sobnoj temperaturi, jod je u čvrstom stanju, vrlo slabo se rastvara u vodi, ali se dobro rastvara u vodenom rastvoru kalij jodida te još bolje u etanolu i drugim organskim rastvaračima. U mnogim prilikama, često se stvara zabuna kod simbola ovog hemijskog elementa. Tako neke enciklopedije, brojni školski udžbenici, mnogi mediji i časopisi pogrešno navode simbol J za jod, što je zapravo oznaka za međunarodnu mjernu jedinicu za energiju džul.

Jod je nezamjenjivi i sastavni dio životinjskih i ljudskih organizama, a u tijelo se unosi hranom. Najveća koncentracija joda kod čovjeka prisutna je u štitnoj žlijezdi i tamo se koristi u hormonima tiroksinu i trijodtironinu kao dijodtirosinu. Nedostatak joda u vodi za piće i hrani po pravilu je odgovoran za nastanak gušavosti (strume). Stoga je kao prevencija preporučeno najmanje jednom sedmično uključivanje morskih riba i plodova u ishranu, uz upotrebu jodirane kuhinjske soli (so sa natrij- ili kalij-jodatom). Pomoću ovakve individualne profilakse i jodiranjem hrane za stoku, u mnogim zemljama svijeta nedostatak joda u tlu djelomično je ublažen.

Historija Fiziološki značaj pripravaka koji sadrže jod bio je poznat od antike. Tako je već 1.500 godina p. n. e. bolesnicima koji su bolovali od gušavosti savjetovano da jedu štitne žlijezde ovaca (koje sadrže jod) ili pepeo morskih spužvi.

Jod je prvi put dobio pariski proizvođač šalitre Bernard Courtois 1811. pri proizvodnju baruta iz pepela morske trave. Elementarni karakter joda istraživali su 1813. francuski naučnici Nicolas Clément i Joseph Louis Gay-Lussac, koji mu je godinu kasnije i dao današnje ime.

Osobine Fizičke U normalnim uslovima, jod je sivo-smeđa supstanca, koja gradi metalno-sjajne listiće, a čija gustoća iznosi 4,93 g·cm−3. Na temperaturi od 113,70 °C jod se topi u smeđu tečnost koja provodi struju. Tečni jod isparava na 184,2 °C dajući ljubičaste pare, koje se sastoje iz dvoatomskih molekula I2. Jod sublimira već na sobnoj temperaturi, tako da je njegovo topljenje moguće samo uz brzo i snažno zagrijavanje.

Hemijske Jod sa drugim elementima poput fosfora, aluminija, željeza i žive reagira mnogo manje burno za razliku od hlora i broma. Sa vodikom jod reagira dajući jodovodik, koji se čak i pri najslabijem zagrijavanju ponovno raspada na elemente:

Jod i vodik stoje u ravnoteži sa jodovodikom. Pri povećanju temperature ova ravnoteža se pomijera ulijevo.

Sa amonijakom dešava se eksplozivna reakcija zbog znatnog povećanja zapremine:

Tri mola joda i dva mola amonijaka reagiraju dajući šest mola jodovodika i jedan mol dušika.

Sa rastvorom amonijaka jod gradi dušik-jodid (NI3).

Zanimljiva osobina joda je da on može graditi polijodidne spojeve. Tako se rastvorene molekule I2 spajaju sa jednim anionom jodida u jednostavni negativno naelektrisani anion I3−. Jedna od osobina ovog polijodidnog spoja je da se može skladištiti u škrobni heliks. Ovakvi spojevi se boje u intenzivnu plavu boju već pri najmanjim koncentracijama, što se koristi kao specifično i vrlo osjetljivo dokazivanje škroba (pogledajte: Lugolov rastvor).

Izotopi Do danas poznato je 36 izotopa joda i 10 njegovih nuklearnih izomera. Među izotopima, samo jedan je stabilan, tako da se prirodni jod sastoji u potpunosti od stabilnog izotopa 127I. Stoga se za njega kaže da je mononuklidni element. Među nestabilnim izotopima, izotop 129I koji se raspada emitirajući beta-zrake ima vrijeme poluraspada od 15,7 miliona godina. Pored njega postoji još četiri izotopa sa vremenom poluraspada dužim od jednog dana: 124I (4,2 dana), 125I (59 dana), 126I (13 dana) i 131I (8,0 dana). Nestabilni izotopi joda nastaju npr. pri nuklearnoj fisiji i predstavljaju opasnost po zdravlje ljudi ako dospiju u zrak, jer se mogu nakupljati u štitnim žlijezdama.

Kristalna i molekulska struktura desno|thumb|3D model elementarne ćelije Jod ima poluprovodničke osobine. One se objašnjavaju prisustvom sloja rešetke u kojem se pojedini nivoi sastoje iz molekula I2 (dužina veze 271,5 pm). Razmak između nivoa u ortorompskim slojevitim kristalima iznosi 441,2 pm i odgovara Van-der-Waalsovom razmaku između dva atoma joda (430 pm). Rezultat mjerenja najmanjeg razmaka između dvije molekule joda sa 349,2 pm pokazuje da je daleko ispod toga.

Rasprostranjenost Pored astata, jod je najmanje rasprostranjen na Zemlji od svih halogenih elemenata. U prirodi jod je relativno dosta rasprostranjen, ali samo u obliku njegovih spojeva, naprimjer u koncentraciji od 0,02% do 1% u čilskoj šalitri, uglavnom u obliku natrij-jodata (NaIO3), ali i natrij-perjodata (NaIO4) i lautarita (Ca(IO3)2). U tragovima, jod se može dokazati i u tlu i stijenama. Prema podacima Evropskog FOREGS atlasa, fino bezvodno tlo u prosjeku može sadržavati od 2,5 do 17 mg joda po 1 kg zemljišta. Sadržaj joda u zemljištu je vrlo važan za snabdijevanje stanovništva prirodnim jodom. U vulkanskim gasovima također je zabilježeno prisustvo jodovodika u vrlo malim količinama.

Rastvorljivi spojevi joda kao što su alkalni i zemnoalkalni jodidi otpuštaju se iz stijena tokom jakih oluja ispiranjem pomoću kišnice, ili se raspadaju zbog visokih temperatura. Kasnije oni dolaze do mora ili dospijevaju do podzemnih voda. Neki izvori prirodne mineralne vode sadrže jod. Naprimjer, mineralni izvor Woodhall Spa u engleskom Lincolnshireu izbacuje vodu koja je zbog visokog udjela jod smeđe obojena. U morskoj vodi količina rastvorenog joda iznosi oko 0,05 g po toni. U njemu se uglavnom javlja u obliku jodida (I−) i jodata (IO3−) u koncentracijama od oko 500 nmol/l. Međutim, njegov raspored općenito dosta varira u površinskom sloju mora u rasponu od 0 do 200 nmol I−/l.

Jod se također može naći i u atmosferi. Tamo se nalazi bilo u obliku organskih spojeva ili u neorganskim oblicima kao jod-oksid, jod-nitrat ili viši oksidi. Za njegov udio u stratosferi nema dovoljno pouzdanih informacija a smatra se da je gornja granica za neorganski jod oko 0,1 pptv (dijelova na bilion po zapremini). U poljima morskih algi na morskim obalama izmjerene su visoke koncentracije IO od više od 10 ppt a u tropskim područjima Atlantskog okeana dokazano je prisustvo jod oksid-radikala.

Iz morskih algi (19 g jod po kilogramu suhe mase) i morskih spužvi i morske trave (do 14 g joda po kg suhe mase) moguće je izolirati i organske spojeve joda. Važan spremnik za organski vezani jod predstavlja štitna žlijezda.

Dobijanje Ranije se jod dobijao u obliku jodida i jodata, tako što su ljudi sakupljali i spaljivali morsku travu koju je more izbacivalo na obalu nakon plime. Dobijeni pepeo sadržavao je od 0,1 do 0,5% joda. Danas ovaj način dobijanja joda ima samo lokalni značaj te čini samo oko 2% ukupne svjetske proizvodnje.

Tehničko dobijanje joda usko je povezano sa dobijanje šalitre. Jodat sadržan u matičnom rastvoru prevodi se u jod pomoću redukcije. U prvom koraku hemijske reakcije koristi se sumporasta kiselina da bi se jodna kiselina (jodat je anion ove kiseline) reducirala do jodovodika:

Jodna kiselina i sumporasta kiselina reagiraju dajući jodovodonik i sumpornu kiselinu

Jodovodik ponovno oksidira u drugom koraku putem rastvaranja dobijene jodne kiseline u jod. U ovom koraku dešava se reakcija sinproporcioniranja (konproporcioniranja), jer se jod nalazi u različitim oksidacijskim stanjima (-1 u jodovodiku a +5 u jodnoj kiselini), te nastaje elementarni jod sa oksidacijskim stanjem 0.

Jodna kiselina i jodovodik konproporciraju dajući vodu i jod

Alternativno, za redukciju se može dodati i sumpor dioksid (SO2) sodi iz koje se već iskristalizirala šalitra.

Kod proizvodnje nafte i prirodnog gasa skupljaju znatne količine slanih voda, u kojima je dokazan sadržaj joda od 30 do preko 100 ppm. Jod koji je vezan u obliku natrij jodida otpušta se iz tih slanih voda oksidacijom sa hlorom:

Natrij jodid i hlor reagiraju dajući natrij hlorid i jod

Drugi način pročišavanja dobijenog joda moguće je postići tako da se on upušta zrakom u rastvor sumpor dioksida gdje se reducira a na kraju se ponovno oksidira do elementarnog joda pomoću gasovitog hlora.

Jod se reducira pomoću sumpor dioksida do jodovodika

Jodovodik i hlor reagiraju dajući hlorovodik i jod

Hromatografski jod se može obogatiti pomoću izmjenjivača aniona adsorpcijom polijodida. Za pravljenje što čistijeg joda dodaje se kalij jodid i bakar sulfat bez halogenih primjesa. U laboratorijskim količinama, jod se može dobiti djelovanjem sumporne kiseline i mangan(IV) oksida na kalij-jodid. Također može se dobiti i djelovanjem hlora na pepeo morskih biljaka koje sadrže jod.

Upotreba desno|thumb|Tretiranje rane antiseptičkim rastvorom joda. Tinktura joda i jodoform sadrže jod u elementarnom odnosno vezanom obliku i služe kao antimiotik i antiseptik. Pretpostavlja se da se dezinficirajuće djelovanje zasniva na izdvajanju kisika iz vode. Ovaj kisik je vrlo kratko vrijeme nakon oslobađanja ("u stadiju nastajanja" - in statu nascendi) posebno reaktivan:

Ovaj mehanizam se proučava i za druge halogene. Iz tih razloga jod se u pojedinim slučajevima koristi i za dezinfekciju vode u javnim bazenima. Njegova prednost u odnosu na hlor je da je jod manje agresivan. Međutim, ovim tretiranjem vode ne uništavaju se alge, pa se mora dodavati i algicid. Prekomjerno korištenje joda može dovesti i do poremećaja pigmentacije kože. Također postoji i opasnost od alergija. Oboje se može spriječiti korištenjim takozvanih jodofora, "nosećih" materijala koji mogu vezati jod.

Jodati se u malim količinama dodaju kuhinjskoj soli u obliku natrij-jodata ili kalij-jodata, u svrhu prevencije nastanka gušavosti. U prodaji se naziva i jodirana so.

Radioaktivni izotopi joda 131I (vrijeme poluraspada 8,02 dana) i 123I (13,22 sata) koriste se kao radiofarmaceutsko sredstvo u nuklearnomedicinskoj dijagnostici i terapiji oboljenja štitne žlijezde, pri čemu 131I se mnogo više koristi. Za određivanje količine minerala u kostima koristi se izotop 125I (zrači gama-zrake snage γ = 35 keV, a vrijeme poluraspada je 59,4 dana).

Jod je vrlo često upotrebljavani katalizator u hemijskim reakcijama. Tako se naprimjer on koristi u stereospecifičnim reakcijama polimerizacije 1,3-butadiena. Druga oblast njegove upotrebe je sulfuriranje aromatskih spojeva kao i alkiliranje i kondenzacija aromatskih amina.

Aromatski spojevi joda se koriste kao sredstva za dobijanje kontrasta pri rendgenskoj dijagnostici. Natrij jodid se upotrebljava kao scintilator u scintilatorskim brojačima.

Zaštita od zračenja Prilikom ispuštanja radioaktivnih supstanci nakon nuklearnih eksplozija kao i u reaktorima nuklearnih centrala dokazano je prisustvo radioaktivnog izotopa joda. Kao prevencija nuklearnih nesreća pri kojima je moguća emisija radioaktivnih izotopa joda, mnoge zemlje u okolini nuklearnih centrala skladište velike količine tableta kalij jodida sa visokim udjelom stabilnog izotopa 127I (obično se nazivaju tablete joda). Ukoliko dođe do kontaminiranja, upotrebom takvih tableta došlo bi do blokiranja joda i sprječavanja da radioaktivni jod dođe do štitne žlijezde.

Jod se smatra vrlo volatilnim radionuklidom, koji kao rezultat fisije atomskih jezgara u visokim koncentracijama dospijeva u gap, procjep između šipki nuklearnog goriva i metalnog omotača šipke. Ako bi došlo do oštećenja jezgre ili njenog topljenja, u pogledu sigurnosti od zračenja jod predstavlja praktično prvi nuklid, pored radioaktivnih izotopa plemenitih gasova kriptona i ksenona (85Kr i 135Xe), koji u velikim koncentracijama dospijeva u okolinu i ulazi u biološki ciklus.

Spojevi desno|thumb|200px|Kalij perjodat desno|thumb|200px|Živa(II) jodid: crveni (α) i žuti (β) alotrop