요오드 : 역사, 특성, 구조, 획득, 위험, 용도 - 화학 - 2025

요오드 반응성 인 비 - 금속 원소는 본질적 아주 널리 호르몬 티로신까지 요오드 물 알려진 원소 주기율표의 17 족 (할로겐)에 속하는 화학 기호에 의해 표시된다 I. .

고체 상태에서 요오드는 금속 광택이있는 짙은 회색이며 (하단 이미지) 승화하여 차가운 표면에 응축되면 어두운 잔류 물을 남길 수있는 보라색 증기를 생성 할 수 있습니다. 이러한 특성을 입증하기위한 실험은 다양하고 매력적이었습니다.

강력한 요오드 결정. 출처 : BunGee

이 원소는 1811 년 Bernard Curtois에 의해 처음으로 분리되면서 질산염 제조용 원료로 사용되는 화합물을 얻었습니다. 그러나 Curtois는 Joseph Gay-Lussac과 Humphry Davy가 공유하는 장점 인 요오드를 원소로 식별하지 않았습니다. Gay-Lussac은이 원소를 "iode"로 식별했습니다.이 용어는 보라색이 지정된 그리스어 "ioides"에서 유래 한 용어입니다.

다른 할로겐과 마찬가지로 원소 요오드는 공유 결합으로 연결된 두 개의 요오드 원자로 구성된 이원자 분자입니다. 요오드 분자 사이의 반 데르 발스 상호 작용은 할로겐 중에서 가장 강하다. 이것은 요오드가 녹는 점과 끓는점이 가장 높은 할로겐 인 이유를 설명합니다. 또한 할로겐 중 반응성이 가장 낮고 전기 음성도가 가장 낮습니다.

요오드는 신체 성장에 필요하기 때문에 섭취해야하는 필수 요소입니다. 두뇌 및 정신 발달; 일반적으로 신진 대사 등, 일일 섭취량은 110 µg / 일을 권장합니다.

사람의 태아 상태에서 요오드 결핍은 신체 성장을 늦추는 상태 인 크레 틴증의 출현과 관련이 있습니다. 정신 및 지적 발달 부족, 사시 등

한편, 모든 연령대의 요오드 결핍은 갑상선 비대를 특징으로하는 갑상선종의 출현과 관련이 있습니다. 갑상선종은 고유 한 영양 적 특성을 가진 특정 지역에 국한되어 있기 때문에 고유 한 질병입니다.

역사

발견

요오드는 1811 년 프랑스의 화학자 Bernard Curtois가 그의 아버지와 함께 질산염 생산에 참여하면서 발견했으며이를 위해 탄산나트륨이 필요했습니다.

이 화합물은 노르망디와 브리타니 해안에서 수집 한 해초에서 분리되었습니다. 이를 위해 해조류를 태우고 재를 물로 씻은 후 황산을 첨가하여 잔류 물을 파괴했습니다.

우연한 실수로 Curtois는 과량의 황산과 보라색 증기를 추가하여 차가운 표면에서 결정화되어 어두운 결정으로 침전했습니다. Curtois는 그가 새로운 원소가있는 것으로 의심하고 그것을 "물질 X"라고 불렀습니다.

Curtois는이 물질이 암모니아와 혼합되었을 때 최소한의 접촉으로 폭발하는 갈색 고체 (삼 요오드화 질소)를 형성한다는 것을 발견했습니다.

그러나 Curtois는 연구를 계속하는 데 제한이 있었고 그들의 협력을 얻기 위해 Charles Desormes, Nicolas Clément, Joseph Gay-Lussac 및 André-Marie Ampère에게 그의 물질 샘플을 제공하기로 결정했습니다.

이름의 출현

1813 년 11 월, Desormes와 Clément는 Curtois의 발견을 공개했습니다. 같은 해 12 월에 Gay-Lussac은 새로운 물질이 보라색으로 지정된 그리스어 "ioides"에서 "iode"라는 이름을 제안하는 새로운 요소가 될 수 있다고 지적했습니다.

Curtois가 Ampère에게 제공 한 샘플의 일부를받은 Humphry Davy 경은 샘플을 실험하고 염소와 유사한 점을 발견했습니다. 1813 년 12 월 런던 왕립 학회는 새로운 요소의 식별에 참여했습니다.

Gay-Lussac과 Davy 사이에서 요오드 식별에 대한 논의가 있었지만, 둘 다 Curtois가 그것을 분리 한 최초의 사람이라는 것을 인정했습니다. 1839 년에 Curtois는 요오드 분리에 대한 공로를 인정 받아 왕립 과학 아카데미로부터 몬틴 상을 받았습니다.

역사적 용도

1839 년 Louis Daguerre는 요오드를 처음으로 상업적 용도로 사용하여 얇은 금속판에 daguerreotypes라는 사진 이미지를 생성하는 방법을 발명했습니다.

1905 년 북미 병리학 자 David Marine은 특정 질병의 요오드 결핍을 조사하고 섭취를 권장했습니다.

물리 화학적 특성

외관

요오드 결정의 승화. 출처 : Ershova Elizaveta

금속 광택이있는 진한 회색. 승화되면 증기는 자주색으로 나타납니다 (상단 이미지).

표준 원자량

126.904u

원자 번호 (Z)

53

녹는 점

113.7ºC

비점

184.3ºC

밀도

주변 온도 : 4.933g / cm ³

용해도

물에 녹아 20ºC에서 0.03 % 농도의 갈색 용액을 생성합니다.

평형이 I 사이에 확립되기 때문에, 용해성이 증가 이전에, 요오드 이온을 용해있다 상당히 경우 ^- 및 I ₂ I 음이온 성 종을 형성하기 위해 ₃ ^- 요오드보다 나은되는 용매화물.

클로로포름, 사염화탄소 및 이황화 탄소와 같은 유기 용매에서 요오드는 용해되어 자주색 색조를냅니다. 또한 피리딘, 퀴놀린 및 암모니아와 같은 질소 화합물에 용해되어 다시 갈색 용액을 형성합니다.

착색의 차이는 요오드가 용 매화 된 I ₂ 분자로 용해 되거나 전하 이동 복합체로 용해된다는 사실에 있습니다 . 후자는 전자를 요오드에 제공함으로써 루이스 염기처럼 행동하는 극성 용매 (그중 물)를 다룰 때 나타납니다.

냄새

자극적이고 자극적이며 특징적입니다. 냄새 역치 : 90 mg / m ³ 및 자극적 냄새 역치 : 20 mg / m ³ .

옥탄 올 / 물 분배 계수

로그 P = 2.49

분해

가열되어 분해되면 요오드화 수소와 다양한 요오드 화합물을 방출합니다.

점도

116ºC에서 2.27 cP

트리플 포인트

386.65K 및 121kPa

임계점

819K 및 11.7MPa

융합 열

15.52 kJ / 몰

기화열

41.57 kJ / 몰

몰 칼로리 용량

54.44 J / (몰 K)

증기압

요오드는 적당한 증기압을 가지고 있으며 용기를 열면 천천히 보라색 증기로 승화하여 눈, 코, 목을 자극합니다.

산화 번호

요오드 산화 번호는 : - 1 (I ^- ), +1 (I ⁺ ) +3 (I ³⁺ ) +4 (I ⁴⁺ ) +5 (I ⁵⁺ ) +6 ( I ⁶⁺ ) 및 +7 (I ⁷⁺ ). 그 우리가 음이온 I를 갖기 때문에 이러한 KI 모든 요오드 염에 요오드, -1의 산화수를 가진다 ^- .

요오드는 더 전기 음성 원소와 결합 될 때 양의 산화수를 얻습니다. 예를 들어 산화물 (I ₂ O ₅ 및 I ₄ O ₉ ) 또는 할로겐화 화합물 (IF, I-Cl 및 I-Br)에서.

전기 음성도

2.66 폴링 척도

이온화 에너지

첫째 : 1,008.4 kJ / mol

두 번째 : 1,845 kJ / mol

세 번째 : 3,180 KJ / mol

열 전도성

0.449W / (m · K)

전기 저항

0ºC에서 1.39 · 10 ⁷ Ω · m

자기 주문

반자성

반동

요오드는 대부분의 금속과 결합하여 요오드화물뿐 아니라 인 및 기타 할로겐과 같은 비금속 원소를 형성합니다. 요오드 이온은 강력한 환원제이며 자발적으로 전자를 방출합니다. 요오드화 물의 산화는 요오드의 갈색 색조를 생성합니다.

요오드는 요오드화물과 달리 약한 산화제입니다. 브롬, 염소 및 불소보다 약합니다.

산화수가 +1 인 요오드는 산화수가 -1 인 다른 할로겐과 결합하여 요오드의 할로겐화물을 생성 할 수있다. 예 : 요오드 브로마이드, IBr. 마찬가지로, 그것은 수소와 결합하여 요오드화 수소를 생성하는데, 이는 물에 용해 된 후 요오드화 수소산이라고합니다.

요오드화 수소산은 금속 또는 그 산화물, 수산화물 및 탄산염과 반응하여 요오드화물을 형성 할 수있는 매우 강한 산입니다. 요오드는 요오드 산 (HIO ₃ ) 에서 +5 산화 상태를 가지며 탈수되어 오산화 요오드 (I ₂ O ₅ )를 생성합니다.

구조 및 전자 구성

-요오드 원자와 그 결합

이원자 요오드 분자. 출처 : Benjah-bmm27 via Wikipedia.

기저 상태의 요오드는 7 개의 원자가 전자를 가진 원자로 구성되어 있는데, 오직 하나만이 옥텟을 완성하고 희가스 크세논과 등 전자가된다. 이 7 개의 전자는 전자 구성에 따라 5s 및 5p 오비탈로 배열됩니다.

4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁵

따라서 I 원자는 공유 결합하는 강한 경향을 나타내므로 각 원자는 가장 바깥 쪽 껍질에 8 개의 전자를 가지고 있습니다. 따라서, 두 개의 I 원자가 모여 및 이원자 분자 형태를 정의 본드 II, I ₍₂₎ (상부 상); 정상적인 조건에서 세 가지 물리적 상태의 요오드 분자 단위.

이미지는 공간 충전 모델로 표현되는 I ₂ 분자를 보여줍니다 . 그것은 이원자 분자 일뿐만 아니라 동핵 및 무극성입니다. 따라서 분자간 상호 작용 (I ₂ -I ₂ )은 런던 분산력의 영향을 받는데, 이는 분자 질량과 원자 크기에 정비례합니다.

그러나이 II 결합은 다른 할로겐 (FF, Cl-Cl 및 Br-Br)에 비해 약합니다. 이것은 이론적으로 sp ³ 하이브리드 궤도가 제대로 겹치지 않기 때문 입니다.

-크리스탈

I의 분자량 ₂ 의 힘이 분산 상압 사방 정계 결정을 확립하는 방향과 충분히 강한되도록한다. 그것의 높은 전자 함량은 빛이 끝없는 에너지 전이를 촉진하여 요오드 결정이 검은 색으로 변하게 만듭니다.

그러나 요오드가 승화되면 증기가 보라색으로 변합니다. 이것은 이미 I ₂ 분자 궤도 (고 에너지 또는 결합 방지) 내에서보다 구체적인 전이를 나타냅니다 .

요오드 결정을위한 기저 중심 사방 정계 단위 셀. 출처 : Benjah-bmm27.

위에 표시된 I ₂ 분자 는 사방 정계 단위 셀 내에 배열 된 구형 및 막대 패턴으로 표시됩니다.

두 개의 층이있는 것을 볼 수 있습니다. 하나는 5 개의 분자로, 중간은 4 개입니다. 또한 요오드 분자는 세포의 바닥에 위치합니다. 유리는 이러한 층을 3 차원으로 주기적으로 분배하여 만들어집니다.

II 결합에 평행 한 방향으로 이동하면 요오드 궤도가 겹치면서 전도대를 생성하여이 요소를 반도체로 만듭니다. 그러나 층에 수직 인 방향을 따르면 전기 전도 능력이 사라집니다.

링크 거리

링크 II가 확장 된 것으로 보입니다. 그리고 사실 그것은 결합의 길이가 오후 266 (기체 상태)에서 오후 272 (고체 상태)로 증가하기 때문에입니다.

이것은 I ₂ 분자 가 기체에서 매우 멀리 떨어져 있고 분자간 힘이 거의 무시할 수 있다는 사실 때문일 수 있습니다 . 고체 상태에서는 이러한 힘 (II-II)이 가시화되어 인접한 두 분자의 요오드 원자를 서로 끌어 당기고 결과적으로 분자간 거리 (또는 원 자간 거리)를 단축시킵니다.

그런 다음, 요오드 결정이 승화하면 인접한 분자가 더 이상 주변에 동일한 인력 (분산) 힘을 가하지 않기 때문에 II 결합이 기상에서 수축합니다. 또한 논리적으로 거리 I ₂ -I _2가 증가합니다.

-단계

II 결합이 다른 할로겐에 비해 약하다는 것이 이전에 언급되었습니다. 575 ° C의 기체 상태에서 I ₂ 분자의 1 %가 개별 I 원자로 분해됩니다. 열 에너지가 너무 많아서 두 개만 다시 합류하면 분리됩니다.

이와 유사하게 요오드 결정에 엄청난 압력이 가해지면 결합이 끊어 질 수 있습니다. 너무 많이 압축하면 (대기보다 수십만 배 더 큰 압력 하에서) I ₂ 분자는 자체적으로 단일 원 자상 I으로 재 배열되고 요오드는 금속 특성을 나타낸다고합니다.

그러나 신체 중심 사방 정계 (단계 II), 신체 중심 정사각형 (단계 III) 및 얼굴 중심 입방체 (단계 IV)와 같은 다른 결정 단계가 있습니다.

찾아서 얻을 수있는 곳

요오드는 지각과 관련하여 0.46ppm의 중량비를 가지고 있으며 풍부하게 61 위를 차지합니다. 요오드화물 미네랄은 드물고 상업적으로 이용 가능한 요오드 침전물은 요오드 산염입니다.

요오드 미네랄은 0.02mg / kg ~ 1.2mg / kg 농도의 화성암과 0.02 ~ 1.9mg / kg 농도의 마그마 틱 암석에서 발견됩니다. 또한 Kimmeridge 혈암에서도 17mg / kg의 농도로 발견 될 수 있습니다.

또한 요오드 미네랄은 0.8 ~ 130mg / kg 농도의 인산염 암석에서 발견됩니다. 해수의 요오드 농도는 0.1 ~ 18 µg / L입니다. 해초, 해면, 굴은 이전에는 요오드의 주요 공급원이었습니다.

그러나 현재 주요 공급원은 아타 카마 사막 (칠레)의 칼 리쉬, 질산 나트륨 퇴적물, 주로 도쿄 동부의 미나미 칸토에있는 일본 가스전과 아나 다르 코 가스전에서 나온 염수입니다. 오클라호마 (미국)의 분지.

칼 리쉬

요오드는 요오드 산염의 형태로 칼리 체에서 추출되고 중아 황산나트륨으로 처리되어 요오드화물로 환원됩니다. 그런 다음 용액을 새로 추출한 요오드 산염과 반응시켜 여과를 용이하게합니다. 칼리 쉬는 19 세기와 20 세기 초에 요오드의 주요 공급원이었습니다.

소금물

정제 후 염수를 황산으로 처리하여 요오드화물을 생성합니다.

이 요오드화물 용액은 이후 염소와 반응하여 묽은 요오드 용액을 생성하며,이 용액은 이산화황 흡수 탑으로 전환되는 공기 흐름에 의해 증발되어 다음 반응을 생성합니다.

나는 ₂ + 2 H ₂ O + SO ₂ => 2 HI + H ₂ SO ₄

그 후 요오드화 수소 가스는 염소와 반응하여 가스 상태로 요오드를 방출합니다.

2 HI + Cl ₂ => I ₂ + 2 HCl

마지막으로 요오드는 여과, 정제 및 포장되어 사용됩니다.

생물학적 역할

-권장 식단

요오드는 특히 인간에게 알려진 생명체의 수많은 기능에 개입하기 때문에 필수적인 요소입니다. 요오드가 사람에게 들어가는 유일한 방법은 그가 먹는 음식을 통해서입니다.

권장 요오드 식단은 나이에 따라 다릅니다. 따라서 6 개월 된 아이는 하루에 110 µg을 섭취해야합니다. 그러나 14 세부터 권장 식단은 하루 150 µg입니다. 또한 요오드 섭취량은 1,100 µg / 일을 초과하지 않아야합니다.

-갑상선 호르몬

갑상선 자극 호르몬 (TSH)은 뇌하수체에서 분비되며 갑상선 여포에 의한 요오드 흡수를 자극합니다. 요오드는 콜로이드로 알려진 갑상선 여포로 운반되어 아미노산 티로신과 결합하여 모노 요오도 티로신과 디 요오도 티로신을 형성합니다.

여포 콜로이드에서 모노 요오 도티 로닌 분자는 디 요오 도티 로닌 분자와 결합하여 트리 요오 도티 로닌 (T ₃ ) 이라는 분자를 형성합니다 . 다른 한편, diiodotyrosine의 두 분자는 함께 결합하여 tetraiodothyronine (T ₄ )을 형성 할 수 있습니다 . T ₃ 와 T _4는 갑상선 호르몬이라고합니다.

호르몬 T ₍₃₎ 및 T ₍₄₎ 가 혈장 단백질 결합 플라즈마 내로 분비되며 갑상선 호르몬 수송 단백질 (TBG)을 포함합니다. 갑상선 호르몬의 대부분은 T로 플라즈마 수송된다 _네 .

그러나, 갑상선 호르몬의 활성 형태 인 T ₃ T 있도록 ₄ 갑상선 호르몬의 "화이트 기관"에 거치가 탈 요오드화 및 T로 변환된다 ₍₃₎ 의 호르몬 작용을 발휘.

효과 편집

갑상선 호르몬 작용의 효과는 다양하며 다음과 같은 것이 가능합니다 : 증가 된 신진 대사 및 단백질 합성; 신체 성장 및 뇌 발달 촉진; 혈압 및 심박수 증가 등

- 부족

요오드 결핍 및 따라서 갑상선 기능 저하증으로 알려진 갑상선 호르몬의 결핍은 사람의 나이에 영향을받는 수많은 결과를 초래합니다.

태아 상태에서 요오드 결핍이 발생하면 가장 관련성이 높은 결과는 크레 틴증입니다. 이 상태는 정신 기능 장애, 신체 발달 지연, 사시 및 성적 성숙 지연과 같은 징후가 특징입니다.

요오드 결핍은 결핍이 발생하는 연령에 관계없이 갑상선종을 유발할 수 있습니다. 갑상선종은 요오드 결핍의 결과로 뇌하수체에서 방출되는 호르몬 TSH에 의한 과도한 자극으로 인해 갑상선이 과도하게 발달합니다.

갑상선 (갑상선종)의 과도한 크기는 기관을 압박하여 기관을 통과하는 공기의 통과를 제한 할 수 있습니다. 또한 쉰 목소리로 이어질 수있는 후두 신경에 손상을 줄 수 있습니다.

위험

과도한 요오드 섭취로 인한 중독은 입, 목 및 열에 화상을 입힐 수 있습니다. 또한 복통, 메스꺼움, 구토, 설사, 약한 맥박 및 혼수 상태.

과도한 요오드는 결핍에서 관찰되는 일부 증상을 생성합니다. 갑상선 호르몬의 합성이 억제되어 TSH의 방출이 증가하여 갑상선 비대가 발생합니다. 즉, 갑상선종입니다.

연구에 따르면 과도한 요오드 섭취는 갑상선염과 갑상선 유두암을 유발할 수 있습니다. 또한 과도한 요오드 섭취는 약물과 상호 작용하여 작용을 제한 할 수 있습니다.

갑상선 기능 항진증을 치료하는 데 사용되는 메티 마졸과 같은 항 갑상선 약물과 함께 너무 많은 요오드를 복용하면 추가 효과가있을 수 있으며 갑상선 기능 저하증을 유발할 수 있습니다.

베나 제 프릴과 같은 안지오텐신 전환 효소 (ACE) 억제제는 고혈압 치료에 사용됩니다. 과도한 양의 요오드화 칼륨을 섭취하면 고 칼륨 혈증과 고혈압의 위험이 높아집니다.

응용

의사들

요오드는 피부 또는 상처 소독제 역할을합니다. 거의 즉각적인 항균 작용을하여 미생물 내부에 침투하고 유황 아미노산, 뉴클레오티드 및 지방산과 상호 작용하여 세포 사멸을 유발합니다.

주로 덮힌 바이러스에 항 바이러스 작용을하여 덮힌 바이러스의 표면에있는 단백질을 공격한다고 가정합니다.

농축 용액 형태의 요오드화 칼륨은 갑상선 중독증 치료에 사용됩니다. 또한 갑상선에 대한 방사성 동위 원소의 결합을 차단하여 ¹³¹ I 방사선의 영향을 제어하는 ​​데 사용됩니다 .

요오드는 수지상 각막염 치료에 사용됩니다. 이를 위해 각막은 요오드로 포화 된 수증기에 노출되어 일시적으로 각막의 상피를 잃게됩니다. 그러나 2 ~ 3 일 안에 완전히 회복됩니다.

또한 요오드는 인간 유방의 낭포 성 섬유증 치료에 유익한 효과가 있습니다. 마찬가지로, ¹³¹ I가 갑상선암에 대한 선택적 치료가 될 수 있다고 제안되었습니다 .

반응 및 촉매 작용

요오드는 전분의 존재를 감지하는 데 사용되어 푸른 색조를냅니다. 요오드와 전분의 반응은 전분을 함유 한 종이에 인쇄 된 위조 지폐의 존재를 감지하는 데에도 사용됩니다.

Nessler 시약으로도 알려진 칼륨 (II) tetraiodomercurate는 암모니아 검출에 사용됩니다. 또한, 알칼리성 요오드 용액은 메틸 케톤의 존재를 보여주기 위해 요오드 폼 테스트에 사용됩니다.

무기 요오드화물은 티타늄, 지르코늄, 하프늄 및 토륨과 같은 금속의 정제에 사용됩니다. 공정의 한 단계에서 이러한 금속의 사 요오드화물이 형성되어야합니다.

요오드는 로진, 오일 및 기타 목재 제품의 안정제 역할을합니다.

요오드는 메틸화, 이성 질화 및 탈수 소화의 유기 합성 반응에서 촉매로 사용됩니다. 한편, 요오드화 수소산은 몬산토 및 카티 바 공정에서 아세트산 생산을위한 촉매로 사용됩니다.

요오드는 방향족 아민의 축합 및 알킬화, 황화 및 황화 공정, 합성 고무 생산에서 촉매 역할을합니다.

사진 및 광학

요오드화은은 전통적인 사진 필름의 필수 구성 요소입니다. 요오드는 단결정 프리즘, 편광 광학 기기, 적외선을 투과 할 수있는 유리와 같은 전자 기기의 제조에 사용됩니다.

기타 용도

요오드는 살충제, 아닐린 염료 및 프탈 레인의 제조에 사용됩니다. 또한 염료 합성에 사용되며 연기 소화제입니다. 마지막으로 요오드화은은 비를 일으키기 위해 구름 속 수증기의 응축 ​​핵 역할을합니다.

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