Особливості хімії сполук брому і йоду. Йод – мікроелемент у системі годівлі тварин

 

 

 

2.Особливості хімії сполук брому і йоду

Прості речовини  бром і йод складаються з двохатомних молекул з неполярним ковалентним зв’язком між атомами і в твердому стані утворюють молекулярні кристалічні ґратки. Тому вони леткі, плавляться і киплять за низьких температу.

Про леткість галогенів свідчать наявність запаху, можливість твердого йоду при слабкому нагріванні, не плавлячись, перетворюватися на пару фіолетового кольору з різким запахом. При охолодженні пара знов осідає у вигляді кристалів .

Перехід речовин при нагріванні з твердого стану в газуватий і навпаки, оминаючи рідкий, називається сублімацією.

Зі збільшенням молекулярної маси галогенів їх температури плавлення і кипіння підвищуються, зростає густина, посилюється інтенсивність забарвлення. Поява в йоді металічного блиску відповідає закономірному посиленню металічних властивостей зі збільшенням атомного номера хімічних елементів однієї групи періодичної системи.

Бром і йод малорозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (спирт). Рідина, яку називають у побуті йодом, насправді є спиртовим розчином йоду. Водні розчини брому та йоду, як і хлору, називають відповідно бромною та йодною водою. Їх формули — Br2 та I2, а колір майже однаковий — від слабкожовтого до темно-коричневого. Але йод легко розпізнати за допомоги крохмалю, з яким він утворює продукт темно-синього кольору. Крохмаль є реактивом на йод, а йод — реактивом на крохмаль. Фтор не утворює фторної води, оскільки реагує з водою із вибухом.

Хімічні властивості бромуі йоду зумовлені здатністю їх атомів приєднувати один електрон до завершення останнього електронного шару і виявляти окиснювальну властивість:

Окиснювальна здатність галогенів послаблюється від фтору до йоду: Фтор — найсильніший, а йод — найслабший окисник серед галогенів, бром дещо поступається хлору.

Взаємодія з воднем.Для реакції водню з бромом і йодом потрібне нагрівання:

Продуктами реакцій є відповідно бромоводень НВг та йодоводень НІ. 

 

Мал. 1. Реакція алюмінію з: а — бромом; б — йодом 

 

Взаємодія з металами

Взаємодія з металами завершується утворенням солей. Вони реагують з металами при нагріванні. Так, у парах брому горить алюміній (мал. 1, а). Йод окиснює метали повільніше, однак у присутності води як каталізатора реакції йоду з порошками алюмінію, магнію, цинку дуже бурхливі й супроводжуються появою фіолетової пари йоду (мал. 1, б):

Взаємодія з водою.

Бром і йод з водою не реагують.

Взаємодія з солями галогенів.

 Про послаблення окиснювальних  і посилення відновних властивостей  галогенів свідчать реакції, у  яких галогени з меншим атомним  номером витісняють галогени  з більшим атомним номером, а  саме: Хлор витісняє Бром та  Іод, Бром — лише Іод, а Іод  не здатний витіснити ні Бром, ні Хлор:

Порівняльна характеристика галогеноводневих кислот.

 Як і хлороводень, усі  галогеноводні, розчиняючись у воді, утворюють кислоти: флуоридну НF (плавикову, або фторидну), бромідну HBr, іодидну HI.

Сила галогеноводневих кислот як електролітів збільшується в ряді: 

НF < НСl < HBr < НІ. Найсильніша з галогеноводневих кислот — іодидна, найслабша — фторидна.

Застосування сполук Брому, Іоду.

незамінний у виробництві фотоплівки. Фотографування засновано на розкладанні аргентум броміду під дією світла за рівнянням реакції:

Чорне зображення на проявленій фотоплівці утворюють найдрібніші частинки металічного срібла. Натрій бромід застосовують як засіб, що заспокоює нервову систему.

Головним споживачем йоду є фармацевтична та хімічна промисловість. Його 5 — 10 %-вий спиртовий розчин (йодна настойка) використовують для обробки ран.

Сучасним напрямом застосування галогенів є використання їх в енергозберігаючих лампах. У колбу лампи, крім інертних газів (аргону та азоту), додають пари галогенів — йоду або брому, що вдвічі підвищує її ефективність і в чотири рази довговічність.  

 



 

2.1 Сполуки брому

За хімічної активності бром займає проміжне положення між хлором (Cl) та йодом (I). При реакції брому з розчинами йодидів виділяється вільний йод (I):

Br2 + 2KI = I2 + 2KBr.

Навпаки, при дії хлору (Cl) на броміди, що знаходяться у водних розчинах, виділяється вільний бром:

Cl2 + 2NaBr = Br2 + 2NaCl.

При реакції брому з сіркою (S) утворюється S2Br2, при реакції брому з фосфором (P) - PBr3 і PBr5. Бром реагує також з неметалами селеном (Se) і телуром (Te).

Реакція брому з воднем (H) протікає при нагріванні і призводить до утворення бромводнева HBr. Розчин HBr у воді - це бромводнева кислота, за силою близька до соляної кислоти HCl. Солі бром водневої кислоти - броміди (NaBr, MgBr2, AlBr3 і ін.). Якісна реакція на присутність бромід-іонів в розчині - утворення з іонами Ag + світло-жовтого осаду AgBr, практично нерозчинного як у воді, так і в азотнокислому розчині.

З киснем (O) і азотом (N) бром безпосередньо не реагує. Бром утворює велике число різних сполук з іншими галогенами. Наприклад, зі фтором (F) бром утворює нестійкі BrF3 і BrF5, з йодом (I) - IBr. При взаємодії з багатьма металами бром утворює броміди, наприклад, AlBr3, CuBr2, MgBr2 та ін. Стійкі до дії брому тантал (Ta) і платина (Pt), меншою мірою - срібло (Ag), титан (Ti) і свинець (Pb ).

Бром - сильний окислювач, він окисляє сульфіт-іон до сульфату, нітрит-іон - до нітрату і т.д.

 

При взаємодії з органічними сполуками, що містять подвійну зв'язок, бром приєднується, даючи відповідні дибромвихідні:

C2H4 + Br2 = C2H4Br2.

Приєднується бром і до органічних молекул, в складі яких є потрійний зв'язок. Знебарвлення бромної води при пропущенні через неї газу або додаванні до неї рідини свідчить про те, що в газі або в рідині присутній неграничне з'єднання.

При нагріванні в присутності каталізатора бром реагує з бензолом з утворенням бромбензолу C6H5Br (реакція заміщення).

При взаємодії брому з розчинами лугів і з розчинами карбонатів натрію (Na) або калію (K) утворюються відповідні броміди і бромати, наприклад:

Br2 + 3Na2CO3 = 5NaBr + NaBrO2 + 3CO2.

 

2.2Сполуки йоду 

Найважливішими сполуками йоду є йодистий водень, йодиди, з'єднання позитивно одновалентного йоду, йодати і йодорганічні з'єднання. Йодистий водень - газ з різким запахом дратівливим. Один об'єм води при кімнатній температурі розчиняє більше 1000 об'ємів йодистого водню, при цьому відбувається виділення енергії. Водний розчин йодистого водню - йодистоводневий кислота - є дуже сильною кислотою. Розчини йодистоводневої кислоти і йодид-іон в кислому середовищі проявляють відновні властивості. Йодид-іон взаємодіє з іоном двовалентної міді з утворенням нерозчинного у воді йодиду одновалентної міді і виділенням молекулярного йоду.

 Таким чином, в кислому  середовищі неможливо одночасне  існування йодид-іонів і іонів  тривалентного заліза, сполук трьох-і  чотирьохвалентного марганцю, іонів двовалентної міді. З іншого боку, молекулярний йод окислює сірководень і сульфід-іон при будь-якому значенні рН, утворюючи при цьому йодид-іон.

Окислювально-відновні властивості йоду визначають форми знаходження елемента в різних природних системах. В сильнокислому грунтах з пануванням окисної обстановки накопичення йодидів неможливо, тоді як в анаеробних умовах, що створюються, зокрема, в глеєвих горизонтах грунтів, ця форма мікроелемента є стійкою.

В нейтральному середовищі йодиди стійкіші, ніж в кислому, хоча і в цих умовах розчини йодидів повільно окислюються киснем повітря з виділенням молекулярного йоду. У лужному середовищі стійкість йодидів зростає.

Розчинність йодидів зростає в ряду йодид ртуті, йодид золота, йодид срібла, йодид одновалентної міді, йодид свинцю. Решта йодидів металевих катіонів та амонію добре розчинні у воді.

Найбільшою реакційною здатністю і фізіологічною активністю володіють сполуки позитивно одновалентного йоду. Внаслідок своєї нестійкості і реакційної здатності вони зустрічаються в біосфері в низьких концентраціях. Як було відзначено раніше, однозарядний позитивний катіон йоду може бути отриманий спеціальними методами в лабораторії, але в природних умовах він вкрай нестійкий. У природі сполуки позитивно поляризованого одновалентного йоду знаходяться в інших формах.

 

Окис одновалентного йоду не існує.

 Що містить йод в  ступені окислення +1 йодидна кислота  є дуже нестійким з'єднанням. Її  розбавлений розчин отримують  при струшуванні водного розчину  йоду з окисом ртуті. У кислому  середовищі йодидна кислота є  сильним окислювачем, у лужному  середовищі при рН вище 9 гіпойодит-іон  взаємодіє з водою з утворенням  йодид-іона і йодат-іона.

Молекулярний йод, на відміну від кисню та азоту, не є неполярною речовиною. Скрізь, в будь-яких середовищах біосфери молекули йоду будуть стикатися з поляризуючи ми речовинами, з яких найбільше значення має вода.

За класичними уявленнями при розчиненні молекулярного йоду у воді встановлюється рівновага:

I2 + H2O = I + HOI.

Рівновага сильно зміщене вліво. Утвориться йодидна кислота може взаємодіяти з водою як амфотерне з'єднання. Аніон йодидної кислоти є причиною сильної окислювальному й фізіологічної активності розчинів молекулярного йоду.

Іншим важливим з'єднанням, що містить позитивно поляризований одновалентний йод, є однохлористий йод. Він утворюється при безпосередній взаємодії йоду з хлором. Однохлористого йод являє собою кристали жовтого кольору, що плавляться при 27 ° С і киплячі при 100 - 102 ° С з частковим розкладанням. Більш стійка форма однохлористого йоду - рубіново-червоні кристали.

Дослідження спектрів поглинання розчинів однохлористого йоду в ультрафіолетовій і видимій області [Мохнач, 1974] показали, що в спиртових та солянокислих розчинах однохлористого йоду йод знаходиться у формі йодид-іона і аніона йодноватістой кислоти. У водних розчинах з'являється смуга поглинання, що відповідає гідратированній молекулі йоду.

Однохлористого йод має високу біологічну активність. Він використовується в медицині та ветеринарії як антибактеріального і дезинфікуючого засобу, а також в органічному синтезі як йодується агент.

Неорганічні сполуки позитивного тривалентного йоду нестійкі.

 

Органічні сполуки поділяються на дві групи: сполуки йодонія, що мають деяке хімічне схожість з сполуками амонію, і йодозосоедіненія, містять

пов'язаний з йодом атом кисню. У природі стабільні сполуки тривалентного йоду не виявлені, хоча не можна виключати, що деякі з них є проміжними продуктами метаболізму йоду.

Однією з найважливіших форм знаходження йоду в об'єктах біосфери є йод в ступені окислення +5. Відомі як неорганічні, так і органічні похідні п’ятивалентного йоду. Неорганічні сполуки п’ятивалентного йоду є похідними йодидої кислоти . Йодидна кислота являє собою безбарвна кристалічна речовина, що плавиться при 110 ° С без розкладання, добре розчинна у воді і нерозчинний в неполярних органічних розчинниках. Нагрівання йодидної кислоти до 195 ° С призводить до відщеплення води і утворенню пятиокиси йоду [Неніцеську, 1968]. Йодидна кислота є сильною кислотою, в розбавлених водних розчинах практично повністю дисоціює на іони. У кислому середовищі йодидної кислоти - достатньо сильний окислювач

У природі відносно широко поширені солі йодноватої кислоти - йодати. Йодати представляють собою кристалічні речовини, безбарвні, якщо не забарвлений катіон. Більшість йодатів добре розчиняються у воді. До труднорастворимая йодат відносяться йодати лужноземельних металів (кальцію, стронцію, барію), а також йодат церію, йодат свинцю, йодат срібла. Деякі з цих сполук зустрічаються в природі.

Йодати стійкіші, ніж аналогічні бромати та хлорати, але також виявляють окисні властивості. У лужному середовищі йодати можуть бути окислені сильними окислювачами (гіпохлоритом натрію або молекулярним хлором) до перйодати - сполук семивалентном йоду. Відомі перйодати натрію, срібла та деяких інших катіонів. Відповідна ступеня окислення йоду +7 кислота плавиться при 130 ° С з розкладанням на п’ятиокись йоду і молекулярний кисень. Висока окислювальна активність сполук семивалентном йоду є причиною вузького поширення цієї форми мікроелемента в об'єктах біосфери. Перйодати можуть бути стійкі тільки в нейтральних і лужних грунтах сухих і жарких областей.

Різноманіття хімічних форм сполук йоду, легкість переходу між різними валентними сполуками, легка летючість вільного йоду дали привід великому радянському геохіміку А.Є. Ферсману охарактеризувати йод як елемент з казковими властивостями. Унікальні властивості йоду та його сполук дозволяють цьому елементу присутнім в мікрокількостях у всіх без винятку об'єктах живої та неживої природи. Сполуки йоду в різних валентних станах мають різної міграційної здатністю і дією на живі організми, тому при розгляді долі мікроелемента в біосфері необхідно враховувати як його валентні стану в конкретних об'єктах біосфери, так і можливі окислювально-відновні перетворення в розглянутих умовах.

Важкі ступені йодної недостатності на етапі диференціації ембріона і органогенезу можуть бути причиною незворотних психічних порушень.

 

3. Йод – мікроелемент у системі годівлі тварин

Йод належить до числа найважливіших мікроелементів, що беруть участь в найінтимніших процесах обміну речовин в високорозвинених організмах. У цій своїй вищій функції йод не може бути замінений ніяким іншим хімічним елементом. Життя на землі без йоду неможливо уявити, так як без нього вона взагалі неможлива.

Йодна недостатність - причина серйозних захворювань не тільки людини, але і тварин. Одним з головних продуктів харчування людини є продукти тваринного походження: м'ясо, молоко, масло та ін.

Знижений вміст йоду в кормах, воді, споживаних тваринами, призводить до ослаблення імунної системи тварин, отже, до підвищеної чутливості до захворювань з одного боку, і до зменшення вмісту йоду в м'ясі тварини, з іншого боку.

Якісна продукція може бути отримана тільки від здорових тварин і тут дуже важливу роль займає забезпечення тварин йодом. Відомо, що дефіцит йоду призводить до імунодефіцитів, збільшенню ризику розвитку пухлин, зниження опірності організму тварини вірусам і до цілого ряду інших захворювань.

Найкращим критерієм забезпеченості тваринного організму йодом є вміст його в рослинних кормах. Це пояснюється тим, що понад 90% необхідного для тварин йоду надходить з рослинною їжею. Рослини можуть поглинати йод не тільки з грунту, але і з повітря, в їх тканинах йод знаходиться у формі лужних йодидів, які швидко засвоюються в організмі тварин і людини. За даними М.А. Байтуріна та ін. (1972), між вмістом йоду у воді, грунті, рослинах, кормах і продуктах тваринного походження і рівнем обміну речовин в тварин організмах існує прямий кореляційний залежність.