№53 Йод

История открытия:

Йод был открыт в 1811 г. парижским фабрикантом селитры, по имени Куртуа в соде, приготовленной из золы прибрежных растений. В 1813 г. Гей-Люссак исследовал новое вещество и дал ему название по фиолетовой окраске паров — иод. Оно произведено от греческого слова — темно-синий, фиалковый. Затем, когда было установлено его сходство с хлором, Дэви предложил именовать элемент иодином (аналогичное хлорином); это название принято в Англии и США до сих пор.

Получение:

Главным источником получения иода в СССР служат подземные буровые воды, которые содержат до 10 — 50 мг/л иода. Соединения иода также имеются в морской воде, но в столь малых количествах, что непосредственное выделение их из воды очень затруднительно. Однако существуют некоторые водоросли, которые накапливают иод в своих тканях. Зола этих водорослей служит сырьем для получения иода. Иод встречается также в виде солей калия — иодата КIO₃ и периодата КIO₄, сопутствующих залежам нитрата натрия (селитры) в Чили и Боливии.
Йод может быть получен аналогично хлору окислением HI различными окислителями. В промышленности его обычно получают из иодидов, действуя на их растворы хлором. Таким образом, получение иода основано на окислении его ионов, причем в качестве окислителя применяется хлор.

Физические свойства:

Иод при комнатной температуре представляет собой темно-фиолетовые кристаллы со слабым блеском. При нагревании под атмосферным давлением он сублимируется (возгоняется), превращаясь в пар фиолетового цвета; при охлаждении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей. Мало растворим в воде, хорошо во многих органических растворителях.

Химические свойства:

Свободный йод проявляет чрезвычайно высокую химическую активность. Он вступает во взаимодействие почти со всеми простыми веществами. Особенно быстро и с выделением большого количества теплоты протекают реакции соединения йода с металлами.
С водородом реагирует только при достаточно сильном нагревании и не полностью, так как начинает идти обратная реакция — разложение иодоводорода:
H₂ + I₂ = 2HI — 53,1 кДж
Растворяется в растворах иодидов, образуя неустойчивые комплексы. Со щелочами диспропорционирует, образуя иодиды и гипоиодиты. Азотной кислотой окисляется до иодной кислоты.
Если к желтоватому водному раствора йода добавить сероводородной воды (водный раствор H₂S), то жидкость обесцвечивается и становится мутной от выделившейся серы:
H₂S + I₂ = S + 2HI

В соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +5, +7.

Важнейшие соединения:

Йодоводород, газ, очень похож по своим свойствам на хлороводород, но отличается более выраженными восстановительными свойствами. Очень хорошо растворим в воде (425:1), концентрированный раствор йодоводорода дымит вследствие выделения HI, образующего с водяными парами туман.
В водном растворе принадлежит к числу наиболее сильных кислот.
Иодоводород уже при комнатной температуре постепенно окисляется кислородом воздуха, причем под действием света реакция сильно ускоряется:
4HI + O₂ = 2I₂ + 2H₂O
Восстановительные свойства иодоводорода заметно проявляются при взаимодействии с концентрированной серной кислотой, которая при этом восстанавливается до свободной серы или даже до H₂S. Поэтому HI невозможно получить действием серной кислоты на иодиды. Обычно иодоводород получают действием воды на соединения иода с фосфором — РI₃. Последний подвергается при этом полному гидролизу, образуя фосфористую кислоту и йодоводород:
РI₃ + ЗН₂О = Н₃РО₃ + 3HI
Раствор иодоводорода (вплоть до 50%-ной концентрации) можно также получить, пропуская H₂S в водную суспензию иода.
Иодиды , соли иодоводородной кислоты. Иодид калия применяют в медицине — в частности, при заболеваниях эндокринной системы, фотореактивы.
Иодноватистая кислота — HOI является амфотерным соединением, у которого основные свойства несколько преобладают над кислотными. Может быть получена в растворе взаимодействием йода с водой
I₂ + Н₂О = НI + НОI
Иодноватая кислота — НIO₃ может быть получена окислением йодной воды хлором:
I₂ + 5Cl₂ + 6H₂O = 2HIO₃ + 10HCl
Бесцветные кристаллы, вполне устойчивые при комнатной температуре. Сильная кислота, энергичный окислитель. Соли — иодаты, сильные окислители в кислой среде.
Оксид йода(V) , иодноватый ангидрид, может быть получен при осторожном нагревании НIO₃ до 200°С, порошок. При нагревании выше 300°С распадается на иод и кислород, проявляет окислительные свойства, в частности используется для поглощения CO в анализе:
5СО + I₂O₅ = I₂ + 5CO₂
Иодная кислота — HIO₄ и ее соли (периодаты) хорошо изучены. Сама кислота может быть получена действием НСlO₄ на иод: 2НСIО₄ + I₂=2НIO₄ + Сl₂
или электролизом раствора НIO₃: НIO₃+Н₂О = Н₂ (катод) + НIO₄ (анод)
Из раствора иодная кислота выделяется в виде бесцветных кристаллов, имеющих состав НIO₄ ·2Н₂О. Этот гидрат следует рассматривать как пятиосновную кислоту H₅IO₆ (ортоиодную), так как в нем все пять атомов водорода могут замещаться металлами с образованием солей (например, Ag₅IO₆). Иодная кислота — слабая, но более сильный окислитель, чем НСlO₄.
Оксид иода (VII) I₂О₇ не получен.
Фториды йода, IF₅, IF₇ — жидкости, гидролизуются водой, фторирующие агенты.
Хлориды йода, ICl, ICl₃ — крист. вещества, в растворах хлоридов растворяются с образованием комплексов [ICl₂] — и [ICl₄] — , иодирующие агенты.

Применение:

Иод широко применяются в химической промышленности (иодидное рафинирование Zr и Ti), для синтеза полуповодниковых материалов.
Иод и его соединения используются в аналитической химии (иодометрия) В медицине в виде так называемой йодной тинктуры (10% раствор иода в этиловом спирте), антисептического и кровоостанавливающего средства. Соединения иода для профилактики (иодирование продуктов) и лечения заболеваний щитовидной железы, там же используются радиоактивные изотопы 125 I, 131 I, 132 I .
Мировое производство (без СССР) — около 10 тыс. т/год (1976).
ПДК около 1 мг/м 3 .

Источник

Галогены

Галогены (греч. hals — соль + genes — рождающий) — химические элементы VIIa группы: F, Cl, Br, I, At. Реагируют с большинством других элементов и органических соединений.

Галогены широко распространены в природе. Их химическая активность падает от фтора к астату.

Общая характеристика элементов VIIa группы

От F к At (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Все галогены относятся к неметаллам, являются сильными окислителями.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 5 :

• F — 2s 2 2p 5
• Cl — 3s 2 3p 5
• Br — 4s 2 4p 5
• I — 5s 2 5p 5
• At — 6s 2 6p 5

Для галогенов характерны нечетные степени окисления: -1, +1, +3, +5, +7. Это связано с электронной конфигурацией атомов в возбужденном состоянии.

Природные соединения

• NaCl — галит (каменная соль)
• CaF₂ — флюорит, плавиковый шпат
• NaCl*KCl — сильвинит
• 3Ca₃(PO₄)₂*CaF₂ — фторапатит
• MgCl₂*6H₂O — бишофит
• KCl*MgCl₂*6H₂O — карналлит

Простые вещества — F₂, Cl₂, Br₂, I₂

Галогены в чистом виде можно получить путем электролиза водных растворов и расплавов их солей. Например, хлор в промышленности получают электролизом водного раствора хлорида натрия.

Электролизом расплава гидрофторида калия KHF₂ в безводной плавиковой кислоте — HF — был впервые получен фтор.

Более активные галогены способны вытеснять менее активные. Активность галогенов убывает: F → Cl → Br → I.

В лабораторных условиях галогены могут быть получены следующими реакциями.

Реакции с металлами

Для галогенов характерна высокая реакционная способность. Фтор реагирует со всеми металлами без исключения, некоторые из них в атмосфере фтора самовоспламеняются.

Реакции с неметаллами

Хлор, как и фтор, химически весьма активен. Не реагирует только с кислородом, азотом и благородными газами.

F₂ + H₂ → HF (в темноте со взрывом)

Галогены вступают в реакцию друг с другом. Чтобы определить степени окисления в получающихся соединениях, вспомните электроотрицательность 😉

Br₂ + F₂ → BrF (фтор более электроотрицателен, чем бром — F — )

Br₂ + I₂ → IBr₃ (бром более электроотрицателен, чем йод — Br — )

Реакции с водой

Реакция фтора с водой протекает очень энергично, носит взрывной характер.

Хлор реагирует с водой обратимо, образуя хлорную воду — смесь хлорноватистой и соляной кислоты. Бром вступает в те же реакции, что и хлор.

Замечу, что активность йода существенно ниже, чем у остальных галогенов. С неметаллами йод почти не реагирует, а с металлами — только при нагревании.

Реакции с щелочами

Cl₂ + NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Галогены способны вытеснять друг друга из солей. Более активные вытесняют менее активные.

KBr + I₂ ⇸ (реакция не идет, так как йод менее активен, чем бром)

Галогеноводороды

Соединения, образованные из галогенов и водорода. К галогеноводородам относятся следующие вещества:

• HF — фтороводород (газ), фтороводородная (плавиковая) кислота (жидкость)
• HCl — хлороводород (газ), соляная кислота (жидкость)
• HBr — бромоводород, бромоводородная кислота
• HI — йодоводород, йодоводородная кислота
• HAt — астатоводород, астатоводородная кислота

При н.у. HCl, HBr, HI — газы, хорошо растворимые в воде.

В промышленности применяют получение прямым методом: реакцией водорода с галогенами.

В лабораторных условиях галогеноводороды можно получить в реакциях обмена между галогенсодержащими солями и сильными кислотами.

HF — является слабой кислотой, HCl, HBr, HI — сильные кислоты. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Галогеноводороды реагируют с основными, амфотерными оксидами и основаниями с образованием соответствующих солей.

KOH + HCl → KCl + H₂O (реакция нейтрализации)

Реакции протекают в тех случаях, если в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

В некоторых реакциях проявляют себя как сильные восстановители, особенно HI.

В целом взаимодействие галогеноводородов с оксидами неметаллов нехарактерно. В этой связи важно выделить реакцию SiO₂ с плавиковой кислотой.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Cоединения йода

Йодоводород, йодоводородная кислота (HI)

Способы получения йодоводорода

В промышленности

• Взаимодействие йода с гидразином:

• Взаимодействие простых веществ происходит только при нагревании и протекает не до конца:

В лаборатории

• Вытеснение HI из йодидов ортофосфорной кислотой:

• гидролиз галогенидов неметаллов

• восстановление свободного йода:

Физические свойства йодоводорода

Водный раствор HI — иодоводородная кислота. Это бесцветная жидкость с резким запахом. Иодоводородная кислота является сильной кислотой.

В 100 г воды при обычном давлении и 20 °C растворяется 132 г HI, а при 100 °C — 177 г.

Химические свойства йодоводорода

Йодоводород – сильный восстановитель.

• Окисляется кислородом воздуха, приобретая бурый цвет:

• Взаимодействует с концентрированной серной кислотой с образованием сероводорода и свободного йода:

• Окисляется другими неметаллами:

• Окисляется даже слабыми окислителями:

• Присоединяется к кратным связям органических соединений (реакция электрофильного присоединения):

HI + CH₃ – CH = CH₂ → CH₃ – CHI – CH₃

• Образуют полииоды, присоединяя элементарный иод:

Кислородные кислоты и окислы иода

Иодноватистая кислота (HIO)

Иодноватистая кислота HIO — существует только в очень разбавленных растворах, окрашена в зеленоватый цвет. Очень неустойчива.

Получение йодноватистой кислоты

Образуется при взаимодействии иода с водой. Реакция обратима, а равновесие сильно сдвинуто в сторону исходных веществ:

Химические свойства йодноватистой кислоты

• Проявляет амфотерные свойства – слабая кислота и слабое основание. Диссоциирует и как кислота, и как основание:

• Разлагается при комнатной температуре с течением времени:

• Разлагается щелочами:

3HIO + 3NaOH = 2NaI + NaIO₃ + 3H₂O

Соли иодноватистой кислоты называют гипоиодитами.

Иодноватая кислота (HIO₃)

Йодноватая кислота HIO₃— белое кристаллическое вещество со стеклянным блеском и горьковато-кислым вкусом. При обычной температуре устойчива. Сильная одноосновная кислота, имеющая склонность к полимеризации в концентрированных растворах

Получение иодноватой кислоты

Получают в водных растворах при окислении иода хлором, пероксидом водорода либо дымящей азотной кислотой:

Химические свойства йодноватой кислоты

• хорошо растворима в воде:

• При медленном нагревании до 110ºС она частично плавится, частично образует ангидроиодноватую кислоту HI₃O₈.

При нагревании HIO₃ выше 230°C образует порошок иодноватого ангидрида I₂O₅, при растворении в воде, которого вновь образуется иодноватая кислота:

• Нейтрализуется щелочами:

• Проявляет окислительные свойства:

• При электролизе йодноватой кислоты образуется йодная кислота:

Соли иодноватой кислоты — иодаты

• Они довольно устойчивы и разлагаются при температуре выше 400 °C.

• Обладают сильными окислительными свойствами в кислой среде:

• При электролизе раствора иодаты распадаются на водород и периодаты:

Иодная кислота (HIO₄)

Иодная кислота HIO₄ — белое гигроскопичное кристаллическое вещество. В водном растворе Н₅IO₆ является слабой кислотой. В растворах образует гидраты состава mHIO₄•nН₂О, например, H₃IO₅, H₄I₂O₉, H₅IO₆ и т. д Их устойчивость зависит от концентрации раствора. Проявляет сильные окислительные свойства

Получение йодной кислоты

• При воздействии хлорной кислоты на иод в присутствии катализатора:

• Электролизом раствора иодноватой кислоты:

Химические свойства йодной кислоты

• При растворении в воде образует гидраты:

• НIO₄ разлагается при нагревании выше 122ºС:

• Щелочами нейтрализуется не полностью:

• Сильные окислительные свойства:

Cоли йодной кислоты — периодаты

Йодная кислота может образовать соли, содержащие ионы, IO₆ 5− , IO₅ 3− , IO₄ — и I₂O₉ 4− — соответственно орто-, мезо-, мета- и дипериодаты.

Получение периодатов

Периодаты можно получить при окислении иодатов сильными окислителями в щелочной среде:

Химические свойства периодатов

• Периодаты — сильные окислители, при нагревании выше 300ºС разлагаются с выделением кислорода:

• Разлагаются концентрированными кислотами:

• Разлагаются концентрированными щелочами:

• Проявляют окислительные свойства:

Оксиды йода

Пентаоксид (пятиокись) иода, йодноватый ангидрид (I₂O₅)

Иодноватый ангидрид I₂O₅ – белое, гигроскопичное вещество. На свету темнеет из-за частичного разложения.

Получение пентаоксида йода

Получают при медленном нагревании йодноватой или йодной кислоты

Химические свойства пентаоксида йода

• На свету разлагается:

• Как кислотный оксид реагирует с водой, со щелочами:

• Легко фторируется:

• Восстанавливается монооксидом углерода:

Источник