Йод или иод с ним знакомы все. Порезав палец, мы тянемся к склянке с иодом, точнее с его спиртовым раствором...
Тем не менее этот элемент в высшей степени своеобразен и каждому из нас, независимо от образования и профессии, приходится открывать его для себя заново не один раз. Своеобразна и история этого элемента.

Первое знакомство с йодом

Йод был открыт в 1811 г. французским химиком-технологом Бернаром Куртуа (1777-1838), сыном известного селитровара. В годы Великой французской революции он уже помогал отцу «извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов» , а позже занялся селитровареиием самостоятельно.
В то время селитру получали в так называемых селитряницах, или буртах. Это были кучи, сложенные из расти-тельных и животных отбросов, перемешанных со строи-тельным мусором, известняком, мергелем. Образовавшийся при гниении аммиак окислялся микроорганизмами сперва в азотистую HN02, а затем в азотную HNO 3 кислоту, которая реагировала с углекислым кальцием, превращая его в нитрат Ca(N0 3) 2 . Его извлекали из смеси горячей водой, а после добавляли поташ. Шла реакция Са (N0 3) a + К 2 С0 3 → 2KN0 3 + СаСО ↓ .
Раствор нитрата калия сливали с осадка и упаривали. Полученные кристаллы калиевой селитры очищали дополнительной перекристаллизацией.
Куртуа не был простым ремесленником. Проработав три года в аптеке, он получил разрешение слушать лекции по химии и заниматься в лаборатории Политехнической школы в Париже у знаменитого Фуркруа. Свои познания он приложил к изучению золы морских водорослей, из которой тогда добывали соду. Куртуа заметил, что медный котел, в котором выпаривались зольные растворы, разрушается слишком быстро. В маточном растворе после упаривания и осаждения кристаллических сульфатов натрия и калия оставались их сульфиды и, видимо, что-то еще. Добавив к раствору концентрированной серной кислоты, Куртуа обнаружил выделение фиолетовых паров. Не исключено, что нечто подобное наблюдали коллеги и современники Куртуа, но именно он первым перешел от наблюдений к исследованиям, от исследований - к выводам.

Вот эти выводы (цитируем статью, написанную Куртуа): «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится достаточно большое количество необычного и любопытного вещества. Его легко выделить. Для этого достаточно прилить серную кислоту к маточному раствору и нагреть его в реторте, соединенной с приемником. Новое вещество... осаждается в виде черного порошка, превращающегося при нагревании в пары великолепного фиолетового цвета. Эти пары конденсируются в форме блестящих кристаллических пластинок, имеющих блеск, сходный с блеском кристаллического сульфида свинца... Удивительная окраска паров нового вещества позволяет отличить его от всех доныне известных веществ, и у него наблюдаются другие замечательные свойства, что придает его открытию величайший интерес».
В 1813 г. появилась первая научная публикация об этом веществе, его стали изучать химики разных стран, в том числе такие светила науки, как Жозеф Гей-Люссак и Хэмфри Дэви. Год спустя эти ученые установили элементарность вещества, открытого Куртуа, и Гей-Люссак назвал новый элемент йодом-от греческого - темно-синий, фиолетовый.
Второе знакомство: свойства обычные и необычные.

Йод - химический элемент VII группы периодической системы. Атомный номер - 53. Атомная масса - 126,9044. Галоген. Из имеющихся в природе галогенов - самый тяжелый, если, конечно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный йод состоит из атомов одного-единственного изотопа с массовым числом 127. Радиоактивный йод - 125 образуется в результате спонтанного деления урана. Из искусственных изотопов йода важнейшие - йод - 131 и йод - 133; их используют в медицине.
Молекула элементарного йода, как и у прочих галогенов, состоит из двух атомов. Йод - единственный из галогенов - находится в твердом состоянии при нормальных условиях. Красивые темно-синие кристаллы йода больше всего похожи на графит . Отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить электрический ток - все эти «металлические» свойства характерны для чистого йода.
Но, в отличие от графита и большинства металлов, йод очень легко переходит в газообразное состояние. Превратить йод в пар легче даже, чем в жидкость.
Чтобы расплавить йод, нужна довольно низкая температура: + 113,5° С, но, кроме того, нужно, чтобы парциальное давление паров йода над плавящимися кристаллами было не меньше одной атмосферы. Иными словами, в узкогорлой колбе йод расплавить можно, а в открытой лабораторной чашке - нельзя. В этом случае пары йода не накапливаются, и при нагревании йод возгонится - перейдет в газообразное состояние, минуя жидкое, что обычно и происходит при нагревании этого вещества. Кстати, температура кипения йода ненамного больше температуры плавления, она равна всего 184,35° С.
Но не только простотой перевода в газообразное состояние выделяется йод среди прочих элементов . Очень своеобразно, например, его взаимодействие с водой.
Элементарный йод в воде растворяется неважно: при 25° С лишь 0,3395 г/л. Тем не менее можно получить значительно более концентрированный водный раствор элемента № 53, воспользовавшись тем же нехитрым приемом, который применяют медики, когда им нужно сохранить подольше йодную настойку (3- или 5%-ный раствор йода в спирте): чтобы йодная настойка не выдыхалась, в нее добавляют немного йодистого калия KI. Это же вещество помогает получать и богатые йодом водные растворы: йод смешивают с не слишком разбавленным раствором йодистого ралия.
Молекулы KI способны присоединять молекулы эле-ментарного йода. Если с каждой стороны в реакцию вступает по одной молекуле, образуется красно-бурый три- йодид калия. Йодистый калий может присоединить и большее число молекул йода, в итоге получаются соединения различного состава вплоть до К19. Эти вещества называют полииодидами. Полииодиды нестойки, и в их растворе всегда есть элементарный йод, причем в значительно боль-шей концентрации, чем та, которую можно получить прямым растворением йода.
Во многих органических растворителях - сероуглероде, керосине, спирте, бензоле, эфире, хлороформе - йод растворяется легко. Окраска неводных растворов йода пе отличается постоянством. Например, раствор его в сероуглероде - фиолетовый, а в спирте - бурый. Чем это объяснить?
Очевидно, фиолетовые растворы содержат йод в виде молекул 12. Если же получился раствор другого цвета, логично предположить существование в нем соединений йода с растворителем. Однако не все химики разделяют эту точку зрения. Часть их считает, что различия в окраске йодных растворов объясняются существованием разного рода сил, соединяющих молекулы растворителя и растворенного вещества.
Фиолетовые растворы йода проводят электричество, так как в растворе молекулы 12 частично диссоциируют на ионы 1+ и I-. Такое предположение не противоречит представлениям о возможных валентностях йода. Главные валентности его: 1" (такие соединения называют йодидами), 5+ (йодаты) и 7+ (перйодаты). Но известны также соединения йода, в которых он проявляет валентности 1+ и 3+, играя при этом роль одновалентного или трехвалентного металла. Есть соединение йода с кислородом, в котором элемент № 53 восьмивалентен,- Ю4.
Но чаще всего йод, как и положено галогену (на внешней оболочке атома семь электронов), проявляет валентность 1“. Как и другие галогены, он достаточно активен - непосредственно реагирует с большинством металлов (даже благородное серебро устойчиво к действию йода лишь при температуре до 50°С), но уступает хлору и брому, не говоря уже о фторе. Некоторые элементы - углерод, азот, кислород, сера, селен - в непосредственную реакцию с йодом не вступают.

третье знакомство:

Оказывается, йода на Земле меньше, чем лютеция
Йод - элемент достаточно редкий. Его кларк (содержание в земной коре в весовых процентах) -всего 4-10~5%. Его меньше, чем самых труднодоступных элементов семейства лантаноидов - тулия и лютеция.
Есть у йода одна особенность, роднящая его с «редкими землями», - крайняя рассеянность в природе. Будучи Далеко не самым распространенным элементом, йод присутствует буквально везде. Даже в сверхчистых, казалось бы, кристаллах горного хрусталя находят микро- примеси йода. В прозрачных кальцитах содержание элемента № 53 достигает 5-10~6%. Йод есть в почве, в морской и речной воде, в растительных клетках и организмах Животных. А вот минералов, богатых йодом, очень мало. Наиболее известный из них - лаутарит Са(IO 5) 2 . Но промышленных месторождений лаутарита на Земле нет.
Чтобы получить йод, приходится концентрировать природные растворы, содержащие этот элемент, например воду соленых озер или попутные нефтяные воды, или перерабатывать природные концентраторы йода - морские водоросли. В тонне высушенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в тонне морской воды его всего лишь 20-30 мг.
Как и большинство жизненно важных элементов, йод в природе совершает круговорот. Поскольку многие соединения йода хорошо растворяются в воде, йод выщелачивается из магматических пород, выносится в моря и океаны. Морская вода, испаряясь, подымает в воздух массы элементарного йода. Именно элементарного: соединения элемента № 53 в присутствии углекислого газа легко окисляются кислородом до 12.
Ветры, переносящие воздушные массы с океана на материк, переносят и йод, который вместе с атмосферными осадками выпадает на землю, попадает в почву, грунтовые воды, в живые организмы. Последние концентрируют йод, но, отмирая, возвращают его в почву, откуда он снова вымывается природными водами, попадает в океан, испа-ряется, и все начинается заново. Это лишь общая схема, в которой опущены все частности и химические преобразования, неизбежные на разных этапах этого вечного коловращения.
А изучен круговорот йода очень хорошо, и это не удивительно: слишком велика роль микроколичеств этого элемента в жизни растений, животных, человека...

Йод четвертое знакомство: биологические функции йода

Они не ограничиваются йодной настойкой. Не будем подробно говорить о роли йода в жизни растений - он один из важнейших микроэлементов, ограничимся его ролью в жизни человека.
Еще в 1854 г. француз Шатен - превосходный химик- аналитик - обнаружил, что распространенность заболеваия зобом находится в прямой зависимости от содержания йода в воздухе, почве, потребляемой людьми пище. Коллеги опротестовали выводы Шатена; более того, Французская академия наук признала их вредными. Что же касается происхождения болезни, то тогда считали, что ее могут вызвать 42 причины - недостаток йода в этом перечне не фигурировал.
Прошло почти полстолетия, прежде чем авторитет немецких ученых Баумана и Освальда заставил французских ученых признать ошибку. Опыты Баумана и Осваль¬да показали, что щитовидная железа содержит поразительно много йода и вырабатывает йод содержащие гормоны. Недостаток йода вначале приводит лишь к небольшому увеличению щитовидной железы, но, прогрессируя, эта болезнь - эндемический зоб - поражает многие системы организма. В результате нарушается обмен веществ, замедляется рост. В отдельных случаях эндемический зоб может привести к глухоте, к кретинизму... Эта болезнь больше распространена в горных районах и в местах, сильно удаленных от моря.
О широком распространении болезни можно судить даже по произведениям живописи. Один из лучших женских портретов Рубенса «Соломенная шляпка». У красивой женщины, изображенной на портрете, заметна припухлость шеи (врач сразу сказал бы: увеличена щитовидка). Те же симптомы и у Андромеды с картины «Персей и Андромеда». Признаки йодной недостаточности видны также у некоторых людей, изображенных на портретах и картинах Рембрандта, Дюрера, Ван-Дейка...
В нашей стране, большинство областей которой уда¬лены от моря, борьба с эндемическим зобом ведется по¬стоянно - прежде всего средствами профилактики. Про¬стейшее и надежнейшее средство - добавка микродоз Иодидов к поваренной соли.
Интересно отметить, что история лечебного применения йода уходит в глубь веков. Целебные свойства веществ, содержащих йод, были известны за 3 тыс. лет до того, как был открыт этот элемент. Китайский кодекс 1567 г. до н. э. рекомендует для лечения зоба морские водо¬росли...
Антисептические свойства иода в хирургии первым использовал французский врач Буапэ. Как ни странно, са¬мые простые лекарственные формы иода - водные и спир¬товые растворы - очень долго не находили применения в хирургии, хотя еще в 1865-1866 гг. великий русский хирург Н. И. Пирогов применял йодную настойку при лечении ран.
Приоритет подготовки операционного поля с помощью йодной настойки ошибочно приписывается немецкому врачу Гроссиху. Между тем еще в 1904 г., за четыре года до Гроссиха, русский военврач Н. П. Филончиков ц своей статье «Водные растворы иода как антисептическая жидкость в хирургии» обратил внимание хирургов на громадные достоинства водных и спиртовых растворов иода именно при подготовке к операции.
Надо ли говорить, что эти простые препараты не утратили своего значения и поныне. Интересно, что иногда йодную настойку прописывают и как внутреннее: не¬сколько капель на чашку молока. Это может принести пользу при атеросклерозе, но нужно помнить, что иод полезен лишь в малых дозах, а в больших он токсичен.

Йод пятое знакомство - сугубо утилитарное

Иодом интересуются не только медики. Он нужен геологам и ботаникам, химикам и металлургам.
Подобно другим галогенам, йод образует многочисленные иодорганические соединения, которые входят в со¬став некоторых красителей.
Соединения иода используют в фотографии и кино-промышленности для приготовления специальных фото-эмульсий и фотопластинок.
Как катализатор йод используется в производстве искусственных каучуков.
Получение сверхчистых материалов - кремния, титана, гафния , циркония - также не обходится без этого эле¬мента. Иодидный способ получения чистых металлов применяют довольно часто.
йодные препараты используют в качестве сухой смазки для трущихся поверхностей из стали и титана.

Изготавливаются мощные йодные лампы накаливания. Стеклянная колба такой лампы заполнена не инертным газом, а парами пода, которые сами излучают свет при высокой температуре.
Йод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях иода...
Немало труда геологов, химиков и технологов уходит на поиски йодного сырья и разработку способов добычи иода. До 60-х годов прошлого столетия водоросли были единственным источником примышленного получения иода. В 1868 г. иод стали получать из отходов селитряного производства, в которых есть йодат и иодид натрия. Бесплатное сырье и простой способ получения иода из селитряных маточных растворов обеспечили чилийскому иоду широкое распространение. В первую мировую войну поступление чилийской селитры и иода прекратилось, и вскоре недостаток иода начал сказываться на общем состоянии фармацевтической промышленности стран Европы. Начались поиски рентабельных способов получения иода. В нашей стране уже в годы Советской власти иод стали получать из подземных и нефтяных вод Кубани, где он был обнаружен русским химиком А. Л. Потылициным еще в 1882 г. Позже подобные воды были открыты в Туркмении и Азербайджане.
Но содержание иода в подземных водах и попутных водах нефтедобычи очень мало. В этом и заключалась основная трудность при создании экономически оправданных промышленных способов получения иода. Нужно было найти «химическую приманку», которая бы образовывала с иодом довольно прочное соединение и концентрировала его. Первоначально такой «приманкой» оказался крахмал, потом соли меди и серебра, которые связывали йод в нерастворимые соединения. Испробовали керосин - иод хорошо растворяется в нем. Но все эти способы оказались дорогостоящими, а порой и огнеопасными.
В 1930 г. советский инженер В. П. Денисович разработал Угольный метод извлечения иода из нефтяных вод, и этот метод довольно долго был основой советского йодного производства. В килограмме угля за месяц накапливалось до 40 г иода...
Были испробованы и другие методы. Уже в последние десятилетия выяснили, что йод избирательно сорбируется высокомолекулярными ионообменными смолами. В йодной промышленности мира ионитный способ пока используется ограниченно. Были попытки применить его и у нас, но низкое содержание иода и недостаточная избирательность ионитов на йод пока не позволили этому, безусловно, перспективному методу коренным образом преобразить йодную промышленность.
Так же перспективны геотехнологические методы добычи иода. Они позволят извлекать йод из попутных вод нефтяных и газовых месторождений, не выкачивая эти воды на поверхность. Специальные реактивы, введенные через скважину, под землей сконцентрируют иод, и на поверх¬ность будет идти не слабый раствор, а концентрат. Тогда, очевидно, резко возрастет производство иода и потребление его промышленностью - комплекс свойств, присущих этому элементу, для нее весьма привлекателен.
ИОД И ЧЕЛОВЕК. Организм человека не только не нуждается в больших количествах иода, но с удивительным постоянством сохраняет в крови постоянную концентрацию (10~5-10~6%) иода, так называемое йодное зеркало крови. Из общего количества иода в организме, составляющего около 25 мг, больше половины находится в щитовидной железе. Почти весь йод, содержащийся в этой железе, входит в состав различных производных тирозина - гормона щитовидной железы, и только незначительная часть его, около 1%, находится в виде неорганического иода I1-.
Большие дозы элементарного иода опасны: доза 2-3 г смертельна. В то же время в форме иодида допускается прием внутрь намного больших доз.
Если ввести в организм с пищей значительное количество неорганических солей иода, концентрация его в крови повысится в 1000 раз, но уже через 24 часа йодное зеркало крови придет к норме. Уровень йодного зеркала строго подчиняется закономерностям внутреннего обмена и практически не зависит от условий эксперимента.
В медицинской практике иодорганические соединения используют для рентгенодиагностики. Достаточно тяжелые ядра атомов иода рассеивают рентгеновские лучи. При введении внутрь орга¬низма такого диагностического средства получаются исключитель¬но четкие рентгеновские снимки отдельных участков тканей и органов.
ПОД И КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ. Академик В. И. Вернадский считал, что в образовании иода в земной коре большую роль играют космические лучи, которые вызывают в земной коре ядерные реакции, то есть превращения одних элементов в другие. Благодаря этим превращениям в горных породах могут образовываться очень небольшие количества новых атомов, в том числе атомов иода.
ИОД _ СМАЗКА. Всего 0,6% иода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижают работу трения в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали более чем в 50 раз.
ИОД И СТЕКЛО. Иод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло (или пластмассу) вводят кристаллики солей иода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стекла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов - это явление используют в кинотехнике и в театре.
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО:

• содержание иода в крови человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация иода в крови снижается, с февраля начинается новый подъем, а в мае - июне йодное зеркало достигает наивысшего уровня. Эти колебания имеют сравнитель¬но небольшую амплитуду, и их причины до сих пор остаются загадкой;
• из пищевых продуктов много иода содержат яйца, молоко, рыба; очень много иода в морской капусте, которая поступает в продажу в виде консервов, драже и других продуктов;
• первый в России йодный завод был построен в 1915 г. в Екатеринославе (ныне Днепропетровск); получали иод из золы черноморской водоросли филлофоры; за годы первой мировой войны на этом заводе было добыто 200 кг иода;
• если грозовое облако «засеять» йодистым серебром или йодистым свинцом, то вместо града в облаке образуется мелкодисперсная снежная крупа: засеянное такими солями облако проливается Дождем и не вредит посевам.

Йод - это известный всем химический элемент. Но большинство людей знакомы только с его спиртовым раствором, который применяется в медицине. В последнее время также часто говорят о его недостатке в организме при заболевании щитовидной железы. Редко кому известны физические и химические свойства йода. А это довольно своеобразный элемент, который широко распространен в природе и важен для человеческой жизнедеятельности.

Даже в быту можно использовать химические свойства йода, например, для определения наличия крахмала в продуктах. Кроме того, в последнее время рекламируется много народных методов применения этого микроэлемента для лечения многих заболеваний. Поэтому каждому нужно знать, какими свойствами он обладает.

Общая характеристика йода

Это довольно активный микроэлемент, относящийся к неметаллам. В периодической таблице Менделеева он находится в группе галогенов вместе с хлором, бромом и фтором. Обозначается йод символом I и имеет порядковый номер 53. Название этот микроэлемент получил в 19 веке из-за фиолетового цвета паров. Ведь по-гречески йод переводится, как «фиалковый, фиолетовый».

Именно так был обнаружен йод. Химик Бернар Куртуа, работающий на фабрике по производству селитры обнаружил это вещество случайно. Кот перевернул пробирку с серной кислотой, и она попала на золу водорослей, из которой тогда получали селитру. При этом выделился газ, имеющий фиолетовый цвет. Это заинтересовало Бернара Куртуа, и он начал изучать новый элемент. Так в начале 19 века стало известно о йоде. В середины 20 века этот элемент химики стали называть «йодом», хотя до сих пор более распространено старое обозначение.

Химические свойства йода

Уравнения, показывающие активность химических реакций этого элемента, ничего не говорят обычному человеку. Только те, кто разбирается в химии, понимают, что с их помощью описываются его химические свойства. Это самый активный элемент из всех неметаллов. Йод может вступать в реакцию с множеством других веществ, образуя кислоты, жидкие и летучие соединения. Хотя среди галогенов он наименее активен.

Кратко химические свойства йода можно рассмотреть на примере его реакций. С разными металлами йод реагирует даже при небольшом нагревании, при этом образуются йодиды. Наиболее известны йодиды калия и натрия. С водородом он реагирует только частично, а с некоторыми другими элементами вообще не соединяется. Он несовместим с азотом, кислородом, аммиаком или эфирными маслами. Но наиболее известным химическим свойством йода является его реакция с крахмалом. При добавлении его к веществам, содержащим крахмал, они синеют.

Физические свойства

Из всех микроэлементов йод считается самым противоречивым. Большинство людей не знают о его особенностях. Физические и химические свойства йода кратко изучаются в школе. В основном распространен этот элемент в виде изотопа с массой 127. Это самый тяжелый из всех галогенов. Есть еще радиоактивный йод 125, который получается при распаде урана. В медицине же чаще применяются искусственные изотопы этого элемента с массой 131 и 133.

Из всех галогенов йод единственный, который в естественном состоянии твердый. Он может быть представлен темно-фиолетовыми или черными кристаллами или пластинками с металлическим блеском. Они имеют слабый характерный запах, хорошо проводят электрический ток и немного похожи на графит. В таком состоянии этот микроэлемент плохо растворяется в воде, но очень легко переходит в газообразное состояние. Он может превратиться в фиолетовый пар уже при комнатной температуре. Эти физико-химические свойства йода используются для его получения. Нагревая микроэлемент под давлением, а потом охлаждая, его очищают от примесей. Растворяют йод в спирте, глицерине, бензоле, хлороформе или сероуглеродах, получая бурые или фиолетовые жидкости.

Источники йода

Несмотря на важность этого микроэлемента для жизнедеятельности многих организмов, йод довольно сложно обнаружить. В земной коре его содержится меньше, чем самых редких элементов. Но все равно считается, что йод широко распространен в природе, так как в небольших количествах он присутствует почти везде. В основном сконцентрирован он в морской воде, водорослях, почве, некоторых растительных и животных организмах.

Химические свойства йода объясняют то, что он не встречается в чистом виде, только в форме соединений. Чаще всего его добывают из золы морских водорослей или из отходов производства натриевой селитры. Так йод добывают в Чили и Японии, являющимися лидерами в добыче этого элемента. Кроме того, его можно получить из вод некоторых соленых озер или нефтяных вод.

В организм человека йод поступает из пищи. Он присутствует в почвах и растениях. Но в нашей стране распространены почвы, бедные йодом. Поэтому чаще всего используются йодосодержащие удобрения. Для профилактики заболеваний, связанных с недостатком йода, элемент добавляют в соль и некоторые распространенные продукты питания.

Его роль в жизнедеятельности организма

Йод относится к тем микроэлементам, которые участвуют во многих биологических процессах. В небольших количествах он присутствует во многих растениях. Но в живых организмах он очень важен. Йод используется при производстве тиреоидных гормонов щитовидной железы. Они регулируют процессы жизнедеятельности организма. При недостатке йода у человека увеличивается щитовидная железа, возникают различные патологии. Они характеризуются снижением работоспособности, слабостью, головными болями, снижением памяти и настроения.

Применение в медицине

Наиболее распространен 5 % спиртовой раствор йода. Его применяют для дезинфекции кожи вокруг повреждений. Но это довольно агрессивный антисептик, поэтому в последнее время применяются более мягкие растворы йода с крахмалом, например, «Бетадин», «Йокс» или «Йодинол». Часто применяются согревающие свойства йода для устранения болей в мышцах или патологий суставов, делают йодную сетку после инъекций.

Применение в промышленности

Большое значение имеет также этот микроэлемент в промышленности. Особые химические свойства йода позволяют применять его в разных отраслях. Например, в криминалистике его используют для выявления отпечатков пальцев на бумажных поверхностях. Широко применяют йод в качестве источника света в галогеновых лампах. Используют его в фотографии, кинопромышленности, при обработке металлов. А в последнее время этот микроэлемент стали использовать в жидкокристаллических дисплеях, при создании стекол с затемнением, а также в области лазерного термоядерного синтеза.

Опасность для человека

Несмотря на важность йода в процессах жизнедеятельности, в больших количествах он токсичен для человека. Всего 3 г этого вещества приводят к серьезному поражению почек и сердечно-сосудистой системы. Сначала человек чувствует слабость, головную боль, у него появляется понос, учащается сердцебиение. Если же вдыхать пары йода, возникает раздражение слизистых оболочек, ожоги глаз, отек легких. Без лечения отравление йодом приводит к смертельному исходу.

С детства хорошо знакомый всем детям и их родителям помощник при царапинах, ссадинах и порезах. Он является быстрым и эффективным средством, прижигающим и дезинфицирующим раневую поверхность. Однако сфера применения вещества не ограничивается только медициной, т. к. химические свойства йода очень разнообразны. Цель нашей статьи - ознакомиться с ними подробнее.

Физическая характеристика

Простое вещество имеет вид темно-фиолетовых кристаллов. При нагревании, вследствие особенностей внутреннего строения кристаллической решетки, а именно наличия в ее узлах молекул, соединение не расплавляется, а сразу образует пары. Это возгонка или сублимация. Она объясняется слабой связью между молекулами внутри кристалла, которые легко отрываются друг от друга - образуется газообразная фаза вещества. Номер йода в таблице Менделеева - 53. А его положение среди других химических элементов указывает на принадлежность к неметаллам. Остановимся на этом вопросе далее.

Место элемента в периодической системе

Йод находится в пятом периоде, VII группе и, наряду со фтором, хлором, бромом и астатом образует подгруппу галогенов. В связи с увеличением заряда ядра и атомного радиуса у представителей галогенов происходит ослабление неметаллических свойств, поэтому йод менее активен, чем хлор или бром, и его электроотрицательность также ниже. Атомная масса йода 126,9045. Простое вещество представлено двухатомными молекулами, как и у других галогенов. Ниже мы ознакомимся со строением атома элемента.

Особенности электронной формулы

Пять энергетических уровней и почти полностью заполненный электронами последний из них подтверждают наличие у элемента ярко выраженных признаков неметаллов. Как и другие галогены, йод является сильным окислителем, забирая у металлов и более слабых неметаллических элементов - серы, углерода, азота - недостающий до завершения пятого уровня электрон.

Йод - неметалл, в молекулах которого присутствует общая пара p-электронов, связывающая атомы между собой. Их плотность в месте перекрывания наибольшая, общее электронное облако не смещается ни к одному из атомов и располагается в центре молекулы. Формируется неполярная ковалентная связь, а сама молекула имеет линейную форму. В ряду галогенов, от фтора до астата, прочность ковалентной связи уменьшается. Наблюдается уменьшение величины энтальпии, от которой зависит распад молекул элемента на атомы. Какие же последствия для химических свойств йода это имеет?

Почему активность йода меньше, чем у других галогенов

Реакционная способность неметаллов определяется силой притягивания к ядру собственного атома чужих электронов. Чем меньше радиус атома, тем силы электростатического притяжения его отрицательно заряженных частиц других атомов выше. Чем выше номер периода, в котором расположен элемент, тем больше энергетических уровней он будет иметь. Йод находится в пятом периоде, и количество энергетических слоев у него больше, чем у брома, хлора и фтора. Именно поэтому молекула йода содержит атомы, имеющие радиус намного больше, чем у ранее перечисленных галогенов. Вот почему частицы I 2 слабее притягивают электроны, что приводит к ослаблению их неметаллических свойств. Внутреннее строение вещества неизбежно влияет и на его физические характеристики. Приведем конкретные примеры.

Сублимация и растворимость

Уменьшение взаимного притягивания атомов йода в его молекуле приводит, как мы говорили ранее, к ослаблению прочности ковалентной неполярной связи. Происходит снижение устойчивости соединения к высокой температуре и повышение показателя термической диссоциации его молекул. Отличительная черта галогена: переход вещества при нагревании из твердого состояния сразу в газообразное, т. е. сублимация - это главная физическая характеристика йода. Его растворимость в органических растворителях, например сероуглероде, бензоле, этаноле, выше, чем в воде. Так, в 100 г воды при 20 °С может раствориться всего 0,02 г вещества. Эту особенность в лаборатории применяют для извлечения йода из водного раствора. Взболтав его с небольшим количеством H 2 S, можно наблюдать фиолетовое окрашивание сероводорода вследствие перехода в него молекул галогена.

Химические свойства йода

Взаимодействуя с металлами, элемент ведет себя всегда одинаково. Он притягивает валентные электроны атома металла, которые располагаются либо на последнем энергетическом слое (s-элементы, такие как натрий, кальций, литий и т. д.), либо на предпоследнем слое, содержащем, например, d-электроны. К ним относятся железо, марганец, медь и другие. В этих реакциях металл будет восстановителем, а йод, химическая формула которого I 2 , - окислителем. Поэтому именно эта высокая активность простого вещества является причиной его взаимодействия со многими металлами.

Заслуживает внимания взаимодействие йода с водой при нагревании. В щелочной среде реакция проходит с образованием смеси йодидной и иодноватой кислот. Последнее вещество проявляет свойства сильной кислоты и при дегидратации превращается в пятиокись йода. Если же раствор подкислить, то вышеназванные продукты реакции взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ - свободных молекул I 2 и воды. Данная реакция относится к окислительно-восстановительному типу, в ней проявляются химические свойства йода как сильного окислителя.

Качественная реакция на крахмал

Как в неорганической, так и в органической химии существует группа реакций, с помощью которых можно выявить в продуктах взаимодействия определенные виды простых или сложных ионов. Для обнаружения макромолекул сложного углевода - крахмала - часто применяют 5%-й спиртовой раствор I 2 . Например, на срез сырой картофелины капают несколько его капель, и окраска раствора становится синей. Такой же эффект мы наблюдаем при попадании вещества на любой крахмалосодержащий продукт. Эта реакция, в результате которой получается синий йод, широко применяется в органической химии для подтверждения присутствия полимера в исследуемой смеси.

О полезных свойствах продукта взаимодействия йода и крахмала известно давно. Его применяли в условиях отсутствия противомикробных медикаментозных препаратов для лечения диареи, язвы желудка в состоянии ремиссии, заболеваний дыхательной системы. Широкое распространение крахмальный клейстер, содержащий примерно 1 чайную ложку спиртового раствора йода на 200 мл воды, получил из-за дешевизны ингредиентов и простоты приготовления.

Однако нужно помнить, что синий йод противопоказан в терапии маленьких детей, людей, страдающих повышенной чувствительностью к йодосодержащим препаратам, а также больным базедовой болезнью.

Как неметаллы реагируют между собой

Среди элементов главной подгруппы VII группы с йодом вступает в реакцию фтор - самый активный неметалл, обладающий наивысшей степенью окисления. Процесс проходит на холоде и сопровождается взрывом. С водородом I 2 взаимодействует при сильном нагревании, причем не до конца, продукт реакции - HI - начинает разлагаться на исходные вещества. Йодоводородная кислота достаточно сильная и хоть по своим характеристикам похожа на хлоридную кислоту, все же проявляет более выраженные признаки восстановителя. Как видно, химические свойства йода обусловлены его принадлежностью к активным неметаллам, однако элемент уступает по окислительной способности брому, хлору и, конечно же, фтору.

Роль элемента в живых организмах

Наибольшее содержание ионов I - находится в тканях щитовидной железы, где они входят в состав тиреотропных гормонов: тироксина и трийодтиронина. Они регулируют рост и развитие костной ткани, проведение нервных импульсов, скорость обмена веществ. Особенно опасен недостаток йодсодержащих гормонов в детском возрасте, так как возможна задержка психического развития и появление симптомов такого заболевания, как кретинизм.

Недостаточная секреция тироксина у взрослых связана с в воде и продуктах питания. Она сопровождается выпадением волос, образованием отеков, снижением физической активности. Избыток элемента в организме также крайне опасен, так как развивается базедова болезнь, симптомы которой - возбудимость нервной системы, тремор конечностей, резкое исхудание.

Распространение йодидов в природе и способы получения чистого вещества

Основная масса элемента присутствует в живых организмах и оболочках Земли - гидросфере и литосфере - в связанном состоянии. Соли элемента есть в морской воде, но их концентрация незначительна, поэтому извлекать чистый йод из нее нерентабельно. Гораздо эффективнее получение вещества из золы бурых саргассума.

В промышленных масштабах I 2 выделяют из подземных вод в процессах добычи нефти. При переработке некоторых руд, например в ней встречаются иодаты и гипоиодаты калия, из которых в дальнейшем добывают чистый йод. Достаточно рентабельно получать I 2 из раствора йодоводорода, окисляя его хлором. Полученное соединение является важным сырьем для фармацевтической промышленности.

Кроме уже названного 5% спиртового раствора йода, содержащего не только простое вещество, но и соль - иодид калия, а также спирт и воду, в эндокринологии по медицинским показаниям применяют такие препараты, как "Йод-актив" и "Йодомарин".

В районах с низким содержанием природных соединений, кроме йодированной пищевой соли, можно использовать такое лечебное средство, как "Антиструмин". Он содержит действующее вещество - йодид калия - и рекомендуется в качестве профилактического препарата, применяемого для предотвращения симптомов эндемического зоба.

На сегодняшний день называется технология, способная преобразовывать текстовую информацию в обычную речь. С развитием "умных машин" эта технология становится всё более актуальной, и с каждым днём требует всё большего совершенства. Собственно, на данный момент разработан целый ряд методов синтеза речи, о которых мы и будем говорить.

Синтезаторы речи могут применяться в абсолютно различных сферах, и используются для решения множества задач, начиная от "начитывания" книг, производства "говорящих" детских игрушек, объявления остановок в общественном транспорте или в системах сервисных служб, и заканчивая медициной (тут стоит вспомнить о Стивене Хокинге , пользующемся синтезатором речи для связи с миром).

Итак, рассмотрим подробнее технологию и методы синтеза речи. Как уже упоминалось, существует несколько методов синтеза речи. Таким образом, можно выделить несколько основных подходов:

• параметрический синтез;
• конкатенативный (компиляционный) синтез;
• синтез по правилам (по печатному тексту);

Параметрический синтез позволяет записывать речь для любого языка, однако его нельзя применять для не заданных заранее текстов. Параметрический синтез речи применяют тогда, когда набор сообщений ограничен. Качество же такого метода синтеза может быть очень высоким.

По сути дела, параметрический синтез речи - это реализация принципа работы вокодера . В случае параметрического синтеза звуковой сигнал представлен определённым числом непрерывно изменяющихся параметров. Для формирования гласных звуков используется генератор тонального сигнала, для согласных - генератор шума. Но такой метод обычно применяют для записи голоса в музыкальных композициях, и чаще речь идет даже не о чистом синтезе голоса, а, скорее, о модуляции.

Метод компиляционного синтеза основывается на составлении текстов из заранее записанного "словаря" элементов. Размер элемента системы должен быть не менее слова. Обычно запас элементов ограничивается несколькими сотнями слов, а содержание синтезируемых текстов - объёмом словаря. Этот метод синтеза речи широко используется в повседневной жизни - как правило, в различных справочных службах и технике, требующей оснащения системами речевого ответа.

Полный синтез речи по правилам может воспроизводить речь по заранее неизвестному тексту. Этот метод не использует элементов человеческой речи, а базируется на запрограммированных лингвистических и акустических алгоритмах .

Тут также существует своё разделение - можно выделить два подхода к этому методу синтеза. Первый - это формантный синтез речи по правилам, а второй - артикуляторный синтез. Формантный синтез базируется на формантах - частотных резонансах речевой акустической системы. Алгоритм формантного синтеза моделирует работу речевого тракта человека, работающего как набор резонаторов. Сегодня, к сожалению, большинство синтезаторов , работающих исключительно на формантном синтезе, понять без подготовки сложно, но, несомненно, это универсальная и перспективная технология. Артикуляторный метод пытается доработать недостатки формантного путем добавления в модель фонетических особенностей произнесения отдельных звуков.

Также существует технология синтеза речи по правилам, которая использует записанные отрезки естественной речи. Поскольку всё-таки чаще всего применяются компиляционные методы, скажем о них пару слов подробнее.

В зависимости от того, насколько велики "отрывки" речи, используемые для синтеза, выделяют такие типы синтеза:

• микросегментный (микроволновый);
• аллофонический;
• дифонный;
• полуслоговой;
• слоговой;
• синтез из единиц произвольного размера.

Чаще всего используются аллофонический и дифонный методы. Для дифонного метода синтеза речи базовыми элементами являются всевозможные двучленные комбинации фонем, а для аллофонного - сочетания левого и правого контекста (аллофон - вариант фонемы, который обусловлен её конкретным фонетическим окружением). При этом различные типы контекстов объединяются в классы по степени акустической близости.

Преимущество таких систем состоит в том, что они дают возможность синтезировать текст по не заданному заранее тексту, а недостаток - в том, что качество синтезированной речи несопоставимо с качеством речи естественной (на границах сшивки элементов могут возникать искажения). Также весьма трудно управлять интонационными характеристиками речи, так как характеристики отдельных слов могут изменяться в зависимости от контекста или типа фразы.

Впрочем, это всё в теории. На практике, на современном этапе развития, несмотря на активное продвижение в этой области, разработчики технологии синтеза речи всё-таки испытывают некоторые трудности, в основном связанные с искусственностью синтезируемой речи, отсутствием в ней эмоциональной окраски и с низкой помехоустойчивостью.

Дело в том, что любая синтезированная речь, как правило, воспринимается человеком с трудом. Это связано с тем, что пробелы в синтезированном тексте заполняет человеческий мозг , который задействует для этого дополнительные ресурсы, и человек может нормально воспринимать синтезированную речь только около 20 минут.

На восприятие речи также влияет её эмоциональная окраска. В случае с синтезированной речью она отсутствует. Хотя стоит отметить, что некоторые алгоритмы всё же позволяют в некоторой степени имитировать эмоциональную окраску речи путём изменения длительности фонем, пауз и модуляции тембра, но пока их работа далека от идеала.

Что касается третьей названной проблемы - низкой помехоустойчивости, то эксперименты показывают, что восприятию синтезированного текста мешают любые, даже самые небольшие посторонние шумы. Это опять-таки связано с тем, что для обработки синтезированной речи человеческий мозг задействует дополнительные центры, которые не используются при восприятии речи естественной.

В конце этой статьи мне хотелось бы привести некоторые примеры существующих синтезаторов речи.

Всем известны так называемые "читалки " - программы для более удобного чтения текста с монитора. Многие из нах используют программы речевого синтеза для озвучивания текста, например, Balabolka и Govorilka .

Для того чтобы подобные программы озвучивали тексты, необходимо также установить библиотеку SAPI (Speech API) и голосовые движки. Наиболее распространение две версии Speech API: SAPI4 и SAPI5.Обе библиотеки могут работать на одном компьютере. В операционных системах Windows XP, Windows Vista и Windows 7 уже установлены библиотеки SAPI5.

Помимо читалок, распространены программы экранного доступа. Примерами таких программ являются:

VIRGO 4 . Программа была создана для комфортной работы слепых и слабовидящих пользователей с Windows. Она позволяет выбрать ту информацию, которая будет произноситься голосом и ту, которая будет показываться на брайлевском дисплее. Для слабовидящих пользователей предусмотрена системой увеличения экрана "Галилео".

Программа Кобра 9.1 также упрощает работу с Windows для слепых и слабовидящих пользователей. Эта программа может выводить выводит информацию с компьютерного монитора с помощью речи, брайлевского дисплея и имеет функцию увеличения экрана.