簡介
碘，53號元素。1811年法國藥劑師庫爾圖瓦利首次發現單質碘。單質碘呈紫黑色晶體，易升華。有毒性和腐蝕性。碘單質遇澱粉會變藍色。主要用於製藥物、染料、碘酒、試紙和碘化合物等。碘是人體的必需微量元素之一，健康成人體內的碘的總量為30mg（20~50mg），國家規定在食鹽中添加碘的標準為20-30mg/kg。
發現簡史
碘鹽18世紀末和19世紀初，法國皇帝拿破崙發動戰爭，需要大量硝酸鉀製造火藥。當時法國第戎（Dijon）的製造硝石商人、藥劑師庫爾圖瓦利用海草或海藻灰的溶液把天然的硝酸鈉或其他硝酸鹽轉變成硝酸鉀的方法生產著硝酸鉀，發覺盛裝海草灰溶液的銅製容器很快就遭腐蝕。庫爾圖瓦利認為是海草灰溶液含有一種不明物質在與銅作用，於是進行了研究。
庫爾圖瓦利將硫酸倒進海草灰溶液中，發現放出一股美麗的紫色氣體。這種氣體在冷凝後不形成液體，卻變成暗黑色帶有金屬光澤的結晶體。這就是碘，其反應為：硫酸遇到海草灰中含有的鹼金屬碘化物——碘化鉀（KI）和碘化鈉（NaI），生成了碘化氫（HI）。它再與硫酸作用，就產生了游離的碘：H2SO4 + 2HI ——→ 2H2O + SO2↑+ I2 ↑
1813年，庫爾圖瓦發表了《海草灰中新物質的發現》論文，並把他取得的碘送請當時的法國化學家克萊門、德索梅、蓋呂薩克等人進行研究鑑定，得到他們的肯定。正是蓋呂薩克命名它為iode，來自希臘文紫色一詞。由此得到碘的拉丁名稱iodium和元素符號I。
名稱由來
英文名稱Iodine來自希臘文iodes(ιώδης,靛色或紫色)，日文則音譯德文Iod的第一個發音而稱之為“沃素”。
理化性質
物理性質
碘是一種紫黑色有光澤的片狀晶體，原子序數53，自然界存在的同位素是74箇中子的碘127。碘具有較高的蒸氣壓，在微熱下即升華，純碘蒸氣呈深藍色，若含有空氣則呈紫紅色，並有刺激性氣味。碘易溶於許多有機溶劑中，例如氯仿（CHCl3）、四氯化碳（CCl4）。碘在乙醇和乙醚中生成的溶液顯棕色。碘在介電常數較小的溶劑（如二硫化碳、四氯化碳）中生成紫色溶液，在這些溶液中碘以分子狀態存在。碘在水中的溶解度雖然很小，但在碘化鉀KI或其他碘化物溶液中溶解度卻明顯增大。| 物理屬性 | |
|---|---|
| 物質狀態 | 固態 |
| 密度 | 4.933×10 3kg/m³ |
| 熔點 | 386.85 K (113.7 °C, 236.66 °F) |
| 沸點 | 457.4 K (184.3 °C, 363.7 °F) |
| 臨界點 | 819 K, 11.7 MPa |
| 原子屬性 | |
|---|---|
| 原子量 | 126.90447 g/mol |
| 晶體結構 | orthorhombic |
| 電負性 | 2.66 |
| 原子半徑 | 140 pm |
| 計算值 | 115 pm |
| 價電子排布 | [Kr] 4d 5s 5p |
| 電子在每能級的排布 | 2, 8, 18, 18, 7 |
| 質子 | 53 |
| 中子 | 76 |
化學性質
碘的化學性質不如同族元素F2、Cl2、Br2活潑，但在化學反應中它也可以表現出由-1到+7的多種氧化態，它的化學性質可以概括為以下幾個方面。碘能溶於碘化物中是因為I2與碘離子生成了錯離子（I3）。I2+I→I3在這個平衡中，溶液里總有單質碘的存在，因此許多碘化鉀溶液的性質與碘溶液相同。碘分子會與澱粉生成藍黑色錯合物，但碘離子（I）則否。
碘與金屬的反應：
一般能與氯單質反應的金屬（除了貴金屬）同樣也能與碘反應，只是反應活性不如氯單質。例如碘單質常溫下可以和活潑的金屬直接作用，與其他金屬的反應需要在較高的溫度下才能發生。I2+2Na→2NaI。
碘與非金屬的反應：
一般能與氯單質反應的非金屬同樣也能與碘的單質反應，由於碘單質的氧化能力較弱，反應活性不如氯，所以需要在較高的溫度下才能發生反應。例如它與磷作用，只生成三碘化磷：3I2+2P→2PI3。
碘與水的反應：
(1)鹵素與水的反應類型：在水中會發生自身氧化還原反應。
(2)碘與水的反應：碘在水中的溶解度最小，僅微溶於水，溶解度是0.029g/100g水。I2與水不能發生像F2與水發生的氧化還原反應。將氧氣通入碘化氫溶液內會有碘析出：
4HI+O2→2I2+2H2O
I2在鹼性條件下，I2可以發生自身氧化還原反應，生成碘酸根與碘離子：
3I2+6OH→5I+IO3+3H2O
這是由於溶液中不存在次碘酸根IO。在任何溫度下，IO都迅速發生自身氧化還原反應生成I和IO3。
套用領域
作用與用途
碘對動植物的生命是極其重要的。海水裡的碘化物和碘酸鹽進入大多數海生物的新陳代謝中。在高級哺乳動物中，碘以碘化胺基酸的形式集中在甲狀腺內，缺乏碘會引起甲狀腺腫大。約2/3的碘及化合物用來製備防腐劑、消毒劑和藥物，如碘酊和碘仿CHI3。碘酸鈉作為食品添加劑補充碘攝入量不足。放射性同位素碘-131用於放射性治療和放射性示蹤技術。碘還可用於製造染料和攝影膠片。碘及其相關化合物主要用於醫藥、照相及染料。它還可作為示蹤劑，進行系統的監測，例如用於地熱系統監測。碘化銀AgI除用作照相底片的感光劑外，還可作人工降雨時造雲的晶種。I2和KI的酒精溶液即碘酒，是常用的消毒劑；碘仿CHI3用作防腐劑。
標定硫代硫酸鈉標準溶液。測定油脂的碘值。鎂及乙酸鹽的顯色反應。製造碘烷及碘化物等。澱粉的比色測定。測定血清中非蛋白氮、澱粉酶。製備固紫和甲苯胺藍碘溶液。催化劑。消毒劑。
含碘製劑如碘酊、複方碘溶液、碘喉片、碘甘油等為醫療中套用較廣的藥物，碘酊是家庭中常備的消毒藥品。
生理功能
碘與人類的健康息息相關。成年人體內含有20-50mg的碘，碘是維持人體甲狀腺正常功能所必需的元素。當人體缺碘時就會患甲狀腺腫。因此碘化物可以防止和治療甲狀腺腫大。多食海帶、海魚等含碘豐富的食品，對於防治甲狀腺腫大也很有效。碘的放射性同位素131I可用於甲狀腺腫瘤的早期診斷和治療。碘是人體的必需微量元素之一，有“智力元素”之稱。健康成人體內的碘的總量約為30mg（20~50mg），其中70%~80%存在於甲狀腺。
碘可以：
1．促進生物氧化，甲狀腺素能促進三羧酸循環中的生物氧化，協調生物氧化和磷酸化的偶聯、調節能量轉換。
2．調節蛋白質合成和分解，當蛋白質攝入不足時，甲狀腺素有促進蛋白質合成作用；當蛋白質攝入充足時，甲狀腺素可促進蛋白質分解。
3．促進糖和脂肪代謝，甲狀腺素能加速糖的吸收利用，促進糖原和脂肪分解氧化，調節血清膽固醇和磷脂濃度等等。
4．調節水鹽代謝，甲狀腺素可促進組織中水鹽進入血液並從腎臟排出，缺乏時可引起組織內水鹽瀦留，在組織間隙出現含有大量粘蛋白的組織液，發生粘液性水腫。
5．促進維生素的吸收利用，甲狀腺素可促進煙酸的吸收利用，胡蘿蔔素轉化為維生素A過程及核黃素合成核黃素腺嘌呤二核苷酸等。
6．增強酶的活力，甲狀腺素能活化體內100多種酶，如細胞色素酶系、琥珀酸氧化酶系、鹼性磷酸酶等，在物質代謝中起作用。
7．促進生長發育，甲狀腺素促進骨骼的發育和蛋白質合成，維護中樞神經系統的正常結構。
值得注意的是，人體攝入過多的碘也是有害的，日常飲食碘過量同樣會引起“甲亢”。是否需要在正常膳食之外特意“補碘”，要經過正規體檢，聽取醫生的建議，切不可盲目“補碘”。
食用鹽
人們主要從飲水、糧食、蔬菜和周圍環境中獲取碘。如果飲水、糧食和周圍環境中缺乏碘，長期生活在那裡的人們就會因碘的攝人不足而產生碘缺乏病；缺碘地區不僅僅是內陸、山區、地高坡陡和地下水位高的地區。實踐的結果表明，面對幅員廣大的缺碘地域和龐大的防治對象，實施食鹽加碘是最為經濟有效、簡便易行的預防碘缺乏病的方法。鹽是人們生活中的必需品，在食鹽中加碘，可以通過一日三餐補碘，既方便，又能保證人們終身攝入足夠量的碘。
碘鹽的色、味均與普通的食鹽完全相同；儘管各人的口味不同，鹽的用量不同，但食用碘鹽都是安全的。因為食鹽含碘量與一般海產品含碘量相似。碘鹽要堅持長年食用，在缺碘的地區，如果連續3至6個月不食用碘鹽，就會產生缺碘的危害。很多海產品如海帶、海魚、海蝦和海菜中也富含碘，經常食用也有補碘的作用。
在各類補碘的措施中，食用碘鹽是最為經濟實惠的群防群治措施。雖然碘是智力元素，但過多食用碘並不能增進人的健康和提高智力水平，反而有害。人體每日都需要碘，但只是微量的。
製備方法
利用碘在有機溶劑中的易溶性，可以把它從溶液中分離出來。可從海藻、油井鹽水和硝石生產的母液中提取碘。將含有0.001%～0.01%碘化物水溶液，用硫酸酸化至pH2.3～2.5,然後用氯氣或亞硝酸鈉氧化碘化物為碘，用活性炭吸附碘至飽和，再用氫氧化鈉將碘溶解，生成碘化鈉和碘酸鈉溶液，再通入氯氣得到碘。
碘的製備一般有兩種方法：
(1)由I製備I2碘離子：
I具有較強的還原性，很多氧化劑如Cl2、Br2、MnO2等在酸性溶液中都能將碘離子氧化成碘單質：
Cl2+2NaI→2NaCl+I2
2NaI+3H2SO4+MnO2→2NaHSO4+MnSO4+I2+2H2O
第二個方程式是自海藻灰中提取碘的主要反應，析出的碘可用有機溶劑（如二硫化碳CS2和四氯化碳CCl4）來萃取分離。在上述反應中，要避免使用過量的氧化劑，以免單質碘進一步被氧化為高價碘的化合物：
I2+5Cl2+6H2O→2IO3+10Cl+12H
(2)IO3的還原：
大量碘的製取來源於自然界的碘酸鈉，用還原劑亞硫酸氫鈉NaHSO3使IO3離子還原為單質碘：
2IO3+5HSO3→3HSO4+2SO4+H2O+I2
實際上，上述反應是先用適量的NaHSO3將碘酸鹽還原成碘化物：
IO3+3HSO3→I+3SO4+3H
將所得的酸性碘化物溶液與適量的碘酸鹽溶液作用，使碘析出：
IO3+5I+6H→3I2+3H2O
代謝吸收
海帶中可以提取碘人從食物、水和空氣中每日攝取的碘總量約100-300ug，主要以碘化物的形式由消化道吸收，其中有機碘一部份可直接吸收，另一部份則需在消化道轉化為無機碘後，才可吸收。肺、皮膚及黏膜也可吸收極微量的碘。人體碘的來源約80%-90%來自食物，10%-20%來自飲水，5%的碘來自空氣。膳食和水中的碘主要為無機碘化物，經口進入人體後，在胃及小腸上段被迅速、完全吸收，一般在進入胃腸道後1小時內大部分吸收，3小時內幾乎完全被吸收。有機碘經腸降解釋放出碘化物後方被吸收，但甲狀腺激素碘約有80%可直接吸收。與胺基酸結合的碘可直接被吸收。而同脂肪酸結合的有機碘可不經肝臟，由乳糜管進入血液。被吸收的碘很快轉運至血漿，遍布於全身各組織中。膳食鈣、鎂以及一些藥物如磺胺等，對碘吸收有一定阻礙影響。蛋白質、能量不足時。也妨礙胃腸道內碘的吸收。
碘在體內主要被用於合成甲狀腺激素，甲狀腺從血液中攝取碘的能力很強，甲狀腺中碘的濃度比血漿高25倍以上。消化道吸收的碘進入門靜脈。有機碘經肝臟改造為無機碘化物後，一部分進入血液循環，輸送至甲狀腺、心、肺、腎、肌肉、皮膚及其他組織；另一部分則由肝裝入膽汁，再進入消化道，其中有的經再吸收重新進入門靜脈到肝，謂之“腸肝循環”。餘下部分經腸道排出體外。
注意事項
碘缺乏
碘使用宣傳畫報胎兒：流產、死胎、先天畸型、出生死亡率和新生兒死亡率上升、呆小病、智力缺陷及胎兒甲狀腺功能低下。
嬰兒：甲狀腺功能低下、嬰兒甲狀腺腫。
兒童及青少年：青少年甲狀腺低下、甲狀腺腫、精神功能受損、發育遲緩、呆小病。
成人：甲狀腺腫及其迸發症、甲狀腺功能低下、精神功能受損。
碘缺乏病是由於人類生存環境中缺少人體必需的微量元素碘所造成的一組疾病，是一種生物地球化學性疾病。碘是人體合成甲狀腺激素的重要原料，與人體的生長發育和新陳代謝密切相關，特別是對大腦的發育起著決定性作用。
過量攝入
碘攝入量超過適宜量和碘過量可以誘發或促進甲狀腺功能衰退和自身免疫性甲狀腺炎的發生和發展。不論是成人還是兒童，甲狀腺功能衰退的患病率隨著碘攝入量的增加而顯著提高。此外，碘攝入量過高還可能導致急性碘中毒症狀，包括腹部絞痛、十二指腸潰瘍和腎衰竭等。
攝入標準
國內：中國國內標準對每100克奶米粉的碘含量要求是30至150μg。過量食用碘會發生甲狀腺腫大。中國營養學會公布的兒童碘攝入量的安全上限為每日800微克，該學會在2000年提出每日膳食中碘的推薦攝入量，嬰幼兒為50微克，兒童為90～120微克，成年人為150微克。
國際：世界衛生組織2001年的最新的每日碘的推薦供給量如下：0－59個月學前兒童：90微克/天；6－12歲學齡兒童：120微克/天；12歲以上成人：150微克/天；孕婦和哺乳期婦女：200微克/天。
生命元素
化學元素周期表
| 族→ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 電子層 | 0族電子數 | |
| 周期↓ | I A | 0 | |||||||||||||||||||
| 1 | 1 H 氫 | 2 He 氦 | K | 2 | |||||||||||||||||
| II A | III A | IV A | V A | VI A | VII A | ||||||||||||||||
| 2 | 3 Li 鋰 | 4 Be 鈹 | 5 B 硼 | 6 C 碳 | 7 N 氮 | 8 O 氧 | 9 F 氟 | 10 Ne 氖 | L K | 8 2 | |||||||||||
| 3 | 11 Na 鈉 | 12 Mg 鎂 | 13 Al 鋁 | 14 Si 矽 | 15 P 磷 | 16 S 硫 | 17 Cl 氯 | 18 Ar 氬 | M L K | 8 8 2 | |||||||||||
| III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII | I B | II B | ||||||||||||||
| 4 | 19 K 鉀 | 20 Ca 鈣 | 21 Sc 鈧 | 22 Ti 鈦 | 23 V 釩 | 24 Cr 鉻 | 25 Mn 錳 | 26 Fe 鐵 | 27 Co 鈷 | 28 Ni 鎳 | 29 Cu 銅 | 30 Zn 鋅 | 31 Ga 鎵 | 32 Ge 鍺 | 33 As 砷 | 34 Se 硒 | 35 Br 溴 | 36 Kr 氪 | N M L K | 8 18 8 2 | |
| 5 | 37 Rb 銣 | 38 Sr 鍶 | 39 Y 釔 | 40 Zr 鋯 | 41 Nb 鈮 | 42 Mo 鉬 | 43 Tc 鎝 | 44 Ru 釕 | 45 Rh 銠 | 46 Pd 鈀 | 47 Ag 銀 | 48 Cd 鎘 | 49 In 銦 | 50 Sn 錫 | 51 Sb 銻 | 52 Te 碲 | 53 I 碘 | 54 Xe 氙 | O N M L K | 8 18 18 8 2 | |
| 6 | 55 Cs 銫 | 56 Ba 鋇 | 57- 71 鑭系 | 72 Hf 鉿 | 73 Ta 鉭 | 74 W 鎢 | 75 Re 錸 | 76 Os 鋨 | 77 Ir 銥 | 78 Pt 鉑 | 79 Au 金 | 80 Hg 汞 | 81 Tl 鉈 | 82 Pb 鉛 | 83 Bi 鉍 | 84 Po 釙 | 85 At 砹 | 86 Rn 氡 | P O N M L K | 8 18 32 18 8 2 | |
| 7 | 87 Fr 鍅 | 88 Ra 鐳 | 89- 103 錒 | 104 Rf 鑪 | 105 Db | 106 Sg | 107 Bh | 108 Hs | 109 Mt | 110 Ds 鐽 | 111 Rg 錀 | 112 Uub | 113 Uut | 114 Uuq | 115 Uup | 116 Uuh | 117 Uus | 118 Uuo | |||
| 鑭系元 素 | 57 La 鑭 | 58 Ce 鈰 | 59 Pr 鐠 | 60 Nd 釹 | 61 Pm 鉕 | 62 Sm 釤 | 63 Eu 銪 | 64 Gd 釓 | 65 Tb 鋱 | 66 Dy 鏑 | 67 Ho 鈥 | 68 Er 鉺 | 69 Tm 銩 | 70 Yb 鐿 | 71 Lu 鑥 | ||||||
| 錒系元 素 | 89 Ac 錒 | 90 Th 釷 | 91 Pa 鏷 | 92 U 鈾 | 93 Np 鎿 | 94 Pu 鈽 | 95 Am 鎇 | 96 Cm 鋦 | 97 Bk 錇 | 98 Cf 鐦 | 99 Es 鑀 | 100 Fm 鐨 | 101 Md 鍆 | 102 No 鍩 | 103 Lr 鐒 | ||||||
元素性質
| 為了方便閱讀者查閱元素周期表中各元素符號的性質及特點，比較系統的歸納和總結各元素的套用價值及注意事項，從而為需要相關知識的人們形成知識的鏈條，本次主要是對有些元素的內容進行補充及完善。 |
