R1BPdb5mSFHWr

Ilustracja przedstawia najważniejsze informacje dotyczące jodu. Liczba atomowa: 53. Średnia liczba masowa: 126,90447. Temperatura topnienia [K]: 386,75. Temperatura wrzenia [K]: 458,35. Gęstość $\left[\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3}\right]$: 4,94. Najczęściej spotykane stopnie utlenienia: -I, I, V, VII. Stan skupienia w warunkach normalnych: ciało stałe. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona (zawierająca rdzeń gazy szlachetnego) w stanie podstawowym: $[\mathrm{K}\mathrm{r}]4d^{10}5s^{2}5p^5$.

Jod jest czwartym przedstawicielem pierwiastków $17.$ grupy układu okresowego. Znajduje się pod fluorem, chlorem i bromem, będąc jednocześnie najcięższym stabilnym przedstawicielem tej grupy pierwiastków. Posiada siedem elektronów walencyjnych, które znajdują się na podpowłokach 5s i 5p.

RIE6EMjo7iGXr

Ilustracja przedstawia wzór cząsteczki jodu. Między atomami znajduje się pozioma niebiesko fioletowa kreska. Jeden z atomów jodu otaczają trzy niebieskie kreski, drugi z atomów jodu jest otoczony trzema kreskami fioletowymi.

W stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki o wzorze sumarycznym ${\mathrm{I}}_2$. Dwa atomy jodu dzielą jedną wspólną parę elektronową, tworząc stabilny oktet. Obecność cząsteczek ${\mathrm{I}}_2$ potwierdzają również badania rentgenostrukturalne. Pod wpływem ciepła, cząsteczki jodu ulegają dysocjacji termicznej:

R1L7hTgllJElA

Ilustracja przedstawia strukturę krystaliczną jodu. W prostopadłościanie znajdują się liczne modele cząsteczek jodu. Dwie fioletowe kule są połączone grubymi liniami.

Jod charakteryzuje się średnimi właściwościami utleniającymi – dużo słabszymi od bromu czy chloru, co objawia się chociażby tym, że nie istnieje ${\mathrm{FeI}}_3$. Jeżeli do roztworu jonów ${\mathrm{Fe}}^{3+}$ wprowadzimy jony IIndeks górny -^-, nastąpi reakcja redoks, a więc żelazo zredukuje się do ${\mathrm{Fe}}^{2+}$, a aniony ${\mathrm{I}}^{-}$ utlenią się do ${\mathrm{I}}_2$.

Wynika to z wartości potencjałów standardowych tych metali.

Korzystając z podanych potencjałów standardowych półogniw, można przewidzieć przebieg reakcji redoks. Pamiętaj, że potencjał utleniacza jest większy od potencjału reduktora, a więc:

• postać utleniona żelaza (${\mathrm{Fe}}^{3+}$) będzie przyjmowała elektrony, czyli redukowała się – utleniaczem wówczas będzie ${\mathrm{Fe}}^{3+}$;

• postać jodu na $-\text{I}$ stopniu utlenienia (${\mathrm{I}}^{-}$) będzie oddawała elektrony, czyli się utleniała – reduktorem będzie (${\mathrm{I}}^{-}$).

Reakcja utleniania:

Reakcja redukcji:

Liczba elektronów, oddanych przez reduktor i przyjętych przez utleniacz, musi być jednakowa, dlatego należy dokonać bilansu elektronowo‑jonowego. W tym przypadku wszystkie elementy równania reakcji redukcji należy pomnożyć przez 2.

Bilans elektronowo‑jonowy:

Następnie dodajemy do siebie stronami równanie utleniania i redukcji. Przebieg reakcji redoks jest następujący:

Jod reaguje z wieloma pierwiastkami chemicznymi, aby osiągnąć jak najkorzystniejszą energetycznie konfigurację. Ma najniższą w grupie elektroujemność wg. Paulinga, która wynosi 2,6. Dla porównania, elektroujemność fluoru to 4,0, chloru 3,1 i bromu 2,8.

R1NobWzsWfCXH1

Ilustracja przedstawia szare, drobne kryształy jodu. Kryształy mają metaliczny połysk.

Idąc w dół grupy $17.$ układu okresowego, możemy zauważyć zmieniające się właściwości fizyczne pierwiastków, takie jak barwa i stan skupienia. Fluor i chlor są gazami o żółto‑zielonym zabarwieniu, a z kolei brom jest cieczą o czerwonobrunatnym zabarwieniu. Jod zaś jest ciałem stałym o szarym zabarwieniu i połysku przypominającym ten metaliczny (choć jest niemetalem). Wokół niego często widoczna jest delikatna fioletowa poświata – to jego opary. Jednocześnie ma najwyższą temperaturę topnienia i wrzenia w grupie fluorowców, odpowiednio 386,75 K (113,6°C) i 458,35 K (185,2°C).

Pierwiastkowy jod wykazuje niską rozpuszczalność w wodzie – jeden gram jodu rozpuszcza się w 3450 ${\mathrm{cm}}^3$ wody o temperaturze 20°C. Wraz ze wzrostem temperatury wody rośnie również rozpuszczalność jodu – 1 g jodu rozpuszcza się w 1280 ${\mathrm{cm}}^3$ wody o temperaturze 50°C. Słaba rozpuszczalność jodu w wodzie jest efektem zupełnej niepolarności cząsteczki jodu. Aby zwiększyć rozpuszczalność jodu w wodzie, dodaje się jodku potasu – $\mathrm{KI}$. Rozpuszczanie jodu przy pomocy anionów jodkowych to przykład procesu solubilizacji. W kontakcie jodu z wodnym roztworem jodku potasu tworzą się dobrze rozpuszczalne w wodzie aniony ${\text{I}}_3^{-}$.

Otrzymany w ten sposób roztwór nazywany jest płynem Lugola.

Ciekawostka

Rb1Rr0HzUsIJY1

Ilustracja przedstawia zakręconą, ciemną butelkę, w której znajduje się roztwór 2% płynu Lugola. Na etykiecie podano skład: woda destylowana 94%, jodek potasu 4%, jod 2%.

Płyn Lugola ma działanie odkażające. Wykorzystywany był w leczeniu chorób tarczycy, w której prawidłowym funkcjonowaniu niezbędny jest jod. Obecnie wykorzystywany jest do wykrywania skrobi oraz wybarwiania preparatów biologicznych.

Po wybuchu w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej, płyn Lugola podawano profilaktycznie wielu osobom, w tym dzieciom. W ten sposób próbowano uniknąć przedostania się do tarczycy radioaktywnego izotopu jodu ${}^{131}\mathrm{I}$.

Innym, bardzo popularnym kiedyś preparatem, który zawierał jod, była jodyna – trzyprocentowy roztwór jodu w etanolu, o stężeniu ok. 90% objętościowych z dodatkiem jodu potasu. Środek ten ma ciemnobrunatną barwę. Ze względu na odkażające i dezynfekujące właściwości, najczęściej stosuje się go na niewielkie obtarcia i zranienia. Jej działanie powoduje niszczenie wszelkich grzybów, wirusów oraz bakterii. Niegdyś stosowano go także jako kurację odmładzającą, której celem było niwelowanie zmarszczek i ujędrnianie zwiotczałej skóry. Jednak badania dowiodły, że efekt odmłodzenia był jedynie złudzeniem optycznym, powodowanym zmianą koloru skóry.

Obecność niesparowanego elektronu walencyjnego wpływa również na reaktywność jodu.

R1Rn4MTxyOivM

Ilustracja przedstawia zapis klatkowy konfiguracji powłoki walencyjnej atomu jodu w stanie podstawowym. W kwadracie podpisanym 5s znajdują się dwie równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie. Obok znajdują się trzy kwadraty podpisane 5p. W pierwszym i drugim znajduje się po dwie równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie. W trzecim kwadracie znajduje się jedna strzałka skierowana w górę, równoległa do pozostałych.

Jod reaguje z metalami, w wyniku czego otrzymuje się odpowiednie sole (jodki) metali na niższych stopniach utlenienia (w przypadku metali wykazujących zmienne stopnie utlenienia). Przykładem tego mogą być reakcje żelaza z fluorem, chlorem czy bromem, dzięki którym powstają odpowiednie sole żelaza na $+\text{III}$ stopniu utlenienia. W wyniku reakcji żelaza z jodem powstaje jodek żelaza(II):

W naturze występuje tylko jeden trwały izotop jodu – ${}^{127}\mathrm{I}$. Pozostałe izotopy są promieniotwórcze: ${}^{123}\mathrm{I}$, ${}^{125}\mathrm{I}$, ${}^{129}\mathrm{I}$ i ${}^{131}\mathrm{I}$.

Dwa z nich wykorzystane zostały w obrazowaniu tarczycy i jej leczeniu. Izotopy te podawane są doustnie i gromadzą się wewnątrz komórek tarczycy, dokładnie jak jod. Izotop I‑123 dzięki temu może być wykorzystywany do diagnozy, a I‑131 do niszczenia nadczynnej i zmienionej rakowo tkanki tarczycy.

Jodki to pochodne kwasu jodowodorowego ($\mathrm{HI}$), w których atom jodu występuje na $-\text{I}$ stopniu utlenienia. Jod tworzy również kwasy tlenowe.

Jod, a w zasadzie jego związki, znalazły również zastosowanie w chemii organicznej. Ze względu na niską trwałość wiązania C‑I, związki jodoorganiczne stosuje się w wielu syntezach, np. w reakcjach alkilowaniareakcja alkilowaniareakcjach alkilowania. Najpopularniejszym z nich, alkilującym, który zawiera jod, jest jodek metylu (jodometan), o wzorze ${\text{CH}}_3\text{I}$. Jodometan wykorzystuje się do alkilowania grupy $-\mathrm{OH}$, np. w fenolach.

R1evHSLaOl50v

Ilustracja przedstawia równanie reakcji: fenol – ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}$ - sześcioczłonowy pierścień z na przemian występującymi wiązaniami podwójnymi i pojedynczymi, dołączona grupa hydroksylowa – dodać jodometan ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_3\mathrm{I}$, strzałka w prawo, powstaje kwas jodowodorowy dodać metoksybenzen – związek, w którym atom wodoru grupy hydroksylowej fenolu został podstawiony grupą metylową pochodzącą z jodometanu.

Słownik

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Laverman L., Chemical Principles, 7th Edition, New York 2016.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2012.

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oksford 1997.