碘(非金屬元素)

碘（化學符號：I，原子序數：53）是一種化學元素，在化學元素周期表中位於第5周期，第ⅦA族，屬於鹵素族。碘是一種深紫色的固體，在常溫常壓下呈片狀晶體。它具有較強的揮發性，當受熱時，固體碘會直接轉變為紫色的氣體，這個過程稱為升華。碘具有活潑化學性質，它能夠與多種元素形成化合物。在水中，碘不溶解，但可以溶解於一些有機溶劑中，例如乙醇和二甲苯。碘具有氧化性，在一些反應中可以作為氧化劑，例如氧化亞硫酸根離子為硫酸根離子。碘及其化合物在醫藥、生物化學和化學分析等領域具有重要套用。

基本介紹

• 中文名：碘
• 外文名：Iodine
• 化學式：I2
• CAS登錄號：7553-56-2
• EINECS登錄號：231-442-4
• 熔點：113 ℃
• 水溶性：0.3g/L(20℃)
• 外觀：紫羅蘭紫色-黑色晶體帶有一種金屬光澤和一種強烈的氣體
• 套用：製造藥物、染料、碘酒、試紙和碘化物等
• 安全性描述：S26；S61；S25；S23
• 危險性符號：R20/21；R50
• 危險性描述：Xn；N
• UN危險貨物編號：1759
• 原子量：126.9
• 元素符號：I
• 元素類別：鹵素
• 周期：第五周期
• 族：VII A族
• 原子序數：53
• 電子排布：1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p 或 [Kr]4d5s5p
• 區：p區
• 原子半徑：140pm
• 化合價：-1,0，+1，+3，+5，+7
• 學科：食品科學技術_食品營養_基礎營養_礦物質
• I2分子量：254
• 折射率：1.788
• I原子量：127
• 密 度：3.8±0.1 g/cm
• 沸 點：184.4℃（標準大氣壓下）

物理性質

密度	3.8±0.1 g/cm
沸點	184.4℃（標準大氣壓下）
熔點	113℃
閃點	<10℃
折射率	1.788
外觀性狀	紫黑色有光澤的片狀晶體
水溶解性	0.3 g/L(20℃)
摩爾體積(cm/mol)	66.1
極化率(10 cm)	11.09
原子化焓kJ/mol（25℃）	151
熱容J/(g·K)	0.214
導熱係數W/(m·K)	0.449
熔化熱（KJ/mol）	15.52
汽化熱（KJ/mol）	41.57
氣味	具有特殊刺激臭
揮發性	在微熱下升華
溶解性(g/L)	0.3
晶體結構	正交

研究歷史

碘的歷史可以追溯到19世紀初。碘於1811年由法國化學家貝爾塔·路易斯·呂瓦爾（Bernard Courtois）首次發現和分離。呂瓦爾從海藻灰中提取出了一種紫色氣體，最終被確認為一種新的元素。他注意到這種氣體的特殊性質，如揮發性和紫色的蒸汽，從而使得碘成為了新的化學元素。呂瓦爾採用希臘文"iodes"，意為紫色來命名，反映了碘氣體的紫色特徵，後來被法國化學家約瑟夫·路易斯·蓋伊·盧瑟福（Joseph Louis Gay-Lussac）和路易·雅克·西爾瓦克（Louis Jacques Thénard）所確認。

含量分布

碘的含量分布主要體現在自然界的不同環境和生物體中。以下是一些關於碘含量分布的一般情況：

1.地殼中的含量：碘是地球地殼中的一種元素，其平均含量約為0.05毫克/千克。地殼中的碘分布不均勻，不同地區的地殼中碘的含量可能會有所不同。

2.海水中的含量：大部分的碘存在於海水中。海水中的碘濃度通常很低，平均約為0.05微克/毫升。這是因為碘以離子形式存在，主要是碘化物（I）。

3.土壤中的含量：土壤中的碘含量與地質和氣候等因素有關。一些地區的土壤中可能含有較高的碘，而另一些地區則可能較低。植物通常通過根部吸收土壤中的碘。

4.植物中的含量：植物對土壤中的碘吸收，並在其組織中蓄積。碘在植物中的含量因植物種類、土壤中的碘含量和其他環境因素而異。一些海產品和蔬菜可能含有較高的碘含量。

5.動物體內的含量：動物通常通過食物鏈攝取碘。海洋動物和一些陸地動物的體內碘含量可能較高，尤其是那些以海產品為主食的動物。

6.人體中的含量：人體中的碘含量主要來自飲食，特別是通過食用富含碘的食物，如海產品和含碘鹽。甲狀腺是人體中主要的碘貯存器，它在體內維持著正常的甲狀腺激素水平。

化學性質

碘是一種鹵素，以下是有關碘的主要化學性質：

1.氧化態：碘在自然界中主要以氧化態為-1的離子形式存在，即碘化物離子（I）。此外，碘還能夠形成+1、+3、+5、+7等多種氧化態。

2.同位素：碘-127，是最常見和穩定的碘同位素，占自然界中碘的大部分。它的相對豐度約為100%，是碘元素的主要存在形式；碘-129是一個放射性同位素，具有長半衰期。碘-129的衰變方式包括貝塔衰變和電子捕獲，最終產生穩定的氙-129。碘-129的存在在地質學和天體物理學中具有一定的研究價值，用於研究地質過程、星際塵埃和宇宙演化等問題；碘-131是一個放射性同位素，具有短半衰期。碘-131廣泛套用於醫學中，作為放射性同位素的碘化物用於甲狀腺治療和診斷。它也是核反應堆中產生的核裂變產物之一。

3.反應性：碘是一種相對不活躍的鹵素，但在一些條件下可以參與各種化學反應。例如，碘可以與金屬反應形成碘化物，與氫反應形成氫碘酸，與氧反應形成氧化碘。

I₂+2Na→2NaI

I₂+H₂→2HI

4.揮發性：碘具有較高的揮發性，尤其在加熱的條件下。當固體碘受熱時，會升華成為紫色的蒸汽，而不經過液相。這一性質在實驗室中用於檢測碘的存在。

5.水溶性：碘在水中的溶解度較低，但可以形成碘化物離子。碘在水中的溶解度受溫度和pH值的影響，冷水中溶解度較低，而熱水中則較高。

6.形成分子：在某些有機溶劑中，碘可以形成分子形式。例如，在碘與乙醇反應。

CH₃CH₂OH+I₂+NaOH→CHI₃↓+HCOH+NaI+H₂O

7.氧化性：碘具有一定的氧化性，可以氧化一些物質。例如，碘可以將亞硫酸根離子（S₂O₃）氧化為硫酸根離子（SO₄）。

8.顯色反應：碘溶液在和澱粉接觸時呈現出深藍色，這是一種常用於檢測碘的顯色反應。這一性質在化學實驗和分析中被廣泛套用。

作用與用途

碘在生物學、醫學、工業和其他領域中有多種重要作用和用途。以下是碘的一些主要作用和用途：

甲狀腺功能

碘是甲狀腺激素的一種成分，甲狀腺激素在人體內起著極其重要的作用，尤其對促進生長發育、調節蛋白質的合成與分解、維持體內的新陳代謝、促進糖和脂質的代謝、調節水與無機鹽的平衡、促進生物的氧化等有重要生理作用。健康成人的體內含碘量約為20mg。

營養補充

碘是人體必需的微量元素之一，對於兒童和孕婦的健康發育尤為重要。碘缺乏會影響大腦發育和認知功能，因此在一些地區，政府和衛生組織會通過鹽碘化等方式進行碘的補充。

消毒劑

碘為一種具有強氧化性的物質，通常被用作外科消毒劑。以碘為主要成分的消毒劑常見的有碘酊和碘伏。碘酊就是我們俗稱的碘酒，通常由碘、碘化鉀溶解於酒精溶液而製成。碘酊可以殺死細菌、真菌等病原體，因此常用於傷口的消毒。碘酊的殺菌作用比較強，並具有強烈的刺激作用，不宜用於黏膜消毒。

醫學影像學

碘化物在醫學影像學中被用作造影劑，用於X射線、CT掃描和核磁共振成像等檢查。碘化物能夠在體內組織中吸收X射線，提高影像對比度，有助於診斷和治療疾病。

化學實驗

碘及其化合物在化學實驗室中被廣泛套用。例如，碘溶液可用於檢測澱粉的顯色反應，碘化鉀可用作還原劑和氧化劑，碘酒可用於清潔和消毒器皿。

食品工業

碘化物在食品工業中被用作防腐劑和添加劑。碘化鹽和碘化鉀等化合物常被添加到食品中，以提高食品的營養價值和保鮮效果。

攝影

碘化銀是一種重要的攝影材料，用於生產膠片和照相紙。碘化銀在暗室中可以感光，形成照片的負片或正片。

農業

少量的碘化物可以用於農業領域，以提高作物的產量和質量。例如，碘肥料可以增加植物對碘的吸收，改善土壤中碘的含量，從而提高農作物的營養價值。

表觀遺傳

2023年《寧夏醫學雜誌》有一篇研究通過體外實驗探討了碘對甲狀腺細胞的組蛋白甲基化影響，發現碘作用於甲狀腺細胞使得細胞整體H3K4me3的表達增加和H3K27me3的表達減少，伴隨MLL1和JMJD3的表達增加。這為進一步探討高碘與甲狀腺自身免疫的機制研究提供了表觀學的研究基礎和靶向治療的新思路。

製備方法

1.路易斯-呂瓦爾法（Louis-Lassar法）： 這是最早用於製備碘的方法之一，也是碘的歷史上首次發現和分離的方法。該方法是通過將海藻灰（一種含有碘的海藻提取物）與濃硫酸反應，生成碘氣體，然後將碘氣體冷凝成固體碘。這個過程需要在實驗室中進行，由於涉及濃硫酸等危險化學物質，需要特別小心。

2.碘酸鉀和亞硫酸鉀反應法： 這是一種現代化學工業用於大規模生產碘的方法之一。該方法是將碘酸鉀和亞硫酸鉀反應，產生硫酸鉀和游離的碘，然後通過蒸餾和凝結將碘收集下來。這個方法相對安全，可以在工業規模下進行。

3.電解法：在電化學中，碘可以通過在碘化鉀溶液中進行電解來製備。在電解過程中，碘化鉀分解成碘和氫氣。碘則在電極上析出，並通過收集固體碘來獲取。這個方法適用於實驗室規模的製備。

4.碘化物還原法： 一些金屬，如鋁和鋅，可以與碘化物反應生成碘。例如，將鋁粉與碘化鉀反應，可以生成固體碘和氯化鋁。這個方法通常在實驗室中用於小規模製備碘。

5.碘化氫法：碘化氫氣體可以在實驗室中通過氫氣與碘氣反應製備。這個方法要求嚴格的控制條件和安全措施，因為碘化氫氣體具有強烈的刺激性和腐蝕性。

毒理資料

1.急性毒性：高劑量的碘可以導致急性中毒症狀，包括口乾、嘔吐、腹瀉、頭痛、眩暈、昏迷甚至死亡。過量攝入碘可導致甲狀腺功能紊亂，包括甲狀腺激素的過度或不足，從而引起甲狀腺腫大、甲狀腺炎和甲亢等病症。

2.慢性毒性：長期攝入過量的碘可能對甲狀腺功能產生負面影響，導致甲狀腺功能異常或甲狀腺疾病的發生。慢性碘中毒也可能影響其他器官和系統，如皮膚、消化系統和神經系統。

3.過敏反應：個別人群可能對碘過敏，對碘或碘化合物接觸後可能出現皮膚瘙癢、蕁麻疹、呼吸困難等過敏症狀。

儲存運輸

1.儲存條件：碘通常以固體形式存在，因此在儲存時應將其放置在密封的容器中，以防止與空氣中的水分和氧氣接觸，從而減少可能的氧化反應。儲存容器通常應標有警示標誌，指示其為含有碘的物質，以便人們注意並採取相應的安全措施。最好將碘儲存在乾燥、通風良好的地方，遠離火源、高溫和明火。

2.運輸方式：在運輸過程中，應採取適當的措施防止碘的泄漏或溢出，以減少對環境和人體的潛在危害。將碘包裝在耐腐蝕和密封性良好的容器中，以防止碘與外部環境發生不必要的接觸。對於液態或揮發性的碘化合物，應選擇密封性良好的容器，並在運輸過程中避免劇烈震動和溫度變化。

3.安全注意事項：在處理碘或碘化合物時，必須採取適當的個人防護措施，如戴手套、穿長袖衣服和戴呼吸面具，以防止皮膚接觸和吸入碘蒸氣。在處理碘時要小心謹慎，避免產生粉塵或蒸氣，以減少有毒氣體的釋放和接觸。在可能的情況下，應當避免與其他化學物質混合，以防止發生不必要的反應和危險。

注意事項

1.防護措施：使用適當的個人防護裝備，包括實驗室外套、手套和護目鏡。這有助於防止碘接觸皮膚、眼睛或其他身體部位。

2.通風條件：在進行含碘實驗或操作時，確保在通風良好的區域進行。這有助於減少碘蒸氣的濃度，降低吸入風險。

3.防止吸入：避免吸入碘蒸氣或碘化合物的粉塵。如果使用碘的液體或固體形式，要儘量避免產生碘蒸氣。

4.防止攝入：不要攝入碘。碘在高濃度下可能對人體有毒性。確保在操作過程中避免接觸口腔，並在實驗室環境中不要進食、喝水或吸菸。

5.儲存注意事項：將碘及其化合物存放在乾燥、通風良好的地方，並遠離可燃物、酸、鹼等物質。防止碘化合物的過量積累和可能的危險反應。

6.碘的易揮發性：碘在常溫下具有一定的揮發性，因此應在密閉的容器中存儲，並確保容器密封良好。

7.實驗室操作規程：嚴格遵守實驗室的操作規程和安全標準。熟悉碘及其化合物的性質，了解其安全處理和處置方法。

8.應急措施：在發生意外或暴露的情況下，知道正確的急救措施，並迅速尋求醫療幫助。眼睛或皮膚接觸後，立即用大量清水沖洗。

這些注意事項適用於處理碘的各種場合，包括實驗室研究、醫學套用和工業生產。在任何碘相關的操作中，安全意識和實驗室規程的遵守都是至關重要的。

延伸閱讀

碘是甲狀腺激素合成的必需物，它還可作為抗氧化劑、抗增殖和促進凋亡因子。缺碘是一個持續存在的問題。近年來，食鹽加碘的實施顯著降低了全球缺碘的影響，目前缺碘為輕度至中度。孕婦、哺乳期婦女和兒童尤其受到缺碘的影響，會導致甲狀腺疾病，代謝和發育障礙以及癌症。然而，過量的碘攝入導致甲狀腺疾病的發展。糾正碘缺乏症可能會降低患惡性腫瘤的機會，需要進一步的研究來更好地了解碘對癌變的影響以及碘缺乏補償對癌症患者預後的臨床結果。即將到來的公共衛生挑戰似乎是減少鹽的攝人量，這可能導致碘攝入量降低。因此，如果不增加鹽碘水平以補償，則可以考慮除鹽以外的碘富集載體，並且應更頻繁地監測尿碘水平。

青藏高原覆蓋中國12．5％的面積，碘營養狀況被認為是世界上發生缺碘的主要地區之一。與中國平原地區相比，藏族成人碘缺乏率較高。目前，在碘缺乏地區人體碘的主要來源是碘鹽，有助於降低常見的甲狀腺腫和甲狀腺功能減退症的發病率。肥胖女性在妊娠期間尤其容易出現碘和其他微量營養素缺乏的情況，可能她們使用的飲食中能量豐富但必需微量營養素含量低。脂肪攝入增加可能會干擾碘的吸收和脂肪組織中促炎細胞因子的釋放，胰島素抵抗可能是導致腸細胞中碘化鈉交聯體表達減少的原因，從而導致碘吸收減少。日益嚴重的肥胖問題可能表明，缺碘的威脅將更加嚴重。

碘是合成甲狀腺激素的原料之一，甲亢患者對碘131的攝取率明顯增加。碘131治療是利用人體甲狀腺組織對碘具有高度選擇性攝取功能，經口服後絕大部分進入甲狀腺組織，碘131衰變時產生的射線中99%為β射線，β射線在組織中射程短，在生物組織中平均射程約為0.8毫米，進入甲狀腺後其能量幾乎全部被甲狀腺組織吸收。其輻射效應僅限於局部，而不影響鄰近的組織。β射線有較強的電離輻射能力，使部分甲狀腺濾泡上皮細胞變性、壞死，從而使甲狀腺激素的合成、分泌減少，甲狀腺體積也隨之縮小，達到治療甲亢的目的；因此碘131有“藥物手術”之功效和“無形手術刀”之美譽。與傳統內科藥物和外科手術治療相比，碘131具有簡便、安全、價格便宜、治癒率高、復發率低、不良反應小等優點。