Lexikon: Iod

 

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Eigenschaften
Tellur - Iod -
Br
I
Astat|At  
 
 
Kr4d105s25p5
127
53
I
Allgemein
Name, Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol, Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl Iod, I, 53
Serie Halogene
Gruppe, Periode des Periodensystems|Periode, Block des Periodensystems|Block 17 (VIIA), Periode-5-Element|5, p-Block|p
Aussehen dunkel-violett grau,
glänzend
Massenanteil an der Erdhülle 6 · 10-6 %
Atomar
126,90447
(berechnet) pm
Kovalenter Radius 133 pm
van der Waals-Radius 198 pm
[[Krypton|Kr]4d-Block|d105s-Block|s2 5p5
pro 2, 8, 18, 18, 7
1. kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1845,9 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 3180 kJ/mol
Physikalisch
fest
Modifikationen 1
orthorhombisch
Dichte () kg/m3 (-)
unmagnetisch
K (113,70 °Grad Celsius|C)
457,4 K (184,2 °C)
Molares Volumen m3/mol
20,752 kJ/mol
7,824 kJ/mol
Pa bei __ K
m/s bei __ K
Spezifische Wärmekapazität J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit S/m
W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände ±1, 3, 5, 7
und (Basizität) sauer)
Normalpotential V (I + e- → I-)
2,66 ()
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE mega|MElektronenvolt|eV ZP
125I {syn.} 59,408 d ε 0,186 125Te
126I {syn.} 13,11 d ε
Beta-Strahlung|β-
2,155
1,258
126Te
Xenon|126Xe
127I 100 % I ist Stabiles Isotop|stabil mit 74 en
128I {syn.} 24,99 min β-
Elektronen-Einfang|ε
2,118
1,251
128Xe
Tellur|128Te
129I {syn.} a β- 0,194 129Xe
130I {syn.} 12,36 h β- 2,949 130Xe
131I {syn.} d β- 0,971 131Xe
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitensystem|SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Iod (vom altgriechischen Wort ιο-ειδης = veilchenfarbig, wegen der violetten Farbe von Ioddämpfen) ist ein chemisches Element im mit der 53. Iod ist unter dem Elementsymbol I bekannt. Laut Duden ist neben der fachsprachlichen die herkömmliche Schreibweise Jod mit dem Elementsymbol J für Iod und Iodverbindungen auch weiterhin üblich. Das Halogene|Halogen ist ein für den en lebensnotwendiges .

Geschichte

Die physiologische Bedeutung des Elements Iod war schon im Altertum bekannt. So wurden bereits 1500 Jahre vor unserer Zeitrechnung Kropfkranken die Iodhaltigen n von Schafen oder Aschen von Meeresschwämmen verordnet.

Iod wurde im Jahr 1811 durch den Paris|Pariser Salpetersieder Bernard Courtois bei der Herstellung von erstmals aus der Asche von Seetang gewonnen. Den elementaren Charakter erforschten jedoch erst ab 1813 die Frankreich|französischen Naturwissenschaftler Nicolas Clement-Desormes und Joseph Louis Gay-Lussac, der ihm ein Jahr später den heutigen Namen verlieh.

Vorkommen

Bild: Volcano_q.jpg Iod ist abgesehen von Astat wesentlich seltener als die übrigen Halogene. In der Natur ist es weit verbreitet, jedoch nur in Form seiner Chemische Verbindung|Verbindungen. Im Unterschied zu den Elementen , und Brom tritt es nicht nur als Iodide|Iodid auf, sondern auch als Iodate|Iodat, zum Beispiel angereichert (0,02-1 %) im Chilesalpeter, hauptsächlich in Form von Natriumiodat (NaIO3), aber auch Natriumperiodat (NaIO4) und Lautarit (Ca(IO3)2). In feinsten Spuren ist es in Böden und en nachweisbar. Im Durchschnitt enthält 100 Gramm wasserfreier Feinboden aus dem süddeutschen Raum 350 Mikrogramm Iod. Als Iodwasserstoff kommt es in geringsten Mengen in Vulkan|vulkanischen Gasen vor.

Lösliche Iodverbindungen wie Alkalimetalle|Alkali- und Erdalkalimetalle|Erdalkaliiodide werden während der Verwitterung von Gesteinen durch Regenwasser freigesetzt oder zerfallen bei höheren Temperaturen. Ioddämpfe sammeln sich, da sie 8,65-mal schwerer sind als Luft, in tiefliegenden Gebieten und reichern sich dort an. So gelangen sie schließlich wie die Iodide in die e und ins . Einige Mineralwasser|Mineralwässer enthalten Iod. Die Mineralquelle Woodhall Spa bei Lincoln in den bringt Wasser hervor, das durch Iod braun gefärbt ist. Im Meerwasser liegt die Menge an Iod bei 0,05 Gramm pro Tonne (Masseneinheit)|Tonne.

Organische Chemie|Organische Iodverbindungen kann man aus Meeresalgen (19 Gramm Iod pro Kilogramm Trockenmasse), Tangen und Schwämmen (bis zu 14 Gramm Iod pro Kilogramm Trockenmasse) isolieren. Einen wichtigen Speicher für organisch gebundenes Iod stellt die dar.

Natürlich vorkommendes Iod besteht zu 100 % aus einem einzigen , dem Isotop 127I.

Gewinnung und Darstellung

Früher gewann man Iod in Form von Iodiden und Iodaten, indem man die durch die Flut an den Strand angeschwemmten Tange einsammelte und verbrannte. Die erhaltene Asche enthielt etwa 0,1 bis 0,5 % Iod. Diese Iodgewinnung hat heute jedoch nur noch lokale Bedeutung und macht ungefähr 2 % der Weltproduktion eines Jahr aus.

Die technische Gewinnung von Iod ist eng mit der Salpetergewinnung verknüpft. Das in den Mutterlaugen enthaltene Iodat wird durch Reduktion (Chemie)|Reduktion in Iod umgewandelt. Im ersten Chemische Reaktion|Reaktionsschritt setzt man Schwefelige Säure ein, um Iodsäure (Iodat ist das Anion dieser Säure) zu Iodwasserstoff zu reduzieren:

  • \mathrm{HIO_3 + 3H_2SO_3 \rightarrow HI + 3H_2SO_4}
Iodsäure und Schwefelige Säure reagieren zu Iodwasserstoff und

Der Iodwasserstoff wird wiederum in einem zweiten Schritt durch die in der Lösung (Chemie)|Lösung vorhandene Iodsäure zu Iod Oxidation|oxidiert. Man spricht in diesem Fall von einer Komproportionierung, da Iod in zwei verschiedenen Oxidationsstufen (-1 im Iodwasserstoff und +5 in der Iodsäure) zu elementarem Iod mit der Oxidationsstufe 0 wird.

  • \mathrm{HIO_3 + 5HI \rightarrow 3H_2O + 3I_2}
Iodsäure und Iodwasserstoff komproportionieren zu und Iod

Alternativ kann zur Reduktion auch (SO2) den Endlaugen, aus denen der Salpeter bereits ausKristallisation|kristallisiert ist, zugesetzt werden.

Bei der - und förderung fallen bedeutende Mengen an Salzsole an, die einen Iodgehalt zwischen 30 bis über 100 ppm aufweisen. Das in Form von Natriumiodid vorliegende Iod wird durch die Oxidation mit aus der Sole freigesetzt:

  • \mathrm{2NaI + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + I_2}
Natriumiodid und Chlor reagieren zu Natriumchlorid und Iod

Eine weitere Reinigung des gewonnenen Iods wird dadurch erreicht, dass es mit Luft ausgeblasen, anschließend mit Schwefeldioxid in schwefelsaurer Lösung wieder reduziert und zum Schluss mit gasförmigem Chlor zum Iod zurück oxidiert wird.

  • \mathrm{I_2 + SO_2 + 2H_2O \rightarrow 2HI + H_2SO_4}
Iod wird durch Schwefeldioxid zu Iodwasserstoff reduziert
  • \mathrm{2HI + Cl_2 \rightarrow 2HCl + I_2}
Iodwasserstoff und Chlor reagieren zu Chlorwasserstoff und Iod

Chromatographie|Chromatographisch kann Iod mittels Adsorption von Polyiodid an Anionenaustauschern angereichert werden. Zur Reinstherstellung setzt man Kaliumiodid und halogenfreies Kupfersulfat ein.

Im Labormaßstab lässt sich Iod durch Einwirken von Schwefelsäure und Mangan(IV)-oxid auf Kaliumiodid herstellen. Die Gewinnung gelingt ebenso aus der iodhaltigen Asche von Meerespflanzen durch Behandlung mit .

Eigenschaften

Bild: I,53.jpg

Iod ist unter Normalbedingungen ein Feststoff, der grauschwarze, metallisch glänzende Schuppen bildet, deren Dichte 4940 kg/m³ beträgt. Sie besitzen die Eigenschaften eines Halbleiters. Diese Eigenschaften sind auf das Vorhandensein eines Schichtgitters zurückzuführen, in dem einzelne Ebenen aus I2-Molekülen (Bindungslänge 2,715 Angström (Einheit)|Ã…) bestehen. Der Abstand der Ebenen in einem orthorhombischen Schichtkristall beträgt 4,412 Ã… und entspricht damit dem van-der-Waals-Abstand zwischen zwei Iod-Atomen (4,30 Ã…). Das Ergebnis der Messung des kürzesten Abstands zwischen zwei Iod-Molekülen liegt mit 3,496 Ã… deutlich darunter.

Iod geht beim Schmelzen ( 113,70 Grad Celsius|°C) in eine braune, Elektrische Leitfähigkeit|elektrisch leitfähige Flüssigkeit über. Es siedet bei 184,2 °C unter Bildung eines violetten Dampfes, der aus I2-Molekülen besteht. Iod Sublimation|sublimiert schon bei Zimmertemperatur, so dass ein Schmelzen nur unter rascher und starker Temperaturerhöhung möglich ist.

Eine interessante Eigenschaft des Iods äußert sich darin, Polyhalogenidverbindungen einzugehen. Dabei verbinden sich gelöste I2-Moleküle jeweils mit einem Iodid-Anion zum einfach negativ geladenen I3--Anion. Eine Eigenschaft dieser Polyhalogenidverbindung ist, dass sie sich in Stärke-Helix|Helices einlagert. Diese Einlagerungsverbindungen rufen bereits in geringen Konzentrationen eine intensive Blaufärbung hervor (empfindlicher und spezifischer Iod-Stärke-Reaktion|Iod-Stärke-Nachweis).

Iod-Kationen

Von dem Element Iod sind verschiedene Kationen bekannt. So entsteht das blaue Diiod-Kation I2+, wenn Iod durch in gelöstes Schwefeltrioxid (65%iges Oleum: H2SO4 · 2SO3) Oxidation|oxidiert wird:

\mathrm{2I_2 + 2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 2I_2^+ + SO_2 + 2HSO_4^-}

Zur Oxidation kann ebenso Antimonpentafluorid bzw. Tantalpentafluorid in flüssigem verwendet werden:

\mathrm{2I_2 + SbF_5 \rightarrow 2I_2^+ + SbF_3 + 2F^-}

Verwendung

Iodtinktur und Iodoform enthalten Iod in elementarer oder gebundener Form und dienen als und Antiseptikum. Es wird vermutet, dass die Desinfektion|desinfizierende Wirkung auf die Abspaltung von aus Wasser beruht. Dieser Sauerstoff ist kurz nach seiner Freisetzung besonders reaktionsfähig (in statu nascendi):

\mathrm{I_2 + H_2O \rightarrow 2HI + O}

Dieser Mechanismus wird auch für die anderen Halogene diskutiert. Iod wird aus diesem Grund in einzelnen Fällen auch zur Entkeimung von Wasser in Badeanstalten genutzt. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass Iod weniger aggressiv ist als Chlor. Allerdings vermag diese Wasserbehandlung nicht Algen abzutöten, so dass zusätzlich ein Algizid zugesetzt werden muss. Der intensive Gebrauch von Iod kann aber zu Hautverfärbungen führen. Auch steht die Gefahr der Allergie|Allergisierung im Raum. Beides ist durch Einsatz von so genannten Iodophoren, Trägermaterialien, die Iod binden können, vermeidbar.

Kaliumiodid wird in geringen Mengen dem Kochsalz|Speisesalz zugesetzt, um Iodmangelerkrankungen vorzubeugen. Der Iodbedarf von Schwangerschaft|Schwangeren muss in der Regel durch die zusätzliche Einnahme von Iodtabletten gedeckt werden.

Die Radioaktivität|radioaktiven Iod-e 131I und 123I werden in Röntgenkontrastmitteln in der Diagnostik und Therapie von nerkrankungen eingesetzt (vergleiche Radioiodtherapie), wobei 131I heute verstärkt zum Einsatz kommt. Zur Bestimmung des mineralgehalts wird 125I herangezogen.

Radioaktive Iod-Isotope sind auch im Fallout von Nuklearexplosionen und im Abbrand von Kernkraftwerken enthalten. Bund und Länder bevorraten insgesamt 137 Millionen Iodtabletten in der Umgebung der deutschen Atomkraftwerke für den Fall eines Atomunfalls (vgl. Iodblockade).

Iod ist ein häufig eingesetzer bei chemische Reaktion|chemischen Reaktionen. So verwendet man es bei stereospezifischen Polymerisationen von Butadien. Die Sulfurierung Aromaten|aromatischer Verbindungen sowie die Alkylierung und Kondensation aromatischer Amine sind weitere Einsatzfelder.

Biologische Bedeutung

Schilddrüsenhormone

Iod spielt im Organismus hauptsächlich eine Rolle für die Produktion der Schilddrüsenhormone (kurz T4) und (T3), die vier bzw. drei Iodatome enthalten. Iod ist in Form verschiedener Iodaminosäuren Bestandteil dieser . Der Iodvorrat im menschlichen Körper wird auf 10 bis 30 Milligramm beziffert. Davon sind 99 % in der Schilddrüse gespeichert.

Iodmangel führt zu einer Unterfunktion der Schilddrüse (Hypothyreose|Hypothyreose), die sich durch eine Minderproduktion von T4 und T3 auszeichnet. Da die Schilddrüsenhormone wesentliche Funktionen in der Regulation von prozessen übernehmen, resultieren aus einer Schilddrüsenunterfunktion schwere Stoffwechselstörungen und Entwicklungsstörungen bis hin zum Kretinismus. Zur vermuteten Gefahr durch Iodüberversorgung siehe Iodallergie.


Sicherheitshinweise

Umweltgefährlich

R-Sätze: 20/21-50

R 20/21: Gesundheitsschädlich beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut. R 50: Sehr giftig für Wasserorganismen. S-Sätze: 2-23.2-25-61

S 2: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. S 23.2: Dampf nicht einatmen. S 25: Berührung mit den Augen vermeiden. S 61: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen/Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen.

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Bestimmungen für die Schule

Gefahrstoff: Gesundheitsschädlich - Umweltgefährlich

Umgang/Beschaffung: Nach Möglichkeit die Verwendung vermeiden. Prüfen, ob Ersatz durch Stoffe mit geringerem gesundheitlichen Risiko möglich. Nur falls für den Unterricht nach den Lehrplänen erforderlich, in den notwendigen kleinsten Mengen vorrätig halten.

Experimentieren: Lehrerexperimente: Bei Einhaltung sorgfältiger Schutzmaßnahmen zulässig. Schülerexperimente: Der Umgang ist nur gestattet, wenn es zur Erreichung der Unterrichtsziele unvermeidbar ist und die erforderlichen Schutzmaßnahmen eingehalten werden. Der Umgang mit Gefahrstoffen ist für Schülerinnen und Schüler nur unter Aufsicht möglich.

Aufbewahrung/Lagerung: In Sammlungsräumen: Offen oder unter Verschluss. In Unterrichtsräumen: Unter Verschluss. Räume, in denen Gefahrstoffe aufbewahrt bzw. gelagert werden, sind gegen das Betreten durch Unbefugte zu sichern. Schränke, in denen Gefahrstoffe aufbewahrt werden, müssen gemäß ihrem Gefährdungspotential den Vorschriften des Trägers der gesetzlichen Unfallversicherung und der KMK entsprechen. Menschliche Gesundheit und Umwelt dürfen nicht gefährdet werden. Missbrauch oder Fehlgebrauch sind nach Möglichkeit zu verhindern. Aufnahme in Gefahrstoffliste, -kartei oder -datei. Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

Spezielles: Unverträglich mit Ammoniak-Gas, Ammoniak-Lösung und Ethin. Reste mit Natriumthiosulfat-Lösung behandeln. Das Reaktionsgemisch nach Neutralisation mit Natriumhydrogencarbonat ins Abwasser geben. Weitere Informationen zu diesem Element finden sich im »Periodensystem für den Schulgebrauch«.

Nachweis

Qualitativ kann Iod in Form von Iodprobe|Iodstärke nachgewiesen werden. Dabei gibt man in die zu untersuchende Lösung wässrige Stärke_(Zucker)|Stärkelösung, die sich bei Anwesenheit von Iod je nach Konzentration blau bis blauschwarz verfärbt. Es lagern sich hierbei Polyiodid-Anionen in die Spiralstruktur der Stärke ein und bilden diesen farbigen Komplex. Freies Iod erkennt man darüber hinaus anhand seines violetten, typisch riechenden Dampfs oder daran, dass sich eine Alkohol (Chemie)|alkoholische Lösung bei Anwesenheit von Iod braun, eine Schwefelkohlenstoff-Lösung rotviolett färbt.

Iodid-Ionen, zum Beispiel aus Natriumiodid, lassen sich über zahlreiche Fällungsreaktionen nachweisen. So ergeben sie mit Silbernitrat einen gelben Niederschlag von Silberiodid:

\mathrm{AgNO_3 + NaI \rightarrow AgI \downarrow + NaNO_3}

Dieser Niederschlag ist in sehr schwer, in Natriumthiosulfat und -Lösung jedoch leicht löslich.

Quecksilbernitrate können ebenso zum Nachweis herangezogen werden. So fällt Quecksilber(I)-nitrat, wenn es im Überschuss eingesetzt wird, Iodid-Ionen in Form von gelbgrünem Quecksilber(I)-iodid:

\mathrm{HgNO_3 + NaI \rightarrow HgI \downarrow + NaNO_3}

Wird dagegen Quecksilber(II)-nitrat verwendet, so erhält man einen roten Niederschlag von Quecksilber(II)-iodid:

\mathrm{Hg(NO_3)_2 + 2NaI \rightarrow HgI_2 \downarrow + 2NaNO_3}

Bleiacetat-Lösung lässt einen gelben Niederschlag entstehen.

Chlorwasser vermag Iodid zu elementarem Iod zu Oxidation|oxidieren, das als bräunlicher Niederschlag sichtbar wird:

\mathrm{Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2 \downarrow}

Der quantitative Nachweis (die Mengenbestimmung) von Iod baut auf den oben genannten Reaktionen auf. So ist es möglich, die Iodmenge über Titration mit einer Thiosulfat-Lösung (siehe Iodometrie) zu ermitteln. Für Gravimetrie|gravimetrische Bestimmungen bietet sich die Fällung als Silberiodid an. Darüber hinaus kann eine Amperometrie, ein Elektrochemie|elektrochemisches Bestimmungsverfahren mit Tolidin, in Betracht gezogen werden.

Verbindungen

Als Wasserstoffverbindung ist der Iodwasserstoff (HI) zu nennen, ein farbloses, stechend riechendes . Die davon abgeleiteten sind die Iodide. Eine wässrige Lösung davon bezeichnet man als Iodwasserstoffsäure.

Iod geht mit den anderen Halogenen so genannte Interhalogenverbindungen ein. Dieses sind Iodfluorid (IF), Iodchlorid (ICl) und Iodbromid (IBr).

Darüber hinaus sind vom Iod verschiedene Sauerstoffsäuren und die dazugehörigen Salze bekannt: Hypoiodige Säure (HIO) und Hypoiodide, Iodige Säure (HIO2) und die entsprechenden Iodite, Iodsäure (HIO3) und Iodate sowie die Periodsäure (HIO4) und die dazugehörigen Periodate.

Literatur

Weblinks

Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Halogen Kategorie:Periode-5-Element

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