Те, из которых состоят соли, часть 5 Йод

Йод — последний галоген, с которым можно экспериментировать в домашней лаборатории. Хотя его промышленное значение несравненно меньше, чем у хлора, фтора и даже брома, по мнению автора, это самый интересный элемент этого семейства.

Почему? Он позволяет проводить множество экспериментов, для которых не требуется сложного оборудования и труднодоступных реактивов, а результаты опытов удивят вас своим цветом (составы остальных обычно были белыми). Кроме того, йод является самым безопасным в использовании членом семейства из-за его более низкой — по сравнению с более легкими элементами группы 17 — активности и постоянного агрегатного состояния.

Элемент пепла

В начале XNUMX века поташ (карбонат калия К.₂CO₃) получили, в частности, из пепла, образующегося при сжигании водорослей. Это соединение было использовано для производства нитрата калия KNO.₃, стратегический материал, необходимый для производства дымного пороха (в то время в Европе шли наполеоновские войны). Одним из производителей этого вещества был французский Бернар Куртуа. Летом 1812 года он заметил, что варочные щелока (остатки после промывки поташа водой; от выщелачивания, т. е. вымывания твердого вещества растворителем) разрушают медные котлы, в которых нагревались зола и вода. Куртуа взял аликвоту раствора и залил ее концентрированной серной кислотой (VI). Фиолетовые пары начали выделяться, а затем конденсироваться в темные кристаллы. Заинтригованный наблюдениями, он начал эксперименты, но не смог выяснить природу полученного вещества. В конце концов Куртуа уведомил об открытии других химиков.

Отчет парижского производителя селитры был проверен, среди прочего, Джозеф Гей-Люссаккоторый через несколько лет внимательно изучит и назовет другой галоген — бром (см. предыдущий эпизод). Гей-Люссак доказал, что йод — элемент с аналогичными свойствами, и он дал ему название, происходящее от греческого слова, т.е.1).

Английский химик также занимался изучением йода. сэр Хамфри Дэви, а проведенные эксперименты помогли доказать, что хлор является элементом, а не оксидом (см. второй эпизод цикла).

Йод в нас и вокруг нас

Выделение йода из золы морских растений не было случайным. Этот элемент играет очень важную роль в живом мире, как для растений, так и для животных. У человека он входит в состав гормонов щитовидной железы, регулирующих обмен веществ. Его содержание в почве (а значит, и в продуктах питания и питьевой воде) зависит от удаленности данной местности от моря: чем дальше, тем меньше йода. Во избежание заболеваний, связанных с недостатком этого элемента, применяют добавки препаратов, добавляемых в соль и муку. Богатейшими природными источниками йода являются морская рыба и морепродукты.

Йод – редкий элемент. В больших количествах встречается в морской воде, некоторых рассолах и в виде примеси в чилийской селитры, т.е. в нитрате натрия (V) NaNO.₃ (в том числе минерал находится в виде солей кислородных кислот — йодатов). Первый этап производства свободного йода зависит от источника происхождения: в случае рассолов содержащиеся в нем йодиды окисляются (с использованием хлора, как и при производстве), а йодаты из нитратов восстанавливаются. Отделенный элемент отделяют от реакционной смеси экстракцией соответствующим образом подобранным растворителем, а затем очищают возгонкой и ресублимацией. Это явления, отмеченные самим первооткрывателем и заключающиеся в переходе твердого тела в пар без жидкой фазы (сублимация) и при затвердевании паров непосредственно в твердое тело (ресублимация) (2).

2. Нагревание йода в стакане: видны фиолетовые пары (возгонка) и оседание на стенках кристаллов (повторная возгонка).

Зачем нам нужен йод?

Например, для выработки гормонов щитовидной железы используют при гипотиреозе, а радиоактивный изотоп йода-131 используют для диагностики и лечения заболеваний этой железы. Йод представляет собой раствор йода в этиловом спирте, используемый в качестве дезинфицирующего средства, аналогичное применение имеет йодоформ CH.₃I. Иодид серебра входил в состав светочувствительных эмульсий в классической фотографии, сейчас его используют для так называемой посев облаков. Он заключается в распылении AgI, на кристаллах которого конденсируются водяные пары, выпадающие затем в виде дождя. Таким образом, вы можете вызвать дождь в засушливых районах или удалить облака, когда они не нужны (например, перед парадом в праздничный день).

Свободный йод применяют для получения и очистки трудноплавких металлов. Метод, разработанный голландскими химиками. Антон ван Аркель i Яна де Боэра в 1925 г. она заключалась в нагревании металлического порошка, полученного из руды, с парами йода. Образующийся летучий йодид разлагается на нагревательном змеевике, который со временем превращается в чистый металлический стержень (3).

3. Метод Ван Аркеля и де Бура: из загрязненного циркона (внизу) образуется йодид, который разлагается на нагревательном змеевике – чистый циркон осаждается на нем, а йод рециркулируется.

Этот метод также использовался при изготовлении галогенных ламп. Добавление йода предотвращает неизбежное распыление нити накала (образованное соединение распадается на вольфрамовой спирали), что заставляет колбу работать при более высокой температуре и более экономно использовать электроэнергию.

В химических лабораториях йод применяют для определения восстанавливающих веществ, а йодистый калий — окисляющих. В обоих случаях используется известная реакция йода с крахмалом, т. е. образование темно-синего соединения, видимого даже в случае очень малых концентраций галогена. Этот факт, в свою очередь, делает йодометрические определения одним из наиболее чувствительных аналитических методов. Реакция йода с крахмалом также широко используется при изучении пищевых продуктов (4).

4. О наличии крахмала в пищевых продуктах свидетельствуют темные пятна, образующиеся под действием раствора йода.

И снова аналитик

Как и в предыдущих сериях серии о, пришло время воспользоваться методами обнаружения героя текущей статьи.

Для йодидов это основной метод. реакция с раствором азотнокислого серебрааналог хлоридов и бромидов. AgNO₃ является групповым реагентом для обнаружения анионов — несколько дают одинаковый результат, прежде чем каждый будет идентифицирован отдельно. Аналогичным образом в силу фамильного сходства ведут себя анионы галогенов (уже не фтора): они образуют осадок, разлагающийся под действием света. В случае йодидов осадок имеет ярко выраженный желтоватый цвет, более темный, чем AgBr (AgCl белый). Иодид серебра не растворяется в разбавленном растворе аммиака, что отличает его от хорошо растворимого AgCl и плохо растворимого AgBr. Однако йодиды дают гораздо большую и более красочную палитру осадков (5):

5. Краски йодидов серебра, свинца, ртути и висмута (испытания проводят на пластинке для капельных реакций).

· Желтый с ионами Pb²⁺,

· Оранжево-красный с ионами ртути²⁺,

Коричневый с ионами Bi³⁺.

В любом из этих случаев избегайте избытка реагента, так как образуются растворимые комплексы.

Помните о мерах предосторожности при тестировании соединений свинца и ртути.

Разумеется, те же реакции служат и для обнаружения соответствующих катионов. Часто для этой цели готовят йодированные бумаги, т. е. бумажные полоски, пропитанные раствором KI и высушенные. Цветные пятна, образующиеся после нанесения капли раствора, доказывают присутствие искомых ионов.

Они интересно бегают реакции иодидов с ионами Cu²⁺ я Фе³⁺. В обоих случаях вы получите коричневый цвет, который исходит от свободного йода. Обнаружить его можно с помощью индикатора крахмала (см. вставку: Детектор йода) или йодкрахмальных бумажек, приготовленных по рецепту из второй части цикла. В обоих случаях ионы металла снижают свою степень окисления на единицу, а медь дополнительно образует осадок (комбинация железа растворима, попробуйте написать уравнения реакции самостоятельно). Осадок соединения меди маскируется цветом йода, но и для этого есть решение. В пробирку по каплям добавить раствор натрия тиосульфата Na.₂S₂O₃что заставит темный цвет исчезнуть, и вы увидите белый осадок (6).

6. Взаимодействие иодидов с солями меди (II). Слева направо: раствор соли меди (II), раствор после добавления йодидов (коричневый цвет обусловлен выделившимся свободным йодом), раствор после добавления тиосульфата натрия — виден белый осадок йодида меди (I)

Вспомните реакцию с тиосульфатом – он используется для удаления свободного йода:

I₂+2Na₂S₂O₃→ 2NaI + Na₂S₄O₆

Тиосульфат натрия реагирует аналогично с хлором и бромом, отсюда и общее название этого соединения — антихлор (применяется для устранения остатков хлорной извести). Однако можно сказать, что тиосульфат также является «анти-йодом».

Как и в случае с другими галогенами, вы можете обнаружить йодиды, окислив их до свободного элемента (это то, что вы сделали, реагируя с Cu²⁺ я Фе³⁺). Это превращение происходит очень легко даже под действием кислорода воздуха. По этой причине йод добавляют в поваренную соль и муку в виде йодатов (т.е. уже окисленных), а не йодидов (образовавшийся свободный йод испарялся бы из продукта). Для теста потребуются следующие растворы: йодистый калий KI, марганцовокислый калий KMnO₄, серная кислота (VI) H₂SO₄ — и не смешивающийся с водой органический растворитель (например, растворитель для краски). Подкислить раствор йода, затем добавить по каплям раствор перманганата. Содержимое сосуда становится темно-коричневым:

2КМно₄+10КИ+8Ч₂SO₄→ 2MnSO₄+ 6 тыс.₂SO₄+5₂+ 8H₂0

Влейте небольшое количество растворителя и тщательно перемешайте содержимое. По мере расслаивания жидкости вы заметите, что вода стала намного светлее, а органический слой стал темнее растворенного в нем йода (7).

7. Йод переходит из водного раствора (нижний слой) в органический растворитель (верхний слой).

Золотой дождь

В последнем эксперименте не забывайте соблюдать правила безопасности и гигиены труда в лаборатории при работе с соединениями свинца.

Приготовьте несколько процентных растворов: хорошо растворимой соли этого металла (нитрата или ацетата) и йодистого калия. В колбу с раствором соединения свинца приливают часть раствора KI (излишка не допускать, так как образовавшийся осадок растворится). Осажденный желтый PbI2 лучше растворим в горячей воде, и при помещении колбы в сосуд с кипящей водой или нагревании на пламени осадок исчезает, а раствор становится лишь слегка желтоватым.

Дайте колбе остыть, откиньтесь на спинку кресла и наблюдайте за зрелищем. Вскоре начинают появляться кристаллы в виде золотых бляшек, а при освещении сосуда сбоку вы увидите, как падает «золотой дождь» (8).

8. Золотой дождь из кристаллов йодистого свинца

Путаницу содержимого фляги вызовет зимняя метель с необычными — золотыми — снежинками.

Детектор йода Крахмал является чрезвычайно чувствительным реагентом для обнаружения свободного йода. Темно-синий цвет полученного соединения – это эффект «вхождения» йода внутрь спиралей, образованных одним из компонентов крахмала – амилопектином. Вы увидите цвет даже при использовании сухой муки, но лучше приготовить индикатор крахмала, который представляет собой просто тонкий крахмал. Кратко: на кончике ножа возьмите щепотку картофельной муки и смешайте ее с несколькими см3 холодной воды. Вскипятить 100 см3 воды, а когда закипит — влить крахмальный клейстер. Кипятить несколько минут, пока раствор не станет прозрачным. После остывания индикатор можно держать в холодильнике, но он не долговечен и лучше готовить его по мере необходимости.