Химические свойства йода

Химические свойства йода

При увеличении главного квантового числа валентных электронов энергетические уровни валентной оболочки сближаются, а энергия взаимодействия электронов с ядром понижается. Свободный йод – твердое вещество с заметным металлическим блеском, обусловленным частичной делокализацией электронов в молекулярной кристаллической решетке. Потенциал ионизации атома йода уже настолько мал, что становится возможным реальное существование катиона I+. В воде этот катион неустойчив, а в неводном, например, эфирном или спиртовом растворе может быть получен в результате диспропорционирования йода:

I2 + AgNO3 = AgI + INO3

3INO3 = I2 + I(NO3)3

Нитрат йода (III) разлагается уже при температуре ниже 0 °C.

Известны несколько более стойких аналогичных соединений йода I2(SO4)3, I(CH3COO)3, I(ClO4)3, IPO4, которые можно считать солями I+3. При электролизе растворов солей этого катиона в неводных средах йод выделяется на катоде. Получен также ряд солей иодила, содержащих ионы (IO)nn+.

Химическая активность йода – наименьшая в ряду галогенов. Со многими элементами йод непосредственно не взаимодействует, а с некоторыми реагирует только при повышенных температурах (водород, кремний, многие металлы).

H2(г) + I2(кр) ↔ 2HI(г), ΔH°298 = +53,1 кДж/моль

Эта реакция обратима, т.к. образование йодоводорода происходит при такой температуре, что значительная его часть термически разлагается.

Цинк, железо и алюминий в смеси с порошком йода горят при добавлении катализатора (капля воды).

Благодаря низкой плотности перекрывания электронных облаков галоген-элемент в связи с увеличением размеров атомов галогенов при движении вниз по группе галогенов наблюдается и снижение прочности химической связи. По этой причине для ряда элементов (например, железо, фосфор, сурьма) в высших степенях окисления соединения с йодом неустойчивы. Более того, в водных растворах иодиды уже показывают свойства восстановителей, хотя и не очень сильных. Выделение йода из растворов иодидов, легко обнаруживаемое по изменению окраски крахмала (он становится синим), является удобным тестом на присутствие окислителей, например, хлора, озона, перекиси водорода и др. Для этого обычно используется т.н. «йодокрахмальная бумажка» – полоска фильтровальной бумаги, пропитанная смесью растворов иодида калия и крахмала. Предвнешние 4d-электроны атома йода не относятся к кайносимметричным и не удивительно, что соединения йода со степенью окисления +7 стабильны и давно известны. Соединения йода, в которых он находится в положительных степенях окисления, — оксиды, оксокислоты и их соли, пожалуй, столь же характерны для него, как и иодиды. Поэтому йод способен окисляться достаточно сильными окислителями, например:

3I2 + 10HNO3(конц.) = 6HIO3 + 10NO + 2H2O

I2 + 6H2O + 5Cl2 = 2HIO3 + 10HCl

Йод также как и бром, непосредственно не взаимодействует с кислородом, т.к. образует неустойчивые оксиды.

В водном растворе йод также как хлор и бром диспропорционирует:

3IO ↔ IO3 + 2I

4IO ↔ IO4 + 3I

4IO3 ↔ 3IO4 + I, Kp < 10-50

Для получения IO4 нужны чрезвычайно сильные окислители.

Скорость диспропорционирования IO велика при любой температуре, поэтому соли этого иона не удается получить ни в растворе, ни в кристаллическом состоянии (хотя Я. А. Угай указывает на существование солей этого аниона, которые довольно устойчивы в отсутствие влаги).

H2S + I2 = 2HI + S

2NaI + Cl2 = 2NaCl + I2

NaOH + I2 ↔ NaI + NaIO + H2O, Kp = 30

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6 – эту реакцию используют в аналитической химии для количественного определения йода (иодометрия).

Химические свойства астата

Химические свойства астата подобны свойствам йода, но высшая степень окисления +7 для астата менее характерна, чем для йода.

Если какое-то количество атомов астата добавить к йоду, то в дальнейших химических реакциях астат будет сопровождать йод. Это подобие свойств используется в медицине. Астат является очень удобным α-излучателем для радиотерапии раковых опухолей. Химики синтезировали препараты йода, избирательно концентрирующиеся в различных органах, а поскольку астат сопровождает йод, то это его свойство позволяет вместе с препаратами йода вводить радиоактивный астат.