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).

H_2(г) + I_2(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 + 10HNO_3(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.