Исследовательская работа по химии: "Иод вездесущий"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Надеждинская средняя общеобразовательная школа имени полного кавалера орденов Славы В.Р.Платонова Кайбицкого муниципального района Республики Татарстан»

XIII межрегиональные юношеские научно-исследовательские чтения имени Каюма Насыйри

Предметно-тематическое направление: химия

Исследовательская работа по химии

по теме:

«Иод вездесущий»

 Выполнила ученица 10 класса

Маданова Татьяна Сергеевна

Руководитель: Петрова Надежда

Анатольевна, учитель биологии и  химии

высшей квалификационной категории

2015 год

Содержание

1. Вступление
2. Строение атома химического элемента иода и простого вещества.
3. История открытия элемента.
4. Нахождение в природе.
5. Применение иода в науке и технике.
6. Значение иода для организма человека.
7. Заключение
8. Литература

Вступление

Гипотеза. Если бы в окружающей среде не присутствовал химический элемент иод, как бы это отразилось  на жизнедеятельности живых организмов, в частности, человека и каких открытий в области науки и техники лишилось бы человечество.

Цель работы: раскрыть значение понятия «Иод вездесущий», его воздействии на организм человека и применение в промышленности.

Задачи:

1. Изучить особенности строения атома химического элемента иода и простого вещества, образованного химическим элементом иодом.

2. Познакомиться с историей открытия элемента.

3.  Изучить, где и в каких количествах находится иод в природе.

4. Сформировать представление о применении иода в промышленных целях.

5. Уяснить механизм влияния йода на обменные процессы в организме человека.

 6. Выяснить влияние экологических факторов, питания на заболевания, вызываемые достатком или избытком йода в организме человека.

 7. Ознакомиться с методами  решения этой проблемы.

Актуальность темы: Трудно найти другой элемент, который был более полон загадок и противоречий, чем иод. Больше того, мы так мало знаем о самых основных вехах в истории его странствований, о том, почему люди стали использовать его при лечении и откуда он появился. Иод очень редкий элемент.  Вместе с тем невозможно назвать вещество, в котором современные методы анализа не открыли бы присутствия хотя бы незначительных следов иода. «Иод вездесущий»,  писал о нем академик А. Е. Ферсман, один из основателей современной геохимии. Все пронизано им: привычная земля и горные породы, даже самые чистые кристаллы прозрачного горного хрусталя или исландского шпата содержат в себе довольно много атомов иода. Значительное количество его содержится в морской воде, очень много в почвах, текучих водах, еще больше в растениях, животных и человеке. Мы поглощаем иод из воздуха, мы вносим иод в свой организм через пищу и воду. Жить без него мы не можем. И понятны возникающие вопросы. Почему иод везде присутствует? Где его первоисточник, из каких глубин земных недр принесен нам этот редкий элемент? Накопленные сведения позволяют утверждать, что этот элемент вправе претендовать на самое серьезное к себе отношение со стороны химиков, инженеров, конструкторов, а также медиков и физиологов. В чём же особенность этого элемента? 

Строение атома химического элемента иода и простого вещества

Химический элемент с атомным номером 53, атомная масса 126,9045. Конфигурация внешнего электронного слоя    5 s 2 p 5.   В соединениях проявляет степени окисления –1, +1, +3, +5 и +7 (валентности I, III, V и VII).                                                                            Иод в чистом виде - это твердое темно-серое кристаллическое вещество с фиолетовым металлическим блеском.  Проведём эксперимент.                                                                   Эксперимент 1: поместим в стеклянный флакон кристаллики иода, и очень скоро увидим в верхней части флакона фиолетовые пары: это иод легко возгоняется, не переходя в жидкое состояние (сублимируется). Цвет паров темно-фиолетовый.                                               Именно цвету паров иод и обязан своим названием (в переводе с греческого означает -  цвета фиалки, фиолетовый). В больших количествах иод очень ядовит, его пары сильно раздражают слизистые оболочки, в то же время, бурая жидкость, являющаяся 5% раствором иода в спирте,  используется как дезинфицирующее средство.                                                                                                                                       История открытия элемента 

Иод был открыт в золе растений в 1811 г. французским фармацевтом Б.Куртуа, имевшим маленький завод, перерабатывавший золу растений в селитру. Он обнаружил, что щелок, получаемый из золы морских водорослей, сильно разъедает медный котел, используемый для этой цели. Заинтересовавшись,  Куртуа начал экспериментировать и убедился, что при пропускании хлора через раствор щелока выделяется неизвестное ранее вещество в виде тяжелых темно-фиолетовых паров. Первое сообщение об открытии в природе неизвестного ранее вещества было опубликовано в 1813 г. Однако Б. Куртуа не дал сколько-нибудь удовлетворительной характеристики открытому им веществу и даже не определил, является ли оно простым веществом или соединением. Элементарную природу иода независимо друг от друга установили французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак и англичанин Гемфри Дэви.

Нахождение в природе

Иод — очень редкий элемент земной коры. Его содержание в ней оценивается всего в 1,4·10-5 %. В горных породах содержание иода измеряется миллионными долями процента. Так как иод химически достаточно активен, в свободном виде в природе он не встречается. В небольших количествах иод содержится в буровых водах нефтяных и газовых скважин. Больше иода в воде, особенно морской (0,4·10-5 — 0,5·10-5 %), сравнительно много в почвах и растениях. Морские водоросли, например, способны накапливать иод до десятых долей процента (от массы золы). На тонну водорослей приходится несколько килограммов иода. А в некоторых морских губках количество йода еще больше. Исследователи особенно хорошо изучили берега Тихого океана. На тысячи километров прибрежного района волны прибивают, главным образом осенью, огромное количество водорослей морской капусты — свыше 300 000 т. Эти бурые водоросли содержат сотни тысяч килограммов иода. Их добывают, часть используют для пищи, а часть осторожно сжигают, извлекая из них иод и поташ.

Применение иода в науке и технике

 В промышленности применение иода пока незначительно по объему, но весьма перспективно. Так, на термическом разложении иодидов основано получение высокочистых металлов. Данное применение иода основано на особенностях его химических свойств. Иод относится к семейству галогенов, которые являются реакционноспособными и легко образуют соединения с огромным количеством веществ. Но иодиды являются малоустойчивыми по сравнению с фторидами, бромидами, хлоридами. Сочетание этих двух качеств - высокой реакционной способности с относительно малой прочностью соединений позволяет использовать иод в так называемых транспортных химических реакциях. Процессы, основанные на этих реакциях, широко применяются в химической технологии. Суть их сводится к следующему: какое-либо исходное вещество с примесями в одном аппарате (или одной зоне аппарата) реагирует с промежуточным реагентом, образуя летучее или подвижное соединение, которое, переместившись в другой аппарат (другую зону аппарата), разлагается вновь на исходное и промежуточное вещество. Этот промежуточный реагент практически не расходуется, а служит лишь для переноса вещества и многократно используется в процессе. Подобрав соответствующие условия, можно добиться, что примеси основного вещества не будут вступать в реакцию и продукт, получаемый разложением промежуточного соединения, будет в десятки и сотни раз чище исходного. Так родился метод иодидного рафинирования металлов. В настоящее время получение металлов и полупроводниковых материалов особой чистоты становится все более важным для радиоэлектроники, ядерной энергетики и аэрокосмической техники.

Сравнительно недавно иод стали использовать в производстве ламп накаливания, работающих по иодо – вольфрамовому циклу. Температура плавления вольфрама почти 3400°С. Испарившийся вольфрам на стенках колбы реагирует с иодом, образуя иодид вольфрама. Иодид испаряется со стенок и устремляется к раскаленной нити, где разлагается на вольфрам и свободный иод. Итак, вольфрам возвращен на место, а иод снова может вступать в соединение.  Иод как бы заботится о сохранении вольфрамовой спирали и тем самым значительно увеличивает время работы лампы.

Иод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло вводят кристаллы солей иода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стёкла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов – это явление используют в кинотехнике и в театре.

Йод стали добавлять в подшипники, а точнее в масло для подшипников, выполненных из нержавеющей стали и титана, что во много раз снижает трение в подшипниках. Количество добавленного йода ничтожно мало, а повышение нагрузок на трущиеся детали увеличилось более, чем в 50 раз.

 Иод применяется в фотоделе. В основе его способа фотографии лежит фотохимическая реакция разложения галогенидов серебра под действием света.                                              

В аналитической химии и органическом синтезе иод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях иода. Как катализатор (ускоритель реакций) иод используется в производстве всех видов искусственных каучуков. Подобно другим галогенам иод образует многочисленные иодоорганические соединения, которые входят в состав некоторых синтетических красителей.

И еще одна новая область, куда проникает иод, это воздействие человека на погоду. Кристаллы иодида серебра, распыляемые над облаками, искусственно вызывают дождь. 

Иод в виде спиртовой йодной настойки хорошо всем известен как антисептическое (обеззараживающее) и кровоостанавливающее средство. Природный иод весь состоит лишь из одного стабильного изотопа с атомной массой 127. Зато искусственно получено еще свыше двадцати изотопов иода. Все они радиоактивны и занимают диапазон массовых чисел от 117 до 139. Некоторые изотопы иода сыграли существенную роль в развитии физиологии и медицины. Присутствие и накопление радиоактивных изотопов непосредственно в организме значительно легче обнаруживается с помощью специальной аппаратуры по их радиоактивному излучению. Благодаря применению радиоактивных изотопов иода удалось окончательно оценить его значение для развития живых организмов. Именно использование изотопов позволило установить, что главным потребителем иода в организме человека является щитовидная железа. Исследования подтвердили, что при некоторых заболеваниях способность к поглощению иода щитовидной железой резко меняется. Регистрация этих изменений по излучению радиоактивных изотопов иода привела к созданию надежных методик диагностики этих заболеваний.

Значение иода для организма человека

Особую роль играет иод в жизни животных и человека. Жизнь человека без иода немыслима. Человеческий организм исключительно чуток к иоду: понижение его содержания в воздухе и воде сейчас же отражается на здоровье. В среднем в организме взрослого человека находиться около 25 мг иода. Большая часть иода сосредоточена в щитовидной железе, гормоны которой состоят из йода на 65 %. При нормальном состоянии в крови человека содержится 600 мкг иода. Дневная норма, обеспечивающая работу щитовидной железы – всего 75 мкг. Несмотря на это, дефицит иода возникает достаточно быстро. Известно, что щитовидная железа выполняет одну из основных функций жизнедеятельности организма человека, а именно обмен веществ. Щитовидная железа под воздействием иода регулирует процессы жирового обмена, углеводов и белков, желудочно-кишечный тракт, сердечно-сосудистую систему, психическую, половую деятельность. В щитовидной железе происходит синтез важнейшего гормона тироксина, выработку которого стимулирует иод. Гормон тироксин через кровь разноситься ко всем органам и тканям организма человека. Именно гормон тироксин усиливает окислительные реакции, контролирует обмены жира и воды, увеличивает потребление кислорода. При участии иода происходят окислительные процессы в обмене веществ, которые положительно влияют на мозговую деятельность человека. Таким образом, нормальное количество иода в организме положительно влияет на умственные способности. Кроме этого иод оказывает успокаивающее действие на организм человека. Недостаток иода можно заметить практически сразу. Симптомы йодной недостаточности: Эмоциональные: подавленное настроение, раздражительность, сонливость. Кардиологические: атеросклероз, аритмия, повышение нижнего давления. Иммунодефицитные: инфекционные и простудные заболевания, снижение функций щитовидной железы. О нем свидетельствует увеличение щитовидной железы, спровоцированное попыткой органа восстановить нарушенный процесс выработки гормонов. При этом образуется эндемический зоб, развивается базедова болезнь. Дефицит иода сказывается на репродуктивной функции. Возможны выкидыши и даже мертворождение. Дети могут рождаться плохо развитыми умственно и физически. Если накопление иода в организме человека повышенное, то щитовидная железа становиться гиперактивной (гипертиорез). Такое заболевание приводит к резкому ускорению обмена веществ. В результате вес людей становиться значительно меньше нормы, конечности начинают дрожать, появляется пучеглазие, из организма с мочой выводиться много креатина и азота, нарушается работа сердечнососудистой системы. Такое заболевание может привести в конечном итоге к увеличению естественного размера щитовидной железы и даже ее перерождению (образованию доброкачественной опухоли).

Необходимое количество иода наш организм получает извне. Именно поэтому очень важно знать, как можно снабжать себя этим веществом, где раздобыть йод для организма?

Прежде всего, это иодированная соль. В одном грамме – 40 мкг вещества. Важно знать, что иод испаряется при нагревании, теряется в среднем 30%. Поэтому иодированную соль нужно добавлять в пищу в самом конце готовки. Также на содержание иода в соли влияет срок ее годности, при истечении которого вещества там вовсе не остается.  Иод можно получить из морепродуктов. В речной рыбе, к примеру, содержится около 70 мкг на 100 г, а в устрицах – 60 мкг. В 100 г водорослей морской капусты иода может содержаться от 500 до 3000 мкг. Содержится иод и в некоторых овощах: капуста, картофель, щавель, морковь, лук, редька и т.д. Также наш организм может получать иод при употреблении в пищу таких ягод, как клубника, черный виноград и смородина. Иод есть в яичном желтке, в зелени. В брокколи и шампиньонах его от 15 до 18 мкг. Проведем эксперимент с целью убедиться, есть ли в картофеле иод.                                                                         Эксперимент 2: Качественная реакция на йод. В стакане – крахмальный клейстер. Капля йода окрашивает крахмальный клейстер в синий цвет. Присутствие йода заметно по посинению крахмала, это качественная реакция на йод. Капнем аптечным йодом на срез картошки – он станет синим. Картофель содержит крахмал.                                                    В свежем виде в пище иода содержится гораздо больше, чем после тепловой обработки. Некоторые считают, что ежедневное нанесение спиртового раствора иода, может восполнить нехватку его в организме, и заблуждаются. Иод не усваивается через кожу.

Восполнить дефицит йода могут различные препараты, которые его содержат. Врач прописывает пищевые добавки или лекарства, руководствуясь тем, в какой степени нарушено функционирование железы. Курс приема составляет от пары месяцев до двух лет. Чаще всего применяются йодные добавки на неорганической основе. Например, «Йодомарин», «Йодин», «Йод-Актив». При их приеме важно обращать внимание на правила дозирования, возможные побочные действия, противопоказания.

Наличие иода в организме можно определить простым тестом.                           Эксперимент 3. Перед сном ватной палочкой или спичкой, предварительной смоченной в 5% растворе иода нужно нанести на любой участок тела, кроме области щитовидной железы, несколько полосок разной толщины. Например, первую полосу иода нанести в один слой, вторую – намазать  дважды, третью смочить трижды. Утром внимательно присмотритесь к этому месту — если осталась самая толстая линия – обратите на состояние здоровья, если остались две линии, то иододифицита нет. Если вы не увидите ни одной из нанесенных линий, то это значит, что ваш организм остро нуждается в иоде. Или можно проделать следующий опыт. Нарисуйте йодом сеточку на коже. В случае если после суток рисунок не пропадет, значит его достаточно. Но если же сеточка пропала через 2-3 часа, то вы испытываете недостаток йода.

Заключение

Выводы проделанного исследования: Я выяснила, что из себя представляет химический элемент –Иод. Узнала то, что иод очень важен и нужен для организма человека, в каких дозах его нужно принимать. Выяснила, что иод помогает нам в медицине, имеет широкое применение в науке и технике. Действительно, иод можно назвать вездесущим.

Литература

В.А.Крицман.  Книга для чтения по неорганической химии. Издательство «Просвещение», 1974 г.