Jodium

Jodium is ’n chemiese element met die simbool I en ’n atoomgetal van 53.  Jodium, wat natuurlik voorkom, bestaan uit ’n enkele isotoop met 74 neutrone. Jodium is die halogeen met die laagste reaktiwiteit en is ook die elektropositiefste halogeen naas astaat.  Die element kom egter nie in sy ongebinde vorm in die natuur voor nie.  Soos al die ander halogene (groep VII-elemente) vorm jodium diatomiese molekules in sy suiwer vorm (I2).

Jodium en sy verbindings word hoofsaaklik vir medisinale redes, fotografie en in kleurstowwe gebruik. Jodium is hoogs oplosbaar in water en kom in seewater voor.  Dit kan moontlik help om te verduidelik hoe dit gebeur het dat alle diere, en sommige plante, jodium in spoorhoeveelhede in hulle diëte vereis.  Die hoë atoomgetal maak dit ’n relatief seldsame element. Die element is die swaarste noodsaaklike element wat deur lewende organismes gebruik word.

Eienskappe 
Onder standaardtoestande is jodium ’n donkerpers/donkerbruin vastestof.  Hierdie halogeen vorm verbindings met baie elemente, maar is minder reaktief as ander lede van die groep VII-elemente en het ’n effense metaalglans.

Elementêre jodium los maklik op in chloroform en koolstoftetrachloried.  Die oplosbaarheid van elementêre jodium in water kan baie verhoog word deur kaliumjodied by te voeg.  Die molekulêre jodium reageer omkeerbaar met die negatiewe ioon wat die trijodiedanioon vorm, I3, wat goed in water oplos.  Hierdie vorm ook die basis vir die formulerings van sommige medisinale (antiseptiese) jodium.  Die diepblou kleur van stysel-jodium-komplekse word slegs deur die vrye element gevorm.

Geskiedenis 
Jodium is in 1811 deur Bernard Courtois ontdek.  Sy vader was ’n vervaardiger van salpeter (’n belangrike komponent van buskruit).  Met die uitbreek van die Napoleontiese Oorloë, was salpeter in aanvraag gewees.  Op daardie tydstip in Frankryk is natriumkarbonaat in die vervaardiging daarvan gebruik wat verkry is deur seewier te verbrand en die as met water te was.  Die oorblywende afval is vernietig deur swaelsuur by te voeg.  Courtois het op ’n dag te veel swaelsuur bygevoeg en ’n pers damp het ontstaan.  Courtois het toe opgemerk dat die damp op koue oppervlaktes gekristalliseer het om donker kristalle te vorm.  Courtois het vermoed dat dit ’n nuwe element was, maar het nie die hulpbronne gehad om sy waarnemings verder te ondersoek nie.

Hy het egter van sy monsters aan sy vriende, Charles Bernard Desormes (1777–1862) en Nicolas Clément (1779–1841) gegee om die navorsing te doen.  Hy het ook van die stof vir Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850), ’n bekende chemikus van daardie tyd, en aan die fisikus, André-Marie Ampère (1775–1836) gegee.  Op 29 November 1813, het Desormes en Clément Courtois se ontdekking openbaar gemaak.  Hulle het die stof beskryf by ’n vergadering van die Koninklike Instituut van Frankryk.  Op 6 Desember het Gay-Lussac aangekondig dat die stof óf ’n element was, óf ’n verbinding van suurstof.  Ampère het van sy monster aan Humphry Davy (1778–1829) gegee.  Davy het eksperimente op die stof gedoen en die ooreenkomste met chloor opgemerk.  Davy het op 10 Desember ’n brief aan die Koninklike Vereniging van London gestuur waarin hy aangekondig het dat hy ’n nuwe element geïdentifiseer het.  ’n Argument het toe tussen Davy en Lussac ontstaan oor wie die eerste was om jodium as ’n element te identifiseer, maar beide het egter erken dat Courtois die eerste was om die element te isoleer.

Gebruike 
Jodium word gebruik in farmaseutiese produkte, antiseptikums, medisyne, voedselbymiddels, kleurstowwe, kataliste, halogeenligte, fotografie, watersuiwering en vir die identifisering van stysel.

 Jodiumtinktuur, met ’n konsentrasie van 10% in etanol, word gebruik om wonde te ontsmet en ook om water te suiwer.  Alkoholvrye jodiumoplossings word ook vir hierdie doeleinde aangewend.
 Jodium-verbindings is belangrik in organiese chemie.
 Jodium is ’n swaar element en is nie baie radiogolfdeursigtig nie.  Organiese verbindings van ’n sekere soort (tipies jodiumverplaasde-benseenafgeleides) word dus in geneeskunde gebruik as radiokontrasmiddels tydens x-straalondersoeke.  Dit word dikwels met gevorderde x-straaltegnieke soos angiografie en rekenaartomografieskandering gebruik.
 Silwerjodied word in fotografie gebruik.
 Wolframjodied word gebruik om filamente in gloeilampe te stabiliseer.
 Jodiumkristalle word ook gebruik in die vervaardiging van NI3, oftewel stikstoftrijodied.  Hierdie verbinding is ’n skoksensitiewe plofstof in sy droë vorm.  Dit word dikwels gebruik as speelding om poetse te bak.  Die stof het egter nie kommersiële nut nie aangesien dit hoogs sensitief is.

Natuurlike verspreiding 
Jodium kom hoofsaaklik in die natuur voor in die vorm van ’n opgeloste jodied in seewater.  Dit kan egter ook in sommige minerale en grondsoorte aangetref word.  Die element kan in sy suiwer vorm verkry word deur kaliumjodied met kopersulfaat te laat reageer.  Daar is ook verskeie ander metodes om die element in die laboratorium te isoleer – onder andere die metode om byvoorbeeld halogene te isoleer deur die oksidasie van die jodied in jodiumsuur deur middel van mangaandioksied.  Alhoewel die element in der waarheid uiters seldsaam is, het kelp en sekere algesoorte die vermoë om jodium te konsentreer, wat help om die element in die voedselketting vry te stel.

Bronne 
Jodium word aangetref in die mineraal genaamd caliche wat in Chili tussen die Andes en die see aangetref word.  Dit word ook in sommige seewiere aangetref en kan ook vanuit seewater onttrek word.

Die onttrekking van jodium uit seewater word deur middel van elektrolise vermag.  Die soutwater word eers gesuiwer en aangesuur met die byvoeging van swaelsuur en word dan met chloor gereageer.  ’n Jodium-oplossing word sodoende vervaardig wat dan nog té verdun is en daarom gekonsentreer moet word.  Om dit te vermag, word lug deur die oplossing geborrel wat veroorsaak dat die jodium verdamp.  Hierná word deur in ’n absorpsietoring gestuur wat suur bevat met swaeldioksied daarby gevoeg sodat die jodium gereduseer kan word.  Die oplossing word dan weer met chloor behandel om die oplossing verder te konsentreer en sodoende ’n finale oplossing van ongeveer 99% suiwerheid te lewer.

’n Ander bron is kelp.  Hierdie bron is in die 18de en 19de eeue gebruik, maar is nie meer ekonomies lewensvatbaar nie.

In 2005 was Chili die top produsent van jodium met ongeveer twee derdes van die wêreldaandeel, gevolg deur Japan en die VSA aldus die British Geological Survey.

Beskrywende chemie 

Elementêre jodium is nie baie oplosbaar in water nie, met slegs een gram wat in 3 450 ml teen 20 °C en 1 280 ml teen 50 °C sal oplos.  In teenstelling met chloor, is die vorming van die hipohalietioon (IO–) van jodium in neutrale wateroplossings nalaatbaar klein.

 I2+ H2O ↔ H+ + I− + HIO   (K = 2,0×10−13)

Oplosbaarheid in water word baie verhoog as die oplossing opgeloste jodiumsoute soos jodiumsuur, kaliumjodied of natriumjodied bevat; hierdie verhoging in oplosbaarheid is die resultaat van die hoë oplosbaarheid van die I3- ioon.  Opgelosde bromiede verhoog ook die oplosbaarheid van jodium in water.  Jodium is oplosbaar in ’n verskeidenheid organiese oplosmiddels, insluitende etanol (20,5 g/100 ml teen 15 °C, 21,43 g/100 ml teen 25 °C), diëtieleter (20,6 g/100 ml teen 17 °C, 25,20 g/100 ml teen 25 °C), chloroform, asynsuur, gliserol, benseen (14,09 g/100 ml teen 25 °C), koolstoftetrachloried (2,603 g/100 ml teen 35 °C) en koolstofdisulfied (16,47 g/100 ml teen 25 °C).

Water- en etanoloplossings van jodium is bruin. Oplossings in chloroform, koolstoftetrachloried en koolstofdisulfied is pers.

Elementêre jodium kan vervaardig word deur jodiede met chloor te oksideer:

 2I− + Cl2 → I2 + 2Cl−

of deur middel van mangaandioksied in ’n suuroplossing:

 2I− + 4H+ + MnO2 → I2 + 2H2O + Mn2+

Jodium word gereduseer na jodiumsuur deur middel van waterstofsulfied:

 I2 + H2S → 2HI + S↓

of deur middel van hidrasien:

 2I2 + N2H4 → 4HI + N2

Jodium word geoksideer na jodaat deur middel van salpetersuur:

 I2 + 10HNO3 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O

of deur middel van chlorate:

 I2 + 2ClO3− → 2IO3− + Cl2

Jodium word in ’n tweestap-reaksie in oplossings van alkaliese hidroksiede (soos natriumhidroksied) na jodied en jodaat omgeskakel:

 {|
|I2 + 2OH− → I− + IO− + H2O
|
| (K = 30)
|-
|3IO− → 2I− + IO3−
|
| (K = 1020)
|}

Jodium se biologiese rol 
Jodium is ’n noodsaaklike spoorelement, die swaarste element bekend wat deur lewende organismes benodig word.  Die hoofrol van jodium in dierbiologie is as bestanddeel van die skildklierhormone, tiroksien (T4) en trijodiumtironien (T3).  Hierdie hormone word gevorm deur die byvoegingskondensasieproduk van die aminosuur, tirosien, en word vóór vrystelling in ’n jodiumbevattende ensiem, wat as tiroglobulien bekend staan, verander.  T4 en T3 bevat onderskeidelik vier en drie atome jodium per molekule.  Die skildklier absorbeer jodium aktief uit die bloed om hierdie hormone te vervaardig en weer in die bloedstroom vry te stel.  Hierdie werking word beheer deur ’n tweede hormoon, TSH vanuit die skildklier.  Hormone wat deur die skildklier afgeskei word, is filogeneties baie ou molekules wat deur die meeste veelsellige organismes gesintetiseer word en ook ’n effek sommige eensellige organismes het.

Die hormone van die skildklier speel ’n belangrike rol in biologie en het ’n impak op geenskrywing  om die basale metaboliese tempo te beheer.  Die totale gebrek aan skildklierhormone kan die basale metaboliese tempo tot soveel as 50% verlaag terwyl ’n oormaat skildklierhormone die basale metaboliese tempo met soveel as 100% kan verhoog. T4 is grootliks ’n voorganger van T3, wat die biologies aktiewe hormoon is.

Jodium maak 65% van die molekulêre massa van T4 uit en 59% van T3.  15–20 mg-jodium word in die skildklierweefsel en hormone gekonsentreer, maar 70% van die liggaam se jodium is in ander weefsels versprei, insluitende die melkkliere, oog-, maagslymvlies-, nek- en speekselkliere.  Die rol van jodium in die melkkliere hou verband met die ontwikkeling van die fetus en pasgebore babas, maar die rol daarvan in ander weefsels is nog onbekend. Daar is bevestig dat dit ’n anti-oksidantwerking in hierdie weefsels het.  Sommige wetenskaplikes is van mening dat die huidige daaglikse aanbevole minimum inname bykans ’n 100 keer te laag is.

Jodium se werking kan moontlik verband hou met seleen en jodiumbyvoegings in populasies met ’n seleengebrek kan moontlik ’n risiko inhou vir die werking van die skildklier.

Jodium in die mens se dieet 
In die VSA is die aanbevole daaglikse inname van jodium 150 mikrogram per dag (μg/dag) vir beide mans en vrouens met ’n toelaatbare maksimum van 1 100 μg/dag (1,1 mg/dag). Die aanvaarbare maksimum perk vir jodium-inname is bepaal deur die impak te meet wat jodium-byvoedings het op die hormoon wat die skildklier stimuleer.

Natuurlike bronne van jodium is seelewe soos kelp en sekere seekosse en ook plante wat in jodiumryke grond verbou word. In ontwikkelde lande word jodium algemeen by tafelsout gevoeg om die risiko van ’n jodiumtekort teë te werk.

Isotope 
Daar bestaan 37 isotope van jodium, maar slegs een, 127I, is stabiel.

Jodium is in baie opsigte soortgelyk aan 36Cl.  Dit is ’n oplosbare halogeen, relatief onreaktief en bestaan hoofsaaklik as ’n nie-absorberende anioon en ontstaan deur middel van kosmogeniese  kernversmelting.  In hidrologiese studies word 129I-konsentrasies gewoonlik gerapporteer as die verhouding van 129I tot die totale I (wat bykans geheel en al uit 127I bestaan).  Soos in die geval van 36Cl/Cl, is die 129-verhoudings in die natuur baie klein, 10−14 tot 10−10.  129I verskil van 36Cl daarin dat sy halfleeftyd heelwat langer is (15,7 teenoor 0,301 miljoen jaar) en kom voor in ’n verskeidenheid ioniese vorme (tipies, I- en IO3- wat verskillende chemiese eienskappe vertoon).  Dit maak dit baie maklik vir 129 om die biosfeer in te gaan en in plantlewe, grond, melk en dierweefsels opgeneem te word.

Voorsorgmaatreëls 
’n Oormatige inname van jodium het ’n soortgelyke uitwerking as ’n gebrekkige inname daarvan.  Algemeen waarneembare simptome is abnormale groei van die skildklier, afwykings in die lewensfunksies en die groei van die organisme in sy geheel.  Elementêre jodium, I2 is ’n dodelike gifstof as dit in groot hoeveelhede ingeneem word;  2-3 gram daarvan is noodlottig vir mense.  Jodiede is giftig op soortgelyke wyse as wat bromiede is.

Direkte kontak met die vel kan letsels veroorsaak en daarom moet jodium met sorg hanteer word.  Jodiumdampe veroorsaak uiterste irritasie van die oog en slymvliese.  Jodiumkonsentrasies in die lug behoort nie 1 mg/m3 te oorskry nie (8 uur-geweegde gemiddelde).  Wanneer jodium met ammoniak meng, kan dit stikstoftrijodied vorm wat uiters sensitief is en onverwagse ontploffings tot gevolg kan hê.

Verwysings

Eksterne skakels 

 "Micronutrient Research for Optimum Health", Linus Pauling Institute, OSU Oregon State University
 Verslag oor stralingsblootstelling aan radio-aktiewe jodium
 ChemicalElements.com – Jodium
 who.int, Wêreld Gesondheidsorganisasie se databasis oor jodiumgebrek
 Netwerk vir die voortdurende eliminering van jodiumgebrek
 Oksideermiddels > Jodium
 Los Alamos National Laboratory: Artikel oor Jodium

Chemiese elemente
Halogene