元素

53 碘 海藻的元素

本文作者 漂泊

碘是一种重要的生理元素,被称为“智力元素”,含碘的甲状腺素对于维护中枢神经系统的基本生理功能有着重要的作用。含碘的碘酒与碘伏是我们生活中常用的外用药物,常用来清理伤口,杀菌消毒。碘也是一种海洋的元素,海藻中含有大量的碘化物,工业中所获取的碘也主要是从海水中获取的。

 

碘的基本物理性质

分类 第ⅦA族▪非金属
原子序号原子量 53(126.90)
电子配置 5s25p5
密度 4.933g/cm 
熔点 113°C
沸点 184°C
形状 紫黑色晶体
丰度 30ppm(地壳)
发现者 Courtois,B.
主要的同位素 127I
用途例 食盐添加剂、药物、染料、碘酒、试纸
前后的元素 碲-碘-氙

碘的发现

19世纪初,法国皇帝拿破仑发动战争,需要大量硝酸钾制造火药。当时欧洲的硝酸钾矿多取自印度,但是矿石储藏量是有限的。欧洲人又从南美的智利找到了大量硝石矿床,可是它的成分是硝酸钠,具有吸湿性,不适宜制造火药。在这种情况下,一位西班牙化学家于1809年找到了利用海草或海藻灰的溶液把天然的硝酸钠或其他硝酸盐转变成硝酸钾的方法。因为海草或海藻中含有钾的化合物。

当时法国第戎的硝石制造商人、药剂师库尔图瓦就按照这个方法生产着硝酸钾。他利用海草灰的溶液与硝酸钙反应生产硝酸钾。在库尔图瓦的工作室里,放着两个玻璃瓶,其中一个是他制药用的,里面盛着海草灰和酒精,另一个里面盛着硫酸溶液。有一次一只猫闯入了工作室,在里面跳来跳去,无意中撞倒了硫酸瓶以及并列在一起的药瓶。器皿被打破了,液体混合起来,一缕紫色的气体从地面上升起。这种气体在冷凝后不形成液体,却变成暗黑色带有金属光泽的结晶体。这种暗黑色晶体就是碘。碘元素在一次意外中就这被发现了。

这其中的化学反应原理是:硫酸遇到海草灰中的碱金属碘化物——碘化钾(KI)和碘化钠(NaI),生成了碘化氢(HI)。它再与硫酸作用,就产生了游离的碘:

H2SO+ 2HI → 2H2O + SO22 + I2

库尔图瓦在1813年发表了《海草灰中新物质的发现》论文,并把他取得的碘送给当时的法国化学家克莱门、德索梅、盖吕萨克等人进行研究鉴定,得到了他们的肯定。盖吕萨克命名它为iode,来自希腊文紫色一词。由此得到了碘的拉丁名称iodine和元素符号I。

人们没有忘记库尔图瓦的贡献,第戎的一条街道即以他的姓氏命名。[1-4]

海藻中含有碘的化合物 单质碘 碘蒸汽

 

碘伏与碘酒

碘伏和碘酒都是我们生活中常用的外用消毒剂,它们虽然名称、颜色相似,但是其成分却不同。

碘伏是单质碘与聚乙烯吡咯烷酮(Povidone)的不定型结合物。聚乙烯吡咯烷酮可溶解分散9%~12%的碘,此时呈现紫黑色液体。但医用碘伏通常浓度较低(1%或以下),呈现浅棕色。碘伏具有广谱杀菌作用,可杀灭细菌繁殖体、真菌、原虫和部分病毒。在医疗上用作杀菌消毒剂,可用于皮肤、粘膜的消毒,也可处理烫伤、皮肤霉菌感染等。此外,还可以用于手术前和其它皮肤的消毒、各种注射部位皮肤消毒、器械浸泡消毒等。

碘酒又称为碘酊,是一种红棕色的液体,成分为碘、碘化钾的乙醇溶液。色泽随浓度增加而变深。碘酒主要用于皮肤感染和消毒,其作用机制是使蛋白质变性、致使细菌死亡,对细菌、真菌、病毒均有杀灭作用,可用来治疗许多细菌性、真菌性、病毒性皮肤病。碘酒杀菌力大小与溶液的浓度及对人体组织的刺激性和腐蚀性强弱成正比。其中0.5%一1%碘酒可涂于皮肤粘膜,2%碘酒用于一般皮肤消毒及感染;3.5%一5%碘酒用于手术或打针前皮肤消毒。由于碘对皮肤粘膜等组织有强烈刺激性,若使用浓度过高时可引起皮肤起泡、脱皮及皮炎,故用碘酒皮肤做消毒时,应待稍干后再用70%酒精进行脱碘处理,减少其对皮肤的损伤。[5-7]

碘伏碘酒

 

为什么淀粉遇碘变蓝

碘遇到淀粉时会生成蓝色的物质,这个反应也常用来检测淀粉。但这是什么原因导致的呢?

并不是所有的淀粉都会遇碘变蓝,直链淀粉遇碘呈蓝色,而支链淀粉遇碘呈紫红色(碘的颜色),这是由于二者的结构差异导致的。直链淀粉是由α-葡萄糖分子缩合而成螺旋状的长长的螺旋体,每个葡萄糖单元都仍有羟基暴露在螺旋外。而支链淀粉则有很多分叉,没有螺旋型的结构。当碘遇到直链淀粉时,碘分子会跟这些暴露在螺旋外的羟基相互作用,使碘分子嵌入淀粉螺旋体的轴心部位。碘跟淀粉的这种作用叫做包合作用,生成物就叫做包合物。

在淀粉跟碘生成的包合物中,每个碘分子跟6个葡萄糖单元配合,淀粉链以直径1.3nm绕成螺旋状,碘分子处在螺旋的轴心部位。

由于碘分子能与直链淀粉稳定结合,所以会使碘吸收的可见光的波长向短的波长方向移动,颜色就变成蓝色。碘的淀粉溶液在加热时蓝色会消失,这是由于加热后分子动能增大,导致碘分子与淀粉分离的缘故。[8]


淀粉遇碘变蓝直链淀粉与碘结合前后结构

 

碘的生理功能与加碘食盐

碘是一种非常重要的生理元素,有“智力元素”之称,它对维护中枢神经系统的生理功能起着非常重要的作用。碘对动植物的生命是极其重要的:海水里的碘化物和碘酸盐能进入大多数海生动植物的新陈代谢中;在高级哺乳动物中,碘以碘化氨基酸的形式集中在甲状腺内,甲状腺素中就含有碘。碘是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素,缺乏碘会引起甲状腺肿大,俗称大脖子病。食用含碘食物则可以有效预防甲状腺肿大,很多海产品如海带、海鱼、海虾和海菜中也富含碘,经常食用会有补碘的作用。目前,很多国家都采用在食盐中加碘来保证民众有足够的碘摄入量。碘酸钾是最常见食盐添加剂,由于其不稳定,因此还会在食盐中添加一些其他的稳定剂。加碘食盐的色、味均与普通的食盐完全相同。

碘可以促进生物体中氧化代谢的过程,主要是通过参与激素调节过程实现的。含碘的甲状腺素能促进三羧酸循环中的生物氧化,协调生物氧化和磷酸化的偶联、调节能量转换;甲状腺素也能调节蛋白质合成和分解,当蛋白质摄入不足时,甲状腺素有促进蛋白质合成作用,当蛋白质摄入充足时,甲状腺素可促进蛋白质分解;除此之外,甲状腺素还能促进糖和脂肪代谢,加速糖的吸收利用,促进糖原和脂肪分解氧化,调节血清胆固醇和磷脂浓度等。另外,甲状腺素还能调节水盐代谢并促进维生素和烟酸的吸收利用,加速胡萝卜素转化为维生素A的过程及核黄素合成核黄素腺嘌呤二核苷酸等。甲状腺素也有很强的增强酶活力的能力,它能活化体内100多种酶,如细胞色素酶系、琥珀酸氧化酶系、碱性磷酸酶等,在物质代谢中起作用。除了调节新陈代谢之外,甲状腺素还起着促进骨骼的发育和蛋白质合成,维护中枢神经系统的正常结构的作用。

值得注意的是,虽然碘作为微量元素不可或缺,但是人体摄入过多的碘也是有害的,日常饮食碘过量同样会引起“甲亢”。是否需要在正常膳食之外特意“补碘”,要经过正规体检,听取医生的建议,切不可盲目“补碘”。[9-11]


加碘食盐

缺碘导致大脖子病

 

参考文献

 

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