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요오드

Iodine
아이오딘, I
요오드
발음/ˈədn, -dɪn, -dn/ (EYE-ə-다인, -다인, -다인)
외모광택이 나는 금속 회색 고체, 검은색/자외선 액체, 보라색 가스
표준 원자량 Ar°(I)
주기율표의 요오드
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 탄소 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르븀 디스프로시움 홀뮴 에르븀 툴륨 이테르븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포르늄 아인슈타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌시움 러더포디움 더브늄 시보르기움 보륨 하시움 메이트네륨 다름슈타티움 뢴트게늄 코페르니쿠스 니혼륨 플로비움 모스크바 주 리버모리움 테네신 오가네손
브르

I

텔루륨 요오드 제논
원자번호 (Z)53
그룹.17족 (할로겐)
기간제5기
블록 p-블록
전자구성[Kr] 4d10 5s2 5p5
쉘당 전자수2, 8, 18, 18, 7
물성
단계 STP에서단단한
융점(I2) 386.85 K (113.7 °C, 236.66 °F)
끓는점(I2) 457.4 K (184.3 °C, 363.7 °F)
밀도 (20°C에서)4.944g/cm3[3]
삼중점386.65 K, 12.1 kPa
임계점819 K, 11.7 MPa
핵융합열(I2) 15.52 kJ/mol
기화열(I2) 41.57 kJ/mol
몰 열용량(I2) 54.44 J/(mol·K)
증기압(마름모꼴)
P (파) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에 260 282 309 342 381 457
원자의 성질
산화상태-1, 0, +1, +2,[4] +3, +4, +5, +6, +7(강산성 산화물)
전기음성도폴링 척도: 2.66
이온화 에너지
  • 1st: 1008.4 kJ/mol
  • 2nd: 1845.9 kJ/mol
  • 3rd: 3180 kJ/mol
원자 반지름경험치: 오후 140시
공유 반지름139±3pm
반데르발스 반지름198pm
Color lines in a spectral range
요오드 분광선
기타속성
자연발생원시의
결정구조 베이스 중심 사방정계 (oS8)
격자 상수
Base-centered orthorhombic crystal structure for iodine
a = 725.79 pm
b = 478.28 pm
c = 982.38 pm (at 20 °C)[3]
열팽창74.9×10−6/K (at 20 °C)[a]
열전도율0.449W(m⋅K)
전기저항1.3×107 Ω⋅m (at 0 °C)
자기순서반자성의[5]
몰 자기 감수성−88.7×10−6 cm3/mol (298 K)[6]
벌크 모듈러스7.7 GPa
CAS 번호7553-56-2
역사
검색 및 최초 격리베르나르 쿠르투아 (1811)
요오드 동위 원소
주동위원소 부패
통통 튀는 ­ 댄스 반감기 (t1/2) 모드 ­ 제품
123나. 신스 13시간 β+100% 123
124나. 신스 4. 176 d ε 124
125나. 신스 59.40일 ε 125
127나. 100% 안정적인.
129나. 추적하다 1.57×107 y β 129
131나. 신스 8.02070일 β100% 131
135나. 신스 6.57시간 β 135
카테고리: 요오드
참고 문헌

아이오딘화학 원소기호 I원자 번호 53을 가지고 있습니다. 안정한 할로겐 중 가장 무거운 것은 표준 조건에서 존재하며, 녹아서 114°C(237°F)에서 짙은 보라색 액체를 형성하고, 184°F(363°F)에서 보라색 기체로 끓입니다. 이 원소는 1811년 프랑스 화학자 베르나르 쿠르투아에 의해 발견되었으며, 2년 후 조세프 루이 게이뤼삭에 의해 '바이올렛'이라는 뜻의 고대 그리스 ι ώδης에서 따온 이름입니다.

요오드는 요오드화물(I), 요오드산염(IO
3
) 및 다양한 과요오드산염 음이온을 포함한 많은 산화 상태에서 발생합니다.
안정한 할로겐 중 가장 덜 풍부하여 64번째로 풍부한 원소입니다. 요오드는 가장 무거운 필수 미네랄 영양소로서 갑상선 호르몬의 합성에 필요합니다.[7] 요오드 결핍은 약 20억 명에게 영향을 미치며 지적 장애의 주요 예방 가능한 원인입니다.[8]

오늘날 요오드의 주요 생산국은 칠레일본입니다. 높은 원자수와 유기 화합물과의 부착이 용이하기 때문에 무독성 방사선 조영 물질로도 각광받고 있습니다. 요오드의 방사성 동위원소는 인체 흡수의 특수성 때문에 갑상선암 치료에도 사용될 수 있습니다. 요오드는 또한 아세트산과 일부 폴리머의 산업적 생산에 촉매로 사용됩니다.

그것은 세계 보건 기구의 필수 의약품 목록에 있습니다.[9]

역사

요오드는 1811년 프랑스의 화학자 베르나르 쿠르투아에 의해 발견되었는데,[10][11] 그는 소금 페트르(화약의 필수 성분) 제조업자에게서 태어났습니다. 나폴레옹 전쟁 당시 프랑스에서는 소금 페트르의 수요가 컸습니다. 프랑스의 니트로층에서 생산된 솔트페테르는 노르망디브르타뉴 해안에서 채집된 해조류에서 분리될 수 있는 탄산나트륨을 필요로 했습니다. 탄산나트륨을 분리하기 위해 미역을 태우고 재를 물로 씻었습니다. 남은 폐기물은 황산을 첨가하여 파괴하였습니다. 쿠르투아는 한때 과량의 황산을 첨가했고 보라색 증기 구름이 피어올랐습니다. 그는 증기가 차가운 표면에서 결정화되어 짙은 검은색 결정을 만들었다고 언급했습니다.[12] 쿠르토는 이 소재가 새로운 요소라고 의심하고 있지만, 이를 더 추진하기 위한 자금이 부족했습니다.[13]

쿠르투아는 연구를 계속하기 위해 그의 친구인 찰스 버나드 데소르메스(1777–1838)와 니콜라스 클레멘트(1779–1841)에게 샘플을 주었습니다. 그는 또한 화학자 조셉 루이스 게이뤼삭(1778–1850)과 물리학자 앙드레 마리 암페어(1775–1836)에게 물질의 일부를 주었습니다. 1813년 11월 29일, 디소르메스와 클레망은 쿠르투아의 발견을 공개했습니다. 그들은 프랑스 제국 연구소의 회의에서 그 내용을 설명했습니다.[14] 12월 6일, 게이뤼삭은 이 새로운 물질이 원소이거나 산소의 화합물이라고 발표했습니다.[15][16][17] 게이뤼삭(Gay-Lussac)은 아이오딘 증기의 색깔 때문에 고대 그리스 ι ώδης(iodos, "violet")에서 "아이오딘"(iodine)이라는 이름을 제안했습니다. 암페어는 그의 샘플 중 일부를 영국의 화학자 험프리 데이비(Humphry Davy, 1778–1829)에게 주었고, 그는 이 물질을 실험하고 염소와 유사성을 언급했습니다.[18] 데이비는 12월 10일자로 런던 왕립학회에 새로운 원소를 발견했다는 내용의 편지를 보냈습니다.[19] 데이비와 게이뤼삭 사이에 요오드를 누가 먼저 확인했는지를 놓고 논쟁이 벌어졌지만, 두 과학자 모두 쿠르투아를 최초로 분리한 사람으로 인정했습니다.[13]

1873년 프랑스의 의학 연구자 카시미르 다베인(1812–1882)은 요오드의 방부 작용을 발견했습니다.[20] 이스트리아 태생의 외과의사 안토니오 그로시치(1849–1926)는 수술 부위의 살균을 처음으로 사용한 사람들 중 한 명이었습니다. 1908년, 그는 외과 분야에서 인간의 피부를 빠르게 살균하는 방법으로 요오드 팅크를 도입했습니다.[21]

초기 주기율표에서 요오드는 종종 독일어로 Jod를 뜻하는 기호 J를 붙였습니다.[22]

특성.

Round bottom flask filled with violet iodine vapour
플라스크에 들어있는 요오드 증기.

아이오딘은 주기율표에서 17족에 속하는 네 번째 할로겐으로, 불소, 염소, 브롬 다음으로 무겁고 안정한 원소입니다. (다섯 번째와 여섯 번째 할로겐인 방사성 아스타틴테네신은 비용과 대량으로 접근할 수 없기 때문에 잘 연구되지 않았지만 상대론적 효과로 인해 그룹에 다양한 특이한 특성을 보이는 것으로 보입니다.) 요오드는 [Kr]4d5s5p의1025 전자 배열을 가지고 있으며, 다섯 번째 껍질과 가장 바깥 껍질에 있는 7개의 전자가 원자가 전자입니다. 다른 할로겐들과 마찬가지로 전자 1개가 꽉 찬 옥텟에 부족하기 때문에 많은 원소와 반응하여 외피를 완성하는 산화제이지만, 주기적인 추세에 따라 안정한 할로겐 중에서 가장 약한 산화제이며, 전기음성도가 2개에 불과합니다.폴링 척도의 66(불소, 염소 및 브롬을 각각 3.98, 3.16 및 2.96으로 비교), 아스타틴은 전기음성도 2.2로 추세를 이어갑니다. 따라서 아이오딘 원소는 화학식 I과2 함께 이원자 분자를 형성하는데, 두 개의 아이오딘 원자가 각각 안정된 옥텟을 달성하기 위해 한 쌍의 전자를 공유하고 고온에서 이 이원자 분자는 한 쌍의 아이오딘 원자를 가역적으로 분리합니다. 마찬가지로 요오드화 음이온 I은 안정한 할로겐 중에서 가장 강한 환원제이며, 이원자 I로2 가장 쉽게 산화됩니다.[23] (아스타틴은 At처럼 불안정하고 At0 또는 At로+ 쉽게 산화됩니다.)[24]

할로겐은 그룹이 내려올 때 색이 어두워집니다: 불소는 매우 옅은 노란색, 염소는 녹황색, 브로민은 적갈색, 요오드는 보라색입니다.

요오드 원소는 물에 약간 용해되며, 1g은 20°C에서 3450mL에 50°C에서 1280mL에 용해됩니다. 요오드화칼륨은 다른 폴리요오드화물 중에서도 트리요오드화 이온의 형성을 통해 용해도를 높이기 위해 첨가될 수 있습니다.[25] 헥산사염화탄소와 같은 비극성 용매는 더 높은 용해도를 제공합니다.[26] 수용액과 같은 극성 용액은 루이스 염기로서 이러한 용매의 역할을 반영하는 갈색이고, 반면 비극성 용액은 아이오딘 증기의 색상인 바이올렛입니다.[25] 요오드가 극성 용매에 용해되면 전하 전달 복합체가 형성되어 색이 변합니다. 요오드는 사염화탄소와 포화탄화수소에 녹으면 보라색이지만 알코올아민에는 깊은 갈색을 띠는데, 이는 전하 전달 부가물을 형성하는 용매입니다.[27]

CHCl22 내의2 I•PPH3 전하-전달 복합체 왼쪽에서 오른쪽으로: (1) Dichloromethane에 용해됨2 – CT complex는 없음. (2) 과량의 PPh가3 첨가된 후 몇 초 후 – CT complex가 형성됨. (3)[28] 과량의 PPh가3 첨가된 후 1분 후 CT complex [PhPI3]+I가 형성됨. (4) 과량의 I가2 첨가된 직후 [PhPI3]+I가3 포함됨.

요오드의 녹는점과 끓는점은 할로겐 중에서 가장 높으며, 이는 요오드가 가장 쉽게 분극되는 가장 큰 전자 구름을 가지고 있기 때문에 할로겐 중에서 분자가 가장 강한 반데르발스 상호작용을 하기 때문입니다. 마찬가지로, 요오드는 할로겐 중 휘발성이 가장 낮지만 고체는 여전히 보라색 증기를 방출하는 것으로 관찰될 수 있습니다.[23] 이러한 특성 때문에 요오드는 일반적으로 고체에서 기체로 직접 승화를 보여주는 데 사용되며, 이로 인해 대기압에서 녹지 않는다는 오해가 생깁니다.[29] 요오드는 할로겐 중에서 가장 큰 원자 반경을 가지고 있기 때문에 1차 이온화 에너지가 가장 낮고, 전자 친화도가 가장 낮으며, 전기 음성도가 가장 낮고, 할로겐의 반응성이 가장 낮습니다.[23]

고체 요오드의 구조

디아이오딘의 인터할로겐 결합은 모든 할로겐 중에서 가장 약합니다. 따라서 대기압에서 기체 요오드 샘플의 1%는 575°C에서 요오드 원자로 해리됩니다. 불소, 염소, 브롬이 비슷한 정도로 해리되기 위해서는 750℃ 이상의 온도가 필요합니다. 요오드에 대한 대부분의 결합은 가벼운 할로겐에 대한 유사한 결합보다 약합니다.[23] 기체 요오드는 I-I 결합 길이가 266.6pm인 I2 분자로 구성되어 있습니다. I-I 채권은 알려진 가장 긴 단일 채권 중 하나입니다. 염소, 브롬과 같은 결정 구조를 가진 고체 사방정계 결정 요오드에서는 더욱 길어집니다(271.5pm). (기록은 요오드의 이웃 제논이 보유하고 있습니다: Xe-Xe 결합 길이는 오후 308.71입니다.)[30] 이와 같이 요오드 분자 내에서 각 원자의 다음으로 가까운 두 이웃과 상당한 전자적 상호 작용이 일어나고, 이러한 상호 작용은 벌크 요오드에서 반짝이는 외관과 반도체 특성을 일으킵니다.[23] 요오드는 밴드 갭이 1.3eV(125kJ/mol)인 2차원 반도체로 결정층 평면의 반도체이며 수직 방향의 절연체입니다.[23]

동위 원소

알려진 37개의 요오드 동위원소 중에서 자연 상태에서 존재하는 것은 요오드-127 한 가지뿐입니다. 다른 것들은 방사능이 있고 원시적이기에는 반감기가 너무 짧습니다. 이와 같이 요오드는 단일체이면서 단핵체이며 원자량은 자연의 상수이기 때문에 매우 정밀한 것으로 알려져 있습니다.[23]

아이오딘의 방사성 동위원소 중 가장 오래 사는 것은 아이오딘-129로 반감기는 1,570만 년이며 베타 붕괴를 통해 안정한 제논-129로 붕괴됩니다.[31] 태양계가 형성되기 전에 요오드-127과 함께 요오드-129가 일부 형성되었지만, 지금까지 완전히 붕괴되어 소멸된 방사성 핵종으로, 환경 내에서의 이동성 때문에 초기 태양계 또는 매우 오래된 지하수의 역사를 거슬러 올라가는데 여전히 유용합니다. 그것의 이전 존재는 그것의 제논-129의 과잉으로부터 결정될 수 있습니다.[32][33][34][35][36] 요오드-129의 미량은 오늘날에도 여전히 존재하는데, 대기 중의 제논의 우주선 분열로부터 형성된 우주 생성 핵종이기 때문입니다: 이 미량은 모든 지상 요오드의 10−14~10개를−10 구성합니다. 그것은 또한 야외 핵실험에서 발생하며, 모든 핵분열 생성물 중 가장 긴 반감기 때문에 위험하지 않습니다. 1960년대와 1970년대 열핵실험이 한창일 때, 요오드-129는 여전히 전체 지상 요오드의 약 10개에−7 불과했습니다.[37] 요오드-127과 요오드-129의 들뜬 상태는 뫼스바우어 분광학에 자주 사용됩니다.[23]

다른 요오드 방사성동위원소들은 반감기가 며칠이 아닌 훨씬 짧습니다.[31] 중 일부는 갑상선과 관련된 의학적 용도를 가지고 있는데, 여기서 체내로 들어가는 요오드가 저장되고 농축됩니다. 요오드-123은 13시간의 반감기를 가지며 전자 포획에 의해 텔루륨-123으로 붕괴되어 감마선을 방출합니다. 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPEC) 및 X선 컴퓨터 단층 촬영(X-Ray CT) 스캔을 포함한 핵 의학 이미징에 사용됩니다.[38] 요오드-125의 반감기는 59일이며, 전자 포획에 의해 텔루륨-125로 붕괴되고 저에너지 감마선을 방출하며, 두 번째로 수명이 긴 요오드 방사성 동위원소로, 생물학적 분석, 핵의학 영상방사선 치료전립선암을 포함한 여러 질환을 치료하는 브라키 요법으로 사용됩니다. 흑색종뇌종양이 드러났습니다.[39] 마지막으로 요오드-131은 반감기가 8일인 안정한 제논-131의 들뜬 상태로 붕괴한 후 감마선을 방출하여 바닥 상태로 전환됩니다. 그것은 일반적인 핵분열 생성물이므로 방사능 낙진에 높은 수준으로 존재합니다. 그런 다음 오염된 음식을 통해 흡수될 수 있으며 갑상선에도 축적됩니다. 부패하면서 갑상선에 손상을 줄 수도 있습니다. 높은 수준의 요오드-131에 노출됨으로써 발생하는 주요 위험은 나중에 방사성 갑상샘암이 발생할 가능성입니다. 다른 위험으로는 비암성 성장 가능성과 갑상샘염이 있습니다.[40]

요오드-131의 부정적인 영향에 대한 일반적인 보호 수단은 최적의 예방을 위해 매일 복용하는 요오드화칼륨 정제 형태의 안정적인 요오드-127로 갑상선을 포화시키는 것입니다.[41] 그러나, 요오드-131은 바로 이러한 이유로, 조직에 의한 요오드 흡수 후 조직 파괴가 필요한 방사선 치료의 약학적 목적으로도 사용될 수 있습니다.[42] 요오드-131은 방사성 추적자로도 사용됩니다.[43][44][45][46]

화학 및 화합물

할로겐결합에너지(kJ/mol)[25]
X XX HX BX3 알엑스3 CX4
F 159 574 645 582 456
Cl 243 428 444 427 327
브르 193 363 368 360 272
I 151 294 272 285 239

요오드는 반응성이 매우 높지만 다른 할로겐보다 반응성이 훨씬 낮습니다. 예를 들어, 염소 가스는 일산화탄소, 산화질소이산화황(각각 포스젠, 염화니트로실염화황)을 할로겐화하지만, 요오드는 그렇게 하지 않습니다. 또한 금속의 요오드화는 염소화나 브롬화보다 산화 상태가 낮은 경향이 있습니다. 예를 들어, 레늄 금속은 염소와 반응하여 육염화 레늄을 형성하지만, 브롬과 함께는 펜타브로마이드 레늄만을 형성하고 요오드는 테트라요오드화 레늄만을 달성할 수 있습니다.[23] 그러나 마찬가지로 요오드는 할로겐 중에서 이온화 에너지가 가장 낮고 가장 쉽게 산화되기 때문에 더 중요한 양이온 화학을 가지며 더 높은 산화 상태는 예를 들어 요오드 헵타플루오라이드에서 브롬과 염소보다 오히려 더 안정적입니다.[25]

전하이동단지

요오드 분자인2 I는 CCl과4 지방족 탄화수소에 용해되어 밝은 보라색 용액을 만듭니다. 이러한 용매에서 최대 흡수 대역은 520 ~ 540 nm 영역에서 발생하며 π에서 σ 전이로 할당됩니다. 이러한2 용매에서 Lewis 염기와 반응하면 I 피크가2 파란색으로 이동하고 새로운 피크(230 ~ 330 nm)가 발생하는데, 이는 전하 전달 복합체라고 하는 부가물의 형성으로 인한 것입니다.[47]

요오드화수소

요오드의 가장 간단한 화합물은 요오드화수소, HI입니다. 무색의 기체로 산소와 반응하여 물과 요오드를 공급합니다. 실험실에서 요오드화 반응에 유용하지만 다른 할로겐화수소와 달리 산업적으로 대규모로 사용되지는 않습니다. 상업적으로 일반적으로 요오드와 황화수소 또는 히드라진을 반응시켜 만들어집니다.[48]

2 I + NH HO ⟶ 4 HI + N

상온에서는 수소가 크고 약한 전기음성 요오드 원자에 강한 수소 결합을 형성할 수 없기 때문에 불화수소를 제외한 모든 할로겐화수소와 마찬가지로 무색 기체입니다. -51.0°C에서 녹고 -35.1°C에서 끓습니다. 촉매가 존재하지 않으면 공정이 매우 느리지만 상온에서 수소와 요오드 사이의 반응이 완료되지 않아 요오드화수소가 생성되지 않는 흡열성 화합물입니다. H-I 결합 해리 에너지도 295 kJ/mol로 할로겐화수소 중 가장 작습니다.[49]

아이오다이드 수성은 강산인 아이오다이드산으로 알려져 있습니다. 요오드화수소는 물에 매우 잘 녹는데, 1리터의 물은 425리터의 요오드화수소를 녹이고 포화용액은 1분자당 4개의 물 분자만 가지고 있습니다.[50] 상업적인 소위 "농축" 하이드로아이오딕산은 보통 질량 대비 48~57%의 HI를 함유하며, 용액은 용액 100g당 56.7g HI에서 비점 126.7°C의 공비를 형성합니다. 따라서 아이오딘화수소산은 물의 증발에 의해 이 지점을 지나 농축될 수 없습니다.[49] 아이오딘화수소는 기체 상태의 아이오딘화수소와 달리 카티바 공정에 의한 아세트산 제조에 주요 산업적 용도를 가지고 있습니다.[51][52]

플루오린화수소와는 달리 무수 액체 요오드화수소는 끓는점이 낮고 액체 범위가 작으며 유전율이 낮고 HI2+ 이온과 HI
2
이온으로 잘 해리되지 않기 때문에 용매로 작업하기가 어렵습니다.
수소와 요오드 사이의 수소 결합이 매우 약하기 때문에 2불화 이온(HF)보다 훨씬 덜 안정적이지만, CsNR(R = Me, Et, Bu)과 같은 매우 크고 약한 편광 양이온을 갖는 염은 여전히 분리될 수 있습니다. 무수 요오드화수소는 염화니트로실, 페놀과 같은 작은 분자 화합물이나 테트라알킬암모늄할라이드와 같은 격자 에너지가 매우 낮은 염만을 용해시킬 수 있는 열악한 용매입니다.[49]

기타 2원성 요오드 화합물

비활성 기체를 제외하고는 주기율표의 거의 모든 원소가 아이오딘과 쌍성 화합물을 형성하는 것으로 알려져 있습니다(EsI3 알려져 있습니다). 1990년까지 삼요오드화질소[53] 암모니아 첨가물로만 알려져 있었습니다. 암모니아가 없는 NI는3 –196°C에서는 분리 가능하지만 0°C에서는 자연 분해되는 것으로 나타났습니다.[54] 원소의 전기음성과 관련된 열역학적 이유로, SI와22 SI는2 각각 183 K와 9 K까지 안정하지만, 상온에서 안정한 중성 황과 셀레늄 요오드화물도 존재하지 않습니다. 2022년 현재 중성 쌍성 셀레늄 아이오다이드는 (어떤 온도에서도) 명확하게 확인되지 않았습니다.[55] 황- 및 셀레늄-요오드 다원자 양이온(예를 들어, [SI242+][AsF6]2 및 [SeI242+][SbF211])2이 결정학적으로 제조되고 특성화되었습니다.[56]

요오드화 음이온의 크기가 크고 요오드의 산화력이 약하기 때문에 높은 산화 상태는 니오븀, 탄탈륨, 프로탁티늄의 펜타요오드에 있는 것으로 알려진 이원 요오드화에서는 달성하기 어렵습니다. 요오드화물은 원소 또는 그 산화물, 수산화물 또는 탄산염을 아이오딘화수소산과 반응시켜 만든 다음, 낮은 압력 또는 무수 요오드화수소 가스와 결합된 약간 높은 온도에 의해 탈수될 수 있습니다. 이러한 방법은 요오드화물 생성물이 가수분해에 안정적일 때 가장 잘 작동합니다. 다른 합성에는 요오드 또는 요오드화수소로 원소의 고온 산화 요오드화, 요오드에 의한 금속 산화물 또는 기타 할로겐화물의 고온 요오드화, 휘발성 금속 할로겐화탄소, 사요오드화탄소 또는 유기 요오드화수소가 포함됩니다. 예를 들면 몰리브덴(IV) 산화물은 230 °C에서 요오드화알루미늄(III)과 반응하여 몰리브덴을 생성합니다.II) 요오드화물 할로겐 교환과 관련된 예는 400°C에서 염화탄탈륨(V)과 과량의 요오드화 알루미늄(III)을 반응시켜 요오드화탄탈륨(V)을 얻는 것을 포함합니다.[57]

낮은 요오드화물은 열 분해 또는 불균형을 통해 또는 수소 또는 금속으로 더 높은 요오드화물을 환원함으로써 생성될 수 있습니다. 예를 들어,[57] 다음과 같습니다.

금속이 낮은 산화 상태(+1 ~ +3)에 있는 대부분의 금속 요오드화물은 이온성입니다. 비금속은 +3 이상의 높은 산화 상태의 금속과 마찬가지로 공유 분자 요오드화물을 형성하는 경향이 있습니다. 이온성 요오드화물과 공유성 요오드화물은 모두 산화 상태가 +3인 금속에 대해 알려져 있습니다(예: 요오드화 스칸듐은 대부분 이온성이지만 요오드화 알루미늄은 그렇지 않습니다). 이온성 요오드화물 MI는n 같은 원소의 할로겐화물 MXn 중 가장 낮은 용융점과 끓는점을 갖는 경향이 있는데, 이는 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력이 큰 요오드화물 음이온에 대해 가장 약하기 때문입니다. 대조적으로 공유 아이오다이드는 같은 원소의 할로겐 중에서 가장 높은 용융점과 끓는점을 갖는 경향이 있는데, 아이오다이드는 할로겐 중에서 가장 분극성이 있고 그 중에서 가장 많은 전자를 가지고 있기 때문에 반데르발스 힘에 가장 많이 기여할 수 있기 때문입니다. 당연히, 한 경향이 다른 경향에게 양보하는 중간 요오드화물에는 예외가 많습니다. 마찬가지로, 주로 이온성 요오드화물(: 칼륨 및 칼슘)의 물에 대한 용해도는 해당 원소의 이온성 할로겐화물 중에서 가장 큰 반면, 공유성 요오드화물(예: )의 용해도는 해당 원소 중에서 가장 낮습니다. 특히 요오드화은은 물에 매우 불용성이며 그 형성은 요오드의 정성적 검사로 자주 사용됩니다.[57]

할로겐화요오드

할로겐은 화학량론 XY, XY3, XY5, XY7 (X가 Y보다 무겁다)를 가진 많은 쌍성 반자성 인터할로겐 화합물을 형성하며 요오드도 예외가 아닙니다. 요오드는 삼불화삼불화삼염화삼염화이의 세 가지 가능한 원자간할로겐을 모두 형성하며, 특히 할로겐 중에서는 7불화이를 형성합니다. ICl+
2 와인 레드 또는 밝은 오렌지 화합물과 ICl의2+ 짙은 갈색 또는 보라색 검은색 화합물과 같은 수많은 양이온 및 음이온 유도체도 특징입니다.
이들 외에도 시아노겐 아이오다이드(ICN), 요오드 티오시아네이트(ISCN) 및 요오드 아지드(IN3)와 같은 일부 슈도할라이드도 알려져 있습니다.[58]

요오드 모노클로라이드

요오드 모노플루오라이드(IF)는 실온에서 불안정하며 요오드와 펜타플루오라이드에 매우 쉽고 비가역적으로 불균형하므로 순수하게 얻을 수 없습니다. -45°C의 트리클로로플루오로메탄에서 요오드와 불소 가스의 반응, -78°C의 트리클로로플루오로메탄에서 요오드 삼불화물 또는 0°C의 은(I) 플루오로메탄의 반응으로부터 합성될 수 있습니다.[58] 반면 요오드 모노클로라이드(ICL)와 요오드 모노브로마이드(IBR)는 비교적 안정적입니다. 휘발성 적갈색 화합물인 전자는 염소와 요오드가 발견된 지 얼마 되지 않아 1813~1814년 조지프 루이스 게이뤼삭험프리 데이비에 의해 독립적으로 발견되었으며, 중간 할로겐 브로민을 매우 잘 모방하여 쥐스투스리비히가 브로민을 요오드 단염화물로 착각하도록 오도했습니다. 요오드 모노클로라이드 및 요오드 모노브로마이드는 요오드를 염소 또는 브롬과 실온에서 반응시켜 간단하게 제조하고 분획 결정화에 의해 정제할 수 있습니다. 붕소, 탄소, 카드뮴, , 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 텅스텐은 아니지만 둘 다 반응성이 뛰어나 백금까지도 공격합니다. 유기 화합물과의 반응은 조건에 따라 다릅니다. 염화 요오드 증기는 염화 요오드가 상동성 핵분열을 겪을 때 염소와 요오드가 생성되고 반응성이 더 높기 때문에 염화 요오드 증기는 페놀살리실산을 염소화하는 경향이 있습니다. 그러나 사염화탄소 용액의 염화요오드는 I-Cl 결합의 이질성 핵분열이 일어나고 I는+ 페놀을 친전성 물질로 공격하기 때문에 요오드화가 주요 반응이 됩니다. 그러나 요오드 모노브로마이드는 용액 내에서 페놀의 원소로 해리되는 경향이 있고, 브로민은 요오드보다 반응성이 높기 때문에 사염화탄소 용액에서도 페놀을 브롬화하는 경향이 있습니다.[58] 액체 상태에서 요오드 모노클로라이드와 요오드 모노브로마이드는 IX 이온과 IX 이온(X = Cl, Br)으로 분리되므로 중요한 전기의 전도체이며 이온화 용매로 사용될 수 있습니다.

삼불화요오드(IF3)는 -28°C 이상에서 분해되는 불안정한 노란색 고체입니다. 그래서 잘 알려지지 않았습니다. 플루오린 가스는 요오드를 펜타플루오라이드까지 산화시키는 경향이 있기 때문에 생산하기가 어렵습니다. 저온에서 제논 디플루오라이드와의 반응이 필요합니다. 삼염화요오드는 평면이량체 ICl로26 고체 상태로 존재하는 밝은 노란색 고체로 요오드와 액체 염소를 -80°C에서 반응시켜 합성되며, 단염화요오드와 염소로 쉽게 해리되어 강력한 염소화제로 작용할 수 있으므로 정제 시 주의가 필요합니다. 액체 삼염화 요오드는 전기를 전도하여 ICl+
2
ICl
4
이온으로의 해리를 나타낼 수 있습니다.[59]

무색의 휘발성 액체인 오불화요오드(IF5)는 열역학적으로 가장 안정적인 불화요오드로 상온에서 요오드와 불소 가스를 반응시켜 만들 수 있습니다. 불소화제이지만 유리 기구에 보관할 수 있을 정도로 순합니다. 다시 말하지만, IF+
4
IF로의
6 해리로 인해 액체 상태에 약간의 전기 전도성이 존재합니다.
인터할로겐 중 삼불화 염소, 펜타플루오라이드 염소, 펜타플루오라이드 브롬 펜타플루오라이드 뒤에 있는 5각형의 이불화 요오드(IF7)는 매우 강력한 불소화제입니다. 낮은 온도에서도 거의 모든 원소와 반응하여 파이렉스 유리를 불소화하여 아이오에프(II5) 옥시플루오라이드를 형성합니다. 일산화탄소에 불을 붙입니다.[60]

요오드 산화물 및 옥소산

오산화요오드의 구조

요오드 산화물은 모든 할로겐 산화물 중에서 가장 안정적인데, 이는 요오드와 산소의 큰 전기음성도 차이로 인한 강한 I-O 결합 때문이며, 가장 오랫동안 알려져 왔습니다.[27] 안정적이고 흰색이며 흡습성이 있는 오산화 요오드(IO25)는 게이-루삭과 데이비에 의해 1813년에 형성된 이래로 알려져 왔습니다. 요오드산(HIO3)의 탈수로 가장 쉽게 만들어지는데, 그중 무수물이 바로 그것입니다. 상온에서 일산화탄소를 이산화탄소로 빠르게 산화시켜 일산화탄소 농도를 측정하는 데 유용한 시약입니다. 또한 산화질소, 에틸렌황화수소를 산화시킵니다. 삼산화황 및 이황화이황(SOF262)과 반응하여 아이오딜 양이온인 [IO2]+의 염을 형성하고, 농축된 황산에 의해 [IO]를 포함하는 아이오도실 염으로 환원됩니다.+ 플루오린, 삼불화 브롬, 사불화황 또는 클로릴 플루오린에 의해 불소화되어 펜타플루오린화 요오드가 생성될 수 있으며, 펜타플루오린화 요오드도 오산화 요오드와 반응하여 아이오에프를3 생성합니다. 안정성이 떨어지는 산화물은 몇 가지가 알려져 있는데, 특히 IO와49 IO의24 구조는 확인되지 않았지만, IIII(IOV3)3와 [IO]+가 타당한 것으로 추정됩니다.IO3] 각각.[61]

수성 I종에[62] 대한 표준 환원 전위
E°(커플) a(H) = 1
(산)
E°(커플) a(OH) = 1
(베이스)
I2/I +0.535 I2/I +0.535
HOI/I +0.987 IO/I +0.48
0 0 IO
3
/I
+0.26
HOI/I2 +1.439 IO/I2 +0.42
IO
3
/I2
+1.195 0 0
IO
3
/HOI
+1.134 IO
3
/IO
+0.15
IO
4
/IO
3
+1.653 0 0
H5IO6/IO
3
+1.601 H
3
IO2−
6
/IO
3
+0.65

더 중요한 것은 저요오드산(HIO), 요오드산(HIO2), 요오드산(HIO3), 과요오드산(HIO), 과요오드산(HIO4 또는 HIO56)의 4가지 옥소산입니다. 요오드가 수용액에 녹으면 다음과 같은 반응이 나타납니다.[62]

I2 + H2O ⇌ HIO + H + I+ Kac = 2.0 × 10−13 mol2 L−2
I2 + 2 OH ⇌ IO + HO2 + I Kalk = 30 mol2 L−2

저요오드산은 불균형에 불안정합니다. 따라서 아이오다이트 이온은 즉시 불균형하게 형성되어 아이오다이트와 아이오다이트를 생성합니다.[62]

3 IO ⇌ 2 I + IO
3
K = 10

요오드산과 요오드산염은 안정성이 훨씬 떨어지고, 요오드화물이 요오드산염으로 산화되는 데 있어서 일시적인 중간체로만 존재합니다.[62] 요오드산염은 이러한 화합물 중에서 단연 가장 중요한데, 이는 알칼리 금속 요오드를 600℃ 및 고압에서 산소로 산화시키거나 요오드를 염소산염으로 산화시킴으로써 만들 수 있습니다. 요오드산염은 염화물과 과염소산염을 생성하는 속도가 매우 느린 염소산염과 달리 산성 용액과 알칼리 용액 모두에서 불균형에 안정적입니다. 이것들로부터 대부분의 금속의 염을 얻을 수 있습니다. 요오드산은 전기 분해 또는 훈증 질소산에 의한 요오드 수성 현탁액의 산화에 의해 가장 쉽게 만들어집니다. 요오드산염은 가장 약한 산화력을 가지고 있지만 가장 빨리 반응합니다.[63]

예상되는 사면체 IO뿐
4 아니라 사각 피라미드 IO3−
5
, 팔면체 직교 주기 IO5−
6
, [IO3(OH)],32− [IO28(OH2)], [IO
2
4−
9
(OH)]4− 등 많은 주기율이 알려져 있습니다.
일반적으로 산화납(IV) 산화납을 양극으로 사용하여) 알칼리 요오드산나트륨을 전기화학적으로 산화시키거나 염소 가스를 사용하여 만들어집니다.[64]

IO + 6 OH IO + 3 HO + 2 e
IO + 6 OH + Cl IO + 2 Cl + 3 HO

그들은 열역학적이고 운동학적으로 강력한 산화제이며, Mn을2+ MnO
4 빠르게 산화시키고 글리콜, α-디케톤, α-케톨, α-아미노알코올α-디아민을 절단합니다.[64]
오르토페리오데이트는 -5의 매우 높은 음전하로 인해 금속 중에서 특히 높은 산화 상태를 안정화시킵니다. 오르토페리오딕산, HIO는56 안정적이며, 100℃의 진공에서 메타페리오딕산, HIO로4 탈수됩니다. 더 나아가려고 시도하면 존재하지 않는 아이오딘 헵톡사이드(IO27)가 생성되지 않고, 오산화요오드와 산소가 생성됩니다. 과요오드산은 황산에 의해 양성자화되어 I(OH)+
6
양이온을 제공하고 Te(OH)6Sb(OH)와 동전자화되며
6
중황산염 및 황산염과 함께 염을 제공할 수 있습니다.[27]

폴리요오드 화합물

훈증 황산과 같은 강산에 요오드가 용해되면 이온+
2 포함한 밝은 파란색 상자성 용액이 형성됩니다.
요오드 양이온의 고체 염은 요오드를 펜타플루오르화 안티몬으로 산화시킴으로써 얻을 수 있습니다.[27]

2 I2 + 5 SbF5 SO220 °C 2 I2Sb2F11 + SbF3

소금 ISbF는2211 짙은 청색이며, 청색 탄탈룸 유사체 ITaF도2211 알려져 있습니다. I의2 I-I 결합 길이는 267pm인 반면, I+
2 I-I 결합 길이는 256pm에 불과합니다. 후자의 누락된 전자가 결합 궤도에서 제거되어 결합이 더 강하고 따라서 더 짧아지기 때문입니다.
플루오로술푸르산 용액에서 짙은 청색 I+
2 -60°C 이하에서 가역적으로 이량체화되어 적색 직사각형 반자성 I2+
4 형성합니다.
휘어진 암갈색 또는 검은색 I+
3 AsF
6
AlCl
4
염에 알려진 중심대칭 C 녹색2h 또는 검은색 I+
5 포함하여 다른 폴리요오드 양이온은 잘 특성화되지 않습니다.[27][65]

수용액에서 유일하게 중요한 폴리요오드화물 음이온은 선형 트리요오드화물, I입니다
3.
그 형성은 요오드화칼륨 용액의 첨가에 의해 물에 대한 요오드의 용해도가 증가할 수 있는 이유를 설명합니다.[27]

I2 + II
3
(Keq = ~700 at 20 °C)

I
5
, I, I
92−
4
, I, I2−
8 같이 요오드와 요오드화물을 포함하는 용액이 결정화될 때 많은 다른 폴리요오드화물이 발견될 수 있으며, 이들의 Cs+ 같이 크고 약한 편광 양이온을 갖는 염이 분리될 수 있습니다.[27][66]

유기요오드 화합물

산화제 2-요오드시벤조산의 구조

오르가노이오딘 화합물은 호프만 아민 제거,[67] 윌리엄슨 에테르 합성,[68] 워츠 커플링 반응 [69]그리그나르 시약과 같은 유기 합성 개발의 기본이었습니다.[70]

탄소-요오드 결합은 핵심 유기 화학의 일부를 형성하는 일반적인 작용기이며, 공식적으로 이러한 화합물은 요오드화 음이온의 유기 유도체로 간주될 수 있습니다. 가장 간단한 유기요오드 화합물알킬 아이오다이드알코올삼요오드 인의 반응에 의해 합성될 수 있으며, 친핵성 치환 반응이나 그리나드 시약 제조에 사용될 수 있습니다. C-I 결합은 탄소(2.55)와 요오드(2.66) 사이의 전기음성도의 미세한 차이로 인해 모든 탄소-할로겐 결합 중에서 가장 약한 결합입니다. 이와 같이 요오드화수소는 할로겐 중에서 가장 우수한 잔류 그룹으로, 많은 유기요오드 화합물이 원소 요오드로 분해되어 시간이 지남에 따라 저장될 때 노란색으로 변합니다. 이와 같이 C-I 결합의 형성과 절단이 용이하기 때문에 유기 합성에 일반적으로 사용됩니다.[71] 또한 요오드의 높은 원자량 덕분에 다른 유기할로겐 화합물보다 훨씬 밀도가 높습니다.[72] 요오드산과 같은 몇몇 유기 산화제는 알코올을 알데히드로 산화시키는 일반적인 시약인 2-요오드시벤조산[73]알켄알킨의 선택적인 염소화에 사용되는 요오드벤젠 디클로라이드(PhICL2)와 같은 -1보다 높은 산화 상태의 요오드를 포함합니다.[74] 유기요오드 화합물의 더 잘 알려진 용도 중 하나는 소위 요오드포름 시험으로, 요오드포름(CHI3)은 다음과 같이 메틸 케톤(또는 메틸 케톤으로 산화될 수 있는 다른 화합물)의 철저한 요오드화에 의해 생성됩니다.[75]

오르가노클로린 또는 오르가노브로민 화합물과 비교하여 오르가노요딘 화합물을 사용하는 것의 몇 가지 단점은 요오드 유도체의 더 큰 비용과 독성입니다. 왜냐하면 요오드는 비싸고 오르가노요딘 화합물은 더 강한 알킬화제이기 때문입니다.[76] 예를 들어, 요오도아세트아미드요오도아세트산시스테인 잔기를 비가역적으로 알킬화하고 이황화 결합의 재형성을 방지함으로써 단백질을 변성시킵니다.[77]

핀켈슈타인 반응에 의해 요오드알칸을 생성하는 할로겐 교환은 요오드화물이 염화물이나 브롬화물보다 더 나은 이탈기라는 사실 때문에 약간 복잡합니다. 그럼에도 불구하고 그 차이는 충분히 작아서 할라이드 염의 차등 용해도를 이용하거나 과량의 할라이드 염을 사용하여 반응을 완료할 수 있습니다.[75] 전형적인 핀켈슈타인 반응에서 염화 알킬 또는 브롬화 알킬아세톤요오드화 나트륨 용액으로 처리하여 요오드화 알킬로 전환됩니다. 요오드화나트륨은 아세톤에 용해되고 염화나트륨브롬화나트륨은 용해되지 않습니다.[78] 불용성 염의 침전으로 인한 대량 작용에 의해 반응이 생성물 쪽으로 유도됩니다.[79][80]

발생 및 생산

요오드는 안정한 할로겐 중 가장 덜 풍부하며, 지구의 지각 암석 100만분의 0.46ppm에 불과합니다(비교: 불소: 544ppm, 염소: 126ppm, 브롬: 2.5ppm).[81] 상당한 양으로 존재하는 83개 원소(1~42, 44~60, 62~83, 90, 92) 중에서 64위를 차지하고 있습니다.[82][unreliable source?] 요오드화 광물은 드물고, 경제적인 추출이 가능할 정도로 농축된 퇴적물은 대부분 요오드화 광물입니다. 예를 들면, 라우타라이트, Ca(IO3),2 디에자이트, 7Ca(IO328CaCrO4 등이 있습니다.[81] 칠레에서 발견되는 칼리체에서 미량의 불순물로 발생하는 광물로, 주요 생산물은 질산나트륨입니다. 전체적으로 최소 0.02%, 최대 1%의 요오드를 함유할 수 있습니다.[83] 요오드산나트륨은 칼리체에서 추출되고 중황산나트륨에 의해 요오드화나트륨으로 환원됩니다. 그런 다음 이 용액은 새로 추출된 요오드산염과 반응하여 요오드와 비례하여 여과될 수 있습니다.[23]

칼리체는 19세기 요오드의 주요 공급원이었고 오늘날에도 여전히 중요하며 다시마(더 이상 경제적으로 실행 가능한 공급원이 아님)를 대체하지만 [84]20세기 후반에 소금물이 비슷한 공급원으로 등장했습니다. 도쿄 동쪽의 일본 미나미칸토 가스전오클라호마 북서쪽의 미국 아나다르코 분지 가스전이 가장 큰 두 곳입니다. 소금물은 근원의 깊이에서 60°C보다 더 뜨겁습니다. 염수는 먼저 황산을 사용하여 정제되고 산성화되며, 존재하는 요오드화물은 염소와 함께 요오드로 산화됩니다. 요오드 용액이 생성되지만 희석되어 농축되어야 합니다. 공기를 용액에 불어 넣어 요오드를 증발시키고, 이를 흡수탑으로 통과시켜 이산화황이 요오드를 감소시킵니다. 요오드화수소(HI)는 염소와 반응하여 요오드를 침전시킵니다. 여과 및 정제 후 요오드를 포장합니다.[83][85]

2 HI + Cl2 → I2↑ + 2 HCl
I2 + 2 H2O + SO2 → 2 HI + H2SO4
2 HI + Cl2 → I2↓ + 2 HCl

이러한 공급원은 칠레와 일본이 오늘날 가장 큰 요오드 생산국임을 보장합니다.[81] 또는 염수를 질산은으로 처리하여 요오드를 요오드화은으로 침전시킨 다음 철과 반응하여 분해하여 금속 은과 철 용액을 형성할 수 있습니다.II) 요오드화물 그런 다음 요오드는 염소로 치환하면 방출될 수 있습니다.[86]

적용들

생산된 요오드의 약 절반은 다양한 유기요오드 화합물에 들어가고, 또 다른 15%는 순수 원소로 남아 있고, 또 다른 15%는 요오드화칼륨을 형성하는 데 사용되고, 또 다른 15%는 다른 무기 요오드 화합물에 사용됩니다.[23] 요오드 화합물의 주요 용도로는 촉매, 동물 사료 보충제, 안정제, 염료, 착색제 및 안료, 의약품, 위생(요오드 팅크에서 유래), 사진 등이 있으며, 사소한 용도로는 스모그 억제, 구름 파종분석 화학에서의 다양한 용도가 포함됩니다.[23]

화학분석

요오드 용액을 이용한 종자 전분 시험

요오드화물 및 요오드산염 음이온은 종종 정량적 체적 분석(예: 요오드 측정)에 사용됩니다. 요오드와 전분은 파란색 복합체를 형성하며, 이 반응은 종종 전분 또는 요오드 중 하나를 테스트하고 요오드 측정의 지표로 사용됩니다. 전분에 대한 요오드 검사는 전분 함유 종이에 인쇄된 위조 지폐를 탐지하는 데 여전히 사용됩니다.[87]

요오드 값은 일반적으로 지방이나 오일 100그램의 화학 물질이 소비하는 요오드의 질량을 그램으로 나타낸 것입니다. 요오드 수치는 지방산의 불포화도를 측정하는 데 자주 사용됩니다. 이 불포화는 요오드 화합물과 반응하는 이중 결합의 형태입니다.

테트라요오도머큐르산칼륨(II), KHgI는24 네슬러 시약으로도 알려져 있습니다. 암모니아에 대한 민감한 스폿 테스트로 자주 사용됩니다. 마찬가지로 메이어의 시약(테트라요오도머큐레이트칼륨(potassium tetraiodomercurate))II) 용액)은 알칼로이드를 검사하기 위한 침전 시약으로 사용됩니다.[88] 알칼리성 요오드 수용액은 메틸 케톤에 대한 요오드폼 테스트에 사용됩니다.[75]

분광학

요오드 분자의 스펙트럼 I은2 파장 범위 500~700 nm의 수만 개의 날카로운 스펙트럼 선으로 구성되어 있습니다. 따라서 일반적으로 사용되는 파장 기준(2차 표준)입니다. 요오드 분자의 초미세 구조는 이 중 한 선에 초점을 맞추면서 분광 도플러 프리 기술로 측정함으로써 스스로를 드러냅니다. 이제 15개의 성분(짝수 회전 양자수, Jeven) 또는 21개의 성분(홀수 회전 양자수odd, J)을 측정할 수 있도록 선이 해결됩니다.[89]

요오드화세슘과 요오드화탈륨이 도핑된 요오드화나트륨은 감마선 검출을 위한 결정 신틸레이터에 사용됩니다. 효율이 높고 에너지 분산 분광이 가능하지만 해상도가 다소 떨어집니다.

우주선 추진력

요오드를 반응 질량으로 사용하는 이온 추진 시스템은 일본의 하야부사 탐사선, ESA의 GOCE 위성 또는 NASA의 DART 임무와 같은 이전 우주선을 추진하는 데 사용되었던 그리드드 이온 추진기보다 더 소형화되고 더 효율적으로 작동할 수 있습니다. 모두 이런 목적으로 제논을 사용했습니다. 아이오딘의 원자량은 제논의 원자량보다 3.3% 적지만, 처음 두 개의 이온화 에너지는 평균 12% 적습니다. 이들은 아이오딘 이온을 유망한 대체 물질로 만듭니다.[90][91] 그러나 요오드는 제논 플라즈마에 존재하지 않는 화학적 반응성 문제를 야기합니다.[92]

요오드를 사용하면 특히 소규모 우주 차량에 이온 추진 기술을 보다 광범위하게 적용할 수 있습니다.[91] 유럽우주국에 따르면, "이 작지만 잠재적으로 파괴적인 혁신은 우주 쓰레기의 하늘을 청소하는 데 도움이 될 수 있습니다. 작은 위성들이 타버릴 대기로 스스로를 조종함으로써 임무가 끝날 때 저렴하고 쉽게 자폭할 수 있습니다."[93]

2021년 초, 프랑스 그룹 스러스트미는 정전기장으로 이온을 가속시켜 추력을 발생시키기 위해 제논 대신 요오드를 플라즈마 공급원으로 사용하는 우주선용 전기 동력 이온 추진기의 궤도 내 시연을 수행했습니다.[90]

원소 요오드(I2)는 의약품에서 방부제로 사용됩니다.[94] 트리요오드화물(I3, 수용성이 낮은 원소 요오드에 요오드화물을 첨가하여 제자리에서 생성됨)에서 다양한 요오드광에 이르기까지 많은 수용성 화합물이 적용되면 천천히 분해되어 I을2 방출합니다.[95]

요오드화염과 요오드산염은 요오드화염에 저용량으로 사용됩니다. 요오드화칼륨 포화 용액은 급성 갑상선 중독증을 치료하는 데 사용됩니다. 또한 이 동위원소가 갑상선 또는 갑상선 유형 조직을 표적으로 하지 않는 방사성 의약품(이오벤구안 등)의 일부로 사용될 때 갑상선에서 요오드-131의 흡수를 차단하는 데 사용됩니다(위 동위원소 섹션 참조).[96][97]

요오드 함유 방사선 조영제 디아트리조산

요오드는 전자 밀도와 원자수가 높은 원소로서 가장 안쪽 전자의 광전 효과로 33.3keV보다 약한 X선을 흡수합니다.[98] 오르가노이오딘 화합물은 정맥 주사와 함께 X선 방사선 조영제로 사용됩니다. 이 응용 프로그램은 혈관 조영CT 스캔과 같은 고급 X선 기술과 함께 사용되는 경우가 많습니다. 현재 모든 수용성 방사선 조영제는 요오드 함유 화합물에 의존하고 있습니다.

다른이들

가축의 영양 보충제로 제공되는 에틸렌디아민 디히드로요오드의 생산은 사용 가능한 요오드의 상당 부분을 소비합니다. 또 다른 중요한 용도는 몬산토카티바 공정에 의해 아세트산이 생성되는 촉매입니다. 세계의 아세트산 수요를 뒷받침하는 이들 기술에서 아이오딘화수소산메탄올 공급 원료를 메틸 아이오딘화로 전환시켜 카르보닐화를 거칩니다. 생성된 요오드화 아세틸의 가수분해는 요오드화 히드로이오딘산을 재생시키고 아세트산을 제공합니다.[99]

무기 요오드화물은 전문적인 용도를 찾습니다. 티타늄, 지르코늄, 하프늄토륨은 반 아르켈-드 보어 공정에 의해 정제되며, 이 공정은 이러한 원소의 테트라요오드화물을 가역적으로 형성하는 것을 포함합니다. 요오드화은은은 전통적인 사진 필름의 주요 성분입니다. 매년 수천 킬로그램의 요오드화은이 비를 유도하기 위해 구름 파종에 사용됩니다.[99]

유기요오드 화합물 에리트로신은 중요한 식품 착색제입니다. 퍼플루오로알킬 요오드화물은 퍼플루오로옥탄술폰산과 같은 중요한 계면활성제의 전구체입니다.[99]

요오드 시계 반응([23]요오드가 전분에 대한 테스트 역할도 하며 짙은 파란색 복합체를 형성하는 것)은 인기 있는 교육 시연 실험이자 진동하는 것처럼 보이는 반응의 예입니다(진동하는 것은 중간 생성물의 농도일 뿐입니다).

125저는 어떤 리간드가 어떤 식물 패턴 인식 수용체(PRR)로 가는지 조사할 때 방사선 표지로 사용됩니다.[100]

생물학적 역할

갑상샘 호르몬 T3 T4 갑상샘계
프랑스의 소변 요오드 함량 비교(마이크로그램/일 단위), 일부 지역 및 부서(20세기 말(1980~2000년)[101]에 리터당 마이크로그램으로 측정된 소변 요오드 평균 수준)

요오드는 생명체에 필수적인 원소로, 원자번호 Z=53에서 생물체가 흔히 필요로 하는 가장 무거운 원소입니다. (란타넘과 다른 란타넘, 그리고 Z=74인 텅스텐Z=92인 우라늄도 소수의 미생물이 사용합니다.) 성장 조절 갑상선 호르몬인 테트라요오드티로닌트리요오드티로닌(각각4 요오드 원자 수에서 따온 이름3)의 합성에 필요합니다. 요오드의 결핍은 더 많은 요오드를 얻기 위한 시도로 T와3 T의4 생산을 감소시키고 갑상선 조직의 확장을 수반하여 질병을 유발합니다. 혈액 내 갑상선 호르몬의 주요 형태는 테트라요오도티로닌(T4)으로 트리요오도티로닌(T3)보다 수명이 더 깁니다. 인간의 경우 혈액 내로 방출되는4 T 대 T의3 비율은 14:1에서 20:1 사이입니다. T는4 탈요오드화효소(5'-요오드화효소)에 의해 세포 내에서 활성 T3(T보다4 3~4배 더 강력)로 전환됩니다. 이들은 탈카르복실화 및 탈요오드화에 의해 추가로 처리되어 요오드티로나민(Ta1) 및 티로나민(Ta0')을 생성합니다. 세 가지 형태의 탈요오드화효소는 모두 셀레늄을 함유한 효소이므로 T 생산을3 위해서는 금속 셀레늄이 필요합니다.[105]

요오드는 T분자량의4 65%, T분자량의3 59%를 차지합니다. 갑상선 조직과 호르몬에는 15~20mg의 요오드가 집중되어 있지만, 체내 전체 요오드의 70%는 유선, 눈, 위점막, 태아 흉선, 뇌척수액과 맥락총, 동맥벽, 자궁경부, 침샘 등 다른 조직에서도 발견됩니다. 임신 중에 태반은 요오드를 저장하고 축적할 수 있습니다.[106][107] 이러한 조직의 세포에서 요오드화물은 나트륨-요오드화물 심포터(NIS)에 의해 직접적으로 들어갑니다. 유선조직에서 요오드의 작용은 태아 및 신생아의 발육과 관련이 있으며, 다른 조직에서는 요오드의 작용이 알려져 있습니다.[108]

식이 권장 사항 및 섭취량

미국 국립의학원이 권장하는 일일 섭취량은 12개월까지의 유아는 110~130µg, 8세까지의 어린이는 90µg, 13세까지의 어린이는 130µg, 성인은 150µg, 임산부는 220µg, 수유는 290µg입니다. 성인의 허용 상한 흡기 레벨(UL)은 하루에 1,100μg입니다.[110] 이 상한은 갑상선 자극 호르몬에 대한 보충 효과를 분석하여 평가했습니다.[108]

EFSA(European Food Safety Authority)는 RDA 대신 인구 기준 섭취량(PRI), EAR 대신 평균 요구량(Average Requirement)으로 정보 집합을 말합니다. AI와 UL은 미국과 동일하게 정의됩니다. 18세 이상의 여성 및 남성의 경우 요오드의 PRI는 150μg/day로 설정됩니다. 임신 또는 수유 중의 PRI는 200μg/day입니다. 1-17세 어린이의 경우 PRI가 90세에서 130μg/day로 증가합니다. 이러한 PRI는 수유용을 제외하고는 미국 RDA와 유사합니다.[111]

갑상선은 하루에 필요한 양의 T4와 T3를 합성하는 데 70μg/day 이하가 필요합니다.[7] 수유, 위 점막, 침샘, 뇌세포, 맥락총, 흉선동맥벽을 포함한 여러 신체 시스템의 최적 기능을 위해 요오드의 일일 권장 허용 수준이 더 높아 보입니다.[7][112][113][114]

식이 요오드의 자연적인 공급원은 어류, 해조류(다시마와 같은) 및 조개류와 같은 해산물, 유제품, 계란 및 동물이 요오드를 풍부하게 섭취하는 한 육류채소와 같은 모든 식품과 요오드가 풍부한 토양에서 자란 식물을 포함합니다.[115][116] 요오드화 소금요오드산칼륨으로 강화됩니다.[116][117][118]

2000년 기준으로 미국의 음식물에서 요오드의 평균 섭취량은 남성의 경우 240~300㎍/일, 여성의 경우 190~210㎍/일이었습니다.[110] 일반 미국 인구는 적절한 요오드 영양을 가지고 있으며,[119][120] 가임기 여성과 임산부는 가벼운 결핍 위험이 있습니다.[120] 일본에서는 5,280μg/day에서 13,800μg/day 사이의 식이 해조류콤부 다시마,[108] 종종 수프 스톡감자 칩을 위한 콤부우마미 추출물의 형태로 소비가 훨씬 더 많은 것으로 간주되었습니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 일본의 소비는 하루에 1,000–3,000μg에 더 가깝습니다.[121] 일본의 성인 UL은 2015년에 마지막으로 3,000 µ g/day로 개정되었습니다.

의 요오드화와 같은 요오드 강화 프로그램이 시행된 후, 요오드에 의한 갑상선 기능 항진증의 일부 사례가 관찰되었습니다(이른바 조드-바시도우 현상). 이 질환은 주로 40세 이상에서 발생하는 것으로 보이며 요오드 결핍이 심하고 초기 요오드 섭취량이 많을 때 위험도가 더 높게 나타납니다.[123]

결핍증

식단에 요오드가 거의 없는 지역,[124] 일반적으로 외딴 내륙 지역과 해양 음식을 먹지 않는 반건조 적도 기후에서 요오드 결핍갑상선 기능 저하증을 유발하며, 그 증상은 극도의 피로, 괴로움, 정신 쇠약, 우울증, 낮은 체중 증가, 낮은 기초 체온입니다.[125] 요오드 결핍은 예방 가능한 지적 장애의 주요 원인이며, 이는 주로 아기나 어린 아이들이 요오드가 없어서 갑상선 기능 저하증이 될 때 발생합니다. 요오드를 식탁용 소금에 첨가함으로써 부유한 나라들에서는 이 문제가 크게 사라졌지만, 요오드 결핍은 오늘날 가난한 나라들에서는 여전히 심각한 공중 보건 문제로 남아 있습니다.[126] 요오드 결핍은 유럽의 특정 지역에서도 문제가 되고 있습니다. 중간 정도의 요오드 결핍 아동의 요오드 보충으로 정보 처리, 미세 운동 능력 및 시각적 문제 해결이 향상됩니다.[127]

주의사항

독성

요오드
위험성
GHS 라벨:
GHS07: Exclamation markGHS09: Environmental hazard
위험
H312, H315, H319, H332, H335, H372, H400
P261, P273, P280, P305, P314, P338, P351[128]
NFPA 704 (파이어다이아몬드)

요오드(I2) 원소는 경구로 희석하지 않고 섭취하면 독성이 있습니다. 성인 인간의 치사량은 30mg/kg으로 체중이 70~80kg인 인간의 경우 약 2.1~2.4g입니다(쥐를 대상으로 한 실험에서 14000mg/kg을 섭취한 후에도 생존할 수 있음이 입증되더라도). 과도한 요오드는 셀레늄 결핍이 있을 때 세포 독성이 더 강할 수 있습니다.[130] 셀레늄 결핍 인구의 요오드 보충은 이론적으로 이러한 이유로 부분적으로 문제가 있습니다.[108] 독성은 산화성에서 비롯되며, 이를 통해 단백질(효소 포함)을 변성시킵니다.[131]

요오드 원소는 피부 자극제이기도 합니다. 피부에 직접 닿으면 손상이 발생할 수 있으며, 고체 요오드 결정은 주의해서 다뤄야 합니다. 요오드루골 용액팅크와 같이 원소 요오드 농도가 높은 용액은 장기간 세척 또는 반작용에 사용될 경우 조직 손상을 일으킬 수 있습니다. 마찬가지로, 피부에 갇힌 액체 포비돈-요오드(Betadine)는 일부 보고된 사례에서 화학적 화상을 입었습니다.[132]

직업적 노출

사람들은 흡입, 섭취, 피부 접촉 및 눈 접촉에 의해 작업장에서 요오드에 노출될 수 있습니다. 산업안전보건청(OSHA)은 8시간 근무일 동안 작업장 내 요오드 노출에 대한 법적 허용 한도(Permitted Exposure Limit)를 0.1ppm(1mg/m3)으로 설정했습니다. 미국 산업안전보건연구원(NIOSH)은 8시간 근무 시 권장 노출 한도(REL)를 0.1ppm(1mg/m3)으로 설정했습니다. 2ppm 수준의 요오드는 즉시 생명과 건강에 위험합니다.[133]

알레르기 반응

요오드가 함유된 제품과 식품에 과민증이 생기는 사람도 있습니다. 요오드나 베타딘의 팅크를 바르면 발진이 생길 수 있으며 때로는 심한 경우도 있습니다.[134] 요오드 기반 조영제(위 참조)를 비경구적으로 사용하면 가벼운 발진에서 치명적인 아나필락시스에 이르는 반응을 일으킬 수 있습니다. 이러한 반응은 일부 사람들이 요오드 자체에 알레르기가 있다는 오해(의사들 사이에서도 널리 퍼져 있음)를 낳았습니다. 심지어 요오드가 풍부한 해산물에 대한 알레르기도 그렇게 해석되어 왔습니다.[135] 사실, 진정한 요오드 알레르기에 대한 확인된 보고는 없었으며 원소 요오드나 단순 요오드 염에 대한 알레르기는 이론적으로 불가능합니다. 요오드가 함유된 제품 및 식품에 대한 과민 반응은 분명히 다른 분자 성분과 관련이 있으며,[136] 따라서 요오드가 함유된 식품 또는 제품에 대한 알레르기를 보인 사람은 다른 식품에 대한 알레르기 반응을 보이지 않을 수 있습니다. 다양한 음식 알레르기(생선, 조개류, 달걀, 우유, 해조류, 다시마, 육류, 채소, 콤부, 감자칩)가 있는 환자는 조영제 과민증 위험이 증가하지 않습니다.[137][136] 모든 약물과 마찬가지로 요오드가 포함된 약물을 투여하기 전에 환자의 알레르기 병력을 질문하고 상담해야 합니다.[138]

미국 DEA List I현황

은 원소 요오드를 히드로요오드산으로 환원시킬 수 있는데, 이는 에페드린이나 유사 에페드린을 필로폰으로 환원시키는 데 효과적인 시약입니다.[139] 이러한 이유로 요오드는 미국 의약품 집행국에 의해 21 CFR 1310.02에 따라 List I 전구체 화학물질로 지정되었습니다.[140]

메모들

  1. ^ 결정질 요오드의 열팽창은 이방성이며, 각 축에 대한 (20°C에서) 매개변수는 α = 86.5×10/K, α = 126×10/K, α = 12.3×10/K, α = α/3 = 74.9×10/K입니다.

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