العنصر الكيميائي اليود وخصائصه العددية

العدد الذري لليود

يُعرف اليود بأنه العنصر رقم 53 في الجدول الدوري، حيث تحتوي كل ذرة منه على 53 بروتونًا و74 نيوترونًا في النواة. يجمع العدد الكتلي بين عدد النيوترونات والبروتونات ليُعطي قيمة تبلغ 127 لذرات اليود. علاوةً على ذلك، يحتوي اليود على 53 إلكترونًا، مما يعكس توازن عدد البروتونات والإلكترونات. تدور الإلكترونات حول النواة في مدارات محددة، حيث تحتوي المدار الأول على اثنين من الإلكترونات، والثاني على ثمانية، والثالث على ثمانية عشر، والرابع على ثمانية عشر إلكترونًا أيضًا، بينما يتضمن المدار الخامس سبعة إلكترونات تمثل الإلكترونات السطحية. تسعى ذرة اليود إلى تحقيق حالة الاستقرار عن طريق تكوين روابط مع ذرّات يود أخرى، مما يُكسب كل ذرة ثمانية إلكترونات في المدار الخارجي من خلال مشاركة إلكترون واحد.

نظائر اليود

النظائر هي عناصر تتقاسم نفس العدد الذري بينما تختلف في العدد الكتلي. تُستخدم بعض النظائر المشعة لليود للطبية، على الرغم من المخاطر المحتملة المرتبطة بها. لقد تم استخدامها في مجالات الطب النووي والمستحضرات الصيدلانية الإشعاعية، وهي نظائر مشعة ترتبط بالمواد البيولوجية وتستهدف أنسجة أو خلايا معينة داخل جسم الإنسان، سواء كانت لأغراض تشخيصية أو علاجية. بدأ استخدام هذه النظائر بعد تطوير المفاعلات النووية في الخمسينيات من القرن الماضي، وتعتبر معظمها نتاج عمليات التفاعل النووي. من بين 37 نظيرًا معروفًا لليود، يُعتبر 127I هو النظير الثابت وغير المشع. بعض المعلومات عن نظائر اليود المشعّة تشمل:

نظير 123I: عمره النصفي 13.3 ساعة، وينتج أشعة غاما بطاقة تبلغ 159 ألف إلكترون فولت. بدأ استخدام الأدوية المحتوية على هذا النظير بكثافة في اليابان وأوروبا في الثمانينات، بينما بدأ الاستخدام في الولايات المتحدة في عام 2010.
نظير 124I: عمره النصفي 4.2 أيام، ويستخدم في الأبحاث الطبية ولتصحيح الصور الشعاعية لقدرته على انبعاث البوزيترونات.
نظير 125I: عمره النصفي 59.4 يومًا، وينتج أشعة سينية ضعيفة نسبيًا (25.7 كيلو فولت). كان يستخدم في المقايسة المناعية الإشعاعية (RIA)، وهو جزء من الأبحاث التي فازت بجائزة نوبل في 1977.
نظير 131I: عمره النصفي 8.03 يوم، يُستخدم في تشخيص وعلاج الأمراض، ويمكن الحصول عليه من خلال الانشطار النووي لليورانيوم أو عن طريق قذف التيلوريوم بالنيوترونات. وقد تم اعتماده لعلاج فرط نشاط الغدة الدرقية.
نظير 129I: يستخدم للكشف عن المياه الجوفية وكدليل على مخلفات نووية في البيئة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لليود

خصائص اليود الفيزيائية والكيميائية تشمل الآتي:

يعتبر اليود عنصرًا لافلزياً ويتواجد في الحالة الصلبة عند درجة حرارة الغرفة، ويتمتع بمظهر لامع ومائل للون الأسود.
يعتبر الضغط البخاري لليود متوسطاً عند درجة حرارة الغرفة، وعند فتح الوعاء الموجود فيه يتسامى اليود إلى غاز بنفسجي قد يسبب تهيج في العينين والأنف.
اليود سام، وتسبب التركيزات العالية منه أضرارًا للبشرة والأنسجة، لذلك ينبغي تخزينه في وعاء محكم.
يمكن تحضير محلول مائي من اليود بإضافة يوديد البوتاسيوم، مما يقلل الضغط البخاري لليود لتكوين ثلاثي اليوديد البني KI + I2 → KI3.
يتصرف اليود كحمض لويس ويتفاعل مع الكثير من قواعد لويس.
تماثل الألفة الإلكترونية لليود نظائرها في العناصر الهالوجينية الأخرى.
يعتبر اليود عاملاً مؤكسداً ضعيفًا مقارنةً بالكلور والبروم والفلور.
يتفاعل اليود مع الفلزات وبعض اللافلزات لتكوين اليوديد، مثل الفضة والألومنيوم.
يعد أيون اليوديد من العوامل المختزلة القوية، وغالبًا ما يصبح بنيًا عند تفاعله مع الأكسجين في الهواء.
نقطة انصهار اليود 113.5 درجة مئوية، ونقطة غليانه 184.35 درجة مئوية، والكثافة عند 20 درجة مئوية هي 4.93، بينما الكثافة الغازية 11.27 غ/لتر.
يذوب اليود جزئيًا في الماء مكونًا محلولًا بنيًا، كما يذوب بسهولة في الكلوروفورم وثنائي كبريتيد الكربون مكونًا محلولًا بنفسجي.
تمتاز طاقة التأين لذرة اليود بكونها صغيرة نسبيًا مقارنة بالعناصر الهالوجينية الأخف.

مركبات اليود

يمكن أن يكوّن اليود العديد من المركبات الكيميائية، بما في ذلك:

لا يتفاعل اليود مع الأكسجين أو النيتروجين، ولكن يتفاعل مع الأوزون مكونًا أكسيدًا غير مستقر هو I4O9.
يمكن لليود التفاعل مع الهالوجينات الأخرى في ظروف معدلة لتكوين مركبات بين الهالوجين، مثل IF3 وICl وI2Cl6 وBrI.
عند تفاعله مع الأمونيا، يمكن أن يتشكل ثلاثي يوديد النيتروجين، وهو مركب ينفجر بشكل مفاجئ.
يستبدل الكيميائيون ذرة الهيدروجين في المركبات العضوية باليود، مما يعني الحصول على مركبات مثل يوديد الميثيل (CH₃I) واليوديد الإيثيل (C₂H₅I) وديودوميثان (CH2I2).

مصادر اليود

يعتبر اليود العنصر الحادي والستين من حيث الوفرة في الطبيعة، وهو موجود عادة في مياه البحر بشكل أيون يوديد بتركيز حوالي 50 ملغ لكل طن متري. ويوجد أيضًا في المحار، وكبد سمك القد، والأعشاب البحرية. يحتوى الملح الصخري في تشيلي على يوديد الصوديوم (NaIO3) والذي يُعتبر مصدرًا مهمًا لليود. ويتواجد اليود أيضاً في:

التربة: على شكل يودات الصوديوم (NaIO3) وبيريودات الصوديوم (NaIO4).
الأعشاب البحرية والطحالب: على شكل يوديد البوتاسيوم (KI)، ويوديد الصوديوم (NaI)، وجزيء اليود (I2)، وأيون اليوديد (-I).

تحضير اليود

يمكن تحضير اليود للأغراض التجارية من المحاليل الملحية المحتوية عليه، وعادة ما تحتوي المحاليل الملحية المستخرجة من آبار النفط على 150 ملغ من اليود لكل لتر. أما الدول الرئيسية المنتجة لليود فتشمل تشيلي واليابان والصين وأذربيجان وروسيا. تتضمن خطوات استخراج اليود من الأملاح:

إزالة الشوائب عبر الترشيح.
تمرير المحلول الملحي عبر ثاني أكسيد الكبريت ثم عبر أسلاك نحاسية.
تنقية يوديد النحاس الناتج بالترشيح ثم غسله وتجفيفه.
تسخين المركب الناتج مع كربونات البوتاسيوم لإنتاج يوديد البوتاسيوم الذي بتأكسده بواسطة ثنائي الكرومات وحمض الكبريتيك.

يمكن أيضًا تحضير اليود من الأعشاب البحرية على النحو التالي:

تجفيف الشُجيرات البحرية وحرقها ثم ترشيح الرماد بالماء.
إزالة الكبريتات والكلوريد من خلال التبلور، ثم تبخير وتحليل المحلول.
إضافة حمض الكبريتيك لتحليل الكبريتيت.
إضافة ملح الكبريتات وثاني أكسيد المنغنيز للحصول على يود يتبخر وينقى عن طريق التسامي.
يمكن أيضًا استخدام كبريتات النحاس كبديل للحصول على يوديد النحاس.

استخدامات اليود

يتمتع اليود بمجموعة واسعة من الاستخدامات، مثل:

استُخدم اليود في التصوير الفوتوغرافي، بعد اختراع تقنية جديدة على يد لويس داجور عام 1839.
يعتبر أحد المطهرات الرئيسية؛ حيث يدخل في تركيب العديد من حلول التعقيم.
يحتاج جسم الإنسان إلى كميات صغيرة من اليود (14 ملغ) للحفاظ على وظائف غدة الدرقية اللازمة للأيض.
يمكن أن تحتوي مياه الشرب على نسبة من اليود للحد من اعتلال الغدة الدرقية، وغالبًا ما يُضاف يوديد البوتاسيوم إلى ملح الطعام.
يستخدم اليود ومركباته في الكيمياء التحليلية، في المعايرة اليودية (Iodometric Titration).
يستخدم لقياس درجة عدم تشبع الدهون، مما يساعد في تحديد الروابط الثنائية والثلاثية.
تستخدم مركبات اليود كعوامل محفزة في مجموعة من التفاعلات العضوية.
يستعمل في التصوير الفوتوغرافي، مثل يوديد الفضة ويوديد البوتاسيوم.
يستخدم في تغيير الطقس من خلال استمطار السحب.
يعد عنصرًا حيويًا في تصنيع عناصر انتقالية نقية، مثل التيتانيوم والزركونيوم.
يُستعمل في صناعة الأصباغ والمعدات الإلكترونية.
يستخدم لأغراض طبية لمعالجة بعض أمراض الغدة الدرقية، على الرغم من أنه ليس شائع الاستخدام.
يستخدم في تصنيع مرشحات الاستقطاب لشاشات الكريستال السائلة (LCD).
تستخدم مركباته كعوامل تعديل داخلية في تقنيات التصوير الطبي، مثل التصوير بالأشعة السينية.

سمّية اليود

تتعلق المعلومات المتعلقة بسمّية اليود بالنقاط التالية:

يمكن أن يسبب اليود تهيجًا للجلد والعينين، ويجب أن تبقى تركيزاته في الهواء أقل من 1 ملغ لكل متر مكعب.
يعتبر اليود سامًا عند ابتلاع جرعات عالية، إذ يمكن لجرعة تتراوح بين 2-3 غرام أن تؤدي إلى الوفاة.
تشبه أعراض زيادة الأيونات في الجسم تلك الناتجة عن نقصها، والتي تشمل النمو غير الطبيعي للغدة الدرقية.
يمكن أن يزيد التعرض لليود المشع من خطر الإصابة بسرطان الغدة الدرقية.

اكتشاف اليود

تم اكتشاف اليود بواسطة الكيميائي الفرنسي بارنارد كورتوا في عام 1811، حيث اكتشفه خلال عملية استخلاص مركبات الصوديوم والبوتاسيوم من الرماد الناتج عن حرق الأعشاب البحرية. عندما أضاف كورتوا حمض الكبريتيك عن غير قصد إلى الرماد، تجلّى تصاعد سحابة بنفسجية شكلت اليود الصلب.

نظرة عامة حول عنصر اليود

يحتل اليود الرقم 53 في الجدول الدوري، وينتمي إلى الدورة الخامسة والمجموعة السابعة عشرة المعروفة بالهالوجينات. يتواجد في الطبيعة في شكل جزيئات (I2) وقد يحتوي أيضًا على العديد من الأملاح والأصباغ. يجدر الإشارة إلى أن الإنسان يحتاج إلى كميات قليلة من اليود في نظامه الغذائي، إذ يمكن أن يؤدي الاستهلاك الزائد إلى التسمم. التسمية مستمدة من الكلمة اليونانية "iodes" والتي تعني "بنفسجي".

يجب التنويه إلى أن كلمة "هالوجين" تشير إلى العناصر التي تُنتج الأملاح عند تفاعلها مع المعادن، الأمر الذي ينتج عنه مجموعة متنوعة من الأملاح مثل كلوريد الصوديوم، وهي الأقل وفرة من بين الهالوجينات.

الألفة الإلكترونية*: تعني الطاقة الناتجة عند إضافة إلكترون إلى ذرة متعادلة لتشكيل أيون.
عمر النصف**: هو الزمن اللازم لتقليل عرض المادة المشعة إلى النصف.
المقايسة المناعية الإشعاعية (RIA)***: تقنية فحص مختبري حسّاسة لقياس تركيز المستضدات.
المقايسة الامتصاصية المناعية للإنزيم المرتبط (ELISA)****: أدوات تحليلية تستخدم لقياس المستضدات أو الأجسام المضادة.