Iod

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
¹²⁵I	{syn.}	59,408 d	ε	0,186	¹²⁵Te
¹²⁶I	{syn.}	13,11 d	ε	2,155	¹²⁶Te
¹²⁶I	{syn.}	13,11 d	β^-	1,258	¹²⁶Xe
¹²⁷I	100 %	Stabil
¹²⁸I	{syn.}	24,99 min	β^-	2,118	¹²⁸Xe
¹²⁸I	{syn.}	24,99 min	ε	1,251	¹²⁸Te
¹²⁹I	{syn.}	1,57 • 10⁷ a	β^-	0,194	¹²⁹Xe
¹³⁰I	{syn.}	12,365 h	β^-	2,949	¹³⁰Xe
¹³¹I	{syn.}	8,02070 d	β^-	0,971	¹³¹Xe

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung
aus RL 67/548/EWG, Anh. 1

Gefahrensymbole
Xn Gesundheits- schädlich	N Umwelt- gefährlich

R- und S-Sätze

R: 20/21-50

S: (2-)23-25-61

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Iod (auch: Jod, Elementsymbol I) ist ein chemisches Element. Es steht im Periodensystem der Elemente in der 17. Gruppe (früher 7. Hauptgruppe, VIIA), den sogenannten Halogenen. Der Name leitet sich vom altgriechischen Wort „Iodes“ (ιώο-ειδης) für „veilchenfarbig“ ab: Die beim Erhitzen von Iod freigesetzten Dämpfe sind violett.

Während im Deutschen Jod die häufiger gebräuchliche Schreibweise darstellt, bevorzugt die Fachsprache Iod; beide Schreibweisen sind unabhängig von der Rechtschreibreform korrekt. Das Elementsymbol J dagegen ist veraltet und wurde ausnahmslos durch I ersetzt.

Iod ist ein für den Menschen wie auch andere Lebewesen essentielles Spurenelement.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Gewinnung und Darstellung
4 Eigenschaften
- 4.1 Iod-Kationen
5 Verwendung
- 5.1 Strahlenschutz
6 Biologische Bedeutung
- 6.1 Schilddrüsenhormone
7 Sicherheitshinweise
8 Nachweis
9 Verbindungen
10 Literatur
11 Siehe auch
12 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Die physiologische Bedeutung iodhaltiger Zubereitungen war schon im Altertum bekannt. So wurden bereits 1500 Jahre vor unserer Zeitrechnung Kropfkranken die iodhaltigen Schilddrüsen von Schafen oder Aschen von Meeresschwämmen verordnet.

Iod wurde im Jahr 1811 durch den Pariser Salpetersieder Bernard Courtois bei der Herstellung von Schießpulver erstmals aus der Asche von Seetang gewonnen. Den elementaren Charakter erforschten jedoch erst ab 1813 die französischen Naturwissenschaftler Nicolas Clément-Désormes und Joseph Louis Gay-Lussac, der ihm ein Jahr später den heutigen Namen verlieh.

[Bearbeiten] Vorkommen

Iod ist abgesehen von Astat wesentlich seltener als die übrigen Halogene. In der Natur ist es weit verbreitet, jedoch nur in Form seiner Verbindungen, zum Beispiel angereichert (0,02-1 %) im Chilesalpeter, hauptsächlich in Form von Natriumiodat (NaIO₃), aber auch Natriumperiodat (NaIO₄) und Lautarit (Ca(IO₃)₂). In geringen Spuren ist es in Böden und Gesteinen nachweisbar. Im Durchschnitt enthält 100 Gramm wasserfreier Feinboden aus dem süddeutschen Raum 350 Mikrogramm Iod. Der Iodgehalt des Bodens ist wesentlich dafür verantwortlich, ob eine Region (aus politischen Gründen) als "Iodmangelgebiet" bezeichnet wird oder nicht. Als Iodwasserstoff kommt es in geringsten Mengen in vulkanischen Gasen vor.

Lösliche Iodverbindungen wie Alkali- und Erdalkaliiodide werden während der Verwitterung von Gesteinen durch Regenwasser freigesetzt oder zerfallen bei höheren Temperaturen. So gelangen sie schließlich in die Meere und ins Grundwasser. Einige Mineralwässer enthalten Iod. Die Mineralquelle Woodhall Spa in den USA bringt Wasser hervor, das durch Iod braun gefärbt ist. Im Meerwasser liegt die Menge an Iod bei 0,05 Gramm pro Tonne.

Organische Iodverbindungen kann man aus Meeresalgen (19 Gramm Iod pro Kilogramm Trockenmasse), Tangen und Schwämmen (bis zu 14 Gramm Iod pro Kilogramm Trockenmasse) isolieren. Einen wichtigen Speicher für organisch gebundenes Iod stellt die Schilddrüse dar.

Natürlich vorkommendes Iod besteht zu 100 % aus dem Isotop ¹²⁷I, es ist also ein Reinelement (anisotop).

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

Früher gewann man Iod in Form von Iodiden und Iodaten, indem man die durch die Flut an den Strand angeschwemmten Tange einsammelte und verbrannte. Die erhaltene Asche enthielt etwa 0,1-0,5 % Iod. Diese Iodgewinnung hat heute jedoch nur noch lokale Bedeutung und macht ungefähr 2 % der Weltjahresproduktion aus.

Die technische Gewinnung von Iod ist eng mit der Salpetergewinnung verknüpft. Das in den Mutterlaugen enthaltene Iodat wird durch Reduktion in Iod umgewandelt. Im ersten Reaktionsschritt setzt man schwefelige Säure ein, um Iodsäure (Iodat ist das Anion dieser Säure) zu Iodwasserstoff zu reduzieren:

$\mathrm{HIO_3 + 3H_2SO_3 \rightarrow HI + 3H_2SO_4}$

Iodsäure und schwefelige Säure reagieren zu Iodwasserstoff und Schwefelsäure

Der Iodwasserstoff wird wiederum in einem zweiten Schritt durch die in der Lösung vorhandene Iodsäure zu Iod oxidiert. Man spricht in diesem Fall von einer Komproportionierung, da Iod in zwei verschiedenen Oxidationsstufen (-1 im Iodwasserstoff und +5 in der Iodsäure) zu elementarem Iod mit der Oxidationsstufe 0 wird.

$\mathrm{HIO_3 + 5HI \rightarrow 3H_2O + 3I_2}$

Iodsäure und Iodwasserstoff komproportionieren zu Wasser und Iod

Alternativ kann zur Reduktion auch Schwefeldioxid (SO₂) den Endlaugen, aus denen der Salpeter bereits auskristallisiert ist, zugesetzt werden.

Bei der Erdöl- und Erdgasförderung fallen bedeutende Mengen an Salzsole an, die einen Iodgehalt zwischen 30 bis über 100 ppm aufweisen. Das in Form von Natriumiodid vorliegende Iod wird durch die Oxidation mit Chlor aus der Sole freigesetzt:

$\mathrm{2NaI + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + I_2}$

Natriumiodid und Chlor reagieren zu Natriumchlorid und Iod

Eine weitere Reinigung des gewonnenen Iods wird dadurch erreicht, dass es mit Luft ausgeblasen, anschließend mit Schwefeldioxid in schwefelsaurer Lösung wieder reduziert und zum Schluss mit gasförmigem Chlor zum Iod zurück oxidiert wird.

$\mathrm{I_2 + SO_2 + 2H_2O \rightarrow 2HI + H_2SO_4}$

Iod wird durch Schwefeldioxid zu Iodwasserstoff reduziert

$\mathrm{2HI + Cl_2 \rightarrow 2HCl + I_2}$

Iodwasserstoff und Chlor reagieren zu Chlorwasserstoff und Iod

Chromatographisch kann Iod mittels Adsorption von Polyiodid an Anionenaustauschern angereichert werden. Zur Reinstherstellung setzt man Kaliumiodid und halogenfreies Kupfersulfat ein.

Im Labormaßstab lässt sich Iod durch Einwirken von Schwefelsäure und Mangan(IV)-oxid auf Kaliumiodid herstellen. Die Gewinnung gelingt ebenso aus der iodhaltigen Asche von Meerespflanzen durch Behandlung mit Chlor.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Iod als Kristall

sublimiertes Iod

Iod ist unter Normalbedingungen ein Feststoff, der grauschwarze, metallisch glänzende Schuppen bildet, deren Dichte 4940 kg/m³ beträgt. Sie besitzen die Eigenschaften eines Halbleiters. Diese Eigenschaften sind auf das Vorhandensein eines Schichtgitters zurückzuführen, in dem einzelne Ebenen aus I₂-Molekülen (Bindungslänge 2,715 Å) bestehen. Der Abstand der Ebenen in einem orthorhombischen Schichtkristall beträgt 4,412 Å und entspricht damit dem van-der-Waals-Abstand zwischen zwei Iod-Atomen (4,30 Å). Das Ergebnis der Messung des kürzesten Abstands zwischen zwei Iod-Molekülen liegt mit 3,496 Å deutlich darunter.

Iod geht beim Schmelzen (Schmelzpunkt 113,70 °C) in eine braune, elektrisch leitfähige Flüssigkeit über. Es siedet bei 184,2 °C unter Bildung eines violetten Dampfes, der aus I₂-Molekülen besteht. Iod sublimiert schon bei Zimmertemperatur, so dass ein Schmelzen nur unter rascher und starker Temperaturerhöhung möglich ist.

Dampfdruck von Iod

Iod reagiert weitaus weniger heftig mit anderen Elementen wie Phosphor, Aluminium, Eisen und Quecksilber als Chlor und Brom. Mit Wasserstoff reagiert Iod zu Iodwasserstoff, welcher beim leichten Erwärmen jedoch schnell wieder in die Elemente zerfällt.

$\mathrm{I_2 + H_2\, \overrightarrow{\leftarrow}\, 2\,HI}$

Iod und Wasserstoff stehen mit Iodwasserstoff im Gleichgewicht. Bei erhöhter Temperatur wird dieses nach links verschoben.

Mit Ammoniak findet aufgrund der damit verbundenen Volumenzunahme eine explosionsartige Reaktion statt.

$\mathrm{3\,I_2 + 2\,NH_3 \rightarrow 6\,HI + N_2}$

Ein Mol Iod und zwei Mol Ammoniak reagieren zu sechs Mol Iodwasserstoff und ein Mol Stickstoff.

Eine interessante Eigenschaft des Iods äußert sich darin, Polyiodidverbindungen einzugehen. Dabei verbinden sich gelöste I₂-Moleküle jeweils mit einem Iodid-Anion zum einfach negativ geladenen I₃^--Anion. Eine Eigenschaft dieser Polyiodidverbindung ist, dass sie sich in Stärke-Helices einlagert. Diese Einlagerungsverbindungen rufen bereits in geringen Konzentrationen eine intensive Blaufärbung hervor (empfindlicher und spezifischer Iod-Stärke-Nachweis).

[Bearbeiten] Iod-Kationen

Vom Iod sind verschiedene Kationen bekannt. So entsteht das blaue Diiod-Kation I₂⁺, wenn Iod durch in Schwefelsäure gelöstes Schwefeltrioxid (65%iges Oleum: H₂SO₄ • 2SO₃) oxidiert wird:

$\mathrm{2\,I_2 + 2\,SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 2\,I_2^+ + SO_2 + 2\,HSO_4^-}$

Zur Oxidation kann ebenso Antimonpentafluorid bzw. Tantalpentafluorid in flüssigem Schwefeldioxid verwendet werden:

$\mathrm{2\,I_2 + SbF_5 \rightarrow 2\,I_2^+ + SbF_3 + 2\,F^-}$

Es gelang jedoch bisher nicht, Verbindungen mit dem unsolvatisierten, das heißt lösungsmittelfreien Monoiod-Kation I⁺ herzustellen. Selbst in Verbindung mit einer extrem schwachen Lewis-Base wie dem Perchlorat-Anion ClO₄^- findet man kovalent gebundenes Iod vor. In der Gasphase kann man das I⁺-Ion bei Abwesenheit eines Gegenions jedoch nachweisen.

[Bearbeiten] Verwendung

Iodtinktur und Iodoform enthalten Iod in elementarer bzw. gebundener Form und dienen als Antimykotikum und Antiseptikum. Es wird vermutet, dass die desinfizierende Wirkung auf der Abspaltung von Sauerstoff aus Wasser beruht. Dieser Sauerstoff ist kurz nach seiner Freisetzung (in statu nascendi) besonders reaktionsfähig:

$\mathrm{2 I_2 + 2 H_2O \rightarrow 4HI + O_2}$

Dieser Mechanismus wird auch für die anderen Halogene diskutiert. Iod wird aus diesem Grund in einzelnen Fällen auch zur Entkeimung von Wasser in Badeanstalten genutzt. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass Iod weniger aggressiv ist als Chlor. Allerdings vermag diese Wasserbehandlung nicht Algen abzutöten, so dass zusätzlich ein Algizid zugesetzt werden muss. Der intensive Gebrauch von Iod kann aber zu Hautverfärbungen führen. Auch steht die Gefahr der Allergisierung im Raum. Beides ist durch Einsatz von so genannten Iodophoren, Trägermaterialien, die Iod binden können, vermeidbar.

Kaliumiodat wird in geringen Mengen dem Speisesalz zugesetzt, um Iodmangelerkrankungen vorzubeugen. Der Iodbedarf von Schwangeren muss in der Regel durch die zusätzliche Einnahme von Iodtabletten gedeckt werden.

Die radioaktiven Iod-Isotope ¹³¹I und ¹²³I werden als Radiopharmaka in der nuklearmedizinischen Diagnostik und Therapie vorwiegend von Schilddrüsenerkrankungen eingesetzt (vergleiche Radioiodtherapie), wobei ¹³¹I heute verstärkt zum Einsatz kommt. Zur Bestimmung des Knochenmineralgehalts wird ¹²⁵I (Gammastrahlung von γ = 35 keV) herangezogen.

Iod ist ein häufig eingesetzer Katalysator bei chemischen Reaktionen. So verwendet man es bei stereospezifischen Polymerisationen von Butadien. Die Sulfurierung aromatischer Verbindungen sowie die Alkylierung und Kondensation aromatischer Amine sind weitere Einsatzfelder.

Aromatische Iodverbindungen werden als Röntgen kontrastmittel in der Diagnostik eingesetzt.

Natriumiodid wird als Szintillator in Szintillationszählern eingesetzt.

[Bearbeiten] Strahlenschutz

Radioaktive Iod-Isotope sind auch im Fallout von Nuklearexplosionen und im Abbrand von Kernkraftwerken enthalten. Bund und Länder bevorraten insgesamt 137 Millionen Kaliumiodid-Tabletten (meist als "Jod-Tabletten" bezeichnet) in der Umgebung der deutschen Atomkraftwerke für den Fall eines Atomunfalls (vgl. Iodblockade).

[Bearbeiten] Biologische Bedeutung

[Bearbeiten] Schilddrüsenhormone

Iod spielt im Organismus hauptsächlich eine Rolle für die Produktion der Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3), die vier bzw. drei Iodatome enthalten. Der Iodvorrat im menschlichen Körper wird auf 10 bis 30 Milligramm beziffert. Davon sind 99 % in der Schilddrüse gespeichert.

Iodmangel führt zunächst nur zu einer euthyreoten Kropfbildung der Schilddrüse. Erst ein ausgeprägter Iodmangel hat auch eine Unterfunktion der Schilddrüse (Hypothyreose) zur Folge, die sich durch eine Minderproduktion von T4 und T3 auszeichnet. Da die Schilddrüsenhormone wesentliche Funktionen in der Regulation von Stoffwechselprozessen übernehmen, resultieren aus einer Schilddrüsenunterfunktion schwere Stoffwechsel- und Entwicklungsstörungen.

Zur Rolle der Iodversorgung bei Schilddrüsenkrankheiten siehe Iodprophylaxe, Iodunverträglichkeit, Hyperthyreose, Morbus Basedow und Hashimoto-Thyreoiditis.

[Bearbeiten] Sicherheitshinweise

Iod ist von der EU als Gefahrstoff klassifiziert, dessen Freisetzung in die Umwelt zu vermeiden ist. Beim Umgang mit dem Element sind entsprechende Schutzmaßnahmen einzuhalten. Reste von Iod sind mit Natriumthiosulfat-Lösung zu behandeln (→ Reduktion zu Iodid). Vor der Entsorgung ins Abwasser muss der pH-Wert des Reaktionsgemisches mit Natriumhydrogencarbonat neutralisiert werden. Iod darf niemals mit Ammoniak in Verbindung gebracht werden, da sich sonst explosives Stickstofftriiodid bilden kann.

[Bearbeiten] Nachweis

Qualitativ kann Iod als elementares Iod oder als Iodstärke nachgewiesen werden. Bei der Nachweisreaktion über Iodstärke gibt man in die zu untersuchende Lösung wässrige Stärkelösung, die sich bei Anwesenheit von Iod je nach Konzentration blau bis blauschwarz verfärbt. Es lagern sich hierbei Polyiodid-Anionen in die Spiralstruktur der Stärke ein und bilden diesen farbigen Komplex. Freies Iod erkennt man darüber hinaus anhand seines violetten, typisch riechenden Dampfs oder daran, dass sich eine alkoholische Lösung bei Anwesenheit von Iod braun, eine Hexan-Lösung rotviolett färbt.

Iodid-Ionen, zum Beispiel aus Natriumiodid, lassen sich über zahlreiche Fällungsreaktionen nachweisen. So ergeben sie mit Silbernitrat einen gelben Niederschlag von Silberiodid:

$\mathrm{AgNO_3 + NaI \rightarrow AgI \downarrow + NaNO_3}$

Dieser Niederschlag ist in Ammoniak und Natriumthiosulfat praktisch nicht, in Kaliumcyanid-Lösung jedoch leicht löslich.

Quecksilbernitrate können ebenso zum Nachweis herangezogen werden. So fällt Quecksilber(I)-nitrat, wenn es im Überschuss eingesetzt wird, Iodid-Ionen in Form von gelbgrünem Quecksilber(I)-iodid:

$\mathrm{Hg_2(NO_3)_2 + 2NaI \rightarrow Hg_2I_2 \downarrow + 2NaNO_3}$

Wird dagegen Quecksilber(II)-nitrat verwendet, so erhält man einen roten Niederschlag von Quecksilber(II)-iodid:

$\mathrm{Hg(NO_3)_2 + 2NaI \rightarrow HgI_2 \downarrow + 2NaNO_3}$

Bleiacetat-Lösung lässt einen gelben Niederschlag entstehen.

Chlorwasser vermag Iodid zu elementarem Iod zu oxidieren, das als bräunlicher Niederschlag sichtbar wird. Beim Schütteln einer Iodidlösung mit Chlorwasser und Hexan färbt das Iod die Hexanphase rosaviolett:

$\mathrm{2\,I^{\operatorname{-}} + Cl_2 \longrightarrow I_2\! + 2\,Cl^{\operatorname{-}} }$

Der quantitative Bestimmung von Iod baut auf den oben genannten Reaktionen auf. So ist es möglich, die Iodmenge über Titration mit einer Thiosulfat-Lösung (siehe Iodometrie) zu ermitteln. Für die gravimetrische Bestimmungen bietet sich die Fällung als Silberiodid an. Darüber hinaus kann eine Amperometrie, ein elektrochemisches Bestimmungsverfahren mit Tolidin, in Betracht gezogen werden.

[Bearbeiten] Verbindungen

Als Wasserstoffverbindung ist der Iodwasserstoff, HI, zu nennen, ein farbloses, stechend riechendes Gas. Die davon abgeleiteten Salze sind die Iodide. Eine wässrige Lösung davon bezeichnet man als Iodwasserstoffsäure.

Iod geht mit den anderen Halogenen so genannte Interhalogenverbindungen ein. Diese sind Iodfluorid (IF), Iodtrifluorid (IF₃), Iodpentafluorid (IF₅), Iodheptafluorid (IF₇), Iodchlorid (ICl), Ioddichlorid ((ICl₂)₂), Iodtrichlorid (ICl₃) und Iodbromid (IBr).

Darüber hinaus sind vom Iod verschiedene Sauerstoffsäuren und die dazugehörigen Salze bekannt: hypoiodige Säure (HIO) und Hypoiodite, iodige Säure (HIO₂) und die entsprechenden Iodite, Iodsäure (HIO₃) und Iodate sowie die Periodsäure (H₅IO₆) und die dazugehörigen Periodate.

Von den Iodoxiden sind die Verbindungen I₂O₄, I₄O₉, I₂O₅ und I₂O₆ bekannt, wovon Iodpentaoxid (I₂O₅) die stabilste Verbindung ist. Vermutlich gibt es noch weitere, wesentlich instabilere Iodoxide.

[Bearbeiten] Literatur

Zur Bedeutung von Iod im Stoffwechsel siehe auch:

- B. J. Füger, R. Dudczak, C. H. Pirich, G. Zettinig: Jodstoffwechsel. In: Journal für Ernährungsmedizin. 4(2), S. 7-9, 2002 (Ausgabe für Österreich), [1] (PDF; 185 KB).