Fumuri vişinii: importanţa iodului Understand article

Trandus de Mircea Băduţ. Iodul, cu vaporii săi vişinii, are o multitudine de aplicaţii – de la dezinfectantul familiar, la inovatoarele celule solare.

Ce face ca iodul să fie atât de important şi de interesant? Nu doar că el sublimează degajând acel dramatic gaz purpuriu, dar influenţează o mulţime de aspecte ale vieţii pe Pământ şi ale civilizaţiei umane. Ştiaţi că, de exemplu, iodul protejează algele marine de degradarea oxidativă (provenită inclusiv de la Soare)? Ori că previne anumite anomalii congenitale ale oamenilor? Sau că are multe aplicări industriale?

Descoperirea iodului poate fi căutată în istorie, în secolul al XIX-lea şi în războaiele lui Napoleon. Datorită blocadei impuse de britanici la porţile Europei, francezii s-au confruntat cu penuria de salpetru (KNO₃) necesar fabricării prafului de puşcă. Astfel, chimistul Bernard Courtois a cercetat potenţialul algelor marine (alga maronie,Laminaria) ca sursă de potasiu pentru acea substanţă crucială. El a adăugat acid sulfuric concentrat la cenuşa algelor şi a fost surprins de frumuseţea fumului vişiniu degajat.

Deşi Courtois a bănuit că aceşti vapori vişinii sunt ai unui element chimic nou, nu a avut mijloacele economice pentru a-şi urma cercetarea. A revenit colegilor săi, inclusiv lui Joseph Gay-Lussac, sarcina confirmării acelei intuiţii şi a botezării noului element – iod – de la cuvântul grecesciodes, care înseamnă ‘purpuriu’ sau ‘violet’.

Gay-Lussac a continuat să investigheze comportamentul chimic al iodului, şi – în ciuda războiului – chimistul francez a găsit căi de a coresponda cu chimişii britanici, în special cu Sir Humphry Davy. Iniţial, Davy a crezut că vaporii aceia sunt un compus ai clorului, dar curând a concluzionat că este într-adevăr un element chimic nou.

Graţie spectroscopiei cu absorbţie de raze X ştim astăzi că algele marine acumulează iod sub forma de iodură (ionul I-), care acţionează ca un antioxidant şi le protejează împotriva alterării oxidative cauzate de ozonul atmosferic (O₃). Aceasta explică cumva de ce pot fi detectate urme de iod molecular (I₂) în atmosferă în regiunile de coastă şi de ce asimilarea iodului de către oameni în aceste zone este dependentă mai degrabă de abundenţa algelor marine decât de apropierea de mare.

Pentru aproape încă un secol, iodul a continuat să fie extras din algele de mare. Însă astăzi el este scos din saramurile iodate ce însoţesc zăcămintele de gaz şi de petrol din Japonia şi SUA, sau din minereurile azotoase din Chile, care conţin iodat de calciu (Ca(IO₃)₂). Iodul este furnizat pe piaţă sub forma unui solid de culoare vişiniu închis.

Chimia iodului

Iodul face parte din grupa halogenilor, având deci multe dintre caracteristicele elementelor din grupa a VII-a. Datorită înaltei sale eletronegativităţi, iodul formează ioduri (săruri ionice) cu mai toate elementele, în starea sa de oxidare formală, -I. Mulţi dintre compuşii chimici conţinând iod sunt utilizaţi frecvent ca reactivi în sinteza organică – în special pentru iodinare, oxidare, şi pentru formare de legături carbon-carbon.

Iodul existent în atmosferă provine mai ales din procesele biologice şi chimice din ocean – de genul sistemelor antioxidante iodurate din algele marine. Cea mai mare parte din acesta dispare din atmosferă prin formarea norilor. În ocean, iodul se găseşte mai ales dizolvat, în formele de radical iodat (IO₃^–, forma oxidată) şi radical iodură (I^–, forma redusă). La suprafaţa scoarţei terestre (litosfera) iodul se concentrează de obicei în sedimentele marine şi terestre; în rocile magmatice nivelul de iod este redus.

Importanţa fiziologică a iodului

Din punct de vedere fiziologic, iodul este un element esenţiat vieţii, fiind necesar pentru sinteza hormonilor tiroidieni – triiodotironină şi tiroxină – ce reglează creşterea organismului uman, dezvoltarea şi metabolismul celulelor. Cantitatea de iod din cadrul dietei recomandate pentru adulţi este de 150 µg/zi, şi se poate obţine din lactate, din alge de mare şi din sare de bucătărie iodată.

Simptomul clasic al lipsei de iod din organismul uman este umflarea tiroidei (apariţia guşei). Atunci când scade aportul de iod din alimentaţie, glanda pituitară anterioară secretă nivele crescânde de hormon de stimulare a tiroidei, în efortul de a maximiza exploatarea iodului disponibil; aceasta duce la creşterea excesivă a glandei tiroide.

Dar cel mai devastator efect al lipsei de iod este dezvoltarea slabă a creierului la copiii mici, conducând la retardarea mentală. Mai mult, o deficienţă gravă de iod pe durata sarcinii este asociată cu o incidenţă înaltă de decese ale nou-născuţilor, de avorturi spontane sau de anomalii congenitale.

Cel mai eficient mod de a preveni deficienţa iodului constă în adăugarea de iodură de potasiu (KI) sau de iodat de potasiu (KIO₃) la sarea de bucătărie. Această practică de iodizare a săriieste folosită în aproximativ 120 de ţări, şi astfel peste 70% din populaţia lumii are acces la sarea iodată.

Folosirea industrială a iodului

Iodul şi compuşii săi sunt folosiţi într-o miriadă de produse, de la alimente şi medicamente, până la creşterea animalelor şi la catalizări industriale. De exemplu, iodul este un antimicrobian puternic. Pentru mai mult de un secol, tinctura de iod – un amestec de etanol, apă, iod şi iodură de potasiu – s-a folosit ca antiseptic pentru răni. Aceasta a fost înlocuită astăzi de ionofori solubili în apă (iod completat cu surfactanţi), care este mai puţin iritantă pentru piele. De exemplu, iodul povidon, un amestec de polivinilpirolidon şi iod, este folosit extensiv ca dezinfectant în chirurgie.

La producerea industrială a acidului acetic, compuşii iodului – precum iodura de rodiu (procedeul Monsato) sau iodura de iridiu (procedeul BP Cativa) – sunt folosiţi pentru catalizarea carbonilării metanolului.

Iodura de argin (AgI), folosită iniţial la prepararea plăcilor fotografice, este astăzi utilizată la inseminarea norilor pentru a iniţia ploi şi pentru a controla climatul. Deoarece AgI are o structură cristalină asemănătoare gheţei, ea poate induce îngheţarea prin furnizarea de nuclee de coagulare. Procesul a fost folosit la Olimpiada de la Beijing, în 2008, pentru a evita ploile pe durata ceremoniilor de deschidere şi de închidere.

Având o masă atomică mare (126.9) şi mulţi electroni, iodul se comportă ca un excelent absorbant de raze X, din această cauză fiind folosit pentru ca substanţă de contrast în radiologie. Aceste substanţe se pot administra de obicei oamenilor pentru a îmbunătăţi vizualizarea ţesuturilor moi prin examinări cu raze X.

Însă o mult mai frecventă aplicare a iodului o găsim în ecranele cu cristale lichide de la televizoare, calculatoare şi telefoane mobile, care folosesc pelicule de polarizare pentru a filtra lumina. Aceste pelicule sunt uzual confecţionate din straturi de alcool polivinilic dopate cu iod. Aici iodul acţionează ca o legătură pi şi asigură caracterul polarizant al structurii.

Iodul în industria energiei

Iodul este folosit într-unul dintre cele mai promiţătoare tipuri de celule fotovoltaice de pe piaţa energiei solare, respectiv la producerea de ‘energie verde’ ieftină: celulele solare sensibilizate prin difuzare de oxid de titanium. Cunoscute ca celule Grätzel – după numele unuia dintre inventatori – acestea constau din electroliţi poliioduraţi cu rol de strat de transport al sarcinii electrice între catod şi anod (pentru a afla mai multe vedeţi Shallcross et al., 2009).

Dintre cei 37 de izotopi cunoscuţi ai iodului, doar unul nu este radioactiv, ¹²⁷I. Majoritatea acestor radioizotopi, care sunt produşi prin reacţii de fisiune în uzine nuclearo-electrice (sau în arme), au durată de viaţă mică, ceea ce îi face folositori şi ca substanţe de monitorizare internă ori ca agenţi terapeutici în medicină. De exemplu, când sunt injectaţi în fluxul snaguin, izotopii de iod ne pot ajuta să obţinem imaginea glandei tiroide.

Din păcate, izotopul radioactiv ¹³¹I emis la accidentele nucleare – precum dezastrul din Fukushima, Japonia, din 2011 – este de asemenea absorbit de tiroidă. Şi, cum el este un emiţător de particule β cu energie înaltă, poate distruge celulele şi iniţia cancer. Pentru a contracara efectul nociv, se impune înghiţirea de pastile de iodură de potasiu (KI), neradioactivă, pentru a satura abilitatea tiroidei de a asimila iodul radioactiv.

Acestea sunt doar câteva exemple ale multiplelor aplicaţii ale iodului. Evident, chiar dacă elementul a fost descoperit doar de două sute de ani, el şi găsit un loc clar în chimia modernă, în fizică şi în medicină.

Recunoaşteri

Materialul de faţă a fost adaptat după un articol mult mai mare din Angewandte Chemie International Edition (Küpper et al., 2011).

Download

Download this article as a PDF