Фізико хімічні властивості йоду та його сполук

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Фізико-хімічні властивості йоду та його сполук

Зміст
Введення
1. Фізичні і хімічні властивості йоду
2. З'єднання йоду
3. Фізіологічна роль йоду
Висновок
Список джерел літератури

Введення
Йод відкритий французьким хіміком Куртуа в 1811 році, він відноситься до VII групи періодичної системи Д.І. Менделєєва. Порядковий номер елемента - 53. У природі він перебуває у вигляді стабільного ізотопу з атомною масою 127. Штучно отримані радіоактивні ізотопи з атомною масою 125, 129, 131 і інший. Йод відноситься до підгрупи галогенів, які є найбільш хімічно активними неметалами.
Атом йоду має 7 валентних електронів і вакантні d-орбіталі, що дає можливість прояву непарних валентностей. Йод проявляє у своїх з'єднаннях різні ступені окислення: -1; +1; +3; +5; +7. На відміну від інших галогенів йод утворює ряд відносно стійких сполук, в яких він проявляє непарні позитивні ступені окислення. Великий радіус атома і відносно низька енергія іонізації дають можливість елементу бути не тільки акцептором, але і донором електронів у багатьох хімічних реакціях. Найбільш стійкі сполуки, в яких йод виявляє ступені окиснювання -1; +1; +5. З'єднання семівалентного йоду мають менше значення.
При кімнатній температурі йод являє собою фіолетово-чорні кристали з металевим блиском щільністю 4,94 г/см3. Кристали складаються з двохатомних молекул, пов'язаних між собою силами міжмолекулярної взаємодії Ван-дер-Ваальса. При нагріванні до 183 ° С йод переганяється, утворюючи фіолетові пари. Рідкий йод може бути отриманий при нагріванні до 114 ° С під тиском. У парах поблизу температури сублімації йод знаходиться у вигляді молекул I2, при температурі вище 800 ° С молекули йоду дисоціюють на атоми.

1. Фізичні і хімічні властивості йоду
Йод малорастворим у воді. При кімнатній температурі в 100 г води розчиняється близько 0,03 г йоду, з підвищенням температури розчинність йоду трохи збільшується. Набагато краще йод розчиняється в органічних розчинниках. У гліцерині розчинність йоду становить 0,97 г йоду, в чотирихлористому вуглеці - 2,9 г , В спирті, ефірі і сірковуглеці - близько 20 г йоду на 100 г розчинника. При розчиненні йоду в безкисневих органічних розчинниках (чотирихлористий вуглець, сірковуглець, бензол) утворюються фіолетові розчини; з кислородсодержащими розчинниками йод дає розчини, що мають бурого забарвлення. У фіолетових розчинах йод знаходиться у вигляді молекул I2, в бурих - у вигляді нестійких сполук зі слабкими донорно-акцепторними зв'язками [Неніцеску, 1968]. Йод добре розчиняється у водних розчинах йодидів, при цьому утворюється комплексний трийодид-іон, що знаходиться в рівновазі з вихідними речовинами та продуктами гідролізу. Трийодид-іон бере участь в хімічних реакціях як еквімолярної суміш молекулярного йоду і йодид-іона.
Атом йоду має дуже легко поляризовану електронною оболонкою. Катіони більшості елементів здатні глибоко проникати в електронну оболонку йоду, викликаючи значну її деформацію. Внаслідок цього з'єднання йоду мають більш ковалентним характером, ніж аналогічні з'єднання інших галогенів. Висока полярізуємость призводить до можливості існування структур з позитивним кінцем диполя на атомі йоду. Позитивно поляризований атом йоду обумовлює кольоровість і високу фізіологічну активність хімічних сполук йоду [Мохнач, 1968].
Хімічна активність йоду нижче, ніж у інших галогенів. Йод взаємодіє з більшістю металів і з деякими неметалами. Йод не взаємодіє безпосередньо з благородними металами, інертними газами, киснем, азотом, вуглецем. З'єднання йоду з деякими з цих елементів можуть бути отримані непрямим шляхом. З більшістю елементів йод утворює йодиди, при взаємодії з галогенами утворюються сполуки позитивно поляризованого йоду. Йодиди лужних і лужноземельних елементів - солеобразние з'єднання, добре розчинні у воді. Йодиди важких металів більш ковалентний. На відміну від легких галогенів йод стабілізує нижчі ступеня окислення в елементів зі змінною валентністю. Не існує йодидів тривалентного заліза і чотирьохвалентного марганцю. Це пов'язано з великим радіусом йодид-іона та недостатньою окисної активністю йоду.
Йодиди неметалічних елементів - речовини з молекулярною структурою і переважно ковалентними зв'язками, які мають кислотним характером. Ці речовини в природі існувати не можуть, тому що легко розкладаються водою (гідролізуються). Спеціальними методами можуть бути отримані сполуки, що містять катіон одновалентного йоду. Однак вони також нестійкі і легко гідролізуються.
Насичені органічні сполуки не взаємодіють з йодом, так як енергія зв'язку вуглець - водень більше енергії зв'язку вуглець-йод. Йод здатний приєднуватися до кратних вуглець - вуглецевим зв'язків. Ступінь ненасиченості речовини можна характеризувати йодним числом, тобто кількістю йоду, що приєдналася до одиниці маси органічної сполуки. Йод здатний заміщати водень в активних ароматичних системах (толуол, фенол, анілін, нафталін), однак реакція йде важче, ніж для хлору і брому.
2. З'єднання йоду
Найважливішими сполуками йоду є йодистий водень, йодиди, з'єднання позитивно одновалентного йоду, йодати та йодорганіческіе з'єднання. Йодистий водень - газ з різким запахом дратівливим. Один об'єм води при кімнатній температурі розчиняє більше 1000 обсягів йодистого водню, при цьому відбувається виділення енергії. Водний розчин йодистого водню - йодістоводородная кислота - є дуже сильною кислотою. Розчини йодістоводородной кислоти і йодид-іон в кислому середовищі виявляють відновні властивості. Нормальний окисно-відновний потенціал системи «йод - йодид-іон» дорівнює +0,54 В, тобто йодид-іон в кислому середовищі є більш сильним відновником, ніж іон двовалентного заліза. Йодид-іон взаємодіє з іоном двухвалентной міді з утворенням нерозчинного у воді йодиду одновалентної міді і виділенням молекулярного йоду. Таким чином, в кислому середовищі неможливо одночасне існування йодид-іонів і іонів тривалентного заліза, сполук трьох-і чотирьохвалентного марганцю, іонів двухвалентной міді. З іншого боку, молекулярний йод окисляє сірководень і сульфід-іон при будь-якому значенні рН, утворюючи при цьому йодид-іон. Окислювально-відновні властивості йоду визначають форми знаходження елемента в різних природних системах. У сильнокислому грунтах з пануванням окисної обстановки накопичення йодидів неможливо, тоді як в анаеробних умовах, що створюються, зокрема, в глейовими горизонтах грунтів, ця форма мікроелемента є стійкою.
У нейтральному середовищі йодиди стійкіші, ніж у кислому, хоча і в цих умовах розчини йодидів повільно окислюються киснем повітря з виділенням молекулярного йоду. У лужному середовищі стійкість йодидів зростає.
Розчинність йодидів зростає в ряду йодид ртуті, йодид золота, йодид срібла, йодид одновалентної міді, йодид свинцю. Решта йодиди металевих катіонів та амонію добре розчиняються у воді.
Найбільшою реакційною здатністю і фізіологічною активністю володіють сполуки позитивно одновалентного йоду. Внаслідок своєї нестійкості і реакційної здатності вони зустрічаються в біосфері у низьких концентраціях. Як було зазначено раніше, однозарядний позитивний катіон йоду може бути отриманий спеціальними методами в лабораторії, але в природних умовах він вкрай нестійкий. У природі з'єднання позитивно поляризованого одновалентного йоду знаходяться в інших формах.
Окис одновалентного йоду не існує. Містить йод в ступені окислення +1 йодноватістая кислота є дуже нестійким з'єднанням. Її розбавлений розчин отримують при струшуванні водного розчину йоду з окисом ртуті. У кислому середовищі йодноватістая кислота є сильним окислювачем, у лужному середовищі при рН вище 9 гіпойодіт-іон взаємодіє з водою з утворенням йодид-іона і йодат-іона.
Молекулярний йод, на відміну від кисню та азоту, не є неполярних речовиною. Вимірювання дипольного моменту молекулярного йоду у вільному стані і в розчинах дають величини від 0,6 до 1,5 D, що вказує на значне розділення зарядів в молекулі. У біосфері неможливо ізольоване існування молекулярного йоду. Скрізь, в будь-яких середовищах біосфери молекули йоду будуть стикатися з поляризуючими речовинами, з яких найбільше значення має вода.
За класичним уявленням при розчиненні молекулярного йоду у воді встановлюється рівновага:
I2 + H2O = I + HOI.
Рівновага сильно зміщене вліво. Настає йодноватістая кислота може взаємодіяти з водою як амфотерна з'єднання. Дослідження В.О. Мохнач і співробітників [Мохнач, 1968] показали, що в розчинах молекулярного йоду не виявляється йодид-іон. Ультрафіолетові спектри поглинання системи «молекулярний йод-вода» виявляють максимуми поглинання в діапазонах 288 - 290 нм, 350 - 354 нм і близько 460 нм. Перша полоса - поглинання трийодид-іона, друга відповідає аніоном IO-, третя - поляризованої гідратованої молекулі йоду. Відсутність поглинання в діапазоні 224 - 226 нм свідчить про відсутність йодид-іонів у розчині. На думку автора, в розчинах молекулярного йоду встановлюється рівновага 2I2 + Н2О = 2Н + + I3 + IO-. Аніон йодноватістой кислоти є причиною сильної окисної і фізіологічної активності розчинів молекулярного йоду.
Іншим важливим з'єднанням, що містить позитивно поляризований одновалентних йод, є однохлористого йод. Він утворюється при безпосередній взаємодії йоду з хлором. Однохлористого йод являє собою кристали жовтого кольору, що плавляться при 27 ° С і киплячі при 100 - 102 ° С з частковим розкладанням. Більш стійка форма однохлористого йоду - рубіново-червоні кристали.
Щодо характеру хімічного зв'язку в цьому з'єднанні існує декілька думок. Неніцеску [1968] вказує на переважно ковалентний зв'язок, аргументуючи це низькою температурою плавлення і кипіння речовини. Він також вказує, що рідкий однохлористого йод не проводить електричний струм. Однак Фарадей виявив електропровідність однохлористого йоду в рідкому стані, причому йод виділявся на катоді, а хлор - на аноді. Розчини однохлористого йоду в іонізуючих розчинниках виявляють аналогічні властивості. У парах молекула однохлористого йоду має дипольний момент 0,65 D. У неполярних розчинниках значення дипольного моменту сильно зростає: до 1,47 D в циклогексаном і 1,49 D в чотирихлористому вуглеці, що вказує на істотно іонний характер зв'язку. У полярних розчинниках проявляється дисоціація однохлористого йоду внаслідок сильних електроноакцепторних властивостей позитивно поляризованого йоду.
Дослідження спектрів поглинання розчинів однохлористого йоду в ультрафіолетовій і видимій області [Мохнач, 1974] показали, що в спиртових і солянокислих розчинах однохлористого йоду йод знаходиться у формі йодид-іона і аніону йодноватістой кислоти. У водних розчинах з'являється смуга поглинання, що відповідає гідратованої молекулі йоду.
Однохлористого йод має високу біологічну активність. Він використовується в медицині та ветеринарії як антибактеріального і дезинфікуючого засобу, а також в органічному синтезі як йодується агент.
Неорганічні сполуки позитивного тривалентного йоду нестійкі. Органічні сполуки поділяються на дві групи: сполуки йодонія, мають деяке хімічне схожість з сполуками амонію, і йодозосоедіненія, що містять
пов'язаний з йодом атом кисню. У природі стабільні сполуки тривалентного йоду не виявлено, хоча не можна виключати, що деякі з них є проміжними продуктами метаболізму йоду.
Однією з найважливіших форм знаходження йоду в об'єктах біосфери є йод у ступені окиснення +5. Відомі як неорганічні, так і органічні похідні пятивалентного йоду. Неорганічні сполуки пятивалентного йоду є похідними йодноватой кислоти НЮ3. Йодноватая кислота являє собою безбарвну кристалічну речовину, плавящееся при 110 ° С без розкладання, добре розчинне у воді і нерозчинний в неполярних органічних розчинниках. Нагрівання йодноватой кислоти до 195 ° С приводить до відщеплення води і утворення пятиокиси йоду [Неніцеску, 1968]. Йодноватая кислота є сильною кислотою, в розбавлених водних розчинах практично повністю дисоціює на іони. У кислому середовищі йодноватая кислота - досить сильний окислювач. Стандартний окислювально-відновний потенціал системи «йодноватая кислота / молекулярний йод» дорівнює +1,19 В, системи «йодноватая кислота / йодид-іон» - +1,085 В. У нейтральній і тим більше в лужному середовищі окислювальна активність йодноватой кислоти набагато нижче.
У природі щодо широко поширені солі йодноватой кислоти - йодати. Йодати є кристалічні речовини, безбарвні, якщо не забарвлений катіон. Більшість йодатом добре розчиняються у воді. До важкорозчинних йодату відносяться йодати лужноземельних металів (кальцію, стронцію, барію), а також йодат церію, йодат свинцю, йодат срібла. Деякі з цих сполук зустрічаються в природі.
Йодати стійкіші, ніж аналогічні бромати і хлорати, але також виявляють окислювальні властивості. У лужному середовищі йодати можуть бути окислені сильними окислювачами (гіпохлоритом натрію або молекулярним хлором) до перйодати - сполук семівалентного йоду. Відомі перйодати натрію, срібла та деяких інших катіонів. Відповідна ступеня окислення йоду +7 кислота плавиться при 130 ° С з розкладанням на пятиокись йоду і молекулярний кисень. Висока окисна активність сполук семівалентного йоду є причиною вузького поширення цієї форми мікроелемента в об'єктах біосфери. Перйодати можуть бути стійкі тільки в нейтральних і лужних грунтах сухих і жарких областей.
Різноманіття хімічних форм сполук йоду, легкість переходу між різними валентними сполуками, легка летючість вільного йоду дали привід великому радянському геохімік А.Є. Ферсману охарактеризувати йод як елемент з казковими властивостями. Унікальні властивості йоду і його сполук дозволяють цьому елементу присутнім в микроколичествах у всіх без винятку об'єктах живої та неживої природи. З'єднання йоду в різних валентних станах володіють різною міграційною здатністю і дією на живі організми, тому при розгляді долі мікроелемента в біосфері необхідно враховувати як його валентні стану в конкретних об'єктах біосфери, так і можливі окислювально-відновні перетворення в розглянутих умовах.
3. Фізіологічна роль йоду
Йод належить до числа найважливіших мікроелементів, що беруть участь у найінтимніших процесах обміну речовин у високорозвинених організмах. У цій своїй вищої функції йод не може бути замінений ніяким іншим хімічним елементом. Життя на землі без йоду неможливо уявити, так як без нього вона взагалі неможлива.
У ході тривалої еволюції наземних організмів їх внутрішнє середовище зазнала значні кількісні зміни в порівнянні з колискою життя - водою Світового океану. Вміст солей в океанській воді становить у середньому 3,5%, а в плазмі крові людини - 0,9%, тобто в чотири рази менше. Однак для йоду природа зробила виняток. Середній вміст йоду в океанській воді становить 0,000005%, а в плазмі крові - 0,00001%, тобто вміст йоду у внутрішньому середовищі людини не тільки не знизилася, а, навпаки, зберігся на рівні, щонайбільше вдвічі більшому, ніж у воді океану. Таким чином, людина розумна є видом-концентратором йоду. Цей факт підкреслює ту унікальну роль, яку відіграє йод у життєдіяльності людського організму.
Загальний вміст йоду в організмі дорослої людини становить 20-30 мг, причому близько 10 мг знаходиться в щитовидній залозі. В організмі людини і тварин йод присутній як у вигляді неорганічних сполук - йодидів, так і в складі органічних речовин: білка тиреоглобуліну, йодованих амінокислот - Моною-одтіроніна, Дийодтиронин, трийодтироніну і тироксину, а також проміжних продуктів їх метаболізму.
Основним джерелом йоду для людського організму є їжа, головним чином рослинна. Продукти тваринного походження грають більш скромну роль у забезпеченні потреби організму в йоді. 85 - 95% йоду людина отримує з їжею, вода і атмосфера в сумі дають 5 - 15%. Йод потрапляє з кишечнику в кров або в неорганічної формі - у вигляді йодидів, або у вигляді йодованих жирних кислот, йодовмісних амінокислот. Неорганічні сполуки йоду позитивних ступенів окислення при попаданні в кишечник відновлюються до йодид-іона.
Потрапили в потік крові йодид-іони вибірково захоплюються щитовидною залозою і нирками. Нирки здійснюють виведення йоду з організму. Таким чином, при введенні в організм йоду у вигляді йодид-іона значна частина мікроелемента не досягає щитовидної залози. Цим в якійсь мірі пояснюється менша ефективність препаратів неорганічного йоду - йодидів і йодатом - у порівнянні з органічними сполуками мікроелемента.
У щитовидній залозі знаходяться ферментні системи, що здійснюють перетворення йоду з біологічно неактивної форми (йодид-іон) в активну (тиреоїдні гормони) і підтримують динамічну рівновагу між цими формами. На зовнішній поверхні клітинних мембран йодид-іон окислюється ферментом йодид-оксидазой до гіпойодіт-іона, який проникає через клітинну мембрану. У клітці гіпойодіт-іон відновлюється під дією ферменту йод-редуктази до йодид-іона, який бере участь у біосинтезі тиреоїдних гормонів щитовидної залози [Мохнач, 1968].
Механізм біосинтезу йодовмісних гормонів щитовидної залози до кінця не з'ясований. В даний час відомі дві гіпотези синтезу трийодтироніну і тироксину. За однією з них в щитовидній залозі під дією ферменту відбувається приєднання йоду до готової молекулі тиреоглобуліну, після чого утворилася молекула розщеплюється з виділенням тироксину та інших йодовмісних гормонів. За іншою - відбувається безпосереднє йодування тирозину, а потім - наступний синтез білка тиреоглобуліну. Ймовірний ступінчастий біосинтез тироксину - йодування молекули тирозину з утворенням Дийодтиронин на першому етапі і ферментативна конденсація двох молекул Дийодтиронин з утворенням тироксину і виділенням аланіну - на другому.
У циркулюючої крові близько 75% йоду знаходиться у вигляді органічних сполук, інша частина йоду представлена ​​йодид-іоном. У здорової людини концентрація вільних тиреоїдних гормонів у плазмі крові дуже низька. Більше 90% органічних сполук йоду представлено тироксином, пов'язаних зі специфічними тироксинзв'язуючого білками плазми: альфа-глобуліном, преальбумином і альбуміном. Трийодтиронін також циркулює в крові у зв'язаному стані, але його зв'язок з білками плазми менш міцна. Крім цих основних форм, в плазмі крові в незначній кількості присутні і інші йодовані компоненти: 2-монойодгістідін, 4-монойодгістідін, тіроксамін і 4-окси-3 ,5-ді-йодфенілпіровіноградная кислота. Ці речовини є проміжні продукти метаболізму йодовмісних гормонів щитовидної залози.
Вступники з плазми крові в тканини тиреоїдні гормони звільняються від зв'язку зі специфічними білками плазми і виконують свою гормональну функцію. Вивчення гормональної активності різних йодованих тироніни показало, що тільки 3,5-ді-йодтиронінів, 3,3 ',5-трийодтиронін і тироксин володіють гормональною активністю, інші сполуки цього класу інертні. Максимальною активністю володіє 3, З'5-трийодтиронін, активність тироксину в чотири рази нижче. Для того щоб з'єднання мало гормональною активністю, необхідно і достатньо наявність двох атомів йоду в положеннях 3 та 5 внутрішнього ароматичного кільця молекули тироніни.
Який же механізм гормональної дії тиреоїдних гормонів? Дослідження показують, що першою фазою гормональної дії є приєднання молекули гормону до білка за рахунок аміно-і карбоксильної груп аланіновой залишку. Потім атом йоду, що знаходиться в положенні 5 внутрішнього ароматичного ядра, віддає один електрон і набуває позитивний заряд. Ця форма йоду має максимальну біологічну активність. Відданий йодом електрон витрачає частину своєї енергії на синтез аденозинтрифосфорної кислоти з аденозиндифосфату і фосфорної кислоти. Енергія електрона може акцептуватися також ді-і трифосфопиридиннуклеотидом. У кінцевому підсумку енергія запасається у вигляді макроергічних зв'язків.
Позитивно заряджений атом йоду захоплює електрон з низькою енергією з сполученої окисної ланцюга. При цьому молекула гормону повертається до свого вихідного стану, в якому вона знову може служити донором електрона, що володіє високою енергією. Ця модель пояснює появу джерела енергії у вигляді слабкого електричного струму, за допомогою якого створюються макроергічні зв'язку і який лежить в основі такої важливої ​​функції тиреоїдних гормонів, як теплоутворення.
У чому ж полягає унікальність дії тиреоїдних гормонів? Чому йод не може бути замінений ніяким іншим хімічним елементом? У більшості ферментних систем, що здійснюють запас енергії за рахунок окислювально-відновних процесів, необхідною умовою функціонування є синхронний перенесення двох електронів з молекули-донора на субстрат. Там, де потрібна перенесення одного електрона, тиреоїдні гормони стають абсолютно незамінними. Крім того, перенесення електрона тиреоїдними гормонами здійснюється на субмолекулярному рівні; він не пов'язаний з перебудовою молекулярної структури гормону, а тому кожна молекула гормону може забезпечити величезну кількість біохімічних перетворень.
Дослідження показали, що містять йод гормони містяться в печінці, нирках, мозку, м'язах і травному тракті. Саме у цих органах у найбільшою мірою порушується обмін речовин при дисфункції щитовидної залози. Тиреоїдні гормони контролюють швидкість обміну речовин, ріст і розвиток організму, метаболічні процеси - загальний білковий вуглеводний і жировий обмін; проміжний жировий обмін жирних кислот, холестерину і фосфоліпідів; перетворення каротину в вітамін А; проміжний білковий обмін - накопичення білка в тканинах, особливо у зв'язку з гормонами росту, мобілізацію тканинних білків при неадекватному по калорійності харчування; обмін вітамінів, кальцію, каротину, водний і електролітний обмін; функціонування всіх систем організму; реакцію на лікарські речовини; опірність інфекціям.
Надавши гормональне дію, які відпрацювали молекули тироксину піддаються метаболічним перетворенням. Період напіврозпаду тироксину дорівнює 6-7 дням, трийодтироніну - 2 - 3 дні. У ході метаболізму молекули гормонів піддаються дейодування, дезамінування, декарбоксилюванню, етерифікації фенольної групи. При дейодування йодтиронінів відщепилися
від молекули гормону йод частково знову використовується щитовидною залозою для біосинтезу тиреоїдних гормонів. Дезамінування призводить до утворення кетокислот - трійодтіропіровіноградной, трійодтіроуксусной, тетрайодтиропировиноградной і тетрайодтіроуксусной. При декарбоксилюванні тироксину утворюється тіроксамін. У печінці відбувається утворення складних ефірів тіронінпроізводних з глюкоуроновой кислотою, в нирках утворюються аналогічні сірчанокислі ефіри, які виводяться з організму. У нормі втрати йоду з сечею становлять для дорослої людини 50-60 мкг, відповідно потреба організму в йоді становить цю величину. Потреба вагітних і годуючих жінок, зростаючого організму і при фізичних навантаженнях в 1,5-2 рази вище.
Розгляд фізіологічних функцій йодовмісних гормонів робить зрозумілим етіологію і патогенез захворювань, пов'язаних з йодною недостатністю. Найбільш поширеною клінічною формою йодної недостатності є ендемічний зоб. Всесвітня організація охорони здоров'я називає ендемічний зоб одним з найбільш поширених захворювань, пов'язаних з недостатністю харчування. На початку шістдесятих років близько 200 мільйонів чоловік страждало цією недугою [Ендемічний зоб, 1965], за останні сорок років ця цифра навряд чи зменшилася.
Клінічні прояви ендемічного зобу - збільшення щитовидної залози за рахунок розростання сполучної тканини. Посилене розростання сполучної тканини за участю тиреотропного гормону формує зоб.
Збільшення щитовидної залози, тобто зоб, далеко не єдиний наслідок йодної недостатності. На тлі істотного зниження інтенсивності процесів обміну речовин розвивається мікседема, тобто накопичення у значних кількостях у підшкірної сполучної тканини міжтканинної рідини, багатої білками. Порушення обміну ліпідів при йодної недостатності приводять до підвищення вмісту холестерину в крові і провокують розвиток атеросклерозу. При зниженні функції щитовидної залози атеросклероз розвивається не тільки набагато частіше, але і в більш молодому віці. Навпаки, гормони щитовидної залози зупиняють розвиток атеросклеротичних симптомів і певною мірою нормалізують діяльність серцево-судинної системи. Клінічні дослідження показують, що при лікуванні атеросклерозу препаратами йоду відбувається зниження кількості холестерину і нейтральних жирів у плазмі крові [Мохнач, 1974]. Таким чином, профілактика йодної недостатності одночасно є профілактикою атеросклерозу і спричинених ним смертельно небезпечних захворювань - інсультів, ішемічної хвороби серця, інфарктів міокарда.
Так як йод є незамінним мікробіоелементом, то в зонах йодної недостатності часто спостерігаються ознаки недорозвинення організму і біологічного виродження. У силу особливостей фізіологічних процесів жінки набагато більше страждають від йодної недостатності, ніж чоловіки. Клінічні прояви ендемічного зобу зустрічаються у них в 1,5-4 рази частіше, ніж у чоловіків. Особливо велика потреба в йоді у вагітних жінок і у годуючих матерів. В умовах нормального фізіологічного перебігу вагітності у жінок посилюється продукування гормонів щитовидної залози, що створює сприятливі умови для розвитку плоду. В умовах йодної недостатності щитовидна залоза не здатна синтезувати необхідну кількість гормонів. Це є причиною різних форм патологічних станів - недоношування, мертвонародження, токсикозів вагітності, диспепсії, нестачі молока у матерів.
Важкі ступеня йодної недостатності на етапі диференціації ембріона і органогенезу можуть бути причиною незворотних психічних порушень - глухонімоти та кретинізму. Ендемічний кретинізм, що є, на думку багатьох авторів, найбільш важливим аспектом йодної недостатності, з'являється тільки в районах розповсюдження важкого ендемічного зобу. Його частота корелює з важкістю зобної ендемії. Ще в середні століття у високогірних районах Альп були відомі «села дурнів», більшість жителів яких страждало кретинізмом. Раніше вважалося, що в таких селах «править бал сатана». Справжні причини цього явища були встановлені французьким ученим шатеном в середині дев'ятнадцятого століття. Він же запропонував використовувати препарати йоду для профілактики кретинізму і лікування ендемічного зобу. Однак ця проблема не вирішена в світовому масштабі до цих пір. Районами сучасного поширення кретинізму є Австрія, Еквадор, Пакистан, Філіппіни, Папуа - Нова Гвінея і деякі інші [Де Мейєр та ін, 1981].
Кретинізм є крайньою формою прояву йодної недостатності. Проте достовірно встановлено, що менш виражений ступінь йодної недостатності також викликає затримку психомоторного розвитку, але без класичної картини ендемічного кретинізму. Число таких хворих та їх значення з соціально-економічної точки зору вище числа і значення хворих справжнім типовим ендемічним кретинізмом [Stanbury, 1971]. У дорослих при йодної недостатності порушення обміну речовин призводять до різкого зниження фізичної та розумової працездатності.
Такий далеко не повний огляд специфічних фізіологічних функцій сполук йоду в організмі людини. Ще раз підкреслимо, що ці функції не можуть взяти на себе ніякі інші хімічні елементи та з'єднання. Проте є інша область фізіологічної активності йоду і деяких його сполук. Мова йде про токсичність позитивно поляризованого одновалентного йоду в першу чергу для бактерій, грибів і деяких інших мікроорганізмів.
Застосування йоду в якості антисептика було розпочато великим російським хірургом Н.І. Пироговим ще в середині дев'ятнадцятого століття. Сто років тому п'ятивідсотковий спиртовий розчин молекулярного йоду був запропонований німецьким хірургом Гроссиха як антисептичний засіб для обробки операційного поля і рук хірурга. Настоянка йоду не втратила свого значення в якості дезинфікуючого засобу до теперішнього часу.
Антимікробними властивостями володіють тільки з'єднання позитивно поляризованого одновалентного йоду - однохлористого йод, вільний молекулярний йод, а також його комплексні з'єднання з небілковими полімерами. Інші форми йоду є нетоксичними та антимікробну дію не володіють [Мохнач, 1968; Мохнач, 1974]. Йодиди не роблять дратівної дії на шкіру та слизові оболонки тварин і людини, вони не мають антибактеріальну, антивірусним і антимікотичним дією. Йод у формі йодиду нетоксичний при прийомі всередину до 50 г . Йодати також не володіють ні токсичністю, ні антимікробну дію.
На противагу цьому з'єднання позитивно поляризованого одновалентного йоду викликають суттєві необоротні зміни в клітинах. Проникаючи крізь клітинну мембрану, вони викликають пошкодження мітохондрій і окислення сульфгідрильних груп у молекулах ферментів, що приводить до їх інактивації. Цитотоксичну дію сполук позитивно поляризованого одновалентного йоду посилюється пошкодженням клітинних мембран через зв'язування йоду їх ліпідними і ліпопротеїдні компонентами. Провідним механізмом тут, мабуть, є електрофільне приєднання йоду до кратних зв'язків вуглець - вуглець в ненасичених фрагментах молекул ліпідів.
Активною формою йоду може бути йодноватістая кислота та / або гіпойодіт-іон. Непрямим підтвердженням цього припущення служить факт прояву аналогічною або навіть сильнішою цитотоксичної активності сполуками хлору та брому, що містять позитивно поляризований одновалентних атом галогену. Прямі докази - сильніша в порівнянні з молекулярним йодом біологічна активність комплексних сполук йоду з крохмалем, амілози і полівініловим спиртом. У розчинах цих сполук не виявляється ні йодид-іон, ні молекулярний йод, але присутні гіпойодіт-іон і йодноватістая кислота в значних концентраціях.
Так як позитивно поляризований одновалентних йод володіє сильним цитотоксическим дією, його сполуки отруйні для рослин, тварин і людини. У пароподібному стані чистий молекулярний йод має різким запахом, схожим на запах інших галогенів. Пари йоду роблять сильний роз'їдаюче дію на слизові оболонки дихальних шляхів, викликаючи кашель, нежить, сльозотеча, ураження привушної залози, запаморочення, запалення лобових пазух, тимчасове оглушення. Людина не відчуває дискомфорту при концентрації йоду в повітрі не вище 0,001 мг / л. При концентрації парів йоду в приміщенні близько 0,0015 - 0,002 мг / л робота ускладнена, а при 0,003 мг / л - неможлива. Вдихання парів молекулярного йоду в кількості більше 18 мг / кг смертельно. Гранична концентрація парів йоду в повітрі робочої зони - 1 мг/м3.
При прийомі всередину молекулярного йоду в токсичних кількостях (2 - 3 г ) Швидко розвиваються симптоми гострого отруєння, перш за все з боку шлунково-кишкового тракту внаслідок прижигающего дії йоду на слизові оболонки - буре забарвлення язика і слизової порожнини рота і глотки. Раннім симптомом є блювота, блювотні маси мають специфічний запах і коричневу або блакитного забарвлення (за наявності в шлунковому вмісті крохмалю). Потім виникають різі в животі, пронос, часто кривавий, підвищення температури тіла, збудження центральної нервової системи. Смерть настає при явищах гострого гастриту, набряку легенів, аспіраційної пневмонії і різкого пригнічення центральної нервової системи.
Хронічна інтоксикація парами молекулярного йоду викликає катаральні явища з боку слизових оболонок (сльозотеча, нежить, кашель). Характерними ознаками отруєння є нудота, блювота, головні болі, висип. При попаданні на шкіру молекулярний йод може викликати дерматити. У важких випадках можливий розвиток специфічного ураження шкіри - йододерма.
Допомога при отруєнні молекулярним йодом включає в себе заходи щодо запобігання набряку легенів, зниження концентрації елемента в рідинах організму і перекладу йоду з токсичної форми в неактивну, тобто відновлення його до йодид-іона. Для профілактики набряку легенів потерпілому забезпечують повний спокій, зігрівання тіла, проводять інгаляцію кисню. Для зв'язування йоду призначають рясне пиття рідкого крохмального клейстеру, активованого вугілля у водному суспензії, молока. Для відновлення йоду до нетоксичного йодид-іона застосовують інгаляцію п'ятивідсоткового розчину тіосульфату натрію, внутрішньовенно вводять 30 - 50 мл 10-20%-ного розчину. При попаданні йоду в шлунок проводять його промивання 1 - 3%-ним розчином тіосульфату натрію, а також полоскання рота, носа і горла 2%-ним розчином бікарбонату натрію.
Антибактеріальна та протигрибкова активність йодполімерних комплексів опинилася в 2 - 8 разів вище, ніж в розчинів молекулярного йоду в йодистим калії. З трьох досліджених йодполімерних комплексів найбільший ефект виявила йодамілоза, активність йодкрахмала і комплексу йоду з полівініловим спиртом у середньому була практично однакова. До деяких мікроорганізмів активність йодкрахмала була трохи вищою, ніж комплекс йоду з полівініловим спиртом, до деяких - навпаки. Дослідження виявили три чудові особливості комплексів йоду з високополімера: по-перше, йодорганіческіе сполуки мають більш широкий антимікробний спектр дії у порівнянні з антибіотиками і сульфаніламідами - вони з однаковою ефективністю придушували як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії, а також грибкову мікрофлору, в той час як більшість антибіотиків і сульфаніламідів зовсім неактивні по відношенню до двох останніх, по-друге, жодного разу не спостерігалося поява стійких до йодполімерним комплексам штамів мікроорганізмів, чого не можна сказати про антибіотики, по-третє, йодполімерние комплекси не надавали прижигающего, подразнюючої та токсичної дії ні на окремі тканини та органи, ні на організм тварин і людини в цілому, навіть у концентраціях, у десятки разів перевищують терапевтичні. Ці властивості дозволили створити на основі йодполімерних комплексів антимікробні засоби широкого спектру дії, з успіхом застосовуються як у медицині, так і у ветеринарії [Мохнач, 1968, 1974].
Людина розумна не є єдиним видом, для якого йод є життєво необхідний мікроелемент. В організмі хребетних тварин йод виконує ті ж функції, що і в організмі людини. Тварини, в тому числі і сільськогосподарські, настільки ж чутливі до нестачі йоду, як і людина. При нестачі йоду в організмі тварини порушується біосинтез тиреоїдних гормонів, що призводить до зниження інтенсивності окисно-відновних процесів, газообміну, порушується білковий і вуглеводний обмін. Наслідком цих порушень є народження ягнят, поросят, телят із зобом, слабких лошат; знижується якість і настриг вовни у овець. У корів знижується продуктивність, вміст жиру в молоці, вага і вгодованість тварин.

Висновок
Наостанок зазначимо еволюцію ролі йоду в сільському господарстві.
До початку двадцятого століття йод не вважався необхідним елементом живлення для рослин, що було пов'язано як з недостатнім розумінням ролі мікроелементів в життєдіяльності рослин, так і з відсутністю експериментального матеріалу з накопичення йоду рослинами. Крім того, надходження йоду в наземні рослини з атмосфери маскувало необхідність присутності його в грунті.
У середині століття Льюіс і Пауерc, провівши досліди з ретельно очищеними реактивами і водою, прийшли до висновку, що йод не є необхідним елементом (або потреби в ньому дуже низькі) для кукурудзи, ячменю, латуку. Поряд з цим вони визнали, що рослини можуть задовольняти свої потреби в йоді з атмосфери. Гіпотеза про неессенціальності йоду підкріплювалася відсутністю його в складі таких високоактивних сполук, як ферменти, вітаміни, рослинні гормони. Йод і його сполуки мають значної токсичністю при надмірній концентрації у живильному середовищі. Всі ці факти приводили деяких авторів до висновку про непотрібність йоду для рослин [Школяр, 1974; Кашин, 1987].
Останнім часом розвиваються уявлення про те, що необхідними слід вважати елементи, не тільки що входять до складу гормонів і ферментних комплексів, а й ті, які пов'язані з неспецифічною активацією ензиматичних систем, беруть участь у метаболізмі, входять в структурні компоненти клітини, здійснюють підтримку біологічно активного конформаційного стану молекул, викликають зміну електронної структури субстрату [Власюк, 1974; Власюк та ін, 1983].
Досліди з водоростями, томатами, а також з ізольованими органами наземних рослин [Портянко, 1980] показують, що необхідність йоду виявляється перш за все для тих видів та органів, які відрізняються підвищеним вмістом цього мікроелемента. Це свідчить про те, що йод у них тісно пов'язаний з обміном речовин та виключення його із поживного середовища призводить до порушення нормального ходу фізіологічних процесів [Школяр, 1974].
Всебічне вивчення функцій йоду в рослинах було проведено вітчизняними вченими М.В. Єфімовим, В.К. Кашин, В.Ф. Портянко, Ю.А. Потатуевой. Цими дослідженнями встановлено, що йод у рослинах знаходиться у складі структурних компонентів клітини і бере участь у найважливіших метаболічних процесах - азотному і водному обмінах, диханні і фотосинтетичної діяльності. На підставі наявних в даний час фактів про включення йоду до складу структурних сполук протоплазми клітин і про його суттєвий вплив на процеси обміну речовин у рослин в умовах його нестачі у зовнішньому середовищі можна зробити висновок про фізіологічну необхідність йоду для рослин.

Список джерел літератури
1. Бута А. М. Ендемічний зоб і дефіцит йоду в Дагестані / / Вісн. Дагест. наук. Київ, 1965.
2. Власюк П. А. Мікроелементи в обміні речовин та продуктивності рослин. М.: Хімія, 1974. - 208 с.
3. Де Мейєр Є.М., Лоуенстейн Ф.У., Тійі К.Г. Боротьба з ендемічним зобом. ВООЗ. Женева, 1981
4. Кашин В.К. Біогеохімія, фітофізіолог та агрохімія йоду Л.: Наука, 1987. - 261 с.
5. Мохнач В.О. Йод і проблеми життя. Л., 1974. 254 с.
6. Мохнач В. О. Теоретичні основи біологічної дії галоїдних сполук. Л., 1968 р., 298 с.
7. Неніцеску К., Загальна хімія, Світ, М., 1968, 456 с.
8. Портянко В.Ф. Антагонізм галогенів та їх поглинання рослинами з навколишнього середовища / / Мікроелементи в навколишньому середовищі. Київ: Наук. думка, 1980
9. Школяр М.Я. 1974. Мікроелементи в житті рослин. Л.: Наука. 330 з.
10. Stahdbury JB. Endemic goiter Adapt. 1971.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
77.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізико-хімічні властивості йоду та його сполук
Фізико-хімічні властивості бензину
Фізико хімічні властивості бензину
Склад та фізико хімічні властивості молока
Фізико-хімічні властивості міді та заліза
Склад і фізико-хімічні властивості молока
Фізико хімічні властивості міді та заліза
Кристалоквазіхімія дефектів Фізико хімічні властивості легованих к
Фізико-хімічні та механічні властивості діелектриків та їх класифікація
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru