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碘   53I
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外观
带金属光泽的紫灰色,蒸汽为紫色
概况
名称·符号·序数 碘(Iodine)·I·53
元素类别 卤素
·周期· 17·5·p
标准原子质量 126.90447
电子排布

[] 4d10 5s2 5p5
2, 8, 18, 18, 7

碘的电子层(2, 8, 18, 18, 7)
历史
发现 伯纳·库图瓦(1811年)
分离 伯纳·库图瓦(1811年)
物理性质
物态 固态
密度 (接近室温
4.933 g·cm−3
熔点 386.85 K,113.7 °C,236.66 °F
沸点 457.4 K,184.3 °C,363.7 °F
三相点 386.65 K(113 °C),12.1 kPa
临界点 819 K,11.7 MPa
熔化热 (I2) 15.52 kJ·mol−1
汽化热 (I2) 41.57 kJ·mol−1
比热容 (I2) 54.44 J·mol−1·K−1

蒸汽压((正交))

压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 260 282 309 342 381 457
原子性质
氧化态 7, 5, 3, 1, -1
(强酸性)
电负性 2.66(鲍林标度)
电离能

第一:1008.4 kJ·mol−1
第二:1845.9 kJ·mol−1

第三:3180 kJ·mol−1
原子半径 140 pm
共价半径 139±3 pm
范德华半径 198 pm
杂项
晶体结构

正交晶系

磁序 抗磁性
电阻率 (0 °C)1.3×107 Ω·m
热导率 0.449 W·m−1·K−1
体积模量 7.7 GPa
CAS号 7553-56-2
最稳定同位素

主条目:碘的同位素

同位素 丰度 半衰期 方式 能量MeV 产物
123I syn 13 d] ε, γ 0.16 123Te
124I syn 4.176 d ε - 124Te
125I syn 59.40 d ε - 125Te
127I 100% 稳定,带74个中子
129I 痕量 1.57×107 d β 0.194 129Xe
131I syn 8.02070 d β, γ 0.971 131Xe
135I syn 6.57 d] β - 135Xe

是一种卤族化学元素,它的化学符号I,它的原子序数是53。

性质[编辑]

物理性质[编辑]

碘可以升华成为紫色的气体。

碘在常温下是紫色的固体,并会释放出紫色的气体。碘会升华,但并不代表碘在常压下并没有液态,其升华的原因是其固相时蒸气压足够。碘在常压下的熔点为摄氏114度。

化学性质[编辑]

碘可以在氢氧化钠溶液中发生自身氧化还原反应。

3I2 + 6NaOH → 5NaI + NaIO3 + 3H2O

和碘化钾进一步反应,产生KI3

氧化性[编辑]

碘是一种温和的氧化剂,可以和一些金属反应,如:

I2 + Mn → MnI2
I2 + Fe → FeI2

也能和一些强还原剂反应,如硫化氢联氨[1]

8 I2 + 8 H2S → 16 HI + S8
2 I2 + N2H4 → 4 HI + N2

还原性[编辑]

碘和强氧化剂反应,可以被还原,如:

I2 + Cl2 → 2 ICl

氯气过量,可以进一步反应,生成三氯化碘

ICl + Cl2 → ICl3

此外,碘还可以被浓硝酸氧化。

发现[编辑]

碘是在1811年被伯纳·库图瓦(Barnard Courtois)在制造硝酸钾时发现的。碘分子酸性环境中比较稳定。

名称由来[编辑]

英文名称Iodine来自希腊文ιώδης,意为靛色紫色日文则音译德文Iod的第一个发音而称之为“沃素”。

用途[编辑]

同位素[编辑]

碘有三十种同位素,其中只有碘-127是稳定的。含放射性的碘-131可以用来治疗癌症,例如乳癌。

对人体的影响[编辑]

人类营养问题[编辑]

碘是人体必需的元素,用以制造甲状腺素以调控细胞代谢、神经性肌肉组织发展与成长(特别是在出生胎儿的脑部)[2]。碘缺乏症[3]是造成可避免性脑损害疾病最常见的因素,全世界估计有五千万人深受影响。根据英国地质学勘查协会(British geological survey)关于IDD的调查:全球碘摄取不足的人口估计有20亿,其中学龄儿童有2亿8千5百万[4];其中呆小症(cretinism)约570万人,脑部损害(brain damage)2600万人,甲状腺肿(Goiter)6亿5500万人[5];这些人口则主要集中于中非、东南亚、中亚、中欧、东欧等地[6]

碘缺乏[编辑]

怀孕期间严重的碘缺乏会损害胎儿发展,对脑部发育的伤害最为严重,可导致智商明显低落,因为胎儿与新生儿时期神经组织髓鞘化作用最活跃,并且受甲状腺素控制。缺碘严重者造成呆小症(cretinism)、流产、死胎。其他慢性碘缺乏较普遍的影响有神经性肌肉不足、认知低下。初期的临床症状是甲状腺体积增大,因缺碘反而增加甲状腺摄取这血液中的碘的效能,是对缺碘补偿反应,最后会在脖子形成可见的肿块,称甲状腺肿(Goiter),可用触诊或超音波扫描法诊断,这也是世界卫生组织WHO)之国际碘缺乏防治小组所推荐的碘营养评估指标之一。

碘缺乏时会导致TSH升高,这是因为甲状腺素无法合成,又不断利用负回馈机制刺激促甲状腺激素TSH)分泌所造成。

碘过量[编辑]

碘过量会有以下症状:甲状腺炎(thyroiditis)、甲状腺肿(Goiter)、甲状腺机能不足或亢进、乳头状甲状腺癌、过敏反应…。碘摄取过量时,甲状腺机能反而受损,初期反应是血中促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone,TSH)高于正常值;摄取量高达 750 μg/d时,TSH浓度明显上升。由于TSH浓度升高反映甲状腺机能有不足的危险,因此在碘摄取充足条件下,以血浆TSH浓度升高作为碘过量危害之指标,缺碘导致的TSH上升则不列入考虑。

人体含量与分布[编辑]

成人体内约含碘25~36 mg,大部分的碘集中在甲状腺thyroid)内供合成甲状腺素(thyroxine)之用,正常的情况下约有15~20 mg,但在缺碘的情况下则可能少于20 μg。人体内的甲状腺素由三碘甲状腺原氨酸(T3,triiodothyronine)与四碘甲状腺原氨酸(T4,tetraiodothyronine)组成,其中碘分别占了59%与65%。除了甲状腺外,其余少部分碘则分布于肌肉、皮肤、血液和中枢神经系统等组织中。

吸收、储存与排泄[编辑]

摄取进体内的碘有的是和氨基酸结合;或是以游离状态如碘酸根(IO3)以及碘离子(I)形式存在。碘酸根在人体内可被谷胱甘肽还原成碘离子。碘离子的形式在人体的吸收效率很好,大部分都能在消化道被吸收。而和氨基酸结合以及其他有机形式的碘也能被吸收,但效率较差。吸收之碘以碘离子(I)状态存在血中,送至甲状腺储存,以用来合成甲状腺素。食物中的甲状腺素T4及T3可直接吸收,因此医药上能直接口服T4,作为缺乏甲状腺素的治疗方式。

因为肾脏没有保留碘离子的机制,多余的碘多从尿液排出,少数从粪便以及汗水排出。

生理与生化功能[编辑]

甲状腺激素合成过程图解

碘最主要的功能即是合成甲状腺素。甲状腺素是一种重要的荷尔蒙,主要功能是促进代谢,刺激组织生长、成熟和分化,加快心跳,增加心输出量等。许多其他荷尔蒙需要协同甲状腺素才能达到有效的作用,例如在幼年发育过程中,生长激素和甲状腺素共同作用才能使幼童正常生长发育。甲状腺素有thyroxine(T4)和triiodothyronine(T3)两种形式,血中以T4浓度较高,但活性以T3较高。另有一种reverse T3(rT3),是不具活性的代谢产物。不同的脱碘酶(5'-deiodinase、5-deiodinase)可将T4转换成T3以及rT3,借此调控甲状腺素在体内的活性。

甲状腺由许多囊泡组成,内充满胶状蛋白质,囊泡外围是一层甲状腺细胞。甲状腺细胞将碘离子经由 钠钾泵,消耗ATP,送到细胞内并氧化成碘(I)。接着碘和甲状腺球蛋白(thyroglobulin)上的酪氨酸残基结合,形成monoiodotyrosine(MIT),再加上一个碘则形成diiodotyrosine(DIT)。在囊泡中,两个DIT偶合形成T4<图>;DIT和MIT偶合则形成T3<图>。此时T4以及T3都还结合在甲状腺球蛋白上,等到要释出的时候,整个复合体会送到甲状腺细胞,甲状腺球蛋白会在细胞中被水解,T4以及T3便可被释放到血液中。血液中,T4和T3大多结合在运输蛋白上,送到目标组织,进入目标细胞的细胞核中,促进或抑制基因表现,达到控制细胞生长代谢的目的。

食物来源[编辑]

人体所需的碘大部分来自饮食,诸如:海苔、海带、龙虾、贝类、绿色蔬菜、蛋类、乳类、谷类等[7],其中以海带、海藻等食物含碘量最为丰富。预防碘之缺乏可采取食品加碘强化的措施,在食盐中添加适量之碘化钾(potassium iodide)、碘酸钾(potassium iodate)等来补充碘的摄取。世界卫生组织建议每千克食盐可添加20至40毫克碘质。国际食品法典委员会Codex Alimentarius Commission)的食盐标准中有关碘化食盐(iodinated salt),建议各国卫生当局应评估当地碘质缺乏的情况,以制订食盐中最高及最低的含碘量。WHO/FAO食品添加物联合专家委员会(JECFA)评估了碘的安全性,建议碘的暂定每日最高容许摄入量为每公斤体重17 μg。

需要量评估方法[编辑]

  • 尿液碘排泄量:
尿液碘排泄量是最合理实用的碘营养指标。人体饮食摄取之碘主要由尿液排出体外,故由尿碘浓度与体重及常数0.0235之乘积,可以推算出每日碘的摄取量。另外,尿碘量能反映近期数日之碘营养状况,一般来说尿碘浓度与碘的关系如下:人体正常碘尿浓度约为100-200μg/L,当碘尿浓度小于100μg/L时,则表示缺乏危险升高,小于20μg/L则表示严重缺乏。
  • 甲状腺体积:
甲状腺体积可以颈部触诊法诊断,依肿大程度分级,第一级为触诊可判断但无法目测,第二级则可以目测,但精确的体积测量需用超音波法。当甲状腺体积肿大,则表示碘的缺乏。一般成人预防甲状腺肿之最低碘摄取量约70μg/d。
  • 甲状腺碘的新陈代谢速率:
甲状腺碘的新陈代谢速率也可以用来估算碘之生理需要量。甲状腺获碘能力可以由口服或注射放射性碘(I131)被甲状腺保留之比例来评估,24小时之正常值约为5–20%,但当人体缺碘时比例会增高,而碘充足时比例则减少。一般成人甲状腺碘的获取量约为91.2-96.5μg/d。
血清促甲状腺激素是反映个人甲状腺机能的最佳指标,最常用在新生儿先天性甲状腺机能低下症congenital hypothyroidism)的筛检。其正常浓度0.5-5mU/L,碘缺乏时浓度升高,同时对甲状腺释放激素(thyroid releasing hormone , TRH)的反应也增强。

建议摄取量[编辑]

因碘无法长久储存于身体中,故每天皆需摄取少量的碘。建议每天碘的摄取量如下:0~7岁约90μg;7~12岁约120μg;12岁以上约150μg,怀孕及哺乳妇女不仅需要满足自己的机体需要,还要满足胎儿发育所需,如缺碘易造成胎儿生长缓慢、智力异常,故所需摄取量较一般成人高约200μg。

碘的建议摄取量会受碘的吸收量而有所增减,一般而言无机态碘化合物的吸收率通常90%以上。

有些食物含有甲状腺肿素(goitrogens),会干扰甲状腺素合成与利用,例如:树薯中亚麻苦甘(linamarin)代谢生成的硫氰化合物;十字花科植物Brassicaceae),如:高丽菜。受污染河井的腐质物、含碘量高之放射显影剂、食品添加物、药物、皮肤或口腔除臭剂、水净化剂等等也可能干扰碘的利用。

碘摄取过量对身体有害,每天1500μg 对成人有害,故订有碘的上限摄取量(tolerable upper intake levels,UL)。1~3岁孩童为200μg,4~6岁为300μg,7~9岁为400μg,10~12岁为600μg,13~15岁为800μg,16岁之后则均为1000μg。怀孕期和哺乳期因为对碘耐受力并不改变,故也以1000μg/d为上限摄取量。至于0~12个月婴儿则不订定上限摄取量,因为其碘来源应限于母乳、婴儿配方与日用食物。

参考[编辑]

  1. ^ Glinka, N. L. General Chemistry 2. Mir Publishing. 1981. 
  2. ^ Gropper SS, Groff JL, et al. (2005)Advanced Nutrition and Human Metabolism, 4th ed., pp. 468-473. Wardswirth, ISBN 0-534-55986-7
  3. ^ iodine deficiency disorder, IDD
  4. ^ http://www.scielosp.org/img/revistas/bwho/v83n7/a12tab04.gif
  5. ^ http://www.bgs.ac.uk/dfid-kar-geoscience/idd/problem.htm
  6. ^ http://www.who.int/vmnis/iodine/status/summary/severity_color.pdf
  7. ^ http://www.item.org.hk/trad/element/iodine.html