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碘   53I
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外觀
帶金屬光澤的紫灰色,蒸汽為紫色
概況
名稱·符號·序數 碘(Iodine)·I·53
元素類別 鹵素
·週期· 17·5·p
標準原子質量 126.90447
電子排布

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

碘的電子層(2, 8, 18, 18, 7)
歷史
發現 伯納·庫圖瓦(1811年)
分離 伯納·庫圖瓦(1811年)
物理性質
物態 固態
密度 (接近室溫
4.933 g·cm−3
熔點 386.85 K,113.7 °C,236.66 °F
沸點 457.4 K,184.3 °C,363.7 °F
三相點 386.65 K(113 °C),12.1 kPa
臨界點 819 K,11.7 MPa
熔化熱 (I2) 15.52 kJ·mol−1
汽化熱 (I2) 41.57 kJ·mol−1
比熱容 (I2) 54.44 J·mol−1·K−1

蒸汽壓((正交))

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 260 282 309 342 381 457
原子性質
氧化態 7, 5, 3, 1, -1
(強酸性)
電負性 2.66(鮑林標度)
電離能

第一:1008.4 kJ·mol−1
第二:1845.9 kJ·mol−1

第三:3180 kJ·mol−1
原子半徑 140 pm
共價半徑 139±3 pm
范德華半徑 198 pm
雜項
晶體結構

正交晶系

磁序 抗磁性
電阻率 (0 °C)1.3×107 Ω·m
熱導率 0.449 W·m−1·K−1
體積模量 7.7 GPa
CAS號 7553-56-2
最穩定同位素

主條目:碘的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
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% 穩定,帶74個中子
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

是一種鹵族化學元素,它的化學符號I,它的原子序數是53。

性質[編輯]

物理性質[編輯]

碘可以升華成為紫色的氣體。

碘在常溫下是紫色的固體,並會釋放出紫色的氣體。碘會昇華,但並不代表碘在常壓下並沒有液態,其昇華的原因是其固相時蒸氣壓足夠。碘在常壓下的熔點為攝氏114度。

化學性質[編輯]

碘可以在氫氧化鈉溶液中發生自身氧化還原反應。

3I2 + 6NaOH → 5NaI + NaIO3 + 3H2O

和碘化鉀進一步反應,產生KI3

氧化性[編輯]

碘是一種溫和的氧化劑,可以和一些金屬反應,如:

I2 + Mn → MnI2
I2 + Fe → FeI2

也能和一些強還原劑反應,如硫化氫聯氨[1]

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

還原性[編輯]

碘和強氧化劑反應,可以被還原,如:

I2 + Cl2 → 2 ICl

氯氣過量,可以進一步反應,生成三氯化碘

ICl + Cl2 → ICl3

此外,碘還可以被濃硝酸氧化。

發現[編輯]

碘是在1811年被伯納·庫圖瓦(Barnard Courtois)在製造硝酸鉀時發現的。碘分子酸性環境中比較穩定。

名稱由來[編輯]

英文名稱Iodine來自希臘文ιώδης,意為靛色紫色日文則音譯德文Iod的第一個發音而稱之為「沃素」。

用途[編輯]

同位素[編輯]

碘有三十種同位素,其中只有碘-127是穩定的。含放射性的碘-131可以用來治療癌症,例如乳癌。

對人體的影響[編輯]

人類營養問題[編輯]

碘是人體必需的元素,用以製造甲狀腺素以調控細胞代謝、神經性肌肉組織發展與成長(特別是在出生胎兒的腦部)[2]。碘缺乏症[3]是造成可避免性腦損害疾病最常見的因素,全世界估計有五千萬人深受影響。根據英國地質學勘查協會(British geological survey)關於IDD的調查:全球碘攝取不足的人口估計有20億,其中學齡兒童有2億8千5百萬[4];其中呆小症(cretinism)約570萬人,腦部損害(brain damage)2600萬人,甲狀腺腫(Goiter)6億5500萬人[5];這些人口則主要集中於中非、東南亞、中亞、中歐、東歐等地[6]

碘缺乏[編輯]

懷孕期間嚴重的碘缺乏會損害胎兒發展,對腦部發育的傷害最為嚴重,可導致智商明顯低落,因為胎兒與新生兒時期神經組織髓鞘化作用最活躍,並且受甲狀腺素控制。缺碘嚴重者造成呆小症(cretinism)、流產、死胎。其他慢性碘缺乏較普遍的影響有神經性肌肉不足、認知低下。初期的臨床症狀是甲狀腺體積增大,因缺碘反而增加甲狀腺攝取這血液中的碘的效能,是對缺碘補償反應,最後會在脖子形成可見的腫塊,稱甲狀腺腫(Goiter),可用觸診或超音波掃描法診斷,這也是世界衛生組織WHO)之國際碘缺乏防治小組所推薦的碘營養評估指標之一。

碘缺乏時會導致TSH升高,這是因為甲狀腺素無法合成,又不斷利用負回饋機制刺激促甲狀腺激素TSH)分泌所造成。

碘過量[編輯]

碘過量會有以下症狀:甲狀腺炎(thyroiditis)、甲狀腺腫(Goiter)、甲狀腺機能不足或亢進、乳頭狀甲狀腺癌、過敏反應…。碘攝取過量時,甲狀腺機能反而受損,初期反應是血中促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone,TSH)高於正常值;攝取量高達 750 μg/d時,TSH濃度明顯上升。由於TSH濃度升高反映甲狀腺機能有不足的危險,因此在碘攝取充足條件下,以血漿TSH濃度升高作為碘過量危害之指標,缺碘導致的TSH上升則不列入考慮。

人體含量與分布[編輯]

成人體內約含碘25~36 mg,大部分的碘集中在甲狀腺thyroid)內供合成甲狀腺素(thyroxine)之用,正常的情況下約有15~20 mg,但在缺碘的情況下則可能少於20 μg。人體內的甲狀腺素由三碘甲狀腺原氨酸(T3,triiodothyronine)與四碘甲狀腺原氨酸(T4,tetraiodothyronine)組成,其中碘分別佔了59%與65%。除了甲狀腺外,其餘少部分碘則分布於肌肉、皮膚、血液和中樞神經系統等組織中。

吸收、儲存與排泄[編輯]

攝取進體內的碘有的是和胺基酸結合;或是以游離狀態如碘酸根(IO3)以及碘離子(I)形式存在。碘酸根在人體內可被穀胱甘肽還原成碘離子。碘離子的形式在人體的吸收效率很好,大部分都能在消化道被吸收。而和胺基酸結合以及其他有機形式的碘也能被吸收,但效率較差。吸收之碘以碘離子(I)狀態存在血中,送至甲狀腺儲存,以用來合成甲狀腺素。食物中的甲狀腺素T4及T3可直接吸收,因此醫藥上能直接口服T4,作為缺乏甲狀腺素的治療方式。

因為腎臟沒有保留碘離子的機制,多餘的碘多從尿液排出,少數從糞便以及汗水排出。

生理與生化功能[編輯]

甲狀腺激素合成過程圖解

碘最主要的功能即是合成甲狀腺素。甲狀腺素是一種重要的荷爾蒙,主要功能是促進代謝,刺激組織生長、成熟和分化,加快心跳,增加心輸出量等。許多其他荷爾蒙需要協同甲狀腺素才能達到有效的作用,例如在幼年發育過程中,生長激素和甲狀腺素共同作用才能使幼童正常生長發育。甲狀腺素有thyroxine(T4)和triiodothyronine(T3)兩種形式,血中以T4濃度較高,但活性以T3較高。另有一種reverse T3(rT3),是不具活性的代謝產物。不同的脫碘酶(5'-deiodinase、5-deiodinase)可將T4轉換成T3以及rT3,藉此調控甲狀腺素在體內的活性。

甲狀腺由許多囊泡組成,內充滿膠狀蛋白質,囊泡外圍是一層甲狀腺細胞。甲狀腺細胞將碘離子經由 鈉鉀幫浦,消耗ATP,送到細胞內並氧化成碘(I)。接著碘和甲狀腺球蛋白(thyroglobulin)上的酪氨酸殘基結合,形成monoiodotyrosine(MIT),再加上一個碘則形成diiodotyrosine(DIT)。在囊泡中,兩個DIT偶合形成T4<圖>;DIT和MIT偶合則形成T3<圖>。此時T4以及T3都還結合在甲狀腺球蛋白上,等到要釋出的時候,整個複合體會送到甲狀腺細胞,甲狀腺球蛋白會在細胞中被水解,T4以及T3便可被釋放到血液中。血液中,T4和T3大多結合在運輸蛋白上,送到目標組織,進入目標細胞的細胞核中,促進或抑制基因表現,達到控制細胞生長代謝的目的。

食物來源[編輯]

人體所需的碘大部分來自飲食,諸如:海苔、海帶、龍蝦、貝類、綠色蔬菜、蛋類、乳類、穀類等[7],其中以海帶、海藻等食物含碘量最為豐富。預防碘之缺乏可採取食品加碘強化的措施,在食鹽中添加適量之碘化鉀(potassium iodide)、碘酸鉀(potassium iodate)等來補充碘的攝取。世界衛生組織建議每千克食鹽可添加20至40毫克碘質。國際食品法典委員會Codex Alimentarius Commission)的食鹽標準中有關碘化食鹽(iodinated salt),建議各國衛生當局應評估當地碘質缺乏的情況,以制訂食鹽中最高及最低的含碘量。WHO/FAO食品添加物聯合專家委員會(JECFA)評估了碘的安全性,建議碘的暫定每日最高容許攝入量為每公斤體重17 μg。

需要量評估方法[編輯]

  • 尿液碘排泄量:
尿液碘排泄量是最合理實用的碘營養指標。人體飲食攝取之碘主要由尿液排出體外,故由尿碘濃度與體重及常數0.0235之乘積,可以推算出每日碘的攝取量。另外,尿碘量能反映近期數日之碘營養狀況,一般來說尿碘濃度與碘的關係如下:人體正常碘尿濃度約為100-200μg/L,當碘尿濃度小於100μg/L時,則表示缺乏危險升高,小於20μg/L則表示嚴重缺乏。
  • 甲狀腺體積:
甲狀腺體積可以頸部觸診法診斷,依腫大程度分級,第一級為觸診可判斷但無法目測,第二級則可以目測,但精確的體積測量需用超音波法。當甲狀腺體積腫大,則表示碘的缺乏。一般成人預防甲狀腺腫之最低碘攝取量約70μg/d。
  • 甲狀腺碘的新陳代謝速率:
甲狀腺碘的新陳代謝速率也可以用來估算碘之生理需要量。甲狀腺獲碘能力可以由口服或注射放射性碘(I131)被甲狀腺保留之比例來評估,24小時之正常值約為5–20%,但當人體缺碘時比例會增高,而碘充足時比例則減少。一般成人甲狀腺碘的獲取量約為91.2-96.5μg/d。
血清促甲狀腺激素是反映個人甲狀腺機能的最佳指標,最常用在新生兒先天性甲狀腺機能低下症congenital hypothyroidism)的篩檢。其正常濃度0.5-5mU/L,碘缺乏時濃度升高,同時對甲狀腺釋放激素(thyroid releasing hormone , TRH)的反應也增強。

建議攝取量[編輯]

因碘無法長久儲存於身體中,故每天皆需攝取少量的碘。建議每天碘的攝取量如下:0~7歲約90μg;7~12歲約120μg;12歲以上約150μg,懷孕及哺乳婦女不僅需要滿足自己的機體需要,還要滿足胎兒發育所需,如缺碘易造成胎兒生長緩慢、智力異常,故所需攝取量較一般成人高約200μg。

碘的建議攝取量會受碘的吸收量而有所增減,一般而言無機態碘化合物的吸收率通常90%以上。

有些食物含有甲狀腺腫素(goitrogens),會干擾甲狀腺素合成與利用,例如:樹薯中亞麻苦甘(linamarin)代謝生成的硫氰化合物;十字花科植物Brassicaceae),如:高麗菜。受污染河井的腐質物、含碘量高之放射顯影劑、食品添加物、藥物、皮膚或口腔除臭劑、水淨化劑等等也可能幹擾碘的利用。

碘攝取過量對身體有害,每天1500μg 對成人有害,故訂有碘的上限攝取量(tolerable upper intake levels,UL)。1~3歲孩童為200μg,4~6歲為300μg,7~9歲為400μg,10~12歲為600μg,13~15歲為800μg,16歲之後則均為1000μg。懷孕期和哺乳期因為對碘耐受力並不改變,故也以1000μg/d為上限攝取量。至於0~12個月嬰兒則不訂定上限攝取量,因為其碘來源應限於母乳、嬰兒配方與日用食物。

參考文獻[編輯]

  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