Het element jood

Jood is een scheikundig element met symbool I en atoomnummer 53. Het symbool bevindt zich in de groep VIIa (7) (halogenen) van het PS. De enkelvoudige stof bij n.o. is violet-zwart met een zekere metaalglans. Het niet-metaal bestaat uit I₂ (dijood)-moleculen.

Ontdekking

Bernard Courtois

Jood werd in 1811 ontdekt door de Franse wetenschapper Bernard Courtois. Hij was de zoon van een salpeterproducent (kaliumnitraat, essentieel onderdeel van buskruit). Rond die tijd was Frankrijk verzeild geraakt in meerdere oorlogen en de vraag naar buskruit was groot. Salpeter werd gewonnen uit zeewier dat werd gedroogd, verbrand en de as werd vervolgens gewassen met water. Om de salpeter verder te zuiveren werden zuren toegevoegd (zoutzuur of zwavelzuur).

Humphry Davy

Op een dag voegde Courtois een overmaat zuur toe waarbij een paarse dampwolk opsteeg. Het viel Courtois op dat de damp neersloeg op koude oppervlakken en daarbij donkere kristallen vormde. Hij vermoedde een onbekend element te hebben ontdekt, maar beschikte niet over voldoende middelen om verder onderzoek te verrichten. Wel gaf Courtois monsters aan enkele vrienden van hem waaronder Joseph Louis Gay-Lussac en André-Marie Ampère. Ampère had een deel van zijn monster aan Humphry Davy gegeven die na enkele experimenten opmerkte dat het een nieuw element was dat veel overeenkomsten vertoonde met chloor. In ieder geval is Courtois diegene die jood als eerste isoleerde.

Naam

De naam is afkomstig van het Griekse Iodes, wat violet betekent. Deze naam is in 1813 gegeven door Guy Lussac vanwege de violette kleur van dijood (damp en kristallen).

Voorkomen

Jood komt in de aardkorst (tot 16 km diepte) in geringe hoeveelheden (ca. 5.10^-5 massa%) voor. Het is het 59ste element in rangorde van voorkomen. Het komt voor in de vorm van opgeloste jodiden in zeewater (2 mg per liter) en als natrium- en magnesiumjodide in zeewier. Verder komt het voor in Chilisalpeter (als natriumjodaat (levert gemiddeld 4g/kg I₂)), in aardlagen (als de ertsen jodyriet of joodargyriet (AgI), lautariet (Ca(IO₃)₂) en enkele andere mineralen. Ook komen joodverbindingen voor in steenkool.

Isotopen

Isotoop	%	x
¹²⁵Cl	synthetisch	59,408 d halveringstijd
¹²⁷Cl	100	stabiel met 18 neutronen
¹²⁹Cl	synthetisch	1,57.10⁷ j halveringstijd

Naast de enige stabiele jodium isotoop (¹²⁷I), zijn er ongeveer 30 radioactieve isotopen bekend. De kunstmatig verkregen isotoop ¹³¹I met een halfwaardetijd van 8 dagen wordt toegepast in kankeronderzoek en ter behandeling van een te snel werkende schildklier (Hyperthyroïdie).
Binnen de radiotherapie gebruikt men het isotoop ¹²⁵I voor zeer lokale behandeling. Tientallen kleine bronnetjes worden gelijkmatig in een volume (bijv. de prostaat) geïmplanteerd.
Het isotoop ¹²⁹I met een halfwaardetijd van ruim 15 miljoen jaar is het product dat ontstaat uit het verval van ¹²⁹Xe dat in de atmosfeer voorkomt. Daarnaast kan deze isotoop ontstaan uit de splijting van ²³⁸U.

Dijood - I₂

Vast dijood is de verschijningsvorm van de enkelvoudige stof bij de hier op aarde heersende temperatuur en druk.

Fysische eigenschappen

Het is een vaste violet-zwarte stof met een zekere metaalglans. Dijood (apolaire stof) is zeer weinig oplosbaar in water, maar goed in apolaire oplosmiddelen (CCl₄ , CS₂ , CHCl₃ , e.a.). De dijoodmolecule is sterk polariseerbaar, d.w.z. dat de elektronenwolk in een elektrisch veld een vervorming ondergaat, waardoor de ladingsmiddelpunten niet meer samenvallen en er een dipoolmoment ontstaat. Als gevolg van deze polarisatie in het elektrisch veld van het jodide-ion, zelf sterk deformeerbaar, addeert zich een dijoodmolecule aan dat jodide-ion met vorming van het trijodide ion (I₃^-). De oplosbaarheid van dijood in water neemt daardoor sterk toe door toevoeging van KI. Deze oplossingen zijn donkerbruin gekleurd. Het smeltpunt bedraagt 113,5 °C en de stof heeft een dichtheid van r = 4930 kg/m³. Het dijood verdampt reeds merkbaar bij kamertemperatuur, het heeft nochtans geen echte sublimatietemperatuur. De jooddampen bestaan uit dijoodmoleculen en zijn violet gekleurd, hebben een eigenaardige reuk en zijn in geringe hoeveelheden niet hinderlijk noch gevaarlijk. In grotere concentraties zijn ze irriterend voor ogen en slijmvliezen.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in de VS (o.a. Michigan-ondergronds bassin en Californië), Indonesië (Java), Japan (bronnen), de voormalige Soviet-Unie, Chili (chilisalpeter), Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk (uit zeewater en zeewier).

Bereiding

In het labo kan dijood uit jodiden worden vrijgesteld met behulp van een berekende hoeveelheid oxidator (MnO₂ , HCl + KClO₃ , Cr₂O₇^2- + zuur).
2 I^- + 4 H⁺ + MnO₂ I₂ + 2 H₂O + Mn²⁺
Men vermijdt een overmaat oxidator wegens mogelijke oxidatie tot jodaat.

Industriële productie

Reductie van jodaten met sulfiet

2 H⁺ + 2 IO₃^- + 5 HSO₃^- I₂ + 5 HSO₄^- + H₂O

Leiden van dichloor in een jodide-oplossing

Cl₂ + 2 I^- I₂ + 2 Cl^-

Chemische eigenschappen

Kleine hoeveelheden dijood vormen met een colloïdale zetmeeloplossing een intens blauwe kleur. Op deze eigenschap steunt de jodometrie.

De chemische eigenschappen van dijood zijn te vergelijken met deze van dibroom en dichloor, doch zwakker. Het dijood is minder reactief. Het is een zwakker oxidator dan dichloor en dibroom en kan door sterkere oxidatoren rechtstreeks geoxideerd worden tot jodaat.

Bijv.

Door een permanganaatoplossing in zwak zuur midden wordt het geoxideerd tot jodaat.

10 MnO₄^- + 3 I₂ +4 H⁺ 10 MnO₂ + 6 IO₃^- + 2 H₂O

Toepassingen

Dijood kent velerlei toepassingen van zeer uiteenlopende aard. Ziehier een greep.

Als ontsmettigsmiddel voor wonden en bij operaties wordt joodtinctuur gebruikt. Het is een mengsel van water (47,5 massa%), ethanol (48,0 massa%), dijood (2,0 massa%) en NaI (2,5 massa%).
Omdat dijood bij het gebruik in wonden een bijtende werking heeft, wordt meestal betadine als desinfectiemiddel gebruikt. Een nadeel is ook dat een met joodtinctuur behandelde wonde niet mag worden afgedekt. Betadine is een stof, waarbij de I₂-moleculen zijn opgeborgen in polyvinyl-pyrrolidon of polydon. Bij contact met water komt een bepaalde hoeveelheid dijood vrij. De door de micro-organismen verbruikte dijood wordt weer aangevuld, zodat er een vrij constante hoeveelheid dijood in de oplossing aanwezig is. Vanwege het uitblijven van irritaties, is de toepasbaarheid van betadine veel groter dan van de klassieke joodtinctuur. De NASA koos voor dit antisepticum bij de Apollo-, Skylab- en Spaceshuttle-projecten.
In het zout kaliumjodide vindt jood toepassing in de fotografie bij het ontwikkelen van foto's. Maar ook AgI en NH₄I vinden we in de fotografie terug.
Wolfraamjodide wordt gebruikt in gloeilampen om de gloeidraad beter bestand te maken tegen hoge temperaturen.
Stikstoftrijodide is een zeer instabiel en explosief.
Ter preventie van schildklierhypertrofie wordt aan keukenzout een kleine hoeveelheid van een jodide toegevoegd. Bakkerszout is daarvan een voorbeeld. Men spreekt van JOZO. Het jodium gehalte van JOZO bedraagt ca. 0,0026 massa %)
Katalysator bij de bereiding van synthetische rubber(TiI₄)
Pacemaker-batterijen bevatten Ag/RbAg₄I₅/RbI₃ en Li/LiI/PbI₂
Een oplossing van dijood kleurt zetmeel blauw en wordt wel gebruik om aanwezigheid ervan aan te tonen.
Toevoegsel aan dierenvoeding NaI , KI , Ca(IO₃)₂ of Ca(IO₄)₂
Kleuring van textiel met NaIO₃
Jodiumtablet tegen radioactieve straling. Jodide of jodaat verzadigt de schildklier met jood, zodat de inbouw van radioactief jood wordt tegengegaan.
Als insecticide (acaracide) o.a. veel gebruikt in pakhuizen en stallingen.

Jood en ons lichaam

Functie

De enige gekende rol van jood in het menselijk lichaam is die van essentieel onderdeel in de structuur van de schildklierhormonen tetra-joodthyronine (T4) en tri-joodthyronine (T3). Deze hormonen regelen het metabolisme van alle lichaamscellen, evenals het groeiproces van alle weefsels tijdens de eerste levensfase, in het bijzonder de groei van de hersenen.

Voeding

Jood komt in kleine hoeveelheden voor in levensmiddelen. Het zit o.m. in zeevis, schaal- en schelpdieren, vlees, broodproducten en een beetje in melkproducten. In sommige landen wordt het zout en/of het brood verrijkt met jood. In België is dit niet het geval.

Behoefte

Uit voedingsbalansen is afgeleid dat de joodbehoefte bij zuigelingen 10 à 15 µg per kg lichaamsgewicht per dag bedraagt. Bij de prematuur bedraagt de behoefte 30 µg per kg per dag, zodat vanaf de geboorte en tot de leeftijd van 6 jaar een opname van 90 µg per dag wordt aangeraden. Er is eensgezindheid om een opname van 120 µg per dag aan te bevelen voor de leeftijdsgroep van 7 tot 10 jaar. Voor adolescenten en volwassenen bedraagt de aanbevolen hoeveelheid 150 µg per dag. Tijdens de zwangerschap en de borstvoeding is 200 µg per dag nodig. Een ernstig tekort aan jood veroorzaakt hypothyroïdie (vergroting van de schildklier), wat leidt tot een algemene vertraging van het weefselmetabolisme. Indien het tekort zich voordoet tijdens het foetaal leven en/of tijdens de eerste drie levensjaren kan een groeivertraging van de hersenen optreden met een onomkeerbare mentale achterstand (cretinisme). Als de bevolking aan joodgebrek lijdt, ontwikkelt zich een reeks afwijkingen in de groei en de schildklierfunctie zodat klinische of subklinische hypothyrodie kan voorkomen. Bij ernstig joodtekort kunnen cretinisme, mentale retardatie, vermindering van de vruchtbaarheid en verhoging van de kindersterfte optreden.