碘 (I)

發現史

發現: 1811 · Bernard Courtois

碘是由法國化學家貝爾納·庫爾圖瓦於1811年發現的。當時正值拿破崙戰爭，因此法國的硝石（火藥的必須成分）需求量很高。開採硝石需要碳酸鈉，而後者可以從海藻中提取。提取這些碳酸鈉需要先燒掉海藻，再用水洗灰燼，剩餘的廢物可用硫酸銷毀。庫爾圖瓦有一次在銷毀過程中加了太多硫酸，結果產生一團紫色氣體。他注意到這些氣體會在冷的地方結晶，產生深色晶體。庫爾圖瓦懷疑這種物質是新元素，但因缺少經費而沒有進一步研究這種物質。於是，庫爾圖瓦把這種物質給了他的朋友查爾斯·伯納德·德索姆和尼古拉斯·克萊門特，讓他們研究它。他也把這種物質給了約瑟夫·路易·給呂薩克和安德烈-馬里·安培。1813年11月29日，德索姆和克萊門特公開了庫爾圖瓦的發現，並在法蘭西學會的會議中描述了這種物質。12月6日，給呂薩克宣布這種物質是一種元素或是一種氧化物。他提議把這種物質以碘蒸汽的顏色命名為iode（源自古希臘語 ἰοειδής，意為紫色）。安培把他的樣本給了漢弗里·戴維，而戴維注意到了這種物質和氯相似。戴維在12月10日寫信給皇家學會，稱他確認了一種新元素。戴維和給呂薩克就誰最先發現碘是一種元素的問題爆發了爭論，但兩位科學家都承認庫爾圖瓦是第一個分離碘的人。1873年，法國醫學研究員卡西米·達萬尼發現碘可以殺菌。1908年，伊斯特拉外科醫生安東尼奧·格羅西奇在外科手術中使用碘酊來快速消毒人體皮膚。在早期元素週期表中，碘的元素符號是源自德文Jod的J。這種元素的中文名稱取自英文名稱的最後一個音節（dine→典），加上代表固體非金屬元素的「石」字部首，命名為「碘」。

用途與應用

碘大多用於生產有機碘化合物，有15%保持單質形式，15%以碘化鉀形式使用，最後15%給製成其它無機碘化合物。碘化合物的主要用途包括催化劑、動物食物添加劑、穩定劑、染劑、著色劑、顏料、藥品、清潔衛生（碘酒）與照相。碘化合物的小眾用途包括除霧、人工降雨和用於分析化學。碘可在碘量法中檢測許多物質。碘會和澱粉形成藍色的錯合物，這種錯合物的產生可用於檢測澱粉或碘，也是碘量法中的氧化還原指示劑。碘可用於檢測鈔票是不是用含有澱粉的紙做成的假鈔。碘常用於測定脂肪酸的不飽和度（碘價），這些不飽和度源自會和碘反應的雙鍵。碘化汞鉀K2HgI4，又稱內斯勒試劑，常用於檢測氨。類似的Mayer試劑（碘化汞鉀的水溶液）常給用作生物鹼的沈澱試劑。碘的鹼性水溶液可用於甲基酮的碘仿測試。使用碘作為火箭推進劑的推進系統可變得更緊湊，重量和成本更小，且有比使用氙的離子推力器更高的運行效率。碘的原子量只比氙低3.3%，而第一和第二游離能之和就比氙低12%，這使得碘成為有前途的替代品。碘的使用使離子推力器變得更廣泛。歐洲太空總署稱這些小但可能為顛覆性的創新可以幫助清理太空垃圾問題。通過將自己墜入大氣層中燃燒，這些微型衛星在任務結束時能夠輕鬆自毀。2021年初，法國的ThrustMe在軌演示用於太空飛行器的電動離子推進器。這個太空飛行器使用碘代替氙來作為電漿體來源，以便通過用靜電場加速離子來產生推力。碘單質和含三碘陰離子I3−的溶液（可由在難溶於水的碘單質的水溶液里加入碘化物而成，製備過程的逆反應可以產生碘單質）都是消毒劑。它也可用於治療碘缺乏症。碘還可以從碘伏產生。碘伏的例子包括：碘酊：碘的乙醇溶液，或是碘和碘化鈉溶於乙醇和水的混合物而產生的溶液。盧戈氏碘液：碘和碘化物的水溶液，其中的碘主要以三碘化物形式存在。聚維酮碘Iodine-V：I2和黃腐酸的籠形錯合物，是可溶於水的晶體。和其它碘伏不同，Iodine-V中的碘只以I2形式存在。碘的抗菌作用迅速且在低濃度下就能起作用，因此可用於手術。碘的具體抗菌機制不明，但它會穿透微生物，攻擊某些胺基酸（如半胱胺酸和甲硫胺酸）、核苷酸和脂肪酸，最終導致細胞死亡。碘也能抗病

同位素

碘有37種同位素，其中只有碘-127穩定、存在於自然界。其它同位素都具有放射性，且半衰期都短到不能成為原生核種。因此，碘屬於單一同位素元素。最穩定的放射性碘同位素是碘-129，半衰期長達1614萬年，會β衰變成穩定的氙-129。在太陽系形成之前就存在和碘-127一同產生的碘-129，但到了今天已全部衰變，成為絕種同位素。碘-129可以為早期太陽系或非常古老的地下水測年，其存在可以通過樣本過量的衰變產物氙-129確定。自然界中仍有痕量的碘-129，它們是由大氣中氙的宇宙射線散裂而成的，占了天然碘的10−14至10−10。碘-129也可以通過核試驗產生。不過，在核試驗最多的1960和1970年代，碘-129仍只占了天然碘的10−7。碘-127和碘-129的激發態可用於穆斯堡爾譜學。其它碘同位素的半衰期則更短，都不超過幾天，其中一些可用於醫療。碘-123的半衰期為13小時，會電子捕獲成碲-123並放出γ射線，可用於單光子發射計算機斷層掃描（SPECT）和CT掃描。碘-125是半衰期第二長的放射性碘同位素，半衰期為59天，會電子捕獲成碲-125，並放出低能量γ射線。它可用於化驗、核醫學和近距離治療，可以治療前列腺癌、葡萄膜黑色素瘤和腦瘤。半衰期8天的碘-131則會β衰變成穩定的氙-131的激發態，後者會釋放γ射線來回到基態。碘-131是常見的裂變產物，因此會在放射性落下灰中大量存在。人體可能會通過受污染的食物吸收它，積聚在甲狀腺中。它的衰變可能會損害甲狀腺，造成甲狀腺癌和甲狀腺炎。防止碘-131影響人體的常用方法是每天服用含穩定的碘-127的碘化鉀片來使甲狀腺飽和。不過當需要破壞組織時，碘-131也可用於放射療法。碘-131可用作放射性示蹤劑。