Йод I

Йод – химический элемент, редко встречающийся в земной коре. Он играет важную роль в жизненно важных процессах в организмах человека и животных. Йод является компонентом специальных удобрений и добавляется в минеральные удобрения. Его используют для обработки семян и внекорневых подкормок растений. Морские водоросли содержат до 1% йода, что является значительным показателем, учитывая разнообразие состава живых тканей. Именно этот факт позволил французскому химику Бернару Куртуа в 1811 году получить йод из золы водорослей. Название элемента происходит от греческого слова «иодес» – «фиолетовый», благодаря способности йода возгоняться с образованием паров фиолетового цвета. Йод широко известен как медицинский препарат. Спиртовой раствор йода – это антисептик для обработки ран, йодид калия используется для профилактики эндемического зоба и лечения дефицита йода. Радиоактивный йод применяется для лечения заболеваний щитовидной железы. Йод настолько необходим организму, что легко проникает через кожу и практически полностью усваивается из пищи. Предполагается, что йод также важен и для других живых организмов. Хотя для растений он не считается незаменимым элементом, удобрения с йодом повышают урожайность некоторых культур и содержание йода в плодах, что полезно для здоровья человека. ## ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Йод (Iodum), I – химический элемент, галоген, расположенный в VII группе периодической системы Менделеева. Атомный номер – 53, атомная масса – 126,904. Природный йод состоит из одного стабильного изотопа. В нормальных условиях представляет собой кристаллы черно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском. Обладает резким запахом. Температура кипения – 113,6°C, температура плавления – 185,5°C. Йод химически активен и в природе встречается только в связанном состоянии. При нагревании при атмосферном давлении йод сублимируется (возгоняется), превращаясь в пары фиолетового цвета со специфическим запахом. При охлаждении пары кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Молекулы простого вещества йода, как и у других галогенов, двухатомны.Йод плохо растворяется в воде, однако проявляет хорошую растворимость в органических растворителях, таких как сероуглерод, этиловый спирт, диэтиловый эфир, бензол и хлороформ. Будучи свободным галогеном, этот элемент демонстрирует высокую химическую активность и вступает в реакцию со всеми простыми веществами. Реакция йода с металлами протекает быстро с выделением значительного количества тепла. Йод является сильным окислителем. Это свойство проявляется и в реакциях со сложными веществами. ## СОДЕРЖАНИЕ В ПРИРОДЕ Концентрация йода в большинстве горных пород колеблется от 0,1 до 6 мг/кг. Наибольшее количество этого элемента содержится в сланцах, богатых органическими веществами. Йод редко образует собственные минералы, но часто встречается в составе других минералов в виде изоморфных примесей. К распространенным минералам йода относятся йодиды серебра и меди, а также полигалиды, йодаты и периодаты. Значительное количество йода содержится в нитратных отложениях. Например, в чилийской селитре его среднее содержание составляет 200 мг/кг, а максимальное может достигать 400 мг/кг. Соединения йода легко растворяются, и при выветривании горных пород этот элемент высвобождается в больших количествах. Йод активно выносится поверхностными водами в океаны и моря, однако процессы сорбции углеродом, глиной и органическими веществами оказывают существенное влияние на круговорот йода в природе. Геохимия йода тесно связана с его участием в биологических процессах. Высокое содержание этого элемента в донных отложениях обусловлено содержанием органического углерода. Осадки в восстановительной среде содержат больше йода, чем в окислительной. Основным источником поступления и накопления йода в почвах является атмосфера. В атмосферу йод поступает преимущественно из морей и океанов, чему способствуют не только химические процессы, но и разбрызгивание и распыление морской воды. Поскольку водная поверхность занимает около 70% поверхности Земли, постоянное поступление йода в атмосферу и выпадение его на сушу с осадками играют важную роль в его миграции в природе. ### СОДЕРЖАНИЕ ЙОДА В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ Йод не образует собственных минералов в почвах, а преимущественно входит в состав органических веществ. Поэтому он концентрируется в верхних почвенных слоях, где органики больше всего. Значительная часть йода находится в связанных формах: сорбируется гумусом, свежими органическими остатками и глинистыми частицами, а также может встраиваться в кристаллические решетки минералов. Содержание йода в почвах существенно варьирует от 0,1 до 50 мг/кг, составляя в среднем 5 мг/кг. Интересно, что почвы содержат в 20-30 раз больше йода, чем исходные материнские породы. Количество йода напрямую зависит от механического состава почвы. Легкие песчаные и супесчаные почвы значительно беднее этим элементом по сравнению с тяжелыми глинистыми и суглинистыми. Именно поэтому йодная недостаточность чаще встречается в регионах с преобладанием легких почв. Чем больше в почве органического вещества, коллоидных и мелких частиц, тем выше содержание йода. Кислые почвы содержат меньше йода, чем нейтральные или слабокислые, так как кислая среда способствует вымыванию этого элемента. Распределение йода по почвенному профилю также неравномерно: верхний слой, богатый органикой, содержит больше йода, чем нижележащие горизонты и материнская порода. Исключение составляют осадочные породы морского происхождения, которые, как правило, очень богаты йодом. Разные типы почв характеризуются различным содержанием йода: Подзолистые, серые лесные, сероземные почвы:* низкое содержание йода. Солонцы Заволжья, буроземы Ферганского хребта:* низкое содержание йода. Торфянистые почвы тундры:* высокое содержание йода, однако он прочно связан с органическим веществом и малодоступен для растений. Черноземы:* высокое содержание йода, почти вдвое больше, чем в подзолистых и серых лесных почвах. Каштановые почвы:* высокое содержание йода. Горные и равнинные почвы:* при одинаковом географическом положении равнинные почвы содержат больше йода, чем горные. Пойменные почвы характеризуются более высоким содержанием йода по сравнению с почвами водораздельных пространств. ## РОЛЬ В РАСТЕНИИ ## БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ На сегодняшний день не существует единого мнения о том, является ли йод жизненно необходимым элементом для развития растений. Несмотря на это, в научной литературе зафиксированы многочисленные примеры положительного влияния этого элемента на рост растительных организмов. Объяснение этому явлению пока не найдено. Существует предположение, что йод принимает участие в регуляции активности ферментных систем. Стимулирующее действие йода на растения наблюдается при его содержании в питательном растворе на уровне 0,1 мг/кг. Токсический эффект проявляется при повышении концентрации йода до 0,5–1,0 мг/кг. Вопрос о взаимосвязи между содержанием йода в растениях и его состоянием в почве остается открытым. Существует высокая вероятность того, что вариации концентрации йода в растениях практически не зависят от характеристик и типа почв. Однако, была установлена зависимость концентрации йода в ветвях лиственницы и ели от типа почв. Как уже было отмечено, наиболее доступной формой йода для растений являются его растворимые формы. Это объясняет, почему морские виды растений накапливают значительно большие концентрации йода. Его содержание в килограмме сухой массы морских растений колеблется в диапазоне от 53 до 8800 мг. Механизм поглощения йода растениями изучен недостаточно. Известно, что растения не способны усваивать органические формы этого элемента. Йод становится доступным для растительности только после разложения органических веществ бактериями.Содержание йода в растениях варьируется в зависимости от вида и части растения. Овощи и грибы, как правило, накапливают больше йода, чем другие наземные растения. Интересно, что в надземных частях растений концентрация йода выше, чем в корнях. Стоит отметить сезонные колебания: летом содержание йода в растениях минимально. Растения способны поглощать йод из атмосферы, что является важным источником этого элемента для них. ### НЕДОСТАТОК (ДЕФИЦИТ) ЙОДА Считается, что йод не является жизненно необходимым элементом для растений, и его недостаток не вызывает у них явных негативных реакций. ### РОЛЬ ЙОДА В ЖИЗНИ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА Наличие и концентрация йода в растениях имеют большое значение для человека и животных. Йод входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы, играющего ключевую роль в регуляции окислительно-восстановительных процессов в клетках организма. Суточная потребность человека в йоде составляет 100–200 мг. Дефицит йода широко распространен среди людей и животных и приводит к развитию эндемического зоба – заболевания щитовидной железы. ### ИЗБЫТОК ЙОДА Токсическая концентрация йода для растений значительно превышает его обычное содержание в почве в растворимой форме. В связи с этим токсическое воздействие йода на растения в естественных условиях наблюдается редко. Известны случаи физиологического заболевания риса – акагаре. Эта болезнь возникает из-за повышенного поглощения йода из воды на затопленных рисовых полях с высокой концентрацией растворимых форм этого галогена.## Йод и его влияние на растения Информация о влиянии избытка йода в результате антропогенного загрязнения окружающей среды ограничена. Однако известно, что внесение в почву большого количества золы бурых водорослей, богатых йодом, вызывает у растений симптомы, сходные с признаками избытка брома. К ним относятся хлороз краев взрослых листьев и изменение окраски молодых листовых пластинок на темно-зеленую. Вегетационные опыты с томатами и гречихой, проведенные на различных типах почв, показали, что доза йода кг/га не оказывала негативного влияния на растения. В то же время, десятикратное увеличение дозы ( кг/га) на некоторых типах почв приводило к токсическому эффекту. Избыток йода в организме человека негативно сказывается на синтезе йодистых соединений щитовидной железой. ## Содержание йода в различных соединениях Получение йода в промышленности осуществляется путем окисления йодоводорода (HI) различными окислителями. В частности, его выделяют из бромидов и йодидов, обрабатывая их растворы хлором. Йод присутствует в морской воде, но в крайне низких концентрациях, что затрудняет его прямое извлечение. Однако существуют виды водорослей, способные накапливать йод в своих тканях. Зола этих водорослей служит сырьем для получения данного галогена. Значительные количества йода ( мг/л) обнаружены в подземных буровых водах, которые являются основным источником его получения в России. В природе йод встречается в виде солей калия — иодата (KIO₃) и периодата (KIO₄). Эти соединения обычно сопутствуют залежам нитрата натрия (селитры) в Чили и Боливии. ### Содержание йода в удобрениях, (мг/кг) ### СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ С СОДЕРЖАНИЕМ ЙОДА Использование йодсодержащих удобрений наиболее экономически выгодно при предпосевной обработке семян. Для обогащения урожая йодом рекомендуется проводить некорневую обработку. В некоторых регионах, например, в Забайкалье, рекомендуется применять йодистый калий как самостоятельно, так и в сочетании с сернокислым цинком (в соотношении 2:1). Это особенно актуально на серых лесных, каштановых и лугово-аллювиальных почвах при выращивании кормовых культур. ## ЭФФЕКТ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ЙОДСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ Исследования, проведенные в Уманском сельскохозяйственном институте, подтвердили, что предпосевная обработка семян различных культур раствором йодистого калия значительно повышает содержание йода в продуктах питания. Сахарная свекла, выращенная на среднеподзолистом суглинке с использованием йодистого калия, показала увеличение урожайности корнеплодов и повышение их сахаристости. Морские водоросли, богатые йодом, также способствовали повышению урожайности сахарной свеклы. Картофель, выращенный на легких дерново-подзолистых почвах с применением йода, показал увеличение урожайности клубней и повышение их крахмалистости. Кроме того, наблюдалось повышение содержания калия в клубнях. Хлопчатник, обработанный йодиднафтенатом (отходы йодного производства), демонстрировал ускоренный рост и повышение урожайности. Кукуруза при внекорневой подкормке йодистым калием увеличивала урожай зерна. При этом содержание азота в неусвояемой животными фракции белков в зерне снижалось, а содержание хлорофилла в листьях повышалось. Предпосевная обработка и некорневая подкормка растворами солей йода повышали содержание каротина в растениях на 30–40%, а сохранность каротина в витаминной муке в течение 9–10 месяцев увеличивалась в 3–4 раза. Многолетние производственные опыты показали, что урожай кукурузы за 12 лет вырос в среднем на 30%. Овес. Обработка семян йодистым калием привела к увеличению урожайности зеленой массы и повышению содержания каротина. Производственные опыты показали, что урожай овса за 12 лет вырос в среднем на 34%.Применение йода положительно сказывается на росте и развитии многих растений. Например, обработка семян подсолнечника йодистым калием способствует увеличению зеленой массы и повышению содержания масла в семенах. Важно отметить, что чрезмерное увеличение концентрации йодистого калия может привести к снижению урожайности. Йодистый калий также благотворно влияет на томаты, лук, капусту и огурцы. Внекорневая подкормка и предпосевная обработка семян этим веществом увеличивает урожайность культур. Удобрения с содержанием йода значительно повышают его концентрацию в растениях. Например, применение йодистого калия в сочетании с карбоаммофоской или использование карбоаммофоски, обогащенной йодистым калием (KI - 300 г/га), увеличило содержание йода в сене клевера-тимофеевки в три раза, а в овсе - в пять-шесть раз. Внесение слабого водного раствора элементарного йода в почву и опрыскивание листьев этим раствором ускоряет развитие различных видов растений и повышает их устойчивость к болезням и вредителям. Йод защищает салат от проволочника, томаты - от мозаичной болезни и корневой гнили, гладиолусы и львиный зев - от ржавчины, а хризантемы становятся устойчивыми к нематодам. Обработка почвы перед посевом раствором йода и последующее опрыскивание рассады этим же раствором один раз в две недели ускоряет созревание томатов, салата и огурцов.