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碘:从海洋中走出的"智慧元素"

03/10

碘虽然属于非金属元素,但却闪耀着金属般的光芒;它虽然是固态物质,但却又很容易升华……碘的这些特殊性使其具有多种用途。

人体必需的“智慧元素”

碘元素是由法国化学家库尔特瓦发现的,后来由法国化学家盖-吕萨克将其命名为“碘”。碘的希腊文原意为“紫色”,正好与其特征的颜色相吻合。碘在自然界中的含量是比较少的,而且分布很不均匀,主要存在于海水、碘矿、地下卤水和油田卤水中,某些海藻可以从周围环境中富集大量的碘。最早是从海藻灰中提取碘的,后来还从硝石以及地下卤水中提取碘。

正因为碘的分布很不均匀,在远离海边的内陆地区或山区的水资源中含量极少,所以加碘盐就是我们生活中的必需品。碘盐中那一点点碘的含量为什么对人体来说至关重要呢?

原来,碘在人体内的含量虽然极微,但它却是合成甲状腺激素的重要原料,是维持生命活动必不可少的元素。人体碘元素缺乏会使甲状腺激素分泌减少,致使甲状腺发生增殖性变化,即脖子粗大。对儿童来说,则可致智力发育障碍以及骨骼发育障碍。而且科学家发现,在儿童期出现的这种碘缺乏病是不可逆的,它对人体的神经系统和骨骼发育的损伤也是终身性的。所以,碘被称为“智慧元素”。

人体内的碘主要来源于食物。如果长期摄取碘元素缺乏的粮食、蔬菜、肉类和水,就应该以加碘盐作为补充。加碘盐主要是针对我国一些地区人群普遍缺碘而推广的一种食用盐。

我国食盐加碘的历史始于20世纪90年代,对防治碘缺乏造成的危害发挥了重要作用。然而,随着我国居民生活水平的提高和饮食方式的多样化,使得原有的食盐碘添加标准已稍显“滞后”。为此,卫生部于2011年9月发布了新的《食用盐碘含量》,要求各地根据实际状况对食盐碘含量进行调整,调整后的范围为每千克盐含碘20~30毫克,同时允许在此范围有上下30%的浮动。

播撒甘霖的“无名英雄”

随着科学技术的不断发展,几千年来人类“布云行雨”的愿望终于变成了现实。人工降雨(或称人工增雨)技术已经走过了60多年的风雨历程,如今已经在我们的生产和生活中发挥了巨大作用。人工降雨作业分为空中作业和地面作业两种方法,前者是用飞机在高空云层中播撒干冰和碘化银等物质,后者是利用高炮或火箭从地面上发射干冰和碘化银等物质。不管采用什么样的作业方法,其技术原理都是一样的。

自然降雨必须具备3个条件:一是充足的水汽,二是上升的气流,三是足够的凝结核。发生降雨的先决条件是必须有云,同时还需要满足一定的物理条件,比如0℃以上的暖云中要有大水滴,0℃以下的冷云中要有冰晶存在。如果微观物理条件不具备,那么宏观天气条件再好也不会发生降雨。如果向云雾中播撒碘化银和干冰,那么不仅能产生很多人工冰晶,而且还会使水滴进一步凝结长大,从而形成雨水而降落到地面。

“干冰”就是固体二氧化碳,其主要作用就是充当优良的制冷剂。当我们把干冰发射到高空云层时,它就会迅速升华而变成气体,从周围环境中吸收大量的热,局部空气的温度就会迅速降低,其中的水蒸气就会发生液化变成小水滴,这样就会形成浓密的云层并为降雨创造条件。此时,人工播撒的“冰核”碘化银就会使云雾产生凝结或凝华过程,再借助于水滴的自然碰撞过程,就能实现人工降雨了。

碘化银的粒径是非常微小的,其作用实际上就是一种人工凝核剂。碘化银的微粒结构与冰核的结构极为相似,因此可以作为人工冰核使处于过饱和状态的水蒸气迅速液化变成小水滴。每克碘化银在-10℃气温下能产生大约1011~1014个冰核,因此是一种很好的冷云降雨催化剂。碘化银在高空扩散后会变为肉眼都难以分辨的小颗粒,作为水滴的凝聚核消失在了浓密的云中了。随雨滴降落到地面的碘化银与巨量的水滴相比简直就是微乎其微了,因此不会对生态环境造成影响。

为人体健康保驾护航

碘是一种具有强氧化性的物质,通常被用作外科消毒剂。常见的以碘为主要药效成分的消毒剂有碘酊和碘伏。

碘酊就是我们俗称的碘酒,通常由碘、碘化钾溶解于酒精溶液而制成。碘为一种固体物质,添加碘化钾有助于碘在酒精中的溶解。碘酊是急救包中常见的药品之一,市售碘酊的浓度一般为2%。碘酊能使菌体蛋白质发生变性,可以杀死细菌、真菌等病原体,因此常用于伤口的消毒。碘酊的杀菌作用比较强,并具有强烈的刺激作用,不宜用于黏膜消毒,用于皮肤消毒时也应注意避免皮肤发泡或过敏,以及减轻对皮肤的着色。

碘伏是单质碘溶于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成的,一般可溶解9%~12%的碘,呈现紫黑色。医用碘伏通常浓度比较低,一般在1%以下,呈现浅棕色。碘伏是一种具有广谱杀菌作用的消毒剂,可杀灭细菌、真菌、原虫和部分病毒,可用于皮肤、黏膜的消毒,也可用于生活用品的消毒,如蔬果、餐具、玩具等。消毒时需对碘伏进行水稀释,之后将生活用品放入其中浸泡5~10分钟即可。

某些有机碘化物在临床上还可以用作医学诊断的造影剂,如碘番酸(三碘氨苯乙基丙酸)用于胆道造影,碘化油等可用于支气管、输卵管、瘘管造影等。碘化油注入人体后,由于其能比周围组织结构吸收更多的X射线,从而在X射线照射下形成密度对比,显影出所在腔道的形态。

在碘的放射性同位素中,碘131和碘125是毒性相对较大的放射性核素。放射性碘同位素被广泛应用于核医学诊断。

应用广泛的“碘试剂”

碘在分析化学上也发挥了重要作用。利用碘的氧化性和碘离子的还原性,以及碘遇淀粉变蓝色的特性,可以用碘量法进行定量分析。碘量法又可分为直接碘量法和间接碘量法,在国民经济的许多领域都有着极其重要的应用。

在环保领域,水域中的溶解氧含量测定通常采用的就是碘量法。科学家把溶解于水中的分子态氧称为溶解氧,用每升水里氧气的毫克数表示。水中的溶解氧水平是衡量水体自净能力的一个指标,可以反映水体污染的严重程度,是水质的重要指标之一。

碘量法还是油脂检测的一种主要方法。碘价为每100g油脂所能吸收碘的质量,碘价的大小在一定范围内反映了油脂的不饱和程度。各种油脂的碘价大小和变化范围是一定的,例如大豆油的碘价一般为124~139,花生油的碘价为86~107。因此,通过测定油脂的碘价,可以帮助我们了解油脂的组成是否正常,有无掺杂使假现象等。

在化学工业中,碘是合成橡胶和染料以及生产墨水的催化剂,是合成纤维的稳定剂,是制造人造革的脱氧剂,也可作为干电池的添加剂。在冶金工业中,碘是制造高纯度钛、锆、硼以及稀有金属的还原剂。

在尖端技术领域,碘还被用作火箭燃料的添加剂,也被应用于核工业中的原子炉材料以及半导体工业中的硒处理。碘也可用于制造照相底片和感光纸,同时碘及其化合物在印刷、农业、环保、军工等领域也有重要的应用。

【责任编辑】庞云

苏更林


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