Иодоводород

Иóдоводорóд (гидроиодид, иóдистый водорóд, HI) — бесцветный удушливый газ (при нормальных условиях), сильно дымит на воздухе. Хорошо растворим в воде, образует азеотропную смесь с Т_кип 127 °C и концентрацией HI 57 %. Неустойчив, разлагается при 300 °C.

Иодоводород
Общие
Систематическое наименование	Иодоводород
Традиционные названия	Гидроиодид, иодистый водород
Хим. формула	HI
Рац. формула	HI
Физические свойства
Состояние	бесцветный газ
Молярная масса	127.904 г/моль
Плотность	2.85 г/мл (-47 °C)
Термические свойства
Температура
• плавления	–50.80 °C
• кипения	–35.36 °C
• разложения	300 °C
Критическая точка	150,7 °C
Энтальпия
• образования	26,6 кДж/моль
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты $p{K}_a$$pK_{a}$	- 11
Растворимость
• в воде	72,47 (20°C)
Классификация
Рег. номер CAS	[10034-85-2]
PubChem	24841
Рег. номер EINECS	233-109-9
SMILES	I
InChI	InChI=1S/HI/h1H XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N
RTECS	MW3760000
ChEBI	43451
ChemSpider	23224
Безопасность
NFPA 704	0 3 1 COR
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

ПолучениеПравить

В промышленности HI получают по реакции иода с гидразином:

$\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {2I_{2}+N_{2}H_{4}\rightarrow 4HI\uparrow +N_{2}}}$ 

В лаборатории HI можно получать с помощью окислительно-восстановительных реакций:

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {H_{2}S+I_{2}\rightarrow S+2HI}}\uparrow$ 

Восстанавливая иод другими восстановителями:

$2{\text{PH}}_3^{}+3{\text{I}}_2^{}⟶<!--\; ⟶\; -->2\text{P}+6\text{HI}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\ce {2PH_3 + 3I_2 -> 2P + 6HI ^}}$ 

${\text{SO}}_2^{}+{\text{I}}_2^{}+2{\text{H}}_2^{}\text{O}⟶<!--\; ⟶\; -->{\text{H}}_2^{}{\text{SO}}_4^{}+2\text{HI}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\ce {SO_2 + I_2 + 2H_2O -> H_2SO_4 + 2HI ^}}$ 

Воздействием стабильной и достаточно сильной кислоты на иодиды (обычно берут горячую концентрированную ортофосфорную кислоту, серная не подходит):

$\text{KI}+{\text{H}}_3^{}{\text{PO}}_4^{}⟶<!--\; ⟶\; -->{\text{KH}}_2^{}{\text{PO}}_4^{}+\text{HI}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\ce {KI + H_3PO_4 -> KH_2PO_4 + HI ^}}$ 

Очень часто ортофосфорную кислоту производят контактным методом, и поэтому она загрязнена и серной кислотой, что при получении иодоводорода является крайне опасным (выделяется чрезвычайно токсичный сероводород). Именно по этой причине, в лабораториях чаще прибегают к восстановлению иода.

и реакций обмена:

$\mathsf{P}{\mathsf{I}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {PI_{3}+3H_{2}O\rightarrow H_{3}PO_{3}+3HI}}\uparrow$ 

Реакцию следует проводить в водном растворе в отсутствие спиртов.

Иодоводород также получается при взаимодействии простых веществ. Эта реакция идет только при нагревании и протекает не до конца, так как в системе устанавливается равновесие:

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\rightleftarrows <!--\; \rightleftarrows \; -->\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {H_{2}+I_{2}\rightleftarrows 2HI}}\uparrow$ 

На одной из стадии получения иодоводорода (получение иодидов из иода) следует убедиться в отсутствии спиртов в растворе, так как будет образовываться иодоформ, который при получении иодоводорода окисляет его до иода (восстанавливаясь до дииодметана).

СвойстваПравить

Водный раствор HI называется иодоводородной кислотой (бесцветная жидкость с резким запахом). Иодоводородная кислота является сильной кислотой (pK_а = −11). Соли иодоводородной кислоты называются иодидами. В 100 г воды при нормальном давлении и 20 °C растворяется 132 г HI, а при 100 °C — 177 г. 45%-ная йодоводородная кислота имеет плотность 1,4765 г/см³.

Иодоводород является сильным восстановителем. На воздухе водный раствор HI окрашивается в бурый цвет вследствие постепенного окисления его кислородом воздуха и выделения молекулярного иода:

$\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {4HI+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+2I_{2}}}$ 

HI способен восстанавливать концентрированную серную кислоту до сероводорода:

$\mathsf{8}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {8HI+H_{2}SO_{4}\rightarrow 4I_{2}+H_{2}S+4H_{2}O}}$ 

Подобно другим галогенводородам, HI присоединяется к кратным связям (реакция электрофильного присоединения):

$\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\text{=}}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{-<!--\; -\; -->}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{I}$${\mathsf {HI+CH_{2}{\text{=}}CH_{2}\rightarrow CH_{3}-CH_{2}I}}$ 

Иодиды присоединяют элементарный иод с образованием полииодидов:

$\mathsf{R}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{R}\mathsf{(}{\mathsf{I}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{x}}$${\mathsf {RI+I_{2}\rightarrow R(I_{3})_{x}}}$ 

Что обуславливает тёмно-бурый цвет долго стоящей на воздухе иодоводородной кислоты.

Под действием света щелочные соли разлагаются, выделяя I₂, придающий им жёлтую окраску. Иодиды получают взаимодействием иода со щелочами в присутствии восстановителей, не образующих твердых побочных продуктов: муравьиная кислота, формальдегид, гидразин:

$\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2K_{2}CO_{3}+2I_{2}+HCHO\rightarrow 4KI+3CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}$ 

Можно использовать также сульфиты, но они загрязняют продукт сульфатами. Без добавок восстановителей при получении щелочных солей наряду с иодидом образуется иодат MIO₃ (1 часть на 5 частей иодида).

Ионы Cu²⁺ при взаимодействии c иодидами легко дают малорастворимый иодид одновалентной меди CuI:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{I}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {2NaI+2CuSO_{4}+Na_{2}SO_{3}+H_{2}O\rightarrow 2CuI\downarrow +2Na_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}}}$ 

Замещает элементы в кислородных кислотах по реакциям

$\mathsf{12}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{10}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {12HNO_{3}+2I_{2}\rightarrow 4HIO_{3}+N_{2}\uparrow +10NO_{2}\uparrow +4H_{2}O}}$ 

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{S}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {H_{2}SO_{4}+I_{2}\rightarrow HIO_{4}+HI+S\downarrow }}$ 

$\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{8}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{P}{\mathsf{I}}_{\mathsf{5}}$${\mathsf {2H_{3}PO_{4}+8I_{2}\rightarrow 2HIO_{4}+4HI+2PI_{5}}}$ 

Образующийся пентайодид фосфора гидролизуется водой.

ПрименениеПравить

Иодоводород используют в лабораториях как восстановитель во многих органических синтезах, а также для приготовления различных иодсодержащих соединений.

Спирты, галогениды и кислоты восстанавливаются HI, давая алканы.

${\mathsf{C}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{9}}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{C}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{10}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {C_{4}H_{9}Cl+2HI\rightarrow C_{4}H_{10}+HCl+I_{2}}}$ 

При действии HI на пентозы он все их превращает во вторичный иодистый амил: CH₃CH₂CH₂CHICH₃, а гексозы — во вторичный иодистый н-гексил. Легче всего восстанавливаются иодпроизводные, некоторые хлорпроизводные не восстанавливаются вовсе. Третичные спирты восстанавливаются легче всего. Многоатомные спирты также реагируют в мягких условиях, часто давая вторичные иодалкилы.

HI при нагреве диссоциирует на водород и I₂, что позволяет получать водород с низкими энергетическими затратами.

Физиологическое воздействие и токсикологияПравить

• Иодоводород — едкое, токсичное вещество. Обладает удушающим действием.
• При попадании на кожу иодоводородная кислота может вызвать ожоги.
• Предельно допустимая концентрация иодоводорода в воздухе рабочей зоны составляет 2 мг/м³.
• Согласно ГОСТ 12.1.007-76 йодистоводородная кислота относится к III классу опасности (умеренно-опасное химическое вещество).

ЛитератураПравить

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.