CC BY
672011
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Химия
Вып. 2(2)
УДК 546.121
МЕТОДЫ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЙОДАТА КАЛИЯ В ЙОДИД
В. С. Корзанов, А. А. Кетов, А. В. Куковякина
Пермский государственный университет. 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: [email protected]
Представлены результаты поиска методов получения йодида калия из йодата. Описывается восстановление йодата калия различными веществами (пероксидом водорода, сульфитом натрия, формальдегидом, щавелевой и муравьиной кислотами).
Ключевые слова: йодид калия; йодат калия; термическое превращение йодата в йодид
Иод является жизненно необходимым микроэлементом. Основная роль йода - участие в образовании гормонов щитовидной железы. Его дефицит проявляется широким спектром проблем: болезнями щитовидной железы, бесплодием, снижением умственной и физической работоспособности, сонливостью, подверженностью простудам, нарушениями сердечной деятельности, выпадением и истончением волос, ломкостью ногтей, ожирением, снижением количества грудного молока и быстрым прекращением лактации у кормящих женщин с возможным развитием болезни молочной железы.
Г лавное значение йода состоит в том, что он является незаменимым компонентом ти-реоидных гормонов, которые стимулируют рост и дифференцировку тканей, то есть развитие организма [1, 2]. Они повышают потребность тканей в кислороде, обеспечивают системное артериальное давление, частоту и силу сердечных сокращений, психическую энергию и активность. Они ускоряют мыслительные и обменные процессы, способствуют повышению температуры тела и двигательной активности. Тиреоидные гормоны повышают уровень глюкозы в крови, усиливают глюконеогенез в печени, тормозят синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Также они повышают захват и утилизацию глюкозы клетками, активизируя действие ключевых ферментов гликолиза (распада глюкозы). Тиреоидные гормоны усиливают липолиз (распад жира) и тормозят образование и отложение жира. В настоящее время возрастает роль йодсодержащих препаратов
как средства борьбы с последствиями радиационного воздействия на организм человека.
Проблема йодного дефицита чрезвычайно актуальна и для Российской Федерации, и для нашего региона. В Пермском крае существует недостаток йода в питьевой воде, почве, продуктах питания. Для профилактики йодного дефицита обычно применяют йодид калия, которым обогащают продукты питания. При угрозе возникновения патологии, вызываемой недостатком йода, прописывают медицинские препараты и витаминные комплексы, содержащие йодид калия. Все это делает его важным компонентом повседневной жизни.
Потребность в йодиде калия обусловила интерес к поиску методов его получения из йодата калия путем восстановления последнего. Проведённые исследования позволили определить подходящие вещества-
восстановители и условия протекания реакций. Результаты работы представлены в настоящей статье.
Иодат калия, содержащий йод (+5) в большинстве реакций проявляет окислительные свойства [3], что затрудняет задачу превращения его в йодид, который является типичным восстановителем. Совместное присутствие йодат- и йодид-ионов в кислом растворе сопровождается реакцией конпропор-ционирования [4]:
103“ + 51“ + 6Н+ ^ 312| + 3Н20.
Поэтому главным требованием к выбираемому восстановителю и условиям проведения реакции является исключение окисления накапливающихся в растворе йодид-ионов не
© Корзанов В.С., Кетов А.А., Куковякина А.В., 2011
89
вступивших в реакцию с йодат-ионами.
Получение йодида калия изучено и апробировано. В литературе предлагаются следующие методы [5]:
1) разложением йодида железа раствором карбоната калия
Ре318 + 4К2СО3 = Бе3О4 + 8К1 + 4СО2Т;
2) переведением 12 в К103 и восстановлением последнего Н28
312 + 6КОН = КЮ3 + 5К1 + 3Н2О,
К1О3 + 3Н28 = 38| + К1 + 3Н2О;
3) взаимодействием 12 с Н2О2 в щелочной среде
312 + 6КОН + 3Н2О2 = 6К1 + 6Н2О + 3О2Т;
4) превращением Си1, накапливающегося при йодометрическом определении меди осадка в К1
2Си1 + 2КОН = Си2О| + 2К1 + Н2О.
В методе (2) К103 является промежуточным продуктом, следовательно, его можно использовать и в качестве исходного вещества для получения К1. Сложность эксплуатации Н28 связана с необходимостью его непосредственного получения при проведении реакции восстановления. Таким образом, задача превращения К103 в К1 решается подбором дос-
тупного и удобного в использовании восстановителя, который мог бы количественно перевести йодат в йодид, не загрязняя при этом основной продукт.
Определение восстановления К103 различными веществами проводилось методом амперометрического титрования. Электродами служили плоско-параллельные платиновые пластинки, площадь каждой составляла 1,2 см2. Для регистрации тока был использован микроамперметр М2005. Реакционная смесь перемешивалась магнитной мешалкой. После введения титранта ожидалась стабилизация значений тока и только после этого проводилась его регистрация.
Предварительно точность амперометрического определения полноты восстановления сопоставлялась с результатами перманганатометрического титрования. Кривые титрования, подкисленных серной кислотой растворов Н202 и №2803 перманганатом калия с параллельным контролем при помощи микроамперметра, представлены на рис. 1 и
2.
I, мкА
Рис. 1. Кривая амперометрического титрования раствора Н202 0,1 N раствором КМп04
N2863 0,1 N раствором КМп04
Протекавшие при титровании реакции могут быть представлены уравнениями
2КМп04 + 5Н2О2 + 3^04 ^ ^04 + 2Ми804 + 5О2Т + 8Н2О;
2КМп04 + 5^8Оз + 3Н28О4 ^ ^04 + 2Ми804 + 5^804 + ЗН2О.
Существенное различие полученных кривых объясняется образующимися при этих реакциях продуктами. В первом случае росту тока на начальном этапе препятствует выделение кислорода, которое прекращается при
достижении точки эквивалентности, то есть при полном окислении пероксида водорода. Во втором случае реакция сначала сопровождается образованием сильных электролитов и, следовательно, ростом тока, затем завершение взаимодействия приводит к прекращению существенного увеличения концентрации сильных электролитов и стабилизации величины тока при достижении точки эквивалентности.
Таблица 1
Результаты сравнительного определения концентраций Н202 и ^2803 перманганатометрическим (1) и амперометрическим (2) титрованием
Восстановители CN, экв/л (1) С№ экв/л (2)
Н2О2 12,6 12,8
№2803 0,05 0,06
Результат совместного титрования показал хорошее совпадение определяемых концентраций восстановителей (табл. 1), поэтому в дальнейшем для определения окончания окислительно-восстановительной реакции использовалось амперометрическое титрование.
Для восстановления К103 были выбраны Н2О2, N2803, НСОН, НСООН и Н2С2О4. Схемы предполагаемых реакций:
К10з + ЗН2О2 ^ КІ + ЗО2Т + ЗН2О; (1)
К1Оз + 3^8Оз ^ К1 + 3^2804; (2)
К1Оз + 3НСОН ^ К1 + 3НСООН; (3) КЮ3 + 3Н2С2О4 ^ К1 + 6СО2Т + 3Н2О; (4) К1О3 + 3НСООН ^ К1 + 3СО2Т + 3Н2О. (5) Возможность восстановления по представленным схемам оценивалась исходя из величин электродвижущей силы (Е), вычисленным по значениям стандартных электродных потенциалов (ф°298) соответствующих полуреак-ций (табл. 2).
Таблица 2
Полуреакции и соответствующие им значения стандартных электродных потенциалов [6]
Полуреакция ф0298, В
103_ + 6Н+ + 6е ^ I" + 3Н2О 1,081
О2(г) + 2Н+ + 2е = Н2О2Ф) 0,694
8042_ + 2Н+ + 2е = 8032_+ Н2О -0,104
НСООН + 2Н+ + 2е = НСНО + Н2О -0,010
2СО2(г) + 2Н+ + 2е = Н2С2О4(р) -0,470
СО2(г) + 2Н+ + 2е = НСООН(р) -0,199
Величины ЭДС Е = 0,387 В, Е2 = 1,185 В, Ез = 1,091 В, Е4 = 1,551 В и Е5 = 1,280 В) указывают на возможность протекания всех пяти реакций. Однако введение раствора К103 в растворы Н2О2, №28О3 и НСОН не сопровождалось возникновением токов, что свидетельствовало об отсутствии протекания окислительно-восстановительных процессов при выбранных условиях.
В дальнейшем подбирались вещества,
одновременно проявляющие восстановительные свойства и создающие кислую реакцию среды. Также учитывалось отсутствие после реакции продуктов, загрязняющих основное вещество. Предъявляемым требованиям соответствовали щавелевая и муравьиная кислоты.
На рис. 3 и 4 приведены результаты амперометрического титрования муравьиной и щавелевой кислот раствором йодата калия.
I. мкА
Рис. 3. Кривая амперометрического титрования раствора НСООН 0,1 N раствором К103
I, мкА
Рис. 4. Кривая амперометрического титрования раствора Н2С2О4 0,1 N раствором К103
Проведенные исследования подтвердили протекание реакций между расчетными количествами йодата калия и кислот-восстановителей. Обе кислоты количественно переводят йодат калия в йодид. Что подтверждено дальнейшим взаимодействием продукта реакции с нитратом свинца по схеме 2К1 + РЬ(Ш3)2 ^ 2КШ3 + РЫ2|, в результате которого образуется только ярко-желтый РЬ12 и не наблюдается образования белого осадка РЬ(103)2.
Установлено, что оптимальными для проведения реакций являются температуры, лежащие в интервале от 50 до 70°С. Ниже 50°С реакции протекают с неудовлетворительной скоростью, а выше 70°С наблюдается появление коричневой окраски реакционной смеси, что указывает на образование 12 по схеме К103 + 6К1 + 6НСООН = К[Щ2)] + 6НСООК + 3Н2О.
Самым простым способом превращения йодата калия в йодид является термическое разложение первого выше 650°С. Разложение сопровождается выделением кислорода [6,7]:
2К103 <>650°с > 2К1 + 3О2.
Термогравиметрический анализ (рис. 5) показал, что при температуре 560°С происходит плавление К103, которое завершается при 580°С (первый эндотермический эффект на ДТА-кривой). При достижении 651°С происходит разложение с выделением кислорода по приведенной выше схеме (второй эндотермический эффект, совпадающий с потерей массы на ТГ-кривой). Потеря массы составляет 22,33 % от исходной К103, что соответствует расчетному значению (22,43 %). На эндотермический эффект, отвечающий разложению, накладывается другой слабовыраженный эффект при 690°С, который не сопровождается потерей массы и, вероятно, соответствует плавлению образующегося К1.
Результаты термогравиметрического анализа были проверены при термическом разложении 5 образцов К103 массой 100 г в муфельной печи. Образцы подвергались нагреванию до 700°С и плавному охлаждению в остывающей печи, взвешиванию и проверке продукта термического разложения. Потеря массы составляла от 22,6 до 22,9 %. Большая убыль массы, по сравнению со сте-
хиометрической, связана с разбрызгиванием продукта термического разложения под-расплава К103 при выделении кислорода. тверждает количественный переход во всех
Проведение реакции на Г-ионы в растворе случаях йодата калия в йодид.
500 600 700 800
Рис. 5. Диаграмма термогравиметрического анализа К103
Проведенные исследования показывают, что
1) метод амперометрического титрования позволяет точно определить полноту протекания окислительно-восстановительной реакции;
2) йодат калия легко восстанавливается до йодида щавелевой и муравьиной кислотой;
3) оптимальный температурный интервал для проведения окислительно-восстановительной реакции 50-70°С, выше 70°С протекает реакция конпропорционирова-ния между I- и 103_-ионами, приводящая к образованию 12;
4) наиболее простым способом превращения К103 в К1 является термическое разложение йодата калия, однако, этот способ при несложном аппаратурном оформлении связан с большими энергетическими затратами.
Список литературы
1. Эндокринология / под ред. Н. Лавина, пер. с англ. 2-е изд. М.: Практика, 1999.
С. 519-521.
2. Клиническая эндокринология. Руководство / под ред. Н. Т. Старковой. 3-е изд., пе-рераб. и доп. СПб.: Питер, 2002. С. 122-127.
3. Химия. Большой энциклопедический словарь / гл. ред. И.Л.Кнунянц. 2-е изд. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. С. 233.
4. Некрасов Б.В. Основы общей химии. СПб.: Лань, 2003. Т. 1. С. 273-274.
5. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. М.: Химия, 1974. С. 128129.
6. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ: справочник. М: Дрофа, 2006. С. 552-578.
7. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 2005. С. 335-336.
THE METHODS OF POTASSIUM IODIDE PREPARATION FROM POTASSIUM IODATE
V.S. Korzanov, A.A. Ketov, A.V. Kukovjakina
Perm State University. 15, Bukirev St., Perm, 614990 E-mail: [email protected]
The methods of potassium iodide preparation from potassium iodate are introduced in the article. The attention was given to reduction of potassium iodate by various substan-cies (hydrogen peroxide, sodium sulphite, formaldehyde, oxalic and formic acids). The supervisory control of a course of redox reactions was carried out by means of an am-perometric titration method. Also potassium iodide has been prepared by thermal break-ing-up of potassium iodate.
Keywords: potassium iodide; potassium iodate; also potassium iodide has been prepared by thermal breaking-up of potassium iodate
