物理 [元素周期表] 碘
碘 (Iodine)
基本信息
元素符号: I
原子序数: 53
原子量: 126.9045
位置: 位于元素周期表第五周期，第17族（VIIA族），属于卤素，位于溴和砹之间。
电子构型: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵
原子结构
电子特征: 5s轨道满电子，5p轨道五个电子（缺一个达到满壳）。常见氧化态为-1、0、+1、+3、+5、+7，其中-1（碘化物）和+5（碘酸盐）较常见。
天然同位素: 只有¹²⁷I一种稳定同位素，是自然界中唯一的单同位素卤素元素。
物理性质
外观: 紫黑色有金属光泽的晶体，呈片状或颗粒状。
状态: 常温下为固体，是卤素中唯一在常温下呈固态的元素。
密度: 4.93 g/cm³。
熔点与沸点: 熔点113.7°C，沸点184.3°C。加热时易升华，产生紫色蒸气。
升华特性: 碘具有显著的升华性，无需经过液态即可直接由固态转化为紫色蒸气，蒸气有刺激性气味。
溶解性: 微溶于水，溶液呈淡黄色。易溶于有机溶剂（如乙醇、乙醚、氯仿）——酒精溶液为棕褐色碘酊；在氯仿或四氯化碳中呈紫红色。碘与淀粉反应呈深蓝色，是碘的特征检验反应。
化学性质
氧化性: 是卤素中氧化性最弱的成员，具有较强的还原性（相比氯、溴）。I⁻离子可被氧化为I₂。
歧化反应: 碘在碱性溶液中发生歧化反应生成碘化物和碘酸盐（与氯、溴类似，但反应可逆）。
与金属反应: 与大多数金属加热化合生成相应的碘化物。
与氢气反应: 与氢气可逆反应生成碘化氢（HI），反应需加热且平衡常数较小。
化合物特征: 碘化钾（KI）是可溶性碘盐，常用于配制碘溶液。碘酸钾（KIO₃）是稳定的碘酸盐，用作食盐加碘剂。碘化氢（HI）是无色刺激性气体，水溶液为氢碘酸——最强的无机酸之一。
存在与制备
自然丰度: 地壳中丰度约0.5 ppm，在卤素中丰度最低。海水中碘含量较低（约0.05 ppm），但海藻（如海带、巨藻）可从海水中富集碘，是重要的天然碘源。
主要来源:
- 智利硝石（NaNO₃）矿床中伴生碘酸盐。
- 海带等海藻灰浸出液。
- 石油和天然气油田卤水（如日本、美国）。
- 磷酸盐矿石。
制备方法: 从含碘原料（如智利硝石浸出液或海藻灰液）中经还原（常用亚硫酸氢钠或二氧化硫）将碘酸盐还原为单质碘→析出→过滤提纯。或从油田卤水中通过离子交换富集后氧化析出。
安全与环境
刺激性毒性: 碘蒸气对眼睛、皮肤和呼吸道有强烈刺激性，吸入可导致肺损伤。固体碘与皮肤接触可造成灼伤（碘灼伤）。操作应在良好通风下进行。
职业暴露: 碘生产和包装工人需防护。空气中的碘蒸气限值较低（约1 mg/m³）。
生物必需性: 碘是人体必需的微量元素，是甲状腺激素（甲状腺素T₄和三碘甲状腺原氨酸T₃）的核心组成元素。缺碘可导致甲状腺肿（大脖子病）、智力发育障碍（克汀病）；过量碘摄入也可导致甲状腺功能异常（高碘性甲状腺肿）。
加碘盐: 为预防碘缺乏病，食盐中常添加碘酸钾（KIO₃）或碘化钾（KI）。我国自1990年代推行全民食盐加碘，已基本消除碘缺乏病。
消毒用途: 碘酊（碘的酒精溶液）和聚维酮碘（碘伏）是常用的皮肤消毒剂，杀菌谱广、对皮肤刺激性较小。
环境行为: 碘在环境中以碘化物、碘酸盐和有机碘形式存在。海洋是碘的天然储库，海藻释放的挥发性碘（如碘甲烷、碘仿）参与大气化学过程。