Иодоводород

Иодоводород
Общие
Систематическое наименование	Иодоводород
Традиционные названия	Гидроиодид, иодистый водород
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 $p{K}_a$	- 11
Растворимость
• в воде	72,47 (20°C)
Классификация
Рег. номер CAS	[10034-85-2]
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

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.

Получение

В промышленности HI получают по реакции иода с гидразином:

$\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}$

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

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow$

Восстанавливая иод другими восстановителями:

$2\mathrm{P}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{I}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{P}+6\mathrm{H}\mathrm{I}\uparrow$

$\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{I}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}\mathrm{I}\uparrow$

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

$\mathrm{K}\mathrm{I}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4⟶\mathrm{K}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}\mathrm{I}\uparrow$

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:

$\mathsf{P}{\mathsf{I}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{\to }{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow$

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:

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\uparrow$

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).

Свойства

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:

$\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}$

HI способен восстанавливать концентрированную серную кислоту до сероводорода:

$\mathsf{8}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{\to }\mathsf{4}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

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

$\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\text{=}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{-}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{I}$

Иодиды присоединяют элементарный иод с образованием полииодидов:

$\mathsf{R}\mathsf{I}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{R}\mathsf{(}{\mathsf{I}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{x}}$

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:

$\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{O}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

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:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{I}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$

Замещает элементы в кислородных кислотах по реакциям

$\mathsf{1}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{0}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }$

$\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{8}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{P}{\mathsf{I}}_{\mathsf{5}}$

Образующийся пентайодид фосфора гидролизуется водой.

Применение

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.

${\mathsf{C}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{9}}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{I}\mathsf{\to }{\mathsf{C}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{H}}_{\mathsf{1}\mathsf{0}}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}{\mathsf{I}}_{\mathsf{2}}$

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 токсикология

• 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).

Литература

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