Iodio

Iodio
53 I                                                                                                                                                                                                                                               tellurio ← iodio → xenon
Aspetto
Aspetto dell'elemento gas: violetto,nero; solido: nero-violaceo, con aspetto lucente, luccicante
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	iodio, I, 53
Serie	alogeni
Gruppo, periodo, blocco	17 (VIIA), 5, p
Densità	4 940 kg/m³
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2Po3/2
Proprietà atomiche
Massa atomica	126,90447 u
Raggio atomico (calc.)	140(115) pm
Raggio covalente	133 pm
Raggio di van der Waals	198 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d10 5s2 5p5
e− per livello energetico	2, 8, 18, 18, 7
Stati di ossidazione	±1, 3, 5, 7 (acido forte)
Struttura cristallina	ortorombica
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	386,85 K (113,70 °C)
Punto di ebollizione	457,4 K (184,3 °C)
Volume molare	25,72×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	20,752 kJ/mol
Calore di fusione	7,824 kJ/mol
Altre proprietà
Numero CAS	7553-56-2
Elettronegatività	2,66 (scala di Pauling)
Calore specifico	145 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	8,0×10−8/(m·Ω)
Conducibilità termica	0,449 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	1 008,4 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 845,9 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 180 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 123I sintetico 13 ore ε 0,16 123Te 127I 100% I è stabile con 74 neutroni 129I sintetico 1,57×107 anni β− 0,194 129Xe 131I sintetico 8,02070 giorni β− 0,971 131Xe
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Lo iodio (o, in forma arcaica, jodio) è l'elemento chimico di numero atomico 53; il suo simbolo è I. Il nome deriva dal greco antico ἰοειδής, ioeidēs, che significa viola o lilla, a causa del colore dei vapori dell'elemento. Fa parte del gruppo degli alogeni. Chimicamente lo iodio è il meno reattivo e il meno elettronegativo degli alogeni dopo l'astato. La forma elementare fu scoperta dal chimico francese Bernard Courtois nel 1811, il nome fu scelto due anni dopo da Joseph-Louis Gay-Lussac.

Lo iodio si trova in molti stati di ossidazione, tra cui lo ioduro (I⁻), lo iodato (IO−3) e i vari anioni periodato. È il meno abbondante degli alogeni stabili, si posiziona come sessantunesimo elemento più abbondante in natura ed è l'elemento essenziale più pesante. In tracce è coinvolto nel metabolismo di molti esseri viventi, compreso l'uomo; si trova negli ormoni tiroidei. La carenza di iodio colpisce circa due miliardi di persone ed è la principale causa evitabile di disabilità intellettiva.

I maggiori produttori odierni sono il Cile e il Giappone.

Lo iodio e suoi composti si usano principalmente nella nutrizione. Grazie al suo elevato numero atomico e alla facilità di fissaggio a composti organici, trova largo impiego in radiologia come mezzo di contrasto non tossico. Data la specificità del suo assorbimento dal corpo umano, con gli isotopi radioattivi dello iodio si possono trattare anche i tumori tiroidei. Lo iodio funge da catalizzatore nella produzione industriale di acido acetico e di alcuni polimeri.

È un antisettico, e in piccole dosi può essere usato per purificare l'acqua, seppur solo in caso di emergenza, tenendo conto, inoltre, del cattivo sapore che conferisce all'acqua.

Caratteristiche

Lo iodio è un solido scuro, violetto-bluastro, con lucentezza quasi metallica che anche a temperatura ambiente sublima in un vapore violetto dall'odore irritante. Questo alogeno forma composti con numerosi elementi, ma è meno reattivo degli altri alogeni e mostra qualche proprietà semi-metallica. Si scioglie facilmente nel cloroformio, nel tetracloruro di carbonio, nel solfuro di carbonio e in generale nei solventi organici non protici formando soluzioni intensamente colorate in violetto. È poco solubile in acqua; con i gel acquosi di amido, la cosiddetta salda d'amido, produce una colorazione blu intensa usata come indicatore nelle titolazioni di ossido-riduzione.

Applicazioni

Lo iodio, seppur in minime quantità, riveste un ruolo biologico essenziale negli esseri viventi. Gli ormoni prodotti dalla ghiandola tiroide, la tiroxina e la triiodotironina, contengono iodio.

Nelle persone la cui dieta fornisce uno scarso apporto di iodio (spesso nelle remote regioni interne dove il consumo di pesce o altri cibi di origine marina è raro) si verifica l'insorgenza del gozzo. In molte di queste zone viene fatta la prevenzione attraverso la diffusione di sale addizionato di piccole quantità di sali di iodio (il sale iodato o sale iodurato). La carenza di iodio è anche tra le cause del ritardo mentale.

Tra i prodotti per vari usi:

• la tintura di iodio è una soluzione idroalcolica al 3% di triioduro (I₂ + I⁻ → I−3) usata come disinfettante per uso esterno e per la disinfezione di acque di superficie (3 gocce per litro, lasciando agire per 30 minuti);
• il reattivo di Lugol (o soluzione di Lugol) ha una composizione simile alla tintura di iodio;
• il rosa bengala è un derivato pesante della fluorescina contenente iodio e cloro, utilizzato come colorante in biologia e medicina;
• lo iodopovidone è un composto di iodio, uno dei migliori disinfettanti ad oggi. È disponibile in commercio anche per disinfettare l'acqua, sebbene con alcune controindicazioni. Un preparato a base di iodopovidone è previsto dalla legge nella cassetta di pronto soccorso sui luoghi di lavoro;
• i composti dello iodio sono molto utili nella sintesi di composti organici;
• lo ioduro di potassio è impiegato in fotografia;
• sempre lo ioduro di potassio si usa anche nella profilassi per le persone esposte alle conseguenze dei disastri nucleari: l'assunzione di ioduro di potassio diminuisce la probabilità che il corpo umano assorba lo iodio radioattivo prodotto; nel 1986, dopo il disastro di Chernòbyl, venne distribuito alla popolazione sotto forma di pasticche al fine di evitare l’assorbimento di iodio radioattivo da parte della tiroide, che potrebbe portare alla formazione di tumori;
• lo ioduro di tungsteno è uno stabilizzante dei filamenti delle lampadine;
• lo iodio-123 e lo iodio-125, radioattivi gamma emittenti, si adoperano come traccianti in medicina;
• lo iodio-131 funge da radioterapico;
• lo iodio è usato come mezzo di contrasto in radiografia e tomografia computerizzata;
• lo iodio è fondamentale nel determinare la quantità di ossigeno disciolto nelle acque (metodo di Winkler).

Storia

Lo iodio (dal greco ioeidēs, violetto) fu scoperto da Bernard Courtois nel 1811. Egli era il figlio di un fabbricante di salnitro (nitrato di potassio), un componente essenziale della polvere da sparo. In Francia, allora in guerra, c'era una grande domanda di polvere da sparo. Il nitrato di potassio veniva isolato bruciando le alghe marine spiaggiate sulle coste della Normandia e della Bretagna e lavando la cenere ottenuta con acqua; il residuo veniva poi distrutto aggiungendo acido solforico.

Un giorno Courtois aggiunse troppo acido solforico e ne scaturì una densa nuvola di vapore violetto; Courtois notò che il vapore cristallizzava sulle superfici fredde formando cristalli scuri. Suppose che si trattasse di un nuovo elemento, ma non disponeva dei mezzi economici necessari per indagare più a fondo. Diede dei campioni ai suoi amici Charles Bernard Desormes e Nicolas Clément affinché continuassero le ricerche. Ne forni un po' anche a Joseph Louis Gay-Lussac, un famoso chimico del tempo, e ad André-Marie Ampère.

Il 29 novembre 1813 Desormes e Clément resero pubblica la scoperta di Courtois. Descrissero la sostanza a un congresso dell'Istituto Imperiale di Francia. Il 6 dicembre Gay-Lussac annunciò che si trattava o un elemento o un composto dell'ossigeno.

Ampère aveva dato alcuni dei suoi campioni a Humphry Davy, che condusse qualche esperimento e notò la somiglianza della sostanza con il cloro. Nella lettera del 10 dicembre spedita alla Royal Society a Londra affermò di aver identificato un nuovo elemento. Ne scaturì una grossa polemica fra Davy e Gay-Lussac su chi dei due identificò lo iodio, ma alla fine entrambi riconobbero che ad aver isolato per primo l'elemento era stato Bernard Courtois.

Disponibilità

Lo iodio può essere preparato in forma ultrapura facendo reagire ioduro di potassio con solfato rameico. Esistono molti altri metodi per isolarlo.

I composti di iodio più comuni sono gli ioduri di sodio e di potassio (KI) e gli iodati (KIO₃).

I maggiori produttori di iodio nel 2019
Posizione	Paese	Produzione (tonnellate)
1	Cile	20200
2	Giappone	9100
3	Turkmenistan	600
4	Azerbaigian	190
5	Indonesia	40
6	Russia	2

NOTA: i dati per gli Stati Uniti non sono stati pubblicati.

Isotopi

Esistono 30 isotopi di iodio, di cui però soltanto lo ¹²⁷I è stabile e presente in natura con un'abbondanza del 100%. Gli altri, con l'eccezione del ¹²⁹I e del ¹³¹I, sono tutti piuttosto difficili da sintetizzare.

Iodio-131

Il radioisotopo artificiale ¹³¹I è un prodotto della fissione di uranio e plutonio. Decade in ¹³¹Xe con decadimento beta meno, in cui un neutrone decade in protone, elettrone e antineutrino. L'emivita è di soli 8 giorni, quindi la sua attività è molto elevata, con forte emissione di raggi beta.

Viene usato in terapia radiometabolica per la cura del cancro e di altre patologie della tiroide (ipertiroidismo), nonché, in dosi più piccole, per test diagnostici come la scintigrafia tiroidea o test di captazione.

Iodio-129

Lo ¹²⁹I (emivita di 15,7 milioni di anni) è sia un prodotto della spallazione nucleare dei raggi cosmici sullo ¹²⁹Xe nell'atmosfera terrestre, sia il risultato della fissione di uranio e plutonio. Lo ¹²⁹I è stato usato negli studi sull'acqua piovana successivi all'incidente nucleare di Černobyl', come tracciante per acque sotterranee e come indicatore di dispersione di rifiuti nell'ambiente naturale. Altre applicazioni possono essere inficiate dalla costante produzione di ¹²⁹I nella litosfera attraverso una serie di meccanismi di decadimento.

In molti aspetti ¹²⁹I è simile al ³⁶Cl: è un alogeno solubile, relativamente poco reattivo, esiste principalmente come anione non adsorbente ed è prodotto da reazioni nucleari cosmiche, termonucleari e in situ. Negli studi idrologici le concentrazioni di ¹²⁹I sono spesso espresse in rapporto allo iodio totale che praticamente è tutto ¹²⁷I. Come avviene per ³⁶Cl/Cl, il rapporto ¹²⁹I/I in natura è particolarmente piccolo, tra 10⁻¹⁴ e 10⁻¹⁰ con un picco a 10⁻⁷ osservato tra gli anni Sessanta e Settanta dovuto ai test delle armi nucleari delle varie nazioni. ¹²⁹I differisce da ³⁶Cl per una maggiore emivita (15,7 contro 0,3 milioni di anni), tende facilmente ad accumularsi nei tessuti viventi e compare sotto forma di diversi ioni, principalmente lo ioduro e lo iodato, che hanno diverso comportamento chimico.

Un tenore eccessivamente insolito di ¹²⁹Xe nelle meteoriti è stato dimostrato essere dovuto al decadimento di ¹²⁹I, primo radionuclide estinto la cui presenza nel sistema solare primordiale è stata così accertata. Il suo decadimento è alla base del sistema di datazione I-Xe, che copre i circa 50 primi milioni di anni di vita del sistema solare.

Iodio-123

Lo ¹²³I è un isotopo radioattivo utilizzato in medicina nucleare per la marcatura di alcuni radiofarmaci. Risulta particolarmente vantaggioso in particolare per la sua emivita piuttosto bassa (13,2 ore) e per la sua energia di decadimento (decadimento γ a 159 keV), che lo rendono piuttosto buono dal punto di vista della radioprotezione del paziente. Inoltre il picco energetico non troppo alto, molto simile a quello del tecnezio-99 metastabile o ^99mTc che è l'elemento principe della medicina nucleare, rende possibili le immagini con un buon rapporto segnale/rumore.

Lo svantaggio principale di questo isotopo è l'alto costo dovuto alla sua produzione e alla necessità di trasportarlo velocemente (causa bassa emivita) dal sito di produzione al reparto di utilizzo: spesso deve fare viaggi aerei per raggiungere l'ospedale che l'ha richiesto. La produzione dello iodio-123 avviene in reattori nucleari ricorrendo alle seguenti reazioni: ¹²¹Sb(α,2n) ¹²³I, ¹²³Te(p,n) ¹²³I, ¹²²Te(d,n) ¹²³I e ¹²⁴Te(p,2n) ¹²³I. Può essere utilizzato sotto forma di sodio ioduro nella captazione tiroidea e nell'imaging tiroideo. In altri casi viene legato a radiofarmaci con l'ausilio di chelanti: si usa nella preparazione di MIBG, di Datscan e di IBZM.

Precauzioni

Simboli di rischio chimico
attenzione
frasi H	332 - 312 - 400
frasi R	R 20/21-50
consigli P	273 - 302+352
frasi S	S 2-23-25-61
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il contatto diretto di questo elemento con la pelle può causare lesioni, quindi è necessario maneggiarlo con attenzione. I vapori di iodio sono molto irritanti per gli occhi e le mucose; la massima concentrazione ammissibile di vapori di iodio in aria non dovrebbe superare 1 mg/m³ (TLV-TWA: esposizione di 8 ore al giorno per un totale di 40 ore settimanali).

Iodio extra-tiroideo

Sequenze di scintigrafie con iodio-123 (da sinistra) rispettivamente dopo 30 minuti e dopo 6, 20 e 48 ore dall'iniezione endovenosa, una notevole e rapida iodo-concentrazione è evidente nel liquor periencefalico e cerebro-spinale (a sinistra). Un'alta concentrazione del radio-iodio (in bianco) è evidente in organi extra-tiroidei come nella mucosa gastrica dello stomaco, epidermide, ghiandole salivari e nella mucosa orale. Nella mucosa gastrica lo iodio-131 (tempo di dimezzamento di 8 giorni) persiste nelle scintigrafie per più di 72 ore. Nella tiroide la iodo-concentrazione è più progressiva, come in un serbatoio (dal 1% dopo 30 minuti a solamente il 5,8% dopo 48 ore della totale dose iniettata nel corpo). L'altissima concentrazione di ioduro della ghiandola mammaria è evidente solo in gravidanza e allattamento. Notevole escrezione di radio-iodio si osserva nelle urine (Venturi, 2011)

Lo iodio è l'elemento chimico più pesante ad avere un ruolo biologico accertato nell'uomo. La sua quantità totale nel corpo umano è ancora controversa: nel 2001 M.T. Hays scrisse su Thyroid che "è sorprendente che il contenuto totale di iodio nel corpo umano rimanga incerto dopo molti anni di interesse per il metabolismo dello iodio. Solo il contenuto dello iodio nella ghiandola tiroidea è stato misurato con precisione mediante scansione fluorescente e la stima di 5-15 mg nella tiroide umana normale è solo ora ben stabilita. Ma metodi simili non sono disponibili per gli altri tessuti e per gli organi extratiroidei. Molti ricercatori hanno riportato diverse quantità di 10-50 mg del contenuto totale di iodio nel corpo umano normale". Lo iodio pesa per il 65% del peso molecolare della tiroxina (T₄) e per il 59% della triiodotironina (T₃). Solamente 5-15 mg di iodio sono concentrati nella tiroide e nei relativi ormoni, mentre il 70% dello iodio presente nel corpo umano è distribuito in altri tessuti, inclusi occhi, ghiandole mammarie, mucosa gastrica, cervice uterina, ghiandole salivari e pareti delle arterie. Lo iodio entra direttamente nelle cellule di questi tessuti grazie a un simporto con il sodio (NIS)..

Significato evolutivo dello iodio

Lo iodio e la tiroxina sono fondamentali per la regolazione del metabolismo e della crescita in tutto il regno animale. Negli anfibi, per esempio, la somministrazione di un agente che blocca l'ormonogenesi tiroidea come il propiltiouracile (PTU) può impedire la trasformazione del girino in rana terrestre adulta; somministrando tiroxina o iodio in adeguata quantità si attiverà la metamorfosi. Nella metamorfosi degli anfibi la tiroxina e lo iodio esercitano l'apoptosi (morte cellulare programmata) delle cellule delle branchie, della coda e delle pinne dei girini, e questo rappresenta anche un consolidato modello sperimentale per lo studio dell'apoptosi. Lo iodio ha favorito l'evoluzione delle specie animali terrestri e insieme con gli acidi grassi polinsaturi (omega-3 e omega-6), reperibili nel pesce e nei cibi di origine marina, combinati insieme in specifici iodolipidi, hanno probabilmente giocato un ruolo cruciale nell'evoluzione del cervello umano. Iodio e tiroxina stimolano la metamorfosi che trasforma il girino da acquatico e vegetariano in rana terrestre carnivora e pertanto con migliori capacità neurologiche, visuo-spaziali, olfattive e cognitive necessarie per cacciare. Lo stesso accade nella neotenia della salamandra che senza un adeguato apporto di iodio non si trasforma in adulto terrestre, ma può ugualmente riprodursi nella piccola forma larvale e acquatica di axolotl. In questo modo l'axolotl è in grado di sopravvivere allo stato larvale in un ambiente povero di sostanze nutritive

Iodio, tiroxina e apoptosi negli anfibi

Lo iodio e la tiroxina stimolano la spettacolare apoptosi delle cellule larvali delle branchie, della coda e delle pinne dei girini durante la metamorfosi degli anfibi. La rana anfibia Xenopus laevis è un modello ideale per lo studio del meccanismo dell'apoptosi.

La carenza di iodio

La carenza di iodio colpisce circa due miliardi di persone ed è la principale causa evitabile di disabilità intellettiva. Nelle aree del mondo in cui lo iodio negli alimenti è scarso il volume della tiroide può aumentare notevolmente, una condizione chiamata gozzo endemico. Le donne in gravidanza gravemente carenti di iodio partoriscono bambini con deficit di ormone tiroideo (ipotiroidismo congenito) che si manifesta con ritardi della crescita e dello sviluppo fisico (nanismo) e del cervello, detto cretinismo o sindrome da deficit congenito di iodio.

Carenza di iodio e rischio di cancro

La carenza di iodio può avere i seguenti effetti:

• Cancro della mammella. La ghiandola mammaria concentra fortemente e attivamente lo iodio nel latte materno a beneficio del lattante. La donna iodo-carente può sviluppare un gozzo e iperplasia tiroidea in gravidanza e allattamento, ed è più soggetta a patologia mammaria fibrocistica. Studi scientifici condotti su animali dimostrano che la carenza di iodio, sia connessa alla dieta sia farmacologica, può portare ad atipia mammaria e ad aumento del rischio di cancro mammario. Test di laboratorio hanno dimostrato che l'effetto dello iodio nel tumore al seno dipende in parte dalla funzione tiroidea e che lo iodio inibisce l'avanzamento del tumore attraverso la modulazione degli ormoni estrogenici. L'analisi genica di linee cellulari di tumore al seno ormono-sensibile ha mostrato che iodio e composti contenenti iodio alterano l'espressione genica e inibiscono la risposta estrogenica attraverso l'up-regulation di proteine coinvolte nel metabolismo degli estrogeni. Non è ancora stata dimostrata da studi clinici la reale utilità della somministrazione di iodio o composti contenenti iodio come terapia aggiuntiva nel trattamento del tumore al seno.
• Cancro dello stomaco. Alcuni ricercatori hanno trovato una correlazione epidemiologica tra carenza di iodio, gozzo e cancro gastrico. È stato riportato che la iodo-profilassi riduce la mortalità per cancro gastrico. Il meccanismo proposto è dato dall'azione antiossidante dello iodio nella mucosa gastrica, che può detossificare composti tossici come i ROS e il perossido di idrogeno.

Iodocomposti

• Iodolipidi. Gli iodolipidi sono lipidi iodati, cioè lipidi (spesso acidi grassi polinsaturi) con iodio incorporato che derivano dall'azione di alcuni enzimi come le perossidasi che agiscono su ioduri e perossido di idrogeno. Queste condizioni sono presenti in diversi organi iodocaptanti del corpo animale come la tiroide, le ghiandole mammarie e salivari, la mucosa gastrica, l'ovaio, ecc. Alcuni iodolipidi che comprendono gli iodolattoni e le iodoaldeidi (α-iodoesadecanale) sono stati identificati e hanno dimostrato di possedere ancestrali funzioni strutturali, metaboliche e apoptotiche sia nei vegetali (alghe), sia negli animali, in particolare nelle cellule neuronali..

Numero di iodio

• Il numero di iodio, in chimica, è la massa di iodio in grammi che viene consumata da 100 grammi di una sostanza chimica. I numeri di iodio sono spesso usati per determinare la quantità di insaturazione negli acidi grassi. Questa insaturazione è sotto forma di doppi legami, che reagiscono con i composti di iodio. In biologia gli acidi grassi, omega-6 e gli omega-3 (acido docosaesaenoico (DHA) omega-3 (C22: 6n-3) ed EPA) sintetizzano con lo iodio degli iodo-lipidi, rendendoli così più resistenti alla perossidazione lipidica delle membrane cellulari, durante l'evoluzione della vita, e importanti nel meccanismo di apoptosi, carcinogenesi e malattie degenerative.

Iodio nascente

Con il termine iodio nascente (I•) si identifica il radicale iodio ottenuto mediante la rottura del doppio legame che unisce due atomi di iodio nella forma I₂

I2 → 2 I•

Nella tiroide lo ione ioduro subisce la seguente reazione da parte dell'enzima ioduro perossidasi, permettendo così allo iodio di essere incorporato nella tirosina a formare MIT (monoiodotirosina) e DIT (diiodotirosina).

2 I− + H2O2 + 2 H+ → 2 I• + 2 H2O

Lo iodio nascente (I•) non deve essere confuso con il triioduro (I−3).

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
• (FR) P. Pellerin, La tecnique d'autoradiographie anatomique a la temperature de l'azote liquide, Path Biol 232 (9), 1961, pp. 233-252.
• (EN) Ahn Byeong-Cheol, Physiologic and False Positive PathologicUptakes on Radioiodine Whole Body Scan (PDF), 2011.

Voci correlate

• Iodio (uso medico)

Altri progetti

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• Wikizionario
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Collegamenti esterni

• iodio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) Stefan Schneider e Karl Christe, iodine, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Iodio, su WebElements.com.
• (EN) Iodio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) Seaweed use iodine as an antioxidant, su Chemistry World blog. URL consultato il 15 maggio 2008 (archiviato dall'url originale il 3 luglio 2010).
• (EN) Stressed seaweed contributes to cloudy coastal skies, study suggests, su eurekalert.org. URL consultato il 15 maggio 2008.