Иодоводород

Йо́доводоро́д (гидроиодид, ио́дистый водоро́д, 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	Йодоводород
Традиционные названия	Гидроиодид, йодистый 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)
Энергия ионизации	10,39 эВ[1]
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 ${\displaystyle pK_{a}}$	- 11
Растворимость
• в воде	72,47 (20°C)
Структура
Дипольный момент	1,5E−30 Кл·м[1]
Классификация
Рег. номер CAS	[10034-85-2]
PubChem	24841 и 21844680
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

Получение

В промышленности HI получают по реакции иода с гидразином:

${\displaystyle {\mathsf {2I_{2}+N_{2}H_{4}\rightarrow 4HI\uparrow +N_{2}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}S+I_{2}\rightarrow S+2HI}}\uparrow }$

Восстанавливая иод другими восстановителями:

${\displaystyle {\ce {2PH_3 + 3I_2 -> 2P + 6HI ^}}}$

${\displaystyle {\ce {SO_2 + I_2 + 2H_2O -> H_2SO_4 + 2HI ^}}}$

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

${\displaystyle {\ce {KI + H_3PO_4 -> KH_2PO_4 + HI ^}}}$

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.

Другой путь получения HI в лабораторных условиях — это реакции обмена:

${\displaystyle {\mathsf {PI_{3}+3H_{2}O\rightarrow H_{3}PO_{3}+3HI}}\uparrow }$

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:

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}+I_{2}\rightleftarrows 2HI}}\uparrow }$

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).

Свойства

Водный раствор HI называется иодоводородной кислотой (бесцветная жидкость с резким запахом). Иодоводородная кислота является сильной кислотой (pK_а = −11)^[2]. 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:

${\displaystyle {\mathsf {4HI+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+2I_{2}}}}$

HI способен восстанавливать концентрированную серную кислоту до сероводорода:

${\displaystyle {\mathsf {8HI+H_{2}SO_{4}\rightarrow 4I_{2}+H_{2}S+4H_{2}O}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {HI+CH_{2}{\text{=}}CH_{2}\rightarrow CH_{3}-CH_{2}I}}}$

Иодиды присоединяют элементарный иод с образованием полииодидов:

${\displaystyle {\mathsf {RI+I_{2}\rightarrow R(I_{3})_{x}}}}$

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:

${\displaystyle {\mathsf {2K_{2}CO_{3}+2I_{2}+HCHO\rightarrow 4KI+3CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}}$

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:

${\displaystyle {\mathsf {2NaI+2CuSO_{4}+Na_{2}SO_{3}+H_{2}O\rightarrow 2CuI\downarrow +2Na_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}}}}$^[3]

Замещает элементы в кислородных кислотах по реакциям

${\displaystyle {\mathsf {12HNO_{3}+2I_{2}\rightarrow 4HIO_{3}+N_{2}\uparrow +10NO_{2}\uparrow +4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}SO_{4}+I_{2}\rightarrow HIO_{4}+HI+S\downarrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {2H_{3}PO_{4}+8I_{2}\rightarrow 2HIO_{4}+4HI+2PI_{5}}}}$

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^[4].

${\displaystyle {\mathsf {C_{4}H_{9}Cl+2HI\rightarrow C_{4}H_{10}+HCl+I_{2}}}}$

При действии HI на пентозы он все их превращает во вторичный иодистый амил: CH₃CH₂CH₂CHICH₃, а гексозы — во вторичный иодистый н-гексил^[5]. 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^[6].

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.

Примечания

1. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
2. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справочник. — 3-е изд. — Л.: Химия, 1991. — 432 с.
3. Ксензенко В. И., Стасиневич Д. С. Химия и технология брома, иода и их соединений. — М.: Химия, 1995. − 432 с.
4. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. «Начала органической химии т. 1» М., 1969 стр. 68
5. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. «Начала органической химии т. 1» М., 1969 стр. 440
6. «Препаративная органическая химия» М., Гос. н.т. изд-во хим. лит-ры, 1959 стр. 499 и В. В. Марковников Ann. 138, 364 (1866)