Yodo

¿Qué es el yodo?

El yodo es un elemento no metálico reactivo que pertenece al grupo 17 de la tabla periódica (halógenos), cuyo símbolo químico es I. Es un elemento bastante conocido por el agua yodada y la hormona de tirosina.

En estado sólido, el yodo es gris oscuro con un lustre metálico (imagen superior), capaz de sublimarse para producir un vapor de color violeta, que, al condensarse sobre una superficie fría, deja un residuo oscuro. Numerosos y atractivos han sido los experimentos para demostrar estas características.

Este elemento fue aislado por vez primera por Bernard Curtois en 1811, mientras obtenía compuestos que servían de materia prima para fabricar salitre. Sin embargo, Curtois no identificó el yodo como un elemento, mérito que compartieron Joseph Gay-Lussac y Humphry Davy. Gay-Lussac identificó el elemento como “iode”, término que provenía de la palabra griega ioides, con la que se designaba el violeta.

El yodo elemental, como los otros halógenos, es una molécula diatómica, formada por dos átomos de yodo unidos por un enlace covalente. La interacción de Van der Waals entre las moléculas de yodo es la más fuerte entre los halógenos. Esto explica por qué el yodo es el halógeno con los puntos de fusión y ebullición más altos. Además, es el menos reactivo, y el que tiene menor electronegatividad.

Es un elemento esencial que requiere consumirse, ya que es necesario para el crecimiento corporal, el desarrollo cerebral y mental, el metabolismo en general, etc., recomendándose una ingesta diaria de 110 µg/día.

La deficiencia de yodo en el feto está asociada a la aparición del cretinismo, caracterizado por enlentecimiento del crecimiento corporal, desarrollo mental e intelectual insuficiente, estrabismo, etc.

Una deficiencia de yodo a cualquier edad del individuo se asocia a la aparición de bocio, una hipertrofia de la tiroides. El bocio es una enfermedad endémica, pues está confinada a ciertas áreas geográficas con características alimenticias específicas.

Historia del yodo

• Descubrimiento. Fue descubierto por el químico francés Bernard Curtois, en 1811, mientras trabajaba con su padre en la producción de salitre, requiriéndose para ello de carbonato de sodio. Este compuesto se aislaba de algas marinas que recolectaban en las costas de Normandía y Bretaña. Con este fin, se quemaban las algas y se lavaban las cenizas con agua, destruyéndose los residuos resultantes con la adición de ácido sulfúrico. En cierta ocasión, quizás por error, Curtois añadió más ácido sulfúrico y se formó un vapor púrpura que cristalizaba sobre las superficies frías, depositándose como cristales oscuros. Curtois sospechó que estaba ante un nuevo elemento, y lo llamó “Sustancia X”. Curtois descubrió que esta sustancia, al mezclarse con amoníaco, formaba un sólido marrón (triyoduro de nitrógeno) que explotaba al mínimo contacto. Sin embargo, Curtois tenía limitaciones para continuar su investigación y decidió entregar muestras de su sustancia a Charles Desormes, Nicolas Clément, Joseph Gay-Lussac y André-Marie Ampère, para obtener su colaboración.
• Surgimiento del nombre. En noviembre de 1813, Desormes y Clément hicieron público el descubrimiento de Curtois. En diciembre de ese mismo año, Gay-Lussac señaló que la sustancia podría ser un nuevo elemento, sugiriéndole el nombre de “iode”, proveniente de la palabra griega ioides, designada para el violeta. Sir Humphry Davy, quien recibió una porción de la muestra entregada a Ampère, hizo experimentos con la muestra y notó una similitud con el cloro. En diciembre de 1813, le participó a la Royal Society of London la identificación de un nuevo elemento. Aunque surgió una discusión entre Gay-Lussac y Davy acerca de la identificación del yodo, ambos reconocieron que fue Curtois el primero en aislarlo. En 1839, finalmente, Curtois recibió el Premio Montyn de la Royal Academy of Sciences en reconocimiento al aislamiento del yodo.
• Usos históricos. En 1839, Louis Daguerre dio al yodo su primer uso comercial, mediante la invención de un método para producir imágenes fotográficas llamadas daguerrotipos, en láminas delgadas de metal. En 1905, el patólogo norteamericano David Marine, investigó la deficiencia de yodo en ciertas enfermedades y recomendó su ingesta.

Propiedades físicas y químicas del yodo

• Apariencia. Sólido gris oscuro de lustre metálico. Cuando sublima, sus vapores son violeta.
• Peso atómico estándar. 126,904 u.
• Número atómico (Z). 53.
• Punto de fusión. 113,7 ºC.
• Punto de ebullición. 184,3 ºC.
• Densidad. Temperatura ambiente: 4,933 g/cm³
• Solubilidad. En el agua se disuelve para originar disoluciones marrones de una concentración de 0,03% a 20 ºC. Esta solubilidad se incrementa considerablemente si hay iones yoduros previamente disueltos, pues se establece un equilibrio entre el I^– y I₂ para formar la especie aniónica I₃^–, la cual se solvata mejor que el yodo. En solventes orgánicos, como el cloroformo, tetracloruro de carbono y disulfuro de carbono, el yodo se disuelve dando una coloración púrpura. Asimismo, se disuelve en los compuestos nitrogenados, como piridina, quinolina y amoníaco, para formar una solución marrón, nuevamente. La diferencia de las coloraciones radica en el hecho de que el yodo esté disuelto como moléculas solvatadas I₂, o como complejos de transferencias de carga. Estos últimos aparecen cuando se trata de solventes polares (el agua entre ellos), los cuales se comportan como bases de Lewis al donarle electrones al yodo.
• Olor. Acre, irritante y característico. Umbral de olor: 90 mg/m³ y umbral de olor irritante: 20 mg/m³.
• Coeficiente de partición octanol/agua. Log P = 2,49.
• Descomposición. Cuando es calentado a descomposición emite un humo de yoduro de hidrógeno y varios compuestos de yoduro.
• Viscosidad. 2,27 cP a 116 ºC.
• Punto triple. 386,65 K y 121 kPa.
• Punto crítico. 819 K y 11,7 MPa.
• Calor de fusión. 15,52 kJ/mol.
• Calor de vaporización. 41,57 kJ/mol.
• Capacidad calórica molar. 54,44 J/(mol·K).
• Presión de vapor. El yodo tiene una presión de vapor moderada y cuando se abre el recipiente que lo contiene se sublima lentamente a un vapor violeta, irritante para ojos, nariz y garganta.
• Números de oxidación. Los números de oxidación para el yodo son: –1 (I^–), +1 (I⁺), +3 (I³⁺), +4 (I⁴⁺), +5 (I⁵⁺), +6 (I⁶⁺) y +7 (I⁷⁺). En todas las sales de yoduro, como el caso del KI, el yodo se encuentra con un número de oxidación de -1, pues en ellas tenemos al anión I^–. El yodo adquiere números de oxidación positivos cuando se combina con elementos más electronegativos que él, por ejemplo, en sus óxidos (I₂O₅ y I₄O₉) o compuestos interhalogenados (I-F, I-Cl y I-Br).
• Electronegatividad. 2,66 en la escala de Pauling.
• Energía de ionización. Primera: 1.008,4 kJ/mol. Segunda: 1.845 kJ/mol. Tercera: 3.180 KJ/mol.
• Conductividad térmica. 0,449 W/(m·K).
• Resistividad eléctrica. 1,39·10⁷ Ω·m a 0 ºC.
• Orden magnética. Diamagnética.
• Reactividad. Se combina con la mayoría de los metales para formar yoduros, y también con elementos no metálicos, como el fósforo y otros halógenos. El ion yoduro es un agente reductor fuerte, que libera espontáneamente un electrón. La oxidación del yoduro produce un tinte parduzco de yodo. El yodo, al contrario del yoduro, es un agente oxidante débil: más débil que el bromo, el cloro y el flúor. El yodo con número de oxidación +1 puede combinarse con otros halógenos con número de oxidación -1, para originar los haluros de yodo, como el bromuro de yodo, IBr. Asimismo, se combina con el hidrógeno para originar el yoduro de hidrógeno, que, tras disolverse en agua, se denomina ácido yodhídrico. El ácido yodhídrico es un ácido muy fuerte capaz de formar yoduros por reacción con los metales o sus óxidos, hidróxidos y carbonatos. El yodo posee un estado de oxidación +5 en el ácido yódico (HIO₃), que se deshidrata para producir el pentóxido de yodo (I₂O₅).

Estructura y configuración electrónica del yodo

• Átomo de yodo y sus enlaces. El yodo en su estado basal es un átomo que posee siete electrones de valencia, a solo uno de poder completar su octeto y volverse isoelectrónico con el gas noble xenón. Estos siete electrones se disponen en sus orbitales 5s y 5p de acuerdo a su configuración electrónica: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵. Por lo tanto, los átomos I muestran una fuerte tendencia a enlazarse covalentemente para que cada uno individualmente tenga ocho electrones en su capa más externa. Así, dos átomos I se aproximan y forman el enlace I-I, que define la molécula diatómica I₂ (imagen superior), unidad molecular del yodo en sus tres estados físicos en condiciones normales. En la imagen se observa la molécula I₂ representada por un modelo de llenado espacial. No solo es una molécula diatómica, sino homonuclear y apolar, por lo que sus interacciones intermoleculares (I₂ — I₂) vienen regidas por las fuerzas de dispersión de London, directamente proporcionales a su masa molecular y al tamaño de los átomos. Este enlace I-I, sin embargo, es más débil en comparación al de los otros halógenos (F-F, Cl-Cl y Br-Br). Esto se debe en teoría al pobre traslape de sus orbitales híbridos sp³.
• Cristales. La masa molecular del I₂ permite que sus fuerzas dispersivas sean lo suficientemente direccionales y fuertes para establecer un cristal ortorrómbico a presión ambiente. Su alto contenido en electrones hace que la luz promueva numerosas transiciones energéticas, lo cual produce que los cristales de yodo se tiñan de negro. No obstante, cuando el yodo sublima sus vapores exhiben una coloración violeta. Esto indica ya una transición más específica dentro de los orbitales moleculares del I₂ (los de mayor energía o de antienlace). En la imagen inferior se muestran las moléculas I₂, representadas por un modelo de esferas y barras, ordenadas dentro de la celda unitaria ortorrómbica. Puede observarse que hay dos capas: la de abajo con cinco moléculas, y la del medio con cuatro. Nótese además que una molécula de yodo se sitúa en la base de la celda. El cristal se construye distribuyendo periódicamente estas capas en las tres dimensiones. Recorriendo la dirección paralela a los enlaces I-I, se encuentra que los orbitales de yodo se solapan para generar una banda de conducción, la cual vuelve a este elemento un semiconductor. Sin embargo, su capacidad de conducir la electricidad desaparece si se sigue la dirección perpendicular a las capas.

• • Distancias de enlace. El enlace I-I pareciera haberse dilatado, y de hecho así es, pues la longitud de su enlace se incrementa de 266 pm (estado gaseoso), a 272 pm (estado sólido). Esto puede deberse a que en el gas las moléculas I₂ se hallan muy distanciadas, siendo casi despreciables sus fuerzas intermoleculares, mientras que en el sólido, estas fuerzas (I-I — I-I) se vuelven tangibles, atrayendo los átomos de yodo de dos moléculas vecinas hacia sí y acortando en consecuencia la distancia intermolecular (o interatómica, vista de otro modo). Entonces, cuando el cristal de yodo sublima, el enlace I-I se contrae en la fase gaseosa, pues las moléculas vecinas ya no ejercen la misma fuerza de atracción (dispersiva) sobre sus alrededores. Y además, lógicamente, la distancia I₂ — I₂ aumenta.
• Fases. Se mencionó anteriormente que el enlace I-I es más débil en comparación al de los otros halógenos. En fase gaseosa, a una temperatura de 575 ºC, el 1% de las moléculas I₂ se disgregan en átomos I individuales. Hay tanta energía térmica que apenas dos I vuelven a unirse se separan, y así sucesivamente. Similarmente puede ocurrir este rompimiento de enlace si se aplican enormes presiones sobre los cristales de yodo. Al comprimirlo demasiado (bajo una presión cientos de miles de veces superior a la atmosférica), las moléculas I₂ se reordenan como una fase monoatómica I, y se dice entonces que el yodo exhibe características metálicas. No obstante, existen otras fases cristalinas, como la ortorrómbica centrada en el cuerpo (fase II), la tetragonal centrada en el cuerpo (fase III) y la cúbica centrada en las caras (fase IV).

Dónde se encuentra el yodo y obtención

El yodo tiene una proporción en peso, en relación con la corteza terrestre, del 0,46 ppm, ocupando el lugar 61 en abundancia. Los minerales de yoduro son escasos, y los depósitos de yodo explotables comercialmente son de yodatos.

Los minerales de yodo en encuentran en rocas ígneas con una concentración de 0,02 mg/kg a 1,2 mg/kg, y en rocas magmáticas con una concentración de 0,02 mg a 1,9 mg/kg. También puede encontrarse en la Kimmeridge lutita, con una concentración de 17 mg/kg de peso.

Además, los minerales de yodo se encuentran en las rocas de fosfato con una concentración que oscila entre 0,8 y 130 mg/kg. El agua de mar tiene una concentración de yodo que varía de 0,1 a 18 µg/L. Las algas, esponjas y ostras marinas fueron antiguamente las fuentes principales de yodo.

Actualmente, sin embargo, las fuentes principales son el caliche, depósitos de nitrato de sodio en el desierto de Atacama (Chile), y las salmueras, principalmente las del campo de gas japonés en Minami Kanto, al este de Tokio, y el campo de gas Anadarko Basin en Oklahoma (USA).

• Caliche. El yodo se extrae del caliche en forma de yodato y se trata con bisulfito de sodio para reducirlo a yoduro. Luego, la solución se hace reaccionar con yodato recién extraído para facilitar su filtración. El caliche fue la principal fuente de yodo en el siglo XIX y comienzos del XX.
• Salmuera. Después de su purificación, la salmuera se trata con ácido sulfúrico, lo cual produce yoduro. Esta disolución de yoduros posteriormente se hace reaccionar con cloro para producir una solución diluida de yodo, que se evapora mediante una corriente de aire desviada a una torre absorbente de dióxido de azufre, produciéndose la reacción siguiente: I₂  +  2 H₂O  +   SO₂    =>  2 HI   +   H₂SO₄. Posteriormente, el gas yoduro de hidrógeno reacciona con cloro para liberar el yodo en estado gaseoso: 2 HI  +  Cl₂  => I₂  +  2 HCl. Y finalmente, el yodo se filtra, purifica y envasa para su uso.

Papel biológico del yodo

• Dieta recomendada. El yodo es un elemento esencial, pues interviene en numerosas funciones en los seres vivos, especialmente conocidas en los seres humanos. La única vía de ingreso del yodo al humano son los alimentos que ingiere. La dieta recomendada de yodo varía con la edad: un niño de 6 meses requiere una ingesta de 110 µg/día, pero a partir de los 14 años, la dieta recomendada es de 150 µg/día. La ingesta de yodo no debe sobrepasar 1.100 µg/día.
• Hormonas tiroideas. La hormona estimulante de la tiroides (TSH) es secretada por la hipófisis y estimula la captación de yodo por los folículos tiroideos. El yodo se lleva al interior de los folículos tiroides, conocidos como coloides, donde se une al aminoácido tirosina para formar la monoyodotirosina y la diyodotirosina. En el coloide folicular, una molécula de monoyodotirosina se combina con una molécula de diyodotirosina para formar una molécula llamada triyodotironina (T₃). Por otro lado, se pueden unir dos moléculas de diyodotirosina, formando la tetrayodotironina (T₄). La T₃ y la T₄ son las hormonas tiroideas. Las hormonas T₃ y T₄ son secretadas al plasma donde se unen a proteínas plasmáticas, entre ellas, la proteína transportadora de las hormonas tiroideas (TBG). La mayor parte de las hormonas tiroideas se transportan en el plasma como T₄. Sin embargo, la forma activa de las hormonas tiroideas es la T₃, por lo que la T₄ en los “órganos blancos” de las hormonas tiroideas, experimenta una desyodinación y se transforma en T₃ para ejercer su acción hormonal.
  • Efectos. Los efectos de la acción de las hormonas tiroideas son múltiples, pudiéndose señalar: aumento del metabolismo y la síntesis de proteínas, promoción del crecimiento corporal y el desarrollo cerebral, aumento de la presión arterial y frecuencia cardíaca, etc.
• Deficiencia. La deficiencia de yodo y, por ende, de las hormonas tiroideas, conocida como hipotiroidismo, tiene numerosas consecuencias, influenciadas por la edad de la persona. Si la deficiencia de yodo ocurre durante el estado fetal, la consecuencia más relevante es el cretinismo. Esta condición se caracteriza por signos como deterioro de la función mental, retraso en el desarrollo físico, estrabismo y maduración sexual tardía. Una deficiencia de yodo puede inducir un bocio, independientemente de la edad a la que ocurra la deficiencia. Un bocio es un desarrollo excesivo de la tiroides, causada por una estimulación excesiva de la glándula por la hormona TSH, liberada de la hipófisis como consecuencia de la deficiencia de yodo. El tamaño excesivo de la tiroides (bocio) puede comprimir la tráquea, limitando el paso de aire por ella. Además, puede producir daño a los nervios laríngeos que puede tener como consecuencia ronquera.

Riesgos del yodo

Un envenenamiento por ingesta excesiva de yodo puede causar quemaduras en la boca, garganta y fiebre. También dolor abdominal, náusea, vómitos, diarrea, pulso débil y coma.

Un exceso de yodo produce algunos de los síntomas observados en una deficiencia: inhibición de la síntesis de las hormonas tiroideas, por lo que aumenta la liberación de la TSH, lo cual trae como consecuencia una hipertrofia de la tiroides, es decir, un bocio.

Hay estudios que señalan que el exceso de yodo puede causar tiroiditis y cáncer papilar de tiroides. Además, puede interaccionar con medicamentos, limitando su acción.

La ingesta excesiva de yodo, conjuntamente con medicamentos antitiroideos, como el metimazol, utilizados para tratar el hipertiroidismo, puede tener un efecto aditivo y causar hipotiroidismo.

Los inhibidores de la enzima convertidora de la angiotensina (ECA), como benazepril, se usa en el tratamiento de la hipertensión. Tomar una cantidad excesiva de yoduro de potasio aumenta el riesgo de hipercalemia e hipertensión.

Usos del yodo

• Médicos. El yodo actúa como desinfectante de piel o de heridas. Tiene acción antimicrobiana casi instantánea, penetrando en el interior de los microorganismos e interaccionando con aminoácidos azufrados, nucleótidos y ácidos grasos, lo cual provoca la muerte celular. Ejerce su acción antiviral fundamentalmente sobre los virus cubiertos, postulándose que ataca las proteínas de la superficie de los virus cubiertos. El yoduro de potasio en forma de solución concentrada, se utiliza en el tratamiento de la tirotoxicosis. También se usa para controlar los efectos de una radiación de ¹³¹I al bloquear la unión del isótopo radiactivo a la tiroides. Se emplea en el tratamiento de la queratitis dendrítica. Para ello se expone la córnea a vapores de agua saturada con yodo, perdiéndose transitoriamente el epitelio de la córnea, pero se recupera completamente en dos o tres días. También tiene efectos beneficiosos en el tratamiento de la fibrosis quística del seno. Asimismo, se ha señalado que el ¹³¹I podría ser un tratamiento opcional del cáncer de tiroides.
• Reacciones y acción catalítica. Se utiliza para detectar la presencia de almidón, dando una coloración azul. La reacción del yodo con el almidón se usa para detectar billetes falsos impresos en papel que contienen almidón. El tetrayodomercurato de potasio (II), también conocido como reactivo de Nessler, se utiliza en la detección del amoníaco. Asimismo, una solución de yodo alcalino se utiliza en la prueba de yodoformo, para evidenciar la presencia de metilcetonas. Los yoduros inorgánicos se emplean para purificar metales, como titanio, circonio, hafnio y torio. El yodo sirve como estabilizador para la colofonia, el aceite y otros productos de la madera. Se emplea como catalizador en las reacciones de síntesis orgánica de metilación, isomerización y deshidrogenación. Mientras que el ácido yodhídrico se usa como catalizador para la producción de ácido acético en los procesos de Monsanto y Cativa. El yodo actúa como catalizador en la condensación y alquilación de aminas aromáticas, así como en procesos de sulfatación y sulfanación, y para la producción de cauchos sintéticos.
• Fotografía y óptica. El yoduro de plata es un componente esencial de la película fotográfica tradicional. El yodo se utiliza en la fabricación de instrumentos electrónicos como prismas de cristal único, instrumentos ópticos polarizadores, y un vidrio capaz de transmitir rayos infrarrojos.
• Otros usos. Se emplea en la elaboración de pesticidas, colorantes de anilina y ftaleína. Además, se usa en la síntesis de tintes, y es un agente extintor de humo. Por último, el yoduro de plata sirve como núcleo de condensación del vapor de agua en las nubes, para provocar la lluvia.

Referencias

1. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
2. Iodine. Recuperado de en.wikipedia.org.
3. Iodine. Recuperado de britannica.com.
4. Iodine Element Facts. Recuperado de chemicool.com.
5. Iodine. Recuperado de ods.od.nih.gov.