Els empèdocles moderns – Bernard Courtois (1811) i l’element 53 (I) – iode (nilpentitri, Npt)

Deia Heràclit que “ποταμοῖσι τοῖσιν αὐτοῖσιν ἐμβαίνουσιν, ἕτερα καὶ ἕτερα ὕδατα ἐπιρρεῖ.” Qui es banya en un mateix riu és banyat constantment per aigües renovades. Mil any després d’Heràclit, Simplici de Silícia resumí aquesta filosofia en “πάντα ῥεῖ”. Tot flueix. Les aigües del riu ho fan a la vista nostra. Però també els rius mateixos flueixen, i de manera continuada o catastròfica, la memòria humana en pot registrar els canvis. Entre el 24 i el 25 d’abril del 1941, tropes australianes i nova-zelandeses defensaren el pas de les Termòpiles contra l’avenç alemany. Dos mil quatre-cents vint anys enrere, el mateix escenari havia acollit la batalla entre les tropes espartanes i l’avenç persa. En tots dos casos els defensors foren superats. Però realment tingueren en el mateix lloc? En 24 segles, el Golf Malià havia retrocedit, degut a la sedimentació fluvial. Allà on els perses havien hagut de creuar un pas estret, amb la muntanya a un costat i la mar a l’altra, els alemanys havien tingut espai per fer creuar tancs (perdent-ne, això sí, quinze). Rius i línia litoral muta, canvia. No tan sols això, la mateixa forma de continents i oceans varia al llarg dels milions d’anys, degut a la deriva continental. El mapa del món amb el que són més familiaritzats és la fotografia d’un instant. La nostra ullada es fa sobre la terra emergida, que suposa un total de 148.940.000 km2, el 29,2% de la superfície. El 70,8%, 361.132.000 km2, és submergit per l’oceà. Atenent a aquesta estatística es faria difícil no dir Oceà al nostre planeta. No obstant, l’oceà planetari té un volum global de 1,3•109 km3, és a dir un 0,12% del volum planetari, la qual cosa restaura el nom de Terra. L’Oceà Global és, en l’actualitat, divisible en 3 oceans (Pacífic, Atlàntic, Índic), 4 (comptant-hi l’Oceà Glacial Àrtic) o 5 (comptant-hi l’Oceà Austral). En l’actualitat podem parlar de 4 continents (Afràsia, Amèrica, Antàrtida i Austràlia), de 5 (separant Àfrica d’Euràsia), de 6 (separant els dos components de les Amèriques) o de 7 (separant Europa, un xic artificialment, d’Àsia). En parlar de la població humana mundial solem reconèixer l’impacte de viure a major o menor latitud, però no pas menys rellevant és el seu grau de continentalitat, no tan sols pel que fa a l’alçada damunt del nivell de la mar, sinó per també per la distància a la mar. Quan els supervivents de l’expedició de Cir, la majoria d’ells de pobles marítims, toparen després d’haver creuat el continent asiàtic amb la mar ho celebraren amb justa joia. Nosaltres topem ara amb el nombre 53 de la nostra sèrie.

Mapa del món basat en les taules de meridians de Joannes Kepler. La línia de costa i els rius principals són els accidents geogràfics assenyalats. L’ajustament del globus al planisferi, fa un esforç per no tallar cap de les grans masses continentals

Bernard Courtois i la descoberta del iode

Bernard Courtois va nàixer a Dijon, capital de l’antic Ducat de Borgonya, el 8 de febrer del 1777. Era el tercer fill del matrimoni format en el 1771 per Marie Blé i Jean-Baptiste Courtois (nascut el 1748). Abans havien nascut Catherine i Pierre, i després encara naixerien Jean Baptiste i els bessons Anne-Marie i Pierre (1780). Tant el pare com la mare eren de família artesana, concretament sabaters.

El matrimoni Courtois vivien en el carrer del Pont Arnauld, just davant de la seu de l’Acadèmia de Ciències, Arts i Belles Lletres. Jean-Baptiste Courtois, químic de vocació, hi tenia vincles. Era preparador del curs de química que hi feia Louis-Bernard Guyton-Morveau (1737-1816), amb el qual col•laborà en diverses recerques. En el 1782, Courtois proposà l’ús de carbonat de zinc com a alternativa al carbonat de plom en la confecció de pintura blanca, idea que no prengué degut al cost elevat del zinc. Courtois també treballava per a la farmàcia de l’Acadèmia.

Guyton i un seu soci havien establert a Magny-Saint-Médard una nitrera artificial. En un camp havien fet soterrar excrements que, per abundantment regats, acabaven per produir una eflorescència líquida que, concentrada per ebullició en calderes, donava lloc a salpetre o salnitre. El projecte de Guyton era bàsicament experimental, però podia ser un bon negoci si se’n venia la producció per a la fabricació de pólvora de canó. Jean-Baptiste Courtois comprà aquesta nitrera en el 1789, i la família s’hi traslladà. Més tard, Jean-Baptiste Courtois obrí una altra nitrera, en el carrer de Santa Margarida de París.

En el 1795, Bernard Courtois entrà a treballar d’aprenent en la farmàcia Frémy, d’Auxerre (Borgonya). Per recomanació de Guyton-Morveau, en el 1798, passà a París, per treballar en el laboratori d’Antoine-François Fourcroy (1755-1809), adscrit a l’École polytechnique. Però aviat ho hauria de deixar en haver d’incorporar-se al servei de sanitat militar, en el qual fou farmacèutic d’hospitals militars (1799-1801).

En el 1801, tornà a l’École polytechnique, on treballà al costat de Louis Jacques Thénard (1777-1857). En el 1802, ho deixà per treballar com a investigador sota les ordres d’Armand-Jean-François Seguin (1767-1835). Seguin, a més de metge i químic, s’havia fet ric amb diversos negocis industrials i financers, i sobretot com a subministrador dels exèrcits de la nova era napoleònica. Seguin assignà a Courtois la recerca de l’opi. Emprant amoníac, Courtois aconseguí aïllar el principi actiu, en forma d’un cos cristal•lí de natura alcalina. Seguin comunicaria aquesta descoberta en una conferència el 24 de desembre del 1804, però no tingué gaire ressò, de manera que la descoberta de la morfina és atribuïda habitualment a Friedrich Wilhelm Adam Sertürner (1816).

Bernard Courtois abandonà el laboratori de Seguin una vegada conclòs aquest estudi. Va manllevar al pare 32.528 francs per investir-los en una nova nitrera artificial a París. Jean-Baptiste Courtois, de fet, també residia a París, ja que s’havia venut la nitrera de Magny, i mantenia, juntament amb el seu fill, Pierre, la del carrer de Santa Margarida. Aquest negoci semblava sòlid, car les campanyes napoleòniques suposaven una demanda continuada de pólvora.

Però en el 1805, la societat de Jean-Baptiste Courtois va fer fallida. Jean-Baptiste Courtois fou empresonat per deutes a la presó de Sainte-Pélagie. Bernard Courtois va haver de fer-se càrrec de la família. El febrer del 1806, Bernard es registrà com a industrial. El 28 de maig del 1806 van aconseguir de vendre la nitrera del carrer de Santa Margarida. Mesos després, Bernard obrí la seva nitrera del carrer de San Ambrosi. Fins el desembre del 1807, el seu pare no fou posat en llibertat.

En el 1808, Bernard Courtois es casà amb Madeleine Morand, filla de perruquer. Com a salpetrer, Courtois havia d’encarar tota una sèrie de problemes. Les aigües mare de la nitrera es feien reaccionar, per produir la cristal•lització del salpetre, amb cendres de bosc. Les millors cendres per aquesta finalitat eren importades de Suècia, però amb el bloqueig continental que imposaven els anglesos a l’Europa napoleònica, calia cercar alternatives.

Conegudes com a goémon a Bretanya o com a warec a Normandia, les algues que deixa damunt de la platja la marea que es retira, constituïen en el segle XVIII un recurs rellevant per a les comunitats pageses del litoral

Courtois començà a utilitzar cendres d’algues procedents de Bretanya. El contingut de potassa d’aquest material les feia idònies en el tractament de les aigües de nitrera. Però el seu ús no era exempt de problemes. Calia anar amb compte amb la corrosió que produïen aquests cendres en els recipients, particularment en les calderes de preparació de nitrat, que aviat patien perforacions. L’extracció de potassa de les cendres, que requeria l’ús d’àcid muriàtic (o sulfúric), generava vapors de color violat. Courtois sospità que el vapor violat i els forats de les calderes eren relacionats. Els forats eren atribuïbles a la reacció del coure del recipient amb una substància present en les cendres.

El color característic del gas elemental fou el que donà nom al iode

Courtois prengué mostres de cristalls formats a partir del vapor violat, i les trameté a diversos químics, entre d’altres Charles Bernard Desormes (1777-1862) i Nicolas Clément (1779-1842), que eren també naturals de Dijon, Josèp Loïs Gay-Lussac (1778-1850) i André-Marie Ampère (1775-1836). Desormes i Clément confirmaren les sospites de Courtois: la substància era un nou element químic. Desormes i Clément feren una comunicació el 29 de novembre del 1813 en una reunió de l’Institut Imperial de França. Gay-Lussac, que havia estudiat la reactivitat de la substància, coincidia el 6 de desembre en el fet que el material o bé era una substància simple o un compost d’oxigen amb una substància simple. Gay-Lussac proposà el nom de “iode”, del grec ιώδες, que vol dir “violat”. Gay-Lussac en aquests mesos publicà tres articles (“Sur un Nouvel acide formé avec la substance décourvete par M. Courtois”, “Sur la combination de l’iode avec d’oxigène” i una “Mémoire sur l’iode”). A través d’Ampère, Humphry Davy també investigà la substància, i el 10 de desembre comunicà a la Royal Society of London que es tractava d’un nou element. Davy publicà a “Annales de chimie” un article (“Sur la nouvelle substance découverte par M. Courtois, dans le sel de Vareck”) i un altre al Philosophical Transactions (“Some Experiments and Observations on a New Substance Which Becomes a Violet Coloured Gas by Heat”). Davy adoptà el mot “iodin”, en paral•lel al seu “chlorin”, ja que remarcà les similituds entre els dos elements.

Courtois no era tan sols el “descobridor” oficial del “iode”. També n’era el principal fabricant. S’interessà en algunes aplicacions de la substància. Personalment, continuà dedicat a la nitrera. La fi definitiva de les guerres napoleòniques, i la pau continental que en resultà, enfonsà la demanda de salpetre. Per acabar-ho d’adobar, la fi del “bloqueig continental”, inundà el mercat francès de salpetre d’ultramar. Entre el 1815 i el 1817, Courtois s’allunyà del negoci. En el 1818 provà de reprendre’l, però el va abandonar definitivament en el 1821. L’economia familiar se sostingué relativament per l’ofici de puntaire de la dona, però amb un nivell d’ingressos certament molt inferior.

Courtois provà de treure profit dels seus coneixements de química. En el 1822 preparà sals de iode de prou qualitat. Reprengué també estudis sobre l’opi i la morfina. Però no arribà gaire enlloc.

Gravat que mostra dues persones d’Estíria amb cretinisme. El termí “cretin” en aquest sentit es registra en la literatura mèdica des del segle XVIII per referir-se a un trastorn congènit amb diferents símptomes (goll, exoftàlmia) i una afectació general del creixement físic i mental. El trastorn, associat amb el goll sobrevingut, apareixia com un endemisme de regions alpines (cretinisme alpí).

L’interès sobre les propietats medicinals del iode havia estat recurrent des del 1813. Jean-François Coindet (1774-1834), un metge de Ginebra, ja havia pensat llavors, en llegir la descoberta de Courtois, que el “iode” podia ser el principi actiu que expliqués algunes de les propietats medicinals de les algues, particularment de la seva efectivitat contra el goll. En el 1820, Coindet publicà una “Mémoire sur la découverte d’un nouveau remède contre le goître”, en el qual remarcava una reducció del goll amb tan sols 8 dies de teràpia amb iode.

En el 1829, Jan-Guilhèm-August Lugol (1786-1851), natural de Montauban, i metge de l’Hospital parisec de Saint-Louis preparà una solució aquosa de iode (iode de Lugol) consistent en un 5% de iode i un 10% de iodur potàssic. Lugol emprà aquest preparat en el tractament de la tuberculosi. Aquesta i altres aplicacions foren prou rellevants com perquè, en el 1831, l’Académie royale des sciences concedís a Courtois un premi de 6000 francs per la rellevància mèdica del “seu” element.

Una altra aplicació prometedora del iode era en les tècniques fotogràfiques. El 1829, Jacques Daguerre comença a utilitzar vapors de iode com a agent sensibilitzador de plaques fotogràfiques, fetes de coure amb una coberta d’argent polit. La sensibilització consistia en la formació de iodur d’argent, substància fotosensible.

El iode era simbolitzat químicament com a “I”. En aquest sentit desplaçà a l’iridi, simbolitzat per Berzelius com a “I”, que passà a simbolitzar-se com a “Ir”. En els països germànics, però, s’ha utilitzat habitualment el símbol “J” pel iode (Jodium). La majoria de llengües fan l’adaptació de la forma llatina “Iodium”. En anglès, però, es fa el derivat “iodine”, paral•lel a “chlorine”, seguint la tria feta per Davy.

Si en el 1822 era potser una idea prematura la fabricació industrial de iode, a final de la dècada potser no ho era tant. Els Guilhem, a Bretanya, prop de les algues que havien de servir de matèria primera, ho intentaven. En el 1828 també arribà a Bretanya amb aquest objectiu François Benoît Tissier, deixeble de Nicolas Clément, el col•lega de Courtois en l’anàlisi del iode, i ell mateix industrial químic a París. Tissier obrí fàbrica especialitzada en iode a Granville, a la Baixa Normandia, en el 1832. Uns altres centres pioners en la indústria del iode foren els establerts en el litoral xilè.

Courtois es va morir a París el 27 de setembre del 1838. No llegà cap fortuna ni a la dona ni als fills, cosa que va remarcar l’obituari publicat en el “Journal de chimie médicale”.

En el 1842, Jöns Jakob Berzelius proposà el nom d’halogen per referir-se comunament als elements fluor, clor, brom i iode, ja que tots ells formen compostos amb metalls de natura salina. La noció d’un vincle entre aquests elements ja l’havia expressada Davy en el seu temps. Johann Wolfgang Döbereiner, en el 1829, havia suggerit una triada formada pel clor, el brom i el iode, remarcant que la mitjana dels pesos atòmics del clor i del iode era semblant (80 equivalents d’hidrogen) al pes atòmic del brom.

Els halògens, doncs, eren una de les bases per a sistematitzar els elements químics. Per exemple, en la taula de John Newlands, els halògens, juntament amb l’hidrogen i alguns metalls, ocupaven el grup 1. El iode ho feia, amb el nombre 42, en el vuitè període.

En la taula del 1869, Dmitri Mendeleev col•loca els quatre halògens en un grup diferenciat. El iode (I=127) apareix en el cinquè període d’aquest grup.

En la taula del 1871, més compacta, Mendeleev els col•loca barrejats amb alguns metalls en el grup VII, de manera que el iode passà al setè període. Ja entrat el segle XX, la separació de la taula periòdica en blocs restaurà l’ordenament del 1869, deixant el iode en el cinquè període del grups dels halògens.

En el 1895, Eugen Baumann (1846-1896) publicà un article sobre el contingut de iode en diferents òrgans d’animals. Era especialment remarcable l’elevada concentració de iode en la glàndula tiroide. Aquest iode era associat amb l’extracte proteic d’aquesta glàndula. Alguns lligaren caps a la fi. Des del 1851, Gaspard Chatin (1813-1901) havia proposat que darrera del goll i del “cretinisme alpí” hi havia la deficiència en iode. Les regions més continentals i més elevades, amb poca aportació de iode marí, eren les que patien aquests trastorns com a malalties endèmiques. Jean-Baptiste Boussingault (1802-1887), ja en els anys 1840, havia estudiat aquestes malalties als Andes i havia proposat l’ús de sal marina rica en iode no tan sols com a tractament sinó com a forma de prevenció. D’altra banda, Felix Semon (1849-1921) havia mostrat com la insuficiència de la glàndula tiroide produïa símptomes associats al “cretinisme alpí” (exoftàlmia, etc.), cosa que lligava amb l’efectivitat del tractament del goll amb extractes d’aquesta glàndula descrits en tractats xinesos del segle VII e.c. En el 1915, Edward Calvin Kendall (1886-1972) aïllava en forma cristal•lina de la glàndula tiroide un compost iodo-orgànic, que denominà “thyroxin”.

En el 1908, Antonio Grossich (1849-1926) fou pioner en l’ús de tintura de iode com a antisèptic la preparació pre-quirúrgica de la pell.

En el 1938, Glenn Seaborg i John Livingood van descobrir un isòtop radioactiu, el radioiode, de 131 uma. En el 1941, Saul Hertz (1905-1950) començà a assajar l’ús del radioiode en el tractament de la malaltia de Graves, com una via per a la destrucció dels nòduls tiroïdals, publicant uns resultats favorables en maig del 1946. A final dels anys 1940 hom començà a emprar iodur sòdic enriquit en 131I en el seguiment de fuites en oleoductes. En el 1951, a Munic, fou emprat similarment per localitzar fuites en la xarxa de subministrament d’aigües.

Saul Hertz monitoritzant amb un multicomptador una pacient tractada amb radioiode

En el 1960, John H. Reynolds (1923-2000) observà en alguns meteorits una sobreabundància de xenó-129. Ho interpretà com el resultat de la presència de iode-129. Aquest fou el primer indici en materials del Sistema Solar d’un “radionúclid extingit”. Com que el iode-129 seria produït únicament en supernoves, i es convertiria en xenó-129 en qüestió d’unes desenes de milions d’anys, aquest fet limitava l’interval entre la formació de nebulosa protosolar i la formació dels primers nanoplanetes.

El iode: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del iode coincideix amb la del seu únic isòtop estable, 127I. Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– iode-108 (108I; 107,94348 uma). Nucli format per 53 protons i 55 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,036 s. Decau majoritàriament (90%) a antimoni-104 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a tel•luri-108 (9%; amb emissió d’un positró) o a tel•luri-107 (1%; amb emissió d’un protó).
– iode-109 (109I; 108,93815 uma). Nucli format per 53 protons i 56 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,03•10-4 s. Decau normalment (99,5%) a tel•luri-108 (amb emissió d’un protó) o, alternativament (0,5%), a antimoni-105 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iode-110 (110I; 109,93524 uma). Nucli format per 53 protons i 57 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,65 s. Decau majoritàriament (83%) a tel•luri-110 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a antimoni-106 (15%; amb emissió d’un nucli d’heli-4), a antimoni-109 (1,1%; amb emissió d’un protó i d’un positró) o a estany-106 (1,09%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– iode-111 (111I; 110,93028 uma). Nucli format per 53 protons i 58 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,5 s. Decau majoritàriament (99,91%) a tel•luri-111 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,088%), a antimoni-107 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iode-112 (112I; 111,92797 uma). Nucli format per 53 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,42 s,. Decau normalment (99,01%) a tel•luri-112 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a antimoni-111 (0,88%; amb emissió d’un protó i d’un positró), a estany-108 (0,104%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró) o a antimoni-108 (0,0012%; amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iode-113 (113I; 112,92364 uma). Nucli format per 53 protons i 60 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,6 s. Decau normalment (100%) a tel•luri-113 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a antimoni-109 (0,00000033%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a estany-109 (amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– iode-114 (114I; 113,92185 uma). Nucli format per 53 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,1 s. Decau normalment a tel•luri-114 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a antimoni-113 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (114mI) a 265,9 keV, que té una semivida de 6,2 s, i que decau bé a l’estat basal (9%) o directament a tel•luri-114 (91%).
– iode-115 (115I; 114,91805 uma). Nucli format per 53 protons i 62 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 78 s. Decau a tel•luri-115, amb emissió d’un positró.
– iode-116 (116I; 115,91681 uma). Nucli format per 53 protons i 63 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,91 s. Decau a tel•luri-116, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (116mI) a 400 keV, que té una semivida de 3,27•10-6 s.
– iode-117 (117I; 116,91365 uma). Nucli format per 53 protons i 64 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 133 s. Decau a tel•luri-117,amb emissió d’un positró.
– iode-118 (118I; 117,913074 uma). Nucli format per 53 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 822 s (14 minuts). Decau a tel•luri-118, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (118mI) a 190,1 keV, que té una semivida de 510 s, i que decau rarament a l’estat basal i habitualment a tel•luri-118.
– iode-119 (119I; 118,91007 uma). Nucli format per 53 protons i 66 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1150 s (19 minuts). Decau a tel•luri-119, amb emissió d’un positró.
– iode-120 (120I; 119,910048 uma). Nucli format per 53 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4900 s (82 minuts). Decau a tel•luri-120, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 72,61 keV (120m1I; que té una semivida de 2,28•10-7 s) i un altre a 320 keV (120m2I; que té una semivida de 3200 s i que decau a l’estat basal).
– iode-121 (121I; 120,907367 uma). Nucli format per 53 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7630 s (2 hores). Decau a tel•luri-121, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (121mI) a 2376,9 keV, que té una semivida de 9,0•10-6 s.
– iode-122 (122I; 121,907589 uma). Nucli format per 53 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 218 s (4 minuts). Decau a tel•luri-122, amb emissió d’un positró.
– iode-123 (123I; 122,905589 uma). Nucli format per 53 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,76046•104 s (13 hores). Decau a tel•luri-123, per captura electrònica. Es produeix sintèticament en ciclotrons per la irradiació protònica de xenó o pel bombardament de protons de tel•luri-123. És el radioisòtop més indicat en l’estudi diagnòstic de malalties tiroidees.
– iode-124 (124I; 123,9062099 uma). Nucli format per 53 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,6081•105 s (4 dies). Decau a tel•luri-124, amb emissió d’un positró. És emprat en radiodiagnòstic mèdic de trastorns de tiroide.
– iode-125 (125I; 124,9046302 uma). Nucli format per 53 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,1321•106 s (59 dies). Decau a tel•luri-125, per captura electrònica. És sintetitzat per la irradiació neutrònica de xenó. Té diverses aplicacions mèdiques, tant diagnòstiques com terapèutiques (p.ex., en radioteràpia interna per al tractament de càncer de pròstata, de cervell, etc.).
– iode-126 (126I; 125,905624 uma). Nucli format per 53 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,117•106 s (13 dies). Decau bé a tel•luri-126 (56,3%; amb emissió d’un positró) bé a xenó-126 (43,7%; amb emissió d’un electró).
– iode-127 (127I; 126,904473 uma). Nucli format per 53 protons i 74 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. És pràcticament l’únic isòtop present en les mostres naturals. Part de la dotació resulta de la fissió de radioisòtops pesants.
– iode-128 (128I; 127,905809 uma). Nucli format per 53 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1499 s (25 minuts). Decau majoritàriament (93,1%) a xenó-128 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (6,9%), a tel•luri-128 (amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastable, un a 137,850 keV (128m1I; que té una semivida de 8,45•10-7 s) i un altre a 167,367 keV (128m2I; que té una semivida de 1,75•10-7 s).
– iode-129 (129I; 128,904988 uma). Nucli format per 53 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,95•1014 s (15,7 milions d’anys). Decau a xenó-129, amb emissió d’un electró. És present en forma de traça en mostres naturals, en part com a resultat de l’acció dels raigs còsmics sobre el xenó atmosfèric i en part com a producte de la fissió de radioisòtops pesants. En aquest sentit, els assaigs nuclears dels anys 1950 i 1960 suposaren emissions de iode-129 a l’atmosfera. També els muons còsmics en generen en col•lisionar amb 130Te. Les concentracions de 129I i 129Xe són emprades en tècniques de datació d’aigües subterrànies i de meteorits. També és un traçador de residus de centrals nuclears, dels quals n’és producte. El 129I com a contaminant radiològic és poc actiu, però d’una vida molt llarga i d’una mobilitat ambiental considerable.
– iode-130 (130I; 129,906674 uma). Nucli format per 53 protons i 77 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,450•104 s (12 hores). Decau a xenó-130, amb emissió d’un electró. Posseeix quatre estats metastables, un a 39,9525 keV (130m1I; que té una semivida de 530 s i que decau bé a l’estat basal (84%) o directament a xenó-130 (16%)), un altre a 69,5865 keV (130m2I; que té una semivida de 1,33•10-7 s), un tercer a 82,3960 keV (130m3I; que té una semivida de 3,15•10-7 s) i un quart a 85,1099 keV (130m4I; que té una semivida de 2,54•10-7 s).
– iode-131 (131I; 130,9061246 uma). Nucli format per 53 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,92988•105 s (8 dies). Decau a xenó-131, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants (rendiment de vora del 3% en el cas de l’urani i del plutoni). És el radioiode per antonomàsia. Com un dels principals productes de la fissió d’urani i plutoni, contribueix força a l’efecte deleteri de la contaminació nuclear, ja que és fàcilment absorbit per l’organisme humà i acumulat en la glàndula tiroide (produint tiroiditis, càncer de tiroide, etc.). Per això com a antídot en cas d’exposicions, s’administren dosis de KI o KIO3 per tal de “rentar” el radioiode que hom pugui haver absorbit. Hom ha calculat que els assaigs atmosfèrics de bombes nuclears fets a Nevada entre el 1951 i el 1962 produïren un excés de mortalitat d’11.000 casos, la majoria de càncer de tiroide. Se’l sintetitza en reactors nuclears per la irradiació neutrònica de tel•luri per a diferents aplicacions mèdiques i farmacèutiques. Així, el 131I és emprat en el tractament de l’hipertiroidisme.
– iode-132 (132I; 131,907997 uma). Nucli format per 53 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8262 s (2 hores). Decau a xenó-132, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (132mI) a 104 keV, que té una semivida de 4993 s i que decau bé a l’estat basal (86%) o directament a xenó-132 (14%). És producte de la fissió de radioisòtops pesants, i el trobem en residus de centrals nuclears, com a isòtop fill del tel•luri-132.

Contribució de diferents radioisòtops als nivells radioactius de l’aire a Txernòbil després de l’accident de 26 d’abril del 1986. En les primeres setmanes, bona part de la radioactivitat era deguda el tel•luri-132/iode-132 i al iode-131
– iode-133 (133I; 132,907797 uma). Nucli format per 53 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,49•104 s (21 hores). Decau a xenó-133, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 1634,174 keV (133m1I; que té una semivida de 9 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 1729,160 keV (133m2I; que té una semivida de 1,70•10-7 s).
– iode-134 (134I; 133,909744 uma). Nucli format per 53 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3150 s (53 minuts). Decau a xenó-134, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (134mI) a 316,49 keV, que té una semivida de 211 s, i que decau bé a l’estat basal (97,7%) o directament a xenó-134 (2,3%).
– iode-135 (135I; 134,910048 uma). Nucli format per 53 protons i 82 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,37•104 s (7 hores). Decau a xenó-135, amb emissió d’un electró. En centrals nuclears, el tel•luri-135 pot donar lloc a iode-135, el qual al seu torn dóna lloc al xenó-135 (“forat de iode”), que alenteix la velocitat de reacció (“enverinament de xenó”).
– iode-136 (136I; 135,91465 uma). Nucli format per 53 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 83,4 s. Decau a xenó-136, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (136mI) a 650 keV, que té una semivida de 46,9 s, i que decau a xenó-136.
– iode-137 (137I; 136,917871 uma). Nucli format per 53 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 24,13 s. Decau majoritàriament (92,86%) a xenó-137 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (7,14%), a xenó-136 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-138 (138I; 137,92235 uma). Nucli format per 53 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,23 s. Decau majoritàriament (94,54%) a xenó-138 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (5,46%), a xenó-137 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-139 (139I; 138,92610 uma). Nucli format per 53 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb uina semivida de 2,282 s. Decau majoritàriament (90%) a xenó-139 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (9,3%), a xenó-138 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-140 (140I; 139,93100 uma). Nucli format per 53 protons i 87 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,86 s. Decau majoritàriament (90,7%) a xenó-140 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (9,3%), a xenó-139 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-141 (141I; 140,93503 uma). Nucli format per 53 protons i 88 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,43 s. Decau majoritàriament (78%) a xenó-141 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (22%), a xenó-140 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-142 (142I; 141,94018 uma). Nucli format per 53 protons i 89 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,2 s. Decau majoritàriament (75%) a xenó-142 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (25%), a xenó-141 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– iode-143 (143I; 142,94456 uma). Nucli format per 53 protons i 90 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau a xenó-143, amb emissió d’un electró.
– iode-144 (144I; 143,94999 uma). Nucli format per 53 protons i 91 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,05 s. Decau a xenó-144, amb emissió d’un electró.

En termes d’afinitat electrònica, el iode és únicament superat per tres altres halògens, el clor, el fluor i el brom

L’àtom neutre de iode conté 53 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5. Es tracta, doncs, de l’element del cinquè període del grup dels halògens (grup 17 o VIIB), classificat dins dels no-metalls diatòmics (en tant que I2 és la forma elemental més prevalent). Els estats d’oxidació més habituals són +7 (I7+, cessió de tots els electrons de la capa 5), +5 (I5+, cessió de tots els electrons del nivell 5p) i -1 (I, acceptació d’un electró fins a completar la capa 5). També el podem trobar en els estats +3, +1, +1 i 0. El radi atòmic és de 1,40•10-10 m i el radi de Van der Waals de 1,98•10-10 m.

Iode elemental. A diferència dels halògens més lleugers, el iode és sòlid en condicions ambientals. Això es deu al fet que, a banda dels enllaços I-I, entre les molècules de I2 s’estableixen interaccions que fan elevar la calor de fusió.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el iode elemental (I2) es presenta com un sòlid de color negre blavós, de llustre metàl•lic, amb una densitat de 4933 kg•m-3 i una estructura cristal•lina ortoròmbica. L’enllaç I-I del iode diatòmic és de 2,70•10-10 m, una de les més elevades per a un enllaç covalent simple. Com que l’energia de dissociació de l’enllaç I-I és de 150 kJ•mol-1, és relativament fàcil el pas de iode molecular a iode atòmic.

En condicions estàndards de pressió, el iode elemental fon a 386,85 K i bull a 457,4 K. El iode elemental gasós és d’una coloració violada-rosada.

El iode elemental tendeix a sublimar en condicions atmosfèriques. A 293 K, la solubilitat en aigua és de 0,29 g•L-1, i és superior en solvents apolars (hexà, CCl4). Mentre les solucions de iode en solvents apolars són violetes, les solucions en solvents polars són de color bru. La solució de iode en àcid sulfúric 65% és d’un color blau degut a la formació del catió I2+.

D’esquerra a dreta, 1) coloració d’una solució de I2 en diclorometà; 2) viratge d’aquesta solució uns segons després d’afegir-hi trifenilfosfí; 3) solució decolorada després de l’acció d’un minut del trifenilfosfí; 4) viratge produït en afegir-hi a la solució anterior un excés de I2

El iode tendeix fàcilment a reduir-se en iodur (I). Els iodurs, en presència de l’oxigen atmosfèric, s’oxiden lentament a iode elemental. Entre els compostos de iode trobem:
– iodurs o sals de iode.
– iodur d’hidrogen o àcid hidroiòdic (HI). En condicions estàndards, és un gas incolor fortament oxidant.
– òxids. El I2O5 és en condicions estàndards un sòlid cristal•lí blanc, amb una forta capacitat oxidant. Amb l’oxigen, el iode forma sobretot els anions IO3 (ió iodat) i IO4 (ió periodat), corresponents als àcids HIO3 i HIO4.
– compostos interhalogenats, com el monoclorur de iode (ICl), el pentafluorur de iode (IF5) o l’heptafluorur de iode (IF7).
– compostos organoiodats, com el iodometà (CH3I).

L’abundància del iode és condicionada pels processos de nucleosíntesi que tenen lloc en les supernoves, per les rutes de desintegració de radioisòtops pesants i per l’estabilitat dels seus isòtops. El iode, com s’esdevé no poques vegades amb elements de Z senar és monoisotòpic i mononuclídic, la qual cosa contribueix negativament a la seva abundància atòmica. Així, el iode és superat en aquest sentit pels elements que el flanquegen en la taula periòdica, el tel•luri i el xenó. El iode no obstant supera en abundància una sèrie d’elements de nombre Z inferior (beril•li, niobi, tecneci, rodi, argent, indi, antimoni). Al seu torn, són més abundants que el iode en termes atòmics, a banda del xenó, elements més pesants com el bari, el ceri, el platí i el plom.

El iode no és gaire més abundant en la Terra. Globalment, l’abundància atòmica és de 0,01 ppm (0,05 ppm en termes de massa). Com a element litòfil, assoleix una concentració una mica més elevada en l’escorça terrestre, de 0,14 ppm. En algunes roques sedimentàries, com el calitxe, la concentració és més elevada.

En la hidrosfera, la concentració de iode és afavorida per la bona solubilitat de la majoria de iodurs. En l’oceà, la concentració típica de iode és de 60 mg•m-3.

En l’atmosfera, el iode és present en forma de traça.

Esquema del cicle biogeoquímic del iode, d’Alex Baker.

El iode és un dels bioelements de major nombre atòmic, tan sols superat amb certa seguretat pel tungstè. Val a dir que ho és tan sols per alguns organismes, no pas tots. Alguns organismes marins (com diatomees del gènere Navicula) presenten rutes metabòliques de producció de compostos organoiodats (iodoperoxidades). Aquest metabolisme és prou rellevant com per definir un cicle biogeoquímic del iode, en el qual cal incloure els bescanvis litosfèrics, hidrosfèrics, atmosfèrics i biosfèrics, amb participació d’ió iodur (I) i de compostos inorgànics i orgànics. Algues brunes com Laminaria o Fucus acumulen concentracions de iode de 0,028-0,454% de pes sec (de fet, com hem vist, fou en material algal on Courtois registrà la presència d’aquest element).

També per als vertebrats, el iode és un bioelement. La principal funció, sinó la única, és la incorporació a hormones secretades per la glàndula tiroide. En el cos humà, la concentració típica de iode és de 0,16 ppm en termes de massa (0,0075 ppm en termes atòmics). Per a un individu de 70 kg, el contingut corporal de iode seria de 20 mg.

Estructura molecular de la triiodotironina o hormona tiroïdal

La producció mundial de iode és de 28.000 tones. Les dues fonts comercials són el calitxe i les salmorres d’explotacions gasístiques i petrolieres. El calitxe és especialment explotat a Xile, per a l’obtenció de nitrat sòdic. És en el procés d’extracció del nitrat sòdic que apareixen com a subproductes, iodat sòdic i iodur sòdic.

Pel que fa a les salmorres d’explotacions gasístiques podem esmentar, pel que fa a la producció de iode, les de Minami Kanto (Japó) i Anadarko Basin (Oklahoma). Les salmorres arriben a la superfície amb temperatures de més de 330 K. Són tractades amb àcid sulfúric i clor. Posteriorment, la solució és airejada, i el iode que desprèn és captat en una torre d’absorció i reduït amb SO2. L’HI resultant és tractat de nou amb clor per fer-hi precipitar el iode, que seguidament és filtrat, purificat i empacat. El iode ultrapur es pot aconseguir després de l’eliminació addicional d’impureses per sublimació.

La font tradicional de iode comercial, les algues, ja fa dècades que fou bandejada. Tampoc no és practicada la producció de iode per electròlisi d’aigua marina.

Terreny de calitxe a l’illa de San Miguel (Califòrnia). El calitxe és una roca sedimentària formada pel rentat de minerals de l’horitzó A del sòl que s’acumulen a l’horitzó B (a 1 o 3 metres de la superfície). Els dipòsits de carbonat càlcic resultant acaben per compactar-se en una espècie de ciment natural de carbonat càlcic.

Una part rellevant del consum de iode es destina a la producció de dihidroiodur d’etilendiamina (EDDI, C2H10I2N2), emprat com a suplement nutricional en ramaderia.

Quantitativament, també és important l’ús de HI com a co-catalitzador en la producció d’àcid acètic.

Esquema del cicle catalític de Cativa, emprat en la producció d’àcid acètic mitjançant la carbonilació de metanol. El iode, en forma de iodur i àcid hidroiòdic, fa costat al catalitzador principal d’iridi. El procés de Cativa i el procés de Monsanto forneixen la major part de les necessitats mundial d’àcid acètic.

Una aplicació històricament rellevant del iode ha estat la confecció de desinfectants. La tintura de iode consisteix en una solució hidroalcohòlica de iode (2-7%) i iodur potàssic/sòdic. El complex de polivinilpirrolidon-iode (PVP-I) és conegut entre nosaltres sobretot pel nom comercial de Betadine. Cal comptar que hi ha persones que són hipersensibles al iode (tant per via cutània com per via parenteral, en el cas d’administracions diagnòstiques o terapèutiques relacionades amb la glàndula tiroide).

Diversos preparats de iode són utilitzats en tècniques de laboratori, d’anàlisi o de tinció histològica. D’una banda, hom aprofita la seva reactivitat i, de l’altra, la coloració de molts dels seus derivats. Per exemple:
– el iode és emprat com a tinció general en cromatografia de capa fina.
– la iodometria és una tècnica de valoració d’oxidants en una solució. Bàsicament, consisteix en l’addició a la solució d’un excés de iodur. La valoració es realitza gràcies a l’addició posterior de midó que, en reacció amb I3 genera una coloració negra-blavosa. El paper de midó-iode aprofita la mateixa reacció. L’aplicació de la iodometria en greixos i olis permet definir un “nombre de iode”, entès com la quantitat de iode en grams que absorbirien 100 grams de greix o oli i que és indicador del grau d’insaturació.
– la reacció citada del I3 serveix també per a la valoració de midó (test de iode o test de Lugol). Aquesta és la base de la ploma de detecció de bitllets falsos: la tinta de iode deixaria marca negre en els bitllets fets de paper amb midó.
– en ginecologia, la solució de Lugol pot aplicar-se en el decurs d’una colposcòpia en la mucosa vaginal i cervical (test de Schiller). En condicions normals, s’hi hauria de fer una marca bruna fosca, per reacció amb glucogen tissular. L’absència de marca podria indicar la presència d’un tumor, que caldria confirmar això sí amb una biòpsia.

Podem esmentar també altres aplicacions del iode i dels seus compostos:
– l’eritrosina és la sal disòdica de 2,4,5,7-tetraiodefluoresceïna és emprat com a colorant alimentari (E-127). L’eritrosina també té aplicacions com a pigment en impremta, i apareix també en protocols de tinció histològica.
– el iodur d’argent és utilitzat en la sembra de núvols, ús restringit en nombroses jurisdiccions
– els vapors de iode s’apliquen en la revelació d’impremtes digitals.

El iode en la nutrició humana

Esquema de la glàndula tiroide. El nom de “tiroide” el va donar Thomas Wharton (1614-1673) en 1656 a partir del mot grec θυρεοειδής, que vol dir “en forma d’escut”. El 70% del iode de l’organisme humà es troba concentrat en la glàndula tiroide o circulant en forma d’hormones tiroïdals

Pel que sabem, el iode tanca la llista de bioelements per a l’organisme humà. La tiroxina (T4) i la triiodotironina (T3) són els compostos organoiodats amb una funció coneguda, hormonal (hormona tiroïdal).

Esquema de la síntesi d’hormona tiroïdal. Les cèl•lules fol•liculars tiroïdals sintetitzen i excreten la proteïna tiroglobulina a l’interior del fol•licle tiroïdal. Alhora aquestes cèl•lules capten ions iodur de la sang i en promouen l’acumulació en forma de iode elemental en l’interior del fol•licle. Això comporta la iodinació dels residus de tirosina de la tiroglobulina. La tiroglobulina iodada és captada per les cèl•lules fol•liculars, que l’hidrolitzen en vesícules, de manera que alliberen al torrent sanguini tiroxina i triiodotironina.

La ingesta diària recomanada de iode varia segons l’edat i altres factors fisiològics. En infants de menys d’1 any, se’n recomana 110-130 μg, que baixa a 90 μg per a infants d’1-8 anys; després augmenta a 130 μg per a 8-13 anys, i a 150 μg per a majors de 13, bo i que se’n recomanen nivells encara major per a dones gestants (220 μg) i lactants (290 μg). Alhora, es recomana que la ingesta no depassi els 1100 μg. El consum mínim de iode per la glàndula tiroide per garantir uns nivells adequats d’hormona tiroïdal és de 70 μg diari.

El cicle biogeoquímic del iode ens explica la rellevància de les fonts marines. A banda de peix, marisc, algues, etc., també són fonts de iode les verdures procedents de sòls rics en iode, així com ous i productes làctics d’aquestes zones. Ara bé, les zones més continentals i les situades a més alçada presenten sòls crònicament pobres en iode.

Logo que apareix en alguns envasos de sal iodada. La sal iodada s’obté mitjançant l’addició de solucions de iodat potàssic (o de iodur potàssic) a sal alimentària. En el cas d’addicionar iodur potàssic, se sol acompanya de dextrosa per evitar pèrdues per oxidació i evaporació de iode. Per evitar la formació de grumolls també pot addicionar-se silicat càlcic.

Hom calcula que vora 2.000 milions de persones no reben el mínim nutricional de iode. La deficiència en iode és considerada una de les principals causes evitables de discapacitat intel•lectual i de desenvolupament. La generalització de la sal iodada és considerada la principal via per eradicar aquesta deficiència, i segurament les xifres serien molt pitjors si actualment la sal iodada no fos a l’abast d’aproximadament 2/3 de la població mundial.

En zones on hi ha un consum elevat de productes algals, es pot depassar el nivell d’ingesta recomanada, com sembla ser el cas d’una part notable de la població japonesa. Organitzacions com el Iodine Global Network fan un seguiment prioritari de l’eliminació mundial de la deficiència en iode, bo i monitoritzant també les zones on hi ha una ingesta excessiva de iode.

El metabolisme de l’hormona tiroïdal requereix reaccions de deiodinització. Així l’hormona T4 és convertida a T3 i rT3. La T3 és, de fet, l’hormona tiroïdal activa. Al seu torn és deiodinada a 3,3-diiodotironina (T2), cosa que suposa també la inactivació biològica. Aquestes reaccions les catalitzen deiodinases dependents de seleni. Això explica les relacions nutricionals existents entre els dos elements. Dietes pobres en seleni poden davallar la tolerància a un excés d’ingesta de iode.

Eix hipotalamo-hipofisàrio-tiroïdal. El principal control de la secreció d’hormona tiroïdal per la glàndula tiroide l’exerceix la tirotropina (TSH), hormona hipofisària, al seu torn controlada per la TRH hipotalàmica. La hormona tiroïdal activa (T4) actua sobre aquells tipus cel•lulars que la puguin captar i que alhora expressin el factor TR en els seus nuclis. La unió de T4 i TR actua directament sobre regions HRE reguladores de l’expressió gènica. L’hormona tiroïdal participa en la regulació del metabolisme (és crucial en la determinació de la taxa metabòlica basal), en processos de creixement i desenvolupament i de resposta a les catecolamines (adrenalina, noradrenalina). El metabolisme del iode és íntimament lligat a la funció tiroïdal.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: