El halógeno más bello (y mas “metálico”).

El yodo es el más pesado y manejable de la familia de los halógenos, gracias a su masa atómica y a su proximidad a los metales. Aun así, sigue siendo un elemento muy reactivo y comparte muchas propiedades con sus hermanos mas ligeros bromo y cloro (el flúor es un caso un poco especial).
La historia del yodo comienza cuando Bernard Courtois continuó en el negocio de fabricación y venta de nitrato potásico (un componente esencial en la pólvora y en abonos), siguiendo los pasos de su padre, Jean-Baptiste Courtois, debido a los problemas económicos que tenían. Corría la primera década del siglo XIX y el joven Courtois ya había hecho méritos con su investigación sobre el opio y el descubrimiento, en 1804, de la morfina, trabajando en el laboratorio de Armand Séguin (bisabuelo del pintor del mismo nombre, colaborador de Lavoisier y codescubridor de la composición del agua), aunque el descubridor oficial de la morfina y quien le puso nombre fue Friedrich Wilhelm Adam Sertürmer, ya que lo publicó antes que Courtois y Séguin. Courtois senior era asistente de laboratorio del famoso químico Guyton de Morveau en la Academia de Dijon. El joven Bernard se crió en un ambiente de interés por la Química y después estudió con otros dos famosos químicos, Antoine-François de Fourcroy y Louis Thénard, en L’Ecole Polytechnique de París. Fue en París donde Courtois montó su nitrière o fábrica de nitrato potásico.

Nuestro protagonista. Cristal de yodo puro. Aunque no es un metal, su proximidad a los metales se aprecia en su brillo submetálico, además de algunas propiedades químicas, como que puede formar cationes I+, I3+ y sales como cloruro de yodo (I) y fosfato de yodo (III). Sus vapores tiñen de marrón el material orgánico próximo. El elemento inmediatamente inferior al yodo, el astato, es un metal. Sin embargo, es tan radiactivo que no se ha podido obtener en cantidad suficiente como para observar sus propiedades.

Desde que la pólvora se convirtió en un material estratégico esencial con el desarrollo de las armas de fuego, el suministro de nitrato potásico (nitro) se convirtió en un asunto político y económico clave. Sin nitrato potásico no hay pólvora, y sin pólvora, el ejército no podía enfrentarse a sus enemigos en las constantes guerras europeas. Normalmente, el nitro se importaba de la India y China; pero, durante las guerras napoleónicas, cuando el suministro de nitro quedó bloqueado por los británicos, las nitrerías se volvieron empresas esenciales y se encontraban con frecuencia en las afueras de las ciudades. El proceso de fabricación del nitro era una ingeniosa combinación de biotecnología y ‘química verde’. Para ello se preparaban grandes montones formados por un lecho de caliza pulverizada y cal, que se cubría con materia orgánica en descomposición, estiercol, basura, animales muertos y mucha orina. Este proceso duraba varias semanas, durante las cuales había que ir controlando la humedad y porosidad de los enormes biorreactores, que se regaban con orina periódicamente. La orina de bebedores de cerveza y alcohólicos era especialmente apreciada, pues se creía que daban más rendimiento en nitro. Como es de imaginar, trabajar en una nitrería no era agradable y bastaba como requisito tener un estómago fuerte y aguanta el olor de orina y materia orgánica en descomposición.

Dibujo de una nitrería del siglo XVI. C: depósitos de materia en descomposición sobre cal. A: depósito de agua de lluvia, necesario para la cristalización del nitro en los recipientes de cristalización en el interior del edificio.

Durante el proceso, la descomposición de la materia orgánica genera abundante amoniaco, que es oxidado a nitrato por las bacterias nitrificantes. El nitrato reacciona con la caliza, produciendo nitrato de calcio. El nitrato de calcio no se puede usar para fabricar pólvora, ya que es higroscópico. Por ello, se añadían cenizas vegetales, que son ricas en carbonato potásico y sódico, produciéndose la reacción:

Ca(NO3)2 (aq) + K2CO3 (aq) –> CaCO3 (s) + 2 KNO3 (aq)

Una vez terminado el proceso, se recogía la mezcla rica en nitratos y se llevaban a la fábrica, donde se separaban los nitratos solubles por lixiviación y, a su vez, se sometían a un proceso de cristalización fraccionada para separar el nitrato potásico, un poco menos soluble, del nitrato sódico, que se recogía y se reciclaba para fabricar más nitro.

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Instalación de cristalización de nitro en el siglo XVI. En primer plano el reactor de lixiviación y detrás los recipientes de cristalización.

-Pero…- se preguntará el lector- ¿esta entrada es sobre nitrógeno o sobre yodo?- Calma, porque el yodo hace su aparición en la parte del proceso en la que el nitrato de calcio se convierte en nitro. Para ello eran necesarias cenizas de plantas, ricas en sosa y potasa (como se sabía desde tiempos de los romanos, que las usaban para fabricar jabón). Para que el proceso fuera económicamente viable, era esencial que las cenizas fueran muy ricas en potasio. Por ello, Courtois usaba ceniza de algas, llamadas varech , que se recogían en las playas de la zona de Bretaña y Normandía. Estas algas, ricas en sales potasio, se quemaban en enormes trincheras junto al mar. Courtois entonces lixivia las cenizas, para separar la potasa de otros componentes. Después usaba la potasa para convertir el nitrato de calcio en nitro, con lo que podía obtener un nitro de buena calidad para la fabricación de pólvora. Ahora sabemos que las algas son ricas en yodo (en forma de yoduro sódico y potásico) y el yoduro, junto con otras sales, quedaba en el licor madre sobrante de obtener la potasa. Este licor madre dejaba residuos precipitados con polisulfuros, sulfitos y otras sales en los recipientes. Cierto día del año 1811, Courtois estaba limpiando los recipientes con ácido sulfúrico cuando vió salir un abundante vapor de bonito color violáceo y olor irritante: era el yodo.

Tubo lleno de vapor de yodo y pequeños cristales de sublimación. El color del vapor de yodo varía entre rojo vino y violeta dependiendo de la temperatura y presión.

El vapor de yodo se deposita en objetos fríos, formando pequeños cristales negros y de aspecto metálico. Courtois obtuvo así una buena cantidad de esos cristales de la intrigante sustancia y estudió sus propiedades; descubrió que no se descomponen, que no reaccionan directamente con el oxígeno e hizo otro interesante descubrimiento: que por reacción con amoníaco se forma un material negro pulverulento, que ahora conocemos como yoduro de nitrógeno (NI3), un compuesto muy inestable que estalla con facilidad al secarse (un fulminante).

Detonación de triyoduro de nitrógeno, compuesto descubierto por Courtois en su investigación del yodo. El gif no es mío, no sé quién es el autor.

Courtois no tenía los fondos necesarios para equipar su pobre laboratorio y llevar a cabo el estudio científico y publicación de la nueva sustancia, por lo que se centró en fabricarla y enviar muestras a sus amigos químicos. Entre ellos Clément, quien presentó el nuevo elemento en 1813 en un reporte a los Annales de Chimie. El progreso con el nuevo elemento fué muy lento, hasta que el gran químico británico Sir Humphry Davy visitó Francia y recibió muestras de la nueva sustancia de Courtois. Ante la posibilidad de que los británicos se adelantasen, Gay-Lussac se puso las pilas, preparó el yoduro de hidrógeno y las sales de yoduros metálicos y demostró el carácter elemental de la “sustancia de Courtois”, poniéndole el nombre de yodo, en 1814, mientras que Davy lo hizo al mismo tiempo en Inglaterra, llamando al elemento “iodine”. La competición creó un agrio conflicto entre los dos por ver quién fue el primero en nombrar al nuevo elemento y describir sus propiedades, aunque todos estuvieron de acuerdo en que el crédito de su primera identificación y aislamiento debía ser para Courtois.

Yodo elemental

Courtois se dedicó un tiempo a la fabricación del yodo, proporcionando el nuevo elemento a los investigadores que lo necesitaran, además de fabricar otros productos derivados del procesamiento de las cenizas. Sin embargo, en 1835 las cosas fueron mal para él, tuvo que cerrar el negocio y murió poco después, arruinado y sostenido sólo por la caridad de amigos. Su esposa, sin recursos, murió algún tiempo después, acogida en una institución de beneficencia.

Necrológica de Courtois. Se lee ” Bernard Courtois, descubridor del yodo, muere en París el 27 de septiembre de 1838, dejando a su viuda sin fortuna. Si, en el momento de su descubrimiento, Courtois hubiera obtenido una patente de invención, las cosas habrían sido bastante diferentes”.

Reactividad del yodo: reacción con aluminio

Aunque no tan violento como los halógenos más ligeros, el yodo es un elemento muy reactivo. Reacciona directamente con muchos metales, formando los correspondientes yoduros. Un ejemplo vistoso es la síntesis del yoduro de aluminio, AlI3 o Al2I6. La síntesis es muy sencilla, ya que es una reacción muy exotérmica y favorecida termodinámicamente: basta con mezclar una pequeña cantidad de aluminio en polvo (0.5g) con un exceso de yodo elemental (2g), bien pulverizados y mezclados. Dependiendo de lo “viejo” que sea el aluminio y lo bien que se haga la mezcla, espontáneamente, al añadir una gota de agua o por un leve calentamiento comienza una vigorosa reacción, con emisión de abundantes vapores púrpura a violetas de yodo y dejando un residuo al rojo vivo. Una vez frio, queda un polvo de color rojo anaranjado o pardo rojizo de yoduro de aluminio anhidro. El compuesto puro es blanco amarillento, pero preparado así puede tener color rojizo debido a la presencia de aductos con yodo.

Reacción directa entre yodo y aluminio. Unas gotas de agua inician la reacción, fuertemente exotérmica, aunque suave y no reviste peligrosidad. Solo hay que tener en cuenta el desprendimiento de vapor de yodo, por lo que debe hacerse en campana de gases o al aire libre.

Papel biológico del yodo

En el accidente nuclear de Chernobyl, en la madrugada del 26 de abril de 1986, los testigos que vieron la explosión e incendio desde la cercana Pripyat relataron cómo salieron a ver los bonitos y extraños colores del fuego y el humo que desprendía el reactor. Parte de los colores del humo se debían al yodo radioactivo, producido por la fisión del uranio. Principalmente el yodo-131, un isótopo muy radiactivo (8 días de periodo de semidesintegración) y que constituye uno de los mayores riesgos de contaminación radiactiva en los primeros días tras un accidente nuclear. El yodo se acumula en la glándula tiroides, que contiene unos 50 mg de yodo, donde se sintetizan dos hormonas que contienen yodo: la tiroxina y la triyodotironina, por yodación enzimática de la proteína tiroglobulina. El yodo radiactivo, acumulado en la glándula tiroides, da lugar a cáncer de tiroides, entre otros problemas. Por ello, para emergencias nucleares se proporcionan pastillas de yoduro potásico, que satura la glándula tiroides de yodo no radiactivo, impidiendo que la incorporación de yodo radiactivo a la tiroglobulina. Como consecuencia del accidente de Chernobyl, se registraron 16000 casos de cáncer de tiroides, debidos a la absorción de yodo radiactivo.

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Pastillas de yoduro potásico para emergencias nucleares

Un humano adulto necesita ingerir unos 0.150 mg diarios de yodo para la correcta producción de hormonas tiroideas, necesarias para la correcta regulación del metabolismo. La deficiencia del yodo produce la enfermedad del bocio, una hiperplasia de la glándula tiroides en respuesta a la dificultad para sintetizar hormonas tiroideas. Actualmente, el bocio es muy raro; desde que se comercializó la sal yodada en supermercados, es prácticamente inexistente en los países occidentales. La alimentación rica en pescados proporciona el suficiente yodo. Alimentos ricos en yodo son la caballa, el bacalao, los mejillones, el vino y, muy especialmente, las algas. De hecho, como bien descubrió Courtois, las algas son muy ricas en yodo, hasta el punto de que se plantea si su consumo habitual pudiera producir alteraciones en el tiroides debidas a exceso de yodo.

La tintura de yodo o solución de Lugol (por el médico francés Jean Lugol) es un antiséptico eficaz utilizado desde el siglo XIX, que además tiene numerosas aplicaciones microbiológicas. Se trata de una disolución hidro-alcohólica con un 2% de yodo y un 2.4% de yoduro sódico. El yoduro favorece la solubilidad del yodo (que es prácticamente insoluble en agua) por formación del anión triyoduro:

I2 + I ⇌ I3

Tiene el problema de que el yodo elemental es irritante y puede provocar quemaduras en contacto sostenido. Además, se ha descubierto que el anión triyoduro es responsable del fuerte efecto antiséptico, por lo que actualmente la tintura de yodo ha sido sustituida por la yodopovidona, el conocido betadine

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Estructura de la yodopovidona o yodo-polivinilpirrolidona

Ya todos conocemos bien el intenso color rojo del complejo de yodo y polivinilpirrolidona, que hace posible actualmente que no se infecten grandes heridas ni cirugías. Es posible que el yodo, bien en forma de tintura o de povidona yodada, hayan salvado millones de vidas desde que se descubriera su poder antiséptico.

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Sorpresa: la povidona yodada pura es un polvo de bonito color rojo. Este material se usa disuelto en los diferentes preparados comerciales, como el betadine.
Cristales de yodo sublimado