Iodine was discovered in 1811 by the French chemist 贝尔纳·库尔图瓦 (1777-1838) in the ashes of seaweed (kelp) used for the production of saltpeter. Courtois was working in his family's saltpeter factory in Paris during the Napoleonic Wars, a time when saltpeter was crucial for the manufacture of gunpowder.
当库尔图瓦用浓硫酸处理海藻灰时，他观察到释放出壮观的紫色蒸气，这些蒸气凝结成带有紫色光泽的灰黑色金属晶体。这一偶然发现揭示了一种具有非凡特性的新化学元素。库尔图瓦意识到这一发现的重要性，但因缺乏深入研究的手段，便将样本分享给了其他化学家。
The properties of this new element were studied by 约瑟夫·路易·盖-吕萨克 (1778-1850) and 汉弗里·戴维 (1778-1829) in 1813-1814. Gay-Lussac proposed the name 碘 derived from the Greek 碘 (ἰοειδής) meaning "violet" or "violet-colored," in reference to the characteristic color of the vapors. The chemical symbol I was immediately adopted.
The medical importance of iodine was gradually recognized in the 19th century. In 1820, the Swiss physician 让-弗朗索瓦·科安代 (1774-1834) discovered that iodine could treat goiter, an endemic disease in iodine-poor mountainous regions. This discovery established iodine as the first trace element recognized as essential for human health.
注意：:
Iodine is present in the Earth's crust at an average concentration of about 0.45 ppm, making it relatively rare, about 60 times less abundant than chlorine. However, iodine accumulates strongly in the oceans, where its concentration reaches about 0.06 mg/L, and is massively concentrated in seaweed, which can contain up to 0.5% of its dry weight in iodine.
主要的碘矿石较为稀少。碘主要从智利（硝石矿）和日本的硝酸盐矿床卤水中提取，或从油气开采卤水中回收。海藻（海带、墨角藻）在某些地区仍是碘的传统来源。碘化钠和碘酸盐是主要的商业化合物。
全球碘年产量约为3万至3.5万吨。智利占全球总产量的55%-60%，位居首位，其次是日本（25%-30%）、美国及土库曼斯坦。这种地理集中性使碘成为具有战略意义的重要物资，尤其在关键医疗应用领域。
碘被多个国家视为关键元素，因其对公共卫生和医疗应用具有不可或缺的特性。碘的回收利用十分有限，仅占供应量的不到5%，尽管在数码摄影普及之前，从废弃摄影溶液中回收碘曾具有重要历史意义。
碘（符号I，原子序数53）是元素周期表第17族的卤素，与氟、氯、溴、砹同族。其原子含有53个质子，通常有74个中子（对应稳定同位素\(\,^{127}\mathrm{I}\)），以及53个电子，电子构型为[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵。
碘是一种灰黑色至蓝黑色的结晶固体，具有明显的金属光泽，呈层状结构。其密度为4.93克/立方厘米，属于中等密度。碘以正交晶系结晶，形成由范德华力结合的双原子分子I₂。碘晶体性脆，易碎裂成闪亮的薄片。
Iodine melts at 113.7 °C (386.85 K) and boils at 184.3 °C (457.4 K). The most spectacular property of iodine is its ability to 崇高 easily at room temperature, passing directly from the solid to the gaseous state without intermediate melting. This sublimation produces characteristic intense purple vapors with a pungent and irritating odor.
固态碘具有明亮的金属光泽，但属于非金属，在固态下导电性差。在高压（超过16 GPa）条件下，碘会转变为金属态并具备导电性。气态碘强烈吸收可见光，因此呈现深紫色。碘在纯水中溶解度较低（20°C时0.03克/100毫升），但在乙醇及碘化物溶液中溶解度很高，可形成三碘阴离子I₃⁻。
Melting point of iodine: 386.85 K (113.7 °C).
Boiling point of iodine: 457.4 K (184.3 °C).
Iodine sublimes easily at room temperature, producing spectacular purple vapors.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变 / 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 碘-123 — \(\,^{123}\mathrm{I}\,\) | 53 | 70 | 122.905589 u | 合成的 | ≈ 13.2 小时 | 放射性（EC）。用于甲状腺的SPECT医学成像。 |
| 碘-125 — \(\,^{125}\mathrm{I}\,\) | 53 | 72 | 124.904624 u | 合成 | ≈ 59.4 天 | 放射性（EC）。用于放射治疗及分子生物学中的示踪剂。 |
| 碘-127 — \(\,^{127}\mathrm{I}\,\) | 53 | 74 | 126.904473 u | ≈ 100% | 稳定的 | 碘的唯一稳定同位素，代表所有天然碘。 |
| 碘-129 — \(\,^{129}\mathrm{I}\,\) | 53 | 76 | 128.904988 u | 痕迹（裂变产物） | 约1570万年 | 放射性（β⁻）。长寿命裂变产物，环境示踪剂。 |
| 碘-131 — \(\,^{131}\mathrm{I}\,\) | 53 | 78 | 130.906125 u | 合成的 | ≈ 8.02 天 | 放射性（β⁻）。主要裂变产物，用于核医学甲状腺治疗。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
碘有53个电子，分布在五个电子层中。其完整的电子排布为： 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁵，或简写为：[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵。该排布也可写作：K(2) L(8) M(18) N(18) O(7)。
K层（n=1）: contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L壳层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is also complete, forming a noble gas configuration (neon).
M层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to the electronic screen.
N壳层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. The complete 4d subshell is particularly stable.
O壳层（n=5）: contains 7 electrons distributed as 5s² 5p⁵. These seven electrons are the valence electrons of iodine.
Iodine has 7 价电子: two 5s² electrons and five 5p⁵ electrons, lacking only one electron to reach the stable noble gas configuration of xenon. The main oxidation states are -1, +1, +3, +5, and +7. The -1 state is the most common, forming the iodide ion I⁻ in salts such as potassium iodide (KI) and sodium iodide (NaI).
+1价态出现在诸如一氯化碘（ICl）的化合物中。+3价态存在于三氯化碘（ICl₃）中。+5价态存在于碘酸（HIO₃）及碘酸盐（如碘酸钾KIO₃）中。+7价态（氧化程度最高）出现在高碘酸（HIO₄或H₅IO₆）和高碘酸盐中，此时碘利用了其全部价电子。分子碘I₂对应0氧化态。
碘是稳定卤素（氟、氯、溴之后）中反应活性最低的，但仍是一种重要的氧化剂。在室温下，碘与许多金属缓慢反应生成碘化物。与碱金属反应时可能较为剧烈：2Na + I₂ → 2NaI。钠和钾与碘发生剧烈反应，产生火焰和烟雾。
碘不会直接与氧气反应，但可以通过间接方式合成碘的氧化物（I₂O₅、I₂O₄、I₄O₉）。碘与氢气反应生成碘化氢（HI），这是一个可逆且不完全的反应：H₂ + I₂ ⇌ 2HI。该平衡反应是化学热力学中的经典案例。
碘与更活泼的卤素反应生成卤素互化物，如ICl、IBr和IF₅。与氯反应时，会形成氯化碘：I₂ + Cl₂ → 2ICl 或 I₂ + 3Cl₂ → 2ICl₃。碘溶解于碘化物溶液中会形成棕色的三碘离子：I₂ + I⁻ → I₃⁻，从而显著提高其在水中的溶解度。
检测碘的特征反应使用淀粉，淀粉与分子碘形成强烈的蓝紫色络合物，可检测微量碘（灵敏度达微克级）。该反应应用于分析化学和碘量滴定法中。
碘最重要的应用在于其对人体健康不可或缺的作用，尤其是对甲状腺功能而言。碘是甲状腺激素甲状腺素（T4）和三碘甲状腺原氨酸（T3）的基本构成成分，这些激素调节新陈代谢、生长发育、神经系统发育以及许多其他重要的生理功能。
碘缺乏是全球儿童可预防性智力迟滞和大脑发育障碍的首要原因。碘缺乏病影响全球约20亿人口，尤其在远离海洋的山区和内陆地区。其表现包括甲状腺肿（甲状腺增大）、甲状腺功能减退、克汀病及认知缺陷。
世界卫生组织（WHO）推荐的全民食盐加碘，是有史以来实施的最有效且最具成本效益的公共卫生干预措施之一。每公斤食盐中添加15-40毫克碘（以碘酸钾或碘化钾形式），足以预防碘缺乏病。这一策略已在许多发达国家消除了碘缺乏病。
成年人每天约需150微克碘，而孕妇和哺乳期女性需要220-290微克。天然膳食来源包括海鲜（鱼类、贝类、海藻）、乳制品和鸡蛋。一片干昆布海藻可能含有数毫克碘，远超每日所需量。
放射性碘，特别是同位素¹³¹I，在核医学中扮演着重要角色。碘-131的半衰期为8天，能释放β和γ射线，因此既可用于治疗，也可用于诊断成像。甲状腺会选择性吸收碘，自然地将摄入的放射性碘富集起来。
放射性碘治疗是甲状腺功能亢进症（格雷夫斯病、毒性结节）及分化型甲状腺癌的标准疗法。单次口服碘-131可通过内照射选择性破坏过度活跃或癌变的甲状腺细胞，同时保护周围组织。对于甲状腺癌，在手术切除甲状腺后，放射性碘可清除残留的癌细胞及转移灶。
碘-123的半衰期较短，仅为13小时，且仅发射伽马射线，用于甲状腺诊断性闪烁显像，无明显治疗效果。碘-125则用于近距离放射疗法治疗局部肿瘤，尤其是前列腺癌和眼部黑色素瘤，同时也可作为生物研究中的示踪剂。
碘是一种强效广谱防腐剂和消毒剂，对细菌、病毒、真菌、原生动物和孢子均有效。其杀菌作用源于对微生物细胞成分（尤其是蛋白质和核酸）的氧化和碘化作用，导致细胞迅速死亡。
碘酊（碘和碘化钾的酒精溶液）在一个多世纪里一直是标准的外科消毒剂。聚维酮碘（碘伏），即碘与聚乙烯吡咯烷酮的复合物，已成为现代参考消毒剂。它能缓慢释放活性碘，减少刺激性，同时保持持久的抗菌效果。
10%聚维酮碘溶液含1%有效碘，用于术前皮肤消毒、伤口处理及作为抗菌漱口液。碘片用于生存困境、自然灾害或前往发展中国家旅行时对饮用水进行紧急消毒。
碘在营养剂量下毒性相对较低，但高剂量时可能产生毒性。急性碘中毒（摄入数克）会导致严重腹痛、呕吐、腹泻、口腔和咽喉灼伤，甚至可能引发心血管休克。经典解毒剂是淀粉，它能与碘结合并减少其吸收。
长期过量摄入碘反而可能诱发甲状腺功能障碍，表现为甲状腺功能减退（沃尔夫-柴可夫效应）或甲状腺功能亢进（约德-巴塞多现象），尤其易发生于甲状腺功能原本异常的人群。成人每日可耐受最高摄入量为1100微克。
碘蒸气对眼睛、呼吸道黏膜和肺部有强烈刺激性。化工行业的职业暴露需要充分的通风和防护设备。单质碘会使皮肤和组织染成棕黄色，但这些染色是暂时的，会逐渐消退。
放射性碘，特别是¹³¹I，是核事故期间主要的放射性风险之一。在切尔诺贝利（1986年）和福岛（2011年）灾难中，大量释放的碘-131导致甲状腺癌显著增加，尤其是在儿童中。预防性分发碘化钾片剂可使甲状腺充满稳定碘，从而阻止放射性碘的吸收，降低甲状腺癌的风险。
Iodine is synthesized in stars mainly through the r-process (rapid neutron capture) during core-collapse supernovae and neutron star mergers (kilonova). the s-过程 (slow neutron capture) in AGB stars contributes minimally to iodine production. The stable isotope ¹²⁷I results mainly from the r-process.
碘在宇宙中的丰度极低，其原子数量约为氢的9×10⁻¹¹倍，属于宇宙中最稀有的元素之一。这种稀有性源于碘的质子数为奇数（I，Z=53），使其稳定性低于质子数为偶数的元素，同时也因其仅在罕见的爆发事件中少量生成。
放射性同位素¹²⁹I的半衰期为1570万年，通过r过程以及铀-238的自发裂变产生。原始陨石中存在的¹²⁹I表明，该同位素在早期太阳系中就已存在，这为最后一次恒星核合成与太阳系形成之间的时间间隔提供了约束，估计为几千万年。陨石中的¹²⁹I/¹²⁷I比值被用作放射性计时器，用于确定早期太阳系事件的时间。
中性碘（I I）和电离碘（I II）的光谱线在恒星光谱中很少被观测到，这是因为该元素的宇宙丰度极低，且其第一电离势相对较高。尽管如此，在少数富含r过程元素的化学特殊恒星中已检测到碘的踪迹，这证实了爆炸核合成模型。在千新星（中子星合并）光谱中观测到碘，证实了这些灾变性事件是包括碘在内的重r过程元素的主要产生场所。
全球碘生产在地理上高度集中，智利和日本合计约占全球总产量的80-85%。智利主要从阿塔卡马沙漠的钙质硝石（天然硝酸盐）卤水中提取碘，该地区是全球碘资源最丰富的区域。这些矿床是由富含藻类碘的古代海水蒸发形成的。
日本从天然气开采卤水中回收碘，尤其是在千叶地区。这些地下卤水因古代海洋有机物的溶解而含有高浓度的碘（50-150毫克/升）。美国和土库曼斯坦也从油田卤水中生产碘。
提取过程通常涉及用氯气或其他氧化剂将碘化物（I⁻）氧化为分子碘（I₂），随后通过升华进行纯化。所生产的碘纯度通常超过99.5%。全球对碘的需求每年增长约3-5%，主要受公共卫生应用、医用造影剂和工业用途的推动。
从工业和制药来源回收碘仍然有限，尽管这一做法正在增加。从摄影溶液中回收碘在历史上曾具有重要意义，但随着银盐摄影的衰落，这一来源已基本消失。对长期供应安全的担忧促使一些国家建立战略性碘储备，以确保公共卫生需求。
碘在海洋、大气、土壤和生物体之间经历着复杂的生物地球化学循环。海洋是地球上碘的主要储库，含有约600亿吨溶解态碘。海藻大量富集碘，其富集系数可达海水中碘浓度的10,000至30,000倍。
海带（昆布）会向大气中释放挥发性有机碘化合物，如碘甲烷（CH₃I）和二碘甲烷（CH₂I₂），这对碘向大陆的输送起到了重要作用。这些生物源排放每年以挥发性有机化合物的形式释放约100万至200万吨碘。这些化合物还参与大气化学过程，影响气溶胶和云的形成。
在大陆地区，土壤中的碘通常缺乏，尤其是在远离海洋的山地、冰川和内陆地区，这些地方的大气沉积物较少。降水淋溶作用逐渐消耗土壤中的碘。沿海地区从大气中获得更多的海洋碘输入，从而减少了碘缺乏的情况。
植物主要从土壤中以碘酸盐（IO₃⁻）和碘化物（I⁻）的形式吸收碘，但浓度普遍较低，除沿海地区或海产品外，通常无法满足人类需求。许多陆地生态系统中天然存在的碘缺乏现象，凸显了食品强化和食盐加碘的重要性。
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