Quellen für Kupfer- und Jod-Mikronährstoffe

Kupferhaltiges Jodid (Kupfer(I)-Jodid, CuI) wird als Quelle für diätetisches Jod und Kupfer in Speisesalz, Hundefutter und Tierfutter verwendet. Es hat den Vorteil, dass es neben Jod auch den Mikronährstoff Kupfer enthält.

Abbildung \(\PageIndex{1}\) Kupfer(I)-Jodid

Kupfer ist ein essentieller Nährstoff, der aber in höheren Dosen mäßig toxisch ist, wobei für eine toxische Wirkung Dosen von mindestens 11 mg/kg erforderlich sind. Kupferverbindungen werden als Algizid, Fungizid auf Weintrauben und als aquatisches Herbizid zur Bekämpfung von Algen in Teichen verwendet, sind aber für Säugetiere weit weniger giftig. Die geringe Löslichkeit von CuI (0,00042 g/L oder 0,42 mg/L) eliminiert das Risiko einer Kupfervergiftung und liefert gleichzeitig die sehr niedrige RDA für Jod von 150 µg.

Wir haben bereits die Auswirkungen von Jodmangel gesehen. Kupfermangel führt zu hohen Fettwerten (Triglyceride), Fettlebererkrankungen, niedrigem Melaninspiegel (Anfälligkeit für Sonnenbrand) und niedrigem Dopaminspiegel (verbunden mit Depressionen).

Es gibt mehrere Gründe, warum Kupfer(II)-Jodid, CuI2 mit doppelt so viel Jod pro Kupfer wie CuI, nicht als Jodsupplement verwendet wird, aber zuerst müssen wir die Bedeutung der Formeln CuI und CuI2 vollständig verstehen.

Daltons Atomtheorie war in der Lage, die Tatsache zu erklären, dass CuI eine vorhersagbare Zusammensetzung hat (Prozentsätze von Cu und I), wir sind absolut sicher, wie viel Cu und wie viel I wir aus jeder Nahrungsquelle von CuI erhalten. Daltons Theorie erlaubt es uns auch, die Zusammensetzungen von noch unbekannten Jodverbindungen vorherzusagen; wir werden zum Beispiel sehen, wie man die Zusammensetzung von CuI2 aus der von CuI vorhersagen kann.

Um eine Theorie zu testen, verwenden wir sie zunächst, um eine Vorhersage über die makroskopische Welt zu treffen. Wenn die Vorhersage mit den vorhandenen Daten übereinstimmt, besteht die Theorie den Test. Tut sie das nicht, muss die Theorie verworfen oder modifiziert werden. Wenn keine Daten vorhanden sind, müssen weitere Forschungen durchgeführt werden. Schließlich können die Ergebnisse neuer Experimente mit den Vorhersagen der Theorie verglichen werden.

Zum Beispiel besagt Postulat 3 in Daltons Atomtheorie, dass Atome bei einer chemischen Reaktion nicht erzeugt, zerstört oder verändert werden. Postulat 2 besagt, dass die Atome eines bestimmten Elements eine charakteristische Masse haben: Durch logische Deduktion muss also auf der linken und rechten Seite von chemischen Gleichungen wie

die Gesamtmasse der Reaktanten gleich der Gesamtmasse der Produkte sein. Daltons Atomtheorie sagt den experimentellen Massenerhaltungssatz von Lavoisier voraus.

Eine zweite Vorhersage der Atomtheorie ist etwas komplexer. Eine Verbindung besteht aus einer bestimmten Anzahl von zwei oder mehr Arten von Atomen. Unabhängig davon, wie, wann oder wo eine Verbindung hergestellt wird, muss sie immer die gleichen Verhältnisse verschiedener Atome haben. So hat Kupferiodid die Formel CuI, egal wie oder wo die Verbindung hergestellt wurde, es wird immer doppelt so viele Jodatome wie Kupferatome enthalten. Da jede Art von Atom eine charakteristische Masse hat, sollte die Masse eines Elements, das sich mit einer festen Masse des anderen verbindet, immer gleich sein. Wenn zum Beispiel in Kupferiodid jedes Jodatom 2,00-mal so schwer ist wie ein Kupferatom (wie wir jetzt durch Massenspektrometrie wissen), dann wäre das Verhältnis der Massen

Ganz gleich, wie viele Kupferiodid-Moleküle wir haben, jedes hat den gleichen Anteil an Jod, und so muss jede Probe von Kupferiodid den gleichen Anteil an Jod haben. Wir haben soeben das Gesetz der konstanten Zusammensetzung abgeleitet, das manchmal auch als Gesetz der eindeutigen Proportionen bezeichnet wird: Wenn sich Elemente zu einer Verbindung zusammenschließen, tun sie dies immer in genau demselben Massenverhältnis. Dieses Gesetz war 1799 von dem französischen Chemiker Proust (1754 bis 1826) postuliert worden, vier Jahre bevor Dalton die Atomtheorie vorschlug, und seine logische Ableitung aus der Theorie trug zu deren Akzeptanz bei. Das Gesetz der konstanten Zusammensetzung macht den wichtigen Punkt, dass die Zusammensetzung und andere Eigenschaften einer reinen Verbindung unabhängig davon sind, wer sie hergestellt hat oder woher sie stammt. So ist zu erwarten, dass das auf dem Mars gefundene Kohlendioxid die gleiche Zusammensetzung wie auf der Erde hat, während das aus Hagebutten extrahierte und gereinigte natürliche Vitamin C genau die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das von einer Pharmafirma hergestellte synthetische Vitamin C. Die absolute Reinheit ist jedoch eine ideale Grenze, der wir uns nur annähernd nähern können, und die Eigenschaften vieler Substanzen können durch das Vorhandensein sehr kleiner Mengen von Verunreinigungen beeinflusst werden.

Was ist mit CuI2? Es sollte die doppelte Menge Jod enthalten! Die chemische Gleichung für die Synthese von Kupfer(I)-Iodid lautet

Abbildung Struktur von Kupfer(I)-iodid

Abbildung \(\PageIndex{3}\) Struktur von Tolbachit; Hypothetisches CuI2 sollte ähnlich sein. Beachten Sie, dass sowohl bei CuI als auch bei Tolbachit die Kupferatome im Zentrum der 6 I-Atome liegen.

Abbildung \(\PageIndex{4}\) Aussehen von Kupfer(II)-iodid (Tohbachit) CuCl2; CuI2 sollte ähnlich sein

Aber Kupfer(II)-iodid ist instabil und zersetzt sich sofort zu CuI und I2:

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Kupfer(II)-chlorid (CuCl2) ist stabil und hat das oben gezeigte Aussehen; CuI2 würde ein ähnliches Aussehen haben. CuI2 kann also nicht als Zusatz verwendet werden, weil es instabil ist. Aber selbst wenn es existieren würde, würde seine wahrscheinlich grüne Farbe es wahrscheinlich von der Verwendung in Salz ausschließen!

Aus den Formeln CuI und CuI2 können wir ersehen, dass Kupfer(I)-Jodid nur 1 Jodatom für jedes Kupferatom hat, während Kupfer(II)-Jodid 2 Jodatome für jedes Kupferatom hat. Somit wird Kupfer(II)-Iodid bei einer gegebenen Anzahl von Kupferatomen immer doppelt so viele Iodatome aufweisen wie Kupfer(I)-Iodid. Wiederum unter Verwendung von Postulat 2 aus Daltons Atomtheorie haben die Atome charakteristische Massen, und so entsprechen doppelt so viele Jodatome der doppelten Masse von Jod.

Daher können wir sagen, dass für eine gegebene Masse von Kupfer, Kupfer (II) Jodid die doppelte Masse von Jod enthalten wird als Kupfer (I) Jodid. Die halbierte Masse des Iods in CuI resultiert aus dem Verlust von I2 durch CuI2 in Gl. (3).]

Die obigen Überlegungen und Berechnungen veranschaulichen das Gesetz der Mehrfachproportionen. Wenn zwei Elemente mehrere Verbindungen bilden, wird das Massenverhältnis in einer Verbindung ein kleines ganzzahliges Vielfaches des Massenverhältnisses in einer anderen sein. Im Fall von Kupfer(I)-Jodid und Kupfer(II)-Jodid beträgt das Massenverhältnis von Jod zu Kupfer 2,00:1 bzw. 4,00:1. Der zweite Wert ist ein kleines ganzzahliges Vielfaches (2 mal) des ersten Wertes.

Bis zur Aufstellung der Atomtheorie hatte niemand erwartet, dass es eine Beziehung zwischen den Massenverhältnissen in zwei oder mehr Verbindungen gibt, die die gleichen Elemente enthalten. Da die Theorie solche Beziehungen vorhersagte, begannen Dalton und andere Chemiker, nach ihnen zu suchen. Es dauerte nicht lange, bis eine große Menge an experimentellen Beweisen angehäuft war, die zeigten, dass das Gesetz der multiplen Proportionen gültig war. Die Atomtheorie war also in der Lage, bereits bekannte Fakten und Gesetze zu erklären, und sie sagte auch ein neues Gesetz voraus. Um diese Vorhersage zu verifizieren, führten Dalton und seine Zeitgenossen viele zusätzliche quantitative Experimente durch. Diese führten zu weiteren Fakten, weiteren Gesetzen und schließlich zu neuen oder modifizierten Theorien. Diese Eigenschaft, mehr Forschung und Denken anzuregen, stellte Daltons Postulate in die vornehme Gesellschaft anderer guter wissenschaftlicher Theorien.

Aus ChemPRIME: 2.4: Testing the Atomic Theory