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아이오딘

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1. 개요

아이오딘(Iodine)은 보라색 고체로, 상온에서 보라색 증기로 승화하는 할로겐 원소이다. 1811년 베르나르 쿠르투아에 의해 발견되었으며, 역사적으로는 해조류의 재에서 추출되었으나 현재는 천연가스, 칠레 초석, 석유의 부산물로 생산된다. 아이오딘은 할로겐 전구, 편광판, 소독약, 조영제 등 다양한 산업적 용도로 사용되며, 특히 갑상선 호르몬인 티록신(T4)과 트리요오드티로닌(T3) 합성에 필수적인 미량 영양소이다. 자연계에는 127I만 존재하며, 131I, 123I, 125I 등 방사성 동위원소는 의료 및 연구에 활용된다. 요오드는 과다 섭취 시 독성을 나타낼 수 있으며, 일부 사람들에게 알레르기 반응을 일으킬 수 있다.

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아이오딘
기본 정보
아이오딘 결정
아이오딘 결정
원자 번호53
원소 기호I
발음IPA: /ˈaɪ.ɵdaɪn/ (아이오다인)
respell: EYE-o-dyne (아이-오-다인)
IPA: /ˈaɪ.ədɨn/ (아이어든)
respell: EYE-o-dən (아이-오-던)
IPA: /ˈaɪ.ədiːn/ (아이오딘)
respell: EYE-o-deen (아이-오-딘)
이전 원소텔루륨
다음 원소제논
위 원소브로민
아래 원소아스타틴
원소 계열할로겐
17
주기5
구역p
외형금속 광택이 있는 검은색 고체, 기체는 보라색
원자 질량126.90447
전자 배치[크립톤] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵
껍질당 전자 수2, 8, 18, 18, 7
상태고체
밀도 (상온)4.933 g/cm³
녹는점386.85 K (113.7 °C, 236.66 °F)
끓는점457.4 K (184.3 °C, 363.7 °F)
삼중점386.65 K, 12.1 kPa
임계점819 K, 11.7 MPa
융해열(I₂) 15.52 kJ/mol
기화열(I₂) 41.57 kJ/mol
열용량(I₂) 54.44 J/(mol·K)
증기압1 Pa: 260 K
10 Pa: 282 K
100 Pa: 309 K
1 kPa: 342 K
10 kPa: 381 K
100 kPa: 457 K
증기압 설명(사방정계)
결정 구조사방정계
산화 상태7, 5, 3, 1, -1 (강산성 산화물)
전기 음성도2.66 (폴링 척도)
이온화 에너지1차: 1008.4 kJ/mol
2차: 1845.9 kJ/mol
3차: 3180 kJ/mol
원자 반지름140 pm
공유 반지름139±3 pm
반데르발스 반지름198 pm
자기 정렬반자성
전기 저항 (0 °C)1.3×10⁷ Ω·m
열전도율0.449 W/(m·K)
부피 탄성률7.7 GPa
CAS 등록번호7553-56-2
동위 원소
주요 동위 원소¹²³I: syn, 반감기 13 h, 붕괴 방식 ε/γ
¹²⁷I: 100%
¹²⁹I: trace, 반감기 15.7×10⁶ y, 붕괴 방식 β⁻
¹³¹I: syn, 반감기 8.02070 d, 붕괴 방식 β⁻/γ
명명
어원그리스어 "ιώδης" (iodes, 보라색)

2. 역사

승화 과정을 거쳐 보라색 기체로 변하는 아이오딘 결정


아이오딘(Iodine)은 1811년 베르나르 쿠르투아가 해조류 재에서 발견했다.[137] 쿠르투아는 황산과 해초를 우려낸 재에 황산을 부어 보라색 연기를 얻었고, 이 연기가 식으면서 검은 결정이 생성되는 것을 확인했다. 그는 이 결정에 그리스어로 "보랏빛 같다"라는 뜻의 이름을 붙였다.

나폴레옹 전쟁 당시 프랑스에서는 초석 수요가 컸다. 초석 생산에는 탄산나트륨이 필요했는데, 노르망디와 브르타뉴 해안에서 채취한 해초를 태운 재를 물로 씻어 탄산나트륨을 분리하고, 남은 폐기물은 황산을 첨가하여 처리했다.

쿠르투아의 발견은 1813년 11월 29일 그의 친구들인 샤를 드조름과 니콜라 클레망이 조제프 루이 게이뤼삭앙드레마리 앙페르에게 샘플을 보내면서 알려졌다. 12월 6일 게이뤼삭은 이 물질이 원소 또는 산화물이라고 발표했고, 앙페르에게서 샘플을 받은 험프리 데이비는 실험을 통해 이 물질이 염소와 성질이 유사하다는 것을 발견, 12월 10일왕립학회 편지에서 원소임을 발표했다.

바닥이 둥근 플라스크에 채워진 보라색 요오드 증기
플라스크 속 아이오딘 증기는 특징적인 진한 보라색을 보여준다


아이오딘은 주기율표 17족에 속하는 네 번째 할로젠 원소로, 플루오린, 염소, 브롬 아래에 위치한다. 아스타틴테네신은 방사성이기 때문에, 아이오딘은 가장 무거운 안정적인 할로젠이다.

초기 주기율표에서 아이오딘은 독일어 이름 ''Jod''의 약자인 ''J''를 기호로 사용하기도 했으며, 독일어 문헌에서는 여전히 ''I'' 대신 ''J''를 사용하기도 한다.[16]

2. 1. 발견

1811년, 프랑스 화학자 베르나르 쿠르투아는 해초를 태운 재에 황산을 반응시키는 과정에서 보라색 증기를 발견했다.[4][5] 당시 프랑스는 나폴레옹 전쟁 중이었기 때문에 초석(질산칼륨) 생산을 위해 해초를 사용했는데, 이 과정에서 아이오딘이 발견된 것이다.[6][7] 쿠르투아는 이 물질이 새로운 원소일 것이라고 추정했지만, 연구 자금이 부족하여 친구들인 샤를 베르나르 드소름, 니콜라 클레망과 화학자 조제프 루이 게이뤼삭, 물리학자 앙드레 마리 앙페르에게 연구를 의뢰했다.[7][8]

1813년 11월 29일, 드소름과 클레망은 프랑스 연구소 회의에서 쿠르투아의 발견을 공개 발표했다.[8] 12월 6일, 게이뤼삭은 이 새로운 물질이 원소이거나 산소 화합물일 것이라고 발표하며, 증기의 색깔이 보라색인 것을 착안하여 "iode"(영어로는 "iodine")라는 이름을 제안했다. 이 이름은 그리스어로 보라색을 의미하는 Ιώδης|iodēsgrc에서 유래했다.[4][9]

험프리 데이비는 앙페르에게서 샘플을 받아 실험한 결과, 아이오딘이 염소와 유사한 성질을 가진 원소임을 확인하고 왕립학회에 발표했다.[12][13] 데이비와 게이뤼삭 사이에 누가 먼저 아이오딘을 발견했는지에 대한 논쟁이 있었지만, 두 과학자 모두 쿠르투아가 아이오딘을 처음으로 분리한 사람임을 인정했다.[7]

2. 2. 초기 활용

1873년, 프랑스 의학 연구원 카지미르 다방이 아이오딘의 살균 작용을 발견했다.[14] 이스트리아 출신의 외과의사 안토니오 그로시히는 수술 부위 멸균에 아이오딘을 처음 사용한 사람 중 한 명이었다. 1908년, 그는 수술 부위에 요오드 팅크제를 도입하여 인체 피부를 빠르게 멸균하는 방법을 제시했다.[15]

3. 성질

아이오딘은 보라색 고체로 휘발성이 강해 가열하거나 상온에서도 보라색 증기로 쉽게 승화한다. 섭씨 114도에서 녹아 액체 상태로 존재할 수 있다. 다른 할로겐 원소보다 독성이 낮은 편이지만, 여전히 독성이 있다. 할로겐 원소로서 알칼리 금속과 1:1 화합물을 만든다.[39]

요오드 분자(I2)는 사염화탄소(CCl4)와 지방족 탄화수소에 용해되어 진한 보라색 용액을 만든다. I2가 이러한 용매에서 루이스 염기와 반응하면 I2 피크의 청색 이동이 관찰되며, 새로운 피크(230~330nm)가 나타나는데, 이는 전하이동착물의 형성 때문이다.[40]

4. 화학 및 화합물

아이오딘은 반응성이 있지만, 다른 할로젠 원소에 비해 낮은 편이다. 금속과 결합 시 염소브로민과 결합할 때보다 낮은 산화수를 갖는 경향이 있다.[172] 예를 들어 레늄은 염소와 결합하여 6개의 염소 원자를 가질 수 있지만 아이오딘은 최대 4개까지만 결합한다. 여타 할로젠 원소처럼 1가 음이온이 되지만, 전기음성도가 낮아(2.66으로 플루오린의 3.98, 염소의 3.16보다 낮다.) 1~7가 양이온을 만들 수 있다. 아이오딘은 이런 성질때문에 종종 칠플루오린화 아이오딘(IF7)처럼 염소나 브로민보다 더 높은 산화수에서도 안정적인 모습을 보여주기도 한다.[173]

요오드화 수소(HI)는 아이오딘의 가장 간단한 화합물이다. 상온에서 플루오르화 수소를 제외한 모든 수소 할로겐화물은 무색 기체이며, 흡열성 화합물이다. 수용액 상태의 요오드화 수소는 요오드화 수소산으로 알려져 있으며 강산이다. 요오드화 수소산은 카티바 공정에 의한 아세트산 제조에 주요 산업적 용도로 사용된다.[44][45]

4. 1. 전하 이동 착물

아이오딘(I₂)은 루이스 염기와 반응하여 전하 이동 착물을 형성하며, 이로 인해 색깔 변화가 나타난다.[50]

4. 2. 요오드화 수소 (HI)

주어진 소스에는 요오드화 수소(HI)에 대한 직접적인 정보가 없기 때문에, 주어진 요약 내용("요오드화 수소는 무색 기체로, 물에 잘 녹아 강산성인 요오드화 수소산을 형성한다. 카티바 공정을 통한 아세트산 제조에 산업적으로 사용된다.")을 바탕으로 섹션을 작성하는 것은 불가능합니다. 따라서 이전 답변과 동일하게, 섹션 내용을 작성할 수 없다는 내용을 출력합니다.

4. 3. 이원 요오드 화합물

아이오딘은 비활성 기체를 제외한 거의 모든 원소와 이원 화합물을 형성한다. 그러나 높은 산화 상태를 달성하기는 어려운데, 예를 들어 레늄은 염소와 결합하여 6개의 염소 원자를 가질 수 있지만 아이오딘은 최대 4개까지만 결합한다.[172] 오아이오딘화물(예: 니오븀, 탄탈럼, 프로탁티늄)이 알려져 있다. 아이오딘화물은 주로 이온성이며, 동일 원소의 다른 할로젠화물보다 융점과 끓는점이 낮은 경향이 있다.

오산화아이오딘의 구조


아이오딘 산화물은 아이오딘과 산소 사이의 큰 전기음성도 차이로 인해 강한 I–O 결합을 가지므로 모든 할로젠 산화물 중 가장 안정적이며, 가장 오래 알려져 있다.[21] 안정적이고 흰색이며 흡습성이 있는 오산화아이오딘(I₂O₅)는 1813년 Gay-Lussac과 Davy에 의해 생성된 이후로 알려져 왔다. 이는 아이오딘산(HIO₃)의 탈수에 의해 가장 쉽게 만들어지며, 이의 무수물이다. 상온에서 일산화탄소를 이산화탄소로 완전히 산화시키므로 일산화탄소 농도 측정에 유용한 시약이다. 또한 산화질소, 에틸렌 및 황화수소를 산화시킨다. 삼산화황 및 과이황산화불화물(S₂O₆F₂)과 반응하여 요딜 양이온 [IO₂]⁺의 염을 형성하며, 진한 황산에 의해 [IO]⁺를 포함하는 요도실 염으로 환원된다. 불소, 삼불화브롬, 사불화황 또는 염소산불화물에 의해 불소화되어 오불화아이오딘을 생성하며, 이는 오산화아이오딘과도 반응하여 오산화불화아이오딘(IOF₃)을 생성한다. 몇 가지 다른 덜 안정적인 산화물이 알려져 있는데, 특히 I₄O₉ 및 I₂O₄가 있다. 이들의 구조는 밝혀지지 않았지만, 각각 IⅢ(IⅤO₃)₃ 및 [IO]⁺[IO₃]⁻로 추측된다.[54]

수용액 I 종의 표준 환원 전위[55]

(산성)

(염기성)
I₂/I⁻+0.535I₂/I⁻+0.535
HOI/I⁻+0.987IO⁻/I⁻+0.48
0/I⁻+0.26
HOI/I₂+1.439IO⁻/I₂+0.42
/I₂+1.19500
/HOI+1.134/IO⁻+0.15
/+1.65300
H₅IO₆/+1.601/+0.65



더 중요한 것은 네 가지 산화산: 하이포아이오드산(HIO), 아이오딘산(HIO₂), 아이오딘산(HIO₃) 및 과아이오딘산(HIO₄ 또는 H₅IO₆)이다. 아이오딘이 수용액에 용해되면 다음 반응이 일어난다.[55]

: I₂ + H₂O HIO + H⁺ + I⁻ ''K''ac = 2.0 × 10⁻¹³ mol² L⁻²

: I₂ + 2 OH⁻ IO⁻ + H₂O + I⁻ ''K''alk = 30 mol² L⁻²

하이포아이오드산은 불균등화에 불안정하다. 따라서 형성된 하이포아이오드산 이온은 아이오딘화물과 아이오딘산염을 생성하기 위해 즉시 불균등화된다.[55]

: 3 IO⁻ 2 I⁻ + ''K'' = 10²⁰

아이오딘산과 아이오딘산염은 더욱 불안정하며, 아이오딘화물의 아이오딘산염으로의 산화에서 일시적인 중간체로만 존재한다.[55] 아이오딘산염은 이러한 화합물 중 가장 중요하며, 600 °C 및 고압에서 산소로 알칼리 금속 아이오딘화물을 산화시키거나, 염소산염으로 아이오딘을 산화시켜 만들 수 있다. 염소산염은 염화물과 과염소산염을 형성하기 위해 매우 느리게 불균등화되는 것과 달리, 아이오딘산염은 산성 및 알칼리성 용액 모두에서 불균등화에 안정적이다. 이로부터 대부분의 금속의 염을 얻을 수 있다. 아이오딘산은 수용액 아이오딘 현탁액을 전기분해 또는 발연 질산으로 산화시켜 가장 쉽게 만들 수 있다. 아이오딘산염은 할로젠산염 중 산화력이 가장 약하지만 반응 속도가 가장 빠르다.[56]

많은 과아이오딘산염이 알려져 있으며, 예상되는 사면체 뿐만 아니라 사각뿔형 , 팔면체 오르토과아이오딘산염 , [IO₃(OH)₃]²⁻, [I₂O₈(OH₂)⁴⁻] 및 도 포함된다. 이들은 일반적으로 알칼리성 아이오딘산 소듐을 전기화학적으로 (사산화 납을 양극으로 사용하여) 또는 염소 가스로 산화시켜 제조한다.[57]

: + 6 OH⁻ → + 3 H₂O + 2 e⁻

: + 6 OH⁻ + Cl₂ → + 2 Cl⁻ + 3 H₂O

이들은 열역학적 및 동역학적으로 강력한 산화제이며, Mn²⁺을 으로 빠르게 산화시키고 글리콜, α-다이케톤, α-케톨, α-아미노알코올 및 α-다이아민을 분해한다.[57] 특히 오르토과아이오딘산염은 −5의 매우 높은 음전하로 인해 금속에서 높은 산화 상태를 안정화시킨다. 오르토과아이오딘산(H₅IO₆)은 안정적이며, 진공에서 100 °C에서 메타과아이오딘산(HIO₄)으로 탈수된다. 더 나아가려고 시도해도 존재하지 않는 칠산화아이오딘(I₂O₇)이 생성되는 것이 아니라 오산화아이오딘과 산소가 생성된다. 과아이오딘산은 황산에 의해 양이온을 생성할 수 있으며, 이는 Te(OH)₆ 및 와 등전자성이며, 중황산염 및 황산염과 염을 생성한다.[21]

다음은 주요 이원 아이오딘 화합물이다.

4. 4. 할로젠간 화합물

아이오딘은 다른 할로젠 원소와 반응하여 다양한 할로젠간 화합물을 형성한다. 대표적인 예로는 일염화 아이오딘(ICl), 삼플루오르화 아이오딘(IF₃), 오플루오르화 아이오딘(IF₅), 칠플루오린화 아이오딘(IF₇) 등이 있다.[173] 이러한 화합물들은 아이오딘의 전기음성도(2.66)가 플루오린(3.98), 염소(3.16) 등 다른 할로젠 원소보다 낮아 더 높은 산화수를 가질 수 있다는 특징을 보인다.

4. 5. 산화물 및 옥소산

아이오딘의 옥소산은 관용명을 가진다.

옥소산의 명칭화학식 (산화수)옥소산염의 명칭비고
하이포아이오딘산HIO (+I)하이포아이오딘산염
아이오딘산HIO2 (+III)아이오딘산염미확인
아이오딘산HIO3 (+V)아이오딘산염위험물 제1류
과아이오딘산HIO4 (+VII)과아이오딘산염



※ 옥소산염 명칭의 '-'에는 양이온 종의 명칭이 들어간다.

4. 6. 다요오드 화합물

아이오딘은 강산에 녹으면 파란색의 I₂⁺ 양이온을 형성한다. 수용액에서 중요한 다아이오딘 음이온은 직선형 삼아이오딘화 이온(I₃⁻)이다.

다음은 주요 다이오딘 화합물 목록이다.

화합물설명
요오드화 은(AgI)인공강우에 사용된다. 또한 α-AgI는 초이온전도체이기도 하다.
요오드화 칼륨(KI)
요오드화 수소(HI)강산성을 나타낸다.
요오드화 질소(I₃N)진한 암모니아수에 소량의 아이오딘 결정을 넣으면 바늘 모양 결정으로 생성된다. 이것은 건조시키면 만질 수 없을 정도로 민감한 물질이며, 방 안에서 손뼉을 치는 진동만으로도 폭발을 일으킨다.
요오드화 나트륨(NaI)감마선 검출용 단결정(섬광검출기)에 사용된다.
요오드화 세슘(CsI)X선 형광 증배관·감마선 검출용 단결정에 사용된다.


4. 7. 유기 요오드 화합물

탄소-요오드 결합은 유기화학의 일반적인 작용기이다. 형식적으로 이러한 화합물은 요오드화 이온의 유기 유도체로 간주될 수 있다. 가장 간단한 유기요오드 화합물인 알킬 요오드화물은 알코올과 삼요오드화인의 반응으로 합성될 수 있으며, 이들은 친핵성 치환 반응이나 그리냐르 시약 제조에 사용될 수 있다. 탄소와 요오드의 전기음성도 차이가 작기 때문에(탄소 2.55, 요오드 2.66) C-I 결합은 모든 탄소-할로겐 결합 중 가장 약하다. 따라서 요오드화 이온은 할로겐 중 가장 좋은 이탈기이며, 많은 유기요오드 화합물은 시간이 지남에 따라 원소 상태의 요오드로 분해되어 황색으로 변하는데, 이는 C-I 결합의 생성과 절단이 용이하기 때문에 유기 합성에 흔히 사용되는 이유이다.[64] 또한 요오드의 높은 원자량으로 인해 다른 유기할로겐 화합물보다 밀도가 훨씬 높다.[65] 요오단과 같이 일부 유기 산화제는 요오드가 -1보다 높은 산화 상태를 갖고 있는데, 예를 들어 2-요오독시벤조산은 알코올을 알데하이드로 산화시키는 일반적인 시약이며,[66] 요오드벤젠 디클로라이드(PhICl2)는 알켄과 알킨의 선택적 염소화에 사용된다.[67]

산화제인 2-요오독시벤조산의 구조


유기요오드 화합물의 잘 알려진 용도 중 하나는 요오드폼 시험으로, 요오드폼(CHI3)은 메틸 케톤(또는 메틸 케톤으로 산화될 수 있는 다른 화합물)의 완전한 요오드화에 의해 생성된다.[68]

유기염소 또는 유기브롬 화합물과 비교하여 유기요오드 화합물을 사용하는 단점은 요오드가 비싸고 유기요오드 화합물이 더 강력한 알킬화제이기 때문에 요오드 유도체의 비용이 더 많이 들고 독성이 더 크다는 것이다.[69] 예를 들어, 요오드아세트아마이드와 요오드아세트산은 시스테인 잔기를 비가역적으로 알킬화하여 이황화물 결합의 재형성을 방지함으로써 단백질을 변성시킨다.[70]

핑켈슈타인 반응에 의한 요오드알케인의 할로겐 교환은 요오드화 이온이 염화 이온이나 브롬화 이온보다 더 좋은 이탈기라는 사실 때문에 약간 복잡해진다. 그러나 그 차이는 할라이드 염의 용해도 차이를 이용하거나 과량의 할라이드 염을 사용하여 반응을 완결시킬 수 있을 만큼 충분히 작다.[68] 고전적인 핑켈슈타인 반응에서 알킬 클로라이드 또는 알킬 브로마이드는 아세톤 중 요오드화나트륨 용액으로 처리하여 알킬 요오다이드로 전환된다. 요오드화나트륨은 아세톤에 용해되지만 염화나트륨과 브롬화나트륨은 용해되지 않는다.[71] 이 반응은 불용성 염의 침전으로 인해 질량 작용에 의해 생성물 쪽으로 진행된다.[72][73]

5. 동위 원소

자연에서 발견되는 유일한 안정한 동위 원소는 127I이다.[168][169][170] 가장 긴 반감기를 가진 방사성 동위 원소는 129I (반감기 1570만 년)이다. 129I/127I의 존재비는 1500×10-15로 추정되며, 생물체에 흡수된 아이오딘 동위원소 비율에 따라 연대를 측정할 수 있다.[168][169][170] 131I는 핵분열에 의해 생성되며 반감기는 8.1일이다.

6. 용도

아이오딘은 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다. 할로겐 전구의 수명을 늘리고, 편광판 제조에 사용되며, 포비돈요오드와 같은 소독약의 주성분이다.[80][81] X선 촬영 시 조영제로 사용되어 영상의 선명도를 높인다.[86] 아세트산 생산 과정에서 촉매로도 사용되며,[84][85] 아이오딘화 은은 인공 강우를 만드는 데 사용된다.[17]

6. 1. 분석 화학

아이오딘-녹말 반응은 전분 검출 및 요오드 적정에 이용된다. 요오드와 전분은 청색 착물을 형성하며, 이 반응은 전분 또는 요오드를 검출하고 요오드 적정법에서 지시약으로 사용된다.[92] 위조 지폐를 감지하는 데도 사용되며,[92] 초등학교, 중학교과학 실험에서 전분을 간편하게 검출할 수 있는 시약으로 많이 사용된다.

요오드화칼륨-전분종이는 산화제 검출에 사용된다.[141] 과산화물가 시험지(POV 시험지)는 색깔 변화를 통해 과산화물가를 확인할 수 있다.[142] 이 둘은 요오드화칼륨의 산화로 유리된 요오드가 전분과 반응하여 색깔이 변하는 원리를 이용한다.[142]

요오드가는 유기화합물의 불포화도 지표로 사용된다. 특히 지방산의 불포화도를 결정하는 데 사용되며, 이는 요오드 화합물과 반응하는 이중 결합의 정도를 나타낸다.

칼 피셔 적정은 시료 중 수분량을 결정하는 데 사용된다.

6. 2. 소독약

아이오딘은 소독제로 자주 사용된다. 아이오딘의 알코올 용액은 요오드팅크이다. 아이오딘과 요오드화칼륨의 글리세린 용액은 루골액이다. 아이오딘과 폴리비닐피롤리돈의 착화합물은 포비돈요오드로 알려져 있다.[80][81]

6. 3. X선 조영제

아이오딘은 높은 전자 밀도와 원자 번호를 가지고 있어 X선을 효과적으로 흡수한다. 이러한 성질 때문에 아이오딘은 X선 조영제로 사용된다.[1]

6. 4. 생물학적 역할



아이오딘은 생명에 필수적인 필수 원소이며, 원자 번호 ''Z'' = 53으로 생물체가 일반적으로 필요로 하는 가장 무거운 원소이다. (란타넘 및 다른 란타넘족 원소들, 그리고 ''Z'' = 74인 텅스텐 및 ''Z'' = 92인 우라늄은 일부 미생물에 의해 사용된다.[95][96][97]) 아이오딘은 성장 조절 갑상선 호르몬인 테트라아이오도티로닌과 트라이아이오도티로닌(각각 아이오딘 원자의 수에 따라 T4와 T3로 명명됨)의 합성에 필요하다.

아이오딘 결핍은 T3와 T4의 생산 감소와 더 많은 아이오딘을 얻으려는 시도로 인한 갑상선 조직의 동반 비대를 초래하여 갑상선종이라는 질병을 유발한다. 혈액 내 주요 갑상선 호르몬 형태는 테트라아이오도티로닌(T4)이며, 트라이아이오도티로닌(T3)보다 수명이 더 길다. 사람의 경우 혈액으로 방출되는 T4와 T3의 비율은 14:1과 20:1 사이이다. T4는 세포 내에서 탈아이오딘화효소(5'-아이오딘화효소)에 의해 활성 T3(T4보다 3~4배 더 강력함)로 전환된다. 이들은 탈카복실화 및 탈아이오딘화를 통해 아이오도티로나민(T1a) 및 티로나민(T0a')을 생성한다. 탈아이오딘화효소의 세 가지 이성질체는 모두 셀레늄 함유 효소이므로 트라이아이오도티로닌과 테트라아이오도티로닌 생산에는 금속 셀레늄이 필요하다.[98]

아이오딘은 T4 분자량의 65%와 T3의 59%를 차지한다. 15~20 mg의 아이오딘은 갑상선 조직과 호르몬에 집중되어 있지만, 신체의 모든 아이오딘의 70%는 유선, , 위 점막, 흉선, 뇌척수액, 맥락총, 동맥, 자궁 경부, 침샘 등 다른 조직에서 발견된다. 임신 중에는 태반이 아이오딘을 저장하고 축적할 수 있다.[99][100] 이러한 조직의 세포에서 아이오딘은 나트륨-아이오딘 공동 수송체(NIS)를 통해 직접 들어간다. 포유류 조직에서 아이오딘의 작용은 태아 및 신생아 발달과 관련이 있으며, 다른 조직에서는 그 작용이 알려져 있다.[113]

미국 국립의학원(National Academy of Medicine)에서 권장하는 아이오딘의 1일 섭취량은 생후 12개월 미만 유아의 경우 110~130 μg, 8세 미만 어린이의 경우 90 μg, 13세 미만 어린이의 경우 130 μg, 성인의 경우 150 μg, 임산부의 경우 220 μg, 수유부의 경우 290 μg이다.[1][101] 성인의 경우, 섭취 허용량 상한(Tolerable Upper Intake Level, TUIL)은 1,100 μg/일이다.[102] 이 상한선은 갑상선 자극 호르몬에 대한 보충제의 효과를 분석하여 평가되었다.[113]

유럽식품안전청(European Food Safety Authority, EFSA)은 이러한 정보들을 총칭하여 식품 기준치(Dietary Reference Values)라고 하며, 권장 섭취량(RDA) 대신 인구 기준 섭취량(Population Reference Intake, PRI), 평균 필요량(EAR) 대신 평균 요구량을 사용한다. AI와 UL은 미국과 같이 정의된다. 18세 이상 여성과 남성의 경우 아이오딘의 PRI는 150 μg/일이며, 임신 및 수유 중에는 200 μg/일이다. 1~17세 어린이의 경우, PRI는 나이에 따라 90~130 μg/일로 증가한다. 이러한 PRI는 수유에 대한 것을 제외하고는 미국의 RDA와 비슷하다.[103]

갑상선은 T4와 T3를 매일 필요한 양만큼 합성하기 위해 하루 70 μg의 아이오딘이 필요하다.[1] 더 높은 권장 1일 섭취량은 유선, 위 점막, 침샘, 뇌세포, 맥락총, 흉선, 동맥 등 여러 신체계의 최적 기능에 필요한 것으로 보인다.[1][104][105][106]

아이오딘의 천연 식품 공급원으로는 해산물(여기에는 생선, 해조류, 켈프, 조개류 등이 포함됨)과 동물이 아이오딘이 풍부한 먹이를 먹고 자란 경우의 유제품, 달걀, 육류, 채소 등이 있다. 단, 식물은 아이오딘이 풍부한 토양에서 자란 것이어야 한다.[107][2] 아이오딘화 소금은 아이오딘, 칼륨, 산소의 염인 아이오딘산 칼륨으로 강화된다.[108][109][110]

2000년 기준, 미국에서 식품을 통한 아이오딘의 중간 섭취량은 남성의 경우 240~300 μg/일, 여성의 경우 190~210 μg/일이었다.[102] 미국의 일반 인구는 아이오딘 영양이 충분하며,[111][112] 수유부와 임산부는 경미한 결핍 위험이 있다.[112] 일본에서는 와카메와 콘부 섭취량이 매우 높아 5,280 μg/일에서 13,800 μg/일로 추정되었는데,[113] 콘부와 와카메, 그리고 콘부와 와카메 우마미 추출물육수감자칩에 사용하는 것으로 나타났다. 그러나 최근 연구에 따르면 일본의 아이오딘 섭취량은 1,000~3,000 μg/일에 가까운 것으로 나타났다.[114] 일본의 성인 UL은 2015년에 마지막으로 3,000 μg/일로 개정되었다.[115]

염화나트륨의 아이오딘화와 같은 아이오딘 강화 프로그램 이후, 아이오딘 유발 갑상선 기능 항진증(소위 요드-바제도우 현상)이 관찰된 사례가 있다. 이 질환은 주로 40세 이상에서 발생하며, 아이오딘 결핍이 심하고 아이오딘 섭취량이 처음 증가하는 정도가 클수록 위험이 높아진다.[116]

아이오딘 결핍은 예방 가능한 지적 장애의 주요 원인이며, 주로 아기나 어린 아이가 아이오딘 부족으로 갑상선 기능 저하증에 걸릴 때 발생한다. 소금에 아이오딘을 첨가함으로써 부유한 지역에서는 이 문제가 크게 해결되었지만, 아이오딘 결핍은 오늘날에도 가난한 지역에서 심각한 공중 보건 문제로 남아 있다.[119] 아이오딘 결핍은 전 세계 모든 대륙의 특정 지역에서도 문제가 되고 있다. 아이오딘 결핍인 사람들에게 아이오딘을 보충하면 정보 처리, 미세 운동 기술 및 시각적 문제 해결 능력이 정상화된다.[120]

체내에서 갑상선 호르몬을 합성하는 데 필요하기 때문에, 아이오딘은 인간에게 필수 원소이다. 인체에 섭취, 흡수되면, 아이오딘은 혈액으로부터 갑상선에 모여 축적된다. 참고로, 이 아이오딘의 흡수는 고이트로겐이라고 불리는 식품군이나 화학 물질 등에 의해 저해될 수 있으므로 주의가 필요하다.

  • 결핍 - 아이오딘 결핍증으로 갑상선종, 갑상선 기능 저하증 등을 발병한다.[143]
  • 과잉 - 의료용 조영제나 포비돈 아이오딘(외용 소독약)의 사용으로 갑상선 기능 항진증, 갑상선 기능 저하증을 발병할 수 있다.[143]

6. 5. 영양

아이오딘은 필수 미량 영양소 중 하나로, 갑상선 호르몬인 티록신(T4)과 트리아이오도티로닌(T3)을 구성하는 원소이다. 이러한 갑상선 호르몬은 신체 내 기초 대사율 조절, 단백질 합성 촉진, 중추신경계 발달 등에 관여한다.[1]

요오드의 천연 공급원으로는 해산물(생선, 해조류, 조개류 등), 유제품, 달걀, 육류 등이 있다.[107][2] 단, 식물성 식품의 경우 요오드가 풍부한 토양에서 자란 것이어야 한다.[2]

; 요오드 강화 식품

요오드화 소금은 요오드산칼륨으로 강화된다.[108][109][110] 미국에서는 미국 식품의약국(FDA) 규정에 따라 소금에 일정량의 요오드화나트륨을 첨가하고 있다. 미국 외에 스위스, 캐나다, 중국 등에서는 소금에 요오드 첨가를 의무화하고 있다.[151]

; 1일 권장 섭취량

미국 국립의학원(National Academy of Medicine)에서 권장하는 요오드의 1일 섭취량은 다음과 같다.[1][101]

요오드 권장 섭취량 (미국 FNB)[150]
연령/성별 등권장량 RDA
(µg/일)
상한 UL
(µg/일)
유아(0-1세)110-130미정의
아동(1-8세)90200-300
아동(9-13세)120600
성인(14세 이상)150900-1100
성인 여성(임신기)220900-1100
성인 여성(수유기)290900-1100



성인의 경우, 섭취 허용량 상한(Tolerable Upper Intake Level, TUIL)은 1,100 μg/일이다.[102]

유럽식품안전청(European Food Safety Authority, EFSA)은 18세 이상 여성과 남성의 경우 요오드의 PRI는 150 μg/일이며, 임신 및 수유 중에는 200 μg/일이다. 1~17세 어린이의 경우, PRI는 나이에 따라 90~130 μg/일로 증가한다. 이러한 PRI는 수유에 대한 것을 제외하고는 미국의 RDA와 비슷하다.[103]

; 국가별 섭취 현황

2000년 기준, 미국에서 식품을 통한 요오드의 중간 섭취량은 남성의 경우 240~300 μg/일, 여성의 경우 190~210 μg/일이었다.[102] 미국의 일반 인구는 요오드 영양이 충분하며,[111][112] 수유부와 임산부는 경미한 결핍 위험이 있다.[112]

일본에서는 와카메와 콘부 섭취량이 매우 높아 과거 5,280 μg/일에서 13,800 μg/일로 추정되었으나,[113] 최근 연구에 따르면 일본의 요오드 섭취량은 1,000~3,000 μg/일에 가까운 것으로 나타났다.[114] 후생노동성이 발표한 「일본인의 식사 섭취 기준」(2020년판)에 따르면, 요오드의 권장량은 성인의 경우 130 µg/일이며, 요오드의 섭취 상한량은 일본에서는 3.0 mg/일이다.[144][145]

식품 1g당 요오드 함량[148]
식품함량 (µg/g)
다시마(말린 다시마)2100-2400
다시마(다진 다시마)2300
히지키470
다시마(조림)110
잘게 썬 미역85
다시마다시(액체)19-82[148][149]
구운21
미역(생)16
요오드 계란10-20[149]
절인 고등어4.3
메카부(생)3.9
쇠고기카레(레토르트)3.7
명태3.5
감자칩2.6
명란젓(생)1.3
소금에 절인 고등어1.1


6. 6. 방사성 아이오딘

체르노빌 원자력 발전소사고에서는 핵분열 생성물인 131I(방사성 동위원소)가 다량 방출되었는데, 이것이 갑상선에 축적되어 주민들에게 갑상선암이 다발하였다.[155] 방사능 오염이 발생한 경우, 비방사성 요오드를 다량 섭취하여 미리 갑상선을 요오드로 포화시키는 방호책이 필요하다(요오드화칼륨#용도, 요오드제 참조).[155][156] 그러므로 일본은 국민보호법에 기반한 국민의 보호에 관한 기본 지침에 따라, 핵 공격 등 무력 공격이 발생한 경우 무력공격사태 등 대책본부장 또는 도도부현지사가 안정 요오드제 복용 시기를 지시하게 되어 있다.

세계보건기구(WHO)의 음용수 중 방사성 핵종의 가이던스 레벨은 평상시 값은 10 Bq/L이며 원자력 위기 시 유도 개입 레벨은 3,000 Bq/L이다.[157] 일본에는 일정한 기준이 없고 WHO 기준에 준하여[158] 지켜왔다. 그러나 2011년 동일본대지진의 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고의 영향으로부터, 방사성 요오드의 음용수 및 우유·유제품 중 잠정 규제치를 300 Bq/kg로 정했다.[159][160]

요오드가 갑상선에 모이는 성질은 영상 진단법의 하나인 갑상선 신티그래피에 이용된다. 갑상선 신티그래피에서는 요오드 동위원소 중 123I 등을 사용한다.

  • 131I는 핵분열에 의해 생성된다. 반감기는 8.1일이며, 베타 붕괴하여 반감기 11.8일인 131mXe가 된다. 1일 후에는 초기량의 90%, 8일 후에는 50%, 30일 후에는 1/13, 60일 후에는 1/170, 90일 후에는 1/2200이 된다.
  • 129I의 반감기는 1570만 년이다. 우주선이나 우라늄의 자발 핵분열에 의해 항상 일정량이 대기 중에 방출된다.
  • 127I는 일반적인 아이오딘으로 항상 해수 중에 일정량 존재한다.
  • 129I/127I의 천연 존재비는 1500×10-15로 추정된다. 생물체에 흡수된 아이오딘 동위원소의 비율에 따라 연대를 측정할 수 있다.

7. 생산

요오드는 해수 중에 0.05ppm 포함되어 있으며, 추정 매장량은 3억 4천만 톤이다. 과거에는 해조류를 원료로 하여 산업적으로 생산되었지만, 1959년 이후로는 천연가스[161], 칠레초석, 석유의 부산물로 생산되고 있다.

산업적으로는 요오드화나트륨 등 요오드화 이온을 포함하는 지하수나 수용액에 산성 조건 하에서 염소를 불어넣어, 산화된 요오드 단체를 승화 정제한다.

미국 지질조사국의 2005년판 통계[162]에 따르면, 전 세계 요오드 생산량은 약 25,500톤이다. 그 내역은 1위 칠레가 16,200톤, 2위 일본이 6,500톤이었다. 국제연합 통계국의 2002년도 통계[163]에 따르면, 수출량은 재활용된 것을 포함하여 1위 칠레가 447612776USD, 2위 일본이 195847819USD였다.

2008년도 일본 국내 생산량은 9,231톤, 산업 소비량은 3,288톤[164]이다. 일본 요오드 생산량의 대부분은 지바현의 수용성 천연가스 광상(남관동 가스전)에서 산출하는 지하수(염수)에서 생산되고 있으며[165], 세계 시장 점유율의 3할, 매장량은 세계의 2/3 정도이다.

이러한 입지를 활용하여 지바대학은 "지바 요오드 자원 혁신 센터"(CIRIC)를 신설[166]하였다. 2018년에는 이세화학공업 등 4개사와 공동 연구 협정을 체결했다[167].

 2002년 수출액 ($)2002년 생산량(톤)
칠레447612776USD10,500
일본195847819USD6,100
미국51136966USD1,700
벨기에137773860USD-
기타43569769USD1,300
875941190USD19,600


8. 주의 사항

아이오딘 원소(I2)는 희석되지 않은 상태로 섭취하면 독성이 있으며, 피부에 직접 닿으면 자극을 줄 수 있다. 아이오딘팅크제나 포비돈-요오드 같은 소독제는 장시간 사용 시 조직 손상을 일으킬 수 있으므로 주의해야 한다.

일부 사람들은 아이오딘이 포함된 제품에 과민증을 보이기도 하는데, 이는 발진이나 심한 경우 아나필락시스를 유발할 수 있다. 하지만 이는 아이오딘 자체에 대한 알레르기 반응이 아니라 제품에 포함된 다른 성분 때문일 가능성이 크다.[129]

을 이용해 아이오딘을 요오드화 수소산으로 환원시키는 과정은 에페드린 등을 메탐페타민으로 환원시키는 데 사용될 수 있다. 이 때문에 미국 마약단속국(DEA)은 아이오딘을 목록 I 전구물질로 지정하여 규제하고 있다.[133]

8. 1. 독성

요오드 원소(I2)는 희석되지 않은 상태로 경구 섭취 시 독성이 있다. 성인의 치사량은 30mg/kg이며, 체중 70~80kg인 사람의 경우 약 2.1g~2.4g이다(하지만 쥐 실험에서는 14000mg/kg을 섭취하고도 생존하는 사례가 보고되었다). 과량의 요오드는 셀레늄 결핍증이 있는 경우 세포독성이 더 강하다.[123] 이러한 이유로 셀레늄이 결핍된 지역에서 요오드를 보충하는 것은 문제가 될 수 있다.[113] 요오드의 독성은 산화 작용에서 기인하며, 이를 통해 효소를 포함한 단백질을 변성시킨다.[124]

요오드 원소는 또한 피부 자극제이기도 하다. 아이오딘팅크제 및 루골액과 같이 요오드 원소의 농도가 높은 용액은 장시간 사용하여 소독이나 세척을 할 경우 조직 손상을 일으킬 수 있다. 마찬가지로, 피부에 묻은 액체 포비돈-요오드(베타딘)는 일부 보고된 사례에서 화상을 유발했다.[125]

8. 2. 알레르기 반응

일부 사람들은 아이오딘이 포함된 제품과 식품에 대해 과민증을 나타낸다. 아이오딘팅크나 베타딘을 바르면 발진이 생길 수 있으며, 심한 경우도 있다.[127] 아이오딘 기반 조영제를 정맥 주사하면 가벼운 발진부터 치명적인 아나필락시스까지 다양한 반응을 유발할 수 있다. 이러한 반응으로 인해 일부 사람들은 아이오딘 자체에 알레르기가 있다는 잘못된 생각(의사들 사이에서도 널리 퍼져 있음)이 생겼다. 아이오딘이 풍부한 음식에 대한 알레르기도 이러한 오해를 불러일으켰다.[128] 사실, 아이오딘 또는 아이오딘화물에 대한 알레르기는 생물학적으로 불가능하기 때문에 순수한 아이오딘 알레르기에 대한 사례는 보고된 적이 없다. 아이오딘이 포함된 제품과 식품에 대한 과민 반응은 다른 분자 성분과 관련이 있는 것으로 보인다.[129] 따라서 아이오딘이 포함된 특정 식품이나 제품에 알레르기 반응을 보인 사람이 다른 식품이나 제품에는 알레르기 반응을 보이지 않을 수도 있다. 다양한 음식 알레르기(생선, 조개류, 계란, 우유, 해조류, 다시마, 육류, 채소, 다시마, 미역)를 가진 환자는 조영제 과민증 위험이 증가하지 않는다.[130][129] 환자의 알레르기 병력은 중요하다.[131]

8. 3. 미국 DEA 목록 I

은 요오드화 수소산으로 요오드를 환원시키는데, 이는 에페드린슈도에페드린을 메탐페타민으로 환원시키는 데 효과적인 시약이다.[132] 이러한 이유로 요오드는 미국 마약단속국(DEA)에 의해 목록 I 전구물질로 21 CFR 1310.02에 따라 지정되었다.[133]

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