ヨウ素とは？デンプンでおなじみヨウ素反応の不思議を元素周期表マニアの科学館職員がわかりやすく解説

ライター／たかはし　ふみか

高校は化学部、大学は工学部化学系のリケジョ。職場大好き、実験大好き、研究大好きの科学館職員。

周期表から見る”ヨウ素”

まずはヨウ素がどんな元素か、確認していきましょう。

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ヨウ素I

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元素記号:I

原子番号:53

原子量:126.9

密度:4.933g/cm3（室温）

融点:113℃

沸点:184℃

比重:4.93

主な用途:造影剤、消毒薬、うがい薬

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ヨウ素が発見されたのは1811年のこと。ヨウ素を含んだ海藻灰（海藻を乾燥後、焼却したもの）はもともとガラスや肥料の原料として使われていました。それが戦争が起きたことによって、硝石（酸化剤の役割を果たす火薬の材料）の材料として使われるようになったのです。そして硝石を作っている際、硝石業者のクールトア（フランスの化学者、1777～1838）が酸を大目に加えると、気体が発生することに気が付きました。この蒸気を冷やして得られたのヨウ素の結晶です。この結晶が黒紫色であることからギリシャ語で紫を意味するIoeidesからIodoneと名付けられました。

ヨウ素の生産・輸出量ともに日本は世界2位（2013年）となっています。ちなみに世界1位はチリです。そして日本の生産の75%を千葉県が占めています。

単体のヨウ素の固体は、金属光沢のある黒紫色です。単体のヨウ素は毒物及び劇物取締法により、医薬用外劇物に指定されています。

毒劇物についてはこちらを参考にしてください。

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ヨウ素はX線を吸収することができ、X線造影剤として使われています。またヨウ素は反応性が高く、様々な化合物を作ることができる元素です。またヨウ素分子には殺菌作用があり、消毒液やうがい薬に使われています。

ヨウ素は水に溶けづらい元素です。その一方、有機溶媒には溶けやすいという性質があります。

ヨウ素のキーワード「昇華」

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高校化学でヨウ素とセットで覚えたいキーワードが「昇華」です。昇華とはどんな現象だったでしょうか。

昇華は状態変化の一種で、固体が気体へと変わる変化のことです。状態変化とは、物質の状態が固体（粒子が規則正しく並んでいる・氷など）・液体（粒子が不規則に集まっている・水など）・気体（粒子が自由に飛び回れる・水蒸気など）と変化することでしたね。

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ヨウ素のように昇華する物質として覚えたいのが二酸化炭素です。二酸化炭素の固体はドライアイスであり、ドライアイスから出ている白い気体は二酸化炭素になります。ただし、条件によっては二酸化炭素も液体になることがあり、反対に氷が直接液体の水となる場合もあるのです。

状態変化について詳しくはこちらの記事を参考にしてください。

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ヨウ素はハロゲン元素

元素はその族（縦列）によって性質が似ています。ヨウ素は17族のハロゲン元素です。ハロゲンにはF（フッ素）Cl（塩素）Br（臭素）I（ヨウ素）At（アスタチン）Ts（テネシン）が該当します。

ハロゲンの特徴は、最外殻電子が7個ということです。最外殻は8つの電子が入ると安定します。つまり、ハロゲンが安定するためには後1つ電子が必要なのです。そのため、ハロゲンは1価の陰イオンになりやすいという特徴があります。ハロゲンは酸化力が強いという特徴がある元素の集まりです。

ハロゲンは上にある元素（フッ素）は酸化力が強くしたに行くほど酸化力は小さくなっています。これはヨウ素の原子核から最外殻電子までが遠く、電子を引き寄せる力が弱いからです。

こんなハロゲンの性質について知りたい方はこちらをどうぞ。

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体とヨウ素

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ヨウ素は摂取量が少なすぎても多すぎても体に影響があります。ヨウ素は甲状腺ホルモンを合成するのに欠かせない、必須元素のひとつです。ではヨウ素が不足（欠乏）又は取りすぎ（過剰）になるとどういった異変が体に現れるのでしょうか。

ヨウ素は甲状腺に蓄積されます。そのためヨウ素が欠乏した場合はヨード欠乏症となり甲状腺腫や甲状腺機能低下症などの症状が、過剰摂取した場合には甲状腺機能亢進症、甲状腺機能低下症などの症状が現れるのです。

甲状腺ホルモン?という人はこちらの記事を参考にしてください。

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ところでヨウ素はどうやって体内に入るのでしょうか?ヨウ素は海底堆積物や海水に多く含まれ、海藻類に濃縮されています。特に昆布やワカメに多く含まれているのです。また、ヨード卵というヨウ素を含む卵もありますね。これは海藻を含んだ飼料を食べて育った鶏が生んだ卵のことです。

日本人はヨウ素の摂取量が多く、1日に3.0㎎が摂取の上限とされています。一方、昆布などを摂取する機会の少ないアメリカなどでは1.1㎎ほどとされています（厚生労働省『日本人の食事摂取基準』2020年版参照）。また、医療用造影剤や要素を含む消毒薬の使用によって過剰となる場合もあるのです。

実験とヨウ素

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家でもできるヨウ素入りのうがい薬を使った実験と、ヨウ素を含有した化合物を使って行われる本格的な実験をご紹介します。

ヨウ素デンプン反応

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ヨウ素を使った実験でもっともなじみ深いのが、ヨウ素デンプン反応です。ヨウ素の入ったうがい薬は茶色をしています。このうがい薬をデンプンにかけると色が変わるのです。

デンプンに20%ほど含まれる直鎖上重合体のアミロース（グルコースが重合したもの）は、水に溶かすとらせん構造となります。このらせんの中にヨウ素が入ると青紫色になるのです。これを加熱するとらせんがほどけてヨウ素が抜け無色、冷やすとアミロースがらせんに戻るため再び青紫色となります。

これはヨウ素を含んで入ればうがい薬でも簡単に行うことができる実験です。デンプンを溶かした溶液やジャガイモやごはんなどのデンプンを含む食品にかけるだけでも、反応を見ることができます。

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ビタミンCの検出

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ヨウ素はビタミンCの検出にも使うことができます。

先ほど説明したように、ヨウ素は酸化力の強い元素です。一方、ビタミンCは強い還元力を持っています。つまりヨウ素とビタミンCはお互い酸化剤・還元剤の役割を果たしヨウ素は還元され、ビタミンCは酸化されるのです。すると紫色のヨウ素は無色のヨウ化水素となります。ちなみにさらにここに過酸化水素（オキシドール）を加えると、ヨウ化水素が酸化されヨウ素に戻り色も元の色に戻る、という先ほどとは逆の反応も起こるのです。

酸化還元反応についてはこちらの記事を参考にしてください。