INDIUM: LÖYTÖ, RAKENNE, OMINAISUUDET, ISOTOOPIT, KÄYTÖT, RISKIT - KEMIA - 2025

Indium on kuuluvan metallin ryhmän 13 jaksollisen ja on kemiallinen symbol. Sen atominumero on 49, ₄₉ in, ja se esiintyy luonnossa kahtena isotooppina: ¹¹³ In ja ¹¹⁵ In, jälkimmäinen on runsas. Indiumatomeja löytyy maapallolta epäpuhtauksina sinkki- ja lyijymineraaleissa.

Se on erityinen metalli, koska se on pehmein, jota voidaan koskettaa ilman monia terveysriskejä; toisin kuin litium ja rubidium, jotka polttaisivat ihon kauheasti reagoidessaan niiden kosteuteen. Indiumin pala voidaan leikata veitsellä ja särkyä sormien voimalla, jolloin muodostuu erottuva rako.

Pala metallista indiumia. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Jokainen, joka kuulee tämän metallinimen, tulee varmasti mieleen Intiassa, mutta sen nimi johtuu indigonväristä, jota tarkkaillaan liekkikokeen suorittamisen yhteydessä. Tässä mielessä se on melko samankaltainen kuin kalium, polttaen sen metallia tai sen yhdisteitä erittäin ominaisella liekillä, jonka kautta indium havaittiin ensimmäistä kertaa sphaleriittimineraaleissa.

Indiumilla on monia kemiallisia ominaisuuksia alumiinin ja galliumin kanssa, esiintyy suurimmassa osassa yhdisteitä, joiden hapetusluku on +3 (In ³⁺). Siinä yhdistyvät erinomaisesti galliumia muodostavat seokset, joiden sulamispisteet ovat alhaiset, joista yksi on galinstan.

Indiumin sovellukset perustuvat materiaalien päällystämiseen niiden seoksilla, mikä tekee niistä sähköä johtavia ja joustavia. Intialainen peittää jotkut lasit, jotta ne saisivat enemmän kiiltoa korvaten hopeaa. Teknologiamaailmassa intialaista löytyy nestekidenäytöistä ja kosketusnäytöistä.

Löytö

Vuonna 1863 saksalainen kemisti Ferdinand Reich etsi talliuselementin jälkiä sen emissiospektrin vihreän linjan kautta sinkkimineraaleissa; erityisesti näytteet sfaleriitista (ZnS) Saksin ympäristöstä. Paahdettuaan mineraaleja, poistamalla niiden rikkipitoisuus, sulattamalla ne suolahapossa ja tislaamalla sinkkikloridi, hän sai oljenvärisen sakan.

Löytön edessä Reich päätti suorittaa spektroskopisen analyysin; mutta koska hänellä ei ollut hyviä silmiä tarkkailemaan värejä, hän kääntyi kollegansa Hieronymus Theodor Richterin puoleen saadakseen apua tässä tehtävässä. Richter havaitsi sinertävän spektrin viivan, joka ei vastannut minkään muun elementin spektriä.

Kaksi saksalaista kemistia joutuivat kohtaamaan uuden elementin, jota kutsuttiin intialaiseksi liekin indigovärin vuoksi, kun sen yhdisteet poltettiin; ja tämän värin nimi on peräisin latinalaisesta sanasta indicum, joka tarkoittaa Intiaa.

Vuotta myöhemmin, vuonna 1864, innoissaan ja pitkittyneen saostumis- ja puhdistussarjan jälkeen he erottivat näytteen metallisesta indiumista elektrolysoimalla sen liuenneita suoloja vedessä.

Intialaisen rakenne

Indiumatomit, In, yhdistyvät käyttämällä valenssielektronejaan metallisidoksen muodostamiseksi. Siten ne lopulta järjestetään kehonkeskeiseen kristalliin, jonka rakenne on vääristynyt. Kristallissa olevien vierekkäisten In-In-atomien välinen vuorovaikutus on suhteellisen heikko, mikä selittää, miksi indiumilla on alhainen sulamispiste (156 ºC).

Toisaalta, kahta tai useampaa indiumkitettä yhdistävät voimat eivät ole myöskään vahvoja, muuten ne eivät liiku toistensa päällä antaen metallille ominaisen pehmeyden.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Se on erittäin pehmeä hopeametalli. Se voidaan repiä kynsipaineella, leikata veitsellä tai naarmuttaa kiiltäviin viivoihin paperiarkille. On jopa mahdollista pureskella sitä ja muodonmuutos hampailla, kunhan se on litistetty. Samoin se on erittäin taipuisa ja muovattava, sillä sillä on muoviominaisuuksia.

Kun intialaista lämmitetään puhalluksella, se antaa indigotävän liekin, jopa kirkkaamman ja värikkäämmän kuin kaliumin.

Moolimassa

114,81 g / mol

Sulamispiste

156,60 ° C

Kiehumispiste

2072 ° C.

Kuten gallium, myös indiumilla on laaja lämpötila-alue sulamispisteen ja kiehumispisteen välillä. Tämä heijastaa sitä tosiseikkaa, että nestesisäiset vuorovaikutukset ovat voimakkaampia kuin lasissa vallitsevat; ja että näin ollen tippaa indiumia on helpompi saada kuin sen höyryjä.

Tiheys

Huoneen lämpötilassa: 7,31 g / cm ³

Aivan sulamispiste: 7,02 g / cm ³

elektronegatiivisuus

1,78 Paulingin asteikolla

Ionisaatioenergiat

Ensin: 558,3 kJ / mol

Toinen: 1820,7 kJ / mol

Kolmas: 2704 kJ / mol

Lämmönjohtokyky

81,8 W / (mK)

Sähkövastus

83,7 nm

Mohsin kovuus

1,2. Se on vain hiukan kovempi kuin talkki (älä sekoita sitkeyttä sitkeyteen).

reaktiivisuus

Indium liukenee hapoihin muodostaen suoloja, mutta ei liukene emäksisiin liuoksiin, edes kuumalla kaliumhydroksidilla. Reagoi suorassa kosketuksessa rikin, hapen ja halogeenien kanssa.

Indium on suhteellisen amfoteerinen, mutta se käyttäytyy enemmän kuin emäs kuin happo, sen vesiliuokset ovat hieman emäksisiä. (OH) _{3: ssa} liuotetaan uudelleen lisäämällä lisää emäksiä, jolloin syntyy kompleksisia indikaattoreita, In (OH) ₄ ^-, kuten tapahtuu aluminaattien kanssa.

Sähköinen kokoonpano

Indiumin elektronikonfiguraatio on seuraava:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Näistä kolmestatoista elektronista viimeiset kolme 5: n ja 5: n orbitaalista ovat valenssielektroneja. Näillä kolmella elektronilla indiumiatomit muodostavat metallisen sidoksensa, samoin kuin alumiini ja gallium, ja muodostavat kovalenttiset sidokset muiden atomien kanssa.

Hapetusnumerot

Edellä mainitun tarkoituksena on ymmärtää heti, että indium pystyy menettämään kolme valenssielektroniaan tai saamaan viisi muuttumaan isoelektroniseksi jalokaasuksenonille.

Jos oletetaan yhdisteessä, että se on menettänyt kolme elektroniaan, se pysyy kolmenarvoisena kationina ^{3+: ssa} (analogisesti Al ^{3+: n} ja Ga ^{3+: n kanssa}) ja siksi sen hapetusluku on +3. Suurin osa indiumyhdisteistä on yhdisteessä (III).

Muiden indiumille löydettyjen hapetuslukujen joukossa meillä on: -5 (^{5-: ssä}), -2 (^{2-: ssä}), -1 (in ^-), +1 (in ⁺) ja +2 (in ^{2+: ssa}).

Joitakin esimerkkejä In (I) yhdisteitä ovat: InF, ml, InBr, InI ja In ₂ O. Kaikki ne ovat suhteellisen harvinaisia yhdisteitä, kun taas In (III): t ovat pääasiallisesti niitä: In (OH) ₃, In ₂ O ₃, sisältää ₃, InF ₃ jne

(I): ssa yhdisteet ovat voimakkaita pelkistäviä aineita, joissa In ⁺ lahjoittaa kaksi elektronia muille lajeille, jotta niistä muodostuu In ³⁺.

isotoopit

Indium esiintyy luonnossa kahtena isotooppina: ¹¹³ In ja ¹¹⁵ In, joiden maanpäällinen esiintyvyys on 4,28% ja 95,72%. Siksi maan päällä meillä on paljon enemmän ¹¹⁵ atomia kuin meillä on ¹¹³ tuumaa. ¹¹⁵ In on puoli - elämän 4,41 x 10 ¹⁴ vuotta, joten suuri, että se on lähes vakaiksi, vaikka se radioisotooppi.

Tällä hetkellä on luotu yhteensä 37 keinotekoista indium-isotooppia, kaikki radioaktiiviset ja erittäin epävakaat. Kaikista heistä vakain on ¹¹¹ In, jonka puoliintumisaika on 2,8 päivää.

Sovellukset

Alloys

Intialainen selviää erittäin hyvin galliumista. Molemmat metallit muodostavat seoksia, jotka sulavat alhaisissa lämpötiloissa, näyttäen hopeanesteistä, joiden kanssa elohopea siirretään useisiin sovelluksiin. Samoin indium myös amalgamaatit helposti, sillä liukoisuus elohopeaan on 57%.

Indiumseoksia käytetään hopeapeilien suunnitteluun ilman hopeaa. Kaadettaessa minkä tahansa materiaalin pintaan, se toimii kiinnittyvänä aineena siten, että lasi-, metalli-, kvartsi- ja keraamiset levyt voidaan yhdistää.

elektroniikka

Ilman intialaista kosketusnäyttöä ei olisi koskaan ollut. Lähde: Pxhere.

Indium saa myös hyvin toimeen germaniumin kanssa, joten sen yhdisteet lisätään lisäaineina germaniumnitridiin LEDeissä, tuottaen sinisen, violetin ja vihreän valon näistä seoksista. Se on myös osa transistoreista, termistoreista ja aurinkokennoista.

Tärkein sen yhdisteistä on indiumtinaoksidi, jota käytetään lasien pinnoitteena heijastamaan joitain aallonpituuksia. Tämän ansiosta sitä voidaan käyttää lasien hitsauksessa ja pilvenpiirtäjän lasissa, jotta ne eivät kuumentu sisällä.

Tällä oksidilla päällystetyt lasit ovat hyviä sähkönjohtajia; kuten se, joka tulee sormemme kautta. Ja siksi se on tarkoitettu kosketusnäyttöjen valmistukseen. Toiminta on nykyään entistä nykyaikaisempaa, koska älypuhelimia esiintyy yhä enemmän.

riskit

Indium ei ensinnäkään aiheuta mitään riskiä ympäristölle, koska sen In ³⁺ -ionit eivät leviä merkittävissä määrin. Ei ole tietoa siitä, mikä olisi sen vaikutus maaperään, kasveihin eikä eläimistöön tai meriin.

Kehossa ei tiedetä, onko In ³⁺ -ioneilla oleellista merkitystä aineenvaihdunnassa hienoina määrinä. Kun sen yhdisteet nautitaan, ne ovat kuitenkin haitallisia useille elimille, minkä vuoksi niitä pidetään erittäin myrkyllisinä aineina.

Itse asiassa ITO-hiukkasilla (indiumtinaoksidilla), jotka ovat välttämättömiä tietokoneiden ja älypuhelimien näytöiden valmistukselle, voi olla kielteisiä vaikutuksia työntekijöiden terveyteen, aiheuttaen tauti nimeltään Indium-keuhkot.

Näiden hiukkasten nauttiminen tapahtuu pääasiassa hengitettynä ja joutuessaan kosketuksiin ihon ja silmien kautta.

Toisaalta hienot indiummetallipartikkelit ovat alttiita palamaan ja aiheuttamaan tulipaloja, jos ne ovat lähellä lämmönlähdettä.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Indium. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Dr. Doug Stewart. (2020). Indium-elementti tosiseikat. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
4. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (20. tammikuuta 2020). Indium. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
5. Habashi F. (2013) indium, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Julkaisussa: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (toim.) Entsyklopedia metalloproteiineista. Springer, New York, NY
6. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2020). Indium. PubChem-tietokanta., CID = 5359967. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Mihin indiumia käytetään jokapäiväisessä elämässä? Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, ja Deddens, JA (2013). Indiumin käyttö ja työperäinen altistuminen Yhdysvalloissa. Lehti työ- ja ympäristöhygieniasta, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279