INDIUM: FELFEDEZÉS, SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, IZOTÓPOK, FELHASZNÁLÁSOK, KOCKÁZATOK - KÉMIA - 2025

Az indium a periódusos rendszer 13. csoportjába tartozó fém, amelynek kémiai szimbóluma In. Atomszám 49, ₄₉ In, és a természetben két izotópként fordul elő: ¹¹³ In és ¹¹⁵ In, az utóbbi a legelterjedtebb. Az indium-atomokat a cink- és ólom-ásványok szennyeződéseiként találják meg a Földön.

Ez egy speciális fém, mivel a legpuhább, amelyet számos egészségügyi kockázat nélkül meg lehet érni; ellentétben a lítiummal és a rubídiummal, amelyek félelmetesen égetik a bőrt, amikor reagálnak nedvességükkel. Egy indiumdarab késre vágható és az ujjak erősségével megtört, megkülönböztető ropogást bocsátva ki.

Darab fém indium. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

Bárki, aki hallja ezt a fémnevet, biztosan eszébe jut Indiában, de a neve az indigó színéből származik, amelyet megfigyelnek a lángteszt elvégzésekor. Ebben az értelemben nagyon hasonlít a káliumra, és fémét vagy vegyületeit nagyon jellegzetes lánggal égetve, amelyen keresztül az indiumot először detektálták a sphalerite ásványokban.

Az indium számos kémiai tulajdonsággal rendelkezik az alumíniummal és a galliummal, ezek legtöbb vegyületében előfordul, +3 (in ³⁺) oxidációs számmal. Kiválóan kombinálódik alacsony olvadáspontú galliumképző ötvözetekkel, amelyek egyike a galinstan.

Az indium felhasználásának alapja az anyagok ötvözeteikkel való bevonása, ami elektromosan vezetőképessé és rugalmassá teszi őket. Az indián néhány szemüveget takar, hogy nagyobb fényt kapjon, ezüst helyett. A technológia világában az indiánok megtalálhatók az LCD és az érintőképernyőkön.

Felfedezés

1863-ban a német kémikus, Ferdinand Reich a tallium elem nyomait kereste emisszióspektrumának zöld vonalán keresztül cink ásványokban; konkrétan a Szászország környékéből származó sphalerite (ZnS) mintákat. Az ásványok pörkölése, kéntartalmuk eltávolítása, sósavban való emésztése és a cink-klorid desztillálása után szalma színű csapadékot kap.

A felfedezés előtt Reich úgy döntött, hogy spektroszkópos elemzést végez; de mivel nem volt jó szem a színek megfigyelésére, Hieronymus Theodor Richter kollégájához fordult segítségért ebben a feladatban. Richter látta a kékes spektrumvonalat, amely nem esett egybe más elem spektrumával.

A két német vegyész egy új elemmel szembesült, amelyet indiánnak neveztek, mert a láng indigó színe miatt vegyületeket égettek; és ennek a színnek a neve az latin szóból származik, amely indiat jelent.

Egy évvel később, 1864-ben, izgatottan, és a hosszabb csapadék- és tisztítási sorozat után a fém-indium mintáját vízben oldott sóinak elektrolízisével választották el.

Az indiai felépítése

Indium-atomok, benne, összekapcsolódnak, és vegyértékük elektronjaik segítségével fémkötést hoznak létre. Így a testközpontú, torzított tetragonális szerkezetű kristályokba kerülnek. A kristályban lévő szomszédos In-In atomok kölcsönhatása viszonylag gyenge, ami magyarázza az indium alacsony olvadáspontját (156 ºC).

Másrészt a két vagy több indium kristályt összekötő erők szintén nem erősek, különben nem mozognának egymás felett, és a fém jellemző lágyságát adnák.

Tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Rendkívül puha ezüst fém. Meg lehet szakítani körömnyomással, késsel vágni, vagy fényes vonalakkal megkarcolni egy papírlapra. Még azt is meg lehet rágni, és fogaival deformálhatja, amíg ellapul. Hasonlóképpen, nagyon elasztikus és temperönthető, műanyag tulajdonságaival.

Ha az indiát fúvókával melegítik, akkor indigó színű lángot bocsát ki, még fényesebb és színesebb, mint a káliumé.

Moláris tömeg

114,81 g / mol

Olvadáspont

156,60 ºC

Forráspont

2072 ° C

A galliumhoz hasonlóan az indiumnak is széles hőmérsékleti tartománya van olvadáspontja és forráspontja között. Ez tükrözi azt a tényt, hogy a folyadékban a beépített interakciók erősebbek, mint az üvegben domináló; és ezért egy indium csepp könnyebb megszerezni, mint gőzei.

Sűrűség

Szobahőmérsékleten: 7,31 g / cm ³

Rögtön az olvadáspontja: 7,02 g / cm ³

elektronegativitás

1,78 a Pauling skálán

Ionizációs energiák

Először: 558,3 kJ / mol

Második: 1820,7 kJ / mol

Harmadik: 2704 kJ / mol

Hővezető

81,8 W / (mK)

Elektromos ellenállás

83,7 nΩm

Mohs keménysége

1,2. Csak kissé keményebb, mint a talkum (ne keverjük össze a keménységet és a keménységet).

Reakcióképesség

Az indium savakban oldódik, sókat képezve, de nem oldódik lúgos oldatokban, még forró kálium-hidroxiddal sem. Reagál közvetlen érintkezésben kénnel, oxigénnel és halogénekkel.

Az indium viszonylag amfoter, de inkább bázisként viselkedik, mint sav, vizes oldatai enyhén bázikusak. Az (OH) _3-ban feloldódik további lúgok hozzáadásával, így az (OH) ₄ ^- komplex indikátorok képződnek, amint az aluminátokkal történik.

Elektronikus konfiguráció

Az indium elektronkonfigurációja a következő:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

A tizenhárom elektron közül az 5-ös és 5p-es orbitál utolsó három eleme a valencia elektron. E három elektron segítségével az indium-atomok, mint az alumínium és a gallium, megteremtik fémkötésüket, és kovalens kötéseket képeznek más atomokkal.

Oxidációs számok

A fentebb említett egyszerû megértés arra szolgál, hogy az indium képes elveszíteni három vegyérték elektronát, vagy öt megszerezni, hogy izoelektronikusá váljon a nemesgáz-xenon számára.

Ha egy vegyületben feltételezzük, hogy elvesztette három elektronját, akkor az ^{3 +} háromértékű kationként marad (az Al ³⁺ és Ga ³⁺ analógiájához hasonlóan), és ezért oxidációs száma +3 lesz. Az indiumvegyületek többsége (III) általános képletű vegyület.

Az indiumon talált egyéb oxidációs számok között: -5 (^5-6), -2 (^2-ben), -1 (In ^-), +1 (In ⁺) és +2 (^2-ben).

Az (I) vegyületek néhány példája: InF, InCl, InBr, InI és ₂ O. Mindegyik viszonylag ritka vegyület, míg az (III) általános képletű vegyületek dominálnak: In (OH) ₃, ₂ O ₃, InCl ₃, InF ₃ stb.

Az (I) általános képletű vegyületek erősen redukáló szerek, amelyekben az In ⁺ két elektronot más fajoknak adományoz, hogy In ^{3+ legyen}.

Izotóp

Az indium a természetben két izotóp formájában fordul elő: ¹¹³ In és ¹¹⁵ In, melyek szárazföldi előfordulása 4,28% és 95,72%. Ezért a Földön már több ¹¹⁵ Az atomok, mint mi ¹¹³ In. A ¹¹⁵ A felezési - élete 4,41 × 10 ¹⁴ év olyan nagy, hogy szinte stabilnak tekinthető, annak ellenére, hogy a radioaktív izotópot.

Jelenleg összesen 37 mesterséges indium izotópot hoztak létre, amelyek mindegyike radioaktív és nagyon instabil. Ezek közül a legstabilabb a ¹¹¹ In-ben, amelynek felezési ideje 2,8 nap.

Alkalmazások

ötvözetek

Az indián nagyon jól megbirkózik a galliummal. Mindkét fémek olyan ötvözeteket képeznek, amelyek alacsony hőmérsékleten olvadnak, és ezüstös folyadéknak tűnnek, és amelyekkel a higanyt számos alkalmazásában helyettesítik. Hasonlóképpen, az indium is könnyen amalgámozódik, 57% -os higanyos oldhatósággal.

Az indiumötvözeteket ezüst tükrök tervezésére használják anélkül, hogy ezüstre lenne szükség. Bármely anyag felületére öntve tapadóként működik, így üveg, fém, kvarc és kerámia lemezek összekapcsolhatók.

elektronika

Az indián nélkül az érintőképernyők soha nem léteztek volna. Forrás: Pxhere.

Az indium jól megy át a germániummal is, így vegyületeit adalékanyagként adják hozzá a germánium-nitridhez LED-ekben, ebből a keverékből visszaadva a kék, a lila és a zöld fényt. Ez a tranzisztorok, termisztorok és fotovoltaikus cellák részét képezi.

Vegyületeinek legfontosabb az indium-ón-oxid, amelyet szemüveg bevonatként használnak bizonyos hullámhosszok tükrözésére. Ez lehetővé teszi a védőszemüveg és a felhőkarcoló üveg hegesztését, hogy ne melegedjenek fel benne.

Az ezzel az oxiddal bevont szemüveg jó áramvezető; mint ami az ujjainkból származik. És ezért az érintőképernyők gyártására szolgál, amely egyre több okostelefon megjelenése miatt manapság még aktuálisabb tevékenység.

kockázatok

Az indium elsősorban nem jelent semmiféle kockázatot a környezetre, mivel az In ³⁺ ionjai nem terjednek észrevehető mennyiségben. Nincs információ arról, hogy milyen hatással lenne a talajra, a növényekre, és sem a faunára, sem a tengerre.

A szervezetben nem ismert, hogy a ³⁺ -ionoknak van-e lényeges szerepe az anyagcserében nyomokban. Amikor azonban vegyületei lenyelik, ártalmasak a különféle szervekre, ezért tartják őket nagyon mérgező anyagoknak.

Valójában az ITO (indium-ón-oxid) részecskék, amelyek nélkülözhetetlenek a számítógépek és okostelefonok képernyőinek gyártásához, negatív hatással lehetnek a munkavállalók egészségére, és Indium tüdőnek nevezett betegség.

Ezeknek a részecskéknek a lenyelése elsősorban belélegzéssel és a bőrön és a szemön keresztül történő érintkezéssel történik.

Másrészt a finom indium-fém részecskék hajlamosak égni és tüzet okozni, ha hőforrás közelében vannak.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Indium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Dr. Doug Stewart. (2020). Indium elem tények. Helyreállítva: chemicool.com
4. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2020. január 20.). Indium. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Indium, fizikai és kémiai tulajdonságok. In: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (szerk.) Metalloproteinek enciklopédia. Springer, New York, NY
6. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2020). Indium. PubChem Database., CID = 5359967. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Mire használják az indiumot a mindennapi életben? Tanulmány. Helyreállítva: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, és Deddens, JA (2013). Az indium használata és foglalkozási expozíciója az Egyesült Államokban. Munkahelyi és környezetvédelmi higiénia, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279