Obvykle

Indium je chemický prvek se symbolem In a atomovým číslem 49. V periodické tabulce prvků je v 5. období a je čtvrtým prvkem 3. hlavní skupiny (skupina 13 podle nového počtu) nebo skupiny boru. Indium je vzácný, stříbřitě bílý a měkký těžký kov. Jeho množství v zemské kůře je srovnatelné s množstvím stříbra. Indium není pro lidské tělo nezbytné a nejsou známy ani toxické účinky. Většina kovu je nyní zpracována na oxid india a cínu, který se používá jako průhledný vodič pro ploché obrazovky a dotykové obrazovky. Od přelomu tisíciletí vedla související zvýšená poptávka k výraznému růstu cen india ak diskusím o rozsahu vkladů.

Indium objevili v roce 1863 němečtí chemici Ferdinand Reich a Theodor Richter v Bergakademie Freiberg. Zkoumali vzorek sfaleritu nalezený v této oblasti na thalium. Místo očekávaných linií thalia našli v absorpčním spektru dříve neznámou indigově modrou spektrální čáru, a tedy dříve neznámý prvek. Nový prvek byl později pojmenován po tomto. Krátce nato byli zpočátku schopni produkovat chlorid a oxid india a kov redukcí oxidu india vodíkem. Velké množství india bylo poprvé představeno na světové výstavě v Paříži v roce 1867. 

Po prvním použití v roce 1933 jako slitinové složky v dentálním zlatě začalo rozsáhlé používání india druhou světovou válkou. USA jej používaly jako vrstvu ve vysoce namáhaných ložiskách letadel. Po druhé světové válce se indium používalo hlavně v elektronickém průmyslu, jako pájecí materiál a ve slitinách s nízkou teplotou tání. S rostoucím využitím jaderné energie se stalo důležitým i použití v řídicích tyčích jaderných reaktorů. To vedlo k prvnímu prudkému růstu ceny india do roku 1980. Po havárii reaktoru na ostrově Three Mile Island však poptávka i cena výrazně poklesly.

Od roku 1987 byly vyvinuty dvě nové sloučeniny india, polovodičový fosfid indný a transparentní oxid india a cínu, který je vodivý a transparentní v tenkých vrstvách. Zejména oxid india a cínu se stal technicky zajímavým s vývojem obrazovek z tekutých krystalů. Vzhledem k vysoké poptávce byla většina india od roku 1992 zpracována na oxid india a cínu.

výskyt 

Indium je vzácný prvek, jeho podíl v kontinentální kůře je pouze 0,05 ppm. Má tedy podobnou frekvenci jako stříbro a rtuť. V pevném stavu byl indium nalezen pouze na jednom nálezu na východní Sibiři. Je známo jen několik indiových minerálů. Jedná se hlavně o sulfidické minerály, jako je Indit FeIn₂S₄ a Roquésit CuInS₂. Jsou však vzácné a nehrají roli při těžbě india. Největší ložiska india jsou v zinkových rudách, zejména ve sfaleritu. Teoretické zásoby se odhadují na 16.000 11.000 tun, z nichž je ekonomicky využitelné přibližně XNUMX XNUMX tun. Největší vklady jsou v Kanadě, Číně a Peru. Rudy obsahující indium se nacházejí také v Austrálii, Bolívii, Brazílii, Japonsku, Rusku, Jižní Africe, USA, Afghánistánu a některých evropských zemích. V Německu jsou ložiska v Krušných horách (Freiberg, Marienberg, Geyer) a na Rammelsbergu v pohoří Harz.

Extrakce a prezentace 

Indium se získává téměř výlučně jako vedlejší produkt při výrobě zinku nebo olova. Ekonomická těžba je možná, pokud se indium hromadí v určitých bodech výrobního procesu. Patří mezi ně prach z kouřových plynů, které vznikají při pražení sirníku zinečnatého, a zbytky, které po elektrolýze zůstávají během mokrého procesu výroby zinku. Ty se nechají reagovat s kyselinou sírovou nebo kyselinou chlorovodíkovou a tak se uvedou do roztoku. Protože koncentrace india v kyselině je příliš nízká, musí být obohacena. To se provádí například extrakcí tributylfosfátem nebo srážením jako fosforečnanem indným.

Vlastní výroba india probíhá elektrolyticky. K tomu se použije roztok chloridu indnatého v kyselině chlorovodíkové. Ten se pomocí rtuťových elektrod převádí na elementární indium. Během elektrolýzy je třeba dbát na to, aby roztok již neobsahoval žádné thalium, protože standardní potenciály těchto dvou prvků jsou velmi podobné.

Použitím vhodných postupů, jako jsou procesy tavení v zónách nebo opakovaná elektrolýza taveniny chloridové soli india, lze surový produkt dále čistit, a tak lze získat více než 99,99% čistého india.

Výroba 

Primární produkce (těžba) india byla v roce 2006 mezi 500 a 580 tun. Vzhledem k nízkým přírodním rezervám 11.000 2008 tun a vysoké poptávce je indium jednou z nejchudších surovin na Zemi. V roce 280, zejména pro Čínu, vzrostly informace o přírodních rezervách india z 8.000 na 6 19 tun, což prodloužilo statický rozsah ze 2008 na 800 let. Sekundární výroba, tj. Recyklace, převyšuje primární produkci a v roce XNUMX činila XNUMX tun.

Rafinérská produkce india podle zemí

Produkce india v Číně se zvýšila teprve nedávno. V roce 1994 bylo vyrobeno 10 tun. Od té doby se podíl Číny na světové produkci v roce 60 zvýšil na 2005%. Produkce v jiných zemích, jako je Japonsko, Kanada nebo Francie, mohla být zvýšena pouze v malé míře nebo snížena z důvodu vyčerpání vkladů. Například v roce 2006 byl uzavřen japonský důl Toyoha, což tam výrazně snížilo produkci.

Časový vývoj produkce india

Vzhledem k tomu, že poptávka po indiu rostla rychleji než výroba, cena india prudce vzrostla z 97 USD v roce 2002 na 827 USD za kilogram v roce 2005. Indium se recykluje primárně opětovným použitím zbytků z prskání. Jedinou zemí, která v současné době získává indium ve velkém množství, je Japonsko.

Pokud bude poptávka nadále stoupat a cena stoupá, recyklace materiálů pouze malým množstvím india bude rentabilní. Stejně tak má ekonomický smysl využívat rudy s nižším obsahem india. To pravděpodobně umožní zpoždění vysychání zdrojů.

Indium lze ve většině aplikací nahradit jinými látkami, což však často zhoršuje vlastnosti produktu nebo ziskovost výroby. Například fosfid indný lze nahradit arsenidem gália a jsou možné i některé náhrady oxidu india a cínu, i když horší kvality.

Eigenschaften

Fyzikální vlastnosti 

Krystalografická data

systém krystal	čtyřúhelný
prostorová skupina
příhradové parametry (Jednotková buňka)	a = (b) = 325 odp c = 495 hod
Číslo (Z) z vzorec jednotky	Z = 2

Jednotková buňka india s koordinačním prostředím centrálního atomu india

Koordinační mnohostěn atomu india složený ze 4 + 8 = 12 sousedních atomů ve tvaru zkresleného cuboctahedronu

Indium je stříbřitě bílý kov s nízkou teplotou tání 156,5985 ° C. Mezi kovy má nižší teplotu tání pouze rtuť, galium a většina alkalických kovů. Kov je kapalný ve velmi velkém rozsahu téměř 2000 XNUMX K. Tekuté indium trvale zanechává na skle tenký film (smáčení). Podobné gallium má stejnou vlastnost.

Kov má vysokou tažnost a velmi nízkou tvrdost (Mohsova tvrdost: 1,2). Je proto možné řezat indium jako sodík nožem. Zároveň zanechává viditelnou čáru na papíře. Indium supravodí pod teplotou přechodu 3,41 Kelvina. Zvláštností india, kterou má společnou s cínem, jsou charakteristické zvuky, které lze slyšet při ohnutí india („cínový výkřik“).

Je známa pouze jedna krystalická modifikace india za normálních podmínek, v tetragonálním krystalovém systému ve vesmírné skupině  a tedy v tetragonální mřížce se středem těla s parametry mřížky a = 325 hodin a c = 495 pm a dvě jednotkové formule krystalizují v jednotkové buňce.

Atom india je v krystalové struktuře obklopen dalšími dvanácti atomy, z nichž čtyři pocházejí ze sousedních jednotkových buněk a jsou blíže k sobě (325 pm; červené vazby) než osm atomů v rozích jednotkové buňky (337 pm; zelené vazby). Koordinační číslo 4 + 8 = 12 má za následek zkreslený cuboctahedron jako koordinační mnohostěn. Krystalovou strukturu lze tedy popsat jako tetragonálně zkreslený kubický nejbližší obal koulí.

Ve vysokotlakých experimentech byla objevena další modifikace, která je stabilní nad 45 GPa a v ortorombické krystalové soustavě ve vesmírné skupině Fmmm krystalizuje.

Chemické vlastnosti 

Chemické vlastnosti india jsou podobné chemickým vlastnostem jeho skupin sousedních s galliem a thaliem. Stejně jako další dva prvky je indium základním prvkem, který může reagovat s mnoha nekovy při vysokých teplotách. Ve vzduchu je stabilní při pokojové teplotě, protože stejně jako u hliníku se vytváří hustá vrstva oxidu, která chrání materiál před další oxidací pasivací. Reakce na oxid indný (III) probíhá pouze při vysokých teplotách.

I když je indium napaden minerálními kyselinami, jako je kyselina dusičná nebo kyselina sírová, není rozpustný v horké vodě, zásadách a většině organických kyselin. Slaná voda neútočí ani na indium. Indium je při pokojové teplotě nejrozpustnějším kovem ve rtuti.

izotop 

Existuje 38 různých izotopů a dalších 45 základních izomerů india ⁹⁷V roce do ¹³⁵Ve známých. V přírodě se vyskytují pouze dva izotopy, ¹¹³V (64 neutronů) s 4,29% a ¹¹⁵In (66 neutronů) s 95,71% podílem na přirozené distribuci izotopů. Společný izotop ¹¹⁵In je slabě radioaktivní, jedná se o emitor beta s poločasem rozpadu 4,41 · 10¹⁴ Let. Oba přírodní izotopy lze detekovat pomocí NMR spektroskopie. Nejstabilnější umělé izotopy ¹¹¹V a ^114mMají poločas života několik dní, ^113mZa pouhých jednu a půl hodiny. ¹¹¹V a ^113mPoužívají se v nukleární medicíně.

Verwendung 

Kov 

Indiový drát se používá v indiových těsněních.

Indium je univerzální, ale jeho použití je omezeno jeho vzácností a vysokou cenou. Většina vyrobeného india se nepoužívá jako kov, ale zpracovává se na řadu sloučenin. Pro výrobu samotného oxidu india a cínu bylo v roce 2000 použito 65% celkové produkce india. Z vyrobeného india se také získávají další sloučeniny, jako je fosfid india a arsenid indný. Další podrobnosti o použití sloučenin india naleznete v části Připojení.

Kovové obrobky lze chránit galvanicky nanesenými indiovými povlaky. Takto povrstvené materiály z oceli, olova nebo kadmia jsou například odolnější vůči korozi působením organických kyselin nebo solných roztoků a především proti otěru. V minulosti se indické ochranné vrstvy často používaly pro kluzná ložiska v automobilech nebo letadlech. Vzhledem k prudkému růstu ceny india to však již není ekonomické. Povrchy potažené indiem mají vysoký a rovnoměrný stupeň odrazu ve všech barvách, a proto je lze použít jako zrcadlo.

Teplota tání india je relativně nízká a lze ji stanovit velmi přesně. Z tohoto důvodu je to jeden z pevných bodů při nastavování teplotní stupnice. Tato vlastnost se také používá pro kalibraci v dynamické diferenciální kalorimetrii (DSC).

Vzhledem k velkému průřezu zachycení pro pomalé i rychlé neutrony je indium vhodným materiálem pro regulační tyče v jaderných reaktorech. Indiové fólie lze také použít jako detektory neutronů. Indium je plynotěsné a snadno se deformuje i při nízkých teplotách, a proto se používá v takzvaných indiových těsněních v kryostatech.

Indium také hraje roli pájky pro mnoho materiálů kvůli některým zvláštním vlastnostem. Při ochlazení se mírně deformuje. To je zvláště důležité při pájení polovodičů pro tranzistory. Svou roli hraje také skutečnost, že indium je také schopné pájet nekovové materiály, jako je sklo a keramika.

S „indiovými pilulkami“ byly germaniové destičky legovány na obou stranách za účelem výroby prvních tranzistorů.

slitiny 

Indium může být legováno mnoha kovy. Mnoho z těchto slitin, zejména s kovy vizmutem, cínem, kadmiem a olovem, mají nízkou teplotu tání 50 až 100 ° C. To má za následek možné aplikace například v sprinklerových systémech, termostatech a pojistkách. Protože olovo, které lze také použít, je jedovaté, slouží indium jako neškodná náhrada. Účelem těchto slitin je, aby se tavily při příliš vysokých okolních teplotách způsobených ohněm nebo vysokými proudy. Tavení pak přeruší okruh nebo spustí sprinklerový systém. Slitiny india a gália mají často ještě nižší teploty tání a jsou obsaženy ve vysokoteplotních teploměrech. Speciální slitinou galium-indium-cín je Galinstan. Je kapalný při pokojové teplotě a slouží jako neškodná náhrada za rtuť nebo slitiny sodíku a draslíku.

Existuje několik dalších slitin obsahujících indium, které se používají v různých oblastech. Indium se používá s mědí, manganem a hořčíkem jako slitinová složka v magnetických materiálech. Jako přísada do amalgámových náplní se příležitostně používá indium (maximálně 5%) se stříbrem, cínem, mědí, rtutí a zinkem. Úložná vrstva disku CD-RW obsahuje mimo jiné indium.

důkaz

Možným chemickým důkazem je srážení iontů india pomocí 8-hydroxychinolinu z roztoku kyseliny octové. Indium se obvykle nedetekuje chemicky, ale pomocí vhodných spektroskopických metod. Indium lze snadno detekovat pomocí charakteristických spektrálních čar při 451,14 nm a 410,18 nm. Jelikož se nacházejí v modrém spektrálním rozsahu, je výsledkem typické barvy modrého plamene. Pro přesnější kvantitativní stanovení jsou jako vyšetřovací metody k dispozici rentgenová fluorescenční analýza a hmotnostní spektrometrie.

Toxicita a bezpečnost 

I když není známo, že by kov india měl nějaké toxické účinky, bylo prokázáno, že ionty india mají embryonální a teratogenní účinky při pokusech na zvířatech na krysách a králících. S jednou dávkou 0,4 mg * kg^-1 InCl₃ U březích potkanů ​​byly pozorovány malformace, jako jsou rozštěpy patra a oligodaktylie. Tyto jevy byly zjištěny častěji, když byl indium aplikován 10. den těhotenství. Naproti tomu u myší nebyly pozorovány žádné malformace. Bylo zjištěno, že dusičnan indický je toxický pro vodní organismy (vodní toxicita).

Kompaktní kov india není hořlavý. V jemně rozděleném stavu jako prášek nebo prach je naproti tomu stejně jako mnoho kovů vysoce hořlavý a hořlavý. Hořící indium nesmí být uhaseno vodou z důvodu rizika výbuchu z produkovaného vodíku, ale musí být uhaseno kovovými hasicími přístroji (třída D).

Připojení 

Indium tvoří řadu sloučenin. V nich má kov obvykle oxidační stav + III. Úroveň + I je vzácnější a nestabilnější. Oxidační stav + II neexistuje, sloučeniny, ve kterých se formálně vyskytuje dvojmocný indium, jsou ve skutečnosti smíšené sloučeniny jednomocného a trojmocného india.

indium 

Oxid india (III) je žlutá, stabilní sůl. Čistý oxid india (III) se používá jen zřídka; v technologii se většina z nich dále zpracovává na oxid india a cínu. Je to oxid india (III) dopovaný malým množstvím oxidu cínatého. Tím se spojení změní na transparentní a vodivý oxid (materiál TCO). Tato kombinace vlastností, kterou má jen několik dalších materiálů, znamená, že je široce používána. Oxid india a cínu se používá zejména jako vodič v obrazovkách z tekutých krystalů (LCD), organických světelných diodách (OLED), dotykových obrazovkách a solárních článcích. V jiných aplikacích, jako jsou vyhřívaná okna automobilů a solární články, by mohl být drahý oxid india a cínu nahrazen levnějším oxidem zinečnatým dopovaným.

Sloučenina polovodičové 

Mnoho sloučenin india je složené polovodiče s charakteristickými mezerami v pásmu. To platí zejména pro sloučeniny s prvky 15. a 16. hlavní skupiny, jako je fosfor, arsen nebo síra. Ty s prvky 15. hlavní skupiny se počítají mezi složené polovodiče III-V, ty s chalkogeny mezi složené polovodiče III-VI. Počet závisí na počtu valenčních elektronů ve dvou spojovacích složkách. Nitrid india, fosfid indný, arsenid india a antimonid india mají různé aplikace v různých diodách, jako jsou světelné diody (LED), fotodiody nebo laserové diody. Přesné použití závisí na požadovaném odstupu pásma. Sulfid indný (III)₂S₃) je polovodič III-VI s pásmovou mezerou 2 eV, který se používá místo solárních článků kadmia sulfidinu. Některé z těchto sloučenin - zejména fosfid indný a arsenid indický - hrají roli v nanotechnologii. Nanodráty fosfidu india mají silně anizotropní fotoluminiscenci a lze je případně použít ve vysoce citlivých fotodetektorech nebo optických spínačích.

Kromě jednoduchých složených polovodičů existují také polovodičové sloučeniny, které obsahují více než jeden kov. Příkladem je arsenid india galia (In_xGa_1-xAs) ternární polovodič se sníženou mezerou pásma ve srovnání s arsenidem gália. Měď-indel-diselenid (CuInSe₂) má vysoký stupeň absorpce světla, a proto se používá v tenkovrstvých solárních článcích (solární články CIGS).

Další sloučeniny india 

Indium tvoří řadu sloučenin s halogeny fluorem, chlorem, bromem a jodem. Jsou to Lewisovy kyseliny a vytvářejí komplexy s vhodnými dárci. Důležitým halogenidem india je chlorid indný. Používá se mimo jiné jako katalyzátor pro redukci organických sloučenin.

Existují také organické sloučeniny india s obecnými vzorci InR₃ a InR. Stejně jako mnoho organokovových sloučenin jsou citlivé na kyslík a vodu. Organické sloučeniny india se používají jako dopingová činidla při výrobě polovodičů.

Obvykle
Jméno, symbol, atomové číslo	Indium, In, 49
Serie	kovy
Skupina, období, blok	13, 5, s
vzhled	stříbřitě lesklá šedá
číslo CAS	7440-74-6
Hmotnostní zlomek zemského pláště	0,1 ppm
jaderný
atomová hmotnost	114,818 u
Atomový poloměr (vypočítaný)	155 (156) hodin
Kovalentní poloměr	144 pm
Van der Waals poloměr	193 pm
elektronová konfigurace	[Kr] 4d105s25p1
1. ionizace	558,3 kJ / mol
2. ionizace	1820,7 kJ / mol
3. ionizace	2704 kJ / mol
fyzicky
fyzický stav	fest
krystalová struktura	čtyřúhelný
hustota	7,31 g / cm3
tvrdost Mohs	1,2
magnetismus	diamagnetický ( = -5,1 10-5)
bod tání	429,7485  K (156,5985 ° C)
bod varu	2345 K (2072 ° C)
Molární objem	15,76 · 10-6 m3/ mol
Výparné teplo	231,8 kJ / mol
skupenské teplo tání	3,26 kJ / mol
tlak páry	1 Pa při 1196 K.
Rychlost zvuku	1215 m / s při 293,15 K
Měrná tepelná kapacita	233 J / (kg · K)
Elektrická vodivost	12,5 · 106 A / (V · m)
tepelná vodivost	81,6 W / (m K)
chemický
oxidační stavy	3, 1
normální potenciál	-0,343 V (v3+ + 3e- → V)
electronegativity	1,78 (Paulingova stupnice)
izotop
izotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 111In {Syn.} 2,8047 d ε 0,865 111Cd 113In 4,3% stabilní 114In {Syn.} 71,9 s β- 1,989 114Sn ε 1,452 114Cd 115In 95,7 % 4,41 · 1014 a β- 0,495 115Sn
vlastnosti NMR
Roztočit γ v rad * T-1· s-1 Er(1H) fL bei Š = 4,7 T. v MHz 113In 9/2 5,8845 · 107 0,0151 21,87 115In 9/2 5.8972 · 107 0,271 38,86
bezpečnost
GHS označování nebezpečných látek Riziko H a P věty H: 228-315-319-332-335 EUH: žádné sazby EUH P: 210-​261-​305+351+338 nebezpečné InformacePulver lehká váha hořlavý (F) R a S věty R: 11 S: 9-16-29-33

Prosím, sledovat a rádi se k nám: