Что такое индий в химии кратко

Обновлено: 06.07.2024

Индий – серебристо-белый металл c сильным блеском, по внешнему виду напоминающий свежий срез цинка. Его относят к группе лёгких металлов. Он довольно мягкий, к тому же ковкий и легкоплавкий (плавится при температуре 156,5 °C). Индий без труда режется ножом, он почти в 5 раз мягче свинца. На бумаге оставляет след. Это довольно редкий, ценный и дорогой метал. По химическим свойствам индий сходен с галлием и алюминием. Его атомная масса 114,818 г/моль. Элемент состоит из двух изотопов, один из которых обладает довольно слабой β-радиоактивностью.

Смотрите так же:

ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ

Кристаллическая структура индия

Учитывая электронную структуру атома индия, он относится к халькофильным элементам (18 электронов в предпоследнем слое). В настоящее время известно менее 10 индиевых минералов: самородный индий, рокезит CuInS₂, индит FeIn₂S₄, кадмоиндит CdIn₂S₄, джалиндит In(OH)₃, сакуранит (CuZnFe)₃InS₄ и патрукит (Cu,Fe,Zn)₂(Sn,In)S₄. В основном индий находится в виде изоморфной примеси в раннем высокожелезистом сфалерите, где его содержание достигает десятых долей процента. В некоторых разновидностях халькопирита и станнина содержание индия составляет сотые-десятые процента, а в касситерите и пирротине — тысячные доли процента. В пирите, арсенопирите, вольфрамите и некоторых других минералах концентрация индия — граммы на тонну. Промышленное значение для получения металла пока имеют сфалерит и другие минералы, содержащие не менее 0,1 % индия.

СВОЙСТВА

Индий – металл серебристо-белого цвета, не тускнеющий на воздухе при длительном хранении и даже в расплавленном состоянии. Плотность кристаллического индия 7310 кг/м 3 , а расплавленного – 7030 кг/м 3 . Металл плавится при 156,7° С, кипит при 2072° С. Индий очень мягок и пластичен. Его твердость по шкале Мооса чуть больше 1 (мягче только тальк), поэтому индиевый стержень, если им водить по листу бумаги, оставляет на нем серый след. Индий в 20 раз мягче чистого золота и легко царапается ногтем, а его сопротивление растяжению в 6 раз меньше, чем у свинца. Палочки из индия легко сгибаются и при этом заметно хрустят (громче, чем оловянные). Индий – диамагнетик, магнитное поле в нем ослабевает.

Индий, так же как и галлий, не образует ни с одним из металлов непрерывных твердых растворов. В индии хорошо растворяются металлы-соседи по периодической системе – галлий, таллий, олово, свинец, висмут, кадмий, ртуть, в меньшей мере цинк. Выше 800° С индий горит на воздухе сине-фиолетовым пламенем с образованием оксида индия(III).

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

На сегодняшний день нет достоверных сведений о мировых ресурсах индия, так как его извлечение всегда привязано к переработке цинковых руд. По приблизительным оценкам United States Geological Surveys (по состоянию на июнь 2004) суммарный мировой запас разведанных месторождений индия составляет 2,5·10 3 тонн в пересчете на металл, а объемы резервной базы (с учетом неразведанных ресурсов) – 6·10 3 тонн металла. Мировыми лидерами по запасам индия являются Канада (30% мировых запасов), Китай и США (10% мировых запасов)
Получают индий из отходов и промежуточных продуктов производства цинка, и в меньшей степени, свинца и олова. Это сырьё содержит от 0,001 % до 0,1 % индия. Из исходного сырья производят концентрат индия, из концентрата — черновой металл, который затем рафинируют. Исходное сырьё обрабатывают серной кислотой и переводят индий в раствор, из которого гидролитическим осаждением выделяют концентрат. Из концентрата черновой металл извлекают цементацией на цинке и алюминии. Для рафинирования используются различные методы, например, зонная плавка.
Основным производителем индия является Китай (390 тонн в 2012 году), также производится Канадой, Японией и Южной Кореей (примерно по 70 тонн).
В последние годы мировое потребление индия быстро растёт и в 2005 достигло 850 тонн.
Количество используемого индия сильно зависит от мирового производства ЖК-экранов. В 2007 году в мире было добыто 475 тонн и ещё 650 тонн было получено путём переработки. На производство ЖК экранов для компьютерных дисплеев и телевизоров уходило 50-70 % доступного индия.
Стоимость индия в 2002 году составила около 100$ за кг, но рост потребности в металле привел к повышению и флуктуациям цен. В 2006—2009 годах они колебались в пределах 400—900 долларов за кг.
По современным оценкам, запасы индия будут исчерпаны в ближайшие 20 лет, если не будет повышена степень вторичного использования металла

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Индий самостоятельных месторождений не образует, а входит в состав руд месторождений других металлов. Наиболее высокое содержание индия установлено в рудах касситеритоносных скарнов и сульфидно-касситеритовых месторождений различных типов.
По содержанию в земной коре индий относится к типичным редким элементам, а по характеру распространения – к типичным рассеянным элементам. Кларк индия в земной коре равен 1,4·10 –5 %. Содержание индия в подавляющем большинстве минералов-носителей невелико и редко когда выходит за пределы нескольких тысячных долей процента. Количество минералов, в которых содержание индия достигает нескольких десятых долей процента (0,05–1%) чрезвычайно мало. Среди них можно отметить цилиндрит Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄ (0,1–1% In) и франкеит Pb₅Sn₃Sb₂S₁₄(до 0,1% In), минералы класса сульфостаннанов, цинковую обманку ZnS (0,1–1% In), халькопирит CuFeS₂(0,05–0,1% In) и борнит Cu₃FeS₃ (0,01–0,05% In). Из-за незначительного распространения в природе сульфостаннанов они не имеют значения для промышленных процессов извлечения индия. Концентрация индия в цинковых обманках тем выше, чем больше содержание в них железа и марганца, а из разнообразных по условиям своего образования обманках (марматит, сфалерит, клейофан) богаты индием ранние высокотемпературные, темноокрашенные представители – марматиты. Так, в сфалерите с высоким содержанием железа (темном сфалерите) содержание индия достигает 1%. Однако среднее содержание индия в сфалеритовых месторождениях не превышает и сотой доли процента.

В небольших концентрациях индий обнаружен в золе каменных углей, некоторых нефтяных месторождений (до 2,2·10 –6 % In), а также в морской ((0,02–7)·10 –10 % In) и дождевой ((0,002–2)·10 –7 %) воде. Содержание индия во Вселенной оценивается в 3·10 –10 %(масс.) или 3·10 –12 %(ат.).

ПРИМЕНЕНИЕ

Монета из индия

Широко применяется в производстве жидкокристаллических экранов для нанесения прозрачных плёночных электродов из оксида индия-олова.Используется в микроэлектронике как акцепторная примесь к германию и кремнию. Ранее, когда широко применялась сплавная технология производства первых полупроводниковых приборов, характерным решением было сплавление индия с германием для получения pn-перехода, например в диодах серий ДГ-Ц1, Д7 итд до сотни мг индия.
Компонент ряда легкоплавких припоев и сплавов (так, жидкий при комнатной температуре галинстан содержит 21,5 % индия).Обладает высокой адгезией ко многим материалам, позволяя спаивать, например, металл со стеклом.

И́ндий — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), атомный номер 49. Обозначается символом In (лат. Indium ). Относится к группе лёгких металлов. Простое вещество индий — ковкий, легкоплавкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета. Сходен по химическим свойствам с алюминием и галлием, по внешнему виду с цинком.

Содержание

1 История
2 Происхождение названия
3 Геохимия и минералогия
4 Химические свойства
5 Физические свойства
- 5.1 Термодинамические параметры
- 5.2 Дополнительная информация
- 5.3 Изотопы
История

Индий обнаружили немецкие химики Фердинанд Райх и Теодор Рихтер (Theodore Richter) в 1863 году при спектроскопическом исследовании цинковой обманки. Они искали таллий, однако вместо зелёной линии этого элемента нашли в спектрах яркую неизвестную линию голубого цвета (Профессор Ф. Райх страдал дальтонизмом и не мог различать цвета спектральных линий, поэтому все наблюдения регистрировал его ассистент Рихтер). Впоследствии металл был выделен Рихтером в незначительном количестве, но на Всемирной выставке 1867 года уже был представлен полукилограммовый слиток индия.

Происхождение названия

Яркая эмиссионная линия в спектре индия — цвета индиго.

Геохимия и минералогия

Учитывая электронную структуру атома индия, он относится к халькофильным элементам (18 электронов в предпоследнем слое). В настоящее время известно менее 10 индиевых минералов: самородный индий, рокезит CuInS₂, индит FeIn₂S₄, кадмоиндит CdIn₂S₄, джалиндит In(OH)₃, сакуранит (CuZnFe)₃InS₄ и патрукит (Cu,Fe,Zn)₂(Sn,In)S₄. В основном индий находится в виде изоморфной примеси в раннем высокожелезистом сфалерите, где его содержание достигает десятых долей процента. В некоторых разновидностях халькопирита и станнина содержание индия составляет сотые-десятые процента, а в касситерите и пирротине — тысячные доли процента. В пирите, арсенопирите, вольфрамите и некоторых других минералах концентрация индия — граммы на тонну. Промышленное значение для получения металла пока имеют сфалерит и другие минералы, содержащие не менее 0,1 % индия. Индий самостоятельных месторождений не образует, а входит в состав руд месторождений других металлов. Наиболее высокое содержание индия установлено в рудах касситеритоносных скарнов и сульфидно-касситеритовых месторождений различных типов. Содержание индия в земной коре (кларк) 0,25 г/т (он в три раза более распространён, чем серебро), в морской воде 0,018 мг/л.

Химические свойства
- Электроотрицательность — 1,78.
- Устойчив и не тускнеет в сухом воздухе при комнатной температуре, но выше 800 °C горит фиолетово-синим пламенем с образованием оксида.
- Растворяется в серной и соляной кислотах, быстрее — в азотной и хлорной, с плавиковой кислотой медленно реагирует при нагревании, органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая, лимонная) постепенно растворяют индий.
- С растворами щелочей, даже кипящими, заметно не реагирует.
- Реагирует с хлором и бромом.
- При нагревании реагирует с йодом, серой (выше 620 °C), селеном, теллуром, диоксидом серы (выше 600 °C), парами фосфора.
- Степень окисления от +1 до +3, наиболее устойчивы 3-валентные соединения.
Физические свойства
- Температура плавления 156,5985 °C (429,7485 K)
- Температура кипения 2072 °C (2345 K)
- Плотность: 7,362 (+20 °C, г/см³)
  - 7,023 (157 °C, г/см³)
  - 5,763 (2109 °C, г/см³)
  - 0,01 (912 °C)
  - 0,1 (1042 °C)
  - 1 (1205 °C)
  - 10 (1414 °C)
  - 100 (1688 °C)
  Термодинамические параметры
  - Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К): 0 кДж/моль (т)
  - Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К): 0 кДж/моль (т)
  - Стандартная энтропия образования S (298 К): 57,82 Дж/моль·K (т)
  - Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К): 26,74 Дж/моль·K (т)
  - Энтальпия плавления ΔH_пл : 3,26 кДж/моль
  - Энтальпия кипения ΔH_кип : 227,6 кДж/моль
  Дополнительная информация
  
  Изотопы
  
  Природный индий состоит из двух изотопов — стабильного 113 In (изотопная распространённость 4,29 %) и бета-радиоактивного 115 In (95,71 %; период полураспада 4,41⋅10 14 лет).
  
  Получение
  
  Получают из отходов и промежуточных продуктов производства цинка и, в меньшей степени, свинца и олова. Это сырьё содержит от 0,001 % до 0,1 % индия. Из исходного сырья производят концентрат индия, из концентрата — черновой металл, который затем рафинируют. Исходное сырьё обрабатывают серной кислотой и переводят индий в раствор, из которого гидролитическим осаждением выделяют концентрат. Из концентрата черновой металл извлекают цементацией на цинке и алюминии. Для рафинирования используются различные методы, например, зонная плавка.
  
  Основным производителем индия является Китай (390 тонн в 2012 году), также производится Канадой, Японией и Южной Кореей (примерно по 70 тонн).
  
  В последние годы мировое потребление индия быстро растёт и в 2005 достигло 850 тонн.
  
  Количество используемого индия сильно зависит от мирового производства ЖК-экранов. В 2007 году в мире было добыто 475 тонн и ещё 650 тонн было получено путём переработки. На производство ЖК экранов для компьютерных дисплеев и телевизоров уходило 50—70 % доступного индия.
  
  Стоимость индия в 2002 году составила около 100$ за кг, но рост потребности в металле привёл к повышению и колебаниям цен. В 2006—2009 годах они колебались в пределах 400—900 долларов за кг.
  
  По современным оценкам, запасы индия будут исчерпаны в ближайшие 20 лет, если не будет повышена степень вторичного использования металла.
  
  Применение
  
  Биологическая роль
  
  Индий не имеет ярко выраженной метаболической роли в организме. Соединения индия не всасываются в желудочно-кишечном тракте, умеренно всасываются при вдыхании. Индий может временно накапливаться в мышцах, коже и костях человека, его период полувыведения около двух недель. Растворимые соединения индия с валентностью III могут быть токсичными для почек при введении путем инъекции. Длительное вдыхание паров или мелкодисперсной пыли индия, его оксида или гидроксида может вызывать болезнь легких, получившую название Indium lung.
  
  Предельно допустимая концентрация индия в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м 3 (Национальный институт охраны труда, США). Однако после появления сведений о заболеваниях легких правила стали ужесточать. Так, японский национальный институт безопасности и гигиены труда установил ПДК на уровне 0.0003 мг/м 3 .
  
  Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
  Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
  W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au
  
  Элемент индий обладает многими полезными свойствами, благодаря которым его можно использовать в космонавтике, технике, электронике, атомной промышленности и других отраслях. Однако найти его в природе и отделить от других веществ чрезвычайно сложно. Из-за этого он числится в списке редких элементов. Какими свойствами обладает индий? Металл это или неметалл? Давайте узнаем обо всех его особенностях.
  
  История открытия элемента
  
  Индий был впервые обнаружен всего 154 года назад. Отчасти это произошло случайно, ведь его первооткрыватели искали совсем другой элемент. В 1863 году химики Теодор Рихтер и Фердинанд Райх пытались обнаружить в минерале сфалерите (цинковой обманке) таллий – новый на то время металл, который только предстояло изучить.
  
  Для своих поисков они использовали спектральный анализ Кирхгофа и Бунзена. Суть метода состоит в том, что при нагревании до высоких температур атомы элементов начинают излучать свет, соответствующий конкретному диапазону частот. По спектру этого свечения можно выяснить, что за элемент перед вами.
  
  У таллия цвет должен быть ярко-зеленым, но вместо него ученые обнаружили голубое свечение. Ни один известный элемент не обладал таким спектром, и химики поняли, что им улыбнулась удача. Из-за особенностей оттенка свою находку они назвали в честь цвета индиго. Так и был обнаружен новый металл – индий. А теперь более подробно об особенностях.
  
  Что это за металл?
  
  Индий – светло-серебристый и очень блестящий металл, напоминающий цинк. В Периодической системе он относится к третьей группе, стоит под номером 49 и обозначается символом In.
  
  Индий плавится при температуре +156,5 °C и кипит при +2072 °C. Он легко поддается ковке и другому механическому воздействию и вполне мог бы использоваться в ювелирных изделиях. Однако из-за высокой мягкости он быстро деформируется. Металл без труда можно согнуть, разрезать ножом и даже поцарапать ногтем.
  
  Химические свойства
  
  По своим химическим свойствам он похож на галлий или алюминий. Непрерывных твердых соединений он не может образовать ни с каким металлом. Он совершенно не реагирует с растворами щелочей. При определенных температурах вступает в реакцию с йодом, селеном, серой и ее диоксидом, реагирует с хлором и бромом. В индии запросто растворяются металлы, которые окружают его в Периодической системе, а именно: таллий, олово, галлий, свинец, висмут, ртуть, кадмий.
  - Даже при длительном пребывании не воздухе он не тускнеет. Не происходит это и при расплавлении металла.
  - Если начать сгибать индий, то он издаст характерный звук, похожий на скрип или хруст. Он появляется от деформации кристаллической решетки вещества.
  - Индий горит при +800 °С, пламя при этом окрашено в сине-фиолетовый цвет, или же цвет индиго.
  - Это самый мягкий металл, который можно держать в руках. Превосходит его только литий, но он слишком активен и сразу же окисляется на воздухе, образуя ядовитую щелочь.
  - Сплав индия с галлием является очень легкоплавким и становится жидким уже при +16 °C.
  Содержание в природе
  
  Металл индий не образует самостоятельных месторождений. Он очень рассеян и в виде самородков встречается крайне редко. Среди собственных минералов индия: сакуранит, рокезит, патрукит, джалиндит. Однако их редкость не позволяет применять их в промышленности.
  
  Небольшое количество индия встречается в морской и дождевой воде, в нефти, а также в золах каменного угля. Из-за схожести ионных радиусов индий способен встраиваться в кристаллические решетки железа, магния, цинка, свинца, маганца, олова и т. д. Благодаря этому его незначительное количество иногда обнаруживают вместе с ними.
  
  Как правило, содержание индия в минералах не превышает 0,05-1%. Больше всего металла содержится в сфалеритах и мармаритах. Обычно его концентрация тем выше, чем больше в них цинка, железа и других, уже названных металлов.
  
  Цена металла
  
  Индий уже через несколько лет после открытия удалось выделить в чистом виде. Из-за сложности этого процесса, один грамм индия тогда оценивался примерно в 700 долларов. И хотя за полтора столетия методы его получения значительно улучшились, он до сих пор считается редким и дорогим.
  
  Сегодня его средняя цена составляет 600-800 долларов за килограмм и, что удивительно, не сильно падает с увеличением объемов его добычи. Чистота металла обычно указывается в его маркировке: ИН-2, ИН-1, ИН-0, ИН-00, ИН-000, ИН-00000. Чем больше нулей, тем он качественнее и дороже. Например, индий марки ИН-000 может оцениваться в сумму около 2000 долларов за килограмм.
  
  Высокая стоимость металла индия объясняется и его низким содержанием в природе, и большим спросом. В год добывается 600-800 тонн, что абсолютно не покрывает всех потребностей в нем. Благодаря своим уникальным свойствам он оказывается гораздо лучше и долговечнее других, более дешевых металлов. Чтобы не терять столь ценный материал, во многих странах его используют вторично.
  
  Где применяют
  
  Металл индий повышает смачиваемость и стойкость сплава к коррозии. Им покрывают свинцово-серебряные подшипники, которые используют в авиационной и автомобильной технике. Он также способен понижать температуру плавления других металлов. Так, его смесь с оловом, свинцом, кадмием и висмутом плавится при 46,5 °С, благодаря чему используется для пожарной сигнализации.
  
  Окись индия и олова применяется для полупроводников и различных припоев. Кроме того, ее используют для изготовления компьютерных мониторов, экранов телевизоров и планшетов. В сплаве с серебром или самостоятельно он применяется для астрономических зеркал и зеркал автомобильных фар.
  
  Он отлично подходит для создания фотоэлементов, люминофоров, термоэлектрических материалов, уплотнителей в космической технике. Индий хорошо поглощает нейтроны и может использоваться в атомных реакторах.
  
  О биологической роли этого элемента в нашем организме ничего не известно, однако его научились использовать и в медицине. Его применяют как радиоактивный препарат при диагностировании печени, мозга и легких для обнаружения опухолей и других заболеваний.
  
  Способы получения
  
  Основное количество металла индия добывают из цинковых и оловянных месторождений. Его получают из отходов от переработки полиметаллических, оловянных, свинцово-цинковых руд. Отделение и очищение индия проводится в несколько стадий.
  
  На сегодняшний день одним из главных производителей индия является Канада. Кроме нее, большие объемы металла добывают США, Китай, Япония, Южная Корея. Однако запасы этого элемента очень ограничены, предполагается, что они иссякнут в течение нескольких десятков лет.
  
  Индий относится к числу редких химических элементов и в сколько-нибудь значительных концентрациях в природе не встречается. Его получают, главным образом, из цинковых концентратов после выплавки цинка.
  
  В свободном состоянии индий представляет собой серебристо-белый (рис. 1) металл с низкими температурами кипения и плавления. На воздухе он довольно стоек, воду не разлагает, но легко растворяется в кислотах и щелочах.
  
  Рис. 1. Индий. Внешний вид.
  
  Атомная и молекулярная масса индия
  
  Относительной молекулярная масса вещества (M_r) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A_r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
  
  Поскольку в свободном состоянии индий существует в виде одноатомных молекул In, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 114,818.
  
  Изотопы индия
  
  Известно, что в природе индий может находиться в виде двух стабильных изотопов, один из которых радиоактивен ( 115 In – 95,71%)и 113 In (4,29%). Их массовые числа равны 113 и 115 соответственно. Ядро атома изотопа индия 113 In содержит сорок девять протонов и шестьдесят четыре нейтрона, а изотопа 115 In – такое число протонов и шестьдесят шесть нейтронов.
  
  Существуют искусственные нестабильные изотопы индия с массовыми числами от 97-ми до 135-ти, а также более двадцатиизомерных состояния ядер.
  
  Ионы индия
  
  Распределение электронов по орбиталям в атоме индия выглядит следующим образом:
  
  1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5р 1 .
  
  В результате химического взаимодействия индий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
  
  Молекула и атом индия
  
  В свободном состоянии индий существует в виде одноатомных молекул In. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу индия:
  
  Читайте также: