INDIU: DESCOPERIRE, STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, IZOTOPI, UTILIZĂRI, RISCURI - CHIMIE - 2025

Indiu este un metal din grupa 13 din tabelul periodic și are simbolul chimic In. Numărul său atomic este 49, ₄₉ In și apare în natură ca doi izotopi: ¹¹³ In și ¹¹⁵ In, acesta din urmă fiind cel mai abundent. Atomii de indiu se găsesc pe Pământ ca impurități în minerale de zinc și plumb.

Este un metal special, deoarece este cel mai moale care poate fi atins fără multe riscuri pentru sănătate; spre deosebire de litiu și rubidiu, care ar arde teribil pielea atunci când reacționează cu umiditatea lor. O bucată de indiu poate fi tăiată cu un cuțit și fracturată cu forța degetelor, emitând un crunch distinct.

Bucată de indiu metalic. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Oricine aude acest nume de metal va veni cu siguranță în minte India, dar numele său derivă din culoarea indigo, care se observă la efectuarea testului de flacără. În acest sens, este destul de asemănător cu potasiul, arzând metalul sau compușii săi cu o flacără foarte caracteristică, prin care indiumul a fost detectat pentru prima dată în minerale sphalerite.

Indiul împărtășește multe calități chimice cu aluminiu și galiu, care apar în majoritatea compușilor săi cu un număr de oxidare de +3 (în ³⁺ ). Se combină excelent cu aliajele care formează galiu cu puncte de topire scăzute, dintre care unul este galinstanul.

Aplicațiile de indiu se bazează pe acoperirea materialelor cu aliajele lor, ceea ce le face electrice și flexibile. Indianul acoperă câteva pahare pentru a le oferi o strălucire mai mare, înlocuind argintul. În lumea tehnologiei, indianul se regăsește în ecranele LCD și tactile.

Descoperire

În 1863, chimistul german Ferdinand Reich a căutat urme ale elementului taliu, prin linia verde a spectrului său de emisii, în minerale de zinc; în special mostre de sphalerită (ZnS) din Saxonia. După prăjirea mineralelor, îndepărtarea conținutului de sulf, digerarea lor în acid clorhidric și distilarea clorurii de zinc, a obținut un precipitat colorat de paie.

Față de descoperire, Reich a decis să efectueze o analiză spectroscopică; dar pentru că nu avea ochi buni pentru a observa culorile, s-a îndreptat către colegul său Hieronymus Theodor Richter pentru ajutor în această sarcină. Richter a fost cel care a observat o linie spectrală albăstruie, care nu a coincis cu spectrul niciunui alt element.

Cei doi chimisti germani s-au confruntat cu un element nou, care a fost numit indian datorită culorii indigo a flăcării atunci când compușii acesteia au fost arse; și, la rândul său, numele acestei culori provine din cuvântul latin indicum, care înseamnă India.

Un an mai târziu, în 1864, excitați și după o serie prelungită de precipitații și purificări, au izolat o probă de indiu metalic prin electroliza sărurilor sale dizolvate în apă.

Structura indianului

Atomii de indiu, In, se unesc folosind electronii lor de valență pentru a stabili o legătură metalică. Astfel, acestea ajung să fie aranjate într-un cristal centrat pe corp, cu o structură tetragonală distorsionată. Interacțiunile dintre atomii vecini de intrare din cristal sunt relativ slabe, ceea ce explică de ce indiul are un punct de topire scăzut (156 ºC).

Pe de altă parte, forțele care unesc două sau mai multe cristale de indiu nu sunt puternice, altfel nu s-ar mișca unele peste altele, dând metalului moale caracteristică.

Proprietăți

Aspectul fizic

Este un metal de argint remarcabil de moale. Poate fi rupt cu presiunea unghiilor, tăiat cu un cuțit sau zgâriat în linii strălucitoare pe o foaie de hârtie. Este chiar posibil să o mestecați și să o deformați cu dinții, cu condiția să fie aplatizați. La fel, este foarte ductil și maleabil, având proprietăți din plastic.

Când indianul este încălzit cu un suflare, el degajă o flacără de culoare indigo, chiar mai strălucitoare și mai colorată decât cea a potasiului.

Masă molară

114,81 g / mol

Punct de topire

156,60 ºC

Punct de fierbere

2072 ° C.

Ca și galiul, indiul are o gamă largă de temperatură între punctul său de topire și punctul de fierbere. Aceasta reflectă faptul că interacțiunile In-In în lichid sunt mai puternice decât cele care predomină în sticlă; și, prin urmare, o picătură de indiu este mai ușor de obținut decât vaporii săi.

Densitate

La temperatura camerei: 7,31 g / cm ³

Chiar la punctul de topire: 7,02 g / cm ³

electronegativitate

1,78 pe scara Pauling

Energii de ionizare

Prima: 558,3 kJ / mol

Al doilea: 1820,7 kJ / mol

Al treilea: 2704 kJ / mol

Conductivitate termică

81,8 W / (m K)

Rezistență electrică

83,7 nΩm

Duritate Mohs

1,2. Este doar puțin mai greu decât pulberea de talc (nu confundați duritatea cu duritatea).

reactivitatea

Indiul se dizolvă în acizi pentru a forma săruri, dar nu se dizolvă în soluții alcaline, nici măcar cu hidroxid de potasiu fierbinte. Reacționează în contact direct cu sulful, oxigenul și halogenii.

Indiul este relativ amfoteric, dar se comportă mai mult ca o bază decât un acid, soluțiile sale apoase fiind ușor bazice. În (OH) ₃ se redisolvește cu adăugarea de mai multe alcaline, dând naștere la indiații complexe, In (OH) ₄ ^- , așa cum se întâmplă cu aluminatele.

Configurație electronică

Configurația electronilor indiului este următoarea:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Dintre cei treisprezece electroni, ultimii trei dintre orbitalii 5s și 5p sunt electronii de valență. Cu acești trei electroni, atomii de indiu își stabilesc legătura metalică, la fel ca aluminiul și galiul și formează legături covalente cu alți atomi.

Numere de oxidare

Cele menționate mai sus servesc pentru a înțelege dintr-o dată că indiul este capabil să-și piardă cei trei electroni de valență sau să obțină cinci pentru a deveni izoelectronic pentru xenonul gazului nobil.

Dacă într-un compus presupunem că și-a pierdut cei trei electroni, acesta va rămâne ca cationul trivalent în ³⁺ (în analogie cu Al ³⁺ și Ga ³⁺ ) și, prin urmare, numărul său de oxidare va fi +3. Majoritatea compușilor indieni sunt In (III).

Printre alte numere de oxidare găsite pentru indiu avem: -5 (în ^5- ), -2 (în ^2- ), -1 (în ^- ), +1 (în ⁺ ) și +2 (în ²⁺ ).

Câteva exemple de compuși In (I) sunt: ​​InF, InCl, InBr, InI și In ₂ O. Toți sunt compuși relativ rari, în timp ce cei din In (III) sunt cei predominanti: In (OH) ₃ , In ₂ O ₃ , InCl ₃ , InF ₃ etc.

În (I) compușii sunt agenți reducători puternici, în care In ⁺ donează doi electroni altor specii pentru a deveni In ³⁺ .

izotopi

Indiul apare în natură sub formă de doi izotopi: ¹¹³ In și ¹¹⁵ In, ale căror abundențe terestre sunt de 4,28% și, respectiv, 95,72%. Prin urmare, pe Pământ avem mai mulți ¹¹⁵ In atomi decât avem ¹¹³ In. ¹¹⁵ In are o jumătate - viață de 4,41 × 10 pe ¹⁴ ani , astfel de mare , încât este aproape considerată stabilă, în ciuda faptului că un radioizotop.

În prezent, au fost create un total de 37 izotopi artificiali de indiu, toate radioactive și extrem de instabile. Dintre toate, cel mai stabil este ¹¹¹ In, care are un timp de înjumătățire de 2,8 zile.

Aplicații

aliaje

Indianul se înțelege foarte bine cu galiul. Ambele metale formează aliaje care se topește la temperaturi scăzute, aratând ca lichide argintii, cu care mercurul este înlocuit în mai multe dintre aplicațiile sale. De asemenea, indiul se amalgamează ușor, având o solubilitate de 57% în mercur.

Aliajele de indiu sunt utilizate pentru proiectarea oglinzilor din argint fără a fi nevoie de argint. Când este turnat pe o suprafață a oricărui material, acționează ca un aderent, astfel încât plăcile de sticlă, metal, cuarț și ceramică pot fi unite.

Electronică

Fără indian, ecranele tactile nu ar fi existat niciodată. Sursa: Pxhere.

Indiul se înțelege de asemenea bine cu germaniul, astfel încât compușii săi sunt adăugați sub formă de dopanți la nitrură de germaniu în LED-uri, reproducând luminile albastre, violet și verzi din aceste amestecuri. De asemenea, face parte din tranzistoare, termistori și celule fotovoltaice.

Cel mai important dintre compușii săi este oxidul de staniu indiu, care este utilizat ca acoperire pe ochelari pentru a reflecta unele lungimi de undă. Acest lucru îi permite să fie utilizat în ochelarii de sudură și în sticla zgârie-nori, astfel încât să nu se încălzească în interior.

Paharele acoperite cu acest oxid sunt buni conductori de electricitate; ca asta care vine din degete. Și de aceea este destinat fabricării de ecrane tactile, o activitate și mai actuală astăzi datorită apariției tot mai multe smartphone-uri.

riscuri

Indiul nu reprezintă niciun risc pentru mediu în primă instanță, deoarece ioni în ³⁺ nu sunt diseminați în cantități apreciabile. Nu există informații cu privire la care ar fi impactul său asupra solurilor, asupra plantelor și nici asupra faunei sau mărilor.

În organism, nu se știe dacă ioni în ³⁺ au vreun rol esențial în metabolism în cantități. Cu toate acestea, atunci când compușii săi sunt ingerați, sunt nocivi pentru diverse organe, motiv pentru care sunt considerate substanțe foarte toxice.

De fapt, particulele ITO (Indium Tin Oxide), esențiale pentru fabricarea de ecrane pentru computere și smartphone-uri, pot avea un impact negativ asupra sănătății lucrătorilor, provocând un boală numită plămânul Indium.

Ingerarea acestor particule are loc în principal prin inhalare și prin contact prin piele și ochi.

Pe de altă parte, particulele fine de metal indiu sunt predispuse la ardere și provoacă incendii dacă se află în apropierea unei surse de căldură.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Indiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Dr. Doug Stewart. (2020). Indium Element Facts. Recuperat de la: chemicool.com
4. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (20 ianuarie 2020). Indiu. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Proprietăți indium, fizice și chimice. În: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (eds) Enciclopedia metaloproteinelor. Springer, New York, NY
6. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2020). Indiu. Baza de date PubChem., CID = 5359967. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Pentru ce se folosește Indium în viața de zi cu zi? Studiu. Recuperat din: studiu.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, & Deddens, JA (2013). Utilizarea și expunerea profesională la indiu în Statele Unite. Jurnalul de igienă profesională și de mediu, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279