INDIUM: UPPTÄCKT, STRUKTUR, EGENSKAPER, ISOTOPER, ANVÄNDNINGAR, RISKER - KEMI - 2025

Den indium är en metall tillhörande grupp 13 i det periodiska systemet och har den kemiska beteckningen I. Dess atomnummer är 49, ₄₉ In, och det förekommer i naturen som två isotoper: ¹¹³ In och ¹¹⁵ In, det senare är det vanligaste. Indiumatomer finns på jorden som föroreningar i zink- och blymineraler.

Det är en speciell metall eftersom det är den mjukaste som kan beröras utan många hälsorisker; till skillnad från litium och rubidium, vilket fruktansvärt skulle bränna huden när de reagerar med deras fukt. En bit indium kan skäras med en kniv och sprickas med fingrarnas kraft, vilket ger en distinkt knas.

Bit metalliskt indium. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Alla som hör detta metallnamn kommer säkert att tänka på Indien, men dess namn härrör från indigofärgen, som observeras när flammetestet genomförs. I detta avseende liknar det ganska kalium, bränna dess metall eller dess föreningar med en mycket karakteristisk låga, genom vilken indium detekterades för första gången i sfaleritmineraler.

Indium delar många kemiska egenskaper med aluminium och gallium, som förekommer i de flesta av dess föreningar med ett oxidationsantal +3 (I ³⁺ ). Det kombineras utmärkt med galliumbildande legeringar med låga smältpunkter, varav en är galinstan.

Appliceringarna av indium baseras på beläggningen av material med deras legeringar, vilket gör dem elektriskt ledande och flexibla. Indianen täcker några glas för att ge dem större glans och ersätter silver. I teknikvärlden finns indianerna på LCD- och pekskärmar.

Upptäckt

1863 letade den tyska kemisten Ferdinand Reich efter spår av elementet thallium, genom den gröna linjen i dess utsläppsspektrum, i zinkmineraler; specifikt prover av sfalerit (ZnS) från hela Sachsen. Efter att ha rostat mineralerna, tagit bort svavelhalten, smält dem i saltsyra och destillerat zinkkloriden, erhöll han en halmfärgad fällning.

Inför upptäckten beslutade Reich att genomföra en spektroskopisk analys; men eftersom han inte hade goda ögon för att observera färger vände han sig till sin kollega Hieronymus Theodor Richter för hjälp i denna uppgift. Richter var den som observerade en blåaktig spektrallinje, som inte sammanföll med spektrumet för något annat element.

De två tyska kemisterna mötte ett nytt element, som kallades indiskt på grund av flammans indigofärg när dess föreningar brändes; och i sin tur härrör namnet på denna färg från det latinska ordet indicum, vilket betyder Indien.

Ett år senare, 1864, upphetsade och efter en långvarig serie utfällningar och rening isolerade de ett prov av metalliskt indium genom elektrolys av dess upplösta salter i vatten.

Indiens struktur

Indiumatomer, i, sammanfaller med sina valenselektroner för att skapa en metallisk bindning. Således hamnar de i en kroppscentrerad kristall med en förvrängd tetragonal struktur. Interaktioner mellan de angränsande In-In-atomerna i kristallen är relativt svaga, vilket förklarar varför indium har en låg smältpunkt (156 ºC).

Å andra sidan är krafterna som förenar två eller flera indiumkristaller heller inte starka, annars skulle de inte röra sig ovanpå varandra, vilket ger metallen dess karakteristiska mjukhet.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Det är en anmärkningsvärt mjuk silvermetall. Det kan rivas med fingernageltryck, skäras med en kniv eller repas i blanka linjer på ett pappersark. Det är till och med möjligt att tugga och deformera det med dina tänder, så länge det är plattat. På samma sätt är den mycket mjuk och formbar och har plastegenskaper.

När indianen värms upp med en blåsor, avger den en indigofärgad flamma, ännu ljusare och mer färgstark än kalium.

Molmassa

114,81 g / mol

Smältpunkt

156,60 ºC

Kokpunkt

2072 ° C

Liksom gallium har indium ett brett temperaturområde mellan smältpunkten och kokpunkten. Detta återspeglar det faktum att in-in-interaktioner i vätska är starkare än de som dominerar i glas; och att därför en droppe indium är lättare att få än dess ångor.

Densitet

Vid rumstemperatur: 7,31 g / cm ^{^}

Rätt vid smältpunkten: 7,02 g / cm ³

Elektronnegativitet

1,78 på Pauling-skalan

Ioniseringsenergier

Först: 558,3 kJ / mol

Andra: 1820,7 kJ / mol

Tredje: 2704 kJ / mol

Värmeledningsförmåga

81,8 W / (mK)

Elektrisk resistans

83,7 nm

Mohs hårdhet

1,2. Det är bara något svårare än talkpulver (förvirra inte seghet och seghet).

Reaktivitet

Indium upplöses i syror för att bilda salter, men upplöses inte i alkaliska lösningar, inte ens med varm kaliumhydroxid. Reagerar i direkt kontakt med svavel, syre och halogener.

Indium är relativt amfotärt, men det uppträder mer som en bas än en syra, och dess vattenhaltiga lösningar är något basiska. I (OH) ₃ återupplöses med tillsats av mer alkalier, vilket ger upphov till komplexindikatorn, In (OH) ₄ ^- , som händer med aluminater.

Elektronisk konfiguration

Elektronkonfigurationen av indiumet är som följer:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Av de tretton elektronerna är de sista tre av 5-talet och 5p-orbitalerna valenselektroner. Med dessa tre elektroner bildar indiumatomerna sin metalliska bindning, liksom aluminium och gallium, och bildar kovalenta bindningar med andra atomer.

Oxidationsnummer

Det ovannämnda tjänar till att förstå på en gång att indium kan förlora sina tre valenselektroner eller få fem för att bli isoelektroniska till den ädla gasens xenon.

Om vi ​​i en förening antar att den har tappat sina tre elektroner, kommer den att förbli som den trivalenta katjonen I ³⁺ (i analogi med Al ³⁺ och Ga ³⁺ ) och därför kommer dess oxidationsnummer att vara +3. De flesta indiumföreningarna är i (III).

Bland andra oxidationsnummer som hittades för indium har vi: -5 (I ^5- ), -2 (I ^2- ), -1 (In ^- ), +1 (In ⁺ ) och +2 (In ²⁺ ).

Några exempel på I (I) föreningar är: InF, InCl, InBr, InI och I ₂ O. Alla av dem är relativt sällsynta föreningar, medan de av In (III) är de dominerande ettor: I (OH) ₃ , I ₂ O ₃ , InCl ₃ , InF ₃ , etc.

I (I) är föreningar kraftfulla reduktionsmedel, där In ⁺ donerar två elektroner till andra arter för att bli ³⁺ .

isotoper

Indium förekommer i naturen som två isotoper: ¹¹³ In och ¹¹⁵ In, vars markbundna mängder är 4,28% respektive 95,72%. Därför har vi på jorden många fler ^{115 i} atomer än vi har ¹¹³ in. Den ¹¹⁵ I har en halv - livslängd på 4,41 x 10 ¹⁴ år så stor att den nästan vara stabil, trots att en radioisotop.

För närvarande har totalt 37 konstgjorda isotoper av indium skapats, alla radioaktiva och mycket instabila. Av dem alla är den mest stabila ¹¹¹ In, som har en halveringstid på 2,8 dagar.

tillämpningar

Alloys

Indianen kommer mycket bra med gallium. Båda metallerna bildar legeringar som smälter vid låga temperaturer, ser ut som silvervätskor, med vilka kvicksilver ersätts i flera av dess tillämpningar. På samma sätt smälter indium också lätt och har en löslighet på 57% i kvicksilver.

Indiumlegeringar används för att designa silverspeglar utan behov av silver. När den hälls på en yta av något material, fungerar det som en vidhäftare, så att glas, metall, kvarts och keramiska plattor kan förenas.

elektronik

Utan indianerna skulle pekskärmar aldrig ha existerat. Källa: Pxhere.

Indium klarar sig också bra med germanium, så dess föreningar läggs som dopmedel till germaniumnitrid i lysdioder, vilket reproducerar blått, lila och grönt ljus från dessa blandningar. Det är också en del av transistorer, termistorer och fotovoltaiska celler.

Den viktigaste av dess föreningar är indium tennoxid, som används som en beläggning på glas för att reflektera vissa våglängder. Detta gör att den kan användas i svetsglasögon och skyskrapaglas så att de inte blir heta inuti.

Glasögon belagda med denna oxid är goda ledare av elektricitet; som det kommer från våra fingrar. Och det är därför den är avsedd för tillverkning av pekskärmar, en aktivitet som är ännu mer aktuell idag på grund av uppkomsten av fler och fler smartphones.

risker

Indium representerar inte någon risk för miljön i första hand, eftersom dess ³⁺ joner inte sprids i märkbara mängder. Det finns ingen information om vad som skulle vara dess inverkan på jordar, påverkar växter och varken på fauna eller hav.

I kroppen är det inte känt om I ³⁺ joner har någon väsentlig roll i ämnesomsättningen i spårmängder. Men när dess föreningar intas är de skadliga för olika organ, varför de anses vara mycket giftiga ämnen.

I själva verket kan ITO-partiklar (Indium Tin Oxide), viktiga för tillverkning av skärmar för datorer och smartphones, ha en negativ inverkan på arbetarnas hälsa och orsaka sjukdom som kallas Indium lunga.

Intaget av dessa partiklar sker huvudsakligen genom inandning och genom kontakt genom huden och ögonen.

Å andra sidan är fina indiummetallpartiklar benägna att brinna och orsaka bränder om de är i närheten av en värmekälla.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Indium. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Dr Doug Stewart. (2020). Fakta om indiumelement. Återställd från: chemicool.com
4. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (20 januari 2020). Indium. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Indium, Fysikaliska och kemiska egenskaper. I: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (eds) Encyclopedia of Metalloproteins. Springer, New York, NY
6. National Center for Biotechnology Information. (2020). Indium. PubChem-databas., CID = 5359967. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Vad används Indium i vardagen? Studie. Återställd från: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, & Deddens, JA (2013). Användning av och yrkesmässig exponering för indium i USA. Journal of yrkes- och miljöhygien, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279