L'indium est l'élément chimique de numéro atomique 49, de symbole In.
Cet élément monoisotopique stable appartient au bloc p, au groupe 13 et à la période 5 et au groupe IIIA dit du bore du tableau périodique ainsi qu'à la famille des métaux pauvres. Le rayon atomique de l'indium avoisine 150 pm ().
Le corps simple indium est un métal gris brillant, à bas point de fusion à peine supérieur à , résistant à la corrosion atmosphérique.
Ce métal malléable présente une chimie assez analogue à l'aluminium et au gallium, mais aussi au cadmium et au thallium. L'électronégativité selon Pauling est de l'ordre de 1,7(̠8), alors que celles du Ga et Al avoisinent respectivement 1,6 et 1,5.
L'indium est un métal rare. Longtemps considéré comme un « métal ou un élément de laboratoire », il est resté très peu employé jusqu'au début de l'entre-deux-guerresL'intérêt des chimistes pour la course aux éléments ainsi que la thèse de Karl Josef Bayer en 1871 contribue à maintenir l'intérêt des chimistes de laboratoire.. Sa récente utilisation massive, notamment dans les écrans plats LCD, a fait passer son prix de ( aux taux courantsHistorique des cours du dollar US en euros.) entre 2001 et 2005Écrans LCD : bientôt une pénurie d'indium, article de Futura Sciences du 26 décembre 2007L'indium plus résistant que l'or, Le Monde 8 novembre 2011. La pénurie actuelle en fait une matière première minérale critique.
Histoire L'indium, nommé d'après la couleur supposée analogue à l'indigo (indǐcum en latin classique et indium en latin médiéval) au test de flamme, couleur composite expliquée en réalité par une raie bleu foncé intense et une raie violette plus faible de son spectre atomique, a été découvert par Ferdinand Reich et Hieronimus Theodor Richter en 1863 alors qu'ils testaient des minerais de zinc et de cuivre à base de "blende de Freiberg" avec un spectrographe inventé par Robert Wilhelm Bunsen pour y prouver, par la couleur verte, la présence du thallium.
Le chimiste Richter isole facilement le sulfure d'indium et le chlorure d'indium, puis l'hydroxyde d'indium avant de se perdre dans les (sous)oxydes d'indium. Toutefois il réussit une double réduction à partir du sesquioxyde d'indium, d'abord à l'aide de charbon de bois ou charbon actif et de soude, puis par flux de gaz hydrogène à isoler de façon quantitative le corps simple métal en 1867Quelques grammes d'indium avaient été isolées et caractérisées par le binôme avant la retraite de Reich en 1866, probablement vers 1864/1865.. Il faut de blende de Freiberg à un chimiste confirmé dans les années 1880 pour recueillir une trentaine de grammes d'indium, par un traitement chimique à l'acideAu cours du traitement métallurgique, l'indium est distillé avec le zinc.. La blende est d'abord traitée à l'acide chlorhydrique étendu, en insuffisance, l'indium extrait précipité avec le zinc en un résidu noir contenant encore de fortes impuretés de plomb, du cuivre et du fer. L'attaque à chaud par l'acide sulfurique concentré en excès est menée jusqu'à siccité. La matière sèche est reprise à l'eau, qui dissout facilement les sulfates d'indium, de zinc, de fer et de cuivre. La solution aqueuse est traitée avec un excès d'ammoniaque, l'oxyde d'indium impur précipité avec quelques traces d'oxyde de fer. L'acide sulfurique étendu permet de dissoudre le sel d'indium, qui peut être précipité par addition de zinc pur.
Bunsen, professeur de chimie de l'université de Heidelberg et ami de Reich, avait contribué comme expert à l'établissement du spectromètre de flamme de la Bergakademie de Freiberg. Ayant bénéficié en retour d'échantillons d'indium métal, il a montré que la chaleur spécifique de l'indium suivait bien la loi des chaleurs spécifiquesIl a corrigé la valeur initialement mesurée, proposant une valeur de l'ordre de 56 kilocalories/kg/degré Celsius..
En 1924, on découvre que l'indium peut stabiliser les métaux non ferreuxSydney J. French, "A story of indium", Journal of Chemical Education, Volume 11, , 1934, .. À partir de 1940, il est utilisé comme comme revêtement protecteur et anticorrosion de longue durée notamment pour améliorer les roulements à billes du matériel aéronautique militaire. Au début des années 1970, selon le chimiste Bruce Mahan, l'indium ne présente pas d'usage important. Au début des années 1980, les contributeurs chimistes de l'Encyclopedia Universalis admettent qu'il y a peu de composés d'indium étudiés et bien connus (probablement en vue d'applications).
Isotopes
L'indium possède 39 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 97 et 135, et 47 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul est stable, 113In, faisant de l'indium un élément monoisotopique. Cependant, l'indium naturel est aussi constitué et même majoritairement (~95,7 %) d'un radioisotope faiblement radioactif, 115In, avec une demi-vie d'environ d'années, ce qui fait que l'indium n'est pas un élément mononucléidique. L'indium partage d'ailleurs la caractéristique avec le rhénium et le tellure d'avoir un radioisotope naturel à longue vie plus abondant que son (ou ses) isotope(s) stable(s). La masse atomique standard attribuée à l'indium est de
Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie L'indium est un élément rare. Le clarke s'élève à par tonneAlain Foucault, opus cité.. Avec une valeur de , il serait ainsi trente fois plus rare que l'élément gallium.
L'indium existe à l'état natif, il s'agit du corps simple naturel que les minéralogistes nomment indium natif. On ne le trouve qu'en quantité infime dans les mines de zinc, de cuivre, de plomb, de fer... notamment à l'état de traces dans des sulfures (sphalérite, Chalcopyrite), et plus généralement les blendes, dans lesquels il peut être extrait comme sous-produit pendant la fusion. Bien que l'enrichissement de l'indium dans ces gisements soit élevé par rapport à son abondance dans les minerais, il est insuffisant, aux prix courants, pour soutenir l'extraction de l'indium comme produit principal.
Corps simple et composés chimiques Propriétés physiques et chimiques du corps simple Le corps simple est un métal blanc argenté ou parfois gris argenté, brillant, moyennement dense de densité 7,31 à . Il donne un beau poli, inaltérable à l'air et ses surfaces brillantes à fortes réflectances proches de celle du métal argent peuvent justifier son usage comme miroir, d'autant que cette surface est peu sensible à la corrosion. Il peut servir de revêtement galvanoplastique anti-corrosion, voire de traitement de surface anti-usure.
Comme le métal gallium de même aspect, le métal indium est stable dans l'air et l'eau, hormis en présence d'oxygène libre.
Ce métal est rayable à l'ongle, facilement ductile et sectile (découpable facilement au cutter), plastique et très facilement déformable. Il est plus mou, plus tendre et plus malléable que le métal plomb. Une opération d'écrouissage n'entraîne aucun durcissement, son laminage à froid reste très aisé. Toutefois, soumise à une pression plus vive, une plaque ou pastille de métal casse. Il est possible de communiquer une énergie mécanique et thermique à un morceau d'indium en le frottant avec un morceau de gallium de façon à l'allier à ce dernier par frottements et petits chocs répétés, tel que l'alliage métal ainsi formé puisse prendre une consistance quasi-liquide et ainsi s'étaler lentement sur une surface froide comme le verre, formant un miroir. Il est alors possible d'écrire avec cet alliage placé au bout d'un coton tige sur du papier. alt=Indium (couleur métallique) au fond d'un tube à essai|vignette|Indium mouillant les parois d'un tube à essai. Le pliage ou le stress d'une barre, d'une tige, d'une pastille, d'une plaque, d'un lingot d'indium génère des sons caractéristiques, un "cri aigu" ou un crunch, un crackling noise en anglais. Ils sont dus aux frottements internes des grands cristaux, provoquant la séparation trop rapide et forcée des cristaux jumelés, de manière similaire à l'étain courbé.
Ces propriétés plastiques sont conservées à (très) basses températures.
Son point de fusion est bas à et son point d'ébullition plutôt élevé vers (précisément à ), ce qui donne une plage liquide dépassant . L'indium liquide est donc très fluide, il s'insinue très facilement dans les pores et les interstices des matériaux.
L'indium est diamagnétique. C'est un métal semi-conducteur de l'électricité, soumis à l'effet Peltier et moyennement conducteur de la chaleur. Il devient supraconducteur en dessous de .
L'indium peut être utilisé dans les jonctions de transistor n-p-n avec le germanium.
Alliages notables Il existe une grande variété d'alliages, conçus souvent pour des applications spécifiques.
L'alliage est liquide à la température ambiante. Le galinstan possède des propriétés similaires.
Chimie et principales combinaisons Les états d'oxydation les plus communs sont I et III, accessoirement II. vignette|Densité de spin de la surface du sesquioxyde d'indium Dans les plus simples de ces combinaisons, l'élément métal est monovalent par effet de paire orbitale s inerte. Mais la plupart des composés trivalents de l'indium possède des propriétés semi-conductrices, parfois recherchées. Les principales propriétés chimiques sont assez proches de celle du cadmium, à l'exception notable de l'oxyde d'indium, insoluble dans l'ammoniaque.
Résistant dans l'air à la température ordinaire, le corps simple brûle après chauffage au rouge, avec une flamme bleu-violette caractéristique, laissant une matière poudreuse jaune, peu fusible, solubles dans les acides, le sesquioxyde d'indiumCe trioxyde peut être obtenu directement par simple calcination contrôlée du nitrate d'indium.. 4 Insolide métal chauffé au rouge + 3 O gaz oxygène en balayage → 2 InO sesquioxyde d'indium vignette|Dimère de iodure d'indium(III) Le métal se dissout dans la plupart des acides minéraux, mais n'est pas dissout par les bases, ni bien sûr par l'eauL'indium métal est très peu soluble dans la soude caustique.. L'indium peut être dissous dans les cyanures, par le cyanure de potassium. Cette technique de cyanuration est un moyen de purification.
Le métal indium est couramment obtenu par électrolyse de ses sels en solutions aqueuses. Par son potentiel d'électrodeStandard electrode potential, l'indium est un réducteur plus faible que le gallium et surtout l'aluminium. In + 3 e → In métal avec un potentiel d'électrode normal ε de l'ordre de avec log K = -17,2Par comparaison, Ga + 3 e → Ga métal avec un potentiel d'électrode ε de .
L'ion indium monovalent ou trivalent existe à l'état hydraté. Les solutions des ions In sont fortement hydrolysés, du type [In (HO))] analogue à [Ga(HO)]. Le rayon ionique de In équivaut à 81 pm ().
L'indium se combine à chaud avec les halogènes et le soufre. Le chlorure d'indium divalent , analogue de , peut être obtenu par : Insolide métal + 2 HCl gaz réactif → InCl dichlorure d'indium + H gaz hydrogène
En réalité, il s'agit d'une structure en .
Les divers sels d'indium sont obtenus par exemple par l'action d'un acide minéral sur le métal ou les oxydes, avec différentes techniques de cristallisation. Ils sont solubles dans l'eau, à laquelle ils confèrent, selon les anciens glycochimistes, une indéniable saveur métallique. Soumis au test de flamme, ils engendrent une flamme peu éclairante avec deux raies caractéristiques, bleu foncé et violet plus faible.
Citons parmi les composés les plus communs : les halogénures d'indium(I) , ou le sous-oxyde poudre intensément noire le sesquioxyde d'indium est totalement basique et nullement amphotère comme et . Cet oxyde qui peut être amorphe (rouge brun) ou cristallin de maille trigonale (jaune clair) engendre assez peu d'hydrates et d'hydroxydesSa densité est 7,179. Il est soluble dans les acides (forme amorphe). Il se décompose vers .. Il est très connu par son dopage ou association partielle avec l'oxyde d'étain(IV) sous le nom d'oxyde d'indium-étain ou son acronyme anglo-saxon ITO.