И́ндий (химический символ — In, от ) — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы, IIIA), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 49. Относится к категории постпереходных 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.
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/лJ.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965..
Физические свойства Полная электронная конфигурация атома индия: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1.
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) Критическая температура сверхпроводимости (атмосферное давление, массивные образцы) 3,405 K Давление паров (в мм рт. ст.): 0,01 (912 °C) 0,1 (1042 °C) 1 (1205 °C) 10 (1414 °C) 100 (1688 °C) Удельная теплоёмкость при постоянном давлении (0 °C): 0,238 Дж/г·K
Термодинамические параметры Стандартная энтальпия образования (298 К): 0 кДж/моль (т) Стандартная энергия Гиббса образования (298 К): 0 кДж/моль (т) Стандартная энтропия образования (298 К): 57,82 Дж/моль·K (т) Стандартная мольная теплоемкость (298 К): 26,74 Дж/моль·K (т) Энтальпия плавления : 3,26 кДж/моль Энтальпия кипения : 227,6 кДж/моль
Дополнительная информация Сплав с 40 % платины имеет золотисто-жёлтый цвет. Известно «зелёное золото» — сплав 75 % золота с 20 % серебра и 5 % индияС. И. Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. М.: «Металлургия», 1980. . Твёрдость по Бринеллю 9 МПа, по Моосу 1,2. Водород малорастворим в металлическом индии — менее 1 мл на 100 г индия.
Изотопы
Природный индий состоит из двух изотопов — стабильного 113In (изотопная распространённость 4,29 %) и бета-радиоактивного 115In (95,71 %; период полураспада 4,41 лет).
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, но в крепкой щёлочи может образовывать индаты . Реагирует с хлором и бромом. При нагревании реагирует с иодом, серой (выше 620 °C), селеном, теллуром, диоксидом серы (выше 600 °C), парами фосфора. Степень окисления от +1 до +3, наиболее устойчивы 3-валентные соединения.
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)Tolcin, Amy C. (2013) Indium . USGS Mineral Commodity Summaries..
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 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 и так далее до сотни мг индия. Фосфид индия используется как один из самых высокочастотных полупроводников, он превосходит арсенид галлия. 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. В сплаве с оловом применяется как легкоплавкий припой с высокой теплопроводностью для термоинтерфейсов принудительно охлаждаемых электронных компонентов. Иногда применяется (чистый или в сплаве с серебром) для покрытия зеркал, в частности, автомобильных фар, при этом отражающая способность зеркал не хуже, чем у серебряных, а стойкость к воздействию атмосферы (особенно сероводорода) — выше. В покрытии астрономических зеркал используется постоянство коэффициента отражения индия в видимой части спектра. Сам по себе индий никогда не вызывал интереса у ювелировТеодор Молдавер, Иосиф Левин. Индий. — М.: «Химия и жизнь», № 10, 1968 г.. Тем не менее, он нашёл себе особое применение как компонент сплавов в производстве ювелирных изделий: добавка 1 % индия к серебру вдвое увеличивает его твёрдость, а сплав 75 % золота с 20 % серебра и 5 % индия приобретает красивый золотисто-зелёный оттенокЕ. Свердлов, В. Василевский. «Рассеянные элементы». — М.: «Химия и жизнь», № 5, 1965 г.. Материал для фотоэлементов. Соединения используются как люминофоры. Покрытие юбок алюминиевых поршней дизельных двигателей для снижения износа. Арсенид индия применяется как высокотемпературный термоэлектрический материал с очень высокой эффективностью, для увеличения эффективности обычно легируется 10 % фосфида индия. Изотопы индия 111In и 113mIn используются в качестве радиофармацевтических препаратов. Точка плавления индия (429,7485 К или 156,5985 °C) — одна из определяющих точек международной температурной шкалы ITS-90. Электрохимическая система индий-оксид ртути служит для создания чрезвычайно стабильных во времени источников тока (аккумуляторов) высокой удельной энергоёмкости для специальных целей. . В технике высокого вакуума индий используется в качестве уплотнителя (прокладки, покрытия); в частности, при герметизации космических аппаратов и мощных ускорителей элементарных частиц. Индий имеет высокое сечение захвата тепловых нейтронов и может быть использован для управления атомным реактором, хотя более удобно применение его соединений в комбинации с другими элементами, хорошо захватывающими нейтроны. Так, оксид индия находит применение в атомной технике для изготовления стекла, применяемого для поглощения тепловых нейтронов. Наиболее широко распространённый состав такого стекла — оксид бора (33 %), оксид кадмия (55 %), оксид индия (12 %). Изотоп индия 115In предложен для детектирования низкоэнергетических электронных нейтрино.: 115In + νe → 115Sn+e−+2γ
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 .
Предельно допустимая концентрация индия в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м³ (Национальный институт охраны труда, США). Однако после появления сведений о заболеваниях легких правила стали ужесточать. Например, японский национальный институт безопасности и гигиены труда установил ПДК на уровне 0.0003 мг/м³.
Примечания
Литература Прокопенко Н. М., Влодавец Н. И. Вопросы добычи и промышленного использования индия в СССР // Цветные металлы. 1940. № 8. С. 105—106. Генкин А. Д., Муравьева И. В. Индит и джалиндит — новые минералы индия // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1963. Т. 92. № 4. С. 445—457.
Ссылки
Индий на Webelements Индий в Популярной библиотеке химических элементов Индий в chemport.ru
Категория:Химические элементы Категория:Лёгкие металлы Категория:Радиоактивные элементы