И́ндий ( химический символ — In , от лат. In dium ) — 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 CuInS ₂ , индит FeIn ₂ S ₄ , кадмоиндит CdIn ₂ S ₄ , джалиндит In(OH) ₃ , сакуранит (CuZnFe) ₃ InS ₄ и патрукит (Cu,Fe,Zn) ₂ (Sn,In)S ₄ . 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 .

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома индия: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

• 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 Δ H (298 К): 0 кДж/моль (т)
• Стандартная энергия Гиббса образования Δ G (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 Δ H _пл : 3,26 кДж/моль
• Энтальпия кипения Δ H _кип : 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 % индия .
• 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 ¹¹³ In ( изотопная распространённость 4,29 %) и бета-радиоактивного ¹¹⁵ In (95,71 %; период полураспада 4,41⋅10 ¹⁴ 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.
• 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).

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 ювелиров. 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 оттенок.
• 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 ¹¹¹ In и ^113m In используются в качестве радиофармацевтических препаратов .
• Точка плавления индия (429,7485 К или 156,5985 °C) — одна из определяющих точек международной температурной шкалы .
• Электрохимическая система индий-оксид ртути служит для создания чрезвычайно стабильных во времени источников тока ( аккумуляторов ) высокой удельной энергоёмкости для специальных целей.
• Ортофосфат индия используется в качестве добавки к зубным цементам ^{[ источник не указан 474 дня ]} .
• 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 ¹¹⁵ In предложен для детектирования низкоэнергетических электронных нейтрино : ¹¹⁵ In + ν _e → ¹¹⁵ Sn+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 (англ.) (

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. Например, японский национальный институт безопасности и гигиены труда установил ПДК на уровне 0.0003 мг/м ³ .

Примечания

Литература

• Генкин А. Д., Муравьева И. В. и джалиндит — новые минералы индия // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1963. Т. 92. № 4. С. 445—457.

Ссылки

• от 13 февраля 2006 на Wayback Machine