Индий - блестящий серебристый металл, настолько мягкий и податливый, что его можно поцарапать ногтем и согнуть практически в любую форму. В природе индий довольно редко встречается и почти всегда встречается в качестве микроэлемента в других минералах, особенно в цинке и свинце, из которых он обычно получается в качестве побочного продукта. Согласно оценкам Королевского химического общества, его оценочное содержание в земной коре составляет 0,1 части на миллион (ч / млн), что немного больше, чем у серебра или ртути.
Индий имеет низкую температуру плавления для металла: 313,9 градусов по Фаренгейту (156,6 градусов по Цельсию). При температуре выше этой температуры он горит фиолетовым или индиго пламенем. Название индия происходит от яркого света индиго, который он показывает в спектроскопе.
Только факты
- Атомный номер (количество протонов в ядре): 49
- Атомный символ (в периодической таблице элементов): В
- Атомный вес (средняя масса атома): 114.8.8
- Плотность: 7,31 грамм на кубический сантиметр
- Фаза при комнатной температуре: Твердый
- Температура плавления: 313,88 градусов F (156,6 градусов C)
- Точка кипения: 3761,6 F (2 072 C)
- Количество изотопов (атомов одного и того же элемента с разным числом нейтронов): 35, периоды полураспада которых известны; 1 конюшня; 2 встречающихся в природе
- Самый распространенный изотоп: В-115
Открытие
Индий был открыт в 1863 году немецким химиком Фердинандом Райхом в Фрайбергской школе горного дела в Германии. Райх изучал образец минеральной смеси цинка, которая, как он думал, может содержать недавно обнаруженный элемент таллий. После обжига руды для удаления большей части серы он применил соляную кислоту к оставшимся материалам. Затем он заметил появление желтоватого твердого вещества. Он подозревал, что это может быть сульфид нового элемента, но, поскольку он был дальтоником, он попросил немецкого химика Иеронима Т. Рихтера изучить спектр образца. Рихтер отметил блестящую линию фиолетового цвета, которая не соответствовала спектральной линии какого-либо известного элемента.
Работая вместе, два ученых выделили образец нового элемента и объявили о его открытии. Они назвали новый элемент индий, после латинского слова indicumозначает фиолетовый. К сожалению, по данным Королевского химического общества (RSC), их отношения испортились, когда Райх узнал, что Рихтер объявил себя первооткрывателем.
Пользы
Спустя более века после открытия индия, этот элемент все еще лежал в относительной безвестности, поскольку никто не знал, что с ним делать. Сегодня индий имеет жизненно важное значение для мировой экономики в виде оксида индия и олова (ITO). Это связано с тем, что ITO остается лучшим материалом для удовлетворения растущей потребности в ЖК-дисплеях (жидкокристаллических дисплеях) на сенсорных экранах, телевизорах с плоским экраном и солнечных панелях.
У ITO есть несколько свойств, которые делают его идеальным для ЖК-дисплеев и других плоскопанельных дисплеев: он прозрачный; проводит электричество; сильно прилипает к стеклу; противостоит коррозии; и является химически и механически стабильным.
ITO также широко используется для изготовления тонких покрытий для стекла и зеркал. Например, при покрытии ветровых стекол самолетов или автомобилей ITO позволяет стеклу очищаться от льда или тумана и может снизить требования к кондиционированию воздуха.
По данным RSC, растущий спрос на ЖК-дисплеи значительно повысил цены на индий в последние годы. Тем не менее, переработка и эффективность производства помогли создать хороший баланс между спросом и предложением.
Индий обычно используется для изготовления сплавов и часто упоминается как «металлический витамин», что означает, что крошечные уровни индия могут существенно изменить сплав, согласно RSC. Например, добавление небольшого количества индия к сплавам золота и платины делает их намного сложнее. Индийские сплавы используются для покрытия подшипников высокоскоростных двигателей и других металлических поверхностей. Его легкоплавкие сплавы также используются в головках спринклеров, звеньях противопожарных дверей и плавких заглушках.
Металлический индий остается необычайно мягким и податливым при очень низких температурах, что делает его идеальным для использования в инструментах, необходимых в чрезвычайно холодных условиях, таких как криогенные насосы и системы высокого вакуума. Другим уникальным качеством является его клейкость, что делает его очень полезным в качестве припоя.
Индий используется в создании различных электрических устройств, таких как выпрямители (устройства, которые преобразуют переменный ток в постоянный), термисторы (электрический резистор, зависящий от температуры) и фотопроводники (устройства, которые увеличивают свою электрическую проводимость при воздействии света).
Источник и изобилие
Индий редко встречается в природе без сочетания и обычно встречается в рудах цинка, железа, свинца и меди. По данным Геологической службы США (USGS), это 61-й самый распространенный элемент в земной коре и примерно в три раза больше, чем серебра или ртути. По оценкам, в земной коре она составляет около 0,1 частей на миллион (ppm). По данным Chemicool, вес индия оценивается в 250 частей на миллиард (ppb). Согласно Encyclopaedia Britannica, природный индий представляет собой смесь изотопов I-115 (95,72 процента) и I-113 (4,28 процента).
Большая часть коммерческого индия поступает из Канады и составляет около 75 тонн в год. Запасы металла оцениваются в более 1500 тонн. По данным Lenntech, иногда культивируемые почвы в индии богаче, чем необрабатываемые, с некоторыми уровнями до 4 ppm.
Кто знал?
- Индийский металл испускает пронзительный крик, когда сгибается. Подобный «жесткому кличу», этот крик больше похож на треск.
- Индий похож на галлий в том, что он легко смачивает стекло и очень полезен для изготовления легкоплавких сплавов. Сплав, состоящий из 24 процентов индия и 76 процентов галлия, является жидким при комнатной температуре.
- По данным USGS, первое крупномасштабное применение индия было нанесено покрытие для подшипников высокоэффективных авиационных двигателей во время Второй мировой войны.
- По данным Lenntech, образцы некомбинированного металлического индия были обнаружены в одном из регионов России.
Лучше батареи
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Angewandte Chemie, покрытие из индия может однажды привести к появлению более мощных и долговечных перезаряжаемых литиевых батарей. Индийское покрытие обеспечит более равномерное осаждение лития во время зарядки, буферизует любые отрицательные побочные реакции и увеличит хранение.
Литий-ионная батарея - это тип перезаряжаемой батареи, обычно используемой в портативных технологиях, таких как сотовые телефоны и ноутбуки. Во время разряда ионы лития перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному электроду (катоду). Пока батарея заряжается, ионы лития движутся в противоположном направлении - отрицательный электрод становится катодом, а положительный электрод становится анодом.
В настоящее время в литий-ионных батареях используются аноды из графита, которые используются для хранения лития, когда батарея заряжена. Многообещающей альтернативой использованию графита были бы металлические аноды, такие как металлический литий, которые могли бы предложить гораздо большую емкость для хранения. Однако основная проблема с использованием металлических анодов заключается в том, что во время зарядки аккумулятора происходит неравномерное осаждение металла. Это приводит к образованию дендритов (кристаллическая масса с разветвленной древовидной структурой). После длительного использования эти дендриты становятся такими большими, что они закорачивают батарею.
Другая проблема с металлическими анодами заключается в том, что они вызывают нежелательные побочные реакции между электродами из химически активного металла и электролитом (материалом, который позволяет электричеству течь между положительными и отрицательными электродами). Эти реакции могут значительно сократить срок службы батареи.
Исследователи из Политехнического института Rensselaer и Корнельского университета представили новую альтернативу: нанесение покрытия на литий в растворе соли индия. Индийский слой является однородным и самовосстанавливающимся при использовании электрода. Его химический состав остается тем же самым, и он остается неповрежденным во время циклов зарядки / разрядки, предотвращая побочные реакции, согласно исследованию, опубликованному в Science Daily. Дендриты также удаляются, что позволяет поверхности оставаться гладкой и компактной.
