Название этого металла созвучно, но не связано с Индией. Его значение будет возрастать с развитием технологий. Сегодня главная область применения индия – гаджеты с жидкокристаллическими экранами. Завтра, не исключено, металл потребуется Илону Маску для марсианского проекта.
Что представляет собой
Индий – элемент таблицы Менделеева №49.
Красивое серебристое вещество относится к легким металлам.
По составу это дуэт изотопов 113 и 115. Первый стабилен, второй распадается за 6 триллионов лет. Синтезировано два десятка радиоактивных единиц, полураспад самого долгоживущего – полтора месяца.
Редкий, дорогой металл.
Международное обозначение – In (Indium).
Как был открыт и назван
История открытия вещества связана с Германией:
- В 1863 году Фердинанд Райх и его помощник Теодор Рихтер изучали местную цинковую руду на предмет наличия таллия. Применяли новый метод – спектральный анализ.
- Исследуя спектральные линии образцов, обнаружили ослепительную синеву. Такого варианта химией зарегистрировано не было.
Сходство цвета спектральной полосы с оттенком индиго обусловило название элемента – индий.
- Результатом серии опытов стали два стержня размером с карандаш из чистого металла. Французские академики определили стоимость материала (чуть более 100 граммов) в $80 тысяч.
- На Всемирной парижской выставке 1867 года сенсацией стал слиток индия массой 500 г.
В Европе индий как металл интересовал только ученых: из-за редкости добыча промышленных масштабов не рассматривалась.
Ситуацию изменили предприимчивые американцы. В 1924 году инженер Эндрю Маррей начал обследовать недра родной страны в поисках индиевых руд. И нашел. Руды в штате Аризона оказались богатыми, что сподвигло построить завод. Здесь получили первую продукцию – один грамм вещества.
Физико-химические характеристики
Одна из характеристик индия – хруст при сгибании металлического стержня. Так разрушается структура кристаллической решетки.
У металла есть и другие интересные физические и химические свойства:
- Температура плавления определяется размерами частиц металла: мелкодисперсный порошок плавится при 40°С. Данному свойству объяснений не найдено.
- На воздухе не окисляется, сохраняя блеск.
- В воздушно-водной среде медленно ржавеет.
- Нагревшись до 810°С, воспламеняется, создавая пламя фиолетовых оттенков.
- Неохотно реагирует со щелочами, растворяется кислотами.
- Растворяет олово, ртуть, свинец, других «соседей» по таблице.
Мягкостью (1,2 по Моосу) превосходит только тальк.
Свойства атома | |
---|---|
Название, символ, номер | И́ндий / Indium (In), 49 |
Атомная масса (молярная масса) |
114,818(1) а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p1 |
Радиус атома | 166 пм |
Химические свойства | |
Ковалентный радиус | 144 пм |
Радиус иона | (+3e) 81 пм |
Электроотрицательность | 1,78 (шкала Полинга) |
Электродный потенциал | −0,34 В |
Степени окисления | +1, +3 |
Энергия ионизации (первый электрон) |
558,0 (5,78) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества | |
Плотность (при н. у.) | 7,31 г/см³ |
Температура плавления | 429,7485 K (156,5985 °C) |
Температура кипения | 2345 K (2072 °C) |
Уд. теплота плавления | 3,24 кДж/моль |
Уд. теплота испарения | 225,1 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 26,7 Дж/(K·моль) |
Молярный объём | 15,7 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | Тетрагональная |
Параметры решётки | a=3,252 c=4,946 |
Отношение c/a | 1,52 |
Температура Дебая | 129 K |
Прочие характеристики | |
Теплопроводность | (300 K) 81,8 Вт/(м·К) |
Номер CAS | 7440-74-6 |
Режется ножом, на бумаге оставляет серую черту. По этим признакам плюс синеватость на срезе индий можно отличить от других металлов.
Нахождение в природе
Самородный индий в природе – уникум. Находка случилась в России (Восточная Сибирь).
Чаще он рассеян в виде десятка собственных минералов. Они также редки, бедны (в большинстве индий представлен тысячными долями процента), поэтому не рассматриваются как объект добычи.
Интерес представляют породы с минимум 0,1% металла в составе:
- Ими могли бы стать собственные минералы – франкеит, цинковая обманка, халькопирит, борнит. Доля индия здесь – 0,049-0,99%, но такие руды еще более редки.
- Три четверти сырья дают свинцово-цинковые месторождения, 12-16% – оловянные. Другие источники получения металла – медные, железные рудники.
Тонна земной коры содержит четверть грамма индия, литр морской воды – 0,018 мг.
Месторождения, добыча
Запасы индия на планете аккумулированы в двух локациях:
- Северная Америка – Канада, США.
- Юго-Восточная Азия – КНР, Южная Корея, Япония.
Глобальный годовой объем производства – 500-600 тонн (добыча плюс вторичная переработка).
По приблизительным оценкам американских геологов разведанный мировой резерв металлического индия – 25 тысяч, потенциал – 60 тысяч тонн.
Редкость в природе – главный недостаток индия. Запасы исчерпаются через пару десятилетий. Задачей номер один становится повторное эффективное использование материалов.
Технология производства
Сырьем служат отходы, полуфабрикаты производства цинка, олова, свинца.
Этапы получения металла традиционны:
- Сырье обогащают. То есть воздействуют серной кислотой, получая растворенный индий. Методом гидролиза осаждают концентрат.
- Концентрат превращают в черновой металл, цементируя на цинке и алюминии.
- Способ получения рафинированного продукта – сегментированная плавка.
Мировой производитель номер один – Китай (80%).
Где используется
Утилитарные достоинства – ковкость, легкоплавкость, прочность – обусловили сферы применения металла.
Первыми покупателями стали стоматологи и авиастроители.
Атом, космос, наука
С середины 1940-х годов характеристики металла начали использовать ядерщики и создатели космической техники:
- Уплотнитель-герметизатор космических аппаратов, ускорителей элементарных частиц.
- Оксид вещества – компонент стекла, поглощающего тепловые нейтроны.
- Связка оксид ртути-индий – материал долговечных энергоемких аккумуляторов специального назначения.
Изотопом «вычисляют» присутствие нейтрино.
Другие отрасли
Еще шире ассортимент продукции гражданского сектора экономики:
- Зеркала, осветительные приборы (рефлекторы, прожекторы). Использовано свойство металла отражать предмет либо световой пучок без искажений.
- Полупроводники. Чистый (примесей не более 0,0001%) индий «превращает» в проводники другие материалы.
- Термоэлементы.
Оловянно-индиевый оксид признан незаменимым для электроники с жидкокристаллическими экранами: планшетов, мониторов, ноутбуков, смартфонов, телевизоров.
- Изотопы вещества используют фармацевты.
- Прочные нержавеющие сплавы «индий + металл» востребованы ювелирами и стоматологами.
Эстеты ценят «синее золото» – сплав благородного металла с индием (46:54, формула AuIn2).
Стоимость
Увеличение объемов добычи идет кратно, но цена не падает, а увеличивается в разы: со $110 (2002) до $990 (2019) за кг.