Μέταλλο ινδίου: περιγραφή, ιδιότητες και εφαρμογές

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Το στοιχείο ίνδιο έχει πολλές χρήσιμες ιδιότητες, χάρη στις οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εξερεύνηση του διαστήματος, τη μηχανική, την ηλεκτρονική, την πυρηνική βιομηχανία και άλλες βιομηχανίες. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να το βρεις στη φύση και να το διαχωρίσεις από άλλες ουσίες. Εξαιτίας αυτού, αναφέρεται ως σπάνιο στοιχείο. Ποιες είναι οι ιδιότητες του ινδίου; Είναι μεταλλικό ή μη; Ας μάθουμε για όλα τα χαρακτηριστικά του.

Ιστορικό ανακάλυψης στοιχείων

Το Ίνδιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά μόλις πριν από 154 χρόνια. Εν μέρει, αυτό συνέβη τυχαία, επειδή οι ανακαλυπτές του έψαχναν για ένα εντελώς διαφορετικό στοιχείο. Το 1863, οι χημικοί Theodor Richter και Ferdinand Reich προσπάθησαν να ανιχνεύσουν το θάλλιο στον ορυκτό φαληρίτη (μίγμα ψευδαργύρου), ένα νέο μέταλλο εκείνη την εποχή που δεν είχε ακόμη μελετηθεί.

Για την αναζήτησή τους χρησιμοποίησαν τη φασματική ανάλυση των Kirchhoff και Bunsen. Η ουσία της μεθόδου είναι ότι όταν θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα των στοιχείων αρχίζουν να εκπέμπουν φως που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων. Με το φάσμα αυτής της λάμψης, μπορείτε να μάθετε τι είδους στοιχείο είναι μπροστά σας.

Το θάλλιο πρέπει να έχει έντονο πράσινο χρώμα, αλλά οι επιστήμονες βρήκαν μια μπλε λάμψη. Κανένα γνωστό στοιχείο δεν είχε τέτοιο φάσμα και οι χημικοί το συνειδητοποίησανήταν τυχεροί. Λόγω των ιδιαιτεροτήτων της απόχρωσης, ονόμασαν το εύρημα τους από το χρώμα indigo. Και έτσι ανακαλύφθηκε ένα νέο μέταλλο, το ίνδιο. Και τώρα με περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα χαρακτηριστικά.

Τι είναι αυτό το μέταλλο;

Το ίνδιο είναι ένα ελαφρύ ασημί και πολύ γυαλιστερό μέταλλο, που θυμίζει ψευδάργυρο. Στο περιοδικό σύστημα, ανήκει στην τρίτη ομάδα, βρίσκεται στον αριθμό 49 και συμβολίζεται με το σύμβολο In.

Υπάρχει στη φύση ως δύο ισότοπα: Σε¹¹³ και Σε¹¹⁵. Το τελευταίο είναι πιο κοινό, αλλά είναι ραδιενεργό. Ποια είναι η περίοδος του μεταλλικού ινδίου 115; Διασπάται σε 6·10^{14 χρόνια και μετατρέπεται σε κασσίτερο. Υπάρχουν επίσης περίπου 20 τεχνητά ισότοπα που διασπώνται πολύ πιο γρήγορα. Ο μακροβιότερος από αυτούς έχει χρόνο ημιζωής 49 ημέρες.}

Το ίνδιο λιώνει στους +156,5 °C και βράζει στους +2072 °C. Προσφέρεται εύκολα σε σφυρηλάτηση και άλλα μηχανικά φαινόμενα και θα μπορούσε κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί σε κοσμήματα. Ωστόσο, λόγω της υψηλής απαλότητάς του, παραμορφώνεται γρήγορα. Το μέταλλο μπορεί εύκολα να λυγίσει, να κοπεί με ένα μαχαίρι και ακόμη και να γρατσουνιστεί με ένα νύχι.

Χημικές ιδιότητες

Όσον αφορά τις χημικές του ιδιότητες, μοιάζει με το γάλλιο ή το αλουμίνιο. Δεν μπορεί να σχηματίσει συνεχείς στερεούς δεσμούς με κανένα μέταλλο. Δεν αντιδρά καθόλου με αλκαλικά διαλύματα. Σε ορισμένες θερμοκρασίες, αντιδρά με ιώδιο, σελήνιο, θείο και το διοξείδιο του, αντιδρά με χλώριο και βρώμιο. Τα μέταλλα που το περιβάλλουν στον Περιοδικό Πίνακα διαλύονται εύκολα στο ίνδιο, και συγκεκριμένα:θάλλιο, κασσίτερος, γάλλιο, μόλυβδος, βισμούθιο, υδράργυρος, κάδμιο.

Μερικά ενδιαφέροντα στοιχεία για το μέταλλο της Ινδίας:

• Ακόμα και με μεγάλη παραμονή στον αέρα, δεν ξεθωριάζει. Αυτό δεν συμβαίνει ούτε όταν λιώσει το μέταλλο.
• Αν αρχίσετε να λυγίζετε το ίντιο, θα κάνει έναν χαρακτηριστικό ήχο, παρόμοιο με ένα τρίξιμο ή τσακισμό. Εμφανίζεται από την παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος της ύλης.
• Ίνδιο καίγεται στους +800 °C, η φλόγα είναι μπλε-ιώδες ή λουλακί.
• Αυτό είναι το πιο απαλό μέταλλο που μπορείτε να κρατήσετε στα χέρια σας. Μόνο το λίθιο το ξεπερνά, αλλά είναι πολύ ενεργό και οξειδώνεται αμέσως στον αέρα, σχηματίζοντας ένα δηλητηριώδες αλκάλιο.
• Το κράμα του ινδίου με το γάλλιο είναι πολύ εύτηκτο και γίνεται υγρό ήδη στους +16 °C.

Περιέχεται στη φύση

Το μεταλλικό ίνδιο δεν σχηματίζει ανεξάρτητα κοιτάσματα. Είναι πολύ διάσπαρτο και εξαιρετικά σπάνιο με τη μορφή ψήγματα. Τα ορυκτά του ίδιου του ινδίου περιλαμβάνουν τον σακουρανίτη, τον ροκέσίτη, τον πατροκίτη και τον τζαλιντίτη. Ωστόσο, η σπανιότητά τους εμποδίζει τη χρήση τους στη βιομηχανία.

Μια μικρή ποσότητα ινδίου βρίσκεται στο νερό της θάλασσας και της βροχής, στο λάδι, καθώς και στις στάχτες του άνθρακα. Λόγω της ομοιότητας των ιοντικών ακτίνων, το ίνδιο μπορεί να ενσωματωθεί στα κρυσταλλικά πλέγματα του σιδήρου, του μαγνησίου, του ψευδαργύρου, του μολύβδου, του μαγνησίου, του κασσίτερου κ.λπ. Εξαιτίας αυτού, μερικές φορές βρίσκεται μια μικρή ποσότητα από αυτό μαζί τους.

Κατά κανόνα, η περιεκτικότητα σε ινδίου σε μέταλλα δεν υπερβαίνει το 0,05-1%. Το μεγαλύτερο μέρος του μετάλλου βρίσκεται στον φαληρίτη και στον μαρμαρίτη. Συνήθως αυτόη συγκέντρωση είναι υψηλότερη, όσο περισσότερο ψευδάργυρος, σίδηρος και άλλα μέταλλα αναφέρθηκαν ήδη.

Τιμή μετάλλου

Το ίνδιο απομονώθηκε στην καθαρή του μορφή λίγα μόλις χρόνια μετά την ανακάλυψη. Λόγω της πολυπλοκότητας αυτής της διαδικασίας, ένα γραμμάριο ινδίου εκτιμήθηκε τότε σε περίπου 700 $. Και παρόλο που οι μέθοδοι για την απόκτησή του έχουν βελτιωθεί σημαντικά εδώ και ενάμιση αιώνα, εξακολουθεί να θεωρείται σπάνιο και ακριβό.

Σήμερα, η μέση τιμή του είναι 600-800 δολάρια το κιλό και, παραδόξως, δεν πέφτει πολύ με την αύξηση της παραγωγής του. Η καθαρότητα του μετάλλου συνήθως υποδεικνύεται στη σήμανση: IN-2, IN-1, IN-0, IN-00, IN-000, IN-00000. Όσο περισσότερα μηδενικά, τόσο καλύτερο και ακριβότερο είναι. Για παράδειγμα, το ίνδιο ποιότητας IN-000 μπορεί να εκτιμηθεί σε περίπου 2.000 $ ανά κιλό.

Το υψηλό κόστος του μετάλλου ινδίου εξηγείται από τη χαμηλή περιεκτικότητά του στη φύση και την υψηλή ζήτηση. Εξορύσσονται 600-800 τόνοι ετησίως, κάτι που απολύτως δεν καλύπτει όλες τις ανάγκες για αυτό. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του, αποδεικνύεται πολύ καλύτερο και πιο ανθεκτικό από άλλα, φθηνότερα μέταλλα. Για να μην χαθεί ένα τόσο πολύτιμο υλικό, σε πολλές χώρες επαναχρησιμοποιείται.

Πού ισχύει

Το μεταλλικό ίνδιο αυξάνει τη διαβρεξιμότητα και την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος. Είναι επικαλυμμένα με ρουλεμάν μολύβδου-ασημί, τα οποία χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία της αεροπορίας και της αυτοκινητοβιομηχανίας. Είναι επίσης ικανό να μειώσει το σημείο τήξης άλλων μετάλλων. Έτσι, το μείγμα του με κασσίτερο, μόλυβδο, κάδμιο και βισμούθιο λιώνειστους 46,5°C, καθιστώντας το κατάλληλο για συναγερμούς πυρκαγιάς.

Το οξείδιο του κασσιτέρου ινδίου χρησιμοποιείται για ημιαγωγούς και διάφορες συγκολλήσεις. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για την κατασκευή οθονών υπολογιστών, οθονών τηλεόρασης και tablet. Κραματοποιημένο με ασήμι ή μόνο του, χρησιμοποιείται για αστρονομικούς καθρέφτες και καθρέφτες προβολέων αυτοκινήτου.

Είναι εξαιρετικό για τη δημιουργία φωτοκυττάρων, φωσφόρων, θερμοηλεκτρικών υλικών, σφραγίδων στη διαστημική τεχνολογία. Το ίνδιο απορροφά καλά τα νετρόνια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Τίποτα δεν είναι γνωστό για τον βιολογικό ρόλο αυτού του στοιχείου στο σώμα μας, αλλά έχει χρησιμοποιηθεί και στην ιατρική. Χρησιμοποιείται ως ραδιενεργό φάρμακο στη διάγνωση του ήπατος, του εγκεφάλου και των πνευμόνων για την ανίχνευση όγκων και άλλων ασθενειών.

Μέθοδοι απόκτησης

Η κύρια ποσότητα μετάλλου ινδίου εξορύσσεται από κοιτάσματα ψευδαργύρου και κασσίτερου. Λαμβάνεται από απόβλητα από την επεξεργασία μεταλλευμάτων πολυμεταλλικών, κασσίτερου, μολύβδου-ψευδαργύρου. Ο διαχωρισμός και ο καθαρισμός του ινδίου πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια.

Πρώτον, καθιζάνει ρυθμίζοντας το επίπεδο οξύτητας του διαλύματος. Το προκύπτον "μαύρο μέταλλο" πρέπει στη συνέχεια να καθαριστεί. Αυτό γίνεται με διύλιση τήξης ζώνης ή με άλλους τρόπους.

Σήμερα, ο Καναδάς είναι ένας από τους κύριους παραγωγούς της Ινδίας. Εκτός από αυτό, μεγάλοι όγκοι μετάλλου εξορύσσονται από τις ΗΠΑ, την Κίνα, την Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα. Ωστόσο, μετοχέςαυτού του στοιχείου είναι πολύ περιορισμένα, αναμένεται ότι θα εξαντληθούν μέσα σε λίγες δεκαετίες.