ИНДИЙ: ОТКРИВАНЕ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ИЗОТОПИ, ПРИЛОЖЕНИЯ, РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2025

В индий е метал, принадлежащ към група 13 от периодичната таблица и има химическата символ. Атомното му число е 49, ₄₉ In и се среща в природата като два изотопа: ¹¹³ In и ¹¹⁵ In, като последният е най-разпространен. Индийните атоми се намират на Земята като примеси в цинк и оловни минерали.

Това е особен метал, тъй като той е най-мекият, който може да се пипне без много рискове за здравето; за разлика от лития и рубидия, които страшно биха изгорили кожата при реакция с тяхната влага. Парче индий може да се отреже с нож и да се начупи със силата на пръстите, излъчвайки характерна хрупка.

Парче метален индий. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Всеки, който чуе това метално име, със сигурност ще дойде на ум Индия, но името му произлиза от цвета на индиго, което се наблюдава при извършване на теста за пламък. В този смисъл той е доста подобен на калия, изгаряйки неговия метал или неговите съединения с много характерен пламък, с помощта на който индийът е открит за първи път в сфалеритни минерали.

Индийът споделя много химични качества с алуминий и галий, срещащи се в повечето му съединения с окислително число +3 (In ³⁺). Комбинира се отлично със сплави, образуващи галий с ниски точки на топене, една от които е галинстан.

Приложенията на индий се основават на покритието на материалите със техните сплави, което ги прави електрически проводими и гъвкави. Индиецът покрива някои чаши, за да им придаде по-голям блясък, замествайки сребро. В света на технологиите индианецът се намира в LCD и сензорни екрани.

откритие

През 1863 г. немският химик Фердинанд Райх търси следи от елемента талий през зелената линия на емисионния му спектър в цинкови минерали; конкретно проби от сфалерит (ZnS) от цяла Саксония. След изпичането на минералите, отстраняването на съдържанието им на сяра, усвояването им в солна киселина и дестилирането на цинковия хлорид той получи утайка от цвят на слама.

Изправен пред откритието, Райх реши да извърши спектроскопичен анализ; но понеже нямаше добри очи да наблюдава цветовете, се обърна към своя колега Йероним Теодор Рихтер за помощ в тази задача. Рихтер беше този, който наблюдаваше синкава спектрална линия, която не съвпадаше с спектъра на който и да е друг елемент.

Двамата немски химици бяха изправени пред нов елемент, който беше наречен индийски заради индиговия цвят на пламъка при изгарянето на съединенията му; и от своя страна името на този цвят произлиза от латинската дума indicum, което означава Индия.

Година по-късно, през 1864 г., възбудени и след продължителна поредица от утаяване и пречистване, те изолират проба от метален индий чрез електролиза на разтворените му соли във вода.

Структура на индийците

Атомите на индия, In, се слепват, използвайки валентните им електрони, за да установят метална връзка. По този начин те се подреждат в кристал, фокусиран върху тялото, с изкривена тетрагонална структура. Взаимодействията между съседните In-In атоми в кристала са сравнително слаби, което обяснява защо индийът има ниска точка на топене (156 ºC).

От друга страна, силите, които се присъединяват към два или повече индиеви кристала, също не са силни, в противен случай те не биха се преместили един върху друг, придавайки на метала характерната мекота.

Имоти

Външен вид

Това е забележително мек сребърен метал. Може да се разкъса с натиск на ноктите, да се нарязва с нож или да се надраска с лъскави линии върху лист хартия. Възможно е дори да го дъвчете и деформирате със зъби, стига да е сплескан. По същия начин той е много пластичен и ковък, има пластични свойства.

Когато индианецът се нагрява с горелка, той излъчва пламък в цвят индиго, още по-ярък и цветен от този на калия.

Моларна маса

114,81 g / mol

Точка на топене

156.60 ºC

Точка на кипене

2072 ° С.

Подобно на галия, индийът има широк температурен диапазон между точката на топене и точката на кипене. Това отразява факта, че In-In взаимодействията в течността са по-силни от тези, които преобладават в стъклото; и следователно капка индий е по-лесна за получаване от нейните изпарения.

плътност

При стайна температура: 7.31 гр / см ³

Точно в точката на топене: 7.02 g / cm ³

Електроотрицателност

1,78 по скалата на Полинг

Йонизационни енергии

Първо: 558,3 kJ / mol

Второ: 1820.7 kJ / mol

Трето: 2704 kJ / mol

Топлопроводимост

81,8 W / (m K)

Електрическо съпротивление

83,7 nΩm

Mohs твърдост

1,2. Той е само малко по-твърд от талк на прах (не бъркайте здравината с жилавостта).

реактивност

Индийът се разтваря в киселини, за да образува соли, но не се разтваря в алкални разтвори, дори и с горещ калиев хидроксид. Реагира в директен контакт със сяра, кислород и халогени.

Индийът е сравнително амфотерен, но се държи по-скоро като основа, отколкото на киселина, като водните му разтвори са леко основни. В (OH) ₃ се разтваря повторно с добавяне на повече алкали, което води до сложните индикати, In (OH) ₄ ^-, както се случва с алуминатите.

Електронна конфигурация

Електронната конфигурация на индия е следната:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

От тези тринадесет електрона последните три от орбиталите 5s и 5p са валентните електрони. С тези три електрона атомите на Индий установяват своята метална връзка, както и алуминият и галият и образуват ковалентни връзки с други атоми.

Окислителни числа

Горепосоченото служи да загатва веднага, че индийът е способен да загуби своите три валентни електрона или да спечели пет, за да се превърне в изоелектронни към благородния газов ксенон.

Ако в дадено съединение приемем, че е загубил трите си електрона, той ще остане като тривалентния катион В ³⁺ (по аналогия с Al ³⁺ и Ga ³⁺) и следователно неговият номер на окисляване ще бъде +3. Повечето от индиевите съединения са в (III).

Сред другите окислителни числа за индия имаме: -5 (In ^5-), -2 (In ^2-), -1 (In ^-), +1 (In ⁺) и +2 (In ²⁺).

Някои примери за In (I) съединения са: InF, InCl, InBr, InI и In ₂ O. Всички те са сравнително редки съединения, докато тези на In (III) са преобладаващите: In (OH) ₃, In ₂ O ₃, InCl ₃, InF ₃ и т.н.

В (I) съединенията са мощни редуциращи агенти, при които In ⁺ дарява два електрона на други видове, за да станат In ³⁺.

Изотопи

Индийът се среща в природата като два изотопа: ¹¹³ In и ¹¹⁵ In, чието земно изобилие е съответно 4,28% и 95,72%. Следователно на Земята имаме много повече атоми от ¹¹⁵ In, отколкото имаме ¹¹³ In. На ¹¹⁵ In има полу - живот на 4,41 × 10 ^14, години, така голяма, че тя е почти смята за стабилен, въпреки че е радиоактивен изотоп.

В момента са създадени общо 37 изкуствени изотопа на индий, всички радиоактивни и силно нестабилни. От всички тях най-стабилният е ¹¹¹ In, който има период на полуразпад 2,8 дни.

Приложения

сплави

Индиецът се разбира много добре с галията. И двата метала образуват сплави, които се стопяват при ниски температури, приличащи на сребърни течности, с които живакът се замества в няколко от приложенията му. По същия начин, индийът също лесно се обединява, имайки разтворимост 57% в живак.

Индийските сплави се използват за проектиране на сребърни огледала, без да е необходимо сребро. Когато се излива върху повърхност от всякакъв материал, той действа като прилепващ елемент, така че да могат да се съединят стъклени, метални, кварцови и керамични плочи.

електроника

Без индийците, сензорните екрани никога не биха съществували. Източник: Pxhere.

Индийът също се разбира добре с германия, така че неговите съединения се добавят като добавки към германиевия нитрид в светодиоди, възпроизвеждайки сини, лилави и зелени светлини от тези смеси. Той също е част от транзистори, термистори и фотоволтаични клетки.

Най-важният от неговите съединения е индиевият калаен оксид, който се използва като покритие върху стъкла, за да отразява някои дължини на вълната. Това позволява да се използва за заваряване на очила и стъкло на небостъргачи, за да не се нагрява вътре.

Стъклата, покрити с този оксид, са добри проводници на електричество; като това, което идва от пръстите ни. И затова е предназначен за производството на сензорни екрани, дейност, която е още по-актуална днес, поради появата на все повече и повече смартфони.

Рискове

Индият не представлява риск за околната среда на първо място, тъй като неговите In ³⁺ йони не се разпространяват в значителни количества. Няма информация относно това какво би било въздействието му върху почвите, засягащи растенията, нито върху фауната или моретата.

В организма не е известно дали In ³⁺ йони имат някаква съществена роля в метаболизма в следи от количества. Въпреки това, когато неговите съединения се приемат, те са вредни за различни органи, поради което се считат за силно токсични вещества.

Всъщност частиците ITO (Indium Tin Oxide), от съществено значение за производството на екрани за компютри и смартфони, могат да окажат отрицателно въздействие върху здравето на работниците, причинявайки им заболяване, наречено белодробен индий.

Поглъщането на тези частици става главно при вдишване и при контакт през кожата и очите.

От друга страна, фините метални частици на индий са склонни да горят и причиняват пожари, ако са в близост до източник на топлина.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Индий. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Д-р Дъг Стюарт. (2020). Факти на индийския елемент. Възстановено от: chemicool.com
4. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (20 януари 2020 г.). Индий. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Индийски, физични и химични свойства. В: Крецингер RH, Уверски В.Н., Пермяков Е.А. (eds) Енциклопедия на металопротеините. Спрингер, Ню Йорк, Ню Йорк
6. Национален център за информация за биотехнологиите. (2020). Индий. PubChem база данни., CID = 5359967. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Кимбърли Ъптмор. (2020). За какво се използва индий в ежедневието? Изследване. Възстановено от: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, & Deddens, JA (2013). Използване и професионално излагане на индий в Съединените щати. Списание за хигиена на труда и околната среда, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279