Indium fém: leírás, tulajdonságok és alkalmazások

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az indium elemnek számos hasznos tulajdonsága van, amelyeknek köszönhetően felhasználható az űrkutatásban, a mérnöki munkában, az elektronikában, a nukleáris iparban és más iparágakban. A természetben azonban rendkívül nehéz megtalálni és elválasztani más anyagoktól. Emiatt a ritka elemként szerepel. Milyen tulajdonságai vannak az indiumnak? Fém vagy nem fém? Ismerkedjünk meg minden funkciójával.

Elemfelfedezési előzmények

Az indiumot először csak 154 évvel ezelőtt fedezték fel. Ez részben véletlenül történt, mert felfedezői egészen más elemet kerestek. 1863-ban Theodor Richter és Ferdinand Reich kémikusok megpróbálták kimutatni a talliumot az ásványi szfaleritben (cink keverék), amely akkoriban egy új fém volt, amelyet még tanulmányozni kellett.

Keresésükhöz Kirchhoff és Bunsen spektrális elemzését használták. A módszer lényege, hogy magas hőmérsékletre hevítve az elemek atomjai meghatározott frekvenciatartománynak megfelelő fényt kezdenek kibocsátani. Ennek a ragyogásnak a spektrumából megtudhatja, hogy milyen elem van előtted.

A talliumnak élénkzöldnek kell lennie, de a tudósok kék fényt találtak helyette. Egyetlen ismert elemnek sem volt ilyen spektruma, és a kémikusok rájöttek erreszerencséjük volt. Az árnyalat sajátosságai miatt az indigó színről nevezték el leletüket. Így egy új fémet, az indiumot fedeztek fel. És most részletesebben a funkciókról.

Mi ez a fém?

Az indium enyhén ezüstös és nagyon fényes fém, amely a cinkre emlékeztet. A periódusos rendszerben a harmadik csoportba tartozik, a 49-es számmal áll, és az In szimbólummal jelöljük.

A természetben két izotópként létezik: In¹¹³ és In¹¹⁵. Ez utóbbi gyakoribb, de radioaktív. Mennyi az indium 115 fém periódusa? 6·10^{14 év alatt lebomlik, ónná válik. Körülbelül 20 mesterséges izotóp is létezik, amelyek sokkal gyorsabban bomlanak le. Közülük a leghosszabb életűek felezési ideje 49 nap.}

Az indium +156,5 °C-on olvad, és +2072 °C-on forr. Könnyen alkalmas kovácsolásra és egyéb mechanikai hatásokra, és ékszerekben is jól használható. Nagy puhasága miatt azonban gyorsan deformálódik. A fém könnyen hajlítható, késsel vágható és körömmel is karcolható.

Kémiai tulajdonságok

Kémiai tulajdonságait tekintve hasonlít a galliumhoz vagy az alumíniumhoz. Nem tud folyamatos szilárd kötést kialakítani egyetlen fémmel sem. Lúgos oldatokkal egyáltalán nem reagál. Bizonyos hőmérsékleteken jóddal, szelénnel, kénnel és annak dioxidjával reagál, reagál klórral és brómmal. A periódusos rendszerben körülvevő fémek könnyen oldódnak az indiumban, nevezetesen:tallium, ón, gallium, ólom, bizmut, higany, kadmium.

Néhány érdekes tény az indiai fémről:

• Még hosszú levegőben tartózkodás esetén sem fakul ki. Ez akkor sem történik meg, ha a fém megolvad.
• Ha elkezdi az indium hajlítását, jellegzetes hangot ad ki, hasonlóan a csikorgáshoz vagy ropogáshoz. Az anyag kristályrácsának deformációjából látszik.
• Az indium +800 °C-on ég, a láng kékeslila vagy indigó.
• Ez a legpuhább fém, amit a kezedben tarthatsz. Csak a lítium múlja felül, de túl aktív és azonnal oxidálódik a levegőben, mérgező lúgot képezve.
• Az indium galliummal készült ötvözete nagyon olvadó, és már +16 °C-on folyékony lesz.

A természetben található

A fémindium nem képez önálló lerakódásokat. Nagyon szétszórt és rendkívül ritka rög formájában. Az indium saját ásványai közé tartozik a szakuranit, a rokzit, a patrukit és a jalindit. Ritkaságuk azonban megakadályozza az ipari felhasználásukat.

Kis mennyiségű indium található a tenger- és esővízben, az olajban és a szén hamujában is. Az ionos sugarak hasonlósága miatt az indium képes beépülni a vas, magnézium, cink, ólom, magnézium, ón stb. kristályrácsaiba. Emiatt néha kis mennyiségben is megtalálható velük együtt.

Az ásványi anyagok indiumtartalma általában nem haladja meg a 0,05-1%-ot. A legtöbb fém a szfaleritben és a marmaritban található. Általában aztannál nagyobb a koncentráció, minél több a már említett cink, vas és egyéb fémek.

Fémár

Az indiumot tiszta formájában izolálták néhány évvel a felfedezés után. A folyamat bonyolultsága miatt egy gramm indium értéke körülbelül 700 dollár volt. És bár a beszerzési módszerek jelentősen javultak a másfél évszázad során, még mindig ritka és drága.

Ma átlagos ára 600-800 dollár kilogrammonként, és meglepő módon nem sokat esik a termelés növekedésével. A fém tisztaságát általában a jelölésén tüntetik fel: IN-2, IN-1, IN-0, IN-00, IN-000, IN-00000. Minél több a nulla, annál jobb és drágább. Például az IN-000 minőségű indium kilogrammonként körülbelül 2000 dollárra becsülhető.

Az indium fém magas költségét alacsony természeti tartalma és nagy kereslet magyarázza. Évente 600-800 tonnát bányásznak, ami abszolút nem fedezi az összes igényt. Egyedülálló tulajdonságainak köszönhetően sokkal jobbnak és tartósabbnak bizonyul, mint a többi, olcsóbb fém. Annak érdekében, hogy ne vesszenek el egy ilyen értékes anyagot, sok országban újrahasznosítják.

Ahol alkalmazható

A fém-indium növeli az ötvözet nedvesíthetőségét és korrózióállóságát. Ólom-ezüst csapágyakkal vannak bevonva, amelyeket a légi közlekedésben és az autóiparban használnak. Más fémek olvadáspontját is képes csökkenteni. Így a keveréke ónnal, ólommal, kadmiummal és bizmuttal megolvad46,5°C-on, így alkalmas tűzjelzőre.

Az indium-ón-oxidot félvezetőkhöz és különféle forraszanyagokhoz használják. Ezenkívül számítógép-monitorok, TV-képernyők és táblagépek gyártására használják. Ezüsttel ötvözve vagy önmagában csillagászati tükrökhöz és autófényszóró-tükrökhöz használják.

Kiválóan alkalmas fotocellák, foszforok, termoelektromos anyagok, tömítések készítésére az űrtechnológiában. Az indium jól elnyeli a neutronokat, és atomreaktorokban használható.

Semmi sem ismert ennek az elemnek a szervezetünkben betöltött biológiai szerepéről, de az orvostudományban is alkalmazták. Radioaktív gyógyszerként használják a máj, az agy és a tüdő diagnosztizálására daganatok és egyéb betegségek kimutatására.

Megszerzési módszerek

A fő mennyiségű indium fémet cink- és ónlerakódásokból bányászják. Polifém, ón, ólom-cink ércek feldolgozásából származó hulladékból nyerik. Az indium elválasztása és tisztítása több lépésben történik.

Először is az oldat savasságának beállításával kicsapódik. A kapott "fekete fémet" ezután meg kell tisztítani. Ez zónaolvasztásos finomítással vagy más módon történik.

Ma Kanada India egyik fő termelője. Ezen kívül nagy mennyiségű fémet bányásznak az USA, Kína, Japán és Dél-Korea. A részvények azonbanEnnek az elemnek a mennyisége nagyon korlátozott, várhatóan néhány évtizeden belül elfogy.