Характеристика индия химия. Что это за металл? Как получают индий

— серебристо-белый металл c сильным блеском, по внешнему виду напоминающий свежий срез цинка. Его относят к группе лёгких металлов. Он довольно мягкий, к тому же ковкий и легкоплавкий (плавится при температуре 156,5 °C). Индий без труда режется ножом, он почти в 5 раз мягче свинца. На бумаге оставляет след. Это довольно редкий, ценный и дорогой метал. По химическим свойствам индий сходен с галлием и алюминием. Его атомная масса 114,818 г/моль. Элемент состоит из двух изотопов, один из которых обладает довольно слабой β-радиоактивностью.

Смотрите так же:

ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ

Учитывая электронную структуру атома индия, он относится к халькофильным элементам (18 электронов в предпоследнем слое). В настоящее время известно менее 10 индиевых минералов: самородный индий, рокезит CuInS 2 , индит FeIn 2 S 4 , кадмоиндит CdIn 2 S 4 , джалиндит In(OH) 3 , сакуранит (CuZnFe) 3 InS 4 и патрукит (Cu,Fe,Zn) 2 (Sn,In)S 4 . В основном индий находится в виде изоморфной примеси в раннем высокожелезистом сфалерите, где его содержание достигает десятых долей процента. В некоторых разновидностях халькопирита и станнина содержание индия составляет сотые-десятые процента, а в касситерите и пирротине - тысячные доли процента. В пирите, арсенопирите, вольфрамите и некоторых других минералах концентрация индия - граммы на тонну. Промышленное значение для получения металла пока имеют сфалерит и другие минералы, содержащие не менее 0,1 % индия.

СВОЙСТВА

Индий – металл серебристо-белого цвета, не тускнеющий на воздухе при длительном хранении и даже в расплавленном состоянии. Плотность кристаллического индия 7310 кг/м 3 , а расплавленного – 7030 кг/м 3 . Металл плавится при 156,7° С, кипит при 2072° С. Индий очень мягок и пластичен. Его твердость по шкале Мооса чуть больше 1 (мягче только тальк), поэтому индиевый стержень, если им водить по листу бумаги, оставляет на нем серый след. Индий в 20 раз мягче чистого золота и легко царапается ногтем, а его сопротивление растяжению в 6 раз меньше, чем у свинца. Палочки из индия легко сгибаются и при этом заметно хрустят (громче, чем оловянные). Индий — диамагнетик, магнитное поле в нем ослабевает.

Индий, так же как и галлий, не образует ни с одним из металлов непрерывных твердых растворов. В индии хорошо растворяются металлы-соседи по периодической системе – галлий, таллий, олово, свинец, висмут, кадмий, ртуть, в меньшей мере цинк. Выше 800° С индий горит на воздухе сине-фиолетовым пламенем с образованием оксида индия(III).

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

На сегодняшний день нет достоверных сведений о мировых ресурсах индия, так как его извлечение всегда привязано к переработке цинковых руд. По приблизительным оценкам United States Geological Surveys (по состоянию на июнь 2004) суммарный мировой запас разведанных месторождений индия составляет 2,5·10 3 тонн в пересчете на металл, а объемы резервной базы (с учетом неразведанных ресурсов) – 6·10 3 тонн металла. Мировыми лидерами по запасам индия являются Канада (30% мировых запасов), Китай и США (10% мировых запасов)
Получают индий из отходов и промежуточных продуктов производства цинка, и в меньшей степени, свинца и олова. Это сырьё содержит от 0,001 % до 0,1 % индия. Из исходного сырья производят концентрат индия, из концентрата - черновой металл, который затем рафинируют. Исходное сырьё обрабатывают серной кислотой и переводят индий в раствор, из которого гидролитическим осаждением выделяют концентрат. Из концентрата черновой металл извлекают цементацией на цинке и алюминии. Для рафинирования используются различные методы, например, зонная плавка.
Основным производителем индия является Китай (390 тонн в 2012 году), также производится Канадой, Японией и Южной Кореей (примерно по 70 тонн).
В последние годы мировое потребление индия быстро растёт и в 2005 достигло 850 тонн.
Количество используемого индия сильно зависит от мирового производства ЖК-экранов. В 2007 году в мире было добыто 475 тонн и ещё 650 тонн было получено путём переработки. На производство ЖК экранов для компьютерных дисплеев и телевизоров уходило 50-70 % доступного индия.
Стоимость индия в 2002 году составила около 100$ за кг, но рост потребности в металле привел к повышению и флуктуациям цен. В 2006-2009 годах они колебались в пределах 400-900 долларов за кг.
По современным оценкам, запасы индия будут исчерпаны в ближайшие 20 лет, если не будет повышена степень вторичного использования металла

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Индий самостоятельных месторождений не образует, а входит в состав руд месторождений других металлов. Наиболее высокое содержание индия установлено в рудах касситеритоносных скарнов и сульфидно-касситеритовых месторождений различных типов.
По содержанию в земной коре индий относится к типичным редким элементам, а по характеру распространения – к типичным рассеянным элементам. Кларк индия в земной коре равен 1,4·10 –5 %. Содержание индия в подавляющем большинстве минералов-носителей невелико и редко когда выходит за пределы нескольких тысячных долей процента. Количество минералов, в которых содержание индия достигает нескольких десятых долей процента (0,05–1%) чрезвычайно мало. Среди них можно отметить цилиндрит Pb 3 Sn 4 Sb 2 S 14 (0,1–1% In) и франкеит Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14 (до 0,1% In), минералы класса сульфостаннанов, цинковую обманку ZnS (0,1–1% In), халькопирит CuFeS 2 (0,05–0,1% In) и борнит Cu 3 FeS 3 (0,01–0,05% In). Из-за незначительного распространения в природе сульфостаннанов они не имеют значения для промышленных процессов извлечения индия. Концентрация индия в цинковых обманках тем выше, чем больше содержание в них железа и марганца, а из разнообразных по условиям своего образования обманках (марматит, сфалерит, клейофан) богаты индием ранние высокотемпературные, темноокрашенные представители – марматиты. Так, в сфалерите с высоким содержанием железа (темном сфалерите) содержание индия достигает 1%. Однако среднее содержание индия в сфалеритовых месторождениях не превышает и сотой доли процента.

В небольших концентрациях индий обнаружен в золе каменных углей, некоторых нефтяных месторождений (до 2,2·10 –6 % In), а также в морской ((0,02–7)·10 –10 % In) и дождевой ((0,002–2)·10 –7 %) воде. Содержание индия во Вселенной оценивается в 3·10 –10 %(масс.) или 3·10 –12 %(ат.).

ПРИМЕНЕНИЕ

Широко применяется в производстве жидкокристаллических экранов для нанесения прозрачных плёночных электродов из оксида индия-олова.Используется в микроэлектронике как акцепторная примесь к германию и кремнию. Ранее, когда широко применялась сплавная технология производства первых полупроводниковых приборов, характерным решением было сплавление индия с германием для получения pn-перехода, например в диодах серий ДГ-Ц1, Д7 итд до сотни мг индия.
Компонент ряда легкоплавких припоев и сплавов (так, жидкий при комнатной температуре галинстан содержит 21,5 % индия).Обладает высокой адгезией ко многим материалам, позволяя спаивать, например, металл со стеклом.

• Иногда применяется (чистый или в сплаве с серебром) для покрытия зеркал, в частности, автомобильных фар, при этом отражающая способность зеркал не хуже, чем у серебряных, а стойкость к воздействию атмосферы (особенно сероводорода) - больше.
• В покрытии астрономических зеркал используется постоянство коэффициента отражения индия в видимой части спектра.
• Материал для фотоэлементов.
• Соединения используются как люминофоры.
• Покрытие юбок алюминиевых поршней дизельных двигателей для снижения износа.
• Арсенид индия применяется как высокотемпературный термоэлектрический материал с очень высокой эффективностью, для увеличения эффективности обычно легируется 10 % фосфида индия.
• Изотопы индия 111 In и 113m In используются в качестве радиофармацевтических препаратов.
• Точка плавления индия (429,7485 К или 156,5985 °C) - одна из определяющих точек международной температурной шкалы ITS-90.
• Индий входит в состав «голубого золота».
• В сплаве с оловом применяется как припой с высокой теплопроводностью для «процессорного термоинтерфейса».

Индий(англ. indium) — In

Индий (лат. Indium), In, химический элемент III группы периодической системы Менделеева; атомный номер 49, атомная масса 114,82; белый блестящий мягкий металл. Элемент состоит из смеси двух изотопов: 113 In (4,33%) и 115 In (95,67%); последний изотоп обладает очень слабой β-радиоактивностью (период полураспада T ½ = 6·10 14 лет).

В 1863 году немецкие ученые Ф. Райх и T. Рихтер при спектроскопическом исследовании цинковой обманки обнаружили в спектре новые линии, принадлежащие неизвестному элементу. По ярко-синей (цвета индиго) окраске этих линий новый элемент был назван Индий.

Распространение Индия в природе. Индий - типичный рассеянный элемент, его среднее содержание в литосфере составляет 1,4·10 -5 % по массе. При магматических процессах происходит слабое накопление Индия в гранитах и других кислых породах. Главные процессы концентрации Индия в земной коре связаны с горячими водными растворами, образующими гидротермальные месторождения. Индий связан в них с Zn, Sn, Cd и Pb. Сфалериты, халькопириты и касситериты обогащены Индием в среднем в 100 раз (содержание около l,4·10 -3 %). Известны три минерала Индия - самородный Индий, рокезит CuInS 2 и индит In 2 S 4 , но все они крайне редкие. Практическое значение имеет накопление Индия в сфалеритах (до 0,1%, иногда 1%). Обогащение Индия характерно для месторождений Тихоокеанского рудного пояса.

Физические свойства Индия. Кристаллическая решетка Индия тетрагональная гранецентрированная с параметрами а = 4,583Å и с= 4,936Å. Атомный радиус 1,66Å; ионные радиусы In 3+ 0,92Å, In + 1,30Å; плотность 7,362 г/см 3 . Индий легкоплавок, его t пл 156,2 °C; t кип 2075 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 33·10 -6 (20 °С); удельная теплоемкость при 0-150°С 234,461 дж/(кг·К), или 0,056 кал/(г·° С); удельное электросопротивление при 0°C 8,2·10 -8 ом·м, или 8,2·10 -6 ом·см; модуль упругости 11 н/м 2 , или 1100 кгс/мм 2 ; твердость по Бринеллю 9 Мн/м 2 , или 0,9 кгс/мм 2 .

Химические свойства Индия. В соответствии с электронной конфигурацией атома 4d 10 5s 2 5p 1 Индий в соединениях проявляет валентность 1, 2 и 3 (преимущественно). На воздухе в твердом компактном состоянии Индий стоек, но окисляется при высоких температурах, а выше 800 °C горит фиолетово-синим пламенем, давая оксид In 2 O 3 - желтые кристаллы, хорошо растворимые в кислотах. При нагревании Индий легко соединяется с галогенами, образуя растворимые галогениды InCl 3 , InBr 3 , InI 3 . Нагреванием Индия в токе HCl получают хлорид InCl 2 , а при пропускании паров InCl 2 над нагретым In образуется InCl. С серой Индий образует сульфиды In 2 S 3 , InS; они дают соединения InS·In 2 S 3 и 3InS·In 2 S 3 . В воде в присутствии окислителей Индий медленно корродирует с поверхности: 4In + 3O 2 +6H 2 O = 4In(ОН) 3 . В кислотах Индий растворим, его нормальный электродный потенциал равен -0,34 в, в щелочах практически не растворяется. Соли Индия легко гидролизуются; продукт гидролиза - основные соли или гидрооксид In(OH) 3 . Последний хорошо растворим в кислотах и плохо - в растворах щелочей (с образованием солей - индатов): In(ОН) 3 + 3KOH = K 3 . Соединения Индия низших степеней окисления довольно неустойчивы; галогениды InHal и черный оксид In 2 O - очень сильные восстановители.

Получение Индия. Индий получают из отходов и промежуточных продуктов производств цинка, свинца и олова. Это сырье содержит от тысячных до десятых долей процента Индия. Извлечение Индия складывается из трех основные этапов: получение обогащенного продукта - концентрата Индия; переработка концентрата до чернового металла; рафинирование. В большинстве случаев исходное сырье обрабатывают серной кислотой и переводят Индий в раствор, из которого гидролитическим осаждением выделяют концентрат. Черновой Индий выделяют главным образом цементацией на цинке или алюминии. Рафинирование производят химическими, электрохимическими, дистилляционными и кристаллофизическими методами.

Применение Индия. Наиболее широко Индий и его соединения (например, нитрид InN, фосфид InP, антимонид InSb) применяют в полупроводниковой технике. Индий служит для различных антикоррозионных покрытий (в т. ч. подшипниковых). Индиевые покрытия обладают высокой отражательной способностью, что используется для изготовления зеркал и рефлекторов. Промышленное значение имеют некоторые сплавы Индий, в том числе легкоплавкие сплавы, припои для склеивания стекла с металлом и другие.

Открытие металла индий произошло случайно в 1863 году в Германии. Химики Фердинанд Рейх и Теодор Рихтер пытались обнаружить таллий в цинковых минералах, добытых в Саксонии. Они прибегали к методу спектроскопического исследования. Но вместо зеленой линии характерной таллию, в спектре цинкового минерала Теодор Рихтер увидел синюю линию. Ни один из элементов, известных на тот момент, не мог давать такого спектра. Открытый элемент решено было назвать индий, по сходству с красителем «индиго». Позже они получили чистый металл, но в очень малых объемах, и представили учёному сообществу. Здесь нужно отметить вклад Д.И. Менделеева, который поправил первооткрывателей по поводу валентности и атомной массы.

Индий – трехвалентный элемент с атомной массой 114,82. В периодической таблице находится в главной подгруппе третьей группы пятого периода и обозначается символом In. Металл индий относится к легким металлам. Имеет серебристо-белый цвет, ковкий, очень мягкий (можно резать ножом). По химическим свойствам индий ближе к галлию и алюминию. Температура плавления равна 156,5 °С. Индий является побочным продуктом переработки руд цинка, олова, свинца или меди. Он крайне редко встречается в виде самородков. Основными индиевыми минералами являются джалинид, рокезит и индит. Металл индий – яркий представитель рассеянных элементов.

С развитием электротехнической отрасли, индий приобретает все большую популярность и становится в ряд дефицитных материалов. Его использование активно развивалось в производстве подшипников. Добавление индия улучшает коррозийную устойчивость и смачиваемость подшипника. Это свойство используют в механизмах с трущимися металлами. Индий здесь выступает в качестве смазки. Позднее, с развитием полупроводниковой техники, металл индий получил новый виток своего применения. Его используют как добавку в производстве сенсорных экранов, солнечных батарей, аккумуляторов. Индий выступает как компонент в ряде легкоплавких припоев. Его применяют в атомной отрасли. Он незаменим при производстве специальных зеркал и многих других отражающих элементов.

На сегодняшний момент металл индий все более широко входит в промышленное производство многих технически сложных продуктов. Его применение ограничивает лишь его малая доля в природе. Несмотря на это, интерес к индию с каждым годом только растет.

Загвоздка в том, что максимальное содержание металла в этих производных не больше одной сотой процента.

Обычно, это и вовсе 0,001%. Процесс извлечения этих 0,001% не из легких. Вот и его стадии:

Вычленить из исходного сырья концентрированный индий . Этот металл осаждается из раствора , цинка, олова при равной 4.

Из образовавшегося концентрата извлекают черновой индий . Он так назван, поскольку имеет цвет. Черновой металл осветляют. Процесс называется «рафинирование».

Минус метода в том, что весь индий извлечь не удается. А его в продуктах промежуточного производства других металлов и так, как уже указывалось немного.

Извлечь элемент полностью позволяет другой принцип — выборочного перехода частиц металла из водного раствора в слой органики.

Жидкость, образовавшаяся в процессе жизнедеятельности или гниения живых организмов, как бы притягивает индий.

Проблема в том, что вместе с ним, она притягивает и еще некоторые элементы. Поэтому требуется дополнительная фильтрация.

Так что, этот метод, тоже трудоемкий. Зачем же такие мучения, неужели только ради мониторов? Нет.

Индиевое покрытие нужно запчастям алюминиевых поршней в двигателях. Иначе, они и быстро износятся. «Сердце» машины придется ремонтировать, а то и менять.

Применение индия

— Элемент под 49-ым номером в необходим для производства фотоэлементов

— В микроэлектронике индий применяют как, так называемую, «акцепторную примесь». Иными словами металл нужен, чтобы захватывать и удерживать ионы других металлов, , к примеру

— 49-ый элемент люминесцентен. Без него вряд ли что-либо сияло в темноте.

— Индием покрывают зеркальные поверхности. Чаще всего, это фары машин. Напыление более стойкое к атмосферным воздействиям, чем .

Отражающие же параметры у индия ничуть не хуже, чем у , которое тоже используют для фар.

— «Героя» используют в паяльном деле. Он легко плавится и, в отличие от других металлов, может соединять разные по свойствам составляющие.

К примеру, легко соединяет медные и пластиковые элементы или металлические детали со стеклянными

— Индий пригождается в электрической сфере. Здесь приходится кстати его устойчивость к высоким температурам

— Используется в фармацевтике

— К индию прибегают в космонавтике, где с его помощью герметизируют ракеты, шатлы. Из металла изготавливают прокладки, которые размещают в иллюминаторах, дверях и так далее

— В атомной промышленности индий используют для , способных поглощать нейтроны.

— Не обходится без металла №49 и . Индий добавляют в драгоценные , чтобы те стали мягче и податливее.

Как видно, есть для чего стараться добывать элемент №49. Проблема в том, что он относится к группе «рассеянных».

Месторождения и добыча индия

Иными словами, месторождений как таковых нет. Элемент равномерно распределен в земной коре. Причем, индия в недрах крайне мало.

В основном, он входит в состав некоторых минералов. Среди них: — сакуринит, патрукит, джалиндит.

Встречается и самородный индий , но это редчайшее явление. В составе камней обычно нет и тысячной доли редкого металла.

Исключения – минералы. Из них можно извлечь сотые проценты индия, что тоже не дотягивает до промышленных масштабов.

Проще всего извлечь металл из цинковой или свинцовой руд. Это и делают. По их запасам в мире лидируют КНР, Канада и США.

В Канаде запасы индия оценены в 700 тонн. В остальных странах и того меньше. В России, к примеру, хранится всего 200 тонн редкого элемента.

Это лишнее подтверждение того, что индий заслуженно входит в топ 10-ти самых редких и ценных металлов мира.

В связи с этим, и постоянно растущими ценами на элемент, его стараются вторично перерабатывать.

То есть, детали с содержанием индия не выбрасывают, а отправляют на переплавку.

Интересно, что столь необходимый элемент сегодня, открыт только 150 лет назад. А впервые применили его и вовсе в середине прошлого века.

Тогда индий использовали для подшипников двигателей самолетов. Это произошло во время второй мировой войны.

О существовании индия, а тогда просто элемента с массой атома 114,818(1) г/моль предположил Менделеев.

Открыли же металл ученые Фердинанд Рейх и Теодор . Они обнаружили вещество, исследуя цинковую руду.

Проделав спектральный анализ материала, мужчины заметили, в электромагнитном излучении яркий металл.

Он напоминал по цвету плоды дерева индиго. Излучение шло от частиц металла, который и назвали индий.

Позже выяснилось, что и горит вещество синим, даже фиолетовым пламенем. При этом, индий соединяется с кислородом, образуя оксид. , а его, как известно можно искрошить, слегка нажав на поверхность минерала.

С таким «мягким» характером индий смог добиться карьерных высот, пройдя путь от «ненужного» к незаменимому для человечества элементу.

Индий — серебристо-белый металл c сильным блеском, по внешнему виду напоминающий свежий срез цинка. Его относят к группе лёгких металлов. Он довольно мягкий, к тому же ковкий и легкоплавкий (плавится при температуре 156,5 °C). Индий без труда режется ножом, он почти в 5 раз мягче свинца. На бумаге оставляет след. Это довольно редкий, ценный и дорогой метал.
По химическим свойствам индий сходен с галлием и алюминием. Согласно с периодической системой Менделеева, индий — химический элемент главной подгруппы III группы. Его атомная масса 114,818. Элемент состоит из двух изотопов, один из которых обладает довольно слабой β-радиоактивностью. Ядро индия напоминает мяч с полоской по «экватору».

Открытие элемента

Все произошло случайно в далеком 1863 году в районе Фрейберга (Германия). В химической лаборатории Фердинанд Рейх и Теодор Рихтер проводили спектроскопическое исследование цинковых минералов, добытых в горах Саксонии. Они хотели обнаружить таллий, который открыли в 1861 году английские и французские ученые. Исследователи подвергли анализу немало образцов цинковой обманки, но так и не увидели в спектре зеленые линии, присущие таллию. Впрочем, увидеть их надеялся преподаватель химии Теодор Рихтер. Профессор Рейх был дальтоником и естественно не мог различить цвета спектральных линий. Исследуя образцы, глазастый Рихтер в спектре одного из них увидел яркую синюю линию. Ни один из известных элементов не мог таким похвалиться. Таким образом, ученым удалось прославиться. Новый элемент назвали индием, в честь сходства спектральной линии со знаменитым красителем «индиго».

Но это было лишь полдела. Впереди предстояло получить чистый металл. На это ушло немало труда и времени. И все же ученые получили два образца, величиной с карандаш. Стоили они по тогдашним ценам 80 тыс. долларов.

На этом история не закончилась. Веское слово сказал светило химической науки Дмитрий Менделеев. Дело в том, что первооткрыватели посчитали, что индий - близкий родственник цинка и решили, что их детище двухвалентно. К тому же они ошиблись с определением его атомного веса (считали, что он равен 75,6). Все это привело к нестыковке с таблицей Менделеева. Русский ученый определил, что элемент трехвалентен. К тому же, свойства индия значительно ближе к алюминию, а его атомный вес около 114.

В 1871 году индий стал 49 элементом периодической системы.

Наличие в природе

Индий — достаточно редкий металл. Его относят к типичным рассеянным элементам. Известно три минерала индия и все они крайне редкие. Индий не образует самостоятельных месторождений. Он входит в состав руд других металлов. Накопление этого элемента в сфалеритах, до 0,1-1%, имеет практическое значение. Индия производят достаточно мало - несколько сотен тонн в год. Металл получают преимущественно при переработке руд свинца, цинка, олова и меди (как побочный продукт). Процент индия в этом сырье составляет от тысячных до десятых долей. Индий также можно добывать из пыли, которая возникает при переработке медистых сланцев.

Химические свойства

Индий не тускнеет при комнатной температуре (воздух должен быть сухим). При температуре выше 800°C он загорается фиолетово-синим пламенем. К тому же происходит образование оксида. Этот металл не реагирует даже с кипящими растворами щелочей. Он быстро растворяется в хлорной и азотной кислоте, медленнее - в соляной и серной. Индий также реагирует с бромом и хлором, а при нагревании - с серой, диоксидом серы, селеном, теллуром, йодом.

Применение индия

С каждым годом интерес к индию усиливается, он становится дефицитным и стремительно дорожающим материалом. Это связано с его уникальными свойствами. В ближайшее время, в связи с ростом спроса на сенсорные экраны, солнечные батареи другие электронные устройства, потребление индия лишь увеличится. Индий и его соединения нашли широкое применение в полупроводниковой технике, микроэлектронике. Этот металл используют в качестве различных антикоррозионных покрытий. При нанесении тонкого слоя индия подшипники служат в 5 раз дольше. Индий — незаменимый элемент для производства отражателей автомобильных фар, различных зеркал, изготовления рефлекторов. Его используют как компонент ряда сплавов и легкоплавких припоев. К примеру, индий позволяет спаивать стекло с металлом. Индий используют как материал для фотоэлементов, при приготовлении зубных цементов. Нашлось применение индия и в качестве уплотнителя и в космических технологиях.