Indium
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| Indium | |||||||||||||||||||
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49 En | |||||||||||||||||||
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| Apparence | |||||||||||||||||||
gris argenté brillant  | |||||||||||||||||||
| Propriétés générales | |||||||||||||||||||
| Nom, symbole, nombre | indium, In, 49 | ||||||||||||||||||
| Prononciation | / ɪ n ré Je ə m / EN -dee-əm | ||||||||||||||||||
| Catégorie Metallic | post-métal de transition | ||||||||||||||||||
| Groupe, période, bloc | 13, 5, p | ||||||||||||||||||
| Poids atomique standard | 114,818 | ||||||||||||||||||
| Configuration électronique | [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1 2, 8, 18, 18, 3  | ||||||||||||||||||
| Histoire | |||||||||||||||||||
| Découverte | Ferdinand Reich et Hieronimus Theodor Richter (1863) | ||||||||||||||||||
| Premier isolement | Hieronimus Theodor Richter (1867) | ||||||||||||||||||
| Propriétés physiques | |||||||||||||||||||
| Phase | solide | ||||||||||||||||||
| Densité (à proximité rt) | 7,31 g · cm -3 | ||||||||||||||||||
| Liquid densité au mp | 7,02 g · cm -3 | ||||||||||||||||||
| Point de fusion | 429.7485 K , 156.5985 ° C, ° F 313.8773 | ||||||||||||||||||
| Point d'ébullition | 2345 K, 2072 ° C, 3762 ° F | ||||||||||||||||||
| La chaleur de fusion | 3,281 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||
| Chaleur de vaporisation | 231,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||
| Capacité thermique molaire | 26,74 J · mol -1 .K -1 | ||||||||||||||||||
| La pression de vapeur | |||||||||||||||||||
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| Propriétés atomiques | |||||||||||||||||||
| États d'oxydation | 3, 2, 1 ( l'oxyde amphotère) | ||||||||||||||||||
| Électronégativité | 1,78 (échelle de Pauling) | ||||||||||||||||||
| énergies d'ionisation | 1e: 558,3 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||
| 2ème: 1820,7 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||
| 3ème: 2704 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||
| Rayon atomique | 167 h | ||||||||||||||||||
| Rayon covalente | 142 ± 17 heures | ||||||||||||||||||
| Rayon de Van der Waals | 193 h | ||||||||||||||||||
| Miscellanées | |||||||||||||||||||
| Crystal structure | quadrilatère  | ||||||||||||||||||
| Ordre magnétique | diamagnétique | ||||||||||||||||||
| Résistivité électrique | (20 ° C) 83,7 nΩ · m | ||||||||||||||||||
| Conductivité thermique | 81,8 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||
| Dilatation thermique | (25 ° C) 32,1 um · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||
| Vitesse du son (tige mince) | (20 ° C) 1,215 m · s -1 | ||||||||||||||||||
| Le module d'Young | 11 GPa | ||||||||||||||||||
| Dureté Mohs | 1.2 | ||||||||||||||||||
| Dureté Brinell | 8,83 MPa | ||||||||||||||||||
| Numéro de registre CAS | 7440-74-6 | ||||||||||||||||||
| La plupart des isotopes stables | |||||||||||||||||||
| Article détaillé: Isotopes d'indium | |||||||||||||||||||
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Indium est un élément chimique avec le symbole In et de numéro atomique 49. Cette rare, très mou, malléable et facilement fusible post-métal de transition est chimiquement similaire à gallium et le thallium , et présente des propriétés intermédiaires entre ces deux. Indium a été découvert en 1863 et nommé pour le indigo ligne bleue dans son spectre qui était la première indication de son existence dans les minerais de zinc, comme un élément nouveau et inconnu. Le métal a été isolé pour la première l'année suivante. Minerais de zinc continuent d'être la principale source d'indium, où il se trouve sous forme de composé. Très rarement l'élément peut être trouvé que des grains de maternelle (gratuit) métal, mais ce ne sont pas d'une importance commerciale.
Application principale actuelle de l'indium est de former des électrodes transparentes de oxyde d'indium-étain (ITO) en écrans à cristaux liquides et écrans tactiles, et cette utilisation détermine largement sa production minière mondiale. Il est largement utilisé dans les films minces pour former des couches lubrifiés (pendant la Seconde Guerre mondiale , il a été largement utilisé pour les roulements de manteau en haute performance avions ). Il est également utilisé pour la fabrication de point de fusion particulièrement bas alliages, et est un composant dans certaines soudures sans plomb.
L'indium ne est pas connu pour être utilisé par ne importe quel organisme. D'une manière similaire à des sels d'aluminium, l'indium (III) des ions peut être toxique pour les reins lorsqu'il est administré par injection, mais des composés d'indium orale ne ont pas la toxicité chronique de sels de métaux lourds, probablement due à une mauvaise absorption dans des conditions basiques. Radioactifs indium-111 (en très petites quantités sur une base chimique) est utilisée dans tests de médecine nucléaire, en tant que radiotraceur de suivre le mouvement des protéines marquées et des globules blancs dans le corps.
Caractéristiques
Physique
Indium est un très doux, silvery- blanc, relativement rare pauvre en métaux avec un brillant lustre. Quand il est plié, l'indium émet un aigu " pleurer ". Comme le gallium , l'indium est capable de verre mouillé. Indium a un faible point de fusion , 156,60 ° C (313,88 ° C); elle est plus élevée que celle de son homologue plus léger, le gallium , mais inférieur à celui de l'homologue plus lourd, le thallium . Son point d'ébullition est cependant modérée, soit 2072 ° C (3762 ° F), qui est supérieure à celle de thallium, mais inférieure à celle du gallium, montrant opposition à la tendance des points de fusion. La densité de l'indium, 7,31 g · cm -3, est également plus élevée que celle de gallium, mais inférieure à celle de thallium.
Un atome d'indium a 49 électrons, ayant une configuration électronique de [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1. Dans ses composés, de l'indium perd le plus souvent trois électrons les plus externes, devenant indium (III) des ions In 3+, mais dans certains cas la paire d'électrons 5s peut rester à l'intérieur de l'atome, de l'indium oxydé ainsi que d'indium (I), In +. Cela est dû à inerte effet de couple, ce qui se produit en raison de la stabilisation de 5s-orbital en raison des effets relativistes, plus fortes plus près du fond de la table périodique . thallium montre un effet encore plus forte, ce qui rend l'oxydation de thallium (I) plus susceptibles que de thallium ( III), ce qui rend plus probable une état d'oxydation .
Un certain nombre de potentiels d'électrode standard, en fonction de la réaction à l'étude, sont signalés pour l'indium:
| -0,40 | Dans 2+ + e - | In + ↔ |
| -0,49 | Dans 3+ + e - | ↔ En 2+ |
| -0,443 | Dans 3+ + 2 e - | In + ↔ |
| -0,3382 | Dans 3+ + 3 e - | Dans ↔ |
| -0,14 | En + + e - | Dans ↔ |
Chimique
L'indium est un post-métal de transition et chimiquement, est l'élément intermédiaire entre sa groupe 13 voisins gallium et le thallium . Il montre deux principaux états d'oxydation, qui sont une et trois, avec ce dernier étant plus stable, alors que le seul état d'oxydation commun de gallium et le thallium est 3 montre une plus susceptibles que les trois, au thallium (III) étant une modérément forte agent oxydant, tandis que l'indium (III) est stable et l'indium (I) est un puissant agent réducteur.
L'indium ne réagit pas avec l'eau, mais il est oxydé par des agents oxydants forts, tels que des halogènes ou l'acide oxalique, pour donner des composés d'indium (III). Il ne réagit pas avec le bore , le silicium ou le carbone , et le correspondant borure, siliciure ou carbure ne sont pas connus. De même, la réaction entre l'indium et de l'hydrogène n'a pas été observée, mais les deux indium (I) et d'indium (III) des hydrures sont connus.
Indium (III) oxyde est formée à des températures chaudes pendant la réaction entre l'indium et de l'oxygène, avec une flamme bleue. Il est amphotère, à savoir il peut réagir avec les acides et les bases. Sa réaction avec les résultats de l'eau insoluble dans l'indium (III) d'hydroxyde, qui est aussi actif amphotère, en faisant réagir avec des alcalis pour donner indates (III) et d'un acide, pour donner l'indium (III) des sels:
- In (OH) 3 + 2 NaOH → 2 Na [InO 2] + H 2 O
- In (OH) 3 + HCl → InCl 3 3 3 + H 2 O
L'hydrolyse de indate de sodium (III) donne l'acide indic faible, Hino 2. Out d'indium commune sels (III), le chlorure, sulfate et nitrate sont solubles. Dans les solutions de l'eau, Dans 3+ et [InO 2] - ions sont hydrolysées pour donner Inoh 2+ et Hino 2 en raison de caractère généralement amphotère d'indium des ions (III). Indium composés (III) ne sont pas bien soluble, de façon similaire à thallium (III) composés; Toutefois, l'indium (III) les sels d'acides forts tels que le chlorure, le sulfate et le nitrate sont solubles, l'hydrolyse dans des solutions aqueuses. Le In 3+ ion en solution est incolore en raison de l'absence d'électrons non appariés dans les d et f électrons coquilles.
Indium (I) composés ne sont pas aussi commun que l'indium de ceux (III); que chlorure, bromure, iodure, sulfure et cyclopentadiényle sont bien caractérisés. Indium (I) sulfure est le produit de réaction entre le soufre et l'indium ou de l'indium et sulfure d'hydrogène, et peut être reçu à 700-1000 ° C. Indium (I) de l'oxyde de poudre noire est reçu à 850 ° C pendant la réaction entre l'indium et le dioxyde de carbone ou durant la décomposition de l'indium (III) de l'oxyde à 1200 ° C. Cyclopentadienylindium (I), qui est le premier composé organoindium (I) rapporté, est un polymère constitué de chaînes en zig-zag de l'alternance des atomes d'indium et les complexes de cyclopentadiényle.
Moins fréquemment, l'indium montre l'état d'oxydation intermédiaire 2, qui se trouve entre les communes, notamment dans halogénures, en 2 X 4 et [A 2 X 6] 2-. Plusieurs autres composés sont connus pour combiner indium (I) et d'indium (III), comme dans I 6 (En III Cl 6) Cl 3, Dans I 5 (En III Br 4) 2 (III Dans Br 6), Dans I Dans III Br 4.
Isotopes
L'indium est présent naturellement sur terre que dans deux nucléides primordiaux, l'indium-113 et l'indium-115. Sur ce deux, l'indium-115 représente 95,7% de l'ensemble de l'indium mais il est radioactif, se désintégrant en étain-115 via désintégration bêta avec demi-vie de 4,41 × 10 14 années, quatre ordres de grandeur plus grand que l'âge de l'univers et près de 50 000 fois plus longue que celle des ressources naturelles du thorium . Cette situation est rare parmi les éléments chimiques stables; que l'indium, le tellure et le rhénium se sont révélés avoir des isotopes les plus abondantes qui sont radioactifs. L'isotope naturel moins fréquente de l'indium, de l'indium-113, est stable.
Indium a 39 isotopes connus, allant de masse entre 97 et 135. Un seul d'entre eux est stable et a une demi-vie de plus de 10 14 années; plus stable autre isotope d'indium est le l'indium-111, qui a une demi-vie d'environ 2,8 jours. Tous les autres isotopes ont une demi-vie plus courte de 5 heures. Indium a aussi 47 méta Etats, d'où l'indium-114m1 est le plus stable, étant plus stable que celui de tous les isotopes d'indium de sol, sauf pour ceux primordiales.
La création et la survenance
L'indium est créé via la longue durée, (jusqu'à des milliers d'années), s-processus dans les étoiles de faible masse-média (qui vont de masse entre 0,6 et 10 masses de Sun ). Quand un atome d'argent-109, qui comprend environ la moitié de tout l'argent dans l'existence, attrape un neutron, il subit une désintégration bêta pour devenir le cadmium-110. Capture d'autres neutrons, il devient le cadmium-115, qui se désintègre à l'indium-115 via un autre désintégration bêta. Cela explique pourquoi l'isotope radioactif prédomine en abondance par rapport à celui stable.
L'indium est 61e élément le plus abondant dans la croûte de la Terre à environ 49 ppb, ce qui rend l'indium environ aussi abondant que le mercure . Moins de 10 minéraux indium sont connus, tels que dzhalindite (In (OH 3)) et indite (Fein 2 S 4), mais aucun de ceux-ci se produit dans d'importants gisements.
Basé sur le contenu de l'indium dans les stocks de minerai de zinc, il ya une base de réserve dans le monde entier d'environ 6000 tonnes d'indium économiquement viable. Cependant, l'Indium Corporation, le plus important transformateur de l'indium, affirme que, sur la base de l'augmentation des rendements de récupération lors de l'extraction, la récupération à partir d'une large gamme de métaux de base (y compris l'étain, le cuivre et d'autres dépôts polymétalliques) et de nouveaux investissements miniers, long approvisionnement -terme d'indium est durable, fiable et suffisant pour répondre à la demande future.
Cette conclusion peut être raisonnable compte tenu que l'argent, qui est un tiers aussi abondant que l'indium dans la croûte terrestre, est actuellement exploité à environ 18 300 tonnes par an, ce qui est 40 fois supérieure à celle des taux d'extraction d'indium actuelles.
Histoire
En 1863, les chimistes allemands Ferdinand Reich et Hieronimus Theodor Richter testait minerais des mines autour de Freiberg, Saxe. Ils dissous des minéraux de pyrite , arsénopyrite, galène et de sphalérite dans l'acide chlorhydrique et distillé première chlorure de zinc . Comme il était connu que les minerais de cette région contiennent parfois thallium ils ont cherché les lignes vertes d'émission avec la spectroscopie. Les lignes vertes étaient absents, mais une ligne bleue était présent dans le spectre. Comme aucun élément n'a été connu avec une émission bleu vif, ils ont conclu qu'un nouvel élément était présent dans les minéraux. Ils ont appelé l'élément avec la spectrale indium ligne bleue, de la couleur indigo voit dans son spectre. Richter a continué d'isoler le métal en 1864. Au World Fair 1867 un lingot de 0,5 kg (1,1 lb) a été présenté.
En 1924, l'indium se est révélé avoir une capacité utile de stabiliser les métaux non ferreux, qui était la première utilisation importante de l'élément. Il a fallu attendre 1936 pour le US Bureau of Mines à la liste d'indium comme une marchandise, et même au début des années 1950 seulement des applications très limitées pour l'indium étaient connus, le plus important de qui a été prise diodes et les roulements de revêtement pour les moteurs d'avions émettant de la lumière pendant la Seconde Guerre mondiale . Le début de la production de semi-conducteurs contenant de l'indium-ouvertes en 1952. Le développement et l'utilisation généralisée des barres de contrôle nucléaires contenant de l'indium-augmentation de la demande au cours des années 1970, et l'utilisation de l'oxyde d'indium et d'étain dans les écrans à cristaux liquides ont augmenté et sont devenus l'application majeure en 1992 .
Production
L'absence de dépôts minéraux indium et le fait que l'indium est enrichi en sulfure de plomb , étain , cuivre , fer et principalement en zinc dépôts, rend la production de zinc de la source principale de l'indium. L'indium est lessivé à partir de scories et de la poussière de la production de zinc. Une purification supplémentaire est effectuée par électrolyse . Le processus exact varie en fonction de la composition exacte du laitier et de la poussière.
L'indium est principalement produite à partir de résidus générés lors de zinc traitement du minerai, mais se retrouve également dans le fer , plomb et cuivre minerais. La Chine est un important producteur d'indium. Le Teck Cominco raffinerie Trail, Colombie-Britannique, est un grand producteur seule source d'indium, avec une production de 32,5 tonnes en 2005, 41,8 tonnes en 2004 et 36,1 tonnes en 2003. Malku Khota la propriété de South American Silver Corporation Bolivie est une importante ressource d'indium avec une ressource indiquée de 1481 tonnes et des ressources inférées de 935 tonnes. Mine Mount Pleasant de Adex Mining Inc. Nouveau-Brunswick, Canada, détient certains des totaux connu ressources d'indium du monde.
La quantité d'indium consommée est largement fonction de dans le monde entier la production de LCD. La production mondiale est actuellement de 475 tonnes par an de l'exploitation minière et un autre de 650 tonnes par an de recyclage. La demande a augmenté rapidement ces dernières années avec la popularité de moniteurs LCD d'ordinateur et de télévision, qui représentent désormais 50% de la consommation d'indium. Augmentation de l'efficacité de la fabrication et de recyclage (en particulier dans le Japon ) de maintenir un équilibre entre la demande et l'offre. Selon le PNUE, en fin de vie, le taux de recyclage de l'indium est inférieure à 1%. La demande a augmenté comme le métal est utilisé dans les écrans LCD et les téléviseurs, et l'offre a diminué quand un certain nombre de chinois minières préoccupations arrêté l'extraction de leurs indium zinc résidus. En 2002, le prix était de US $ 94 par kilogramme. Les récents changements dans la demande et l'offre ont conduit à des prix élevés et fluctuants d'indium, qui de 2006 à 2009 allaient de 382 $ US / kg à US $ 918 / kg.
Il a été estimé qu'il ya moins de 20 ans à gauche de fournitures d'indium, en fonction des taux actuels d'extraction, ce qui démontre la nécessité de plus de recyclage .
Applications
La première application à grande échelle pour l'indium était comme revêtement pour roulements de haute performance avions moteurs pendant la Seconde Guerre mondiale . Par la suite, la production a progressivement augmenté que de nouvelles utilisations ont été trouvés dans alliages fusibles, soudures, et l'électronique . Dans les années 1950, de minuscules perles de celui-ci ont été utilisés pour les émetteurs et les collectionneurs de PNP alliage de jonction des transistors. Dans les années 1980, milieu et fin, le développement de phosphure d'indium semi-conducteurs et oxyde d'indium-étain films minces pour Écrans à cristaux liquides (LCD) ont suscité beaucoup d'intérêt. En 1992, l'application à couche mince est devenu la plus grande utilisation finale.
Électronique
- L'oxyde d'indium (In 2 O 3) et oxyde d'indium-étain (ITO) sont utilisés en tant que transparent revêtement conducteur appliqué au verre des substrats dans la fabrication de panneaux électroluminescents.
- Certains composés de l'indium tels que antimoniure d'indium, le phosphure d'indium, et nitrure d'indium sont semi-conducteurs ayant des propriétés utiles.
- L'indium est utilisé dans la synthèse de la semi-conducteur cuivre indium séléniure de gallium (CIGS), qui est utilisé pour la fabrication de couche mince cellules solaires.
- Utilisé dans des diodes électroluminescentes (LED) et des diodes laser sur la base de semi-conducteurs composés tels que InGaN, InGaP qui sont fabriqués par métalorganique épitaxie en phase vapeur ( MOVPE) technologie.
- Ultrapure organométalliques d'indium comprennent haute pureté triméthylindium (TMI), qui est utilisé en tant que précurseur dans III-V semi-conducteurs composés, se il est également utilisé en tant que semi-conducteur dopant dans II-VI semi-conducteurs composés.
- L'une des nombreuses remplacer le mercure dans les piles alcalines au zinc pour prévenir la corrosion et de libération d'hydrogène gazeux.
Métal et alliages
- De très petites quantités utilisées dans alliage d'aluminium anodes sacrificielles (pour les applications d'eau salée) pour empêcher passivation de l'aluminium.
- Pour lier test électrique or conduit à supraconducteurs , de l'indium est utilisé comme une colle conductrice et appliquée sous un microscope avec des pinces de précision.
- Dans la forme d'un fil est utilisé en tant que joint étanche au vide et un conducteur thermique dans cryogénie et applications ultra-vide. Par exemple, dans la fabrication joints qui se déforment pour combler les lacunes.
- Utilisé comme matériau d'étalonnage pour La calorimétrie différentielle à balayage.
- Ce est un ingrédient dans l'alliage de gallium-indium-étain Galinstan, qui est liquide à température ambiante tout en ne étant pas toxiques comme le mercure.
D'autres utilisations
- Oxyde d'indium-étain est utilisé comme un filtre de lumière à lampes à vapeur de sodium à basse pression. Le rayonnement infrarouge est réfléchie en retour dans la lampe, ce qui augmente la température à l'intérieur du tube et d'améliorer le rendement de la lampe par conséquent.
- Le point de fusion de l'indium de 429.7485 K (156.5985 ° C) est un point fixe définissant sur l'échelle internationale de température ITS-90.
- La section efficace de capture de neutrons de l'indium pour les neutrons thermiques rend approprié pour une utilisation dans des barres de contrôle des réacteurs nucléaires, typiquement en un alliage contenant 80% d'argent, 15% d'indium et 5% de cadmium.
- Dans l'ingénierie nucléaire, les (n, n ') réactions de 113 et 115 Dans En sont utilisés pour déterminer les grandeurs de flux de neutrons.
- L'indium est aussi utilisé comme un matériau d'interface thermique par des passionnés d'ordinateurs personnels sous forme de feuilles métalliques préformées monté entre la surface de transfert de chaleur d'un microprocesseur et son dissipateur de chaleur. L'application de chaleur fait fondre partiellement la feuille et permet au métal d'indium pour combler les lacunes et les trous microscopiques entre les deux surfaces, enlever les poches d'air isolantes qui seraient autrement compromettre l'efficacité de transfert de chaleur.
- 111 Dans émet un rayonnement gamma et est utilisé dans Imagerie indium de leucocytes, ou d'indium scintigraphie, une technique de l'imagerie médicale qui est particulièrement utile dans des conditions de différenciation, tels que ostéomyélite du ulcères de décubitus pour l'évaluation de parcours et la durée des antibiotiques thérapie. Indium leucocytes scintigraphie a de nombreuses applications, y compris le développement de médicament en phase précoce et la surveillance de l'activité des des globules blancs. Pour l'essai, le sang est prélevé sur le patient, les globules blancs retiré, marqué avec la 111 Dans radioactifs, puis réinjecté dans le patient. Imagerie Gamma sera alors révéler les zones de blanc en cours localisation cellulaire comme nouvelle et développer des zones d'infection.
Précautions et des problèmes de santé
Indium pur sous forme de métal est considéré comme non toxique par la plupart des sources. Dans les soudage et de semi-conducteurs , les industries où l'exposition d'indium est relativement élevé, il ya eu aucun rapport de d'effets secondaires toxiques. Composés indium, comme composés d'aluminium, complexe avec hydroxyles pour former des sels insolubles dans des conditions de base, et ne sont donc pas bien absorbées par les aliments, leur donnant assez faible subchronique orale. Soluble indium (III) est toxique lorsqu'il est livré par voie parenterale, cependant, causant des dommages aux reins essentiellement (les deux parties intérieure et extérieure), mais en plus à coeur et le foie, et peut être tératogène. D'autres composés d'indium sont toxiques lorsqu'ils sont administrés en dehors de la tractus gastro-intestinal: par exemple, anhydre le trichlorure d'indium (incl 3) et le phosphure d'indium (InP) sont assez toxique lorsqu'elle est remise dans les poumons (ce dernier est suspectée cancérogène). L'exposition professionnelle aux composés d'indium a été associée à PAP, des cristaux d'ester de cholestérol et de granulomes, fibrose pulmonaire, l'emphysème, et pneumothorax. Les données disponibles suggèrent exposition à des composés d'indium provoque un roman maladie pulmonaire qui peut commencer avec le PAP et le progrès pour inclure la fibrose et l'emphysème, et, dans certains cas, la mort prématurée
