Indium on kiiltävä hopeinen metalli, joka on niin pehmeä ja muokattava, että se voidaan naarmuttaa sormella ja taivuttaa melkein mihin tahansa muotoon. Luonnossa indium on melko harvinainen ja sitä löytyy melkein aina hivenaineeksi muissa mineraaleissa - erityisesti sinkissä ja lyijyssä -, joista sitä tyypillisesti saadaan sivutuotteena. Sen arvioitu runsaus maankuoressa on 0,1 miljoonasosaa (ppm) - hiukan runsaampi kuin hopea tai elohopea, kuninkaallisen kemian seuran mukaan.
Indiumilla on alhainen metallin sulamispiste: 313,9 astetta Fahrenheit (156,6 astetta). Missä tahansa tämän lämpötilan yläpuolella se palaa violetilla tai indigoliekillä. Indiumin nimi on johdettu loistavasta indigovalosta, jonka se osoittaa spektroskoopilla.
Vain tosiasiat
- Atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä): 49
- Atomisymboli (elementtien jaksollisessa taulukossa): In
- Atomipaino (atomin keskimääräinen massa): 114.8.8
- Tiheys: 7,31 grammaa kuutiometriä kohti
- Vaihe huoneenlämpötilassa: Kiinteä
- Sulamispiste: 313,88 astetta F (156,6 astetta C)
- Kiehumispiste: 2 072 C (3 761,6 F)
- Isotooppien lukumäärä (saman alkuaineen atomit, joilla on eri määrä neutroneja): 35, joiden puoliintumisajat ovat tiedossa; 1 vakaa; 2 luonnossa esiintyvä
- Yleisin isotooppi: In-115
Löytö
Saksalainen kemisti Ferdinand Reich löysi indiumin vuonna 1863 Freibergin kaivoskoulusta Saksassa. Reich tutkii näytettä sinkkimineraaliseoksesta, joka hänen mielestään saattoi sisältää äskettäin löydetyn talliumin alkuaineen. Paahdettuaan malmia suurimman osan rikin poistamiseksi, hän levitti suolahappoa jäljellä oleviin materiaaleihin. Sitten hän havaitsi kellertävän kiinteän aineen ilmestyvän. Hän epäili, että tämä voi olla uuden alkuaineen sulfidi, mutta koska hän oli värisokea, hän pyysi saksalaista apteekista Hieronymous T. Richteria tutkimaan näytteen spektriä. Richter havaitsi loistavan violetinvärisen viivan, joka ei vastannut minkään tunnetun elementin spektrivirtaa.
Yhteistyössä kaksi tutkijaa erottivat näytteen uudesta elementistä ja ilmoittivat löytönsä. He nimittivät uuden elementin indiumiksi latinalaisen sanan jälkeen indicum, eli violetti. Valitettavasti heidän suhteensa muuttui hapanksi, kun Reich sai tietää, että Richter oli väittänyt löytävänsä kuninkaallisen kemian seuran (RSC) mukaan.
Käyttötarkoitukset
Yli vuosisata indiumin löytön jälkeen elementti oli edelleen suhteellisen hämärtymässä, koska kukaan ei tiennyt mitä tehdä sen kanssa. Indium on nykyään elintärkeä maailmantaloudelle indiumtinaoksidin (ITO) muodossa. Tämä johtuu siitä, että ITO on edelleen paras materiaali LCD-näytön (nestekidenäyttöjen) kasvavan tarpeen täyttämiseksi kosketusnäytöissä, taulutelevisioissa ja aurinkopaneeleissa.
ITO: lla on useita ominaisuuksia, jotka tekevät siitä täydellisen LCD-näyttöihin ja muihin litteisiin näytöihin: Se on läpinäkyvä; johtaa sähköä; tarttuu voimakkaasti lasiin; kestää korroosiota; ja on kemiallisesti ja mekaanisesti vakaa.
ITO: ta käytetään myös yleisesti lasin ja peilien ohuiden päällysteiden valmistukseen. Kun päällystetty esimerkiksi lentokoneiden tai autojen tuulilasiin, ITO antaa lasille poistaa jäätä tai sumua, ja se voi vähentää ilmastointivaatimuksia.
Nestekidenäyttöjen kasvava kysyntä on korostanut indiumin hintoja viime vuosina huomattavasti, RSC: n mukaan. Kierrätys ja valmistustehokkuus ovat kuitenkin auttaneet luomaan hyvän tasapainon tarjonnan ja kysynnän välillä.
Indiumia käytetään yleisesti seosten valmistukseen, ja sitä kutsutaan usein "metalli-vitamiiniksi", mikä tarkoittaa, että pienet indiumpitoisuudet voivat tehdä radikaalin eron seoksessa, RSC: n mukaan. Esimerkiksi pienten määrien indiumin lisääminen kultaan ja platinalejeeringiin tekee niistä paljon vaikeampia. Indiumseoksia käytetään päällystämään suurten nopeuksien moottorien ja muiden metallipintojen laakerit. Sen heikosti sulavia seoksia käytetään myös sprinkleripääissä, palo-ovien linkkeissä ja sulavissa tulppissa.
Indiummetalli pysyy epätavallisen pehmeänä ja muokattavana erittäin alhaisissa lämpötiloissa, joten se soveltuu erinomaisesti käytettäväksi työkaluissa, joita tarvitaan erittäin kylmissä olosuhteissa, kuten kryogeeniset pumput ja korkea tyhjiöjärjestelmät. Toinen ainutlaatuinen laatu on sen tarttuvuus, mikä tekee siitä erittäin hyödyllisen juotteena.
Indiumia käytetään erilaisten sähkölaitteiden, kuten tasasuuntaajien (laitteet, jotka muuntavat vaihtovirran tasaiseksi), termistorien (lämpötilasta riippuvainen sähkövastus) ja valojohtimien (laitteet, jotka lisäävät niiden sähköä johtavuutta altistettaessa valolle) valmistukseen.
Lähde ja runsaus
Indiumia esiintyy harvoin yhdistämättömänä luonteessa ja tyypillisesti sinkki-, rauta-, lyijy- ja kuparimalmeissa. Se on Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen (USGS) mukaan 61. yleisin maapallonkuoressa oleva elementti ja noin kolme kertaa runsaampi kuin hopea tai elohopea. Sen arvioidaan olevan noin 0,1 osaa miljoonaa (ppm) maankuoressa. Painon mukaan indiumin arvioidaan olevan 250 osaa miljardia kohti (ppb) Chemicoolin mukaan. Luonnollinen indium on seos isotoopeista I-115 (95,72 prosenttia) ja I-113 (4,28 prosenttia), Encyclopaedia Britannican mukaan.
Suurin osa kaupallisesta indiumista tulee Kanadasta ja on noin 75 tonnia vuodessa. Metallivarantojen arvioidaan ylittävän 1 500 tonnia. Lenntech väittää, että viljellyt maaperät toisinaan ovat indiumirikkaampia kuin viljelymaat, joiden pitoisuudet ovat jopa 4 ppm.
Joka tiesi?
- Indiummetalli antaa taivutettuna voimakkaan "huuton". Samanlainen kuin "tina itkeä", tämä huutaa kuulostaa enemmän räjähtävä ääni.
- Indium on samanlainen kuin gallium siinä mielessä, että se kostuttaa lasia helposti ja on erittäin käyttökelpoinen alhaisen sulavien seosten valmistukseen. Seos, joka koostuu 24 prosenttia indiumista ja 76 prosenttia galliumista, on nestemäistä huoneenlämpötilassa.
- Ensimmäinen laajamittainen indium-sovellus oli USGS: n mukaan korkean suorituskyvyn lentokoneiden laakereiden pinnoite toisessa maailmansodassa.
- Lenntechin mukaan Venäjän alueelta on löydetty yhdistelmättömän indiummetallinäytteitä.
Parempia akkuja
Indiumpinnoite voi yhtenä päivänä johtaa tehokkaampiin ja pidempään kestäviin ladattaviin litiumparistoihin, Angewandte Chemie -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan. Indiumpinnoite tarjoaisi litiumin tasaisemman saostumisen lataamisen aikana, puskuroi mahdolliset negatiiviset sivureaktiot ja lisää varastointia.
Litium-ioniakku on eräänlainen ladattava akku, jota käytetään yleisesti kannettavissa tekniikoissa, kuten matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa. Purkamisen aikana litiumionit siirtyvät negatiivisesta elektrodista (anodi) positiiviseen elektrodiin (katodi). Kun akku latautuu, litiumionit kulkevat vastakkaiseen suuntaan - negatiivisesta elektrodista tulee katodi ja positiivisesta elektrodista tulee anodi.
Tällä hetkellä litium-ioni-akut käyttävät grafiitista valmistettuja anodeja, joita käytetään litiumin varastointiin akun latauksen aikana. Lupaava vaihtoehto grafiitin käytölle olisi metallisia anodeja - kuten litiummetalleja -, jotka voisivat tarjota paljon suuremman säilytyskapasiteetin. Suuri ongelma metallisten anodien käyttämisessä on kuitenkin se, että metallin laskeuma on epätasaista akun latauksen aikana. Tämä johtaa dendriittien (kidemassan, jolla on haarautuva puumainen rakenne) muodostumiseen. Pitkäaikaisen käytön jälkeen nämä dendriitit kasvavat niin suuriksi, että ne oikosuluttavat akun.
Toinen metallisten anodien ongelma on, että ne aiheuttavat ei-toivottuja sivureaktioita reaktiivisten metallielektrodien ja elektrolyytin (materiaali, joka sallii sähkön virrata positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä) välillä. Nämä reaktiot voivat lyhentää akun käyttöikää huomattavasti.
Rensselaer-ammattikorkeakoulun ja Cornellin yliopiston tutkijat ovat ottaneet käyttöön uuden vaihtoehdon: litiumin päällystäminen indiumsuolaliuoksella. Indiumkerros on tasainen ja paranee itse, kun elektrodi on käytössä. Sen kemiallinen koostumus pysyy samana ja pysyy ehjänä lataus- / purkausjakson aikana estäen sivureaktioita, sanoo Science Daily -lehden tutkimuksen lehdistötiedote. Myös dendriitit poistuvat, jolloin pinta pysyy sileänä ja kompakttina.
