Индијум

Индијум
Општа својства
Име, симболиндијум, In
Изгледсребрнасто сјајно сив
У периодноме систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Ga
↑
In
↓
Tl
кадмијум ← индијум → калај ‍
Атомски број (Z)49
Група, периодагрупа 13 (борова група), периода 5
Блокp-блок
Категорија  постпрелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)114,818(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 18, 3
Физичка својства
Тачка топљења429,7485 K ​(156,5985 °‍C, ​313,8773 °F)
Тачка кључања2345 K ​(2072 °‍C, ​3762 °F)
Густина при с.т.7,31 g/cm3
течно ст., на т.т.7,02 g/cm3
Тројна тачка429,7445 K, ​~1 kPa[2]
Топлота фузије3,281 kJ/mol
Топлота испаравања231,8 kJ/mol
Мол. топл. капацитет26,74 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 1196 1325 1485
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 1690 1962 2340
Атомска својства
Електронегативност1,78
Енергије јонизације1: 558,3 kJ/mol
2: 1820,7 kJ/mol
3: 2704 kJ/mol
Атомски радијус167 pm
Ковалентни радијус142±5 pm
Валсов радијус193 pm
Линије боје у спектралном распону
Спектралне линије
Остало
Кристална структура ​телоцентрирана тетрагонална
Телоцентрирана тетрагонална кристална структура за индијум
Брзина звука танак штап1215 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење32,1 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост81,8 W/(m·K)
Електроотпорност83,7 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распореддијамагнетичан[3]
Магнетна сусцептибилност (χmol)−64,0·10−6 cm3/mol (298 K)[4]
Јангов модул11 GPa
Мосова тврдоћа1,2
Бринелова тврдоћа8,8–10,0 MPa
CAS број7440-74-6
Историја
ОткрићеФердинанд Рајх и Хиронимус Теодор Рихтер (1863)
Прва изолацијаХиронимус Теодор Рихтер (1864)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР
111In syn 2,8 d ε 111Cd
113In 4,28% стабилни
115In 95,72% 4,41×1014 y β− 115Sn
референце • Википодаци

Индијум (In, лат. indicum) метал је IIIA групе са атомским бројем 49. У периодном систему налази се у 5. периоди. Име потиче од грчког назива за боју индиго. Индијум је један веома ретк, сребрно-бели и меки тешки метал. Индијум је заступљен у земљиној кори у количини од 0,049 ppm (енгл. parts per million).[5][6] Његова распрострањеност у Земљиној кори може се мерити распрострањеношћу сребра.

За људски организам, индијум није есенцијалан елемент, али исто тако врло мало је познато његових токсичних особина.[7] Метал се данас у највећој мери прерађује у индијум-калај-оксид, који служи као транспарентни проводник за равне рачунарске и ТВ екране и екране осетљиве на додир. Од почетка 21. века порасла је потражња за индијумом, што је довело и до повећања његове цене на тржишту као и дискусија о скором нестанку његових залиха у свету.[8]

Историја

Индијум

Индијум су 1863. открила двојица немачких хемичара Фердинанд Рајх и Теодор Рихтер на Техничком универзитету бергакадемија Фрајберг. Испитивали су један узорак сфалерита пронађен у близини на присуство талијума у њему. При томе су на апсорпцијском спектру, уместо очекиваних линија талијума, уочили дотад непознате индиго-плаве спектралне линије, те тако закључили да се ради о неком непознатом елементу. Према њима, нови елемент је и добио своје име. Недуго након тога, добијен је и метални индијум редукцијом индијум-оксида са водоником. Већа количина индијума први пут је приказана на светској изложби „Експо” 1867. у Паризу.[9]

Након што је први пут употребљен као састојак легуре у стоматолошком злату 1933, већа употреба индијума започела је са Другим светским ратом. Сједињене Америчке Државе користиле су га као средство за површинску заштиту лежајева у авионима, који су били изложени великим напрезањима. Након Другог свјетског рата, индијум се првенствено користио у електроничкој индустрији, као материјал за лемљење те у лакотопивим легурама. Осим тога, његова употреба у контролним шипкама у нуклеарним реакторима постала је важна све већом употребом нуклеарне енергије. Ово је до 1980. довело и до првог снажног раста цена индијума. Међутим након нуклеарне несреће у електрани Три миље, потражња и цена индијума су значајно опале.[10]

Од 1987. развијена су два нова једињења индијума, полупроводник индијум фосфид и индијум калај оксид који је провидан и, у танким слојевима, добар проводник. Нарочито је индијум-калај-оксид је развојем екрана на бази течног кристала постао технички веома занимљив. Због велике потражње од 1992. највећи део индијума се прерађује управо у индијум-калај-оксид.[10]

Особине

Физичке

Елементарна ћелија индијума са координационом околином централног атома индијума
Координациони полиедар атома индијума састављен из 4 + 8 = 12 суседних атома у облику неправилног кубног октаедра
Кристалографски подаци[11]
Кристални систем тетрагонални
Просторна група I4/mmm
Параметре мреже
(елементарне ћелије) 		a = (b) = 325 pm
c = 495 pm
Број (Z)
формулских јединица 		Z = 2

Индијум је сребрено-бели метал, са врло ниском тачком топљења од 156,60 °C.[12] Нижу тачку топљења од индијума међу чистим (нелегираним) металима имају још само жива, галијум и већина алкалних метала. Индијум је у течном стању у веома великом температурном распону од готово 2000 °C. Течни индијум на стаклу трајно оставља танки слој (филм), који се веже на стакло. Сличну особину има и галијум.

Метал посједује веома велику дуктилност и веома малу тврдоћу (по Мосовој скали: 1,2).[13] Према томе, индијум, попут натријума, могуће је резати обичним ножем. Истовремено, индијум на папиру оставља уочљив траг. Испод критичне температуре од 3,41 K, индијум је суперпроводник.[14] Посебност индијума, коју дели са калајем, је карактеристичан звук који се може чути при савијању индијума (калајни врисак).

У нормалним условима околине, позната је само једна кристална модификација индијума, која се кристализује у тетрагоналном кристалном систему у I4/mmm те се тако кристализује у тетрагонално-унутрашње центрирану решетку са параметрима решетке a = 325 pm i c = 495 pm као и две формулске јединице у елементарној ћелији. Атом индијума у кристалној структури је окружен са 12 осталих атома, при чему четири потичу из суседних елементарних ћелија и имају мањи размак (325 pm, црвене везе на слици) од осам атома који су наслоњени на врховима елементарних ћелија атома (337 pm, зелене везе на слици).

Као координациони полиедар исказује се неправилни кубични октаедар кроз координациони број 4 + 8 = 12. Кристална структура стога се може описати као тетрагонална неправилна, кубне најгушће кугласто паковање. У експериментима са високим притисцима, откривена је још једна модификација индијума, која је стабилна под притиском изнад 45 GPa а кристализује се у орторомпском кристалном систему у просторну групу Fmmm.[15]

Хемијске

Хемијске особине индијума доста су сличне онима код његових комшија из групе, галијума и талијума. Тако је индијум, као и друга два елемента, неплеменити метал, који при високим температурама може реаговати са многим неметалима. Изложен ваздуху, на собној температури је стабилан, јер, попут алуминијума, на његовој површини ствара се густи слој оксида који путем пасивизације штити материјал од даљње оксидације. Тек при вишим температурама одвија се реакција којом настаје индијум(III) оксид.

Иако индијум могу нападати минералне киселине као што је сумпорна или азотна киселина, он није растворљив у врелој води, базама и већини органских киселина. Такође ни слана (морска) вода не напада индијум. При собној температури, индијум је најбоље растворљив метал у живи.[16]

Изотопи

Познато је 38 различитих изотопа индијума и још 45 нуклеарних изомера почев од 97In до 135In.[17] У природи постоје само два изотопа, 113In са 64 неутрона и заступљеношћу од 4,29% и 115In (66 неутрона) који има удео од 95,71%[17] у природној изотопској смеси. Чешћи изотоп, 115In, је благо радиоактиван. Распада се врло споро бета-распадом, са временом полураспада од 4,41 · 1014 година. Тако на пример килограм индијума има активност од 250 бекерела. Оба природна изотопа индијума могу се доказати уз помоћ НМР спектроскопије. Најстабилнији вештачки изотопи су 111In и 114mIn који имају време полураспада од неколико дана, док се половина изотопа 113mIn распадне за око 1,5 сат. Изотопи 111In и 113mIn користе се у медицинској дијагностици за поступке добијања слика (попут сцинтиграфије и SPECT методи).[18][19]

Распрострањеност

Индијум је релативно редак елемент, његов удео у континенталној Земљиној кори износи само 0,05 ppm.[20] Успоређен с другим елементима, његова количина се може мерити количином сребра или живе. У самородном облику, тј. елементарној форми, индијум је до данас (стање 2014) пронађен на само неколико места на Земљи. Као тип локалитета при томе вреде налазишта руда тантала код Оловјанаје у руској Забајкалској регији. Осим тамо, самородни индијум се, између осталог, може пронаћи још у рудном пољу Перзанскоје у украјинској Житомирској области и у узбекистанској провинцији Ташкент у Чаткалском горју, а пронађен је и у пробама тла са Месеца.[21]

Минерали који садрже индијум су врло ретки и до данас (према подацима из 2014. године) познато је само 13 таквих минерала. То су углавном сулфидни минерали попут индита FeIn2S4, лафоретита AgInS2 и роквесита CuInS2, као и у минерали који се убрајају у минерале елемената, као што су природне легуре дамиаоит PtIn2 i јиксунит Pt3In.[22] Међутим, такви облици су веома ретки и за добијање индијума не играју никакву улогу.

Највеће залихе индијума налазе се у рудама цинка, нарочито сфалерита. Теоретске резерве су процењене на око 16.000 тона, али је од тога економски исплативо око 11.000 тона.[23] Највећа налазишта налазе се у Канади, Кини и Перуу. Руде са садржајем индијума пронађене су и у Аустралији, Боливији, Бразилу, Јапану, Русији, Јужноафричкој Републици, САЂу, Авганистану и неким европским државама. У Немачкој, на пример, пронађене су у Рудном горју, те на Рамелсбергу у горју Харц.[9]

Референце

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Mangum, B. W. (1989). „Determination of the Indium Freezing-point and Triple-point Temperatures”. Metrologia. 26 (4): 211. Bibcode:1989Metro..26..211M. doi:10.1088/0026-1394/26/4/001. 
  3. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 17. 01. 2021. 
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  7. ^ Holleman A. F.; Wiberg E; Wiberg Nils (1985). „Cadmium”. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на језику: немачки) (102 изд.). Walter de Gruyter. стр. 1056—1057. ISBN 978-3-11-007511-3. 
  8. ^ Die stofflichen Grenzen des Wachstums. Pressespiegel Physik der Uni Augsburg, pristupljeno 26. oktobra 2015.
  9. ^ а б Ulrich Schwarz-Schampera; Peter M. Herzig (2002). Indium: Geology, mineralogy, and economics. Berlin, New York: Springer. ISBN 3-540-43135-7. 
  10. ^ а б Mineral Commodity Profile: Indium der usgs mineral resources (engl.; PDF).
  11. ^ J. Graham, A. Moore, G. V. Raynor: The effect of temperature on the lattice spacings of indium. u: Journal of the Institute of Metals. 84, 1954, str. 86–87.
  12. ^ H. Preston-Thomas, The International Temperature Scale of 1990 Архивирано 2012-07-11 на сајту Wayback Machine (ITS-90) u: Metrologia, 1990, 27, 3–10
  13. ^ Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 
  14. ^ Fizičke osobine indija na stranici www.webelements.com.
  15. ^ K. Takemura, H. Fujihaza: High-pressure structural phase transition in indium. u: Physical Review, Serie 3. B – Condensed Matter. 47, 1993, str. 8465–8470.
  16. ^ Wilhelm Morawiez (1964). Herstellung von hochreinem Indium durch Amalgam–Elektrolyse. u: Chemie Ingenieur Technik – CIT. , 36, 4.
  17. ^ а б G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties Архивирано на сајту Wayback Machine (23. септембар 2008) (PDF). u: Nuclear Physics. vol. A 729, 2003, str. 3–128.
  18. ^ J. A. Burdine (1. 9. 1969). „Indium-113m radiopharmaceuticals for multipurpose imaging”. Radiology. 93 (3): 605—610. ISSN 0033-8419. PMID 5822736. doi:10.1148/93.3.605. 
  19. ^ M. L. Thakur (1977). „Gallium-67 and indium-111 radiopharmaceuticals”. The International journal of applied radiation and isotopes. 28 (1-2): 183—201. ISSN 0020-708X. PMID 67094. 
  20. ^ K. H. Wedepohl: The composition of the continental crust. u: Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995, 59, 7, 1217–1232.
  21. ^ indij na stranici www.mindat.org, pristupljeno 27. oktobra 2015.
  22. ^ Webmineral - Indium, Elementinformationen und Mineralliste.
  23. ^ Indium na stranici USGS mineral resources (2009) (PDF).

Литература

Спољашње везе

Индијум на Викимедијиној остави.

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!