INDIUM: OBJEV, STRUKTURA, VLASTNOSTI, IZOTOPY, POUŽITÍ, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Indium je kov patřící do skupiny 13 periodické tabulky prvků a má chemický symbol v. Její atomové číslo je 49, ₄₉ In a vyskytuje se v přírodě jako dva izotopy: ¹¹³ In a ¹¹⁵ In, přičemž druhý je nejhojnější. Atomy india se na Zemi nacházejí jako nečistoty v zinečnatých a olovnatých minerálech.

Je to zvláštní kov, protože je to nejměkčí, kterého se lze dotknout bez mnoha zdravotních rizik; na rozdíl od lithia a rubidia, které by při reakci s jejich vlhkostí pokožku hrozně spálily. Kousek india může být řezán nožem a zlomen silou prstů, čímž se vytvoří výrazná trhlina.

Kus kovového india. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvků

Každý, kdo slyší toto kovové jméno, určitě přijde na mysl v Indii, ale jeho jméno pochází z indigové barvy, která je pozorována při provádění testu plamene. V tomto smyslu je to docela podobné draslíku, spalování jeho kovu nebo jeho sloučenin s velmi charakteristickým plamenem, skrz který byl indium poprvé detekován v sfaleritových minerálech.

Indium sdílí mnoho chemických vlastností s hliníkem a galliem, vyskytující se ve většině jeho sloučenin s oxidačním číslem +3 (In ³⁺). Skvěle se kombinuje se slitinami vytvářejícími gallium s nízkými body tání, z nichž jedna je galinstan.

Použití india je založeno na povlakování materiálů jejich slitinami, díky čemuž jsou elektricky vodivé a flexibilní. Indián přikrývá brýle, aby jim dodal větší lesk a nahradil stříbro. Ve světě technologie se Ind nachází v LCD a dotykových obrazovkách.

Objev

V roce 1863 německý chemik Ferdinand Reich hledal stopy elementárního thallia skrz zelenou linii emisního spektra v zinkových minerálech; konkrétně vzorky sfaleritu (ZnS) z celého Saska. Po pečení minerálů, odstranění obsahu síry, jejich štěpení v kyselině chlorovodíkové a oddestilování chloridu zinečnatého získal slámově zbarvenou sraženinu.

S ohledem na objev se Reich rozhodl provést spektroskopickou analýzu; ale protože neměl dobré oči, aby pozoroval barvy, obrátil se se svým kolegou Hieronymusem Theodorem Richterem na pomoc v tomto úkolu. Richter byl ten, kdo pozoroval namodralou spektrální linii, která se neshodovala se spektrem jiného prvku.

Dva němečtí chemici čelili novému prvku, který byl nazýván indický kvůli indigové barvě plamene, když byly jeho sloučeniny spáleny; a na druhé straně název této barvy pochází z latinského slova indicum, což znamená Indie.

O rok později, v roce 1864, nadšeni a po delší sérii srážení a čištění, izolovali vzorek kovového india elektrolýzou jeho rozpuštěných solí ve vodě.

Struktura indiánů

Atomy india, In, se spojí pomocí jejich valenčních elektronů k vytvoření kovové vazby. Nakonec jsou uspořádány v krystalu zaměřeném na tělo se zkreslenou tetragonální strukturou. Interakce mezi sousedními atomy In-In v krystalu jsou relativně slabé, což vysvětluje, proč má indium nízkou teplotu tání (156 ° C).

Na druhé straně síly, které spojují dva nebo více krystalů india, nejsou také silné, jinak by se nepohybovaly nad sebou a dodávaly kovu jeho charakteristickou měkkost.

Vlastnosti

Fyzický vzhled

Je to pozoruhodně měkký stříbrný kov. Lze ji roztrhnout tlakem nehtu, řezat nožem nebo poškrábat v lesklých liniích na listu papíru. Je dokonce možné žvýkat a deformovat je zuby, pokud je zploštělý. Rovněž je velmi tažný a poddajný, má plastové vlastnosti.

Když je Indián zahříván foukačkou, vydává indigově zbarvený plamen, ještě jasnější a pestřejší než draslík.

Molární hmotnost

114,81 g / mol

Bod tání

156,60 ° C

Bod varu

2072 ° C

Stejně jako gallium má indium široký teplotní rozsah mezi teplotou tání a teplotou varu. To odráží skutečnost, že interakce In-In v kapalině jsou silnější než interakce, které převládají ve skle; a proto je snazší získat kapku india než její páry.

Hustota

Při pokojové teplotě: 7,31 g / cm ³

Hned na bodu tání: 7,02 g / cm ³

Elektronegativita

1,78 v Paulingově stupnici

Ionizační energie

První: 558,3 kJ / mol

Za druhé: 1820,7 kJ / mol

Třetí: 2704 kJ / mol

Tepelná vodivost

81,8 W / (m K)

Elektrický odpor

83,7 nΩm

Mohsova tvrdost

1,2. Je to jen o něco těžší než talek prášek (nezaměňujte tuhost s houževnatostí).

Reaktivita

Indium se rozpustí v kyselinách za vzniku solí, ale nerozpouští se v alkalických roztocích, dokonce ani s horkým hydroxidem draselným. Reaguje v přímém kontaktu se sírou, kyslíkem a halogeny.

Indium je relativně amfoterní, ale chová se spíše jako báze než kyselina, jeho vodné roztoky jsou mírně zásadité. V (OH) ₃ se znovu rozpustí s přidáním více alkálií, což vede ke vzniku komplexních indiatů, v (OH) ₄ ^-, jak se to děje s hlinitany.

Elektronická konfigurace

Elektronová konfigurace india je následující:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Z těchto třinácti elektronů jsou poslední tři z 5 a 5p orbitálů valenční elektrony. U těchto tří elektronů vytvoří atomy india svou kovovou vazbu, stejně jako hliník a gallium, a vytvoří kovalentní vazby s jinými atomy.

Oxidační čísla

Výše uvedené slouží k okamžitému naznačení, že indium je schopné ztratit své tři valenční elektrony nebo získat pět, aby se stalo isoelektronickým pro xenon vzácných plynů.

Pokud ve směsi předpokládáme, že ztratila své tři elektrony, zůstane jako trojmocný kation In ³⁺ (analogicky k Al ³⁺ a Ga ³⁺), a proto bude jeho oxidační číslo +3. Většina sloučenin india je v (III).

Mezi jinými oxidačními čísly nalezenými pro indium jsou: -5 (v ^5-), -2 (v ^2-), -1 (v ^-), +1 (v ⁺) a +2 (v ²⁺).

Některé příklady (i) jsou sloučeniny: InF vč, InBr, ini a V ₂ O. Všechny z nich jsou relativně vzácné sloučeniny, zatímco ti In (III) jsou ty, převládající: V (OH) ₃, V ₂ O ₃, z toho ₃, InF ₃, atd.

V (I) sloučeniny jsou silnými redukčními činidly, ve kterých In ⁺ daruje dva elektrony jiným druhům, aby se staly In ³⁺.

Izotopy

Indium se v přírodě vyskytuje jako dva izotopy: ¹¹³ In a ¹¹⁵ In, jejichž terestriální hojnost je 4,28% a 95,72%. Proto máme na Zemi mnohem více ¹¹⁵ atomů, než máme ¹¹³ atomů. ¹¹⁵ V má half - life of 4,41 × 10 ¹⁴ letech tak velký, že je téměř považována za stabilní, navzdory tomu, že radioizotop.

V současné době bylo vytvořeno celkem 37 umělých izotopů india, všechny radioaktivní a vysoce nestabilní. Ze všech je nejstabilnější ¹¹¹ In, což má poločas 2,8 dne.

Aplikace

Slitiny

Ind se s galliem velmi dobře vydají. Oba kovy tvoří slitiny, které se taví při nízkých teplotách a vypadají jako stříbrné kapaliny, kterými se rtuť v několika svých aplikacích nahrazuje. Rovněž indium se snadno amalgamuje a má rozpustnost v rtuti 57%.

Slitiny india se používají k navrhování stříbrných zrcadel bez potřeby stříbra. Když se nalije na povrch jakéhokoli materiálu, působí jako přilnavý, takže mohou být spojeny skleněné, kovové, křemenné a keramické desky.

elektronika

Bez indiánů by dotykové obrazovky nikdy neexistovaly. Zdroj: Pxhere.

Indium se dobře snáší také s germaniem, takže jeho sloučeniny jsou přidávány jako dopanty nitridu germania v LED, čímž z těchto směsí reprodukují modré, fialové a zelené světlo. Je také součástí tranzistorů, termistorů a fotovoltaických článků.

Nejdůležitější z jeho sloučenin je oxid india a cínu, který se používá jako povlak na brýle, aby odrážel některé vlnové délky. To umožňuje použití ve svařovacích brýlích a v mrakodrapu, takže se uvnitř uvnitř nezahřívají.

Brýle potažené tímto oxidem jsou dobrými vodiči elektřiny; jako je to z našich prstů. A proto je určen pro výrobu dotykových obrazovek, což je činnost, která je dnes ještě aktuálnější díky vzniku více a více chytrých telefonů.

Rizika

Indium nepředstavuje v první řadě žádné riziko pro životní prostředí, protože jeho ionty In ³⁺ nejsou šířeny ve značném množství. Neexistují žádné informace o tom, jaký by to mělo dopad na půdu, na rostliny a na faunu nebo moře.

V těle není známo, zda ionty In ³⁺ mají zásadní roli v metabolismu ve stopových množstvích. Po požití jsou však škodlivé pro různé orgány, proto jsou považovány za vysoce toxické látky.

Částice ITO (Indium Tin Oxide), nezbytné pro výrobu obrazovek pro počítače a smartphony, mohou mít ve skutečnosti negativní dopad na zdraví pracovníků, což způsobuje nemoc zvaná Indium plic.

K požití těchto částic dochází hlavně inhalací a kontaktem s kůží a očima.

Na druhé straně jsou jemné kovové částice india náchylné ke spalování a způsobují oheň, pokud jsou v blízkosti zdroje tepla.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Indium. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Dr. Doug Stewart. (2020). Fakta o indickém prvku. Obnoveno z: chemicool.com
4. Editors of Encyclopaedia Britannica. (20. ledna 2020). Indium. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Indium, fyzikální a chemické vlastnosti. In: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (eds) Encyklopedie metaloproteinů. Springer, New York, NY
6. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2020). Indium. PubChem Database., CID = 5359967. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Na co se Indium používá v každodenním životě? Studie. Obnoveno z: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV a Deddens, JA (2013). Použití a pracovní expozice indiu ve Spojených státech. Žurnál hygieny práce a životního prostředí, 10 (12), 723–733. doi: 10,1080 / 15459624.2013,836279