Indiummetalli: kuvaus, ominaisuudet ja sovellukset

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Indium-alkuaineella on monia hyödyllisiä ominaisuuksia, joiden ansiosta sitä voidaan käyttää avaruustutkimuksessa, tekniikassa, elektroniikassa, ydinteollisuudessa ja muilla teollisuudenaloilla. Sitä on kuitenkin erittäin vaikea löytää luonnosta ja erottaa muista aineista. Tästä syystä se on listattu harvinaiseksi elementiksi. Mitkä ovat indiumin ominaisuudet? Onko se metallia vai ei-metallia? Katsotaanpa kaikki sen ominaisuudet.

Elementtien löytöhistoria

Indium löydettiin ensimmäisen kerran vasta 154 vuotta sitten. Osittain tämä tapahtui sattum alta, koska sen löytäjät etsivät täysin erilaista elementtiä. Vuonna 1863 kemistit Theodor Richter ja Ferdinand Reich yrittivät havaita talliumia mineraalisfaleriitista (sinkkiseos), joka oli tuolloin uusi metalli, jota ei ollut vielä tutkittu.

Hakussaan he käyttivät Kirchhoffin ja Bunsenin spektrianalyysiä. Menetelmän ydin on, että kun alkuaineiden atomit kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin, ne alkavat säteillä tiettyä taajuusaluetta vastaavaa valoa. Tämän hehkun spektrin perusteella voit selvittää, millainen elementti on edessäsi.

Talliumilla pitäisi olla kirkkaan vihreä väri, mutta tutkijat ovat löytäneet sen sijaan sinisen hehkun. Millään tunnetulla alkuaineella ei ollut tällaista spektriä, ja kemistit ymmärsivät senhe olivat onnekkaita. Sävyn erityispiirteiden vuoksi he nimesivät löytönsä indigovärin mukaan. Ja niin uusi metalli, indium, löydettiin. Ja nyt tarkemmin ominaisuuksista.

Mikä tämä metalli on?

Indium on kevyen hopeanhohtoinen ja erittäin kiiltävä metalli, joka muistuttaa sinkkiä. Jaksottaisessa järjestelmässä se kuuluu kolmanteen ryhmään, on numero 49 ja on merkitty symbolilla In.

Se esiintyy luonnossa kahtena isotooppina: In¹¹³ ja In¹¹⁵. Jälkimmäinen on yleisempi, mutta radioaktiivinen. Mikä on metallin indium 115:n jakso? Se hajoaa 6·10^{14 vuodessa muuttuen tinaksi. On myös noin 20 keinotekoista isotooppia, jotka hajoavat paljon nopeammin. Pisimmillään niistä puoliintumisaika on 49 päivää.}

Indium sulaa +156,5 °C:ssa ja kiehuu +2072 °C:ssa. Se soveltuu helposti takomiseen ja muihin mekaanisiin vaikutuksiin ja sitä voitaisiin hyvin käyttää koruissa. Suuren pehmeytensä vuoksi se kuitenkin muotoutuu nopeasti. Metallia voidaan helposti taivuttaa, leikata veitsellä ja jopa naarmuttaa kynsillä.

Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisilta ominaisuuksiltaan se on samanlainen kuin gallium tai alumiini. Se ei voi muodostaa jatkuvia kiinteitä sidoksia minkään metallin kanssa. Se ei reagoi lainkaan alkaliliuosten kanssa. Tietyissä lämpötiloissa se reagoi jodin, seleenin, rikin ja sen dioksidin kanssa, reagoi kloorin ja bromin kanssa. Sitä ympäröivät metallit jaksollisessa järjestelmässä liukenevat helposti indiumiin, nimittäin:tallium, tina, gallium, lyijy, vismutti, elohopea, kadmium.

Mielenkiintoisia faktoja Intian metallista:

• Se ei haalistu, vaikka olisit pitkään ilmassa. Tätä ei tapahdu myöskään metallin sulaessa.
• Jos alat taivuttaa indiumia, siitä kuuluu ominainen ääni, joka muistuttaa narinaa. Se ilmenee aineen kidehilan muodonmuutoksesta.
• Indium palaa +800 °C:ssa, liekki on sinivioletti tai indigo.
• Tämä on pehmein metalli, jota voit pitää käsissäsi. Vain litium ylittää sen, mutta se on liian aktiivinen ja hapettuu välittömästi ilmassa muodostaen myrkyllisen alkalin.
• Indiumin ja galliumin seos on hyvin sulavaa ja muuttuu nestemäiseksi jo +16 °C:ssa.

Sisältyy luonnossa

Metallindium ei muodosta itsenäisiä kerrostumia. Se on hyvin hajallaan ja erittäin harvinainen kimpaleina. Indiumin omia mineraaleja ovat sakuraniitti, roksiitti, patrukiitti ja jalindiitti. Niiden harvinaisuus estää kuitenkin niiden käytön teollisuudessa.

Pieni määrä indiumia löytyy meri- ja sadevedestä, öljystä ja myös kivihiilen tuhkasta. Ionisäteiden samank altaisuuden vuoksi indium kykenee integroitumaan raudan, magnesiumin, sinkin, lyijyn, magnesiumin, tinan jne. kidehiloihin. Tästä johtuen sitä löytyy joskus niiden mukana pieni määrä.

Indiumin pitoisuus mineraaleissa ei yleensä ylitä 0,05-1 %. Suurin osa metallista löytyy sfaleriitistä ja marmariitista. Yleensä sepitoisuus on sitä suurempi, mitä enemmän sinkkiä, rautaa ja muita metalleja on jo mainittu.

Metallin hinta

Indium eristettiin puhtaassa muodossaan vain muutama vuosi löydön jälkeen. Tämän prosessin monimutkaisuuden vuoksi yhden gramman indiumin arvoksi arvioitiin noin 700 dollaria. Ja vaikka menetelmät sen saamiseksi ovat parantuneet merkittävästi puolentoista vuosisadan aikana, sitä pidetään edelleen harvinaisena ja kalliina.

Nykyään sen keskihinta on 600-800 dollaria kilolta, eikä se yllättäen juurikaan putoa tuotannon lisääntyessä. Metallin puhtaus ilmoitetaan yleensä sen merkinnöissä: IN-2, IN-1, IN-0, IN-00, IN-000, IN-00000. Mitä enemmän nollia, sitä parempi ja kalliimpi se on. Esimerkiksi IN-000-luokan indiumin arvo on noin 2 000 dollaria kilogramm alta.

Indiummetallin korkea hinta selittyy sen alhaisella pitoisuudella luonnossa ja suurella kysynnällä. Louhitaan 600-800 tonnia vuodessa, mikä ei todellakaan kata kaikkia sen tarpeita. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta se osoittautuu paljon paremmaksi ja kestävämmäksi kuin muut, halvemmat metallit. Jotta näin arvokasta materiaalia ei menetettäisi, sitä käytetään monissa maissa uudelleen.

Sovelletaan

Metalli-indium lisää lejeeringin kostuvuutta ja korroosionkestävyyttä. Ne on päällystetty lyijy-hopealaakereilla, joita käytetään lento- ja autotekniikassa. Se pystyy myös alentamaan muiden metallien sulamispistettä. Joten sen seos tinan, lyijyn, kadmiumin ja vismutin kanssa sulaa46,5 °C:ssa, joten se soveltuu palohälyttimiin.

Indiumtinaoksidia käytetään puolijohteisiin ja erilaisiin juotteisiin. Lisäksi sitä käytetään tietokonenäyttöjen, TV-näyttöjen ja tablettien valmistukseen. Seostettuna hopeaan tai yksinään sitä käytetään tähtitieteellisiin peileihin ja autojen ajovalojen peileihin.

Se sopii erinomaisesti valokennojen, fosforien, lämpösähköisten materiaalien ja tiivisteiden luomiseen avaruusteknologiassa. Indium imee hyvin neutroneja ja sitä voidaan käyttää ydinreaktoreissa.

Tämän alkuaineen biologisesta roolista kehossamme ei tiedetä mitään, mutta sitä on käytetty myös lääketieteessä. Sitä käytetään radioaktiivisena lääkkeenä maksan, aivojen ja keuhkojen diagnosoinnissa kasvainten ja muiden sairauksien havaitsemiseen.

Hankintamenetelmät

Pääosa indiummetallista louhitaan sinkki- ja tinaesiintymistä. Sitä saadaan polymetalli-, tina-, lyijy-sinkkimalmien prosessoinnin jätteistä. Indiumin erotus ja puhdistus suoritetaan useissa vaiheissa.

Ensin se saostetaan säätämällä liuoksen happamuutta. Tuloksena oleva "musta metalli" on sitten puhdistettava. Tämä tehdään vyöhykesulatuspuhdistuksella tai muilla tavoilla.

Kanada on nykyään yksi Intian tärkeimmistä tuottajista. Sen lisäksi suuria määriä metallia louhitaan Yhdysvalloissa, Kiinassa, Japanissa ja Etelä-Koreassa. Osakkeita kuitenkinTämän elementin määrä on hyvin rajallinen, niiden odotetaan loppuvan muutaman vuosikymmenen kuluessa.