Ind jest błyszczącym srebrzystym metalem, który jest tak miękki i plastyczny, że można go zarysować paznokciem i wygiąć w niemal dowolny kształt. W naturze ind jest dość rzadki i prawie zawsze występuje jako pierwiastek śladowy w innych minerałach - szczególnie w cynku i ołowiu - z których zwykle otrzymuje się go jako produkt uboczny. Według Royal Society of Chemistry szacunkowa liczebność skorupy ziemskiej wynosi 0,1 części na milion (ppm) - nieco więcej niż srebro czy rtęć.
Ind ma niską temperaturę topnienia metalu: 313,9 stopni Fahrenheita (156,6 stopni Celsjusza). Przy czymkolwiek powyżej tej temperatury pali się fioletowym lub indygo. Nazwa indu pochodzi od genialnego światła indygo, które pokazuje w spektroskopie.
Tylko fakty
- Liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 49
- Symbol atomowy (na układzie okresowym pierwiastków): W
- Masa atomowa (średnia masa atomu): 114.8.8
- Gęstość: 7,31 gramów na centymetr sześcienny
- Faza w temperaturze pokojowej: stała
- Temperatura topnienia: 313,88 stopni F (156,6 stopni C)
- Temperatura wrzenia: 3 761,6 F (2 072 C)
- Liczba izotopów (atomów tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów): 35, których okres półtrwania jest znany; 1 stajnia; 2 naturalnie występujące
- Najczęstszy izotop: In-115
Odkrycie
Ind odkrył w 1863 r. Niemiecki chemik Ferdinand Reich w Freiberg School of Mines w Niemczech. Reich badał próbkę mieszanki cynku i minerałów, która, jak sądził, może zawierać niedawno odkryty pierwiastek talu. Po upieczeniu rudy w celu usunięcia większości siarki nałożył kwas chlorowodorowy na pozostałe materiały. Następnie zauważył pojawienie się żółtawej substancji stałej. Podejrzewał, że może to być siarczek nowego pierwiastka, ale ponieważ był ślepy na kolory, poprosił innego niemieckiego chemika Hieronima T. Richtera o zbadanie spektrum próbki. Richter zauważył jaskrawą fioletową linię, która nie pasowała do linii widmowej żadnego znanego elementu.
Pracując razem, dwaj naukowcy wyizolowali próbkę nowego pierwiastka i ogłosili jego odkrycie. Nazwali nowy element indem, od łacińskiego słowa indicum, co oznacza fiolet. Niestety, ich związek stał się kwaśny, gdy Reich dowiedział się, że Richter twierdził, że jest odkrywcą, zgodnie z Royal Society of Chemistry (RSC).
Używa
Ponad sto lat po odkryciu indu pierwiastek wciąż pozostawał w względnej tajemnicy, ponieważ nikt nie wiedział, co z nim zrobić. Dzisiaj ind ma kluczowe znaczenie dla światowej gospodarki w postaci tlenku indowo-cynowego (ITO). Wynika to z faktu, że ITO pozostaje najlepszym materiałem do zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na wyświetlacze LCD (wyświetlacze ciekłokrystaliczne) w ekranach dotykowych, telewizorach płaskich i panelach słonecznych.
ITO ma kilka właściwości, które sprawiają, że jest idealny do wyświetlaczy LCD i innych płaskich wyświetlaczy: Jest przezroczysty; przewodzi prąd; mocno przylega do szkła; jest odporny na korozję; i jest chemicznie i mechanicznie stabilny.
ITO jest również powszechnie stosowane do wykonywania cienkich powłok na szkło i lustra. Na przykład, po pokryciu szyb przednich samolotów lub samochodów, ITO pozwala na odladzanie lub odparowywanie szkła i może zmniejszyć wymagania dotyczące klimatyzacji.
Według RSC rosnący popyt na wyświetlacze LCD znacznie podniósł ceny indu w ostatnich latach. Jednak recykling i wydajność produkcji pomogły stworzyć dobrą równowagę między podażą a popytem.
Zgodnie z RSC ind jest powszechnie stosowany do produkcji stopów i jest często określany jako „witamina metalowa”, co oznacza, że niewielkie poziomy indu mogą mieć drastyczną różnicę w stopie. Na przykład dodanie niewielkich ilości indu do złota i stopów platyny czyni je znacznie trudniejszymi. Stopy indu są używane do powlekania łożysk szybkich silników i innych powierzchni metalowych. Jego niskotopliwe stopy są również stosowane w głowicach tryskaczy, ogniwach przeciwpożarowych i wtyczkach topliwych.
Metal indowy jest niezwykle miękki i ciągliwy w bardzo niskich temperaturach, co czyni go idealnym do stosowania w narzędziach potrzebnych w ekstremalnie niskich temperaturach, takich jak pompy kriogeniczne i systemy wysokiego podciśnienia. Kolejną wyjątkową cechą jest lepkość, dzięki czemu jest bardzo przydatny jako lut.
Ind stosuje się w produkcji różnych urządzeń elektrycznych, takich jak prostowniki (urządzenia przetwarzające prąd przemienny na bezpośredni), termistory (rezystor elektryczny zależny od temperatury) i fotoprzewodniki (urządzenia, które zwiększają przewodność elektryczną pod wpływem światła).
Źródło i obfitość
Ind rzadko występuje w naturze w połączeniu i zwykle występuje w rudach cynku, żelaza, ołowiu i miedzi. Według US Geological Survey (USGS) jest 61 najczęstszym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej i około trzy razy więcej niż srebro lub rtęć. Szacuje się, że stanowi około 0,1 części na milion (ppm) w skorupie ziemskiej. Według Chemicool, ind szacuje się na 250 części na miliard (ppb). Naturalny ind jest mieszaniną izotopów I-115 (95,72 procent) i I-113 (4,28 procent), zgodnie z Encyclopaedia Britannica.
Większość komercyjnego indu pochodzi z Kanady i wynosi około 75 ton rocznie. Zapasy tego metalu szacuje się na ponad 1500 ton. Według Lenntech gleby uprawne okazują się czasem bogatsze w ind niż gleby nieuprawiane, a niektóre poziomy sięgają nawet 4 ppm.
Kto wiedział?
- Indium metal wydaje wysoki krzyk, gdy jest zgięty. Podobnie jak „cyna płacz”, ten krzyk brzmi bardziej jak trzaskający dźwięk.
- Ind jest podobny do galu, ponieważ łatwo zwilża szkło i jest bardzo przydatny do wytwarzania stopów o niskiej temperaturze topnienia. Stop składający się z 24 procent indu i 76 procent galu jest ciekły w temperaturze pokojowej.
- Według USGS pierwszą aplikacją indu na dużą skalę była powłoka łożysk w silnikach lotniczych o wysokich osiągach podczas II wojny światowej.
- Według Lenntecha próbki nieskomplikowanego indu metalu znaleziono w regionie Rosji.
Lepsze baterie
Według badań opublikowanych w czasopiśmie Angewandte Chemie powłoka indowa może pewnego dnia doprowadzić do powstania mocniejszych i trwalszych akumulatorów litowych. Powłoka indowa zapewniałaby bardziej równomierne osadzanie litu podczas ładowania, buforowała wszelkie negatywne reakcje uboczne i zwiększała przechowywanie.
Akumulator litowo-jonowy to rodzaj akumulatora powszechnie stosowanego w technologiach przenośnych, takich jak telefony komórkowe i laptopy. Podczas rozładowania jony litu przemieszczają się z elektrody ujemnej (anody) do elektrody dodatniej (katody). Podczas ładowania akumulatora jony litu przemieszczają się w przeciwnym kierunku - elektroda ujemna staje się katodą, a elektroda dodatnia staje się anodą.
Obecnie akumulatory litowo-jonowe wykorzystują anody wykonane z grafitu, które służą do przechowywania litu podczas ładowania akumulatora. Obiecującą alternatywą dla zastosowania grafitu byłyby anody metaliczne - takie jak lit metaliczny - które mogłyby zaoferować znacznie większą pojemność. Jednak głównym problemem przy stosowaniu metalicznych anod jest nierówne osadzanie metalu podczas ładowania akumulatora. Prowadzi to do powstawania dendrytów (masa krystaliczna o rozgałęzionej strukturze drzewiastej). Po długim użytkowaniu dendryty stają się tak duże, że powodują zwarcie baterii.
Innym problemem związanym z anodami metalowymi jest to, że powodują niepożądane reakcje uboczne między reaktywnymi elektrodami metalowymi a elektrolitem (materiał, który umożliwia przepływ prądu między elektrodami dodatnimi i ujemnymi). Reakcje te mogą znacznie skrócić żywotność baterii.
Naukowcy z Rensselaer Polytechnic Institute i Cornell University wprowadzili nową alternatywę: powlekanie litu roztworem soli indu. Warstwa indu jest jednorodna i samolecząca się, gdy elektroda jest w użyciu. Jego skład chemiczny pozostaje taki sam i pozostaje nienaruszony podczas cykli ładowania / rozładowania, zapobiegając reakcjom ubocznym, zgodnie z komunikatem prasowym z badań opublikowanym w Science Daily. Dendryty są również eliminowane, dzięki czemu powierzchnia pozostaje gładka i zwarta.
