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Indio

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Indio
49 En
Georgia

En

Tl
cadmio ← → indio estaño
Apariencia
gris plateado brillante
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número indio, en, 49
Pronunciación / ɪ n d yo ə m / EN dee-əm
Categoría metálico metálica posterior a la transición
Grupo, período, bloque 13, 5, p
Peso atómico estándar 114.818
Configuración electrónica [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1
2, 8, 18, 18, 3
Capas de electrones de indio (2, 8, 18, 18, 3)
Historia
Descubrimiento Ferdinand Reich y Hieronymus Theodor Richter (1863)
Primer aislamiento Hieronymus Theodor Richter (1867)
Propiedades físicas
Fase sólido
Densidad (cerca rt) 7,31 g · cm -3
Líquido densidad en mp 7,02 g · cm -3
Punto de fusion 429.7485 K , 156.5985 ° C, 313.8773 ° F
Punto de ebullicion 2345 K, 2072 ° C, 3762 ° F
Calor de fusión 3,281 kJ · mol -1
El calor de vaporización 231.8 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar 26.74 J · mol -1 · K -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en T (K) 1196 1325 1485 1690 1962 2340
Propiedades atómicas
Estados de oxidación 3, 2, 1 ( óxido anfótero)
Electronegatividad 1,78 (escala de Pauling)
Energías de ionización Primero: 558.3 kJ · mol -1
Segundo: 1820,7 kJ · mol -1
Tercero: 2704 kJ · mol -1
Radio atómico 167 pm
Radio covalente 142 ± 17:00
Van der Waals radio 193 pm
Miscelánea
Estructura cristalina tetragonal
El indio tiene una estructura de cristal tetragonal
Ordenamiento magnético diamagnético
La resistividad eléctrica (20 ° C) 83,7 nΩ · m
Conductividad térmica 81,8 W · m -1 · K -1
Expansión térmica (25 ° C) 32,1 m · m -1 · K -1
Velocidad del sonido (varilla delgada) (20 ° C) 1215 m · s -1
El módulo de Young 11 GPa
Dureza de Mohs 1.2
Dureza Brinell 8,83 MPa
Número de registro del CAS 7440-74-6
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de indio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP
113 En 4,3% 113 En es estable con 64 neutrones
115 En 95,7% 4,41 × 10 14 y β - 0,495 115 Sn

El indio es un elemento químico con el símbolo A y número atómico 49. Esta rara, muy suave, maleable y fácil fusible metálica posterior a la transición es químicamente similar a la de galio y talio , y muestra propiedades intermedias entre estos dos. El indio se descubrió en 1863 y nombrado para el añil línea azul en su espectro que fue el primer indicio de su existencia en los minerales de zinc, como un elemento nuevo y desconocido. El metal fue aislado por primera vez en el año siguiente. Minerales de cinc siguen siendo la principal fuente de indio, donde se encuentra en forma de compuesto. Muy rara vez el elemento se puede encontrar en forma de granos de metal nativo (gratis), pero estos no son de importancia comercial.

Principal aplicación actual del indio es formar electrodos transparentes de óxido de indio y estaño (ITO) en pantallas de cristal líquido y pantallas táctiles, y este uso determina en gran medida su producción minera mundial. Es ampliamente utilizado en películas delgadas para formar capas lubricadas (durante la Segunda Guerra Mundial que fue ampliamente utilizado para los rodamientos de la capa de alto rendimiento de aeronaves ). También se utiliza para la fabricación de aleaciones de punto particularmente bajo punto de fusión, y es un componente en algunas soldaduras libres de plomo.

El indio no se conoce para ser utilizado por cualquier organismo. De una manera similar a las sales de aluminio, indio (III) iones puede ser tóxico para el riñón cuando se administra por inyección, pero los compuestos de indio orales no tienen la toxicidad crónica de sales de metales pesados, probablemente debido a la mala absorción en condiciones básicas. Indio-111 radiactivo (en cantidades muy pequeñas en una base química) se utiliza en pruebas de medicina nuclear, como una radiotrazador para seguir el movimiento de las proteínas marcadas y células blancas de la sangre en el cuerpo.

Características

Físico

Indio mojar la superficie de vidrio de un tubo de ensayo

El indio es un muy suave, silvery- blanco, relativamente rara pobres de metal con un brillante lustre. Cuando se dobla, indio emite un tono alto " llorar ". Al igual que el galio , el indio es capaz de vidrio mojado. El indio tiene un bajo punto de fusión , 156.60 ° C (313.88 ° F); es más alta que la de su homólogo más ligero, galio , pero inferior a la del homólogo más pesado, talio . Su punto de ebullición es, sin embargo, moderado, siendo 2.072 ° C (3.762 ° F), que es mayor que la de talio, pero menor que la de galio, mostrando oposición a los puntos de fusión tendencia. La densidad de indio, 7,31 g · cm -3, es también mayor que la de galio, pero menor que la de talio.

Un átomo de indio tiene 49 electrones, que tiene una configuración electrónica de [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1. En sus compuestos, indio más comúnmente pierde sus tres electrones externos, convirtiéndose de indio (III) iones, En 3+, pero en algunos casos el par de electrones 5S puede permanecer dentro del átomo, indio así oxida sólo para indio (I), En +. Esto sucede debido a efecto de par inerte, que se produce debido a la estabilización de 5S-orbital debido a los efectos relativistas, que son más fuertes cerca de la parte inferior de la tabla periódica . talio muestra un efecto aún más fuerte, haciendo la oxidación de talio (I) más probable que al talio ( III), haciendo 1 más probable estado de oxidación .

Un número de potenciales de electrodo estándar, dependiendo de la reacción en estudio, se informó de indio:

-0.40 En 2 + + e - En ↔ +
-0.49 En 3+ + e - ↔ En 2+
-0.443 En 3+ + 2 e - En ↔ +
-0.3382 En 3+ + 3 e - En ↔
-0.14 En + + e - En ↔

Químico

El indio es una metálica posterior a la transición y químicamente, es el elemento intermedio entre su grupo de 13 vecinos de galio y talio . Muestra dos estados de oxidación principales, que son 1 y 3, con esta última la más estable, mientras que el único estado de oxidación común de galio es 3 y talio muestra 1 más probabilidades que 3, con talio (III) es un moderadamente fuerte agente oxidante, mientras que de indio (III) es estable y de indio (I) es un potente agente reductor.

El indio no reacciona con el agua, pero es oxidado por agentes oxidantes fuertes, tales como halógenos o ácido oxálico, para dar de indio (III) compuestos. No reacciona con boro , de silicio o de carbono , y el correspondiente boruro, siliciuro o carburo no se conocen. Del mismo modo, la reacción entre el indio y el hidrógeno no se ha observado, pero ambos de indio (I) y el indio (III) Se conocen hidruros.

El indio (III) óxido se forma a temperaturas calientes durante la reacción entre el indio y el oxígeno, con la llama azul. Es anfótero, es decir, que puede reaccionar con los ácidos y las bases. Su reacción con agua da como resultado de indio insoluble de hidróxido de (III), que también es anfótero, reaccionando con álcalis para dar indates (III) y con ácidos para dar de indio (III) sales:

En (OH) 3 + 2 NaOH → 2 Na [InO 2] + H 2 O
En (OH) 3 + 3 HCl → InCl3 + 3 H 2 O

La hidrólisis de indate sodio (III) da débil ácido indic, Hino 2. Fuera de indio común (III) sales, cloruro, sulfato y nitrato son solubles. En las soluciones de agua, En 3+ y [InO 2] - iones son hidrolizados para dar InOH 2+ y Hino 2 debido a carácter general anfótero de indio (III) iones. De indio (III) compuestos no son bien soluble, de manera similar a talio (III) compuestos; sin embargo, de indio (III) sales de ácidos fuertes, tales como cloruro, sulfato y nitrato son solubles, hidrolizando en soluciones de agua. El En 3+ ion es incoloro en solución debido a la ausencia de electrones desapareados en las conchas D- y f electrones.

Indio compuestos (I) no son tan comunes como el indio (III) queridos; sólo cloruro, bromuro, yoduro, sulfuro de ciclopentadienilo y están bien caracterizados. Indio (I) de sulfuro es el producto de reacción entre el indio y el azufre o el indio y el sulfuro de hidrógeno, y se puede recibir a 700-1000 ° C. Indio (I) de óxido de polvo negro se recibe en 850 ° C durante la reacción entre el indio y el dióxido de carbono o durante la descomposición de indio (III) óxido a 1.200 ° C. Cyclopentadienylindium (I), que fue el primer compuesto de organoindium (I) informó, es un polímero que consiste en cadenas en zigzag de alternando átomos de indio y complejos de ciclopentadienilo.

Con menor frecuencia, el indio muestra el estado de oxidación intermedio 2, que se encuentra entre los más comunes, sobre todo en haluros, en 2 x 4 y [En 2 X 6] 2-. Varios otros compuestos son conocidos para combinar indio (I) y el indio (III), como en I 6 (III En Cl 6) Cl 3, In I 5 (III En Br 4) 2 (III En Br 6), En I En III Br 4.

Isótopos

El indio se produce de forma natural en la Tierra sólo en dos nucleidos primordiales, indio-113 y indio-115. Fuera de estos dos, indio-115 constituye el 95,7% del total de indio pero es radiactivo, decayendo a estaño-115 a través de desintegración beta con una vida media de 4,41 × 10 14 años, cuatro órdenes de magnitud mayor que la edad del universo y casi 50.000 veces más que el de naturales torio . Esta situación es poco común entre los elementos químicos estables; sólo de indio, telurio , y renio se han demostrado tener más abundantes isótopos que son radiactivos. El isótopo natural, menos común de indio, indio-113, es estable.

El indio tiene 39 isótopos conocidos, que van en masa entre 97 y 135. Sólo uno de ellos es estable y tiene una vida media superior a 10 14 años; el más estable otro isótopo de indio es indio-111, que tiene la vida media de aproximadamente 2,8 días. Todos los otros isótopos tienen una vida media más corta de 5 horas. El indio también tiene 47 estados de la meta, de los cuales indio-114m1 es la más estable, siendo más estable que el estado fundamental de cualquier isótopo de indio, con excepción de los primordiales.

Creación y ocurrencia

cuadrados amarillos con flechas rojas y azules
El proceso s actuando en el intervalo de plata de antimonio .

El indio se creó a través de la larga duración, (hasta miles de años), s-proceso en estrellas de baja masa-media (que varían en masa entre 0,6 y 10 masas de Sun ). Cuando un átomo de plata-109, que comprende aproximadamente la mitad de toda la plata en la existencia, atrapa un neutrón, se somete a un desintegración beta para convertirse en cadmio-110. La captura de neutrones más, se convierte en cadmio-115, que se desintegra al indio-115 a través de otro desintegración beta. Esto explica por qué el isótopo radiactivo predomina en abundancia en comparación con la estable.

El indio es 61º elemento más abundante en la corteza terrestre en aproximadamente 49 ppb, lo indio aproximadamente tan abundante como el mercurio . Menos de 10 minerales de indio son conocidos, tales como dzhalindite (En (OH 3)) y indite (FEIN 2 S 4), pero ninguna de ellas se produce en depósitos significativos.

Basándose en el contenido de indio en las existencias de mineral de zinc, hay una base de reservas a nivel mundial de aproximadamente 6000 toneladas de indio económicamente viable. Sin embargo, el indio Corporation, el mayor procesador de indio, afirma que, sobre la base del aumento de los rendimientos de recuperación durante la extracción, la recuperación de una gama más amplia de los metales básicos (incluyendo estaño, cobre y otros depósitos polimetálicos) y nuevas inversiones mineras, la larga suministro -término de indio es sostenible, confiable y suficiente para satisfacer la creciente demanda futura.

Esta conclusión puede ser razonable teniendo en cuenta que la plata, que es un tercio tan abundante como el indio en la corteza terrestre, se encuentra actualmente explotada en aproximadamente 18.300 toneladas por año, lo cual es 40 veces mayor que la velocidad de explotación de indio actuales.

Historia

En 1863, los químicos alemanes Ferdinand Reich y Hieronymus Theodor Richter estaban probando los minerales de las minas alrededor Freiberg, Sajonia. Se disuelven los minerales de pirita , arsenopirita, galena y esfalerita en ácido clorhídrico y crudo destilado cloruro de zinc . Como se sabía que los minerales de esa región a veces contienen talio que buscaron líneas de emisión verdes con espectroscopia. Las líneas verdes estaban ausentes, pero una línea azul estuvo presente en el espectro. Como elemento no era conocido con una emisión azul brillante concluyeron que un nuevo elemento estaba presente en los minerales. Nombraron el elemento con la línea azul indio espectral, desde el el color índigo se ve en su espectro. Richter fue a aislar el metal en 1864. Al Feria Mundial de 1867 un lingote de 0,5 kg (1,1 libras) se presentó.

En 1924, se encontró que de indio tener una habilidad valiosa para estabilizar metales no ferrosos, que fue el primer uso importante para el elemento. Hubo que esperar hasta 1936 para la Oficina de Minas de EE.UU. a la lista de indio como una mercancía, e incluso a principios de la década de 1950 eran conocidos sólo aplicaciones muy limitadas para el indio, el más importante de los cuales fue hacer diodos y los cojinetes de recubrimiento para motores de aviones de emisión de luz durante la Segunda Guerra Mundial . El inicio de la producción de semiconductores que contienen indio iniciadas en 1952. El desarrollo y el uso generalizado de las barras de control nuclear contienen indio aumento de la demanda durante la década de 1970, y el uso de óxido de indio y estaño en pantallas de cristal líquido se incrementaron y se convirtieron en la principal aplicación para 1992 .

Producción

La falta de depósitos de minerales de indio y el hecho de que el indio se enriquece en sulfidic plomo , estaño , cobre , hierro y predominantemente en zinc depósitos, hace que la producción de zinc la principal fuente de indio. El indio es lixiviado de la escoria y el polvo de la producción de zinc. La purificación adicional se realiza mediante electrólisis . El proceso exacto varía con la composición exacta de la escoria y el polvo.

El indio se produce principalmente de los residuos generados durante el zinc de procesamiento de mineral, pero también se encuentra en el hierro , plomo y cobre de minerales. China es un productor líder de indio. La Teck Cominco refinería en Trail, Columbia Británica, es un gran productor única fuente de indio, con una producción de 32,5 toneladas en 2005, 41,8 toneladas en 2004 y 36,1 toneladas en 2003. Propiedad Malku Khota Sur American Silver Corporation en Bolivia es un gran recurso de indio con un recurso indicado de 1.481 toneladas y recursos inferidos de 935 toneladas. Mina de Mount Pleasant de Adex Mining Inc. en New Brunswick, Canadá, contiene algunos de los recursos totales conocido indio del mundo.

La cantidad de indio consumido es en gran medida una función de todo el mundo Fabricación de pantallas LCD. La producción mundial es actualmente de 475 toneladas por año a partir de la minería y otras 650 toneladas por año de reciclaje. La demanda ha aumentado rápidamente en los últimos años con la popularidad de los monitores de ordenador y televisores LCD, que ahora representan el 50% del consumo de indio. Aumento de la eficiencia de fabricación y reciclaje (especialmente en Japón ) mantienen un equilibrio entre la demanda y la oferta. De acuerdo con la El PNUMA, la tasa de reciclaje al final de la vida del indio es inferior al 1%. La demanda aumentó a medida que el metal se utiliza en las pantallas LCD y televisores, y la oferta se redujo cuando un número de chinos mineras preocupaciones detuvo la extracción de indio de sus zinc relaves. En 2002, el precio era de US $ 94 por kilogramo. Los recientes cambios en la oferta y la demanda se han traducido en precios altos y fluctuantes de indio, que desde 2006 hasta 2009 oscilaron entre US $ 382 / kg a US $ 918 / kg.

Se ha estimado que hay menos de 20 años a la izquierda de los suministros de indio, con base en las tasas actuales de extracción, lo que demuestra la necesidad de adicional de reciclaje .

Aplicaciones

Una imagen magnificada de un Pantalla LCD que muestra píxeles RGB. Transistores individuales se ven como puntos blancos en la parte inferior.

La primera aplicación a gran escala para el indio era como recubrimiento para rodamientos de alto rendimiento de las aeronaves motores durante la Segunda Guerra Mundial . Después, la producción se incrementó gradualmente a medida que se encontraron nuevos usos en aleaciones fusibles, soldaduras, y la electrónica . En la década de 1950, se utilizaron diminutas cuentas de la misma para los emisores y colectores de PNP transistores de unión de aleación. En la década de 1980 mediados y finales, el desarrollo de fosfuro de indio semiconductores y de óxido de indio y estaño películas delgadas para pantallas de cristal líquido (LCD) despertaron mucho interés. Para 1992, la aplicación de capa fina se había convertido en el mayor uso final.

Electrónica

  • Óxido de indio (In 2 O 3) y óxido de indio y estaño (ITO) se utilizan como una transparente revestimiento conductor aplicado al vidrio sustratos en la fabricación de paneles electroluminiscentes.
  • Algunos compuestos de indio como antimoniuro indio, fosfuro de indio, y nitruro de indio son semiconductores con propiedades útiles.
  • El indio se utiliza en la síntesis del semiconductor seleniuro de cobre e indio galio (CIGS), que se utiliza para la fabricación de película delgada células solares.
  • Utilizado en diodos emisores de luz (LED) y los diodos láser basado en semiconductores compuestos tales como InGaN, InGaP que se fabricó por metalorgánico Vapor Phase Epitaxia ( Tecnología MOVPE).
  • Ultrapura Compuesto organometálico de indio incluyen alta pureza trimethylindium (TMI), que se utiliza como precursor en III-V semiconductores compuestos, mientras que también se utiliza como el semiconductor dopante en II-VI semiconductores compuestos.
  • Uno de los muchos sustitutos del mercurio en pilas alcalinas para evitar que el zinc se corroa y liberar gas hidrógeno.

Metales y aleaciones

Alambre de indio dúctil
  • Cantidades muy pequeñas utilizadas en aleación de aluminio de ánodos de sacrificio (para aplicaciones de agua salada) para evitar pasivación del aluminio.
  • Para unir prueba eléctrica de oro conduce a los superconductores , indio se utiliza como un adhesivo de llevar a cabo y aplicado bajo un microscopio con pinzas de precisión.
  • En la forma de un alambre que se utiliza como una sello de vacío y un conductor térmico en criogenia y aplicaciones de ultra alto vacío. Por ejemplo, en la fabricación juntas que se deforman para llenar los vacíos.
  • Utilizado como material de calibración para Calorimetría diferencial de barrido.
  • Es un ingrediente en la aleación de galio-indio-estaño Galinstan, que es líquido a temperatura ambiente, mientras que no es tóxico como el mercurio.

Otros usos

  • Óxido de indio y estaño se utiliza como un filtro de luz en lámparas de vapor de sodio de baja presión. La radiación infrarroja se refleja de nuevo en la lámpara, lo que aumenta la temperatura dentro del tubo y por lo tanto mejora el rendimiento de la lámpara.
  • Punto de fusión del indio de 429.7485 K (156.5985 ° C) es un punto fijo de la definición en la escala internacional de temperatura SU-90.
  • Neutrones de alta sección transversal de captura de neutrones térmicos de indio para lo hace adecuado para su uso en barras de control para reactores nucleares, típicamente en una aleación que contiene 80% de plata, 15% de indio, y 5% de cadmio.
  • En la ingeniería nuclear, las (n, n ') las reacciones de 113 A y 115 A se utilizan para determinar las magnitudes de flujos de neutrones.
  • Indio también se utiliza como una material de interfaz térmica por los entusiastas del ordenador personal en la forma de hojas de papel de aluminio preformadas montado entre la superficie de transferencia de calor de un microprocesador y su disipador de calor. La aplicación de calor derrite parcialmente el papel de aluminio y permite que el metal de indio para llenar los vacíos microscópicos y hoyos entre las dos superficies, la eliminación de las bolsas de aire de aislamiento que de otra manera comprometer la eficacia de transferencia de calor.
  • 111 En emite radiación gamma y se utiliza en formación de imágenes de indio de leucocitos, o gammagrafía de indio, una técnica de imágenes médicas, que es particularmente útil en condiciones diferenciadoras como osteomielitis de úlceras de decúbito para la evaluación de la ruta y la duración de antibiótico terapia. Gammagrafía de leucocitos indio tiene muchas aplicaciones, incluyendo el desarrollo de fármacos en fase temprana y el seguimiento de la actividad de células blancas de la sangre. Para la prueba, se extrae sangre del paciente, las células blancas de removido, etiquetado con el radiactivo 111, a continuación, volver a inyectar en el paciente. Imágenes Gamma entonces revelar cualquier área de continua localización de glóbulos blancos como nuevo y áreas de infección en desarrollo.

Precauciones y problemas de salud

Indio puro en forma de metal es considerado tóxico por la mayoría de las fuentes. En los de soldadura y semiconductores industrias, donde la exposición de indio es relativamente alto, no ha habido informes de los posibles efectos secundarios tóxicos. Los compuestos del indio, como compuestos de aluminio, complejo con hidroxilos para formar sales insolubles en condiciones básicas, y por tanto no están bien absorbidos, desde alimentos, dándoles bastante bajo toxicty oral. Soluble de indio (III) es tóxico cuando se entrega parenteral, sin embargo, causando daños principalmente en el riñón (ambas partes interior y exterior), pero, además, el corazón y el hígado, y puede ser teratogénico. Otros compuestos del indio son tóxicos cuando se administran fuera del tracto gastrointestinal: por ejemplo, anhidro tricloruro de indio (incl 3) y fosfuro de indio (InP) son bastante tóxicos cuando se administran dentro de los pulmones (este último es una sospecha carcinógeno). La exposición ocupacional a compuestos de indio se asoció con PAP, cristales de colesterol éster y granulomas, fibrosis pulmonar, enfisema y neumotórax. La evidencia disponible sugiere que la exposición a compuestos de indio provoca una novela enfermedad pulmonar que puede comenzar con PAP y el progreso para incluir la fibrosis y enfisema, y, en algunos casos, la muerte prematura

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