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Indium

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Indium
49 Em
Ga

Em

Tl
cádmio ← → índio estanho
Aparência
cinzento prateado brilhante
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número índio, Em, 49
Pronúncia / ɪ n d Eu ə m / IN -dee-əm
Categoria Metallic metais de transição pós-
Grupo, período, bloco 13, 5, p
Peso atômico padrão 114,818
Configuração eletrônica [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1
2, 8, 18, 18, 3
Conchas de electrões de índio (2, 8, 18, 18, 3)
História
Descoberta Ferdinand Reich e Hieronymous Theodor Richter (1863)
Primeiro isolamento Hieronymous Theodor Richter (1867)
Propriedades físicas
Fase sólido
Densidade (perto RT) 7,31 g cm -3 ·
Líquido densidade no pf 7,02 g cm -3 ·
Ponto de fusão 429.7485 K , 156.5985 ° C, 313.8773 ° F
Ponto de ebulição 2345 K, 2072 ° C, 3762 ° F
Calor de fusão 3.281 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização 231,8 kJ · mol -1
Capacidade calorífica molar 26,74 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 1196 1325 1485 1690 1962 2340
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 3, 2, 1 ( óxido anfotérico)
Eletronegatividade 1,78 (escala de Pauling)
Energias de ionização 1º: 558,3 kJ · mol -1
2: 1820,7 kJ · mol -1
3: 2704 kJ · mol -1
Raio atômico 167 pm
O raio de covalência 142 ± 17:00
Van der Waals raio 193 pm
Miscelânea
A estrutura de cristal tetragonal
?ndio tem uma estrutura cristalina tetragonal
Ordenamento magnético diamagnetic
Resistividade elétrica (20 ° C) 83,7 Nco · m
Condutividade térmica 81,8 W · m -1 · K -1
Expansão térmica (25 ° C) de 32,1 pM · · K -1 m -1
Velocidade do som (haste fina) (20 ° C) 1.215 m · s -1
O módulo de Young 11 GPa
Dureza de Mohs 1.2
Dureza Brinell 8,83 MPa
Número de registo CAS 7440-74-6
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de índio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
Em 113 4,3% Em 113 é estável com 64 nêutrons
Em 115 95,7% 4,41 × 10 14 y β - 0,495 115 Sn

?ndio é um elemento químico com o símbolo em e número atômico 49. Este raro, muito macio, maleável e fácil fusível de metal de pós-transição é quimicamente similar ao de gálio e tálio , e mostra propriedades intermediárias entre estes dois. O índio foi descoberto em 1863 e nomeado para o indigo linha azul no seu espectro que foi a primeira indicação de sua existência em minérios de zinco, como um elemento novo e desconhecido. O metal foi isolado pela primeira vez no ano seguinte. Minérios de zinco continuam a ser a principal fonte de índio, onde ele é encontrado em forma de composto. Muito raramente o elemento pode ser encontrado como grãos de natal (gratuito) metal, mas estes não são de importância comercial.

Aplicação corrente primária do índio é formar eletrodos transparentes de óxido de índio e estanho (ITO) em ecrãs de cristais líquidos e touchscreens, e este uso determina em grande parte a sua produção global de mineração. É amplamente utilizado em filmes finos para formar camadas lubrificadas (durante a Segunda Guerra Mundial foi amplamente utilizado para rolamentos revestimento em alta performance da aeronave ). É também usado para fazer ligas de baixo ponto de fusão particular, e é um componente em algumas soldas sem chumbo.

?ndio não é conhecido para ser utilizado por qualquer organismo. De um modo semelhante, os sais de alumínio, índio (III), iões pode ser tóxica para o rim, quando administrado por injecção, mas os compostos de índio orais não têm a toxicidade crónica de sais de metais pesados, provavelmente devido à má absorção em condições básicas. Radioativo índio-111 (em quantidades muito pequenas, numa base química) é usado em exames de medicina nuclear, como uma radiofármaco para seguir o movimento de proteínas marcadas e células brancas do sangue no corpo.

Características

Físico

?ndio molhar a superfície de vidro de um tubo de ensaio

?ndio é um muito suave, silvery- branco, relativamente rara pobre de metal com um brilhante brilho. Quando é dobrado, índio emite um estridente " cry ". Tal como gálio , índio é capaz de vidro molhado. ?ndio tem um baixo ponto de fusão , 156,60 ° C (313,88 ° F); ela é mais elevada do que a do seu homólogo mais leve, gálio , mas menor do que a do seu homólogo mais pesado, tálio . O seu ponto de ebulição é, no entanto, moderada, sendo 2072 ° C (3762 ° F), que é mais elevada do que a de tálio, mas menor do que a de gálio, que mostra os pontos de fusão oposição à tendência. A densidade de índio, 7,31 g · cm -3, também é maior do que a de gálio, mas menor do que a de tálio.

Um átomo de índio tem 49 elétrons, que tem uma configuração eletrônica do [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 1. Nos seus compostos, índio mais geralmente perde as suas três elétrons da camada externa, tornando-se índio (III), iões, Em 3+, mas em alguns casos, a par de 5s-electrões pode ficar dentro do átomo, índio assim oxidado apenas para índio (I), Em +. Isso acontece devido à efeito par inerte, que ocorre devido a estabilização de 5s-orbital devido a efeitos relativistas, que são mais fortes mais perto da parte inferior da tabela periódica . tálio mostra um efeito ainda mais forte, fazendo a oxidação de tálio (I) mais provável do que a tálio ( III), fazendo com que o mais provável é um estado de oxidação .

Um certo número de potenciais de eléctrodo padrão, dependendo da reacção em estudo, são relatados por índio:

-0,40 Em 2+ + e - Em ↔ +
-0,49 Em 3+ + e- - ↔ Em 2+
-0,443 Em 3+ 2 + e - Em ↔ +
-0,3382 Em 3+ + 3 e - Em ↔
-0.14 Em + + e - Em ↔

Químico

?ndio é um de metal de pós-transição e quimicamente, é o elemento intermediário entre o seu grupo 13 vizinhos gálio e tálio . Ela mostra dois principais estados de oxidação, que são um e três, com último sendo mais estável, ao passo que o único estado de oxidação comum de gálio é 3 e tálio mostra mais provável do que 3 + 1, com tálio (III) ser um moderadamente forte agente de oxidação, enquanto índio (III) é estável e índio (I) é um poderoso agente redutor.

O índio não reagem com a água, mas ele é oxidado por agentes oxidantes fortes, tais como átomos de halogénio ou ácido oxálico, para dar compostos de índio (III). Ele não reage com o boro , silício ou de carbono , e os correspondentes boreto, silicide ou carboneto não são conhecidos. Do mesmo modo, a reacção entre o índio e de hidrogénio não foi observada, mas ambos de índio (I) e índio (III) hidretos são conhecidos.

Indium óxido (III) é formado em temperaturas quentes durante a reação entre índio e oxigênio, com chama azul. É anfotérico, ou seja, ele pode reagir com ambos os ácidos e bases. A sua reacção com água resulta em insolúvel de hidróxido de índio (III), que também é anfotérico, reagir com álcalis para dar indates (III) e com ácidos para dar índio (III), sais:

Na (OH) 3 + 2 NaOH → 2 Na [2 ino] + H2O
Na (OH) 3 + 3 HCl → InCl 3 + 3 H2O

A hidrólise de indate de sódio (III) dá ácido indic fraco, Hino 2. Fora do índio comum sais (III), cloreto, sulfato e nitrato são solúveis. Em soluções de água, Em 3+ e [ino 2] - íons são hidrolisados para dar InOH 2+ e Hino 2 devido ao carácter geralmente amphoteric íons de índio (III). ?ndio compostos (III) não são bem solúvel, de forma semelhante à de tálio (III) compostos de; no entanto, índio (III), sais de ácidos fortes, tais como cloreto, sulfato e nitrato são solúveis, a hidrólise em soluções de água. O Em 3+ é incolor em solução por causa da ausência de electrões desemparelhados e nas d- f-conchas de electrões.

?ndio (I) compostos não são tão comuns quanto as índio (III); única cloreto, brometo, iodeto, e sulfureto de ciclopentadienilo são bem caracterizado. ?ndio (I) sulfureto é o produto de reacção entre o índio e enxofre ou índio e sulfureto de hidrogénio, e podem ser recebidos com 700-1000 ° C. ?ndio (I), óxido de pó preto é recebida a 850 ° C durante a reacção entre o índio e o dióxido de carbono ou durante a decomposição de óxido de índio (III) a 1200 ° C. Cyclopentadienylindium (I), que foi o primeiro composto de organoindium (I) citada, é constituída por cadeias de polímero de ziguezague de átomos alternados de índio e complexos de ciclopentadienilo.

Menos freqüentemente, índio mostra intermediário estado de oxidação +2, que se situa entre os mais comuns, principalmente em halogenetos, em 2 x 4 e [Na 2 X 6] 2-. Vários outros compostos são conhecidos por combinar índio (I) e índio (III), tal como Em I 6 (III Cl Em 6) Cl 3, 5 Na I (Em III Br 4) 2 (III Em Br 6), Em I Em III Br 4.

Isótopos

Indium ocorre naturalmente na Terra apenas em dois nuclidos primordiais, índio-113 e índio-115. Fora deste dois, índio-115 torna-se 95,7% de todo o índio, mas é radioativo, deteriorando a estanho-115 através decaimento beta com meia-vida de 4,41 × 10 14 anos, quatro ordens de magnitude maior do que a idade do universo e cerca de 50.000 vezes mais do que a natural, tório . Esta situação é incomum entre os elementos químicos estáveis; única de índio, telúrio , e rénio têm sido mostrados para ter mais isótopos-abundantes que são radioactivos. O isótopo natural, menos comum de índio, índio-113, é estável.

?ndio tem 39 isótopos conhecidos, que variam em massa entre 97 e 135. Apenas uma delas é estável e tem uma meia-vida superior a 14 anos 10; o mais estável outro isótopo é índio índio-111, que tem uma meia-vida de aproximadamente 2,8 dias. Todos os outros isótopos tem uma meia-vida mais curta do que 5 horas. ?ndio também tem 47 meta estados, dos quais índio-114m1 é o mais estável, sendo mais estável do que o estado fundamental de qualquer isótopo índio, exceto para os primordiais.

Criação e ocorrência

quadrados amarelos com setas vermelhas e azuis
O processo-s atuando na faixa de prata de antimônio .

?ndio é criado através da longa duração, (até milhares de anos), s processo em estrelas de baixa massa médio (que variam em massa entre 0,6 e 10 massas de Sun ). Quando um átomo de prata-109, que compreende cerca de metade de toda a prata na existência, pega um nêutron, é submetido a um decaimento beta para se tornar cádmio-110. Capturando mais nêutrons, torna-se cádmio-115, que decai para índio-115 através de outro decaimento beta. Isto explica por que o isótopo radioactivo predomina em abundância em comparação com o estável.

?ndio é Elemento mais abundante 61 na crosta da Terra em cerca de 49 ppb, tornando índio aproximadamente tão abundante como o mercúrio . Menos de 10 minerais de índio são conhecidos, tal como dzhalindite (Na (OH 3)) e indite (Fein 2 S 4), mas nenhum deles ocorre em depósitos significativos.

Com base no conteúdo de índio em estoques de minério de zinco, há uma base de incidência mundial de cerca de 6.000 toneladas de índio economicamente viável. No entanto, o índio Corporation, a maior processador de índio, afirma que, com base no aumento do rendimento de recuperação durante a extracção, a recuperação a partir de uma ampla gama de metais de base (incluindo estanho, de cobre e de outros depósitos polimetálicos) e novos investimentos de mineração, o longo fornecimento -termo de índio é sustentável, confiável e suficiente para atender à crescente demandas futuras.

Esta conclusão pode ser razoável considerar que a prata, que é um terço tão abundante como índio na crosta da Terra, está atualmente extraído em aproximadamente 18.300 toneladas por ano, o que é 40 vezes maior do que as taxas de mineração índio atuais.

História

Em 1863, os químicos alemães Ferdinand Reich e Hieronymous Theodor Richter estavam testando minérios das minas ao redor Freiberg, Saxony. Eles dissolveu o minerais pirita , arsenopyrite, galena e sphalerite em ácido clorídrico e cru destilada cloreto de zinco . Como era conhecido que os minérios a partir dessa região, por vezes, contêm tálio eles procuraram por linhas de emissão verdes com espectroscopia. As linhas verdes estavam ausentes, mas uma linha azul estava presente no espectro. Uma vez que não era conhecido elemento com uma emissão azul brilhante concluíram que um novo elemento estava presente nos minerais. Eles nomearam o elemento com a linha azul índio espectral, a partir do índigo cor visto no seu espectro. Richter passou a isolar o metal em 1864. No Feira Mundial de 1867 um lingote de 0,5 kg (1,1 lb) foi apresentado.

Em 1924, índio verificou-se ter uma capacidade valiosa para estabilizar metais não ferrosos, que foi o primeiro uso significativo para o elemento. Demorou até 1936 para o US Bureau of Mines para a lista de índio como uma mercadoria, e até mesmo no início da década de 1950 eram conhecidos apenas aplicações muito limitadas para índio, a mais importante das quais foi tomada diodos e rolamentos de revestimento para motores de aeronaves durante emissores de luz II Guerra Mundial . O início da produção de semicondutores contendo índio iniciados em 1952. O desenvolvimento e uso generalizado de barras de controle nuclear contendo índio aumento da demanda durante os anos 1970, eo uso de óxido de índio e estanho em telas de cristal líquido aumentou e tornou-se a principal aplicação até 1992 .

Produção

A falta de depósitos minerais de índio e o facto de índio é enriquecida em sulfídico chumbo , estanho , cobre , ferro e predominantemente em zinco depósitos, torna a produção de zinco a principal fonte de índio. O índio é lixiviado a partir de escórias e de produção de pó de zinco. A purificação adicional é realizada por electrólise . O processo exacto varia com a composição exacta da escória e poeira.

?ndio é produzido principalmente a partir de resíduos gerados durante zinco processamento de minério, mas também é encontrada em ferro , chumbo e cobre minérios. A China é um dos principais produtores de índio. O Teck Cominco refinaria em Trail, British Columbia, é um grande produtor única fonte de índio, com produção de 32,5 toneladas em 2005, 41,8 toneladas em 2004 e 36,1 toneladas em 2003. Propriedade do Sul American Silver Corporação Malku Khota na Bolívia é um grande recurso de índio com um recurso indicado de 1.481 toneladas e recursos inferidos de 935 toneladas. Mount Pleasant Mina de Adex Mining Inc. em New Brunswick, Canadá, detém alguns dos totais conhecida recursos índio do mundo.

A quantidade de índio consumido é em grande parte uma função do nível mundial Produção de LCD. A produção mundial é atualmente de 475 toneladas por ano de mineração e de mais de 650 toneladas por ano de reciclagem. A demanda tem aumentado rapidamente nos últimos anos com a popularidade de monitores de computador LCD e aparelhos de televisão, que hoje respondem por 50% do consumo de índio. O aumento da eficiência de produção e reciclagem (especialmente no Japão ) manter um equilíbrio entre a oferta ea procura. De acordo com UNEP, taxa de reciclagem de fim de vida de índio é inferior a 1%. A demanda aumentou à medida que o metal é usado em LCDs e televisões, e da oferta diminuiu quando um número de chineses de mineração preocupações parou extrair índio de seus zinco rejeitos. Em 2002, o preço era de US $ 94 por quilo. As recentes mudanças na oferta e demanda resultaram em preços elevados e flutuantes de índio, que 2006-2009 variaram de US $ 382 / kg para US $ 918 / kg.

Estimou-se que há menos de 20 anos de suprimentos restantes índio, com base nas taxas actuais de extracção, o que demonstra a necessidade de adicional de reciclagem .

Aplicações

Uma imagem ampliada de um Tela LCD que mostra pixels RGB. Transistores individuais são vistas como pontos brancos na parte inferior.

A primeira aplicação em grande escala para índio era como um revestimento para rolamentos de alta performance de aeronaves motores durante a Segunda Guerra Mundial . Depois disso, a produção aumentada gradualmente à medida que novas utilizações foram encontrados em ligas de fusíveis, soldas, e eletrônica . Na década de 1950, foram utilizadas pequenas contas dele para os emissores e colecionadores de PNP transistores de junção liga. Na década de 1980 médio e tardio, o desenvolvimento de fosfeto de índio semicondutores e de óxido de índio-estanho de películas finas para ecrãs de cristais líquidos (LCD) despertou muito interesse. Em 1992, a aplicação de película fina havia se tornado o maior uso final.

Eletrônica

  • Óxido de índio (In 2 O 3) e óxido de índio e estanho (ITO) são usados como um transparente revestimento condutor aplicado ao vidro substratos na tomada de painéis eletroluminescentes.
  • Alguns compostos de índio, tais como antimonide índio, fosforeto de índio, e nitreto de índio são semicondutores com propriedades úteis.
  • ?ndio é usado na síntese do semicondutor seleneto de cobre, índio gálio (CIGS), que é usado para o fabrico de filme fino células solares.
  • Usado em diodos emissores de luz (LEDs) e diodos laser baseado em compostos semicondutores, tais como InGaN, InGaP que são fabricados por metalorgânicos Fase Vapor Epitaxy ( Tecnologia MOVPE).
  • Ultrapura metalorganics de índio incluem alta pureza trimethylindium (TMI), que é utilizado como um precursor no III-V semicondutores compostos, ao mesmo tempo que também é utilizado como o semicondutor dopante na II-VI semicondutores compostos.
  • Um dos muitos substitutos de mercúrio em pilhas alcalinas de zinco para evitar a corrosão e liberação de gás hidrogênio.

Metais e ligas

Fio de índio dúctil
  • Quantidades muito pequenas usadas em liga de alumínio ânodos de proteção (para aplicações de água salgada) para evitar passivação do alumínio.
  • Para a colagem de teste eléctrica ouro leva a supercondutores , índio é usado como um adesivo de condução e aplicado sob um microscópio com uma pinça de precisão.
  • Sob a forma de um fio que é utilizado como um selo de vácuo e um condutor de temperatura em criogenia e aplicações de ultra-alto vácuo. Por exemplo, na fabricação juntas que se deformam para preencher as lacunas.
  • Utilizado como material de calibração para Calorimetria de varrimento diferencial.
  • É um ingrediente na liga de gálio-índio-estanho Galinstan, que é líquido à temperatura ambiente, embora não sendo tóxico como o mercúrio.

Outros usos

  • Óxido de índio-estanho é usado como um filtro de luz em lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão. A radiação infravermelha é reflectida de volta para a lâmpada, o que aumenta a temperatura no interior do tubo e, portanto, melhora o desempenho da lâmpada.
  • Ponto de fusão de índio de 429.7485 K (156.5985 ° C) é um ponto fixo definição na escala internacional de temperatura ITS-90.
  • Secção transversal de captura de nêutrons de alta índio para nêutrons térmicos torna adequado para uso em hastes de controle para reatores nucleares, tipicamente em uma liga contendo 80% de prata, 15% de índio, e 5% de cádmio.
  • Na engenharia nuclear, os (N, N ') reacções de 113 em 115 e Na são usados para determinar as magnitudes dos fluxos de neutrões.
  • ?ndio também é usado como um material de interface térmica por entusiastas de computadores pessoais, na forma de folhas de chapa metálica pré-moldados montado entre a superfície de transferência de calor de um microprocessador e os seus dissipador de calor. A aplicação de calor derrete parcialmente o papel alumínio e permite que o metal índio para preencher eventuais lacunas e poços microscópicos entre as duas superfícies, remoção de quaisquer bolsas de ar de isolamento que de outra forma comprometer a eficiência de transferência de calor.
  • 111 Em emite radiação gama e é usado em imaging índio leucócitos, ou índio, cintilografia, uma técnica de imagiologia médica que é particularmente útil em condições de diferenciação, tais como osteomielite de úlceras de decúbito para avaliação do percurso e duração do antibiótico terapia. Indium cintilografia leucocitária tem muitas aplicações, incluindo o desenvolvimento de drogas fase inicial, eo monitoramento da atividade de células brancas. Para o teste, o sangue é retirado do paciente, as células brancas removida, marcada com o 111 Em radioactivos, em seguida, re-injectado de novo no doente. Gamma imagem, então, revelar quaisquer áreas de on-going localização celular branco, como novo e desenvolver áreas de infecção.

Precauções e problemas de saúde

?ndio puro em forma de metal é considerado pela maioria das fontes não-tóxico. Nos soldagem e semicondutores indústrias, onde a exposição índio é relativamente alto, não houve relatos de quaisquer efeitos colaterais tóxicos. Compostos de índio, como compostos de alumínio, complexo com hidroxilas para formar sais insolúveis em condições básicas, e são, portanto, não é bem absorvida a partir de alimentos, dando-lhes bastante baixo toxicty oral. Solúvel índio (III) é tóxico, quando entregues parentericamente, no entanto, causando danos principalmente para o rim (ambas as partes interior e exterior), mas adicionalmente para o coração e fígado, e pode ser teratogênico. Outros compostos de índio são tóxicos quando administrados fora do tracto gastrointestinal: por exemplo, anidro tricloreto de índio (InCl3) e fosfeto de índio (InP) são bastante tóxico quando entregues para os pulmões (o último é um suspeito cancerígeno). A exposição ocupacional a compostos de índio foi associado com PAP, cristais de éster de colesterol e granulomas, fibrose pulmonar, enfisema e pneumotórax. Os dados disponíveis sugerem a exposição a compostos de índio provoca uma nova doença pulmonar que pode começar com o PAP e o progresso incluem a fibrose e enfisema, e, em alguns casos, a morte prematura

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