IND: ODKRYCIE, STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, IZOTOPY, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2025

Indu oznacza metal należący do grupy 13 układu okresowego pierwiastków i ma chemiczny w symbolu. Jego liczba atomowa wynosi 49, ₄₉ In i występuje w przyrodzie jako dwa izotopy: ¹¹³ In i ¹¹⁵ In, przy czym ten ostatni jest najliczniejszy. Atomy indu występują na Ziemi jako zanieczyszczenia w minerałach cynku i ołowiu.

Jest to szczególny metal, ponieważ jest najdelikatniejszym metalem, którego można dotknąć bez wielu zagrożeń dla zdrowia; w przeciwieństwie do litu i rubidu, które w reakcji z wilgocią strasznie paliłyby skórę. Kawałek indu można przeciąć nożem i złamać siłą palców, wydzielając charakterystyczny chrupnięcie.

Kawałek metalicznego indu. Źródło: obrazy o wysokiej rozdzielczości pierwiastków chemicznych

Każdemu, kto usłyszy tę metalową nazwę, z pewnością przyjdą na myśl Indie, ale ich nazwa wywodzi się od koloru indygo, który obserwuje się podczas wykonywania testu płomienia. W tym sensie jest dość podobny do potasu, spalając jego metal lub jego związki bardzo charakterystycznym płomieniem, za pomocą którego po raz pierwszy wykryto ind w minerałach sfalerytowych.

Ind ma wiele właściwości chemicznych z glinem i galem, występujący w większości jego związków o stopniu utlenienia +3 (In ³⁺ ). Doskonale łączy się ze stopami galowymi o niskich temperaturach topnienia, z których jednym jest galinstan.

Zastosowania indu polegają na powlekaniu materiałów ich stopami, dzięki czemu przewodzą prąd i są elastyczne. Indianin zakrywa niektóre okulary, aby nadać im większy połysk, zastępując srebro. W świecie technologii Indianina występuje w ekranach LCD i ekranach dotykowych.

Odkrycie

W 1863 r. Niemiecki chemik Ferdinand Reich poszukiwał śladów pierwiastka talu, poprzez zieloną linię jego widma emisyjnego, w minerałach cynku; konkretnie próbki sfalerytu (ZnS) z Saksonii. Po wypaleniu minerałów, usunięciu z nich siarki, strawieniu ich w kwasie solnym i oddestylowaniu chlorku cynku, uzyskał słomkowy osad.

W obliczu odkrycia Reich zdecydował się przeprowadzić analizę spektroskopową; ale ponieważ nie miał dobrego oka do obserwowania kolorów, zwrócił się do swojego kolegi Hieronima Teodora Richtera o pomoc w tym zadaniu. Richter był tym, który zaobserwował niebieskawą linię widmową, która nie pokrywała się z widmem żadnego innego pierwiastka.

Dwóch niemieckich chemików stanęło przed nowym pierwiastkiem, który nazwano indyjskim ze względu na kolor indygo płomienia, kiedy spalano jego związki; az kolei nazwa tego koloru wywodzi się od łacińskiego słowa indicum, które oznacza Indie.

Rok później, w 1864 roku, podekscytowani i po dłuższej serii wytrącania i oczyszczania, wyizolowali próbkę metalicznego indu przez elektrolizę jego rozpuszczonych soli w wodzie.

Struktura Indian

Atomy indu, In, łączą się za pomocą swoich elektronów walencyjnych, aby utworzyć wiązanie metaliczne. W ten sposób są ułożone w krysztale z centrum ciała o zniekształconej strukturze tetragonalnej. Oddziaływania między sąsiadującymi atomami In-In w krysztale są stosunkowo słabe, co wyjaśnia, dlaczego ind ma niską temperaturę topnienia (156 ° C).

Z drugiej strony siły łączące dwa lub więcej kryształów indu również nie są silne, w przeciwnym razie nie poruszałyby się one nad sobą, nadając metalowi charakterystyczną miękkość.

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

Jest to niezwykle miękki srebrny metal. Można go podrzeć pod naciskiem paznokcia, przeciąć nożem lub zarysować błyszczącymi liniami na kartce papieru. Można go nawet przeżuć i zdeformować zębami, pod warunkiem, że jest spłaszczony. Podobnie jest bardzo plastyczny i kowalny, ma właściwości plastyczne.

Gdy Indianin jest ogrzewany palnikiem, wydziela płomień w kolorze indygo, jeszcze jaśniejszy i bardziej kolorowy niż potasowy.

Masa cząsteczkowa

114,81 g / mol

Temperatura topnienia

156,60 ºC

Temperatura wrzenia

2072 ° C.

Podobnie jak gal, ind ma szeroki zakres temperatur między temperaturą topnienia a temperaturą wrzenia. Odzwierciedla to fakt, że interakcje wewnątrz cieczy są silniejsze niż te, które dominują w szkle; dlatego też kropla indu jest łatwiejsza do uzyskania niż jego opary.

Gęstość

W temperaturze pokojowej: 7,31 g / cm ³

Bezpośrednio w punkcie topnienia: 7,02 g / cm ³

Elektroujemność

1,78 w skali Paulinga

Energie jonizacji

Pierwsza: 558,3 kJ / mol

Druga: 1820,7 kJ / mol

Po trzecie: 2704 kJ / mol

Przewodność cieplna

81,8 W / (m · K)

Rezystancja

83,7 nm

Twardość Mohsa

1,2. Jest tylko trochę twardszy niż talk (nie myl twardości z wytrzymałością).

Reaktywność

Ind rozpuszcza się w kwasach, tworząc sole, ale nie rozpuszcza się w roztworach zasadowych, nawet w przypadku gorącego wodorotlenku potasu. Reaguje w bezpośrednim kontakcie z siarką, tlenem i halogenami.

Ind jest stosunkowo amfoteryczny, ale zachowuje się bardziej jak zasada niż kwas, a jego wodne roztwory są lekko zasadowe. W (OH) ₃ ponownie rozpuszcza się z dodatkiem większej ilości alkaliów, co prowadzi do powstania kompleksów indykatów, In (OH) ₄ ^- , jak to ma miejsce w przypadku glinianów.

Elektroniczna Konfiguracja

Konfiguracja elektronowa indu jest następująca:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Z tych trzynastu elektronów ostatnie trzy z orbitali 5s i 5p to elektrony walencyjne. Dzięki tym trzem elektronom atomy indu tworzą wiązanie metaliczne, podobnie jak glin i gal, i tworzą wiązania kowalencyjne z innymi atomami.

Liczby utleniania

Powyższe pozwala od razu zrozumieć, że ind jest zdolny do utraty swoich trzech elektronów walencyjnych lub uzyskania pięciu, aby stać się izoelektronicznym dla ksenonu gazu szlachetnego.

Jeśli w związku założymy, że stracił on swoje trzy elektrony, pozostanie on trójwartościowym kationem In ³⁺ (analogicznie do Al ³⁺ i Ga ³⁺ ), a zatem jego stopień utlenienia wyniesie +3. Większość związków indu znajduje się w (III).

Wśród innych wskaźników utlenienia indu mamy: -5 (In ^5- ), -2 (In ^2- ), -1 (In ^- ), +1 (In ⁺ ) i +2 (In ²⁺ ).

Niektóre przykłady związków In (I) to: InF, InCl, InBr, InI i In ₂ O. Wszystkie z nich są stosunkowo rzadkimi związkami, podczas gdy te z In (III) są dominującymi: In (OH) ₃ , In ₂ O ₃ , w tym ₃ , InF ₃ , itd.

Związki w (I) są silnymi reduktorami, w których In ⁺ przekazuje dwa elektrony innym gatunkom, aby stać się In ³⁺ .

Izotopy

Ind występuje w przyrodzie jako dwa izotopy: ¹¹³ In i ¹¹⁵ In, których liczebność na Ziemi wynosi odpowiednio 4,28% i 95,72%. Dlatego na Ziemi mamy o wiele więcej ¹¹⁵ W węgla niż mamy ¹¹³ In. ¹¹⁵ W posiada połowę - Życie 4,41 × 10 ¹⁴ lat tak wielka, że prawie za stabilną, mimo że izotop promieniotwórczy.

Obecnie stworzono łącznie 37 sztucznych izotopów indu, wszystkie radioaktywne i wysoce niestabilne. Spośród nich najbardziej stabilny jest ¹¹¹ In, który ma okres półtrwania 2,8 dnia.

Aplikacje

Stopy

Indianin bardzo dobrze dogaduje się z galem. Oba metale tworzą stopy, które topią się w niskich temperaturach, przypominając płyny srebra, z którymi rtęć jest zastępowana w kilku zastosowaniach. Podobnie ind również łatwo się amalgamuje, mając 57% rozpuszczalność w rtęci.

Stopy indu są używane do projektowania srebrnych luster bez potrzeby stosowania srebra. Po wylaniu na powierzchnię z dowolnego materiału działa jak spoiwo, dzięki czemu można łączyć płyty szklane, metalowe, kwarcowe i ceramiczne.

elektronika

Bez Indianina ekrany dotykowe nigdy by nie istniały. Źródło: Pxhere.

Ind również dobrze dogaduje się z germanem, więc jego związki są dodawane jako domieszki do azotku germanu w diodach LED, odtwarzając niebieskie, fioletowe i zielone światła z tych mieszanin. Jest również częścią tranzystorów, termistorów i ogniw fotowoltaicznych.

Najważniejszym jego związkiem jest tlenek cyny indu, który jest stosowany jako powłoka na szkłach odbijająca niektóre długości fal. Dzięki temu można go używać w okularach spawalniczych i szkle typu wieżowiec, aby nie nagrzewały się w środku.

Okulary pokryte tym tlenkiem są dobrymi przewodnikami elektryczności; jak to pochodzi z naszych palców. I dlatego jest przeznaczony do produkcji ekranów dotykowych, co jest dziś jeszcze bardziej aktualne ze względu na pojawianie się coraz większej liczby smartfonów.

Ryzyka

Ind nie stanowi w pierwszej kolejności żadnego zagrożenia dla środowiska, ponieważ jego jony In ³⁺ nie są rozprzestrzeniane w znaczących ilościach. Nie ma informacji, jaki byłby jego wpływ na gleby, rośliny, a nie faunę i morza.

W organizmie nie wiadomo, czy jony In ³⁺ odgrywają istotną rolę w metabolizmie w śladowych ilościach. Jednak wchłaniane jego związki są szkodliwe dla różnych narządów, dlatego uważane są za substancje silnie toksyczne.

W rzeczywistości cząsteczki ITO (tlenek cyny indu), niezbędne do produkcji ekranów do komputerów i smartfonów, mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie pracowników, powodując choroba zwana płucem indu.

Połknięcie tych cząstek następuje głównie przez wdychanie i kontakt przez skórę i oczy.

Z drugiej strony drobne cząsteczki indu metalicznego są podatne na spalanie i wywoływanie pożarów, jeśli znajdują się w pobliżu źródła ciepła.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Ind. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Dr Doug Stewart. (2020). Fakty dotyczące pierwiastka indu. Źródło: chemicool.com
4. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (20 stycznia 2020). Ind. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
5. Habashi F. (2013) Ind, właściwości fizyczne i chemiczne. W: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (red.) Encyclopedia of Metalloproteins. Springer, Nowy Jork, NY
6. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2020). Ind. Baza danych PubChem., CID = 5359967. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Kimberly Uptmor. (2020). Do czego służy ind w życiu codziennym? Badanie. Odzyskany z: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV i Deddens, JA (2013). Stosowanie i narażenie zawodowe na ind w Stanach Zjednoczonych. Dziennik higieny pracy i środowiska, 10 (12), 723–733. doi: 10.1080 / 15459624.2013.836279