INDIUM: ENTDECKUNG, STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, ISOTOPE, VERWENDUNGEN, RISIKEN - CHEMIE - 2025

Das Indium ist ein Metall der Gruppe 13 des Periodensystems und trägt das chemische Symbol In. Seine Ordnungszahl ist 49, ₄₉ In, und es kommt in der Natur als zwei Isotope vor: ¹¹³ In und ¹¹⁵ In, wobei letzteres am häufigsten vorkommt. Indiumatome kommen auf der Erde als Verunreinigungen in Zink- und Bleimineralien vor.

Es ist ein bestimmtes Metall, da es das weichste ist, das ohne viele Gesundheitsrisiken berührt werden kann. im Gegensatz zu Lithium und Rubidium, die bei Reaktion mit ihrer Feuchtigkeit die Haut schrecklich verbrennen würden. Ein Stück Indium kann mit einem Messer geschnitten und mit der Kraft der Finger gebrochen werden, wodurch ein charakteristisches Knirschen entsteht.

Stück metallisches Indium. Quelle: Hochauflösende Bilder chemischer Elemente

Jeder, der diesen Metallnamen hört, wird sicherlich an Indien denken, aber sein Name leitet sich von der Indigofarbe ab, die bei der Durchführung des Flammentests beobachtet wird. In diesem Sinne ist es Kalium sehr ähnlich und verbrennt sein Metall oder seine Verbindungen mit einer sehr charakteristischen Flamme, durch die Indium zum ersten Mal in Sphaleritmineralien nachgewiesen wurde.

Indium teilt viele chemische Eigenschaften mit Aluminium und Gallium, die in den meisten seiner Verbindungen mit einer Oxidationszahl von +3 (In ³⁺ ) vorkommen. Es verbindet sich hervorragend mit galliumbildenden Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten, von denen eine Galinstan ist.

Die Anwendungen von Indium basieren auf der Beschichtung von Materialien mit ihren Legierungen, wodurch sie elektrisch leitfähig und flexibel sind. Der Indianer deckt einige Gläser ab, um ihnen mehr Glanz zu verleihen, und ersetzt Silber. In der Welt der Technologie findet sich der Inder in LCD- und Touchscreens.

Entdeckung

1863 suchte der deutsche Chemiker Ferdinand Reich über die grüne Linie seines Emissionsspektrums nach Spuren des Elements Thallium in Zinkmineralien; speziell Proben von Sphalerit (ZnS) aus der Umgebung von Sachsen. Nachdem er die Mineralien geröstet, ihren Schwefelgehalt entfernt, sie in Salzsäure verdaut und das Zinkchlorid abdestilliert hatte, erhielt er einen strohfarbenen Niederschlag.

Angesichts der Entdeckung beschloss Reich, eine spektroskopische Analyse durchzuführen; aber weil er keine guten Augen hatte, um Farben zu beobachten, wandte er sich an seinen Kollegen Hieronymus Theodor Richter, um Hilfe bei dieser Aufgabe zu erhalten. Richter war derjenige, der eine bläuliche Spektrallinie beobachtete, die nicht mit dem Spektrum eines anderen Elements übereinstimmte.

Die beiden deutschen Chemiker standen vor einem neuen Element, das wegen der Indigofarbe der Flamme beim Verbrennen ihrer Verbindungen als indisch bezeichnet wurde. und der Name dieser Farbe leitet sich wiederum vom lateinischen Wort indicum ab, was Indien bedeutet.

Ein Jahr später, 1864, isolierten sie aufgeregt und nach einer längeren Reihe von Ausfällungen und Reinigungen eine Probe metallischen Indiums durch Elektrolyse seiner gelösten Salze in Wasser.

Struktur des Inders

Indiumatome, In, vereinigen sich unter Verwendung ihrer Valenzelektronen, um eine metallische Bindung herzustellen. So werden sie in einem körperzentrierten Kristall mit einer verzerrten tetragonalen Struktur angeordnet. Die Wechselwirkungen zwischen den benachbarten In-In-Atomen im Kristall sind relativ schwach, was erklärt, warum Indium einen niedrigen Schmelzpunkt (156 ºC) hat.

Andererseits sind die Kräfte, die zwei oder mehr Indiumkristalle verbinden, auch nicht stark, da sie sich sonst nicht übereinander bewegen und dem Metall seine charakteristische Weichheit verleihen.

Eigenschaften

Aussehen

Es ist ein bemerkenswert weiches Silbermetall. Es kann mit Fingernageldruck zerrissen, mit einem Messer geschnitten oder in glänzenden Linien auf einem Blatt Papier zerkratzt werden. Es ist sogar möglich, es mit den Zähnen zu kauen und zu verformen, solange es abgeflacht ist. Ebenso ist es sehr duktil und formbar und hat plastische Eigenschaften.

Wenn der Indianer mit einer Lötlampe erhitzt wird, gibt er eine indigofarbene Flamme ab, die noch heller und bunter ist als die von Kalium.

Molmasse

114,81 g / mol

Schmelzpunkt

156,60 ºC

Siedepunkt

2072 ° C.

Indium hat wie Gallium einen weiten Temperaturbereich zwischen seinem Schmelzpunkt und seinem Siedepunkt. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass In-In-Wechselwirkungen in Flüssigkeiten stärker sind als diejenigen, die in Glas vorherrschen. und dass daher ein Tropfen Indium leichter zu erhalten ist als seine Dämpfe.

Dichte

Bei Raumtemperatur: 7,31 g / cm ³

Direkt am Schmelzpunkt: 7,02 g / cm ³

Elektronegativität

1,78 auf der Pauling-Skala

Ionisierungsenergien

Erstens: 558,3 kJ / mol

Zweitens: 1820,7 kJ / mol

Drittens: 2704 kJ / mol

Wärmeleitfähigkeit

81,8 W / (m K)

Elektrischer widerstand

83,7 nΩm

Mohs Härte

1,2. Es ist nur geringfügig härter als Talkumpuder (verwechseln Sie Zähigkeit nicht mit Zähigkeit).

Reaktivität

Indium löst sich in Säuren unter Bildung von Salzen, löst sich jedoch nicht in alkalischen Lösungen, auch nicht mit heißem Kaliumhydroxid. Reagiert in direktem Kontakt mit Schwefel, Sauerstoff und Halogenen.

Indium ist relativ amphoter, verhält sich jedoch eher wie eine Base als wie eine Säure, da seine wässrigen Lösungen leicht basisch sind. In (OH) ₃ wird durch Zugabe von mehr Alkalien wieder gelöst, wodurch die Komplexindiate In (OH) ₄ ^{- entstehen} , wie dies bei Aluminaten der Fall ist .

Elektronische Konfiguration

Die Elektronenkonfiguration des Indiums ist wie folgt:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

Von diesen dreizehn Elektronen sind die letzten drei der 5s- und 5p-Orbitale die Valenzelektronen. Mit diesen drei Elektronen stellen die Indiumatome wie Aluminium und Gallium ihre metallische Bindung her und bilden kovalente Bindungen mit anderen Atomen.

Oxidationszahlen

Das oben Genannte dient dazu, sofort zu verstehen, dass Indium in der Lage ist, seine drei Valenzelektronen zu verlieren oder fünf zu gewinnen, um für das Edelgas Xenon isoelektronisch zu werden.

Wenn wir in einer Verbindung annehmen, dass sie ihre drei Elektronen verloren hat, bleibt sie als dreiwertiges Kation In ³⁺ (in Analogie zu Al ³⁺ und Ga ³⁺ ) und daher beträgt ihre Oxidationszahl +3. Die meisten Indiumverbindungen sind In (III).

Unter anderen Oxidationszahlen, die für Indium gefunden wurden, haben wir: -5 (In ^5- ), -2 (In ^2- ), -1 (In ^- ), +1 (In ⁺ ) und +2 (In ²⁺ ).

Einige Beispiele für In (I) -Verbindungen sind: InF, InCl, InBr, InI und In ₂ O. Alle von ihnen sind relativ seltene Verbindungen, während diejenigen von In (III) die vorherrschenden sind: In (OH) ₃ , In ₂ O. ₃ , InCl ₃ , InF ₃ usw.

In (I) -Verbindungen sind starke Reduktionsmittel, bei denen In ⁺ zwei Elektronen an andere Spezies ^abgibt , um In ^{3+ zu werden} .

Isotope

Indium kommt in der Natur als zwei Isotope vor: ¹¹³ In und ¹¹⁵ In, deren terrestrische Häufigkeit 4,28% bzw. 95,72% beträgt. Daher auf der Erde haben wir viel mehr ¹¹⁵ In - Atomen als wir haben ¹¹³ In. Die ¹¹⁵ in eine Halb - Leben von 4,41 × 10 ¹⁴ Jahren , so groß , dass es fast stabil angesehen wird, obwohl ein Radioisotop ist.

Derzeit wurden insgesamt 37 künstliche Indiumisotope erzeugt, die alle radioaktiv und höchst instabil sind. Von allen ist ¹¹¹ In am stabilsten , was einer Halbwertszeit von 2,8 Tagen entspricht.

Anwendungen

Legierungen

Der Inder versteht sich sehr gut mit dem Gallium. Beide Metalle bilden Legierungen, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen und wie Silberflüssigkeiten aussehen, bei denen Quecksilber in mehreren seiner Anwendungen ersetzt wird. Ebenso verschmilzt Indium leicht mit einer Löslichkeit von 57% in Quecksilber.

Indiumlegierungen werden verwendet, um Silberspiegel ohne Silber zu konstruieren. Wenn es auf eine Oberfläche eines beliebigen Materials gegossen wird, wirkt es als Klebstoff, so dass Glas-, Metall-, Quarz- und Keramikplatten verbunden werden können.

Elektronik

Ohne den Inder hätte es Touchscreens nie gegeben. Quelle: Pxhere.

Indium verträgt sich auch gut mit Germanium, weshalb seine Verbindungen Germaniumnitrid in LEDs als Dotierstoffe zugesetzt werden und blaue, violette und grüne Lichter aus diesen Gemischen reproduzieren. Es ist auch Teil von Transistoren, Thermistoren und Photovoltaikzellen.

Die wichtigste seiner Verbindungen ist Indiumzinnoxid, das als Beschichtung auf Gläsern verwendet wird, um einige Wellenlängen zu reflektieren. Dies ermöglicht die Verwendung in Schweißbrillen und Wolkenkratzerglas, damit diese im Inneren nicht heiß werden.

Mit diesem Oxid beschichtete Gläser sind gute elektrische Leiter; so kommt von unseren Fingern. Und deshalb ist es für die Herstellung von Touchscreens gedacht, eine Aktivität, die heute aufgrund des Aufkommens von immer mehr Smartphones noch aktueller ist.

Risiken

Indium stellt in erster Linie kein Risiko für die Umwelt dar, da seine In ³⁺ -Ionen nicht in nennenswerten Mengen verbreitet werden. Es gibt keine Informationen darüber, welche Auswirkungen dies auf Böden, Pflanzen und weder auf die Fauna noch auf die Meere haben würde.

Im Körper ist nicht bekannt, ob In ³⁺ -Ionen in Spuren eine wesentliche Rolle im Stoffwechsel spielen. Wenn seine Verbindungen jedoch aufgenommen werden, sind sie für verschiedene Organe schädlich, weshalb sie als hochgiftige Substanzen gelten.

Tatsächlich können ITO-Partikel (Indium Tin Oxide), die für die Herstellung von Bildschirmen für Computer und Smartphones unerlässlich sind, sich negativ auf die Gesundheit der Arbeitnehmer auswirken und sie a Krankheit namens Indium Lunge.

Die Aufnahme dieser Partikel erfolgt hauptsächlich durch Einatmen und durch Kontakt durch Haut und Augen.

Andererseits neigen feine Indiummetallpartikel dazu, zu brennen und Brände zu verursachen, wenn sie sich in der Nähe einer Wärmequelle befinden.

Verweise

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