Indijs ir spožs sudrabains metāls, kas ir tik mīksts un kaļams, ka to var saskrāpēt ar nagu un saliekt gandrīz jebkuras formas formā. Dabā indijs ir diezgan reti sastopams un gandrīz vienmēr atrodams kā mikroelements citos minerālos - īpaši cinkā un svina -, no kuriem to parasti iegūst kā blakusproduktu. Paredzams, ka tās sastopamība Zemes garozā ir 0,1 daļa uz miljonu (ppm) - nedaudz vairāk nekā sudrabs vai dzīvsudrabs, liecina Karaliskā ķīmijas biedrība.
Indijā metālam ir zema kušanas temperatūra: 313,9 grādi pēc Fārenheita (156,6 grādi pēc Celsija). Jebkurā virs šīs temperatūras tas deg ar violetu vai indigo liesmu. Indija vārds ir iegūts no spožās indigo gaismas, ko tas parāda spektroskopā.
Tikai fakti
- Atomu skaits (protonu skaits kodolā): 49
- Atomu simbols (uz elementu periodiskās tabulas):
- Atoma masa (vidējā atoma masa): 114.8.8
- Blīvums: 7,31 grami uz kubikcentimetru
- Fāze istabas temperatūrā: cieta
- Kušanas temperatūra: 313,88 grādi F (156,6 grādi C)
- Viršanas temperatūra: 2,772 C (3,761,6 F)
- Izotopu skaits (viena un tā paša elementa atomi ar atšķirīgu neitronu skaitu): 35, kuru pusperiodi ir zināmi; 1 stabils; 2 dabiski sastopami
- Visizplatītākais izotops: In-115
Atklājums
Indiju 1863. gadā atklāja vācu ķīmiķis Ferdinands Reihs Freibergas Raktuvju skolā Vācijā. Reihs pētīja cinka minerālu maisījuma paraugu, kas, viņaprāt, varētu saturēt nesen atklāto talija elementu. Pēc rūdas apdedzināšanas, lai noņemtu lielāko daļu sēra, viņš atlikušajiem materiāliem uzklāja sālsskābi. Pēc tam viņš novēroja, ka parādās dzeltenīga cieta viela. Viņam bija aizdomas, ka tas varētu būt jauna elementa sulfīds, taču, tā kā viņš bija krāsu akls, viņš lūdza kolēģi vācu ķīmiķim Hieronim T. Rihteram pārbaudīt parauga spektru. Rihters atzīmēja izcili violetas krāsas līniju, kas nesakrita ar neviena zināma elementa spektrālo līniju.
Kopā strādājot, abi zinātnieki izdalīja jaunā elementa paraugu un paziņoja par tā atklāšanu. Viņi nosauca jauno elementu indium pēc latīņu vārda indikators, kas nozīmē violetu. Diemžēl viņu attiecības kļuva skābas, kad Reihs uzzināja, ka Rihters ir apgalvojis, ka ir atradējs, liecina Karaliskās ķīmijas biedrības (RSC) dati.
Lietojumi
Vairāk nekā gadsimtu pēc indija atklāšanas elements joprojām atradās relatīvā aizklāšanā, jo neviens nezināja, ko ar to darīt. Mūsdienās indijs ir svarīgs pasaules ekonomikai indija alvas oksīda (ITO) veidā. Tas ir tāpēc, ka ITO joprojām ir labākais materiāls, lai aizpildītu pieaugošo vajadzību pēc LCD (šķidro kristālu displejiem) skārienekrānos, plakanā ekrāna televizoriem un saules paneļiem.
ITO ir vairākas īpašības, kas padara to perfektu LCD un citu plakano paneļu displejiem: Tas ir caurspīdīgs; vada elektrību; stingri pielīp pie stikla; iztur koroziju; un ir ķīmiski un mehāniski stabils.
ITO parasti izmanto arī stikla un spoguļu plānu pārklājumu izgatavošanai. Piemēram, ja ITO pārklāj virs lidmašīnu vai automašīnu vējstikla, stikls atkausē vai miglo, un tas var samazināt gaisa kondicionēšanas prasības.
Pieaugošais LCD pieprasījums pēdējos gados ir ievērojami palielinājis indija cenas, norāda RSC. Tomēr pārstrādes un ražošanas efektivitāte ir palīdzējusi radīt labu līdzsvaru starp piedāvājumu un pieprasījumu.
Indiju parasti izmanto sakausējumu ražošanā, un to bieži dēvē par "metāla vitamīnu", kas nozīmē, ka neliels indija līmenis var ievērojami mainīt sakausējumu, norāda RSC. Piemēram, mazu indija daudzumu pievienošana zeltam un platīna sakausējumiem tos padara daudz grūtākus. Indija sakausējumus izmanto, lai pārklātu ātrgaitas motoru un citu metāla virsmu gultņus. Tā sakausējumus ar zemu kušanas temperatūru izmanto arī sprinkleru galvās, ugunsdrošo durvju saitēs un kausējamos aizbāžņos.
Indija metāls paliek neparasti mīksts un kaļams ļoti zemā temperatūrā, padarot to lieliski izmantojamu darbarīkos, kas nepieciešami ārkārtīgi aukstos apstākļos, piemēram, kriogēnos sūkņos un augsta vakuuma sistēmās. Vēl viena unikāla kvalitāte ir tā lipīgums, padarot to ļoti noderīgu kā lodmetālu.
Indiju izmanto dažādu elektrisko ierīču ražošanā, piemēram, taisngrieži (ierīces, kas maiņstrāvu pārveido tiešā), termistori (elektriskais rezistors ir atkarīgs no temperatūras) un fotovadītāji (ierīces, kas palielina to elektrisko vadītspēju, pakļaujot gaismu).
Avots un pārpilnība
Indijs dabā reti sastopams nesavienots un parasti atrodams cinka, dzelzs, svina un vara rūdās. Tas ir 61. visizplatītākais elements Zemes garozā un aptuveni trīs reizes bagātīgāks nekā sudrabs vai dzīvsudrabs, liecina ASV Ģeoloģiskais dienests (USGS). Tiek lēsts, ka Zemes garozā tas veido apmēram 0,1 miljonu daļu (ppm). Pēc svara aprēķināts, ka indijs ir 250 daļas uz miljardu (ppb), liecina Chemicool dati. Dabīgais indijs ir izotopu I-115 (95,72 procenti) un I-113 (4,28 procenti) maisījums, raksta Encyclopaedia Britannica.
Lielākā daļa komerciālā indija nāk no Kanādas un ir aptuveni 75 tonnas gadā. Tiek lēsts, ka metāla rezerves pārsniedz 1500 tonnas. Pēc Lenntech datiem dažreiz tiek uzskatīts, ka kultivētā augsne ir bagātāka ar indiju nekā nekultivēta augsne ar dažām augstām 4 ppm.
Kurš zināja?
- Indija metāls izliek spēcīgu "kliedzienu", kad tas ir saliekts. Līdzīgi kā “alvas sauciens”, šis kliedziens vairāk izklausās pēc sprēgājoša skaņas.
- Indijs ir līdzīgs gallijam ar to, ka tas viegli mitrina stiklu un ir ļoti noderīgs sakausējumu ar zemu kušanas temperatūru ražošanai. Sakausējums, kas sastāv no 24 procentiem indija un 76 procentiem gallija, istabas temperatūrā ir šķidrs.
- Pirmais plaša mēroga indija pielietojums bija pārklājums augstas kvalitātes lidmašīnu dzinēju gultņiem Otrajā pasaules karā, liecina USGS.
- Pēc Lenntech ziņām, Krievijas reģionā ir atrasti nesavienota indija metāla paraugi.
Labākas baterijas
Indija pārklājums kādu dienu varētu radīt jaudīgākas un ilgstošākas uzlādējamās litija baterijas, teikts žurnālā Angewandte Chemie publicētajā pētījumā. Indija pārklājums uzlādes laikā piedāvā vienveidīgāku litija nogulsnēšanos, buferizē visas negatīvās blakusparādības un palielina uzglabāšanu.
Litija jonu akumulators ir atkārtoti uzlādējams akumulators, ko parasti izmanto pārnēsājamās tehnoloģijās, piemēram, mobilajos tālruņos un klēpjdatoros. Izlādes laikā litija joni pārvietojas no negatīvā elektrodu (anoda) uz pozitīvo elektrodu (katodu). Kamēr akumulators lādējas, litija joni pārvietojas pretējā virzienā - negatīvais elektrods kļūst par katodu, bet pozitīvais elektrods - par anodu.
Pašlaik litija jonu akumulatoros tiek izmantoti no grafīta izgatavoti anodi, kurus izmanto litija uzglabāšanai, kad akumulators ir uzlādēts. Daudzsološa alternatīva grafīta izmantošanai būtu metāla anodi - piemēram, litija metāls -, kas varētu piedāvāt daudz lielāku uzglabāšanas jaudu. Tomēr galvenā metāla anodu lietošanas problēma ir tā, ka akumulatora uzlādes laikā metāls ir nevienmērīgi nogulsnējies. Tas noved pie dendrītu veidošanās (kristāla masa ar sazarotu kokam līdzīgu struktūru). Pēc ilgstošas lietošanas šie dendrīti kļūst tik lieli, ka tie īssavieno akumulatoru.
Vēl viena problēma ar metāliskajiem anodiem ir tā, ka tie rada nevēlamas blakusparādības starp reaktīvo metāla elektrodiem un elektrolītu (materiālu, kas ļauj elektrībai plūst starp pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem). Šīs reakcijas var ievērojami samazināt akumulatora darbības laiku.
Pētnieki no Rensselaer Politehniskā institūta un Kornela universitātes ir ieviesuši jaunu alternatīvu: pārklājot litiju ar indija sāls šķīdumu. Indija slānis ir vienmērīgs un pašdziedinošs, kad tiek izmantots elektrods. Tā ķīmiskais sastāvs nemainās, un tas paliek neskarts uzlādes / izlādes ciklu laikā, novēršot blakusparādības, teikts Science Daily pētījuma paziņojumā presei. Tiek noņemti arī dendrīti, kas ļauj virsmai saglabāt gludu un kompaktu.
