ایندیوم

ایندیوم (Indium) از عنصرهای شیمیایی جدول تناوبی است. نشانه کوتاه آن In و عدد اتمی آن ۴۹ است. ایندیوم یک فلز نرم سفید نقره‌ای است و در برابر آب و هوا پایدار است. این فلز شبیه قلع است. ازنظر شیمیایی مشابه آلومینیوم و گالیوم است؛ اما از نظر ظاهری بیشتر شبیه روی می‌باشد. ایندیوم نرم ترین فلزی است که قلیایی نیست و نقطه ذوب آن از گالیم و سدیم بیشتر است ولی از لیتیم و قلع کمتر است.[4]

سیم ایندیوم شکل پذیر
ایندیم، 49In
ایندیم
تلفظ‎/ˈɪndiəm/‎ ​(IN-dee-əm)
ظاهرsilvery lustrous gray
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۱۱۴٫۸۱۸(۱)[1]
ایندیم در جدول تناوبی
Ga
↑
In
↓
Tl
کادمیم ← ایندیم → قلع
عدد اتمی (Z)49
گروهگروه ۱۳ (گروه بور)
دورهدوره 5
بلوکبلوک-p
دسته Post-transition metal
آرایش الکترونی[Kr] 4d10 5s2 5p1
2, 8, 18, 18, 3
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب429.7485 K ​(156.5985 °C, ​313.8773 °F)
نقطه جوش2345 K ​(2072 °C, ​3762 °F)
چگالی (near r.t.)7.31 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)7.02 g/cm3
حرارت همجوشی3.281 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 231.8 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی26.74 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 1196 1325 1485 1690 1962 2340
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−5, −2, −1, +1, +2, +3[2] (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 1.78
انرژی یونش
  • 1st: 558.3 kJ/mol
  • 2nd: 1820.7 kJ/mol
  • 3rd: 2704 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 167 pm
شعاع کووالانسی pm 142±5
شعاع واندروالسی193 pm
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری ایندیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​چهارگوشه
سرعت صوت thin rod1215 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی32.1 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی81.8 W/(m·K)
رسانش الکتریکی83.7 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسیدیامغناطیس[3]
مدول یانگ11 GPa
سختی موس1.2
سختی برینل8.83 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-74-6
ایزوتوپ‌های ایندیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
113In 4.3% 113In ایزوتوپ پایدار است که 64 نوترون دارد
115In 95.7% 4.41×1014 y β− 0.495 115Sn
کاربردهای ایندیوم


خواص
  • عدد اتمی: ۴۹ با آرایش الکترونی Kr] 4d105s25p1] که دوست دارد سه الکترون از دست بدهد و به ایندیوم(III) تبدیل شود ولی در بعضی حالت‌ها فقط یک الکترون از دست می‌دهد و به ایندیوم(I) تبدیل می‌شود.
  • جرم اتمی: ۱۱۴٫۸۲
  • نقطه ذوب: C° ۱۵۶٫۶ (از همولوگ سبک خوب یعنی گالیم بیشتر و از همولوگ سنگین خوب یعنی تالیوم و قلع کمتر است.[5])
  • نقطه جوش: C° ۲۰۷۲ (بیشتر از نقطه جوش تالیوم و کمتر از نقطه جوش گالیم است.[6])
  • چگالی: ۷.۳۱g/cm3 (از گالیم بیشتر و از تالیوم کمتر است.)
  • شعاع اتمی : ۲Å
  • ظرفیت: ۱و۲و۳
  • حالت استاندارد: جامد
  • ایزوتوپ‌ها: ۳۹ ایزوتوپ شناخته‌شده با عدد جرمی ۹۷ تا ۱۳۵ دارد.

ایندیم فلز سفید رنگ و بسیار نرمی است که با چاقو بریده میشود و دارای سطح درخشانی می باشد.[7] این فلز اگر خالص باشد هنگام خم شدن تولید صدایی ممتد و زیر می کند.[8] ایندیم را بیشتر از ته‌مانده هایی که در طول پردازش سنگ معدن روی بجا مانده‌است، تولید می‌کنند، اما در سنگ معدن آهن، سرب و مس نیز یافت می‌شود.

ایندیوم با آب واکنش نمی‌دهد ولی این ماده توسط اکسیدکننده‌های قوی‌تری مانند هالوژن‌ها اکسید می‌شود و ترکیبات ایندیوم (III) به دست می‌آید.[9]

خاصیت ویژه وغیرمعمول آن، این است که در دمای بسیار پایین نرم و قابل کار می ماند.

ایندیوم هیچ نقش بیولوژیکی شناخته‌شده‌ای ندارد. اگر بیش‌از چند میلی‌گرم مصرف شود سمی است و می‌تواند روی رشد جنین تأثیر بگذارد.

تاریخچه

ایندیوم در سال 1863 توسط دو شیمیدان آلمانی به نام‌های فردیناند رچ(ferdinand reich) و تئودور ریچر(hieronymous theodoe richter) کشف شد. ریچر در جستجوی عنصر تالیم در کانی‌های روی بود، که با مشاهده یک خط نیلی رنگ براق در طیف‌سنجی نمونه ها به وجود ایندیوم پی برد. نام ایندیوم از آبی نیلی نشأت گرفته است.

تولید جهانی ایندیوم[10]

ایندیوم از لحاظ فراوانی همانند نقره است ولی بسیار ساده‌تر از نقره بازیابی می شود و معمولا همراه کانی های آهن، سرب و مس می‌باشد.

فراوانی در طبیعت

ایندیوم یکی از کمترین موادمعدنی موجود در زمین است. این ماده در طبیعت غیر ترکیبی یافت شده‌است، اما به‌طور معمول در ارتباط با موادمعدنی روی و سنگ معدن آهن، سرب و مس یافت می‌شود. ایندیوم به عنوان محصول جانبی تصفیه‌ی روی به‌صورت تجاری تولید می‌شود.[11]

تولیدجهانی عمدتا از کانادا انجام می‌شود و حدود 75 تن در سال است، ذخایر این فلز بیش از 1500تن تخمین زده می شود.


کاربرد

عمده کاربرد ایندیوم در ساخت لایه‌های نازکی است که از آن‌ها به‌عنوان لایه‌های روغن‌کاری شده استفاده می‌شود. بیشترین مقدار ایندیوم مصرف شده مربوط به تولید جهانی LCD است.

اولین برنامه‌ی کاربردی در مقیاس بزرگ از ایندیوم، در زمان جنگ جهانی دوم بود که کارایی موتورهای هواپیمایی را بالا می‎برد تا از آسیب و خوردگی محافظت کند. البته امروزه کاربرد ایندیوم به این شکل رایج نیست.

بعدها کاربردهای بیشتری برای آن در آلیاژها، لحیم‌ها و علم الکترونیک یافت شد و تولید آن به‌تدریج افزایش یافت.

در اواسط و اواخر دهه 90 تولید نیمه‌هادی‌های فسفید ایندیم و لایه‌های نازک اکسید ایندیم – قلع برای liquid crystal displays یعنی همان LCD بیشتر مورد توجه قرار گرفت. تا پایان سال 1992 این لایه‌های نازک عمده‌ترین کاربرد این عنصر بود.[12]

از دیگر کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • در ساخت آلیاژهای با نقطه ذوب پایین کاربرد دارد. آلیاژی که حاوی 24% ایندیم و 76% گالیم می‌باشد، در دمای اتاق به حالت مایع است.
  • برای ساخت نور رسان‌ها، ژرمانیم،ترانزیستور، دیودها و دمایاب‌ها بکار می‌رود.
  • از آن می‌توان برای روکش فلزات استفاده کرد و با بخار آن روی شیشه، تولید آیینه‌هایی نمود که به همان خوبی آیینه‌های ساخته شده با نقره است، اما در مقابل فرسایش مقاومت بیشتری دارد.
  • اکسید آن برای ساخت صفحات کلید (Panels) برق درخشی (electroluminescent) مورد استفاده می‌باشد.[13]
  • در صنعت جواهرسازی از این عنصر برای ایجاد سختی و ایجاد جلا و شفافیت استفاده می‌شود. البته به علت اختلاف زیاد بین دمای ذوب و دمای تبخیر و پایین بودن دمای ذوب برای جلوگیری از سوخت شدن و تغییر ندادن عیار طلا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • خاصیت غیرمعمولی دارد که در دمای بسیار پایین نرم و قابل ماشین‌کاری می ماند. این ویژگی اجازه می‌دهد تا از آن در تجهیزات ویژه‌ی مورد نیاز در دمای نزدیک به صفرمطلق استفاده شود. این یک انتخاب عالی برای پمپ‌های برودتی ، سیستم‌های با خلأ زیاد و سایر کاربردهای اتصال و مهر و موم منحصر به فرد است.
  • یکی دیگر از موارد مهم استفاده از ایندیوم در ساخت آلیاژها است که در دستگاه‌های الکترونیکی و مواد مورد استفاده در دندان پزشکی استفاده می شود. ایندیم را در آلیاژها "ویتامین فلزی" می نامند، به این معنی که مقادیر بسیار کمی از ایندیم می تواند تغییرات بزرگی در آلیاژ ایجاد کند. به عنوان مثال ، افزودن مقدار کمی ایندیم به آلیاژهای طلا و پلاتین ، آنها را بسیار سخت تر می کند.
  • برخی از قطعات هواپیما از آلیاژهای حاوی ایندیوم ساخته شده اند و از واکنش آن‌ها با اکسیژن هوا یا فرسودگی آن‌ها جلوگیری می کند.
[14]Uses for Indium

استفاده‌های نوین از ایندیوم عبارتند از :

  1. در صنایع نیمه هادی
  2. در لحیم‌کاری
  3. در مهر و موم‎های فلزی نرم
  4. در تولید پوشش‎های رسانایی شفاف از اکسید قلع ایندیوم (ITO)
  5. در الکترونیک
  6. در انواعی از لامپ‌ها
  7. در امالگام‌های دندان
  8. یکی از جایگزین‌های جیوه در باتری های قلیایی
  9. در میله‌های کنترل برای راکتورهای هسته‌ای


اکسید قلع ایندیوم(ITO)

اکسید قلع ایندیم(ITO) یک ترکیب سه تایی از ایندیم، قلع و اکسیژن در نسبت‌های مختلف است. بسته به محتوای اکسیژن، می توان آن را به عنوان سرامیک یا آلیاژ توصیف کرد.

ITO یک رسانا است ‌که معمولا به‌عنوان یک پوشش نازک استفاده می‌شود. در لایه‌های نازک شفاف و بی‌رنگ است، درحالی که به صورت جامد بسته به درجه‌ی اکسیداسیون آن، معمولاً مایل به زرد تا خاکستری است. [15]

حدود 45٪ از کل ایندیم برای تولید ITO استفاده می شود و این در سلول‌های خورشیدی و LCD ها (نمایشگرهای کریستال مایع) کاربرد دارد. در هردو این وسایل از ITO برای ایجاد جریان الکتریکی روی دستگاه و عبور نور از آن استفاده می‌شود.[16]

استفاده از ITO در موارد دیگر : پنل‌های لمسی، نمایشگرهای الکتروکرومیک، الکترو لومینسانس، نمایشگرهای پلاسما، نمایشگرهای انتشار میدانی، پوشش های بازتابنده گرما، سنسورهای گاز، فتوولتائیک.[17]

ایندیوم در پزشکی

افراد برای خستگی، پیری، تقویت سیستم ایمنی بدن و افزایش تولید هورمون از ایندیوم استفاده می کنند؛ اما هیچ مدرک علمی خوبی برای حمایت از این موارد وجود ندارد. استفاده از ایندیوم به صورت خوراکی نیز می تواند خطرناک باشد. ارائه‌دهندگان خدمات بهداشتی گاهی برای کمک به تشخیص انواع خاصی از سرطان، یک نسخه تایید شده توسط FDA، به نام indium (In-111) pentetreotide به روش IV استفاده می‌کنند.[18]

عوارض جانبی

ایندیوم اگر خورده‌شود خطرناک است.

ایندیوم برای بسیاری از قسمت‌های بدن سمی است.

هنگامی که یک محصول حاوی ایندیوم(In-111)پنتروتید توسط یک متخصص مراقبت‌های بهداشتی به‌صورت IV تجویز شود، به احتمال زیاد به این روش ایمن است.

هشدارها و احتیاط های ویژه

در زمان بارداری و شیردهی مصرف ایندیم از طریق دهان یا به صورت IV خطرناک است. اثرات ایندیوم بر نوزاد متولد نشده یا شیرخوار ناشناخته است، اما سمی بودن آن محرز است.

بازیافت

از آنجا که ایندیوم به طور گسترده‌ای در محیط پخش نمی‌شود، تهدیدی برای حیات زمین و دریا نیست. اثرات زیست محیطی این ماده به‌طور کامل بررسی نشده است.البته بخش قابل توجهی از آن از بازیافت بدست می‌آید.

امروزه هر سال حدود ۴۸۰ تن ایندیوم از معدن به دست می‌آید و ۶۵۰ تن از طریق بازیافت به دست می‌آید. فناوری مورد استفاده در بازیافت ایندیوم بیشتر اختصاصی است.

ایندیوم بیشتر از بهبود یافتن اکسید قلع ایندیوم(ITO) مصرف شده از طریق مراحل زیر دست می اید:

  1. از نیتریک اسید استفاده میشود تا نیتریت ایندیوم به دست بیاید که با خنثی سازی همراه است که باعث تولید هیدروکسید ایندیوم می‌شود.
  2. اکسید ایندیوم از طریق تجزیه حرارتی تشکیل شده و در اسید سولفوریک حل می شود.
  3. ایندیوم فلزی را می توان از محلول حاصل به صورت الکترولیتی تولید کرد.

ظرفیت پالایش برای بازیافت ITO مصرف شده، برای کاهش تقاضای اولیه‌ی ایندیوم از سال 1996 به‌طور قابل توجهی گسترش یافته است. برای این‌کار ژاپن، چین، کره‌جنوبی و بلژیک بیشترین ظرفیت را دارند.[19]

از اضافات ITO در تولید LCD و سایر برنامه ها استفاده می‌شود.

جستارهای وابسته

منابع
  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Guloy, A. M.; Corbett, J. D. (1996). "Synthesis, Structure, and Bonding of Two Lanthanum Indium Germanides with Novel Structures and Properties". Inorganic Chemistry. 35 (9): 2616–22. doi:10.1021/ic951378e.
  3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. W. M. Haynes (2010). David R. Lide (ed.). CRC Press. ISBN 978-1-4398-2077-3.
  5. Dean, John A. (523). Lange's handbook of chemistry (Fifteenth ed.). McGraw-Hill, Inc. ISBN 978-0-07-016190-0.
  6. Greenwood and Earnshaw, p. 222
  7. Binder, Harry H. (1999). Lexicon der chemischen Elemente (in German). S. Hirzel Verlag. ISBN 978-3-7776-0736-8.
  8. Alfantazi, A. M.; Moskalyk, R. R. (2003). "Processing of indium: a review". Minerals Engineering. 16 (8): 687–694.
  9. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann
  10. U.S. Geological Survey – Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the United States
  11. John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011.
  12. Schubert, E. Fred (2003). Light-Emitting Diodes. Cambridge University Press. p. 16. ISBN 978-0-521-53351-5.
  13. The Electroluminescent Light Sabre Nanotechnology News Archive. Azonano. June 2, 2005.
  14. Recovery of By Product Critical Materials;Corby G Anderson,Colorado School of Mines
  15. Downs, Anthony John (1993).Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium, and ThalliumISBN 978-0-7514-0103-5.
  16. Powalla, M.; Dimmler, B. (2000). "Scaling up issues of CIGS solar cells"
  17. [Tin Oxide]
  18. Indium In-111 pentetreotide injection (OctreoScan) Package Insert. Curium US LLC, Maryland Heights, MO. 2018.OCTREOSCAN- indium in -111 pentetreotide kit
  19. https://www.chemistryworld.com/podcasts/indium/3005805.article


پیوند به بیرون
معنای ایندیوم را در ویکی‌واژه، واژه‌نامهٔ آزاد، ببینید.
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ ایندیوم موجود است.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.