Метал індій. Найважливіші сполуки Індія

З давніх-давен в Європі високо цінувалася яскраво-синя фарба «індиго», що привозиться з країни чудес Індії. За чистотою кольору вона могла змагатися із синіми променями сонячного спектру. Власники текстильних підприємств не скупилися на витрати, щоб придбати цю королеву фарб, що застосовувалась для фарбування сукна та інших тканин. Коли наприкінці XVIII століття Франція виявилася відрізаною англійським військовим флотом від Індії та інших південних країн, багато заморських товарів, у тому числі знаменитої фарби «індиго», стали дуже дефіцитними. Наполеон, який бажав зберегти для своєї армії традиційні темно-сині мундири, пообіцяв колосальну премію – мільйон франків! - тому, хто знайде спосіб отримання чудової фарби із європейської сировини.
Ми не випадково розпочали розповідь про один із рідкісних металів-індії – із згадки про фарбу «індиго»: адже саме їй елемент № 49 зобов'язаний своєю назвою.
У 1863 році в хімічній лабораторії маленького німецького містечка Фрейберга професор Фердинанд Рейх та його помічник Теодор Ріхтер займалися спектроскопічним дослідженням цинкових мінералів Саксонських гір, сподіваючись виявити в них відкритий за два роки до цього елемент талій. Вчені піддавали аналізу зразок за зразком, проте, як не вдивлялися вони в спектри, що виникають перед ними, соковитих зелених ліній, властивих талію, не було й близько. Але, мабуть, того погожого дня фортуні дуже не хотілося повертатися спиною до фрейберзьких хіміків. Чому б не винагородити їх за довготерпіння та копітку працю? І ось у черговому діапазоні перед поглядом вчених постала надзвичайно яскрава синя лінія, яка не належала жодному з відомих елементів. Рейху та Ріхтеру стало ясно, що їм пощастило відкрити новий елемент. А за схожість його спектральної лінії з королевою фарб «новонародженого» було вирішено назвати індією.
Тепер перед вченими постала проблема: виділити метал у чистому вигляді. Чимало витратили вони часу та праці, перш ніж зуміли отримати два зразки металевого індію, кожен завбільшки з олівець. До речі, схожість з олівцем була не тільки зовнішньою: індій виявився напрочуд м'яким металом - майже в п'ять разів м'якше за свинець і в 20 разів м'якше за чисте золото. З десяти мінералів, що становлять шкалу твердості за Моосом, дев'ять твердіша за індію; йому поступається лише найподатливіший з них - тальк. На папері індій залишає помітний слід. Однак писати індійськими «олівцями» було б таким же безрозсудним марнотратством, як топити піч асигнаціями: французька Академія наук оцінила зразки нового металу у 80 тисяч доларів – по 700 доларів за грам!
З'являючись світ, індій, зрозуміло, не підозрював, що завдасть чимало клопоту великому російському хіміку Д. І. Менделєєву. Втім, винен у цьому був не так індій, як його першовідкривачі: вони прийняли новий метал за близького родича цинку і тому помилково вирішили, що він, як і цинк, двовалентний. Крім того, вчені неправильно визначили його атомну вагу, вважаючи її рівною 75,6. Але в цьому випадку для Індії не було місця в періодичній таблиці, і Менделєєв дійшов висновку, що індій тривалентний, за властивостями він набагато ближче до алюмінію, ніж до цинку, а атомна вага його становить приблизно 114.1 Це був далеко не єдиний випадок, коли великий хімік на основі виявленого ним закону вносив суттєві корективи до характеристик уже відомих елементів. І цього разу життя підтвердило його правоту: атомна вага індія, визначена за допомогою найточніших методів, дорівнювала 114,82. Елементу було відведено місце № 49 у третій низці періодичної системи.
Природний індій складається з двох ізотопів з масовими числами 113 і 115, причому частка важчого з них значно солідніше - 95,7%. До середини XX століття обидва ці ізотопи мали репутацію стабільних. Проте в 1951 році вчені встановили, що мндій-115 все ж таки схильний до бета-розпаду і поступово перетворюється на олово-115. Щоправда, цей процес протікає вкрай повільно: період напіврозпаду ядер індія-115 дуже великий - 1014 років. Цілком зрозуміло, що за таких «темпів» індію довго вдавалося приховувати свою радіоактивність. В останні десятиліття фізики отримали близько 20 радіоактивних ізотопів Індії; період напіврозпаду найбільш довго живе з них (індія-114) - 49 днів.
Подібно до багатьох інших металів, індій довгий час не знаходив практичного застосування. І на це були цілком поважні причини: адже індій не лише досить рідкісний елемент (за змістом у земній корі він серед «мешканців» періодичної системи займає скромне місце в сьомому десятку), а й вкрай розсіяний: у природі практично немає мінералів, у яких головним компонентом (або хоча б одним із основних) був би індій. У кращому випадку його можна зустріти у вигляді нікчемних домішок до руд інших металів, де його вміст не перевищує зазвичай 0,05%. Можна собі уявити, які труднощі треба подолати, щоб витягти з цих руд крихти, що сховалися в них, індія.
Проте властивості цього металу було неможливо залишати байдужими представників технічного світу. 1924 року індієм серйозно зацікавився американський інженер Маррей. У пошуках індійських родовищ він вздовж і впоперек об'їздив Сполучені Штати Америки, поки, нарешті, в піщаних пагорбах Арізони не виявив хоч і не дуже які, але все ж таки вищі, ніж в інших місцях, концентрації цього розсіяного елемента. Незабаром тут з'явився завод з виробництва Індії.
Однією з перших областей застосування Індії стало виготовлення високоякісних дзеркал, необхідних для астрономічних приладів, прожекторів, рефлекторів тощо. Виявляється, звичайне дзеркало не однаково відбиває світлові промені різних кольорів. 1 Це означає, наприклад, що кольоровий одяг, якщо його розглядати в дзеркало, має дещо інше забарвлення, ніж насправді.
Правда, око модниці, що сидить перед трельяжем, не в змозі зафіксувати такі зміни в її туалеті, але для багатьох приладів фальсифікація кольорів просто неприпустима. І срібні, і олов'яні, і ртутно-вісмутові дзеркала грішать цим недоліком. Індій же не тільки має надзвичайно високу відбивну здатність, але й виявляє при цьому цілковиту об'єктивність, абсолютно однаково ставлячись до всіх кольорів веселки - від червоної до фіолетової. Ось чому, щоб світло, що випромінюється далекими зірками, доходило до астрономів неспотвореним, у телескопах встановлюють індієві дзеркала.
На відміну від срібла, індій не тьмяніє на повітрі, зберігаючи високий коефіцієнт відбиття. Між іншим, індій відіграв важливу роль при захисті Лондона від масованих нальотів німецької авіації під час Другої світової війни. На перший погляд, таке твердження може здатися дивним, але саме індієві дзеркала дозволяли прожекторам протиповітряної оборони в пошуках повітряних піратів легко пробивати потужними променями щільний туман, що нерідко огортав британські острови. Оскільки індій має низьку температуру плавлення - всього 156°С, під час роботи прожектора дзеркало постійно потребувало охолодження, проте англійське військове відомство охоче йшло на додаткові витрати, із задоволенням підраховуючи кількість збитих ворожих літаків.
Але часто в техніці низька температура плавлення може бути недоліком, а гідністю. Так, сплав Індія з вісмутом, свинцем, оловом і кадмієм плавиться вже при 46,8 ° С і завдяки цьому успішно справляється з-роллю автоматичного контролера, що оберігає відповідальні вузли та деталі різних механізмів від перегріву. Відомий сплав індію з галієм і оловом, який навіть за кімнатної температури перебуває в рідкому стані: він плавиться при 10,6°С. Плавкі запобіжники з індійських сплавів широко використовують у системах пожежної сигналізації.
Цікаві експерименти, пов'язані з температурою плавлення Індії, були проведені в Канаді. Досліджуючи за допомогою електронного мікроскопа дрібні частинки цього металу, канадські фізики виявили, що коли розмір частинок індію стає менше деякої величини, температура плавлення його різко знижується. Так, частинки індію розміром не більше 30 ангстрем плавляться при температурі трохи вище за 40°С. Такий колосальний стрибок - від 156 до 40 ° С - для вчених безсумнівний інтерес. Але природа цього ефекту навіть для сучасної фізики, що бачила, поки залишається загадкою: адже теорія процесів плавлення розроблялася стосовно значних мас речовини, а в дослідах канадських фізиків розплавленню піддавалися «гомеопатичні» дози індія - всього кілька тисяч атомів.
Цінну властивість індія - його висока стійкість до дії їдких лугів і морської води.1 Цю здатність набувають і мідні сплави, в які введено навіть невелику кількість індію. Обшивка нижньої частини корабля, виготовлена з такого сплаву, легко переносить тривале перебування у солоному підводному царстві.
Підшипникам, що застосовуються в сучасній техніці, наприклад в авіаційних моторах, доводиться працювати в досить важких умовах: швидкість обертання валу досягає декількох тисяч оборотів за хвилину, метал при цьому нагрівається і його опір дії мастил, що роз'їдає, знижується. Щоб метал підшипників не зазнавав ерозії, вчені запропонували наносити на них тонкий шар індію. Його атоми як щільно покривають робочу поверхню металу, а й проникають углиб, утворюючи із нею міцний сплав. Такий метал мастилу вже не по зубах: термін служби підшипників зростає вп'ятеро.
До речі, про зуби. З індійних сплавів (наприклад, зі сріблом, оловом, міддю та цинком), яким властиві висока міцність, корозійна стійкість, довговічність, виготовляють зубні пломби. У цих сплавах індій грає відповідальну роль: він зводить до мінімуму усадку металу при затвердінні пломби.
Авіатори добре знайомі з цинкоіндієвим сплавом, що є антикорозійним покриттям для сталевих пропелерів. Своєрідним найтоншим «ковдрою» з олова та окису індія «укутують» вітрове скло літаків. Таке скло не замерзає - на ньому не з'являються крижані візерунки, які навряд чи тішили б погляд пілотів. Сплави індію широко використовують для склеювання скла або скла з металом (наприклад, у вакуумній техніці).
Деякі сплави індію дуже гарні - не дивно, що вони сподобалися ювелірам. Як декоративний метал використовують, зокрема, сплав 75% золота, 20% срібла та 5% індія – так зване зелене золото. Відома американська фірма «Студебекер» замість хромування зовнішніх деталей автомобілів не без успіху застосувала індування. Індійове покриття значно довговічніше хромистого.
В атомних реакторах індійна фольга служить контролером, що вимірює інтенсивність потоку теплових нейтронів та їх енергію: зіштовхуючись з ядрами стабільних ізотопів індія, нейтрони перетворюють їх на радіоактивні; при цьому виникає випромінювання електронів, за інтенсивністю та енергією якого судять про нейтронний потік.
Але безперечно найважливіша сфера застосування індію в сучасній техніці - промисловість напівпровідників. Індій високої чистоти необхідний виготовлення германієвих випрямлячів і підсилювачів: він виступає у ролі домішки, що забезпечує дірочну провідність в германії. До речі, сам індій, використовуваний цієї мети, мало містить домішок: висловлюючись мовою хіміків, його чистота- «шість дев'яток», т. е. 99,9999%! Деякі сполуки індію (сульфід, селенід, антимонід, фосфід) самі є напівпровідниками; їх застосовують виготовлення термоелементів та інших приладів. Антимонід індію, наприклад, служить основою інфрачервоних детекторів, здатних «бачити» у темряві навіть ледь нагріті предмети.
Індій виявився одним із небагатьох поки що хімічних елементів, «відряджених» у космос, щоб вписати нові сторінки в технологію неорганічних матеріалів. У 1975 році, незадовго до початку спільного радянсько-американського космічного польоту за програмою "Союз"-"Аполлон", командири екіпажів А. Леонов і Т. Стаффорд у розмові з кореспондентом ТАРС висловили свою думку про значення майбутніх експериментів на орбіті. Зокрема, вони порушили питання про технологічні досліди з плавки металів та вирощування кристалів різних речовин. «Треба з'ясувати можливість використання невагомості та вакууму для отримання нових матеріалів – металевих та напівпровідникових, – сказав О. Леонов. - На думку радянських та американських учених, у космосі можна сплавляти компоненти, які не змішуються на Землі, створювати жароміцні матеріали…» «Наші астронавти, - додав Т. Стаффорд, - на борту орбітальної станції «Скайлеб» проводили досліди з вирощування кристалів антимоніду індію. Вдалося отримати кристал найчистіший і найміцніший із усіх, коли-небудь штучно отриманих Землі». А у 1978-1980 роках на борту радянської орбітальної наукової станції «Салют-6» було проведено нові технологічні експерименти, в яких «брали участь» індій та його сполуки.
Досліди із сполуками індію ведуть і на Землі. Так, нещодавно антимонід індія був підданий тиску 30 тисяч атмосфер. Виявилося, що в результаті таких «міцних обіймів» змінилися кристалічні грати речовини і при цьому його електропровідність зросла в мільйон разів!
Світове виробництво індія поки що дуже мало - лише кілька десятків тонн на рік. Зазвичай цей цінний метал отримують як побічний продукт при переробці руд цинку, свинцю, міді, олова. Оригінальний спосіб отримання Індія розробили вчені НДР. Вони запропонували добувати його з пилу, хмари якого «прикрашали» небо над одним із підприємств із переробки медистих сланців. Пил, у якому серед інших компонентів міститься індій, спочатку промивається гарячою сірчаною кислотою, потім проходить довгий шлях складних перетворень, у яких виходить чистий індій.
Інтерес до Індії постійно зростає. Вчені прагнуть якнайбільше дізнатися про цей метал. Декілька років тому фізики США зуміли заповнити ще одну прогалину в характеристиці індія, визначивши конфігурацію його ядра: виявилося, що воно нагадує… футбольний м'яч із смужкою по «екватору».
...У природі індій зустрічається рідко, але можна з упевненістю стверджувати, що в промисловому світі він з кожним роком ставатиме все більш і більш бажаним гостем.

ІНДІЙ, In (по синій, кольору індиго. лінії спектру * а. indium; н. Indium; ф. indium; і. indio), - хімічний елемент III групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 49, атомна маса 114,82. Складається зі стабільного ізотопу 113 In (4,33%) та ізотопу зі слабкою радіоактивністю 115 In (95,67%). Відкритий німецьким вченими Ф. Райхом та Т. Ріхтером у 1863.

Індій властивості

Індій – сріблясто-білий м'який метал. Кристалічна тетрагональна структура гранецентрована з параметрами а=0,4583 нм і с=0,4936 нм. Щільність 7310 кг/м3. Індій легкоплавок, t плавлення 156,78 ° С, t кипіння 2024 ° С; питома теплоємність при 0-150 ° С 234,461 Дж / кг.К, модуль пружності 11 ГПа, твердість по Брінеллю 9 МПа. Ступінь окислення +3, рідко +1 та +2. Індій на повітрі за кімнатної температури стійкий; повільно реагує з HCl, Н 2 SO 4 та ін, швидше з HNO 3; з лугами не взаємодіє. При кімнатній температурі реагує з Cl 2 і Br 2 при нагріванні - з I 2 і О 2 .

Індій - типовий розсіяний елемент, кларк його у земній корі 2,5.10-5%. Власні мінерали індія дуже рідкісні (самородний індій, гідроксид індія; решта трьох - сульфіди) і практичного значення не мають. За геохімічними властивостями близький до Fe, Zn та Sn. Основні мінерали-носії (середній вміст індію, %): сфалерит (0,0049), халькопірит (0,0012), каситерит (0,0024), галеніт (0,0004). Концентрується у високотемпературних гідротермальних поліметалевих рудах, що особливо містять одночасно цинк () і олово (до 0,1-0,5% у сфалериті, 0,05-0,1% у халькопіриті), і в коломорфних SnO 2 (до 1%) . Збагачення індию характерне для Тихоокеанського рудного поясу. Світові достовірні запаси Індія (без соціалістичних країн) оцінюються 1590 т, позабалансові запаси становлять близько 1900 т.

Отримання та застосування

Отримують індій попутно під час переробки руд кольорових металів; безпосередня сировина - вельц-оксиди цинкового виробництва, пилу та шлаки свинцевого виробництва, відгони при рафінуванні вакуумною плавкою. Так, з вельцоксиду індій вилуговують розчином Н 2 SO 4 потім екстрагують і виділяють цементацією або електролізом. Застосування: авіаційна та автомобільна промисловість (антикорозійні покриття, підшипникові мастила, дзеркала, що не тьмяніють, і рефлектори з високим відображенням), напівпровідникова техніка, радіотехніка та електроніка (отримання арсеніду, антимоніду та фосфіду індія, що відрізняються напівпровідниковими властивостями; тріодів і випрямлячів), атомна енергетика (індієвмісні стрижні в реакторах), приладобудування (низькотемпературні припойні сплави та ін), хімічне машинобудування (сплави, стійкі до лужної корозії), скляна промисловість та ін. Світове річне виробництво рафінованої індії 40-50 т. Основні виробляючі країни -

Зміст статті

ІНДІЙ(Indium) In – хімічний елемент 13-ї (IIIa) групи періодичної системи, атомний номер 49, атомна маса 114,82. Будова зовнішньої електронної оболонки 5s 2 5p 1 . Відомо 37 ізотопів Індії з 98 In по 134 In. Серед них лише один стабільний 113 In. У природі два ізотопи: 113 In (4,29%) і 115 In (95,71%) з періодом напіврозпаду 4,41 · 10 14 років. Найбільш стійкий ступінь окислення у сполуках: +3.

Відкриття індію відбулося епоху бурхливого розвитку спектрального аналізу – принципово нового (на той час) методу дослідження, відкритого Кірхгоффом і Бунзеном. Французький філософ О.Конт писав, що людство не має жодної надії дізнатися, з чого складаються Сонце і зірки. Минуло кілька років, і в 1860 р. спектроскоп Кірхгоффа спростував це песимістичний прогноз. Наступні п'ятдесят років були часом найбільших успіхів нового методу. Після того, як було встановлено, що у кожного хімічного елемента є свій спектр, що є такою ж характерною для нього властивістю, як дактилоскопічний відбиток – ознакою людини, почалася «переслідування» за спектрами. Крім видатних досліджень Кірхгоффа (що мало не призвели його до повної сліпоті) елементного складу Сонця, не менш тріумфальними були спостереження спектрів земних об'єктів: у 1861 р. були відкриті цезій, рубідій і талій.

У 1863 професор Фрейберзької мінералогічної школи (Німеччина) Фердинанд Рейх (1799–1882) та його асистент Теодор Ріхтер (1824–1898) спектроскопічно досліджували зразки цинкової обманки (мінералу сфалериту, ZnS), щоб виявити. Зі зразка сфалериту дією соляної кислоти Рейх і Ріхтер виділили хлорид цинку і помістили його в спектрограф з надією зареєструвати появу яскраво-зеленої лінії, характерної для талію. Професор Ф.Рейх страждав на дальтонізм і не міг розрізняти кольори спектральних ліній, тому всі спостереження реєстрував його асистент Ріхтер. Виявити присутність талію у зразках сфалериту не вдалося, але яке ж було подив Рейха, коли Ріхтер повідомив йому про появу у спектрі яскраво-синьої лінії (4511 Å). Було встановлено, що лінія не належала жодному з відомих раніше елементів і відрізнялася навіть від яскраво-синьої лінії спектру цезію. В силу подібності кольору характеристичної смуги в емісійному спектрі з кольором індиго барвника (латинське «indicum» – індійська фарба) відкритий елемент був названий індієм.

Так як новий елемент був виявлений у сфалериті, першовідкривачі визнали його аналогом цинку і приписали йому неправильну валентність, що дорівнює двом. Вони визначили і атомну вагу еквівалента Індії, яка виявилася 37,8. Виходячи з валентності 2, була неправильно встановлена атомна вага елемента (37,8 × 2 = 75,6). Тільки 1870 Д.И.Менделеев виходячи з періодичного закону встановив, що індій має валентність, рівну трьом, і є, в такий спосіб, аналогом алюмінію, а чи не цинку.

Таким чином, в 1871 р. індій став 49-м елементом періодичної системи.

Індій у природі.

За змістом у земній корі індій відноситься до типових рідкісних елементів, а характером поширення – до типових розсіяних елементів. Кларк Індія у земній корі дорівнює 1,4 · 10 -5%. Зараз відомо близько десяти власних мінералів індію: самородний індій (рідкісні екземпляри), складні сульфіди індит FeIn 2 S 4 , рокезит CuInS 2 , сакураніт (CuZnFe) 3 InS 4 і патрукіт (Cu, Fe, Zn) 2 ( 4 , інтерметалід йіксуіт PtIn, джаліндит In(OH) 3 . Ці мінерали немає практичного значення внаслідок своєї виняткової рідкості. Близькість іонного радіусу індію з розмірами іонів найбільш поширених металів (Fe, Zn, Mn, Sn, Mg, Pb та ін) призводить до того, що в природі індій вбудовується в кристалічні решітки мінералів цих елементів. Однак, незважаючи на таку подібність, вміст індію в переважній більшості мінералів-носіїв невеликий і рідко виходить за межі кількох тисячних часток відсотка. Кількість мінералів, у яких вміст індію досягає кількох десятих відсотка (0,05–1%) надзвичайно мало. Серед них можна відзначити циліндрит Pb 3 Sn 4 Sb 2 S 14 (0,1–1% In) та франкеїт Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14 (до 0,1% In), мінерали класу сульфостаннанів, цинкову обманку ZnS (0 1-1% In), халькопірит CuFeS 2 (0,05-0,1% In) і борніть Cu 3 FeS 3 (0,01-0,05% In). Через незначне поширення у природі сульфостаннанов вони мають значення для промислових процесів вилучення индия. Концентрація індію в цинкових обманках тим вища, що більше вміст у яких заліза і марганцю, та якщо з різноманітних за умовами свого утворення обманках (марматит, сфалерит, клейофан) багаті на індії ранні високотемпературні, темноокрашенные представники – марматити. Так, у сфалерит з високим вмістом заліза (темному сфалерит) вміст індія досягає 1%. Однак середній вміст індію у сфалеритових родовищах не перевищує і сотої частки відсотка.

У невеликих концентраціях індій виявлено в золі кам'яного вугілля, нафти деяких родовищ (до 2,2 · 10 -6 % In), а також у морській ((0,02-7) · 10 -10 % In) та дощовий ((0,002) -2) · 10 -7%) воді. Зміст індія у Всесвіті оцінюється в 3 · 10 -10% (мас.) або 3 · 10 -12% (ат.).

Таблиця 1. ПРИБЛИЗНИЙ РОЗПОДІЛ СВІТОВИХ РЕСУРСІВ ІНДІЯ
Країна	Ресурси, тонн	Резервна база, тонн
Канада	700	2000
Китай	280	1300
США	300	600
Росія	200	300
Перу	100	150
Японія	100	150
Інші країни	800	1500

Промислове отримання та ринок індія.

Основна частка природного індія посідає свинцево-цинкові родовища (70-75%) і лише невелика його частина на олов'яні родовища (10-15%), тому в даний час основним джерелом первинного індія є цинкові обманки поліметалевих родовищ. Індій виходить як побічний продукт переробки свинцево-цинкових, поліметалічних або олов'яних руд, а далі мідних цинкових або олов'яних концентратів. Схеми вилучення індія складні і багатостадійні, оскільки для індія, на відміну більшості інших рідкісних металів, немає специфічних хімічних реакцій, що дозволяють відокремлювати його від небажаних домішок, а численні методи цементації, екстракції та іонообмінного виділення також не цілком селективні.

Основною індійною сировиною є відгони свинцево-цинкових виробництв пил. При збагаченні свинцево-цинкових руд індій в основному переходить у цинкові і, невеликою мірою, у свинцеві концентрати, частина індія залишається з порожньою породою. Отримані цинкові концентрати обпалюються, і практично весь індій, внаслідок низької летючості In 2 O 3 залишається в недогарку. При подальшому пірометалургійному отриманні цинку індій майже повністю переходить у леткі відгони. Незважаючи на різне походження, для всіх відгонів характерне збагачення цинком, свинцем, кадмієм та багатьма іншими елементами, внаслідок чого вилучення індія з них утруднене. Крім того, вміст індію в таких сублімаціях рідко перевищує 0,01%. Основним способом розкладання відгонів є сірчанокислотне вилуговування. Найбільш повне вилучення індія розчин досягається обробкою великим надлишком сірчаної кислоти або за допомогою сульфатизації (дією концентрованої сірчаної кислоти на відгони при нагріванні). У процесі сульфатизації значною мірою видаляються домішки миш'яку, хлору та фтору, але залишаються цинк, мідь, кадмій, алюміній та інші елементи. Оброблені кислотою відгони далі обробляються водою, в результаті якої виходять розведені сірчанокислотні розчини з концентрацією Індія близько 0,1 г/л. Найскладнішою стадією процесу є вилучення індію з таких розчинів, для якого запропоновано безліч методів вибіркового осадження та розчинення, екстракції та іонного обміну; всі вони є цілком селективними. Насправді застосовується послідовне поєднання цих методів найбільш повного і селективного вилучення елемента.

На першому етапі виділення індію з розчинів після вилуговування можуть застосовуватися обробка надлишком не дуже концентрованого розчину гідроксиду натрію (відділення Al, Zn, As, Sb, Sn, Ga, Gе), надлишком водного аміаку (відділення Cd, Co, Cu, Ni, Zn ) або сірководнем у сильнокислому середовищі.

На другому етапі використовуються процеси цементації, амальгамного відновлення, екстракційного та іонообмінного вилучення. Цементація - витіснення індію з розчину цинковим пилом, чорновим індієм або алюмінієвими листами, яке значною мірою дозволяють позбутися домішок заліза та алюмінію. В результаті цементації виходить пірофорний (займистий на повітрі) губчастий індій, який витримують добу під шаром води для пасивації. Амальгамний спосіб полягає в перекладі індію з водного розчину у фазу ртуті дією амальгами цинку або електролізом на ртутному катоді. Розкладанням амальгами одержують металевий індій. Електролізом на ртутному катоді можна виділити практично весь індій навіть із розведених розчинів. В екстракційних методах як органічна фаза часто застосовується розчин алкілфосфорних кислот у гасі. Таким способом можна екстрагувати майже націло весь індій із сірчанокислотних розчинів. Спільно з індієм у спеціально підібраних умовах екстрагуються лише Sb(III), Sn(IV), Fe(III). Після повторної екстракції індій розчину виділяється цементацією. Іонообмінне виділення (поряд з екстракцією та цементацією) застосовується для очищення індієвих концентратів.

Металевий індій, отриманий з побічних продуктів свинцево-цинкових виробництв, містить свинець, миш'як, олово, ртуть, нікель, кадмій, залізо та інші елементи як значні домішки Для більш глибокого очищення застосовуються спеціальні методи – плавка під шаром лугу (видалення Z та деяких інших домішок), плавка під шаром гліцеринового розчину йодиду калію з добавкою йоду (видалення Cd, Tl, Fe). Остаточно індія очищається за допомогою кристалофізичних методів – зонної плавки та витягування з розплаву по Чохральському. При цьому відбувається глибоке очищення від домішок срібла, міді, нікелю і, якщо витягування повітря, заліза.

Останніми роками ринок металевого індию відрізняється крайньою нестабільністю. Дані різних авторів з виробництва та споживання Індія часто відрізняються у кілька разів. У 1987 р. виробництво первинногорафінованого індія становило 53 тонни, у 1988 – 106 тонн, у 1994 – 145 тонн, а у 1995 – 240 тонн, у 2000 було вироблено 335 тонн металу, у 2001 – 345 тонн, у 2002 – 533 тонн металу. Найбільшими виробниками первинного Індія є Китай, Японія та Канада. США не виробляють свого індія (всі родовища індія, як стратегічного металу, законсервовані), а лише займаються рафінуванням (заводи в Нью-Йорку та Род-Айленді) низькосортного (99,97 і 99,99%), що ввозиться з-за кордону (індія до) 99,9999% вмісту металу (ITO-якості).

Таблиця 2. РОЗПОДІЛ ПОТУЖНОСТЕЙ ЩОРІЧНОГО СВІТОВОГО ВИРОБНИЦТВА (2003) ПЕРВИННОГО ІНДІЯ.
Країна	Виробництво, тонн/рік	Основні виробники
Канада		Falconbridge Ltd.'s Kidd Creek, Ontario; Teck Cominco Trail, British Colombia.
Бельгія		Umicore s.a.; Metallurgie Hoboken-Overpelt.
Китай		Zhuzhou Smelter Non-Ferrous Co., Ltd; Liuzhou Zinc Product Co., Ltd; Huludao Zinc Smelter Co; China Tin Group Co. Ltd.
Франція		Metaleurop S.A.
Японія		Dowa Mining Co., Ltd; Nippon Mining & Metals Co., Ltd.
Перу		La Oroya Refinery
Росія		Новосибірський олов'яний комбінат та ін.
Німеччина		Preussag
Англія		Mining a. Chemical Products; Capper Pass
Голандія		Billito
США		Indium Corporation of America; Utica; NY; Umicore Indium Products, Providence, RI (a division of n.v. Umicore, s.a.)

В силу обмеженості природних ресурсів, Індія виникла проблема переробки вторинної сировини (брухт від виробництва РК-дисплеїв тощо), з якою зараз успішно справляється Японія, яка в 2003 виплавила 160 тонн вторинного Індія. Найбільший споживач Індія - Японія, за деякими оцінками в 2003 споживання Індія в цій країні склало 420 тонн. Внутрішні щорічні потреби США в Індії оцінюються в 90-95 тонн, але в 2003 США імпортували 125 тонн металу, експортували менше 10 тонн. Світове споживання Індії в 2003 становило понад 500 тонн, і за прогнозами фахівців Roskill до 2008 споживання Індія може досягти значення 850-870 тонн. На початку 1987 року ціна на індій становила 114, а середині дорівнювала 250 доларів/кг. У 1995 ціна на метал досягла 575 доларів/кг, але у 1999 вона знову впала до позначки 200 доларів/кг. До середини 2002 року ціни на індій досягли рекордно низького значення 55–60 доларів/кг, але до початку зими ситуація стала змінюватися, і вартість індія перевалила за позначку 100 доларів/кг. До кінця 2003 року індій коштував 300 доларів/кг, а в 2004 – 400–430 доларів/кг. За останні 14 років середньомісячна ціна на метал становила 250 доларів/кг.

Властивості простої речовини.

Індій – метал сріблясто-білого кольору, що не тьмяніє на повітрі при тривалому зберіганні і навіть у розплавленому стані. Щільність кристалічного індія 7310 кг/м 3 а розплавленого - 7030 кг/м 3 . Кристалічні грати тетрагональні. Метал плавиться при 156,7 ° С, кипить при 2072 ° С. Індій дуже м'який і пластичний. Його твердість за шкалою Мооса трохи більше 1 (м'якше тільки тальк), тому індійський стрижень, якщо їм водити по аркуші паперу, залишає на ньому сірий слід. Індій у 20 разів м'якший за чисте золото і легко дряпається нігтем, а його опір розтягуванню в 6 разів менше, ніж у свинцю. Палички з Індії легко згинаються і при цьому помітно хрумтять (голосніше, ніж олов'яні). Індій, як і галій, не утворює з жодним з металів безперервних твердих розчинів. В Індії добре розчиняються метали-сусіди за періодичною системою - галій, талій, олово, свинець, вісмут, кадмій, ртуть, щонайменше цинк. Понад 800° С індій горить на повітрі синьо-фіолетовим полум'ям з утворенням оксиду індія(III):

2In + 3O 2 = 2In 2 O 3 .

У присутності кисню повільно кородує у воді з утворенням гідроксиду:

4In + 3O 2 + 6H 2 O = 4In(OH) 3 .

Слабко розчиняється на холоді у розведених кислотах, значно краще при нагріванні. Легко розчиняється в галогеноводородних кислотах (HF – у присутності окислювача):

2In + 6HCl = 2InCl 3 + 3H 2

2In + 6HF + 3H 2 O 2 = 2InF 3 + 6H 2 O.

Реакція індію з концентрованою сірчаною кислотою на холоді протікає із виділенням водню, при нагріванні – діоксиду сірки. Залежно від доданої кількості кислоти можливе утворення нормального сульфату або комплексної кислоти:

2In + 6H 2 SO 4 = In 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O (при нагріванні)

In + 2H 2 SO 4 + 3,5H 2 O = HIn(SO 4) 2 ·3,5H 2 O + 2H 2 (на холоді).

Індій легко розчиняється в азотній кислоті різної концентрації з утворенням нітрату Індія (III):

In + 4HNO 3 = In(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Індій не реагує з оцтовою кислотою, але розчиняється в розчині щавлевої:

2In + 6H 2 C 2 O 4 = 2H 3 + 3H 2 .

З галогенами при легкому нагріванні утворює тригалогеніди:

2In + 3X 2 = 2InX 3 (X = F, Cl, Br, I).

При взаємодії індія з сірководнем при 1000° С або при сплавленні стехіометричних кількостей індія та сірки в атмосфері 2 можна отримати сульфід індія(I):

In + H 2 S = In 2 S + H 2 (1000 ° С)

2In + S = In 2 S.

Індій не реагує з бором, вуглецем та кремнієм, не відомі також відповідні борид, карбід, силіцид. Водень з індій також не реагує і дуже погано в ньому розчиняється (менше 1 см 3 на 100 г In); відомі, однак, гідриди індію - (InH 3) n і InH. При сплавленні індію з його тригалогенідами можна отримати галогеніди, в яких індій знаходиться в нижчих ступенях окиснення +1 і +2 (поряд з нестехіометричними галогенідами).

Найважливіші сполуки Індії.

Індій у своїх сполуках може бути у всіх ступенях окислення від 0 до +3. Хімія одновалентного індія зараз добре вивчена, проте практичне значення мають лише з'єднання тривалентного індію, як найбільш стійкі та поширені.

Оксид Індія(III) In 2 O 3 – світло-жовті або зеленувато-жовті кристали, густина 7180 кг/м 3 . Температура плавлення 1910° С. Може бути отриманий окисленням металевого індію киснем при нагріванні, розкладанням нітрату або гідроксиду індія:

In(OH) 3 = In 2 O 3 + H 2 O

4In(NO 3) 3 = 2In 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2 .

Оксид не розчинний у воді, не реагує з розчинами лугів, легко взаємодіє з розчинами мінеральних кислот з утворенням відповідних солей:

In 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = In 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

In 2 O 3 + 6HCl = 2InCl 3 + 3H 2 O.

При температурах 700–800° С In 2 O 3 відновлюється воднем або вуглецем до металу:

In 2 O 3 + 3H 2 = 2In + 3H 2 O.

Оксид індія (III) нелеткий, але при сильному нагріванні вище 1200° С частково дисоціює з утворенням чорного летючого In 2 O:

In 2 O 3 = In 2 O + O 2 .

Зараз оксид індія (III) – найбільш широко застосовуване з'єднання індія, оскільки він є основою більшості електропровідних плівок (легованих діоксидом олова) на склі, слюді або лавсані, що використовуються при виготовленні рідкокристалічних дисплеїв, моніторів портативних комп'ютерів, електролюмінесцентних ламп, електродів фото паливних елементів (у тому числі високотемпературних) і т.п. Електропровідні плівки на основі In 2 O 3 , будучи нанесеними на автомобільні або авіаційні скла, здатні нагрівати їх до 100 ° С при пропусканні струму і тим самим запобігати їх зледеніння і запотівання. Скло з такими плівками здатне пропускати до 85% падаючого на них світла. Крім того, In 2 O 3 знаходить деяке застосування у скляній промисловості, так як добавки його надають склу жовтого або помаранчевого кольору. Для монокристалу індій-олов'яного оксиду отримано одне з максимальних значень ефективності перетворення сонячної енергії (12%). Відомо ще безліч застосувань оксиду індію як електропровідний елемент.

Напівпровідники на основі пніктогенідів Індія.

Пніктогеніди – з'єднання індію з елементами головної підгрупи V групи періодичної системи (крім вісмуту) мають напівпровідникові властивості. Незважаючи на питому вагу напівпровідникових матеріалів, що знижується в останнє десятиліття, в загальному споживанні індія, вони продовжують відігравати значну роль в електротехніці.

З фосфором, миш'яком та сурмою індій утворює по одному стехіометричному з'єднанню (нестехіометричних не утворюється зовсім) – InP, InAs та InSb. Усі вони кристалізуються в кубічній сингонії (типу сфалериту). Відомий і нітрид InN, але поки він знаходить дуже обмежене застосування.

Найбільш просто виходить антимонід Індіяпо реакції

оскільки тиск насичених пар обох компонентів – In і Sb – низький, можна їх синтезувати звичайним сплавленням простих речовин у кварцовому реакторі у вакуумі (» 0,1 Па) при температурі 800–850° С. Це сірі з металевим блиском кристали, температура плавлення 525°, щільність 5775 кг/м 3 . Завдяки тому, що антимонід не розкладається при плавленні, його очищають зонною плавкою. Високочисті кристали InSb зазвичай одержують за допомогою горизонтальної зонної плавки в атмосфері водню високої чистоти.

Крім зонної плавки, для отримання монокристалів антимоніду індію (особливо легованих) застосовують метод витягування кристалів з розплаву з температурою, близькою до точки кристалізації (Чохральським). Суть (на відміну апаратурного оформлення) його досить проста: в розплав речовини з допомогою спеціального магнітного (чи іншого) утримувача опускається затравка (маленький монокристал InSb), а після початку нарощування речовини на кристал утримувач повільно піднімається з розплаву. Слід зазначити, що монокристали вирощуються в певних кристалографічних напрямках і, таким чином, можна отримати витягнутий монокристал антимоніду досить великих розмірів.

Антимонід Індія відрізняється надзвичайно високою рухливістю електронів і завдяки цьому InSb використовується у виготовленні малоінерційних датчиків Холла, що знаходять різноманітне застосування в приладах для вимірювання напруженості постійних та змінних магнітних полів та струмів. Іншою областю застосування антимоніду індія є виготовлення інфрачервоних детекторів, оскільки його електропровідність сильно змінюється під дією інфрачервоного випромінювання, яке більшою чи меншою мірою випускають всі оточуючі тіла в залежності від ступеня їх нагріву. Саме на реєстрації ІЧ-випромінювання, яке випускається різними тілами з різною інтенсивністю, засновано дію приладів нічного бачення. На основі InSb можна створювати фотоприймачі, що працюють у далекій ІЧ-області. Такі приймачі, однак, працюють при сильному охолодженні (до 2-4 К). Антимонід Індія з успіхом використовується і при виготовленні різноманітних перетворювачів, термоелектричних генераторів і деяких інших електротехнічних пристроїв.

Арсенід Індія- сірі кристали з металевим блиском, температура плавлення 943 ° С. Оскільки миш'як дуже леткий, при синтезі з'єднання розкладається відразу після утворення. Щоб запобігти розкладу, потрібно в об'ємі реактора підтримувати рівноважний тиск парів миш'яку. Для найбільш зручного регулювання тиску парів миш'яку запропоновано оригінальну конструкцію т.зв. двозонної печі. Така піч має дві температурні зони, в одній з яких знаходиться розплавлений індій, а в іншій миш'як. Реакція проходить між розплавом індію та парами миш'яку за рівнянням

Температура нагрівача в зоні з миш'яком регулюється таким чином, щоб підтримувався рівноважний тиск пар As (32,7 кПа при 800-900 ° С) при синтезі арсеніду індію.

Монокристали InAs отримують витягуванням з розплаву Чохральським з-під шару флюсу (розплав B 2 O 3). Флюс потрібен для запобігання випаровування миш'яку з реакційної зони (своєрідний гідродинамічний затвор), а щоб бульбашки парів миш'яку не пробулькивали через шар флюсу, над ним створюється тиск інертного газу (зазвичай аргону), що втричі перевищує тиск парів миш'яку при синтезі. За своїми властивостями арсенід індия схожий на антимонід, тому й сфери застосування у них майже однакові.

Фосфід Індія– сірі кристали з металевим блиском, Тпл = 1070° С, щільність 4787 кг/м 3 . Найбільш важко одержуваний, з погляду експериментального оформлення, пніктогенід індія. Високий тиск парів фосфору над розплавом InP значно ускладнює його синтез та процедуру очищення, тому значну увагу доводиться приділяти чистоті вихідних компонентів – фосфору та індії (їхня чистота має бути не нижчою, ніж 99,9999%). Принципово (але не з погляду апаратурного оформлення – воно складніше) схеми синтезу фосфіду індія не відрізняються від таких для арсеніду – синтез проводиться у двозонних печах, а вирощування монокристалів – по Чохральському з-під шару флюсу. Фосфід Індія можна назвати одним з найважливіших напівпровідникових матеріалів. Він поєднує у собі високу рухливість носіїв заряду, відносно велику ширину забороненої зони, прямий характер міжзонних переходів та сприятливі теплофізичні характеристики. Основні сфери використання фосфіду СВЧ-техніка та оптоелектроніка. На основі фосфіду індію виготовляють польові транзистори, електронні осцилятори та підсилювачі, його оцінюють як один із найбільш перспективних матеріалів для створення швидкодіючих інтегральних схем малої енергоємності. Крім того, у зв'язку з швидким розвитком волоконно-оптичних ліній зв'язку, різко зросло використання фосфіду індія як підкладки для твердих розчинів In-Ga-As-P, що застосовуються для створення ефективних випромінювачів та приймачів електромагнітного випромінювання для спектральної області, що відповідає прозорості світловодів з кварцових скловолокон. Фосфід Індія – перспективний матеріал для перетворення сонячної енергії на електричну.

Зараз добре відпрацьована технологія нанесення з рідкої або газової фази напівпровідних плівок InP, InAs та InSb на монокристалічну підкладку, оскільки цей спосіб виготовлення напівпровідників має ряд важливих переваг перед методами вирощування об'ємних монокристалів (нижчі температури кристалізації, зниження вмісту домішок та ін.). Такі структури також знаходять широке застосування електроніці.

Найбільше застосування в напівпровідникової техніки знаходять не чисті пніктогеніди індію, а їх тверді розчини або розчини з пніктогенідами галію, наприклад системи GaP-InSb, InAs-InP, InP-GaSb та багато інших. Зміна складу таких розчинів дозволяє плавно контролювати найважливіші фізико-хімічні властивості напівпровідників, що отримуються, тим самим розширюючи функціональні можливості і підвищуючи робочі параметри електронних пристроїв на їх основі. Принципи синтезу таких розчинів подібні до принципів виготовлення напівпровідників з індивідуальних речовин.

Інші застосування Індія.

Основна стаття споживання (65%) Індія у США та Японії – виготовлення тонких електропровідних плівок та ІЧ-відбивних плівок на основі оксиду Індія. Частка застосування індія виготовлення напівпровідників невелика – всього 10%. Крім цього є багато інших галузей застосування Індії. Насамперед, завдяки пластичним та антикорозійним властивостям, низькій летючості та маленькій температурі плавлення індій використовується для отримання різних сплавів та припоїв (15% від загального споживання індія), що знаходять найрізноманітніші застосування від ювелірної справи та зуболікарської практики до виготовлення космічних апаратів. Індій здатний легко (навіть при натиранні) дифундувати інші метали і утворювати тверді зносостійкі покриття, тому з кінця 1940-х індій успішно застосовується у виготовленні високоякісних підшипників для двигунів, термін служби яких в п'ять разів перевищує термін служби звичайних. Запропоновано безліч покриттів для нанесення на тертьові поверхні підшипників - срібно-індієві, срібно-торієво-індієві, індій-цинкові, свинцево-індієві, чистий індій та інші. Багато з таких підшипників здатні працювати без мастила - покриття на основі індію надають поверхні хороші змащувальні властивості. Для збільшення опору зношування індій покривають вістря контактів різних вимикачів, графітових щіток і т.д. Широко застосовується індій як компонент більш ніж п'ятдесяти легкоплавких сплавів з температурами плавлення від 10,6° С (62,5% Ga, 21,5% In, 16% Sn) до 314° С (95% Pb, 5% In), з успіхом застосовуються для лудіння та паяння. Крім того, вони використовуються як високотемпературне мастило, матеріали високовакуумних і рідкометалевих затворів, рідкометалевих ковзних електроконтактів і середовища для термометрів і термостатів. Індій – компонент багатьох припоїв, наприклад, припої складу Ag 50–65%, Ga 3–12%, In 6–18%, Cu – інше; In 12-50%, Sn 10-40%, Ag 0,1-10%, Cu 20-60%. Припої на основі індію використовуються, наприклад, для зварювання металу зі склом. Індій та олово мають низький тиск пари, тому їх сплави використовуються для паяння високовакуумної апаратури. У ювелірній справі індій застосовується у сплавах із золотом, сріблом та платиноїдами. Додавання індію до золота значно збільшує твердість та міцність виробів, покращує їх декоративний вигляд. Розроблено ряд сплавів Індії для заміни золота в ювелірних виробах. Отримано сплави індію з паладієм, що мають золотий і рожево-бузковий кольори. Наприклад, відомі «зелене золото» (75%, Au, 20% Ag, 5% In), сплав платини з індією (60% мовляв. In і 40% Pt) золотисто-жовтого кольору, «біле золото» та багато інших сплавів. Добавка індію до срібла запобігає потьмаренню срібних ювелірних виробів на повітрі. Застосування індію в стоматології відомо з 1934. При невеликих добавках до матеріалів зубних пломб і протезів індій підвищує їхню корозійну стійкість і твердість. Додавання до матеріалу зубних протезів дозволяє використовувати великі кількості міді замість золота при їх виготовленні. З'єднання Індія є компонентами зубних цементів, порошків та паст для профілактики карієсу зубів. Індиєві покриття мають чудову відбивну здатність і застосовуються у виготовленні високоякісних дзеркал, необхідних для астрономічних приладів (наприклад, телескопів, що реєструють слабке світло від далеких зірок), прожекторів, рефлекторів та інших пристроїв з високою вимірювальною точністю. Звичайні побутові дзеркала не однаково відображають світлові промені різних спектральних областей - іншими словами, колірна гама дещо спотворюється, хоча це й не помітно для людського ока. Це недолік срібних, олов'яних і ртутно-вісмутових дзеркал, але не індієвих, що однаково точно відображають промені з різними довжинами хвиль.

Біологічна роль Індія.

Про біологічну роль індія майже немає відомостей, відомо лише, що індій у слідових кількостях є у зубній тканині, і що у хворих на зуби (каріозні) його концентрація значно нижча, ніж у здорових. Відомості про токсикологію індія суперечливі, але, швидше за все, при введенні в шлунок та внутрішньовенно індій малотоксичний. Пил індія шкідлива. ГДК індія у повітрі 0,1 мг/м 3 (США) та 4 мг/м 3 (Росія).

Інтернет-ресурси: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/

Юрій Крутяков

Література:

Блешинський С.В., Абрамова В.Ф. Хімія Індія. Фрунзе, 1958
Фігуровський Н.А. Відкриття елементів та походження їх назв. М., Наука, 1970
Хімія та технологія рідкісних та розсіяних елементів, Т.1. Під. ред. К.А. Большакова. М., 1976
Популярна бібліотека хімічних елементів. Під. ред. Петрянова-Соколова І.В. М., 1983
Федоров П.І., Акчурін Р.Х. Індій. М., 2000

— сріблясто-білий метал з сильним блиском, що на вигляд нагадує свіжий зріз цинку. Його належать до групи легких металів. Він досить м'який, до того ж ковкий і легкоплавкий (плавиться за температури 156,5 °C). Індій легко ріжеться ножем, він майже в 5 разів м'якший за свинець. На папері залишає слід. Це досить рідкісний, цінний та дорогий метал. За хімічними властивостями індій подібний до галію і алюмінію. Його атомна маса 114,818 г/моль. Елемент складається з двох ізотопів, один з яких має досить слабку β-радіоактивність.

Дивіться також:

ГЕОХІМІЯ І МІНЕРАЛОГІЯ

Враховуючи електронну структуру атома індію, він відноситься до халькофільних елементів (18 електронів у передостанньому шарі). В даний час відомо менше 10 індієвих мінералів: самородний індій, рокезит CuInS 2 , індит FeIn 2 S 4 , кадмоіндит CdIn 2 S 4 , джаліндит In(OH) 3 , сакураніт (CuZnFe) 3 InS 4 і патруки ) 2 (Sn,In)S 4 . В основному індій знаходиться у вигляді ізоморфної домішки в ранньому високозалізистому сфалерит, де його вміст досягає десятих часток відсотка. У деяких різновидах халькопіриту і станніна вміст індію становить соті-десяті відсотки, а в каситериті та пірротині - тисячні частки відсотка. У піриті, арсенопіриті, вольфраміті та деяких інших мінералах концентрація індія – грами на тонну. Промислове значення для отримання металу поки що мають сфалерит та інші мінерали, що містять не менше 0,1% індія.

ВЛАСТИВОСТІ

Індій – метал сріблясто-білого кольору, що не тьмяніє на повітрі при тривалому зберіганні і навіть у розплавленому стані. Щільність кристалічного індія 7310 кг/м 3 а розплавленого - 7030 кг/м 3 . Метал плавиться при 156,7 ° С, кипить при 2072 ° С. Індій дуже м'який і пластичний. Його твердість за шкалою Мооса трохи більше 1 (м'якше тільки тальк), тому індійський стрижень, якщо їм водити по аркуші паперу, залишає на ньому сірий слід. Індій у 20 разів м'якший за чисте золото і легко дряпається нігтем, а його опір розтягуванню в 6 разів менше, ніж у свинцю. Палички з Індії легко згинаються і при цьому помітно хрумтять (голосніше, ніж олов'яні). Індій – діамагнетик, магнітне поле в ньому слабшає.

Індій, як і галій, не утворює з жодним з металів безперервних твердих розчинів. В Індії добре розчиняються метали-сусіди за періодичною системою - галій, талій, олово, свинець, вісмут, кадмій, ртуть, щонайменше цинк. Вище 800° С індій горить у повітрі синьо-фіолетовим полум'ям із заснуванням оксиду индия(III).

ЗАПАСИ І ВИБУТОК

На сьогоднішній день немає достовірних відомостей про світові ресурси Індія, оскільки його вилучення завжди прив'язане до переробки цинкових руд. За приблизними оцінками United States Geological Surveys (станом на червень 2004) сумарний світовий запас розвіданих родовищ Індія складає 2,5 10 3 тонн у перерахунку на метал, а обсяги резервної бази (з урахуванням нерозвіданих ресурсів) - 6 10 3 тонн металу . Світовими лідерами із запасів Індія є Канада (30% світових запасів), Китай та США (10% світових запасів)
Отримують індій з відходів та проміжних продуктів виробництва цинку, та меншою мірою, свинцю та олова. Ця сировина містить від 0,001% до 0,1% індію. З вихідної сировини виробляють концентрат індія, концентрату - чорновий метал, який потім рафінують. Вихідну сировину обробляють сірчаною кислотою і переводять індій розчин, з якого гідролітичним осадженням виділяють концентрат. З концентрату чорновий метал витягують цементацією на цинку та алюмінії. Для рафінування використовують різні методи, наприклад, зонна плавка.
Основним виробником Індії є Китай (390 тонн у 2012 році), також виробляється Канадою, Японією та Південною Кореєю (приблизно по 70 тонн).
В останні роки світове споживання Індія швидко зростає і в 2005 році досягло 850 тонн.
Кількість використовуваного Індія сильно залежить від світового виробництва РК-екранів. У 2007 році у світі було видобуто 475 тонн та ще 650 тонн було отримано шляхом переробки. На виробництво РК екранів для комп'ютерних дисплеїв та телевізорів витрачалося 50-70% доступного Індія.
Вартість індія в 2002 році склала близько 100 $ за кг, але зростання потреби в металі призвело до підвищення та флуктуації цін. У 2006-2009 роках вони вагалися в межах 400-900 доларів за кг.
За сучасними оцінками, запаси Індії будуть вичерпані в найближчі 20 років, якщо не буде підвищено ступінь вторинного використання металу.

ПОХОДЖЕННЯ

Індій самостійних родовищ не утворює, а входить до складу руд родовищ інших металів. Найбільш високий вміст індію встановлено в рудах каситеритоносних скарнів та сульфідно-каситеритових родовищ різних типів.
За змістом у земній корі індій відноситься до типових рідкісних елементів, а характером поширення – до типових розсіяних елементів. Кларк Індія у земній корі дорівнює 1,4 · 10 -5%. Зміст індію в переважній більшості мінералів-носіїв невеликий і рідко коли виходить за кілька тисячних часток відсотка. Кількість мінералів, у яких вміст індію досягає кількох десятих відсотка (0,05–1%) надзвичайно мало. Серед них можна відзначити циліндрит Pb 3 Sn 4 Sb 2 S 14 (0,1–1% In) та франкеїт Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14 (до 0,1% In), мінерали класу сульфостаннанів, цинкову обманку ZnS (0 1-1% In), халькопірит CuFeS 2 (0,05-0,1% In) і борніть Cu 3 FeS 3 (0,01-0,05% In). Через незначне поширення у природі сульфостаннанов вони мають значення для промислових процесів вилучення индия. Концентрація індію в цинкових обманках тим вища, що більше вміст у яких заліза і марганцю, та якщо з різноманітних за умовами свого утворення обманках (марматит, сфалерит, клейофан) багаті на індії ранні високотемпературні, темноокрашенные представники – марматити. Так, у сфалерит з високим вмістом заліза (темному сфалерит) вміст індія досягає 1%. Однак середній вміст індію у сфалеритових родовищах не перевищує і сотої частки відсотка.

У невеликих концентраціях індій виявлено в золі кам'яного вугілля, деяких нафтових родовищ (до 2,2 · 10 -6 % In), а також у морській ((0,02-7) · 10 -10 % In) та дощової ((0,002) -2) · 10 -7%) воді. Зміст індія у Всесвіті оцінюється в 3 · 10 -10% (мас.) або 3 · 10 -12% (ат.).

ЗАСТОСУВАННЯ

Широко застосовується у виробництві рідкокристалічних екранів для нанесення прозорих плівкових електродів з оксиду індія-олова. Раніше, коли широко застосовувалася сплавна технологія виробництва перших напівпровідникових приладів, характерним рішенням було сплавлення індію з германієм для отримання pn-переходу, наприклад, у діодах серій ДГ-Ц1, Д7 і тд до сотні мг індія.
Компонент ряду легкоплавких припоїв і сплавів (так, рідкий при кімнатній температурі галінстан містить 21,5% індія). Має високу адгезію до багатьох матеріалів, дозволяючи спаювати, наприклад, метал зі склом.

Іноді застосовується (чистий або в сплаві зі сріблом) для покриття дзеркал, зокрема, автомобільних фар, що при цьому відображає здатність дзеркал не гірше, ніж у срібних, а стійкість до впливу атмосфери (особливо сірководню) - більше.
У покритті астрономічних дзеркал використовується сталість коефіцієнта відбиття індію у видимій частині спектра.
Матеріал для фотоелементів
З'єднання використовуються як люмінофори.
Покриття спідниць алюмінієвих поршнів дизельних двигунів для зниження зносу.
Арсенід індія застосовується як високотемпературний термоелектричний матеріал з дуже високою ефективністю, збільшення ефективності зазвичай легується 10 % фосфіду индия.
Ізотопи 111 In і 113m In використовуються як радіофармацевтичні препарати.
Точка плавлення індія (429,7485 або 156,5985 °C) - одна з визначальних точок міжнародної температурної шкали ITS-90.
Індій належить до складу «блакитного золота».
У сплаві з оловом застосовується як припій із високою теплопровідністю для «процесорного термоінтерфейсу».

Індій (англ. indium) - In

Елемент індій має багато корисних властивостей, завдяки яким його можна використовувати в космонавтиці, техніці, електроніці, атомній промисловості та інших галузях. Однак знайти його в природі та відокремити від інших речовин надзвичайно складно. Через це він перебуває у списку рідкісних елементів. Які властивості має індій? Метал це чи неметал? Давайте дізнаємося про всі його особливості.

Історія відкриття елемента

Індій був уперше виявлений лише 154 роки тому. Частково це сталося випадково, адже його першовідкривачі шукали зовсім інший елемент. В 1863 хіміки Теодор Ріхтер і Фердинанд Райх намагалися виявити в мінералі сфалерит (цинковій обманці) талій - новий на той час метал, який тільки потрібно було вивчити.

Для своїх пошуків вони використали спектральний аналіз Кірхгофа та Бунзена. Суть методу полягає в тому, що при нагріванні до високих температур атоми елементів починають випромінювати світло, яке відповідає конкретному діапазону частот. По діапазону цього світіння можна дізнатися, що за елемент перед вами. У талію колір має бути яскраво-зеленим, але замість нього вчені виявили блакитне свічення. Жоден відомий елемент не володів таким спектром, і хіміки зрозуміли, що їм посміхнувся успіх. Через особливості відтінку свою знахідку вони назвали на честь кольору індиго. Так і було виявлено новий метал – індій. А тепер докладніше про особливості.

Що це за метал?

Індій – світло-сріблястий і дуже блискучий метал, що нагадує цинк. У періодичній системі він відноситься до третьої групи, стоїть під номером 49 і позначається символом In. У природі він існує у вигляді двох ізотопів: In113 та In115. Останній є більш поширеним, але є радіоактивним. Який період у металу індій 115? Він розпадається за 6 · 1014 років, перетворюючись на олово. Існує також близько 20 штучних ізотопів, які розпадаються набагато швидше. Найбільший «довгожитель» у тому числі період напіврозпаду становить 49 днів.

Індій плавиться за температури +156,5 °C і кипить при +2072 °C. Він легко піддається ковці та іншій механічній дії і цілком міг би використовуватися в ювелірних виробах. Однак через високу м'якість він швидко деформується. Метал легко можна зігнути, розрізати ножем і навіть подряпати нігтем.

Хімічні властивості

За своїми хімічними властивостями він схожий на галію або алюміній. Безперервних твердих з'єднань він не може утворити з жодним металом. Він зовсім не реагує із розчинами лугів. При певних температурах вступає в реакцію з йодом, селеном, сіркою та її діоксидом, реагує з хлором та бромом. В Індії легко розчиняються метали, які оточують його в Періодичній системі, а саме: талій, олово, галій, свинець, вісмут, ртуть, кадмій.

Декілька цікавих фактів про метал індії: Навіть при тривалому перебуванні на повітрі він не тьмяніє. Не відбувається це і за розплавлення металу. Якщо почати згинати індій, він видасть характерний звук, схожий на скрип чи хрускіт. Він виникає від деформації кристалічної решітки речовини. Індій горить при +800 °С, полум'я при цьому пофарбоване в синьо-фіолетовий колір, або колір індиго. Це м'який метал, який можна тримати в руках. Перевершує його тільки літій, але він занадто активний і відразу ж окислюється на повітрі, утворюючи отруйний луг. Сплав індія з галієм є дуже легкоплавким і стає рідким вже за +16 °C.

Метал індій не утворює самостійних родовищ. Він дуже розсіяний і як самородків зустрічається вкрай рідко. Серед власних мінералів індію: сакураніт, рокезит, патрукіт, джаліндіт. Однак їх рідкість не дозволяє застосовувати їх у промисловості. Невелика кількість індія зустрічається у морській та дощовій воді, у нафті, а також у золах кам'яного вугілля. Через схожість іонних радіусів індій здатний вбудовуватися в кристалічні решітки заліза, магнію, цинку, свинцю, маганца, олова і т. д. Завдяки цьому його незначну кількість іноді виявляють разом із ними. Як правило, вміст індію в мінералах не перевищує 0,05-1%. Найбільше металу міститься у сфалеритах та мармаритах. Зазвичай його концентрація тим вища, що більше у яких цинку, заліза та інших, вже названих металів.

Ціна металу

Індій вже за кілька років після відкриття вдалося виділити у чистому вигляді. Через складність цього процесу один грам індія тоді оцінювався приблизно в 700 доларів. І хоча за півтора століття методи його отримання значно покращилися, він досі вважається рідкісним та дорогим. Сьогодні його середня ціна становить $600-800 за кілограм і, що дивно, не сильно падає зі збільшенням обсягів його видобутку. Чистота металу зазвичай вказується у його маркуванні: ІН-2, ІН-1, ІН-0, ІН-00, ІН-000, ІН-00000. Чим більше нулів, тим він якісніший і дорожчий. Наприклад, індій марки ІН-000 може оцінюватись у суму близько 2000 доларів за кілограм. Висока вартість металу Індія пояснюється і його низьким вмістом у природі, і великим попитом. У рік видобувається 600-800 тонн, що не покриває всіх потреб у ньому. Завдяки своїм унікальним властивостям він виявляється набагато кращим і довговічнішим за інші, більш дешеві метали. Щоб не втрачати такого цінного матеріалу, у багатьох країнах його використовують вдруге.

Де застосовують

Метал індій підвищує змочуваність та стійкість сплаву до корозії. Їм покривають свинцево-срібні підшипники, які використовують в авіаційній та автомобільній техніці. Він також здатний знижувати температуру плавлення інших металів. Так, його суміш із оловом, свинцем, кадмієм і вісмутом плавиться при 46,5 °С, завдяки чому використовується для пожежної сигналізації. Окис індія та олова застосовується для напівпровідників та різних припоїв. Крім того, її використовують для виготовлення комп'ютерних моніторів, екранів телевізорів та планшетів. У сплаві зі сріблом чи самостійно він застосовується для астрономічних дзеркал та дзеркал автомобільних фар.

Він чудово підходить для створення фотоелементів, люмінофорів, термоелектричних матеріалів, ущільнювачів у космічній техніці. Індій добре поглинає нейтрони та може використовуватися в атомних реакторах. Про біологічну роль цього елемента в нашому організмі нічого не відомо, проте його навчилися використовувати і в медицині. Його застосовують як радіоактивний препарат при діагностуванні печінки, мозку та легень для виявлення пухлин та інших захворювань.

Способи отримання

Основну кількість металу індія видобувають із цинкових та олов'яних родовищ. Його одержують із відходів від переробки поліметалевих, олов'яних, свинцево-цинкових руд. Відділення та очищення індія проводиться у кілька стадій.

Спочатку його беруть в облогу за допомогою регулювання рівня кислотності розчину. Отриманий «чорновий метал» потім потрібно очистити. Роблять це шляхом рафінування зонною плавкою чи іншими способами. На сьогоднішній день одним із головних виробників Індії є Канада. Окрім неї, великі обсяги металу видобувають США, Китай, Японія, Південна Корея. Однак запаси цього елемента дуже обмежені, передбачається, що вони вичерпаються протягом кількох десятків років.