Indium je lesklý stříbřitý kov, který je tak měkký a poddajný, že může být poškrábán nehtem a ohnut do téměř jakéhokoli tvaru. V přírodě je indium poměrně vzácné a téměř vždy se vyskytuje jako stopový prvek v jiných minerálech - zejména ve zinku a olova -, z nichž se obvykle získává jako vedlejší produkt. Jeho odhadovaná hojnost v zemské kůře je 0,1 dílu na milion (ppm) - podle Royal Society of Chemistry je o něco hojnější než stříbro nebo rtuť.
Indium má nízkou teplotu tání pro kov: 313,9 stupňů Fahrenheita (156,6 stupňů Celsia). Při teplotě nad touto teplotou hoří fialový nebo indigový plamen. Název India je odvozen od brilantního indigového světla, které ukazuje ve spektroskopu.
Jen fakta
- Atomové číslo (počet protonů v jádru): 49
- Atomový symbol (v periodické tabulce prvků): In
- Atomová hmotnost (průměrná hmotnost atomu): 114,8,8
- Hustota: 7,31 gramů na krychlový centimetr
- Fáze při pokojové teplotě: pevná látka
- Teplota tání: 313,88 ° F (156,6 ° C)
- Bod varu: 3 761,6 F (2 072 ° C)
- Počet izotopů (atomů stejného prvku s různým počtem neutronů): 35, jejichž poločasy jsou známy; 1 stabilní; 2 přirozeně se vyskytující
- Nejběžnější izotop: In-115
Objev
Indium objevil v roce 1863 německý chemik Ferdinand Reich na Freiberg School of Mines v Německu. Reich studoval vzorek zinečnaté minerální směsi, o které si myslel, že by mohla obsahovat nedávno objevené elementové thallium. Po pražení rudy, aby se odstranila většina síry, aplikoval na zbývající materiály kyselinu chlorovodíkovou. Pak pozoroval, že se objeví nažloutlá pevná látka. Měl podezření, že se může jednat o sulfid nového prvku, ale protože byl slepý, požádal kolegu německého chemika Hieronymous T. Richtera, aby prozkoumal spektrum vzorku. Richter si všiml brilantní fialově zbarvené linie, která neodpovídala spektrální linii žádného známého prvku.
Oba vědci společně izolovali vzorek nového prvku a oznámili jeho objev. Pojmenovali nový prvek indium podle latinského slova indicum, což znamená fialová. Podle Královské společnosti chemie (RSC) se jejich vztah bohužel zhoršil, když se Reich dozvěděl, že Richter prohlašoval, že je objevitelem.
Použití
Více než století po objevení india byl prvek stále v relativní nejasnosti, protože nikdo nevěděl, co s tím dělat. Dnes je indium životně důležité pro světovou ekonomiku ve formě oxidu india cínu (ITO). Je to proto, že ITO zůstává nejlepším materiálem pro uspokojení rostoucí potřeby LCD (displeje z tekutých krystalů) v dotykových obrazovkách, televizorech s plochou obrazovkou a solárních panelech.
ITO má několik vlastností, díky kterým je ideální pro displeje LCD a další ploché displeje: Je průhledný; vede elektřinu; silně drží na skle; odolává korozi; a je chemicky a mechanicky stabilní.
ITO se také běžně používá k výrobě tenkých povlaků na sklo a zrcadla. Například při povlečení na čelní sklo letadel nebo automobilů umožňuje ITO sklu odmrznout nebo zamlžit a může tak snížit požadavky na klimatizaci.
Rostoucí poptávka po LCD výrazně zvýšila ceny india v posledních letech, podle RSC. Recyklace a efektivita výroby však pomohly vytvořit dobrou rovnováhu mezi nabídkou a poptávkou.
Indium se běžně používá k výrobě slitin a je často označováno jako „kovový vitamín“, což znamená, že malé hladiny india mohou podle slitiny RSC znamenat drastický rozdíl ve slitině. Například přidání malého množství india do zlata a slitin platiny je mnohem obtížnější. Slitiny india se používají k povlakování ložisek vysokorychlostních motorů a dalších kovových povrchů. Jeho slitiny s nízkou teplotou tání se používají také v hlavách postřikovačů, protipožárních dveřích a tavných zátek.
Kov india zůstává neobvykle měkký a poddajný při velmi nízkých teplotách, takže je ideální pro použití v nástrojích potřebných v extrémně chladných podmínkách, jako jsou kryogenní čerpadla a systémy s vysokým vakuem. Další jedinečnou kvalitou je jeho lepivost, díky čemuž je velmi užitečná jako pájka.
Indium se používá při výrobě různých elektrických zařízení, jako jsou usměrňovače (zařízení, která převádějí střídavý proud na přímý), termistory (elektrický odpor závislý na teplotě) a fotovodiče (zařízení, která zvyšují svou elektrickou vodivost při vystavení světlu).
Zdroj a hojnost
Indium se zřídka nachází v přírodě nekombinované a obvykle se vyskytuje ve zinkových, železných, olovnatých a měděných rudách. Podle amerického geologického průzkumu (USGS) je 61. nejběžnějším prvkem v zemské kůře a je přibližně třikrát hojnější než stříbro nebo rtuť. Odhaduje se, že v zemské kůře tvoří asi 0,1 dílu na milion (ppm). Podle Chemicoolu se podle india odhaduje na 250 dílů na miliardu (ppb). Podle Encyclopaedia Britannica je přírodní indium směsí izotopů I-115 (95,72%) a I-113 (4,28%).
Většina komerčních indií pochází z Kanady a dosahuje přibližně 75 tun ročně. Zásoby kovu se odhadují na více než 1 500 tun. Podle Lenntech je obdělávané půdy někdy bohatší na indium než neobdělávané půdy s některými úrovněmi až 4 ppm.
Kdo ví?
- Kovový indium vydává vysoce ohnutý „výkřik“, když je ohnutý. Podobně jako „cínový pláč“ zní tento výkřik spíše jako praskající zvuk.
- Indium je podobné galliu v tom, že snadno namočí sklo a je velmi užitečné pro výrobu slitin s nízkou teplotou tání. Slitina skládající se z 24 procent india a 76 procent gallia je při pokojové teplotě kapalná.
- První velká indická aplikace byla podle USGS povlakem pro ložiska ve vysoce výkonných leteckých motorech ve druhé světové válce.
- Podle Lenntecha byly v ruském regionu nalezeny vzorky nekombinovaného kovu india.
Lepší baterie
Podle studie zveřejněné v časopise Angewandte Chemie může indiové povlakování jednoho dne vést k výkonnějším a dlouhodobějším dobíjecím lithiovým bateriím. Indiový povlak by nabídl rovnoměrnější ukládání lithia při nabíjení, tlumil jakékoli negativní vedlejší reakce a zvyšoval skladování.
Lithium-iontová baterie je typem dobíjecí baterie běžně používané v přenosných technologiích, jako jsou mobilní telefony a přenosné počítače. Během vybíjení se lithiové ionty pohybují od záporné elektrody (anody) k kladné elektrodě (katody). Během nabíjení baterie se lithiové ionty pohybují v opačném směru - záporná elektroda se stává katodou a kladná elektroda se stává anodou.
V současné době lithium-iontové baterie používají anody vyrobené z grafitu, které se používají k ukládání lithia, když je baterie nabitá. Slibnou alternativou k použití grafitu by byly kovové anody - jako je lithium - - které by mohly nabídnout mnohem větší skladovací kapacitu. Hlavním problémem při používání kovových anod je však to, že během nabíjení baterie dochází k nerovnoměrnému ukládání kovu. To vede k tvorbě dendritů (krystalická hmota se strukturou větvící se stromu). Po delším používání tyto dendrity rostou tak velké, že zkratují baterii.
Dalším problémem s kovovými anodami je to, že způsobují nežádoucí vedlejší reakce mezi reaktivními kovovými elektrodami a elektrolytem (materiál, který umožňuje průtok elektřiny mezi kladnými a zápornými elektrodami). Tyto reakce mohou výrazně snížit životnost baterie.
Vědci z Rensselaer Polytechnic Institute a Cornell University představili novou alternativu: potažení lithia roztokem indiové soli. Vrstva india je při použití elektrody rovnoměrná a samoléčitelná. Jeho chemické složení zůstává stejné, a zůstává neporušené během cyklů nabíjení / vybíjení, což brání vedlejším reakcím. Dendrity jsou také eliminovány, což umožňuje, aby povrch zůstal hladký a kompaktní.
