فلز ایندیوم: توضیحات، خواص و کاربردها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

عنصر ایندیم دارای خواص مفید بسیاری است که به لطف آنها می توان از آن در اکتشافات فضایی، مهندسی، الکترونیک، صنایع هسته ای و سایر صنایع استفاده کرد. با این حال یافتن آن در طبیعت و جداسازی آن از سایر مواد بسیار دشوار است. به همین دلیل، آن را به عنوان یک عنصر نادر فهرست می کنیم. خواص ایندیم چیست؟ فلزی است یا غیر فلزی؟ بیایید در مورد همه ویژگی های آن بدانیم.

سابقه کشف عنصر

ایندیوم اولین بار تنها ۱۵۴ سال پیش کشف شد. تا حدی، این اتفاق به طور تصادفی رخ داد، زیرا کاشفان آن به دنبال عنصری کاملاً متفاوت بودند. در سال 1863، شیمیدانان تئودور ریشتر و فردیناند رایش تلاش کردند تالیم را در ماده معدنی اسفالریت (مخلوط روی) تشخیص دهند، فلز جدیدی در آن زمان که هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته بود.

برای جستجوی خود از تحلیل طیفی Kirchhoff و Bunsen استفاده کردند. ماهیت روش این است که وقتی تا دمای بالا گرم می شود، اتم های عناصر شروع به انتشار نور مربوط به یک محدوده فرکانس خاص می کنند. با طیف این درخشش، می توانید بفهمید که چه نوع عنصری در مقابل شما قرار دارد.

تالیم باید رنگ سبز روشن داشته باشد، اما دانشمندان به جای آن درخشش آبی پیدا کرده اند. هیچ عنصر شناخته شده ای چنین طیفی نداشت و شیمیدانان متوجه این موضوع شدندآنها خوش شانس بودند با توجه به ویژگی های سایه، آنها نام یافته خود را به نام رنگ نیلی نامگذاری کردند. و بنابراین یک فلز جدید به نام ایندیم کشف شد. و اکنون با جزئیات بیشتر در مورد ویژگی ها.

این فلز چیست؟

ایندیوم یک فلز نقره ای سبک و بسیار براق است که یادآور روی است. در سیستم تناوبی، متعلق به گروه سوم است، در عدد 49 قرار دارد و با نماد In نشان داده می شود.

در طبیعت به عنوان دو ایزوتوپ وجود دارد: در ¹¹³ و در ¹¹⁵. دومی شایع تر است، اما رادیواکتیو است. دوره فلز ایندیم 115 چقدر است؟ در 6·10^{14 سال تجزیه می شود و به قلع تبدیل می شود. همچنین حدود 20 ایزوتوپ مصنوعی وجود دارد که بسیار سریعتر تجزیه می شوند. طولانی ترین در میان آنها نیمه عمر 49 روز دارد.}

ایندیوم در +156.5 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در +2072 درجه سانتیگراد می جوشد. این به راحتی به آهنگری و سایر اثرات مکانیکی کمک می کند و به خوبی می تواند در جواهرات استفاده شود. اما به دلیل نرمی بالا به سرعت تغییر شکل می دهد. فلز را می توان به راحتی خم کرد، با چاقو برش داد و حتی با ناخن خراش داد.

خواص شیمیایی

از نظر خواص شیمیایی شبیه به گالیم یا آلومینیوم است. نمی تواند با هیچ فلزی پیوند جامد پیوسته ایجاد کند. به هیچ وجه با محلول های قلیایی واکنش نشان نمی دهد. در دماهای معین با ید، سلنیوم، گوگرد و دی اکسید آن واکنش می دهد، با کلر و برم واکنش می دهد. فلزاتی که آن را در جدول تناوبی احاطه کرده اند به راحتی در ایندیم حل می شوند، یعنی:تالیم، قلع، گالیم، سرب، بیسموت، جیوه، کادمیوم.

چند واقعیت جالب در مورد فلز هند:

• حتی با ماندن طولانی در هوا، محو نمی شود. هنگامی که فلز ذوب شود این اتفاق نمی افتد.
• اگر شروع به خم کردن ایندیوم کنید، صدای مشخصی شبیه صدای کرک یا کرانچ ایجاد می کند. از تغییر شکل شبکه کریستالی ماده ظاهر می شود.
• ایندیوم در +800 درجه سانتی گراد می سوزد، شعله آن آبی-بنفش یا نیلی است.
• این نرم ترین فلزی است که می توانید در دستان خود نگه دارید. فقط لیتیوم از آن پیشی می گیرد، اما بیش از حد فعال است و بلافاصله در هوا اکسید می شود و یک قلیایی سمی تشکیل می دهد.
• آلیاژ ایندیم با گالیوم بسیار قابل ذوب است و در دمای +16 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود.

موجود در طبیعت

فلز ایندیم رسوبات مستقلی تشکیل نمی دهد. بسیار پراکنده و به صورت ناگت بسیار نادر است. مواد معدنی خود ایندیوم شامل ساکورانیت، روکزیت، پاتروکیت و جالیندیت است. با این حال، نادر بودن آنها مانع از استفاده آنها در صنعت می شود.

مقدار کمی از ایندیم در آب دریا و باران، در نفت و همچنین در خاکستر زغال سنگ یافت می شود. به دلیل شباهت شعاع های یونی، ایندیم قادر است در شبکه های بلوری آهن، منیزیم، روی، سرب، منیزیم، قلع و… ادغام شود و به همین دلیل گاهی اوقات مقدار کمی از آن به همراه آنها یافت می شود.

به طور معمول، محتوای ایندیم در مواد معدنی از 0.05-1٪ تجاوز نمی کند. بیشتر فلز در اسفالریت و مارماریت یافت می شود. معمولا آن راغلظت بیشتر است، روی، آهن و سایر فلزات که قبلاً ذکر شد بیشتر است.

قیمت فلز

ایندیوم تنها چند سال پس از کشف به شکل خالص خود جدا شد. به دلیل پیچیدگی این فرآیند، یک گرم ایندیم در آن زمان حدود 700 دلار ارزش گذاری شد. و اگرچه روش های بدست آوردن آن در طول یک قرن و نیم به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما هنوز هم کمیاب و گران به حساب می آید.

امروزه میانگین قیمت آن کیلویی 600-800 دلار است و در کمال تعجب با افزایش تولیدش افت چندانی نمی کند. خلوص فلز معمولاً در علامت گذاری آن نشان داده می شود: IN-2، IN-1، IN-0، IN-00، IN-000، IN-00000. هر چه صفرها بیشتر باشد بهتر و گرانتر است. به عنوان مثال، ایندیوم گرید IN-000 را می توان حدود 2000 دلار در هر کیلوگرم ارزیابی کرد.

هزینه بالای فلز ایندیم با محتوای کم آن در طبیعت و تقاضای بالا توضیح داده می شود. 600-800 تن در سال استخراج می شود که مطلقاً تمام نیازهای آن را پوشش نمی دهد. با توجه به خواص منحصر به فرد آن، معلوم می شود که بسیار بهتر و بادوام تر از سایر فلزات ارزان تر است. برای از دست ندادن چنین ماده ارزشمندی، در بسیاری از کشورها دوباره از آن استفاده می شود.

محل درخواست

فلز ایندیم ترشوندگی و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ را افزایش می دهد. آنها با یاتاقان های سربی-نقره ای پوشانده شده اند که در فناوری هوانوردی و خودرو استفاده می شود. همچنین می تواند نقطه ذوب سایر فلزات را کاهش دهد. بنابراین مخلوط آن با قلع، سرب، کادمیوم و بیسموت ذوب می شوددر 46.5 درجه سانتی گراد، آن را برای اعلام حریق مناسب می کند.

اکسید قلع ایندیم برای نیمه هادی ها و لحیم کاری های مختلف استفاده می شود. علاوه بر این، برای ساخت مانیتور کامپیوتر، صفحه نمایش تلویزیون و تبلت استفاده می شود. آلیاژ شده با نقره یا به تنهایی، برای آینه های نجومی و آینه های چراغ خودرو استفاده می شود.

برای ایجاد فتوسل، فسفر، مواد ترموالکتریک، مهر و موم در فناوری فضایی عالی است. ایندیم نوترون ها را به خوبی جذب می کند و می تواند در راکتورهای هسته ای استفاده شود.

هیچ چیز در مورد نقش بیولوژیکی این عنصر در بدن ما شناخته نشده است، اما در پزشکی نیز از آن استفاده شده است. این دارو به عنوان یک داروی رادیواکتیو در تشخیص کبد، مغز و ریه ها برای تشخیص تومورها و سایر بیماری ها استفاده می شود.

روش های به دست آوردن

مقدار اصلی فلز ایندیم از رسوبات روی و قلع استخراج می شود. از ضایعات حاصل از فرآوری سنگ معدنی چند فلزی، قلع، سرب و روی به دست می آید. جداسازی و خالص سازی ایندیم در چند مرحله انجام می شود.

ابتدا با تنظیم سطح اسیدیته محلول رسوب می کند. سپس "فلز سیاه" حاصل باید تمیز شود. این کار با پالایش ذوب منطقه ای یا به روش های دیگر انجام می شود.

امروزه، کانادا یکی از تولیدکنندگان اصلی هند است. علاوه بر آن، حجم زیادی از فلز توسط ایالات متحده آمریکا، چین، ژاپن و کره جنوبی استخراج می شود. با این حال، سهاماین عنصر بسیار محدود است، انتظار می‌رود که ظرف چند دهه تمام شوند.