Индий был открыт в 1863 г. Райхом (Reich) и Рихтером (Richter) в остатках от переработки цинковой обманки из Фрейбергского месторождения, которую они исследовали спектроскопически на присутствие таллия. Новый элемент был обнаружен по своеобразной индиго-синей линии и был назван по ее цвету. Вначале индий считали двухвалентным. Однако Менделеев на основании свойств индия поставил его на правильное место в периодической системе и установил его трехвалентность. Валентность, равная трем, была вскоре подтверждена определением удельной теплоемкости, путем вычисления атомного объема и открытием соответствующих квасцов.

Получение:

В качестве исходного продукта для получения индия в первую очередь используются полупродукты от выплавки свинца и цинка из руд, содержащих индий. Цинк с относительно высоким содержанием индия обрабатывают соляной кислотой в количестве, недостаточном для полного растворения цинка. Индий при этом остается в шламе, из раствора этого шлама большая часть имеющихся тяжелых металлов осаждается сероводородом. Из фильтрата после прибавления аммиака индий выделяется в виде гидроксида, обычно вместе с железом. Способ отделения железа от индия зависит от содержания последнего.
Получение металлического индия из оксида нагреванием в токе водорода или электролизом кислых растворов не представляет особых трудностей из-за легкой восстанавливаемости соединений индия.

Физические свойства:

Индий - серебристо-белый, обладающий сильным блеском металл. Он очень мягкий, легко режется ножом и плавится при весьма низкой температуре (температура плавления 156,4°). Температура кипения, напротив, довольно высока (2300°). Удельный вес 7,31. Удельная теплоемкость 0,057.

Химические свойства:

В атмосфере сухого воздуха индий не теряет блеск, при нагревании он покрывается пленкой, но сильно окисляться начинает только при температуре выше температуры плавления. При нагревании в токе хлора индий энергично сгорает. Он непосредственно соединяется и с другими галогенами, а также с серой.
С обычными кислотами реагирует медленно, быстрее с азотной кислотой, со щелочами не взаимодействует.

Важнейшие соединения:

В соединениях степень окисления индия обычно +3, реже, особенно в соединениях с галогенами и халькогенами +2 и +1. Для соединений индия в низших степенях окисления характерно диспропорционирование в водной среде на соединения индия(III) и свободный металл.
Оксид индия In 2 O 3 образуется пря нагревания гидроксида, сульфата или нитрата. Это светло-желтый порошок, при нагревании темнеющий, растворимый в кислотах и нерастворимый в воде, щелочах и аммиаке.
Гидроксид индия(III) , In 2 O 3 ·aq выпадает из раствора солей индия при добавлении аммиака. Гидроксид - белый, студенистый осадок, нерастворимый в разбавленном аммиаке, может легко образовать коллоидный раствор, что препятствует его выпадению. Легко растворим в кислотах и в избытке щелочей, является амфотерным соединением.
Соли : например, нитрат In(NО 3) 3 ·41/2Н 3 О; сульфат In 2 (SO 4) 3 . Соли трехвалентного индия, как правило, бесцветны, за исключением оксалатов, фосфатов и сульфидов, легко растворимы в воде. В растворе они сильно гидролизованы.
В щелочной среде образуются кислородсодержащие соли, в которых индий входит в состав аниона, называемые индатами . Индий также может образовывать ацидосоединения. В водном растворе индий не образует аммиачных комплексов.
Галогениды InCl 3 и InВг 3 бесцветны, InI 3 существует в желтой и красной модификации, растворимы (InF 3 очень мало растворим). В парообразном состоянии галогениды ассоциированы в димерные молекулы, так же как галогениды алюминия.
Двойные соли (ацидосоли): например, K 3 InCl 6 ·11/2H 2 O (гексахлороиндат(III) калия); NH 4 In(SO 4) 2 ·12H 2 O (аммониевые квасцы индия).
Хлорид индия(II) InCl 2 получают при нагревании индия в токе хлористого водорода в виде янтарно-желтого расплава, который застывает в бесцветные кристаллы. Считают, что в решетке места катионов заполнены статистически распределенными ионами In+ и In3+, In. Вода разлагает InCl 2 на металлический индий и InCl 3 . Реакция идет в две стадии:
1) 2InCl 2 = InCl + InCl 3
2) 3InCl = 2In + InCl 3 .

Применение:

Индий используется вместо серебра для покрытия рефлекторов; рефлекторы, покрытые индием, со временем не тускнеют, и поэтому их коэффициент отражения остается постоянным.
Индий применяется также для покрытия вкладышей подшипников и в качестве одного из компонентов сплава для плавких предохранителей.
В качестве присадок к германию и в виде интерметаллических соединений с мышьяком и с сурьмой индий применяется в полупроводниковой электронике.
Мировое производство (без СССР) - около 45 т/год (1979).

ИНДИЙ, In (по синей, цвета индиго. линии спектра * а. indium; н. Indium; ф. indium; и. indio), — химический элемент III группы периодической системы Менделеева , атомный номер 49, атомная масса 114,82. Состоит из стабильного изотопа 113 In (4,33%) и изотопа со слабой радиоактивностью 115 In (95,67%). Открыт немецким учёными Ф. Райхом и Т. Рихтером в 1863.

Индий свойства

Индий — серебристо-белый мягкий металл. Кристаллическая структура тетрагональная гранецентрированная с параметрами а=0,4583 нм и с=0,4936 нм. Плотность 7310 кг/м 3 . Индий легкоплавок, t плавления 156,78°С, t кипения 2024°С; удельная теплоёмкость при 0-150°С 234,461 Дж/кг.К, модуль упругости 11 ГПа, твёрдость по Бринеллю 9 МПа. Степень окисления +3, редко +1 и +2. Индий на воздухе при комнатной температуре устойчив; медленно реагирует с HCl, Н 2 SO 4 и др., быстрее с HNO 3 ; со щелочами не взаимодействует. При комнатной температуре реагирует с Cl 2 и Br 2 , при нагревании — с I 2 и О 2 .

Индий — типичный рассеянный элемент , кларк его в земной коре 2,5.10-5%. Собственные минералы индия очень редки (самородный индий, гидроксид индия; остальные три — сульфиды) и практическое значения не имеют. По геохимическим свойствам близок к Fe, Zn и Sn. Главные минералы-носители (среднее содержание индия, %): сфалерит (0,0049), халькопирит (0,0012), касситерит (0,0024), галенит (0,0004). Концентрируется в высокотемпературных гидротермальных полиметаллических рудах , особенно содержащих одновременно цинк () и олово (до 0,1-0,5% в сфалерите, 0,05-0,1% в халькопирите), и в колломорфных SnO 2 (до 1%). Обогащение индия характерно для Тихоокеанского рудного пояса . Мировые достоверные запасы индия (без социалистических стран) оцениваются в 1590 т, забалансовые запасы составляют около 1900 т.

Получение и применение

Получают индий попутно при переработке руд цветных металлов; непосредственное сырьё — вельц-оксиды цинкового производства, пыли и шлаки свинцового производства, возгоны при рафинировании вакуумной плавкой. Так, из вельцоксида индий выщелачивают раствором Н 2 SO 4 , затем экстрагируют и выделяют цементацией или электролизом. Применение: авиационная и автомобильная промышленность (антикоррозионные покрытия, подшипниковые смазки, нетускнеющие зеркала и рефлекторы с высоким отражением), полупроводниковая техника, радиотехника и электроника (получение арсенида, антимонида и фосфида индия, отличающихся полупроводниковыми свойствами; добавка к Ge и Si; изготовление диодов, триодов и выпрямителей), атомная энергетика (индийсодержащие стержни в реакторах), приборостроение (низкотемпературные припойные сплавы и др.), химическое машиностроение (сплавы, стойкие к щелочной коррозии), стекольная промышленность и др. Мировое годовое производство рафинированного индия (без социалистических стран) 40-50 т. Основные производящие страны —

Содержание статьи

ИНДИЙ (Indium) In – химический элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 49, атомная масса 114,82. Строение внешней электронной оболочки 5s 2 5p 1 . Известно 37 изотопов индия с 98 In по 134 In. Среди них лишь один стабильный 113 In. В природе два изотопа: 113 In (4,29%) и 115 In (95,71%) с периодом полураспада 4,41·10 14 лет. Наиболее устойчивая степень окисления в соединениях: +3.

Открытие индия произошло в эпоху бурного развития спектрального анализа – принципиально нового (в те времена) метода исследования, открытого Кирхгоффом и Бунзеном. Французский философ О.Конт писал, что у человечества нет никакой надежды узнать, из чего состоят Солнце и звезды. Прошло несколько лет, и в 1860 спектроскоп Кирхгоффа опроверг это пессимистичное предсказание. Последующие пятьдесят лет были временем наиболее крупных успехов нового метода. После того как было установлено, что у каждого химического элемента есть свой спектр, являющийся столь же характерным для него свойством, как дактилоскопический отпечаток – признаком человека, началась «погоня» за спектрами. Помимо выдающихся исследований Кирхгоффа (едва не приведших его к полной слепоте) элементного состава Солнца, не менее триумфальными были наблюдения спектров земных объектов: в 1861 были открыты цезий, рубидий и таллий.

В 1863 профессор Фрейбергской минералогической школы (Германия) Фердинанд Рейх (1799–1882) и его ассистент Теодор Рихтер (1824–1898) спектроскопически исследовали образцы цинковой обманки (минерала сфалерита, ZnS), чтобы обнаружить в них таллий . Из образца сфалерита действием соляной кислоты Рейх и Рихтер выделили хлорид цинка и поместили его в спектрограф с надеждой зарегистрировать появление ярко-зеленой линии, характерной для таллия. Профессор Ф.Рейх страдал дальтонизмом и не мог различать цвета спектральных линий, поэтому все наблюдения регистрировал его ассистент Рихтер. Обнаружить присутствие таллия в образцах сфалерита не удалось, но каково же было удивление Рейха, когда Рихтер сообщил ему о появлении в спектре ярко-синей линии (4511Å). Было установлено, что линия не принадлежала ни одному из известных до этого элементов и отличалась даже от ярко-синей линии спектра цезия. В силу сходства цвета характеристической полосы в эмиссионном спектре с цветом красителя индиго (латинское «indicum» – индийская краска) открытый элемент был назван индием.

Так как новый элемент был обнаружен в сфалерите, первооткрыватели сочли его аналогом цинка и приписали ему неверную валентность, равную двум. Они определили и атомный вес эквивалента индия, который оказался 37,8. Исходя из валентности 2, был неверно установлен атомный вес элемента (37,8 × 2 = 75,6). Только в 1870 Д.И.Менделеев на основании периодического закона установил, что индий имеет валентность, равную трем, и является, таким образом, аналогом алюминия, а не цинка.

Таким образом, в 1871 индий стал 49-ым элементом периодической системы.

Индий в природе.

По содержанию в земной коре индий относится к типичным редким элементам, а по характеру распространения – к типичным рассеянным элементам. Кларк индия в земной коре равен 1,4·10 –5 %. Сейчас известно около десяти собственных минералов индия: самородный индий (редчайшие экземпляры), сложные сульфиды индит FeIn 2 S 4 , рокезит CuInS 2 , сакуранит (CuZnFe) 3 InS 4 и патрукит (Cu,Fe,Zn) 2 (Sn,In)S 4 , интерметаллид йиксуит PtIn, джалиндит In(OH) 3 . Эти минералы не имеют практического значения вследствие своей исключительной редкости. Близость ионного радиуса индия с размерами ионов более распространенных металлов (Fe, Zn, Mn, Sn, Mg, Pb и др.) приводит к тому, что в природе индий встраивается в кристаллические решетки минералов этих элементов. Однако, несмотря на такое сходство, содержание индия в подавляющем большинстве минералов-носителей невелико и редко когда выходит за пределы нескольких тысячных долей процента. Количество минералов, в которых содержание индия достигает нескольких десятых долей процента (0,05–1%) чрезвычайно мало. Среди них можно отметить цилиндрит Pb 3 Sn 4 Sb 2 S 14 (0,1–1% In) и франкеит Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14 (до 0,1% In), минералы класса сульфостаннанов, цинковую обманку ZnS (0,1–1% In), халькопирит CuFeS 2 (0,05–0,1% In) и борнит Cu 3 FeS 3 (0,01–0,05% In). Из-за незначительного распространения в природе сульфостаннанов они не имеют значения для промышленных процессов извлечения индия. Концентрация индия в цинковых обманках тем выше, чем больше содержание в них железа и марганца, а из разнообразных по условиям своего образования обманках (марматит, сфалерит, клейофан) богаты индием ранние высокотемпературные, темноокрашенные представители – марматиты. Так, в сфалерите с высоким содержанием железа (темном сфалерите) содержание индия достигает 1%. Однако среднее содержание индия в сфалеритовых месторождениях не превышает и сотой доли процента.

В небольших концентрациях индий обнаружен в золе каменных углей, нефтях некоторых месторождений (до 2,2·10 –6 % In), а также в морской ((0,02–7)·10 –10 % In) и дождевой ((0,002–2)·10 –7 %) воде. Содержание индия во Вселенной оценивается в 3·10 –10 %(масс.) или 3·10 –12 %(ат.).

На сегодняшний день нет достоверных сведений о мировых ресурсах индия, так как его извлечение всегда привязано к переработке цинковых руд. По приблизительным оценкам United States Geological Surveys (по состоянию на июнь 2004) суммарный мировой запас разведанных месторождений индия составляет 2,5·10 3 тонн в пересчете на металл, а объемы резервной базы (с учетом неразведанных ресурсов) – 6·10 3 тонн металла. Мировыми лидерами по запасам индия являются Канада (30% мировых запасов), Китай и США (10% мировых запасов):

Таблица 1. ПРИБЛИЗИТЕЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИРОВЫХ РЕСУРСОВ ИНДИЯ
Страна	Ресурсы, тонн	Резервная база, тонн
Канада	700	2000
Китай	280	1300
США	300	600
Россия	200	300
Перу	100	150
Япония	100	150
Другие страны	800	1500

Промышленное получение и рынок индия.

Основная доля природного индия приходится на свинцово-цинковые месторождения (70–75%) и лишь небольшая его часть на оловянные месторождения (10–15%), поэтому в настоящее время основным источником первичного индия являются цинковые обманки полиметаллических месторождений. Индий получается как побочный продукт переработки свинцово-цинковых, полиметаллических или оловянных руд, а далее цинковых медных или оловянных концентратов. Схемы извлечения индия сложны и многостадийны, так как для индия, в отличие от большинства других редких металлов, нет специфических химических реакций, позволяющих отделять его от нежелательных примесей, а многочисленные методы цементации, экстракции и ионообменного выделения также не вполне селективны.

Основным индиевым сырьем являются возгоны свинцово-цинковых производств пыль. При обогащении свинцово-цинковых руд индий в основном переходит в цинковые и, в небольшой степени, в свинцовые концентраты, часть индия остается с пустой породой. Полученные цинковые концентраты обжигаются, и практически весь индий, вследствие низкой летучести In 2 O 3 , остается в огарке. При последующем пирометаллургическом получении цинка индий почти полностью переходит в летучие возгоны. Несмотря на различное происхождение, для всех возгонов характерно обогащение цинком, свинцом, кадмием и многими другими элементами, вследствие чего извлечение индия из них затруднено. Кроме того, содержание индия в таких возгонах редко превышает 0,01%. Основным способом разложения возгонов является сернокислотное выщелачивание. Наиболее полное извлечение индия в раствор достигается обработкой большим избытком серной кислоты или с помощью сульфатизации (действием концентрированной серной кислоты на возгоны при нагревании). В процессе сульфатизации в значительной степени удаляются примеси мышьяка, хлора и фтора, но остаются цинк, медь, кадмий, алюминий и другие элементы. Обработанные кислотой возгоны далее обрабатываются водой, в результате которой получаются разбавленные сернокислотные растворы с концентрацией индия около 0,1 г/л. Самой сложной стадией процесса является извлечение индия из таких растворов, для которого предложено множество методов избирательного осаждения и растворения, экстракции и ионного обмена; все они не являются вполне селективными. На практике применяется последовательное сочетание этих методов для наиболее полного и селективного извлечения элемента.

На первом этапе выделения индия из растворов после выщелачивания могут применяться обработка избытком не очень концентрированного раствора гидроксида натрия (отделение Al, Zn, As, Sb, Sn, Ga, Gе), избытком водного аммиака (отделение Cd, Co, Cu, Ni, Zn) или сероводородом в сильнокислой среде.

На втором этапе используются процессы цементации, амальгамного восстановления, экстракционного и ионообменного извлечений. Цементация – вытеснение индия из раствора цинковой пылью, черновым индием или алюминиевыми листами, которое в значительной степени позволяют избавиться от примесей железа и алюминия. В результате цементации получается пирофорный (самовоспламеняющийся на воздухе) губчатый индий, который выдерживают сутки под слоем воды для пассивации. Амальгамный способ заключается в переведении индия из водного раствора в фазу ртути действием амальгамы цинка или электролизом на ртутном катоде. Разложением амальгамы получают металлический индий. Электролизом на ртутном катоде можно выделить практически весь индий даже из сильно разбавленных растворов. В экстракционных методах в качестве органической фазы часто применяется раствор алкилфосфорных кислот в керосине. Таким способом можно экстрагировать почти нацело весь индий из сернокислотных растворов. Совместно с индием в специально подобранных условиях экстрагируются лишь Sb(III), Sn(IV), Fe(III). После повторной экстракции индий из раствора выделяется цементацией. Ионообменное выделение (наряду с экстракцией и цементацией) применяется для очистки индиевых концентратов.

Металлический индий, полученный из побочных продуктов свинцово-цинковых производств, содержит свинец, мышьяк, олово, ртуть, никель, кадмий, железо и другие элементы в качестве значительных примесей Для более глубокой очистки применяются специальные методы – плавка под слоем щелочи (удаление Zn, Al и некоторых других примесей), плавка под слоем глицеринового раствора иодида калия с добавкой иода (удаление Cd, Tl, Fe). Окончательно индия очищается при помощи кристаллофизических методов – зонной плавки и вытягивания из расплава по Чохральскому. При этом происходит глубокая очистка от примесей серебра, меди, никеля и, если вытягивание воздухе, железа.

В последние годы рынок металлического индия отличается крайней нестабильностью. Данные разных авторов по производству и потреблению индия часто отличаются в несколько раз. В 1987 производство первичного рафинированного индия составляло 53 тонны, в 1988 – 106 тонн, в 1994 – 145 тонн, а в 1995 – 240 тонн, в 2000 было произведено 335 тонн металла, в 2001 – 345 тонн, в 2002 – 335 тонн, а в 2003 выплавлено 305 тонн металла. Крупнейшими производителями первичного индия являются Китай, Япония и Канада. США не производят своего индия (все месторождения индия, как стратегического металла, законсервированы), а лишь занимаются рафинированием (заводы в Нью-Йорке и Род-Айленде) ввозимого из-за рубежа низкосортного (99,97 и 99,99%) индия до 99,9999% содержания металла (ITO-качества).

Таблица 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ ЕЖЕГОДНОГО МИРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА (2003) ПЕРВИЧНОГО ИНДИЯ.
Страна	Производство, тонн/год	Основные производители
Канада		Falconbridge Ltd.’s Kidd Creek, Ontario; Teck Cominco’s Trail, British Colombia.
Бельгия		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.
Франция		Metaleurop S.A.
Япония		Dowa Mining Co., Ltd; Nippon Mining & Metals Co., Ltd.
Перу		La Oroya Refinery
Россия		Новосибирский оловянный комбинат и др.
Германия		Preussag
Англия		Mining a. Chemical Products; Capper Pass
Голландия		Billito
США		Indium Corporation of America; Utica; NY; Umicore Indium Products, Providence, RI (a division of n.v. Umicore, s.a.)

В силу ограниченности природных ресурсов индия возникла проблема переработки вторичного сырья (лом от производства ЖК-дисплеев и пр.), с которой сейчас успешно справляется Япония, выплавившая в 2003 160 тонн вторичного индия. Крупнейший потребитель индия – Япония, по некоторым оценкам в 2003 потребление индия в этой стране составило 420 тонн. Внутренние ежегодные потребности США в индии оцениваются в 90–95 тонн, но в 2003 США импортировали 125 тонн металла, экспортировали меньше 10 тонн. Мировое потребление индия в 2003 составило более 500 тонн, и по прогнозам специалистов Roskill к 2008 потребление индия может достигнуть значения 850–870 тонн. В начале 1987 цена на индий составляла 114, а в середине равнялась 250 долларов/кг. В 1995 цена на металл достигла 575 долларов/кг, но в 1999 она снова упала до отметки 200 долларов/кг. К середине 2002 цены на индий достигли рекордно низкого значения 55–60 долларов/кг, но к началу зимы ситуация стала меняться, и стоимость индия перевалила за отметку 100 долларов/кг. К концу 2003 индий стоил 300 долларов/кг, а в 2004 – 400–430 долларов/кг. За последние 14 лет среднемесячная цена на металл составила 250 долларов/кг.

Свойства простого вещества.

Индий – металл серебристо-белого цвета, не тускнеющий на воздухе при длительном хранении и даже в расплавленном состоянии. Плотность кристаллического индия 7310 кг/м 3 , а расплавленного – 7030 кг/м 3 . Кристаллическая решетка тетрагональная. Металл плавится при 156,7° С, кипит при 2072° С. Индий очень мягок и пластичен. Его твердость по шкале Мооса чуть больше 1 (мягче только тальк), поэтому индиевый стержень, если им водить по листу бумаги, оставляет на нем серый след. Индий в 20 раз мягче чистого золота и легко царапается ногтем, а его сопротивление растяжению в 6 раз меньше, чем у свинца. Палочки из индия легко сгибаются и при этом заметно хрустят (громче, чем оловянные). Индий, так же как и галлий, не образует ни с одним из металлов непрерывных твердых растворов. В индии хорошо растворяются металлы-соседи по периодической системе – галлий, таллий, олово, свинец, висмут, кадмий, ртуть, в меньшей мере цинк. Выше 800° С индий горит на воздухе сине-фиолетовым пламенем с образованием оксида индия(III):

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

В присутствии кислорода медленно корродирует в воде с образованием гидроксида:

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

Слабо растворяется на холоде в разбавленных кислотах, значительно лучше при нагревании. Легко растворяется в галогеноводородных кислотах (в HF – в присутствии окислителя):

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

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

Реакция индия с концентрированной серной кислотой на холоде протекает с выделением водорода, при нагревании – диоксида серы. В зависимости от добавленного количества кислоты возможно образование нормального сульфата или комплексной кислоты:

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

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

Индий легко растворяется в азотной кислоте различной концентрации с образованием нитрата индия (III):

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

Индий не реагирует с уксусной кислотой, но растворяется в растворе щавелевой:

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

С галогенами при легком нагревании образует тригалогениды:

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

При взаимодействии индия с сероводородом при 1000° С или при сплавлении стехиометрических количеств индия и серы в атмосфере СО 2 можно получить сульфид индия(I):

In + H 2 S = In 2 S + H 2 (1000° С)

2In + S = In 2 S.

Индий не реагирует с бором, углеродом и кремнием, не известны также соответствующие борид, карбид, силицид. Водород с индием также не реагирует и очень плохо в нем растворяется (менее 1 см 3 на 100 г In); известны, однако, гидриды индия – (InH 3) n и InH. При сплавлении индия с его тригалогенидами можно получить галогениды, в которых индий находится в низших степенях окисления +1 и +2 (наряду с нестехиометрическими галогенидами).

Важнейшие соединения индия.

Индий в своих соединениях может находиться во всех степенях окисления от 0 до +3. Химия одновалентного индия сейчас хорошо изучена, однако практическое значение имеют лишь соединения трехвалентного индия, как наиболее устойчивые и распространенные.

Оксид индия (III) In 2 O 3 – светло-желтые или зеленовато-желтые кристаллы, плотность 7180 кг/м 3 . Температура плавления 1910° С. Может быть получен окислением металлического индия кислородом при нагревании, разложением нитрата или гидроксида индия:

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

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

Оксид индия не растворим в воде, не реагирует с растворами щелочей, легко взаимодействует с растворами минеральных кислот с образованием соответствующих 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 восстанавливается водородом или углеродом до металла:

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

Оксид индия (III) нелетуч, но при сильном нагревании выше 1200° С частично диссоциирует с образованием черного летучего In 2 O:

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

Сейчас оксид индия (III) – наиболее широко применяемое соединение индия, так как он является основой большинства электропроводящих пленок (легированных диоксидом олова) на стекле, слюде или лавсане, используемых при изготовлении жидкокристаллических дисплеев, мониторов портативных компьютеров, электролюминесцентных ламп, электродов фотопроводящих элементов, топливных элементов (в том числе – высокотемпературных) и т.п. Электропроводящие пленки на основе In 2 O 3 , будучи нанесенными на автомобильные или авиационные стекла, способны нагревать их до 100° С при пропускании тока и, тем самым, предотвращать их обледенение и запотевание. Стекла с такими пленками способны пропускать до 85% падающего на них света. Кроме того, In 2 O 3 находит некоторое применение в стекольной промышленности, так как добавки его придают стеклу желтый или оранжевый цвет. Для монокристалла индий-оловянного оксида получено одно из максимальных значений эффективности преобразования солнечной энергии (12%). Известно еще множество применений оксида индия в качестве электропроводящего элемента.

Полупроводники на основе пниктогенидов индия.

Пниктогениды – соединения индия с элементами главной подгруппы V группы периодической системы (кроме висмута) обладают полупроводниковыми свойствами. Несмотря на снижающийся в последнее десятилетие удельный вес полупроводниковых материалов в общем потреблении индия, они продолжают играть значительную роль в электротехнике.

С фосфором, мышьяком и сурьмой индий образует по одному стехиометрическому соединению (нестехиометрических не образуется вовсе) – InP, InAs и InSb. Все они кристаллизуются в кубической сингонии (типа сфалерита). Известен и нитрид индия InN, но пока он находит весьма ограниченное применение.

Наиболее просто получается антимонид индия по реакции

так как давление насыщенных паров обоих компонент – In и Sb – низкое, можно их синтезировать обычным сплавлением простых веществ в кварцевом реакторе в вакууме (» 0,1 Па) при температуре 800–850° С. Это серые с металлическим блеском кристаллы, температура плавления 525° С, плотность 5775 кг/м 3 . Благодаря тому, что антимонид индия не разлагается при плавлении, его очищают зонной плавкой. Высокочистые кристаллы InSb обычно получают при помощи горизонтальной зонной плавки в атмосфере водорода высокой чистоты.

Помимо зонной плавки, для получения монокристаллов антимонида индия (особенно легированных) применяют метод вытягивания кристаллов из расплава с температурой, близкой к точке кристаллизации (по Чохральскому). Суть (в отличие от аппаратурного оформления) его довольно проста: в расплав вещества с помощью специального магнитного (или другого) держателя опускается затравка (маленький монокристалл InSb), а после начала наращивания вещества на кристалл держатель медленно поднимается из расплава. Следует отметить, что монокристаллы выращиваются в определенных кристаллографических направлениях и, таким образом, можно получить вытянутый монокристалл антимонида индия довольно больших размеров.

Антимонид индия отличается чрезвычайно высокой подвижностью электронов и благодаря этому InSb используется в изготовлении малоинерционных датчиков Холла, находящих разнообразное применение в приборах для измерения напряженности постоянных и переменных магнитных полей и токов. Другой областью применения антимонида индия является изготовление инфракрасных детекторов, поскольку его электропроводность сильно меняется под действием инфракрасного излучения, которое, в большей или меньшей степени, испускают все окружающие тела в зависимости от степени их нагрева. Именно на регистрации ИК-излучения, испускаемого разными телами с различной интенсивностью, основано действие приборов ночного видения. На основе InSb можно создавать фотоприемники, работающие в дальней ИК-области. Такие приемники, однако, работают при сильном охлаждении (до 2–4 К). Антимонид индия с успехом используется и при изготовлении различного рода преобразователей, термоэлектрических генераторов и некоторых других электротехнических устройств.

Арсенид индия – серые кристаллы с металлическим блеском, температура плавления 943° С. Поскольку мышьяк очень летуч, при синтезе соединение разлагается сразу после образования. Чтобы предотвратить разложение, нужно в объеме реактора поддерживать равновесное давление паров мышьяка. Для наиболее удобного регулирования давления паров мышьяка предложена оригинальная конструкция т.н. двухзонной печи. Такая печь обладает двумя температурными зонами, в одной из которых находится расплавленный индий, а в другой мышьяк. Реакция проходит между расплавом индия и парами мышьяка по уравнению

Температура нагревателя в зоне с мышьяком регулируется таким образом, чтобы поддерживалось равновесное давление паров As (32,7 кПа при 800–900° С) при синтезе арсенида индия.

Монокристаллы InAs получают вытягиванием из расплава по Чохральскому из-под слоя флюса (расплав B 2 O 3). Флюс нужен для предотвращения испарения мышьяка из реакционной зоны (своеобразный гидродинамический затвор), а чтобы пузырьки паров мышьяка не пробулькивали через слой флюса, над ним создается давление инертного газа (обычно аргона), втрое превышающее давление паров мышьяка при синтезе. По своим свойствам арсенид индия похож на антимонид, поэтому и области применения у них почти одинаковы.

Фосфид индия – серые кристаллы с металлическим блеском, Т пл = 1070° С, плотность 4787 кг/м 3 . Наиболее трудно получаемый, с точки зрения экспериментального оформления, пниктогенид индия. Высокое давление паров фосфора над расплавом InP значительно затрудняет его синтез и процедуру очистки, поэтому значительное внимание приходится уделять чистоте исходных компонентов – фосфора и индия (их чистота должна быть не ниже, чем 99,9999%). Принципиально (но не с точки зрения аппаратурного оформления – оно сложнее) схемы синтеза фосфида индия не отличаются от таковых для арсенида – синтез проводится в двухзонных печах, а выращивание монокристаллов – по Чохральскому из под слоя флюса. Фосфид индия можно назвать одним из важнейших полупроводниковых материалов. Он сочетает в себе высокую подвижность носителей заряда, относительно большую ширину запрещенной зоны, прямой характер межзонных переходов и благоприятные теплофизические характеристики. Основные сферы использования фосфида индия СВЧ-техника и оптоэлектроника. На основе фосфида индия изготавливают полевые транзисторы, электронные осцилляторы и усилители, его оценивают как один из наиболее перспективных материалов для создания быстродействующих интегральных схем малой энергоемкости. Кроме того, в связи с быстрым развитием волоконно-оптических линий связи, резко возросло использование фосфида индия в качестве подложки для твердых растворов In-Ga-As-P, применяемых для создания эффективных излучателей и приемников электромагнитного излучения для спектральной области, соответствующей прозрачности световодов из кварцевых стекловолокон. Фосфид индия – перспективный материал для превращения солнечной энергии в электрическую.

Сейчас хорошо отработана технология нанесения из жидкой или газовой фазы полупроводящих пленок InP, InAs и InSb на монокристаллическую подложку, так как этот способ изготовления полупроводников имеет ряд важных преимуществ перед методами выращивания объемных монокристалллов (более низкие температуры кристаллизации, снижение содержания примесей и др.). Такие структуры также находят широкое применение в электронике.

Наибольшее применение в полупроводниковой технике находят не чистые пниктогениды индия, а их твердые растворы или растворы с пниктогенидами галлия, например системы GaP-InSb, InAs-InP, InP-GaSb и многие другие. Изменение состава таких растворов позволяет плавно контролировать важнейшие физико-химические свойства получаемых полупроводников, тем самым расширяя функциональные возможности и повышая рабочие параметры электронных устройств на их основе. Принципы синтеза таких растворов сходны с принципами изготовления полупроводников из индивидуальных веществ.

Другие применения индия.

Основная статья потребления (65%) индия в США и Японии – изготовление тонких электропроводящих пленок и ИК-отражающих пленок на основе оксида индия. Доля применения индия для изготовления полупроводников невелика – всего 10%. Помимо этого есть много других областей применения индия. Прежде всего, благодаря пластическим и антикоррозионным свойствам, низкой летучести и маленькой температуре плавления индий используется для получения различных сплавов и припоев (15% от общего потребления индия), находящих самые разнообразные применения от ювелирного дела и зубоврачебной практики до изготовления космических аппаратов. Индий способен легко (даже при натирании) диффундировать в другие металлы и образовывать твердые износостойкие покрытия, поэтому с конца 1940-х индий успешно применяется в изготовлении высококачественных подшипников для двигателей, срок службы которых в пять раз превосходит срок службы обычных. Предложено множество покрытий для нанесения на трущиеся поверхности подшипников – серебряно-индиевые, серебряно-ториево-индиевые, индий-цинковые, свинцово-индиевые, чистый индий и другие. Многие из таких подшипников способны работать без смазки – покрытия на основе индия придают поверхности хорошие смазывающие свойства. Для увеличения сопротивления износу индием покрывают острия контактов различных выключателей, графитовых щеток и т.д. Широко применяется индий как компонент более чем пятидесяти легкоплавких сплавов с температурами плавления от 10,6° С (62,5% Ga, 21,5% In, 16% Sn) до 314° С (95% Pb, 5% In), с успехом применяющихся для лужения и пайки. Кроме того, они используются в качестве высокотемпературной смазки, материалов высоковакуумных и жидкометаллических затворов, жидкометаллических скользящих электроконтактов и среды для термометров и термостатов. Индий – компонент многих припоев, например припои состава Ag 50–65%, Ga 3–12%, In 6–18%, Cu – остальное; In 12–50%, Sn 10–40%, Ag 0,1–10%, Cu 20–60%. Припои на основе индия используются, например, для сварки металла со стеклом. Индий и олово имеют низкое давление пара, поэтому их сплавы используются для пайки высоковакуумной аппаратуры. В ювелирном деле индий применяется в сплавах с золотом, серебром и платиноидами. Добавление индия к золоту значительно увеличивает твердость и прочность изделий, улучшает их декоративный вид. Разработан ряд сплавов индия для замены золота в ювелирных изделиях. Получены сплавы индия с палладием, имеющие золотой и розово-сиреневый цвета. Например известны «зеленое золото» (75%, Au, 20% Ag, 5% In), сплав платины с индием (60% мол. In и 40% Pt) золотисто-желтого цвета, «белое золото» и многие другие сплавы. Добавка индия к серебру предотвращает потускнение серебряных ювелирных изделий на воздухе. Применение индия в стоматологии известно с 1934. При небольших добавках к материалам зубных пломб и протезов индий повышает их коррозионную стойкость и твердость. Добавка индия к материалу зубных протезов позволяет использовать большие количества меди вместо золота при их изготовлении. Соединения индия являются компонентами зубных цементов, порошков и паст для профилактики кариеса зубов. Индиевые покрытия обладают прекрасной отражающей способностью и применяются в изготовлении высококачественных зеркал, необходимых для астрономических приборов (например, телескопов, регистрирующих слабый свет от далеких звезд), прожекторов, рефлекторов и других устройств с высокой измерительной точностью. Обычные бытовые зеркала не одинаково отражают световые лучи различных спектральных областей – другими словами, цветовая гамма несколько искажается, хотя это и не заметно для человеческого глаза. Это недостаток серебряных, оловянных, и ртутно-висмутовыех зеркал, но не индиевых, одинаково точно отражающих лучи с различными длинами волн.

Биологическая роль индия.

О биологической роли индия почти нет сведений, известно лишь, что индий в следовых количествах есть в зубной ткани, и что в больных зубах (кариозных) его концентрация значительно ниже, чем в здоровых. Сведения о токсикологии индия противоречивы, но, скорее всего, при введении в желудок и внутривенно индий малотоксичен. Пыль индия вредна. ПДК индия в воздухе 0,1 мг/м 3 (США) и 4 мг/м 3 (Россия).

Интернет-ресурсы: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/

Юрий Крутяков

Литература:

Блешинский С.В., Абрамова В.Ф. Химия индия . Фрунзе, 1958
Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий . М., Наука, 1970
Химия и технология редких и рассеянных элементов , т.1. Под. ред. К.А. Большакова. М., 1976
Популярная библиотека химических элементов . Под. ред. Петрянова-Соколова И.В. М., 1983
Федоров П.И., Акчурин Р.Х. Индий . М., 2000



(Indium) In – химический элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 49, атомная масса 114,82. Строение внешней электронной оболочки 5s 2 5p 1 . Известно 37 изотопов индия с 98 In по 134 In. Среди них лишь один стабильный 113 In. В природе два изотопа: 113 In (4,29%) и 115 In (95,71%) с периодом полураспада 4,41·10 14 лет. Наиболее устойчивая степень окисления в соединениях: +3.

Открытие индия произошло в эпоху бурного развития спектрального анализа – принципиально нового (в те времена) метода исследования, открытого Кирхгоффом и Бунзеном. Французский философ О.Конт писал, что у человечества нет никакой надежды узнать, из чего состоят Солнце и звезды. Прошло несколько лет, и в 1860 спектроскоп Кирхгоффа опроверг это пессимистичное предсказание. Последующие пятьдесят лет были временем наиболее крупных успехов нового метода. После того как было установлено, что у каждого химического элемента есть свой спектр, являющийся столь же характерным для него свойством, как дактилоскопический отпечаток – признаком человека, началась «погоня» за спектрами. Помимо выдающихся исследований Кирхгоффа (едва не приведших его к полной слепоте) элементного состава Солнца, не менее триумфальными были наблюдения спектров земных объектов: в 1861 были открыты цезий, рубидий и таллий.

В 1863 профессор Фрейбергской минералогической школы (Германия) Фердинанд Рейх (1799–1882) и его ассистент Теодор Рихтер (1824–1898) спектроскопически исследовали образцы цинковой обманки (минерала сфалерита, ZnS), чтобы обнаружить в них таллий. Из образца сфалерита действием соляной кислоты Рейх и Рихтер выделили хлорид цинка и поместили его в спектрограф с надеждой зарегистрировать появление ярко-зеленой линии, характерной для таллия. Профессор Ф.Рейх страдал дальтонизмом и не мог различать цвета спектральных линий, поэтому все наблюдения регистрировал его ассистент Рихтер. Обнаружить присутствие таллия в образцах сфалерита не удалось, но каково же было удивление Рейха, когда Рихтер сообщил ему о появлении в спектре ярко-синей линии (4511Å). Было установлено, что линия не принадлежала ни одному из известных до этого элементов и отличалась даже от ярко-синей линии спектра цезия. В силу сходства цвета характеристической полосы в эмиссионном спектре с цветом красителя индиго (латинское «indicum» – индийская краска) открытый элемент был назван индием.

Так как новый элемент был обнаружен в сфалерите, первооткрыватели сочли его аналогом цинка и приписали ему неверную валентность, равную двум. Они определили и атомный вес эквивалента индия, который оказался 37,8. Исходя из валентности 2, был неверно установлен атомный вес элемента (37,8 × 2 = 75,6). Только в 1870 Д.И.Менделеев на основании периодического закона установил, что индий имеет валентность, равную трем, и является, таким образом, аналогом алюминия, а не цинка.

Таким образом, в 1871 индий стал 49-ым элементом периодической системы.

Блешинский С.В., Абрамова В.Ф. Химия индия . Фрунзе, 1958
Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий . М., Наука, 1970
Химия и технология редких и рассеянных элементов , т.1. Под. ред. К.А. Большакова. М., 1976
Популярная библиотека химических элементов . Под. ред. Петрянова-Соколова И.В. М., 1983
Федоров П.И., Акчурин Р.Х. Индий . М., 2000

Найти "ИНДИЙ " на

Индий - ценный, дорогой и редкий металл. Человек научился использовать с большой пользой для себя каждый природный материал. Но все они различаются по количеству, значимости, сложности добычи и обработки. В целом эти факторы и определяют количество инвестиций, потраченных на разработку, а также итоговую стоимость. Большее число элементов всей таблицы Менделеева относится к группе металлов, среди которых выделяются черные, драгоценные и редкие виды. Помимо последней категории существуют и особо редкие металлы. Сосчитать их можно по пальцам — всего их 3 вида:

1. Калифорний 252;
2. Металл индий.

Представляют они собой довольно-таки интересную категорию, т. к. из них только один — индий — встречается в природе, а два первых получены лабораторным методом. Стоимость первого элемента составляет 6,5-27 млн. долларов; второго 10 тыс. долларов; третьего 3,5-10 тыс. дол за грамм!

T плавления индия 156,59 ºC = 429,74 K является определяющей точкой по температурной шкале ITS-90.

Природный элемент — индий

В чистом виде 99,97-99,99 % индий представляет собой белый блестящий металл, по внешнему виду напоминающий цинк, но по техническим характеристикам стоящий по ближе всего к алюминию и галлию. При сгибании издает характерный хрустящий звук, объясняется это деформацией кристаллической решетки.

Название этот элемент приобрел в момент своего открытия: при изучении спектрального анализа цинковой обманки, была обнаружена линия цвета индиго (синий оттенок), в результате чего элемент был назван Индиго. На срезе слитка также имеет синий красивый оттенок.

История открытия

Был открыт случайно в 1863 году немецкими химиками Фердинандом Райхом и Теодором Рихтером при попытке обнаружить таллий. Способствовало такому открытию появление спектроскопического анализа, благодаря которому было сделано не одно открытие.

Так как индий был открыт при изучении цинка, то ошибочно предположили, что это его аналог и приписали ему валентность II и атомный вес 37,8. Ясность внес в 1870 году Д.И. Менделеев. С помощью периодического закона он установил, что индий аналог алюминия и относится к III группе. Таким образом индий в 1971 году занял правильное место в таблице Менделеева — 46 атомный номер с атомной массой 114,82.

Изучением этого материала занимаются и по сей день. В природе этот элемент встречается в виде 2 изотопов индия-113 и индия-115 (со слабой β-радиоактивностью), период распада которых насчитывает 6 * 10 15 лет. Всего известно 37 изотопов с различным сроком распада.

Технические характеристики

Индий очень мягкий металл (мягче золота в 20 раз), плотностью 7,362 г/см³. Его можно резать ножом, при надавливании на бумагу оставляет следы. Плавиться при температуре 156,7 ºC, закипает при 2072 ºC. Но при снижении массы до критической величины, температура плавления снижается до 40 ºC; повышение температуры до 800 ºC вступает в реакцию с кислородом, при этом можно наблюдать фиолетовое пламя. До этого температурного предела, индий не тускнеет на воздухе и не окисляется.

Инертен по отношению к щелочам, даже при их кипении. Растворим в кислотах:

• быстро реагирует с хлорной и азотной;
• медленно реагирует с соляной и серной.

Реагирует с бромом, хлором, при нагревании с серой, диоксидом серы, селеном, теллуром, йодом.

Ценность металла

Индий характеризуется высокой электропроводностью и является полупроводником: увеличивает эту характеристику даже небольшая его концентрация в сплавах с другими металлами. Поэтому основными отраслями применения являются техника, электроника, оптоэлектроника. Кроме электропроводности, индий увеличивает коррозионную стойкость и долговечность. Реже используется в ювелирных изделиях и стоматологии.

• 60-80 % всего объема добычи используется для производства ЖК дисплеев и солнечных батарей. Оксид индия наносится в качестве прозрачных пленочных электродов.
• Входит в составы припоев и сплавов с высокой степенью адгезии и высокой теплопроводностью. Позволяет соединять методом пайки разнородные вещества, например, стекло + металл.
• В сплаве с серебром используется для нанесения зеркального покрытия. Практикуется в оптической технике для фотоэлементов и люминофоры, при изготовлении фар, рефлекторов, астрономических зеркал (с нулевым искажением).
• В автомобилестроении: наноситься на юбки алюминиевых поршней в дизельных двигателях, что увеличивает их износостойкость.
• Соединения индия с мышьяком (арсенид индия) представляет собой тугоплавкое соединение с фосфидом индия, применяемое как термоэлектрический материал.
• Некоторые изотопы индия используют в радиофармацевтических, стоматологических (зубных цементах) препаратах.
• Используется в космических технологиях в качестве уплотнителей, прокладок, покрытий.
• Входит в состав особого стекла, применяемого в атомной энергетике, которое поглощает тепловые нейтроны (оксид бора 3 %; оксид кремния 55 %; оксид индия 12%).
• Входит в состав «голубого золота».

Добыча и производство

Количество природного металла индия очень ограниченно: его нахождение в земной коре определяется 1.4 * 10 -5 % по массе, а добыча исчисляется всего 500-600 тонн в год по всему миру. Основными владельцами мировых запасов являются Канада (30 %), Китай (восточные страны в сумме 60 %), США (10 %), но разработка ведется только на востоке: Китай, Южная Корея и Япония.

Индий встречается в виде собственного минерала крайне редко, тем более не образует собственных месторождений. Его относят к типичным рассеянным элементам, которые можно найти в незначительном содержании в сопутствующих минералах т рудах, некоторые из них представляют еще большую редкость, чем сам индий. Основным сырьем для получения индия являются руды свинца, цинка, олова, меди или пыли, получаемой при переработке медистых сланцев. Индий является побочным продуктом переработки свинцово-цинковых, оловянных или полиметаллических руд. Для переработки используются материалы с содержанием индия 0,1 %, не ниже.

Метод обработки индия многоступенчатый и состоит из 3 этапов:

1. Получение концентрата, обогащенного индием;
2. Переработка концентрата и получение неочищенного состава;
3. Очистка чернового металла, т. е. рафинирование.

Осложняется производство тем, что здесь существует большое количество химических реакций, которые используются выборочно, в зависимости от состава концентрата. Кроме того, на стадии обжига концентрат обогащен цинком, свинцом, кадмием и т.д.