Indiummetall: kirjeldus, omadused ja rakendused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Elemendil indiumil on palju kasulikke omadusi, tänu millele saab seda kasutada kosmoseuuringutes, masinaehituses, elektroonikas, tuumatööstuses ja muudes tööstusharudes. Seda on aga loodusest äärmiselt raske leida ja teistest ainetest eraldada. Seetõttu on see haruldase elemendina loetletud. Millised on indiumi omadused? Kas see on metallist või mittemetallist? Uurime selle kõigi funktsioonide kohta.

Elementide avastamise ajalugu

Indium avastati esmakordselt alles 154 aastat tagasi. Osaliselt juhtus see juhuslikult, sest selle avastajad otsisid hoopis teistsugust elementi. 1863. aastal püüdsid keemikud Theodor Richter ja Ferdinand Reich tuvastada talliumi mineraalsfaleriidis (tsingi segus), mis oli tol ajal uus metall, mida polnud veel uuritud.

Oma otsinguteks kasutasid nad Kirchhoffi ja Bunseni spektraalanalüüsi. Meetodi olemus seisneb selles, et kõrge temperatuurini kuumutamisel hakkavad elementide aatomid kiirgama kindlale sagedusvahemikule vastavat valgust. Selle sära spektri järgi saate teada, milline element teie ees on.

Tallium peaks olema erkrohelist värvi, kuid teadlased on leidnud selle asemel sinise kuma. Ühelgi teadaoleval elemendil ei olnud sellist spektrit ja keemikud mõistsid sedaneil vedas. Varju iseärasuste tõttu andsid nad oma leiule indigovärvi järgi nime. Ja nii avastati uus metall, indium. Ja nüüd funktsioonide kohta üksikasjalikum alt.

Mis metall see on?

Indium on kerge hõbedane ja väga läikiv metall, mis meenutab tsinki. Perioodilises süsteemis kuulub see kolmandasse rühma, tähistab numbrit 49 ja on tähistatud sümboliga In.

See eksisteerib looduses kahe isotoobina: In¹¹³ ja In¹¹⁵. Viimane on levinum, kuid on radioaktiivne. Mis on metalli indium 115 periood? See laguneb 6·10^{14 aastaga, muutudes tinaks. Samuti on umbes 20 tehisisotoopi, mis lagunevad palju kiiremini. Pikima elueaga neist on 49 päeva.}

Indium sulab +156,5 °C juures ja keeb +2072 °C juures. See sobib kergesti sepistamiseks ja muudeks mehaanilisteks mõjudeks ning seda saab hästi kasutada ehetes. Kuid tänu oma suurele pehmusele deformeerub see kiiresti. Metalli saab kergesti painutada, noaga lõigata ja isegi küünega kriimustada.

Keemilised omadused

Oma keemiliste omaduste poolest sarnaneb see galliumi või alumiiniumiga. See ei saa moodustada pidevaid tahkeid sidemeid ühegi metalliga. See ei reageeri üldse leeliselahustega. Teatud temperatuuridel reageerib see joodi, seleeni, väävli ja selle dioksiidiga, reageerib kloori ja broomiga. Perioodilises tabelis seda ümbritsevad metallid lahustuvad indiumis kergesti, nimelt:tallium, tina, gallium, plii, vismut, elavhõbe, kaadmium.

Mõned huvitavad faktid India metalli kohta:

• Isegi pika õhus viibimise korral see ei tuhmu. Seda ei juhtu ka metalli sulatamisel.
• Kui hakkate indiumit painutama, teeb see iseloomulikku heli, mis sarnaneb kriuksumisele või krõbistamisele. See ilmneb aine kristallvõre deformatsioonist.
• Indium põleb +800 °C juures, leek on sinakasvioletne või indigo.
• See on pehmeim metall, mida saate käes hoida. Ainult liitium ületab seda, kuid see on liiga aktiivne ja oksüdeerub õhu käes kohe, moodustades mürgise leelise.
• Indiumi sulam galliumiga on väga sulav ja muutub vedelaks juba +16 °C juures.

Looduses sisalduv

Metallindium ei moodusta iseseisvaid ladestusi. See on väga hajutatud ja tükikestena äärmiselt haruldane. Indiumi enda mineraalide hulka kuuluvad sakuraniit, roksiit, patrukiit ja jalindiit. Kuid nende haruldus takistab nende kasutamist tööstuses.

Väike kogus indiumi leidub mere- ja vihmavees, naftas ja ka kivisöe tuhas. Ioonraadiuste sarnasuse tõttu on indium võimeline integreeruma raua, magneesiumi, tsingi, plii, magneesiumi, tina jne kristallvõredesse. Seetõttu leidub seda mõnikord koos nendega ka väike kogus.

Reeglina ei ületa indiumi sisaldus mineraalides 0,05-1%. Suurem osa metallist leidub sfaleriidis ja marmariidis. Tavaliselt seeseda suurem on kontsentratsioon, mida rohkem on juba mainitud tsinki, rauda ja muid metalle.

Metalli hind

Indium eraldati puhtal kujul vaid paar aastat pärast avastamist. Selle protsessi keerukuse tõttu hinnati ühe grammi indiumi väärtuseks umbes 700 dollarit. Ja kuigi selle hankimise meetodid on pooleteise sajandi jooksul oluliselt paranenud, peetakse seda endiselt haruldaseks ja kalliks.

Täna on selle keskmine hind 600–800 dollarit kilogrammi kohta ja üllataval kombel ei lange see toodangu kasvuga kuigi palju. Metalli puhtus on tavaliselt näidatud selle märgistuses: IN-2, IN-1, IN-0, IN-00, IN-000, IN-00000. Mida rohkem nulle, seda parem ja kallim see on. Näiteks IN-000 klassi indiumi väärtus võib olla umbes 2000 dollarit kilogrammi kohta.

Indiummetalli kõrge hind on seletatav selle vähese sisalduse ja suure nõudlusega. Aastas kaevandatakse 600-800 tonni, mis ei kata absoluutselt kõiki selle vajadusi. Tänu oma ainulaadsetele omadustele osutub see palju paremaks ja vastupidavamaks kui teised, odavamad metallid. Et mitte kaotada nii väärtuslikku materjali, kasutatakse seda paljudes riikides uuesti.

Kuhu kohaldatakse

Metallindium suurendab sulami märguvust ja korrosioonikindlust. Need on kaetud plii-hõbedaga laagritega, mida kasutatakse lennunduses ja autotööstuses. Samuti on see võimeline alandama teiste metallide sulamistemperatuuri. Niisiis, selle segu tina, plii, kaadmiumi ja vismutiga sulabtemperatuuril 46,5 °C, mistõttu sobib see tulekahjusignalisatsiooni jaoks.

Indiumtinaoksiidi kasutatakse pooljuhtide ja erinevate jootematerjalide jaoks. Lisaks kasutatakse seda arvutimonitoride, teleriekraanide ja tahvelarvutite valmistamiseks. Hõbedaga legeeritud või eraldiseisvana kasutatakse seda astronoomiliste peeglite ja autode esitulede peeglite jaoks.

See sobib suurepäraselt fotoelementide, fosfori, termoelektriliste materjalide ja tihendite loomiseks kosmosetehnoloogias. Indium neelab hästi neutroneid ja seda saab kasutada tuumareaktorites.

Selle elemendi bioloogilisest rollist meie kehas pole midagi teada, kuid seda on kasutatud ka meditsiinis. Seda kasutatakse radioaktiivse ravimina maksa, aju ja kopsude diagnoosimisel kasvajate ja muude haiguste avastamiseks.

Saamismeetodid

Põhiliselt indiummetalli kaevandatakse tsingi ja tina ladestustest. Seda saadakse polümetalli-, tina-, plii-tsingimaakide töötlemise jäätmetest. Indiumi eraldamine ja puhastamine toimub mitmes etapis.

Esm alt sadestatakse see lahuse happesuse taseme reguleerimise teel. Saadud "must metall" tuleb seejärel puhastada. Seda tehakse tsoonisulatusrafineerimisega või muul viisil.

Tänapäeval on Kanada üks India peamisi tootjaid. Lisaks sellele kaevandavad suurtes kogustes metalli USA, Hiina, Jaapan ja Lõuna-Korea. Samas aktsiadselle elemendi osa on väga piiratud, eeldatavasti saavad need mõne aastakümne jooksul otsa.