Indi (element)

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca
Indi
49In
cadmiindiestany
Ga

In

Tl
Aspecte
Gris platejat brillant



Línies espectrals de l'indi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Indi, In, 49
Categoria d'elements Metalls del bloc p
Grup, període, bloc 135, p
Pes atòmic estàndard 114,818
Configuració electrònica [Kr] 4d10 5s2 5p1
2, 8, 18, 18, 3
Configuració electrònica de Indi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
7,31 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
7,02 g·cm−3
Punt de fusió 429,7485 K, 156,5985 °C
Punt d'ebullició 2.345 K, 2.072 °C
Entalpia de fusió 3,281 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 231,8 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 26,74 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.196 1.325 1.485 1.690 1.962 2.340
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 3, 2, 1 (òxid amfòter)
Electronegativitat 1,78 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 558,3 kJ·mol−1
2a: 1.820,7 kJ·mol−1
3a: 2.704 kJ·mol−1
Radi atòmic 167 pm
Radi covalent 142±5 pm
Radi de Van der Waals 193 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Tetragonal
Indi té una estructura cristal·lina tetragonal
Ordenació magnètica Diamagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (20 °C) 83,7 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 81,8 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 32,1 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 1.215 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 11 GPa
Duresa de Mohs 1,2
Duresa de Brinell 8,83 MPa
Nombre CAS 7440-74-6
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'indi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
113In 4,3% 113In és estable amb 64 neutrons
115In 95,7% 4,41×1014 a β 0,495 115Sn

L'indi és un element químic de nombre atòmic 49, situat en el grup 13 de la taula periòdica dels elements i en el 5è període. El seu símbol és In. És un metall poc abundant, mal·leable, fàcilment fusible, químicament semblant a l'alumini i al gal·li, però més semblant al zinc (de fet, la principal font d'obtenció d'aquest metall és a partir de les menes de zinc). Les aplicacions més importants són en la fabricació de pantalles de cristall líquid LCD, díodes emissors de llum LED, en cel·les fotovoltaiques, miralls i aliatges de baix punt de fusió.

Història[modifica]

Targeta postal amb els descobridors de l'indi
Tuareg amb un clàssic turbant de color indi

L'indi fou identificat pels químics alemanys Ferdinand Reich (1799-1882) i Hieronymus Theodor Richter (1824-1898), el 1863, quan estaven buscant tal·li, que s'havia descobert feia poc, en unes mostres del mineral esfalerita (sulfur de zinc, ) per mitjà d'un espectrògraf. Detectaren en l'espectre atòmic d'aquestes mostres una nova línia a una longitud d'ona de 451 nm de color indi –color entre el cel i el violat, conegut també com a anyil– que no es corresponia a cap dels elements coneguts, per la qual cosa havia de correspondre a un nou element que anomenaren indi. Fou aïllat per primera vegada pel mateix Ritcher el 1867.[2]

Als anys quaranta del segle XX s'inicià l'ús com a aliatge especial per la fabricació de coixinets de fricció, però no fou fins al 1952, quan es començà a utilitzar en dispositius semiconductors, i s'incrementà la demanda d'indi.[3]

Abundància i obtenció[modifica]

L'indi és un element rar a l'escorça terrestre, ocupant la posició 69a en quan a abundància dels elements, amb una concentració mitjana de 0,1 ppm,[4] unes tres vegades més abundant que l'argent o el mercuri.[3] Hi ha pocs minerals que el contenen. Sense comptar l'indi natiu els que en contenen més d'un 40 % són: dzhalindita 69,23 %, indita 55,50 %, damiaoïta 54,07 %, cadmoindita 49,58 %, roquesita 47,35 % i laforêtita 40,03 %.[5]

Es produeix, principalment, a partir dels residus generats durant el processament de menes de zinc. També es troba en menes de ferro, plom i coure. S'obté per mitjà de l'electròlisi de les seves sals. Fins al 1924 només hi havia un gram aïllat de l'element en el món.[6] La quantitat d'indi consumit està molt relacionada amb la producció mundial de pantalles de cristall líquid (LCD). L'augment de l'eficiència de producció i reciclat (especialment al Japó) manté l'equilibri entre la demanda i el subministrament. El preu mitjà de l'indi en el 2000 va ser de 188 dòlars per quilogram.

El 2019 principal productor d'indi fou Xina amb 300 tones anuals, seguida de Corea del Sud amb 240, Japó amb 75, Canadà amb 60, França amb 50 i Bèlgica amb 20. La producció total el 2019 fou de 760 tones.[7]

Característiques[modifica]

Cable d'indi dúctil

Característiques físiques[modifica]

L'indi és un metall blanc argentat molt tou que presenta un llustre brillant. Té una densitat de 7,31 g/cm³, un punt de fusió de 156,60 °C i un punt d'ebullició de 2 072 °C. Quan es doblega el metall emet un so característic.[6] Cristal·litza en el sistema tetragonal centrat a les cares.[8]

Característiques químiques[modifica]

Fosfur d'indi

El seu estat d'oxidació més característic és el +3, encara que també presenta el +1 i el +2 en alguns compostos. D'halurs se'n han descrit de fluor, clor, brom i iode amb indi(1+), indi(2+) i indi(3+). Per exemple de clor hi ha els composts: , i . D'òxids hi ha l'òxid d'indi(II) i l'òxid d'indi(III) . De sulfurs, selenurs i tel·lururs s'han descrit d'indi(2+) i d'indi(3+), com ara els selenurs i . També hi ha el nitrur d'indi ,[9] el fosfur d'indi i l'arsenur d'indi . D'altres composts són l'hidròxid d'indi(III) , el nitrat d'indi(III)—1/3 aigua , el perclorat d'indi(III)—1/8 aigua , el fosfat d'indi(III) , el sulfat d'indi(III) .[6]

Estructura del trimetil indi

S'han sintetitzat també composts organometàl·lics amb indi com són el trimetil indi , el trietil indi o el trifenil indi .[3]

Isòtops[modifica]

Article principal: Isòtops de l'indi

A la natura hi ha dos isòtops d'indi, l'indi 113 que és estable i que constitueix el 4,29 % del total d'indi natural, i l'indi 115, que constitueix l'altre 95,71 % i que és pràcticament estable ja que el seu període de semidesintegració és de 4,41 × 1014 anys (edat de l'univers = 13,8 × 109 anys). Per altra banda s'han observat altres 37 isòtops sintetitzats o com que són part de les cadenes de desintegració d'altres núclids artificials. Aquests van del nombre màssic 97 al 135, essent el més estable l'indi 111 que té un període de semidesintegració de 2 ,80 dies i que té aplicacions mèdiques.[10]

Aplicacions[modifica]

Indústria electrònica[modifica]

Rellotge amb pantalla LCD

A mitjans i finals dels anys 1980 va despertar interès l'ús de fosfurs d'indi semiconductors i pel·lícules primes d'òxids d'indi i estany per al desenvolupament de pantalles de cristall líquid (LCD). L'òxid d'indi i estany (ITO) s'utilitza com a recobriment dels elèctrodes no visibles en les pantalles de cristall líquid (LCD), de plasma i en les pantalles tàctils, ja que és un conductor elèctric òpticament transparent.[11]

El germani dopat amb indi es fa servir per a fabricar transistors i components elèctrics com rectificadors i fotoconductors. Els compostos d'indi són usats en la fabricació dels díodes emissors de llum (LED) i de díodes làser (LD).[11]

Generació d'energia[modifica]

Cel·la solar flexible

L'indi s'utilitza en les barres de control de les centrals nuclears per la seva alta secció eficaç de captura de neutrons tèrmics (190 × 10–24 cm²).[8] Algunes barres de control emprades són aliatges constituïdes per un 5 % d'indi, 15 % d'argent i 80 % de cadmi.[3]

El selenur de gal·li, indi i coure (CIGS) és un semiconductor utilitzat en la fabricació de la capa fina conductora de cel·les solars primes i flexibles,[11] degut a que és un dels millors materials absorbents disponibles gràcies al seu elevat coeficient d'absorció i àmplia resposta espectral.[12]

Indústria del vidre i la ceràmica[modifica]

L'indi s'utilitza en la fabricació de miralls de la mateixa qualitat que els fabricats amb argent, però amb una resistència més alta a la corrosió.[11]

Les aliatges d'indi, estany, cadmi i bismut i les d'indi, plom i estany s'utilitzen com a soldadures per unir metalls, vidre, quars i ceràmica. En tècniques de buit, les soldadures d'aliatge d'indi amb estany (50 % In i 50 % Sn) serveixen per unir el vidre amb el vidre o el metall.[8]

Medicina[modifica]

Termòmetre de galinstan per a la mesura de la febre

L'aliatge de baix punt de fusió format per indi (24 %) i gal·li (76 %) s'utilitza en algunes amalgames dentals perquè és líquid a temperatura ambient.[6] El galinstan és un aliatge eutèctic de gal·li, indi i estany, líquid a temperatura ambient, el punt de fusió es troba en els –19 °C. A causa de la baixa toxicitat dels metalls que componen aquest aliatge, s'utilitza com a reemplaçament no tòxic per a moltes de les aplicacions que anteriorment empraven el mercuri, com ara els termòmetres.[13]

Els raigs gamma emesos per l'indi 111 s'utilitzen en la detecció i valoració de tumors neuroendocrins en combinació amb la tomografia per emissió de positrons (PET), amb fluor 18.[11]

Precaucions[modifica]

Hi ha certes evidències no confirmades que suggereixen que l'indi presenta una toxicitat baixa. No obstant això, en la indústria de semiconductors i de soldadura, on les exposicions són relativament altes, no hi ha hagut notícies d'efectes col·laterals.[6]

Referències[modifica]

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81a edició, CRC press (en anglès)
  2. Sarandeses, L.A. «Z = 49, indio, In. El metal de la pantalla del móvil». An. Quím., 115, 2, 2019, pàg. 111.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Jorgenson, John D.; George, Micheal W. «Mineral Commodity Profile: Indium». Open-File Report, 2005. DOI: 10.3133/ofr20041300. ISSN: 2331-1258.
  4. Emsley, John.. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  5. «Mineral Species sorted by the element In Indium». [Consulta: 16 juny 2020].
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics (en anglès). Ninety-sixth edition. Boca Raton: CRC Press, 2015. ISBN 978-1-4822-6097-7. 
  7. «Indium Statistics and Information» (en anglès). National Minerals Information Center. U.S. Geological Survey, gener 2020. [Consulta: 16 juny 2020].
  8. 8,0 8,1 8,2 Neikov, Oleg D.; Naboychenko, Stanislav S.; Murashova, Irina B. Chapter 24 - Production of Rare Metal Powders (en anglès). Oxford: Elsevier, 2019, p. 757–829. DOI 10.1016/b978-0-08-100543-9.00024-5. ISBN 978-0-08-100543-9. 
  9. «WebElements Periodic Table » Indium » compounds information». [Consulta: 17 juny 2020].
  10. «Isotope data for indium-111 in the Periodic Table». [Consulta: 17 juny 2020].
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals : aplicacions i reciclatge. Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  12. Sundaram, Senthilarasu; Shanks, Katie; Upadhyaya, Hari. 18 - Thin Film Photovoltaics (en anglès). Academic Press, 2018, p. 361–370. DOI 10.1016/b978-0-12-811479-7.00018-x. ISBN 978-0-12-811479-7. 
  13. Fisher, David J.. Liquid Metal Alloys in Electronics. Millersville, PA: Materials Research Forum LLC, 2020. ISBN 1-64490-069-6. 

Enllaços externs[modifica]