49 In إنديوم 114.818
فلز بعد انتقالي p-block Period 5 Group 13

إنديوم

In · Element 49 · Boron group

Soft enough to leave a mark on paper, and the transparent conductor in every touchscreen.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 114.818 u
ELECTRON CONFIGURATION [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
48Cd All 118 50Sn

البنية

ذرة إنديوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع إنديوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 7.31 g/cm³ 48%
نقطة الانصهار 429.8 K 23%
نقطة الغليان 2345 K 50%
الحرارة النوعية 0.233 J/g·K
التوصيل الحراري 81.8 W/m·K 76%

ذرية

نصف القطر الذري 167 pm 56%
نصف القطر التساهمي 141 pm
نصف قطر فان دير فالس 193 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.78 57%
طاقة التأين 558.6 kJ/mol 17%
الألفة الإلكترونية 36.7 kJ/mol 33%

الوفرة

الوفرة في القشرة 0.25 mg/kg 45%

الهوية

الرمزIn
العدد الذري49
الكتلة الذرية114.818 u
الفئةفلز بعد انتقالي
المستوى الفرعيp
البنية البلوريةرباعي الزوايا
حالات الأكسدة+1, +2, +3
الاكتشاف1863
اكتشفهReich & Richter

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a إنديوم atom?

Radius 167 pm — that is 0.167 nm, so about 2994 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

إنديوم is liquid over a 1915 K window, from 430 K to 2345 K.

موضعه

موضعه في الجدول

إنديوم sits in period 5, group 13. Everything in group 13 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER الفلزات ما بعد الانتقالية

13Al 31Ga 50Sn 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 113Nh 114Fl 115Mc 116Lv
All الفلزات ما بعد الانتقالية

القصة

ما هو إنديوم، وكيف اكتشفناه

Soft enough to leave a mark on paper, and the transparent conductor in every touchscreen.

The discovery of إنديوم

اكتشف الكيميائيان الألمانيان Ferdinand Reich وHieronymus Theodor Richter الإنديوم عام 1863 أثناء بحثهما عن الثاليوم في عينات من خام الزنك. وجاء اكتشافهما باستخدام تقنية التحليل الطيفي الجديدة، التي كشفت خطاً أزرق ساطعاً غير متوقع قاد إلى عنصر جديد تماماً.

البحث عن الثاليوم (1863)

كان Ferdinand Reich، وهو أستاذ في مدرسة Freiberg للمناجم في ألمانيا، يفحص عينات من خام الزنك من منجم محلي، أملاً في العثور على الثاليوم، وهو عنصر اكتُشف قبل عامين فقط. وكان Reich مصاباً بعمى جزئي للألوان، لذلك استعان بزميله Hieronymus Richter لإجراء الملاحظات الطيفية الحاسمة.

الخط الأزرق الغامض

عندما فحص Richter لهب المستخلص الطيفي لخام الزنك، لاحظ بدلاً من الخط الأخضر المتوقع للثاليوم خطاً أزرق نيلياً لامعاً عند طول موجي يبلغ 451 نانومتراً. لم يتطابق هذا الخط الطيفي مع أي عنصر معروف، مما دل على وجود مادة جديدة تماماً. وقد منح اللون الأزرق الشديد العنصر اسمه لاحقاً.

العزل الكيميائي

عمل Reich وRichter بطريقة منهجية لعزل العنصر المجهول من عينات خام الزنك. واستخدما تفاعلات الترسيب والفصل الكيميائي الدقيق لتركيز المادة الجديدة. وكانت العملية صعبة لأن الإنديوم كان موجوداً بكميات ضئيلة للغاية، أقل من 0.01% من عينة الخام.

أول عينة نقية (1864)

بعد أشهر من العمل الشاق، نجح العالمان في عزل كمية صغيرة من الإنديوم الفلزي عام 1864. كان الفلز أبيض فضياً، ليناً بما يكفي لترك أثر على الورق مثل الرصاص، وله نقطة انصهار منخفضة نسبياً. وأطلقا عليه اسم "indium" من الكلمة اللاتينية "indicum" التي تعني النيلي، نسبةً إلى الخط الطيفي الأزرق المميز الذي قاد إلى اكتشافه.

تحديد الخصائص

كشفت الأبحاث المبكرة عن خصائص الإنديوم غير المعتادة: فقد كان قابلاً للطرق بدرجة كبيرة، وله نقطة انصهار منخفضة (157°C)، وكان يصدر "صرخة القصدير" المميزة عند ثنيه. ووجد الكيميائيون أنه يكوّن مركبات مستقرة وله وزن ذري يبلغ نحو 115، مما يضعه بين الكادميوم والقصدير في الجدول الدوري.

عنصر مثير للفضول

ظل الإنديوم طوال قرن تقريباً بعد اكتشافه مجرد مادة تثير فضول المختبر، من دون تطبيقات مهمة. فقد جعلت ندرته وصعوبة استخراجه منه موضوعاً يدرسه أساساً الباحثون المهتمون بخصائصه غير العادية. ولم يكن بوسع قلة من الناس التنبؤ بأهميته المستقبلية في التكنولوجيا.

ثورة الإلكترونيات (من الأربعينيات إلى الحاضر)

ازدادت أهمية الإنديوم بصورة هائلة مع تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات. وقد أحدث اكتشاف إمكانية جعل أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) شفافاً وموصلاً للكهرباء في الوقت نفسه ثورة في تكنولوجيا العرض. ومن الترانزستورات التجريبية الأولى إلى شاشات اللمس الحديثة، أصبح الإنديوم ضرورياً للعصر الرقمي.

ضرورة حديثة

يُعد الإنديوم اليوم أساسياً للحياة الحديثة بطرق لم يكن Reich وRichter ليتخيلاها. فكل هاتف ذكي وجهاز لوحي وتلفاز بشاشة مسطحة يعتمد على الإنديوم في شاشته. والعنصر الذي كان يوماً مجرد مادة تثير فضول المختبر أصبح الآن ضرورياً للبنية التحتية التكنولوجية العالمية، مما يوضح كيف يمكن للاكتشافات العلمية أن تتحول من اهتمام أكاديمي إلى ضرورة تكنولوجية.

الأثر العلمي

أظهر اكتشاف الإنديوم قوة التحليل الطيفي أداةً للعثور على عناصر جديدة. وقد أدت هذه التقنية إلى اكتشاف عدة عناصر أخرى خلال العقود التالية. كما توضح القصة كيف يمكن للعمل العلمي التعاوني، من خلال جمع Reich وRichter بين خبراتهما المختلفة، أن يقود إلى اكتشافات رائدة.

الاستخدامات

فيما يُستخدم إنديوم

شاشات مسطحة

أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) هو الموصل الشفاف الذي يجعل شاشات اللمس الحديثة وشاشات LCD وشاشات OLED ممكنة. تتميز أغشية ITO بأنها شبه غير مرئية وموصلة للكهرباء في الوقت نفسه، مما يتيح التحكم الدقيق اللازم لتنشيط وحدات البكسل. يعتمد كل هاتف ذكي وجهاز لوحي وتلفاز حديث على الإنديوم في وظائف العرض.

تكنولوجيا أشباه الموصلات

تُعد مركبات الإنديوم، مثل زرنيخيد الغاليوم والإنديوم (InGaAs) وفوسفيد الإنديوم (InP)، ضرورية للإلكترونيات عالية السرعة والإلكترونيات الضوئية. تتيح هذه المواد تصنيع كاشفات الأشعة تحت الحمراء وثنائيات الليزر والترانزستورات عالية التردد المستخدمة في اتصالات الألياف الضوئية والأنظمة الفضائية وشبكات 5G.

التطبيقات الكهروضوئية

تحقق الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) معدلات كفاءة عالية مع استخدام كمية من المواد أقل من الألواح التقليدية المصنوعة من السيليكون. تساعد الخصائص الفريدة للإنديوم على إنشاء خلايا شمسية مرنة يمكن دمجها في مواد البناء والأجهزة المحمولة والأسطح غير التقليدية.

لحامات منخفضة الحرارة

تجعل نقطة انصهار الإنديوم المنخفضة (157°C) منه مناسباً لتطبيقات اللحام المتخصصة التي يجب فيها حماية المكونات الحساسة للحرارة. تُستخدم اللحامات القائمة على الإنديوم في التطبيقات المبردة وفي مواد الواجهة الحرارية لمعالجات الحاسوب وفي إحكام إغلاق أنظمة التفريغ الفائق.

أنظمة التحكم النووي

تجعل خصائص امتصاص النيوترونات الممتازة للإنديوم منه مادة قيّمة في المفاعلات النووية لكشف النيوترونات وتطبيقات قضبان التحكم. تُستخدم رقائق الإنديوم لقياس تدفق النيوترونات في أنظمة مراقبة المفاعلات، مما يساعد على ضمان التشغيل الآمن للطاقة النووية.

تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء

يُعد أنتمونيد الإنديوم (InSb) وأرسينيد الإنديوم (InAs) أساسيين للكاشفات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والمستخدمة في كاميرات التصوير الحراري ومعدات الرؤية الليلية وأنظمة التصوير الطبي. تكشف هذه المواد البصمات الحرارية بحساسية استثنائية، مما يتيح تطبيقات تتراوح من المراقبة العسكرية إلى التشخيص الطبي.

الأجهزة الباعثة للضوء

يتيح نتريد الغاليوم والإنديوم (InGaN) إنتاج إضاءة LED زرقاء وبيضاء، مما أحدث تحولاً في الإضاءة الموفرة للطاقة. توجد هذه المصابيح في كل شيء، من المصابيح اليدوية إلى المصابيح الأمامية للسيارات وإضاءة المباني الكبيرة، وتمثل تقدماً رئيسياً في تكنولوجيا الإضاءة.

التطبيقات البحثية

يُستخدم الإنديوم النقي معياراً لدرجة الحرارة وفي معدات البحث المتخصصة. وتسمح قابليته للطرق بتكوين أختام مثالية في أنظمة التفريغ العالي، بينما تجعل خصائصه الإلكترونية الفريدة منه مادة قيّمة لدراسة التأثيرات الكمومية وتطوير مواد إلكترونية جديدة.

شاشات الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية

يحتوي كل جهاز ذي شاشة لمس على أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) بوصفه طبقة الموصل الشفاف. عندما تمرر إصبعك على هاتفك أو تنقر على جهازك اللوحي، فأنت تتفاعل مع الإنديوم. تكشف هذه الطبقة غير المرئية المجال الكهربائي لإصبعك مع بقائها شفافة تماماً للضوء المرئي.

شاشات التلفاز والحاسوب

تعتمد شاشات LCD وOLED الحديثة على زجاج مطلي بـ ITO للتحكم في وحدات البكسل الفردية. سواء كنت تشاهد Netflix أو تمارس الألعاب أو تعمل على حاسوب، يتيح الإنديوم التحكم الكهربائي الدقيق الذي ينشئ الصور التي تراها. وغالباً ما تستخدم الشاشات الأعلى جودة كمية أكبر من الإنديوم لتحقيق أداء أفضل.

إضاءة LED

تحتوي مصابيح LED وشرائطها الموفرة للطاقة على نتريد الغاليوم والإنديوم، الذي ينتج ضوءاً أزرق تحوله المواد الفوسفورية إلى ضوء أبيض. من إضاءة المنازل إلى المصابيح الأمامية للسيارات وإضاءة الملاعب، يساعد الإنديوم على إنتاج الإضاءة الساطعة والفعالة التي تحل محل المصابيح التقليدية.

الألواح الشمسية

تستخدم بعض الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تكنولوجيا CIGS (سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم) لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. ويمكن أن تكون هذه الألواح مرنة وخفيفة الوزن، مما يجعلها مناسبة للتركيبات غير التقليدية، مثل الأسطح المنحنية أو التطبيقات المحمولة.

إلكترونيات السيارات

تحتوي المركبات الحديثة على العديد من الشاشات وواجهات اللمس التي تعتمد على الإنديوم. فمن شاشات لوحة القيادة إلى أنظمة الترفيه وشاشات العرض على الزجاج الأمامي، يتيح الإنديوم التكنولوجيا التفاعلية التي تجعل القيادة أكثر أماناً وراحة.

الكاميرات الرقمية والتصوير

تستخدم المستشعرات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء في الكاميرات الرقمية غالباً مواد قائمة على الإنديوم لكشف البصمات الحرارية أو إتاحة إمكانات الرؤية الليلية. وتستفيد كاميرات المراقبة وأجهزة التصوير الحراري وحتى بعض كاميرات الهواتف الذكية من الخصائص البصرية الفريدة للإنديوم.

أجهزة الألعاب

تعتمد منصات الألعاب والأجهزة المحمولة وسماعات الواقع الافتراضي كلها على الإنديوم في شاشاتها وواجهات اللمس. وتستند الشاشات السريعة الاستجابة وعالية الجودة التي تعزز تجارب الألعاب إلى خصائص الإنديوم الموصلة والشفافة.

مكونات الحاسوب

تستخدم معالجات الحاسوب عالية الأداء مواد واجهة حرارية قائمة على الإنديوم لنقل الحرارة بكفاءة من الرقائق إلى أنظمة التبريد. ويساعد ذلك على منع ارتفاع الحرارة والحفاظ على الأداء الأمثل في تطبيقات الحوسبة المت demandingة.

مصدره

وجوده الطبيعي

0.25 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 45% of elements

الإنديوم أحد أندر العناصر في القشرة الأرضية، إذ يوجد بتركيز متوسط لا يتجاوز 0.1 جزء في المليون، مما يجعله أندر من الفضة أو الزئبق. ولا يوجد هذا الفلز الثمين في الطبيعة بصورته النقية، كما أنه نادراً ما يكوّن معادنه الخاصة.

ارتباطه بخامات الزنك

يُستخلص الإنديوم تقريباً بشكل حصري بوصفه ناتجاً ثانوياً من إنتاج الزنك. ويحل العنصر محل الزنك في معادن الكبريتيد، ولا سيما سفاليريت (ZnS)، حيث يتراوح تركيز الإنديوم عادةً بين 0.001% و0.1%. وتصبح المناطق الرئيسية المنتجة للزنك مصادر للإنديوم تلقائياً، مما يجعل إمدادات الإنديوم مرتبطة بظروف سوق الزنك.

معادن الإنديوم النادرة

لا يحتوي على تركيزات كبيرة من الإنديوم سوى عدد قليل من المعادن النادرة. وأهمها الإنديت (FeIn₂S₄)، الموجود في الرواسب الحرارية المائية. وتشمل معادن الإنديوم النادرة الأخرى روكيسيت (CuInS₂) وساكوراييت. وتكتسب هذه المعادن أهمية علمية أساساً، لا اقتصادية.

التوزيع العالمي

تهيمن الصين على إنتاج الإنديوم (60% من الإمدادات العالمية)، مستفيدةً أساساً من عمليات صهر الزنك. وتشمل المنتجين المهمين الآخرين كوريا الجنوبية واليابان وكندا وبلجيكا. ويُعد منجم Mount Isa في أستراليا ومنجم Red Dog في ألاسكا من أغنى مصادر الخامات الحاملة للإنديوم في العالم.

تحديات الاستخلاص

يتطلب استخراج الإنديوم عمليات فلزية متطورة بسبب تركيزاته المنخفضة للغاية. ويُستخلص العنصر من مخلفات مصافي الزنك عبر عمليات معقدة لاستخلاص المذيبات والاستخلاص الكهربائي. وتكون معدلات الاسترداد منخفضة عادةً، مما يجعل الإنديوم باهظ الثمن ومحدود الإمداد.

المصادر الثانوية

تزداد أهمية إعادة تدوير الإنديوم من النفايات الإلكترونية مع انخفاض درجات تركيز الخامات الأولية. ويوفر الزجاج المطلي بـ ITO من مخلفات تصنيع شاشات LCD والأجهزة الإلكترونية التي انتهى عمرها مصدراً ثانوياً قيّماً للإنديوم. إلا أن عمليات إعادة التدوير معقدة ولم تُطبق على نطاق واسع بعد.

التراكيز المختبرية

تحتوي بعض رماديات الفحم على تركيزات مرتفعة من الإنديوم (تصل إلى 10 ppm)، مما قد يتيح فرصاً مستقبلية لاستخراجه. كما تُظهر أنواع معينة من الصخور البركانية إثراءً بالإنديوم، وإن لم تبلغ مستويات مجدية اقتصادياً باستخدام التكنولوجيا الحالية.

الوفرة الكونية

الإنديوم نادر للغاية في الكون، إذ تبلغ وفرته تقريباً 1/10,000 من وفرة الفضة. ويتكوّن العنصر عبر عمليات الالتقاط البطيء للنيوترونات في أنواع معينة من النجوم. وتحتوي النيازك على كميات ضئيلة من الإنديوم، مما يوفر معلومات عن عمليات تشكل النظام الشمسي المبكر.

مخاوف الإمداد

أدى تزايد الطلب على أجهزة شاشات اللمس وإضاءة LED إلى إثارة مخاوف بشأن استدامة إمدادات الإنديوم. وتجعل ندرة العنصر وتركيزه في عدد قليل من البلدان المنتجة منه مادة ذات أهمية استراتيجية. وتجري حالياً أبحاث على بدائل الإنديوم وطرائق محسنة لإعادة التدوير لمعالجة حالات النقص المحتملة في المستقبل.

التعامل

السلامة

سمية منخفضة عموماً

تتميز ذرات الإنديوم الفلزية النقية بسمية منخفضة نسبياً مقارنةً بالفلزات الثقيلة الأخرى. ومع ذلك، قد تكون بعض مركبات الإنديوم أكثر خطورة، وينبغي دائماً اتباع احتياطات السلامة المناسبة عند التعامل مع مواد الإنديوم.

ملامسة الجلد والعينين

مهيّج خفيف: يكون التلامس المباشر مع فلز الإنديوم آمناً عموماً، لكن مركبات الإنديوم قد تسبب تهيج الجلد والعينين. ارتدِ القفازات ونظارات السلامة عند التعامل مع مواد الإنديوم. اغسل جيداً بعد التلامس واطلب العناية الطبية إذا استمر التهيج.

مخاطر الاستنشاق

الحاجة إلى حماية الجهاز التنفسي: يجب عدم استنشاق غبار الإنديوم وأبخرته. تشير بعض الدراسات إلى احتمال حدوث تلف في الرئتين نتيجة التعرض المزمن لمركبات الإنديوم، ولا سيما أكسيد قصدير الإنديوم (ITO). استخدم التهوية المناسبة ووسائل حماية الجهاز التنفسي عند العمل بمواد الإنديوم.

التعرض المهني

مخاوف صناعة الإلكترونيات: قد يواجه العاملون في عمليات ترذيذ ITO وتصنيع أشباه الموصلات مخاطر تعرض أعلى. ويوصى بالمراقبة الصحية المنتظمة والضوابط الصارمة للتعرض. وقد أُبلغ عن بعض حالات التصلب الرئوي السنخي لدى العاملين المعرضين لمركبات الإنديوم.

التفاعلية الكيميائية

مستقر نسبياً: يتمتع الإنديوم الفلزي باستقرار كيميائي في الظروف العادية. إلا أن مركبات الإنديوم قد تتفاعل مع الأحماض أو العوامل المؤكسدة. خزّن مواد الإنديوم في ظروف جافة لمنع الأكسدة وتكوّن مركبات قد تكون أكثر خطورة.

مخاطر الحريق والحرارة

اعتبارات نقطة الانصهار المنخفضة: ينصهر الإنديوم عند 157°C (314°F) فقط، ولذلك يمكن أن يتحول إلى سائل عند درجات حرارة معتدلة. وقد يكون غبار الإنديوم قابلاً للاحتراق. تجنب تسخين مواد الإنديوم من دون تهوية مناسبة، إذ قد تكون الأبخرة ضارة.

الأثر البيئي

التخلص المسؤول: رغم أن سمية الإنديوم البيئية أقل من سمية كثير من الفلزات الثقيلة، فإن التخلص السليم وإعادة التدوير مهمان بسبب ندرته وقيمته الاقتصادية. وينبغي معالجة النفايات الإلكترونية المحتوية على الإنديوم عبر مرافق إعادة التدوير المناسبة.

إجراءات الطوارئ

البروتوكولات القياسية: عند ملامسة الجلد، اغسله بالماء والصابون. وعند ملامسة العينين، اغسلهما بالماء النظيف لمدة 15 دقيقة. إذا استُنشق غبار الإنديوم، انتقل إلى هواء نقي واطلب العناية الطبية عند حدوث صعوبة في التنفس. لا توجد ترياقات محددة مطلوبة للتعرض للإنديوم.

إجابات سريعة

إنديوم: أسئلة شائعة

What is إنديوم?

إنديوم (symbol In) is element 49 on the periodic table, a فلز بعد انتقالي in period 5, group 13. Soft enough to leave a mark on paper, and the transparent conductor in every touchscreen. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of إنديوم?

إنديوم's ground-state electron configuration is [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹, giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of إنديوم?

إنديوم melts at 429.8 K (156.6 °C) and boils at 2345 K (2071.9 °C).

What is the atomic mass of إنديوم?

The standard atomic weight of إنديوم is 114.818 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is إنديوم?

إنديوم has a density of 7.31 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of إنديوم is about 7.3× heavier.

What is the electronegativity of إنديوم?

إنديوم has a Pauling electronegativity of 1.78. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered إنديوم, and when?

إنديوم was discovered in 1863 by Reich & Richter. It is named after its indigo spectral line.

How common is إنديوم on Earth?

إنديوم makes up about 0.25 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.

→ السابق Cd Cadmium Element 48 · Transition metal التالي ← Sn Tin Element 50 · Post-transition metal