In · Élément 49 · Métal post-transitionnel
Assez doux pour laisser une marque sur le papier, et le conducteur transparent présent dans chaque écran tactile.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe indium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 167 pm — soit 0,167 nm ; il en faudrait donc environ 2,99 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Indium est liquide dans une plage de 1915 K, de 430 K à 2345 K.
Où il se trouve
Indium se trouve dans la période 5, groupe 13. Tous les éléments du groupe 13 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Métaux post-transitionnels
Tous les métaux post-transitionnelsL’histoire
Assez doux pour laisser une marque sur le papier, et le conducteur transparent présent dans chaque écran tactile.
L’indium a été découvert en 1863 par les chimistes allemands Ferdinand Reich et Hieronymus Theodor Richter alors qu’ils recherchaient du thallium dans des échantillons de minerai de zinc. Leur découverte a été rendue possible par la nouvelle technique de spectroscopie, qui a révélé une ligne bleue brillante inattendue indiquant un élément entièrement nouveau.
Ferdinand Reich, professeur à l’École des mines de Freiberg en Allemagne, étudiait des échantillons de minerai de zinc provenant d’une mine locale, dans l’espoir d’y trouver du thallium, un élément découvert seulement deux ans auparavant. Reich était partiellement daltonien et demanda donc à son collègue Hieronymus Richter d’effectuer les observations spectroscopiques essentielles.
Lorsque Richter examina la flamme spectroscopique de l’extrait de minerai de zinc, il observa, au lieu de la ligne verte attendue du thallium, une brillante ligne bleu indigo à la longueur d’onde de 451 nanomètres. Cette raie spectrale ne correspondait à aucun élément connu, ce qui indiquait la présence de quelque chose d’entièrement nouveau. La couleur bleue intense donnerait plus tard son nom à l’élément.
Reich et Richter travaillèrent méthodiquement pour isoler l’élément inconnu de leurs échantillons de minerai de zinc. Ils utilisèrent des réactions de précipitation et des séparations chimiques minutieuses afin de concentrer la nouvelle substance. Le processus était difficile, car l’indium était présent en quantités extrêmement faibles, inférieures à 0.01% de l’échantillon de minerai.
Après des mois de travail minutieux, les deux scientifiques réussirent à isoler une petite quantité d’indium métallique en 1864. Le métal était blanc argenté, suffisamment tendre pour marquer le papier comme le plomb, et possédait un point de fusion relativement bas. Ils le nommèrent « indium », d’après le latin « indicum », qui signifie indigo, en référence à la raie spectrale bleue caractéristique à l’origine de sa découverte.
Les premières recherches révélèrent les propriétés inhabituelles de l’indium : il était extrêmement malléable, possédait un faible point de fusion (157°C) et produisait un « cri de l’étain » caractéristique lorsqu’on le pliait. Les chimistes constatèrent qu’il formait des composés stables et avait une masse atomique d’environ 115, ce qui le plaçait entre le cadmium et l’étain dans le tableau périodique.
Pendant près d’un siècle après sa découverte, l’indium resta principalement une curiosité de laboratoire sans applications importantes. Sa rareté et la difficulté de son extraction limitaient son étude à des chercheurs intéressés par ses propriétés inhabituelles. Peu de personnes auraient pu prévoir son importance future dans la technologie.
L’importance de l’indium s’accrut considérablement avec le développement de la technologie des semi-conducteurs. La découverte que l’oxyde d’indium-étain (ITO) pouvait être à la fois transparent et conducteur a révolutionné la technologie des écrans. Des premiers transistors expérimentaux aux écrans tactiles modernes, l’indium est devenu essentiel à l’ère numérique.
Aujourd’hui, l’indium est essentiel à la vie moderne d’une manière que Reich et Richter n’auraient jamais pu imaginer. Chaque smartphone, tablette et téléviseur à écran plat dépend de l’indium pour son écran. L’élément qui n’était autrefois qu’une curiosité de laboratoire est désormais central à l’infrastructure technologique mondiale, montrant comment les découvertes scientifiques peuvent passer de l’intérêt académique à la nécessité technologique.
La découverte de l’indium a démontré la puissance de la spectroscopie comme outil de découverte de nouveaux éléments. Cette technique conduirait à la découverte de plusieurs autres éléments au cours des décennies suivantes. Cette histoire illustre également la manière dont un travail scientifique collaboratif, Reich et Richter combinant leurs compétences différentes, peut conduire à des découvertes majeures.
Applications
L’oxyde d’indium-étain (ITO) est le conducteur transparent qui rend possibles les écrans tactiles modernes, les écrans LCD et les écrans OLED. Les films d’ITO sont presque invisibles tout en étant conducteurs, ce qui permet le contrôle précis nécessaire à l’activation des pixels. Chaque smartphone, tablette et téléviseur moderne dépend de l’indium pour le fonctionnement de son écran.
Les composés de l’indium, comme l’arséniure d’indium-gallium (InGaAs) et le phosphure d’indium (InP), sont essentiels à l’électronique et à l’optoélectronique à grande vitesse. Ces matériaux permettent de fabriquer des détecteurs infrarouges, des diodes laser et des transistors haute fréquence utilisés dans les communications par fibre optique, les systèmes satellitaires et les réseaux 5G.
Les cellules solaires à couche mince au séléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS) atteignent des rendements élevés tout en utilisant moins de matériau que les panneaux traditionnels en silicium. Les propriétés uniques de l’indium permettent de créer des cellules solaires souples pouvant être intégrées à des matériaux de construction, des appareils portables et des surfaces inhabituelles.
Le faible point de fusion de l’indium (157°C) le rend idéal pour les applications de brasage spécialisées où les composants sensibles à la chaleur doivent être protégés. Les brasures à base d’indium sont utilisées dans les applications cryogéniques, les matériaux d’interface thermique pour les processeurs informatiques et l’étanchéité des systèmes à ultravide.
Les excellentes propriétés d’absorption des neutrons de l’indium le rendent utile dans les réacteurs nucléaires pour la détection des neutrons et les applications de barres de contrôle. Des feuilles d’indium servent à mesurer le flux de neutrons dans les systèmes de surveillance des réacteurs, contribuant ainsi à garantir une exploitation sûre de l’énergie nucléaire.
L’antimoniure d’indium (InSb) et l’arséniure d’indium (InAs) sont essentiels aux détecteurs infrarouges utilisés dans les caméras thermiques, les équipements de vision nocturne et les systèmes d’imagerie médicale. Ces matériaux détectent les signatures thermiques avec une sensibilité exceptionnelle, permettant des applications allant de la surveillance militaire au diagnostic médical.
Le nitrure d’indium-gallium (InGaN) permet de produire des éclairages LED bleus et blancs, révolutionnant l’éclairage économe en énergie. Ces LED se trouvent dans les lampes de poche, les phares automobiles et l’éclairage architectural à grande échelle, représentant une avancée majeure de la technologie d’éclairage.
L’indium pur sert d’étalon de température et est utilisé dans des équipements de recherche spécialisés. Sa malléabilité lui permet de former des joints parfaitement étanches dans les systèmes à vide poussé, tandis que ses propriétés électroniques uniques le rendent précieux pour l’étude des effets quantiques et la mise au point de nouveaux matériaux électroniques.
Chaque appareil à écran tactile contient de l’oxyde d’indium-étain (ITO) comme couche conductrice transparente. Lorsque vous faites glisser votre doigt sur votre téléphone ou touchez votre tablette, vous interagissez avec l’indium. Cette couche invisible détecte le champ électrique de votre doigt tout en restant complètement transparente à la lumière visible.
Les écrans LCD et OLED modernes utilisent du verre revêtu d’ITO pour contrôler chaque pixel. Que vous regardiez Netflix, jouiez à un jeu ou travailliez sur un ordinateur, l’indium permet le contrôle électrique précis qui crée les images que vous voyez. Les écrans haut de gamme utilisent souvent davantage d’indium pour offrir de meilleures performances.
Les ampoules et rubans LED économes en énergie contiennent du nitrure d’indium-gallium, qui produit une lumière bleue convertie en lumière blanche par des luminophores. De l’éclairage domestique aux phares automobiles et à l’éclairage des stades, l’indium contribue à créer l’éclairage puissant et efficace qui remplace les ampoules traditionnelles.
Certains panneaux solaires à couche mince utilisent la technologie CIGS (séléniure de cuivre-indium-gallium) pour convertir la lumière du soleil en électricité. Ces panneaux peuvent être souples et légers, ce qui les rend adaptés à des installations inhabituelles, comme les surfaces courbes, ou aux applications portables.
Les véhicules modernes contiennent de nombreux écrans et interfaces tactiles qui dépendent de l’indium. Des écrans de tableau de bord aux systèmes de divertissement et aux affichages tête haute, l’indium permet la technologie interactive qui rend la conduite plus sûre et plus pratique.
Les capteurs infrarouges des appareils photo numériques utilisent souvent des matériaux à base d’indium pour détecter les signatures thermiques ou permettre la vision nocturne. Les caméras de sécurité, les dispositifs d’imagerie thermique et même certains appareils photo de smartphones bénéficient des propriétés optiques uniques de l’indium.
Les consoles de jeu, les appareils portables et les casques de réalité virtuelle dépendent tous de l’indium pour leurs écrans et leurs interfaces tactiles. Les écrans réactifs et de haute qualité qui améliorent l’expérience de jeu reposent sur les propriétés conductrices et transparentes de l’indium.
Les processeurs informatiques hautes performances utilisent des matériaux d’interface thermique à base d’indium pour transférer efficacement la chaleur des puces vers les systèmes de refroidissement. Cela aide à prévenir la surchauffe et à maintenir des performances optimales dans les applications informatiques exigeantes.
D’où il vient
0,25 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 45 % des éléments
L’indium est l’un des éléments les plus rares de la croûte terrestre, avec une concentration moyenne de seulement 0.1 partie par million, ce qui le rend plus rare que l’argent ou le mercure. Ce métal précieux ne se trouve jamais à l’état pur dans la nature et forme rarement ses propres minéraux.
L’indium est presque exclusivement récupéré comme sous-produit de la production de zinc. L’élément remplace le zinc dans les minéraux sulfurés, en particulier la sphalérite (ZnS), où les concentrations d’indium vont généralement de 0.001% à 0.1%. Les grandes régions productrices de zinc deviennent automatiquement des sources d’indium, ce qui rend l’approvisionnement en indium dépendant des conditions du marché du zinc.
Seuls quelques minéraux rares contiennent des concentrations importantes d’indium. Le plus important est l’indite (FeIn₂S₄), présente dans les gisements hydrothermaux. Les autres minéraux rares d’indium comprennent la roquésite (CuInS₂) et la sakuraiite. Ces minéraux présentent surtout un intérêt scientifique plutôt qu’économique.
La Chine domine la production d’indium (60% de l’approvisionnement mondial), principalement grâce aux opérations de fusion du zinc. Les autres producteurs importants sont la Corée du Sud, le Japon, le Canada et la Belgique. La mine de Mount Isa en Australie et la mine de Red Dog en Alaska comptent parmi les sources de minerais contenant de l’indium les plus riches au monde.
L’extraction de l’indium nécessite des procédés métallurgiques sophistiqués en raison de ses concentrations extrêmement faibles. L’élément est récupéré à partir des résidus de raffinerie du zinc par des procédés complexes d’extraction par solvant et d’électroextraction. Les taux de récupération sont généralement faibles, ce qui rend l’indium coûteux et limité par l’approvisionnement.
Le recyclage de l’indium provenant des déchets électroniques devient de plus en plus important à mesure que la teneur des minerais primaires diminue. Le verre revêtu d’ITO issu des déchets de fabrication des écrans LCD et des appareils électroniques en fin de vie fournit des sources secondaires précieuses d’indium. Cependant, les procédés de recyclage sont complexes et ne sont pas encore largement mis en œuvre.
Certaines cendres de charbon contiennent des concentrations élevées d’indium (jusqu’à 10 ppm), offrant potentiellement des possibilités futures de récupération. Certains types de roches volcaniques présentent également un enrichissement en indium, mais pas à des niveaux économiquement viables avec la technologie actuelle.
L’indium est extrêmement rare dans l’Univers, avec une abondance environ 1/10,000e de celle de l’argent. L’élément se forme par des processus de capture lente de neutrons dans certains types d’étoiles. Les météorites contiennent des traces d’indium, fournissant des informations sur les processus de formation du système solaire primitif.
La demande croissante d’appareils à écran tactile et d’éclairage LED suscite des inquiétudes quant à la durabilité de l’approvisionnement en indium. La rareté de l’élément et sa concentration dans quelques pays producteurs lui confèrent une importance stratégique. La recherche sur les alternatives à l’indium et l’amélioration des méthodes de recyclage se poursuit afin de répondre aux éventuelles pénuries futures.
Manipulation
L’indium métallique pur présente une toxicité relativement faible par rapport à d’autres métaux lourds. Cependant, certains composés de l’indium peuvent être plus dangereux et il convient de toujours respecter les précautions de sécurité appropriées lors de la manipulation de matériaux contenant de l’indium.
Irritant léger : Le contact direct avec l’indium métallique est généralement sans danger, mais les composés de l’indium peuvent provoquer une irritation de la peau et des yeux. Portez des gants et des lunettes de sécurité lorsque vous manipulez des matériaux contenant de l’indium. Lavez-vous soigneusement après tout contact et consultez un médecin si l’irritation persiste.
Protection respiratoire nécessaire : La poussière et les fumées d’indium ne doivent pas être inhalées. Certaines études suggèrent un risque de lésions pulmonaires en cas d’exposition chronique aux composés de l’indium, en particulier à l’oxyde d’indium-étain (ITO). Utilisez une ventilation et une protection respiratoire adaptées lorsque vous travaillez avec des matériaux contenant de l’indium.
Préoccupations dans l’industrie électronique : Les travailleurs participant aux opérations de pulvérisation d’ITO et à la fabrication de semi-conducteurs peuvent être exposés à des risques plus élevés. Une surveillance médicale régulière et des contrôles stricts de l’exposition sont recommandés. Certains cas de protéinose alvéolaire pulmonaire ont été signalés chez des travailleurs exposés à des composés de l’indium.
Relativement stable : L’indium métallique est chimiquement stable dans les conditions normales. Cependant, les composés de l’indium peuvent réagir avec des acides ou des agents oxydants. Stockez les matériaux contenant de l’indium dans des conditions sèches afin d’éviter l’oxydation et la formation de composés potentiellement plus dangereux.
Précautions liées au faible point de fusion : L’indium fond à seulement 157°C (314°F), et peut donc se liquéfier à des températures modérées. La poussière d’indium peut être combustible. Évitez de chauffer des matériaux contenant de l’indium sans ventilation appropriée, car les vapeurs peuvent être nocives.
Élimination responsable : Bien que la toxicité environnementale de l’indium soit inférieure à celle de nombreux métaux lourds, une élimination et un recyclage appropriés sont importants en raison de sa rareté et de sa valeur économique. Les déchets électroniques contenant de l’indium doivent être traités par des installations de recyclage appropriées.
Protocoles standard : En cas de contact avec la peau, lavez-la à l’eau et au savon. En cas de contact avec les yeux, rincez-les à l’eau propre pendant 15 minutes. Si de la poussière d’indium est inhalée, allez à l’air frais et consultez un médecin en cas de difficultés respiratoires. Aucun antidote spécifique n’est nécessaire en cas d’exposition à l’indium.
Réponses rapides
Indium (symbole In) est l’élément 49 du tableau périodique, un Métal post-transitionnel de la période 5, du groupe 13. Assez doux pour laisser une marque sur le papier, et le conducteur transparent présent dans chaque écran tactile. À température ambiante, c’est un solide.
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹ ; elle comporte 5 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 18, 3. Sa couche externe contient 3 électrons, ce qui détermine son comportement en matière de liaisons.Indium fond à 429.8 K (156.6 °C) et bout à 2345 K (2071.9 °C).
La masse atomique standard de Indium est de 114.818 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Indium a une masse volumique de 7.31 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Indium est donc environ 7.3× plus lourd.
Indium a une électronégativité de Pauling de 1.78. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Indium a été découvert en 1863 par Reich & Richter. Il porte le nom de sa raie spectrale indigo.
Indium constitue environ 0.25 mg/kg de la croûte terrestre — véritablement rare, ce qui explique son prix élevé.