49 In Индий 114.818
Постпереходный металл p-block Period 5 Group 13

Индий

In · Element 49 · Boron group

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 114.818 u
ELECTRON CONFIGURATION [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
48Cd All 118 50Sn

Строение

Атом индий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место индий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 7.31 g/cm³ 48%
Температура Плавления 429.8 K 23%
Температура Кипения 2345 K 50%
Удельная теплоёмкость 0.233 J/g·K
Теплопроводность 81.8 W/m·K 76%

Атомные

Атомный Радиус 167 pm 56%
Ковалентный радиус 141 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 193 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.78 57%
Энергия ионизации 558.6 kJ/mol 17%
Сродство к Электрону 36.7 kJ/mol 33%

Распространённость

Распространённость в земной коре 0.25 mg/kg 45%

Идентификационные

СимволIn
Атомный номер49
Атомная масса114.818 u
КатегорияПостпереходный металл
Блокp
Кристаллическая структуратетрагональная
Степени окисления+1, +2, +3
Открытие1863
ПервооткрывательReich & Richter

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a индий atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

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

Положение

Положение в таблице

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

OTHER ПОСТПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ

13Al 31Ga 50Sn 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 113Nh 114Fl 115Mc 116Lv
All постпереходные металлы

История

Что такое индий и как его обнаружили

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

The discovery of индий

Индий был открыт в 1863 году немецкими химиками Фердинандом Райхом и Иеронимусом Теодором Рихтером во время поиска таллия в образцах цинковой руды. Открытие стало возможным благодаря новой методике спектроскопии, выявившей неожиданную яркую синюю линию, которая привела к обнаружению совершенно нового элемента.

Поиск таллия (1863)

Фердинанд Райх, профессор Фрайбергской горной академии в Германии, исследовал образцы цинковой руды из местной шахты в надежде обнаружить таллий — элемент, открытый всего двумя годами ранее. Райх частично не различал цвета, поэтому привлёк своего коллегу Иеронимуса Рихтера для проведения важных спектроскопических наблюдений.

Таинственная синяя линия

Когда Рихтер исследовал спектр пламени экстракта цинковой руды, вместо ожидаемой зелёной линии таллия он увидел яркую индиго-синюю линию с длиной волны 451 нанометр. Эта спектральная линия не соответствовала ни одному известному элементу, указывая на присутствие совершенно нового вещества. Именно этот насыщенный синий цвет позднее дал элементу его название.

Выделение элемента

Райх и Рихтер методично работали над выделением неизвестного элемента из образцов цинковой руды. Они использовали реакции осаждения и тщательное химическое разделение для концентрирования нового вещества. Процесс был сложным, поскольку индий присутствовал в чрезвычайно малых количествах — менее 0.01% образца руды.

Первый чистый образец (1864)

После нескольких месяцев кропотливой работы в 1864 году учёным удалось выделить небольшое количество металлического индия. Металл был серебристо-белым, достаточно мягким, чтобы оставлять следы на бумаге подобно свинцу, и имел относительно низкую температуру плавления. Они назвали его «indium» от латинского «indicum», означающего индиго, в честь характерной синей спектральной линии, приведшей к его открытию.

Определение свойств

Ранние исследования выявили необычные свойства индия: он был чрезвычайно ковким, имел низкую температуру плавления (157°C) и издавал характерный «оловянный крик» при сгибании. Химики установили, что он образует устойчивые соединения и имеет атомную массу около 115, занимая место между кадмием и оловом в периодической таблице.

Элемент-загадка

В течение почти столетия после открытия индий оставался главным образом лабораторной диковинкой без значительного практического применения. Его редкость и сложность извлечения означали, что его в основном изучали исследователи, интересовавшиеся необычными свойствами элемента. Мало кто мог предвидеть его будущую важность для технологий.

Электронная революция (1940-е — настоящее время)

Значение индия резко возросло с развитием полупроводниковых технологий. Открытие того, что оксид индия и олова (ITO) может одновременно быть прозрачным и электропроводным, произвело революцию в технологии дисплеев. От первых экспериментальных транзисторов до современных сенсорных экранов индий стал необходимой частью цифровой эпохи.

Незаменимость в современном мире

Сегодня индий критически важен для современной жизни способами, которые Райх и Рихтер не могли себе представить. Каждый смартфон, планшет и плоскоэкранный телевизор зависят от индия в работе дисплея. Элемент, некогда считавшийся лабораторной диковинкой, теперь необходим глобальной технологической инфраструктуре, демонстрируя, как научные открытия превращаются из предмета академического интереса в технологическую необходимость.

Научное значение

Открытие индия продемонстрировало силу спектроскопии как инструмента поиска новых элементов. В последующие десятилетия эта методика привела к открытию ещё нескольких элементов. Эта история также показывает, как совместная научная работа — объединение разных знаний Райха и Рихтера — может привести к выдающимся открытиям.

Применение

Для чего используется индий

Плоские дисплеи

Оксид индия и олова (ITO) — прозрачный проводник, благодаря которому стали возможны современные сенсорные экраны, ЖК-дисплеи и OLED-экраны. Плёнки ITO почти невидимы, но проводят электрический ток, обеспечивая точное управление, необходимое для активации пикселей. Каждый смартфон, планшет и современный телевизор используют индий для работы дисплея.

Полупроводниковые технологии

Соединения индия, такие как арсенид индия-галлия (InGaAs) и фосфид индия (InP), имеют решающее значение для высокоскоростной электроники и оптоэлектроники. Эти материалы используются в инфракрасных детекторах, лазерных диодах и высокочастотных транзисторах для волоконно-оптической связи, спутниковых систем и сетей 5G.

Фотоэлектрические применения

Тонкоплёночные солнечные элементы на основе селенида меди, индия и галлия (CIGS) достигают высокой эффективности, используя меньше материала, чем традиционные кремниевые панели. Уникальные свойства индия помогают создавать гибкие солнечные элементы, которые можно интегрировать в строительные материалы, портативные устройства и поверхности необычной формы.

Низкотемпературные припои

Низкая температура плавления индия (157°C) делает его идеальным для специализированной пайки, при которой необходимо защитить чувствительные к нагреванию компоненты. Припои на основе индия применяются в криогенной технике, тепловых интерфейсных материалах для компьютерных процессоров и герметизации систем со сверхвысоким вакуумом.

Системы ядерного контроля

Отличные поглощающие свойства индия по отношению к нейтронам делают его ценным материалом для обнаружения нейтронов и изготовления управляющих стержней в ядерных реакторах. Индиевые фольги используют для измерения потока нейтронов в системах контроля реакторов, помогая обеспечивать безопасную работу атомных электростанций.

Инфракрасные технологии

Антимонид индия (InSb) и арсенид индия (InAs) необходимы для инфракрасных детекторов, используемых в тепловизионных камерах, приборах ночного видения и медицинских системах визуализации. Эти материалы обнаруживают тепловые сигналы с исключительной чувствительностью, обеспечивая применение от военного наблюдения до медицинской диагностики.

Светоизлучающие устройства

Нитрид индия-галлия (InGaN) обеспечивает голубое и белое светодиодное освещение, совершившее революцию в энергоэффективном освещении. Такие светодиоды используются повсюду: от фонариков и автомобильных фар до крупномасштабного архитектурного освещения, представляя собой важный шаг вперёд в технологии освещения.

Научные исследования

Чистый индий служит температурным эталоном и используется в специализированном исследовательском оборудовании. Его ковкость позволяет создавать идеальные уплотнения в системах с высоким вакуумом, а уникальные электронные свойства делают его ценным для изучения квантовых эффектов и разработки новых электронных материалов.

Экраны смартфонов и планшетов

Каждое устройство с сенсорным экраном содержит оксид индия и олова (ITO) в качестве прозрачного проводящего слоя. Когда вы проводите пальцем по телефону или касаетесь планшета, вы взаимодействуете с индием. Этот невидимый слой обнаруживает электрическое поле пальца, оставаясь полностью прозрачным для видимого света.

Телевизионные и компьютерные мониторы

Современные ЖК- и OLED-дисплеи используют стекло с покрытием ITO для управления отдельными пикселями. Смотрите ли вы Netflix, играете или работаете за компьютером, индий обеспечивает точное электрическое управление, создающее видимые изображения. В дисплеях высокого класса часто используется больше индия для повышения производительности.

Светодиодное освещение

Энергоэффективные светодиодные лампы и ленты содержат нитрид индия-галлия, который создаёт голубой свет, преобразуемый люминофорами в белый. От бытового освещения и автомобильных фар до освещения стадионов — индий помогает создавать яркое и эффективное освещение, заменяющее традиционные лампы.

Солнечные панели

Некоторые тонкоплёночные солнечные панели используют технологию CIGS (селенида меди, индия и галлия) для преобразования солнечного света в электричество. Такие панели могут быть гибкими и лёгкими, поэтому подходят для необычных вариантов установки, например на изогнутых поверхностях, и для портативного применения.

Автомобильная электроника

Современные автомобили содержат множество дисплеев и сенсорных интерфейсов, работающих благодаря индию. От приборных панелей и развлекательных систем до проекционных дисплеев — индий обеспечивает интерактивные технологии, делающие вождение безопаснее и удобнее.

Цифровые камеры и системы визуализации

Инфракрасные датчики цифровых камер часто используют материалы на основе индия для обнаружения тепловых сигналов или реализации функций ночного видения. Индий используют камеры наблюдения, тепловизионные устройства и даже некоторые камеры смартфонов благодаря его уникальным оптическим свойствам.

Игровые устройства

Игровые консоли, портативные устройства и VR-гарнитуры используют индий в дисплеях и сенсорных интерфейсах. Отзывчивые экраны высокого качества, улучшающие игровой процесс, зависят от прозрачных проводящих свойств индия.

Компьютерные компоненты

Высокопроизводительные компьютерные процессоры используют тепловые интерфейсные материалы на основе индия для эффективной передачи тепла от микросхем к системам охлаждения. Это помогает предотвращать перегрев и поддерживать оптимальную производительность в требовательных вычислительных задачах.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Индий — один из самых редких элементов в земной коре: его средняя концентрация составляет всего 0.1 части на миллион, поэтому он встречается реже серебра или ртути. Этот ценный металл никогда не встречается в природе в чистом виде и редко образует собственные минералы.

Связь с цинковыми рудами

Индий почти исключительно получают как побочный продукт производства цинка. Элемент замещает цинк в сульфидных минералах, особенно в сфалерите (ZnS), где концентрация индия обычно составляет от 0.001% до 0.1%. Основные регионы добычи цинка автоматически становятся источниками индия, поэтому поставки индия зависят от состояния рынка цинка.

Редкие минералы индия

Лишь несколько редких минералов содержат значительные концентрации индия. Важнейший из них — индит (FeIn₂S₄), обнаруживаемый в гидротермальных месторождениях. К другим редким минералам индия относятся рокезит (CuInS₂) и сакураиит. Эти минералы имеют главным образом научное, а не экономическое значение.

Распространение в мире

Китай доминирует в производстве индия (60% мировых поставок), получая его главным образом при выплавке цинка. Среди других крупных производителей — Южная Корея, Япония, Канада и Бельгия. Рудник Маунт-Айза в Австралии и рудник Ред-Дог на Аляске относятся к самым богатым в мире источникам индийсодержащих руд.

Сложности извлечения

Извлечение индия требует сложных металлургических процессов из-за его чрезвычайно низкой концентрации. Элемент получают из остатков цинкового производства с помощью сложных процессов экстракции растворителями и электролитического осаждения. Степень извлечения обычно невысока, поэтому индий дорог и его поставки ограничены.

Вторичные источники

Переработка индия из электронных отходов становится всё более важной по мере снижения содержания металла в первичных рудах. Стекло с покрытием ITO из отходов производства ЖК-дисплеев и отслуживших электронных устройств служит ценным вторичным источником индия. Однако процессы переработки сложны и пока не получили широкого распространения.

Лабораторные концентрации

Некоторые угольные золы содержат повышенные концентрации индия (до 10 ppm), что потенциально создаёт возможности для его извлечения в будущем. В отдельных типах вулканических пород также наблюдается обогащение индием, хотя при современных технологиях его уровень недостаточен для экономически выгодной добычи.

Космическая распространённость

Индий чрезвычайно редок во Вселенной: его распространённость примерно в 1/10,000 раза ниже, чем у серебра. Элемент образуется в результате процессов медленного захвата нейтронов в некоторых типах звёзд. Метеориты содержат следовые количества индия, что помогает изучать процессы формирования ранней Солнечной системы.

Проблемы поставок

Рост спроса на сенсорные устройства и светодиодное освещение вызывает обеспокоенность устойчивостью поставок индия. Редкость элемента и его концентрация в небольшом числе стран-производителей делают его стратегически важным. Для решения возможной проблемы будущего дефицита продолжаются исследования заменителей индия и совершенствование методов переработки.

Обращение

Безопасность

В целом низкая токсичность

Чистый металлический индий обладает относительно низкой токсичностью по сравнению с другими тяжёлыми металлами. Однако некоторые соединения индия могут быть более опасными, поэтому при работе с материалами, содержащими индий, всегда следует соблюдать надлежащие меры безопасности.

Контакт с кожей и глазами

Слабый раздражитель: Прямой контакт с металлическим индием обычно безопасен, но соединения индия могут вызывать раздражение кожи и глаз. При работе с материалами, содержащими индий, надевайте перчатки и защитные очки. После контакта тщательно промойте кожу и обратитесь за медицинской помощью, если раздражение не проходит.

Опасность вдыхания

Необходима защита органов дыхания: Пыль и пары индия нельзя вдыхать. Некоторые исследования указывают на возможное повреждение лёгких при хроническом воздействии соединений индия, особенно оксида индия и олова (ITO). При работе с материалами, содержащими индий, используйте подходящую вентиляцию и средства защиты органов дыхания.

Воздействие на рабочем месте

Опасность для работников электронной промышленности: Работники, занятые распылением ITO и производством полупроводников, могут подвергаться повышенному риску воздействия. Рекомендуются регулярный контроль состояния здоровья и строгий контроль уровня воздействия. У работников, подвергавшихся воздействию соединений индия, зарегистрированы случаи лёгочного альвеолярного протеиноза.

Химическая реакционная способность

Относительно стабилен: Металлический индий химически стабилен при нормальных условиях. Однако соединения индия могут реагировать с кислотами или окислителями. Храните материалы, содержащие индий, в сухих условиях, чтобы предотвратить окисление и образование потенциально более опасных соединений.

Опасность пожара и нагревания

Особенности низкой температуры плавления: Индий плавится уже при 157°C (314°F), поэтому при умеренных температурах может переходить в жидкое состояние. Пыль индия может быть горючей. Не нагревайте материалы, содержащие индий, без надлежащей вентиляции, поскольку пары могут быть вредными.

Воздействие на окружающую среду

Ответственная утилизация: Хотя токсичность индия для окружающей среды ниже, чем у многих тяжёлых металлов, правильные утилизация и переработка важны из-за его редкости и экономической ценности. Электронные отходы, содержащие индий, следует передавать на переработку в соответствующие специализированные предприятия.

Экстренные процедуры

Стандартные действия: При попадании на кожу промойте её водой с мылом. При попадании в глаза промывайте их чистой водой в течение 15 минут. При вдыхании пыли индия выйдите на свежий воздух и обратитесь за медицинской помощью при появлении затруднений дыхания. Специальные антидоты при воздействии индия не требуются.

Краткие ответы

Индий: часто задаваемые вопросы

What is Индий?

Индий (symbol In) is element 49 on the periodic table, a постпереходный металл 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 Индий?

Индий'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 Индий?

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

What is the atomic mass of Индий?

The standard atomic weight of Индий 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 Индий?

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

What is the electronegativity of Индий?

Индий 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 Индий, and when?

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

How common is Индий on Earth?

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

← Предыдущий Cd Cadmium Element 48 · Transition metal Далее → Sn Tin Element 50 · Post-transition metal