الإنديوم: الاكتشاف ، الهيكل ، الخصائص ، النظائر ، الاستخدامات ، المخاطر - كيمياء - 2026

و الإنديوم هو معدن تابعة لمجموعة 13 من الجدول الدوري وله الرمز الكيميائي في. العدد الذري هو 49 ، _{49 بوصة} ، ويحدث في الطبيعة كنظيريين: ¹¹³ في و ^{115 بوصة} ، الأخير هو الأكثر وفرة. تم العثور على ذرات الإنديوم على الأرض كشوائب في معادن الزنك والرصاص.

إنه معدن معين ، لأنه أنعم معدن يمكن لمسه دون الكثير من المخاطر الصحية ؛ على عكس الليثيوم والروبيديوم ، الذي من شأنه أن يحرق الجلد بشكل رهيب عند التفاعل مع رطوبتهما. يمكن تقطيع قطعة من الإنديوم بسكين وتكسيرها بقوة الأصابع ، مما ينبعث منها أزمة مميزة.

قطعة من الإنديوم المعدني. المصدر: صور عالية الدقة للعناصر الكيميائية

من المؤكد أن أي شخص يسمع هذا الاسم المعدني سيخطر بباله الهند ، لكن اسمه مشتق من اللون النيلي ، والذي يتم ملاحظته عند إجراء اختبار اللهب. وبهذا المعنى ، فهو مشابه تمامًا للبوتاسيوم ، حيث يحرق معدنه أو مركباته بلهب مميز جدًا ، تم من خلاله اكتشاف الإنديوم لأول مرة في معادن السفاليريت.

يشترك الإنديوم في العديد من الصفات الكيميائية مع الألمنيوم والغاليوم ، والتي تحدث في معظم مركباتها مع عدد أكسدة +3 (في ³⁺). إنه يتحد بشكل ممتاز مع سبائك تشكيل الغاليوم مع نقاط انصهار منخفضة ، أحدها غالينستان.

تعتمد تطبيقات الإنديوم على طلاء المواد بسبائكها ، مما يجعلها موصلة للكهرباء ومرنة. يغطي الهندي بعض النظارات لإضفاء مزيد من اللمعان عليها ، لتحل محل الفضة. في عالم التكنولوجيا ، يوجد الهندي في شاشات الكريستال السائل وشاشات اللمس.

اكتشاف

في عام 1863 ، كان الكيميائي الألماني فرديناند رايش يبحث عن آثار لعنصر الثاليوم ، من خلال الخط الأخضر لطيف انبعاثه ، في معادن الزنك ؛ عينات محددة من sphalerite (ZnS) من جميع أنحاء ولاية سكسونيا. بعد تحميص المعادن ، وإزالة محتواها من الكبريت ، وهضمها في حمض الهيدروكلوريك ، وتقطير كلوريد الزنك ، حصل على ترسب بلون القش.

في مواجهة هذا الاكتشاف ، قرر رايش إجراء تحليل طيفي. ولكن لأنه لم تكن لديه عيون جيدة لمراقبة الألوان ، لجأ إلى زميله هيرونيموس ثيودور ريختر للمساعدة في هذه المهمة. كان ريختر هو الشخص الذي لاحظ خطًا طيفيًا مزرقًا ، والذي لا يتطابق مع طيف أي عنصر آخر.

واجه الكيميائيان الألمان عنصرًا جديدًا أطلق عليه اسم هندي بسبب اللون النيلي للشعلة عند احتراق مركباتها ؛ وبدوره ، اشتق اسم هذا اللون من الكلمة اللاتينية indicum والتي تعني الهند.

بعد عام ، في عام 1864 ، وبعد سلسلة طويلة من الترسيب والتنقية ، قاموا بعزل عينة من الإنديوم المعدني عن طريق التحليل الكهربائي لأملاحه الذائبة في الماء.

هيكل الهندي

تتحد ذرات الإنديوم ، In ، باستخدام إلكترونات التكافؤ الخاصة بها لتكوين رابطة معدنية. وهكذا ، ينتهي بهم الأمر بترتيبهم في بلورة محورها الجسم مع هيكل رباعي الزوايا مشوه. التفاعلات بين الذرات المجاورة للداخل في البلورة ضعيفة نسبيًا ، وهو ما يفسر سبب انخفاض درجة انصهار الإنديوم (156 درجة مئوية).

من ناحية أخرى ، فإن القوى التي توحد بلورتين أو أكثر من بلورات الإنديوم ليست قوية أيضًا ، وإلا فإنها لن تتحرك فوق بعضها البعض ، مما يمنح المعدن نعومته المميزة.

الخصائص

مظهر جسماني

إنه معدن فضي ناعم بشكل ملحوظ. يمكن تمزيقها بضغط أظافر الأصابع ، أو قصها بسكين ، أو خدشها بخطوط لامعة على ورقة. بل من الممكن مضغها وتشويهها بأسنانك طالما أنها مفلطحة. وبالمثل ، فهو شديد المرونة وقابل للطرق وله خصائص بلاستيكية.

عندما يتم تسخين الهندي باستخدام موقد اللحام ، فإنه ينبعث منه شعلة بلون نيلي ، حتى أكثر إشراقًا وألوانًا من تلك الموجودة في البوتاسيوم.

الكتلة المولية

114.81 جم / مول

نقطة الانصهار

156.60 درجة مئوية

نقطة الغليان

2072 درجة مئوية.

مثل الغاليوم ، يتمتع الإنديوم بنطاق درجة حرارة واسع بين نقطة انصهاره ونقطة غليانه. وهذا يعكس حقيقة أن تفاعلات In-In في السائل أقوى من تلك التي تسود في الزجاج ؛ وبالتالي فإن الحصول على قطرة من الإنديوم أسهل من أبخرته.

كثافة

في درجة حرارة الغرفة: 7.31 جم / سم ³

مباشرة عند نقطة الانصهار: 7.02 جم / سم ³

كهرسلبية

1.78 على مقياس باولينج

طاقات التأين

أولًا: 558.3 ​​كيلوجول / مول

ثانياً: 1820.7 كيلوجول / مول

ثالثًا: 2704 كيلوجول / مول

توصيل حراري

81.8 واط / (م · ك)

المقاومة الكهربائية

83.7 نانومتر

صلابة موس

1،2. إنه فقط أصعب قليلاً من بودرة التلك (لا تخلط بين الصلابة والصلابة).

التفاعلية

يذوب الإنديوم في الأحماض ليشكل الأملاح ، لكنه لا يذوب في المحاليل القلوية ، ولا حتى مع هيدروكسيد البوتاسيوم الساخن. يتفاعل في اتصال مباشر مع الكبريت والأكسجين والهالوجينات.

الإنديوم مذبذب نسبيًا ، لكنه يتصرف كقاعدة أكثر من كونه حمضًا ، محاليله المائية أساسية قليلاً. في (OH) ₃ يعاد حله مع إضافة المزيد من القلويات ، مما يؤدي إلى ظهور المركب indiates ، في (OH) ₄ ^- ، كما يحدث مع الألومينات.

التكوين الإلكترونية

التكوين الإلكتروني للإنديوم هو كما يلي:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

من بين هذه الإلكترونات الثلاثة عشر ، كانت المدارات الثلاثة الأخيرة من مدارات 5s و 5 p هي إلكترونات التكافؤ. مع هذه الإلكترونات الثلاثة ، تؤسس ذرات الإنديوم روابطها المعدنية ، كما يفعل الألمنيوم والغاليوم ، وتشكل روابط تساهمية مع ذرات أخرى.

أعداد الأكسدة

يعمل ما سبق ذكره على الإشارة إلى أن الإنديوم قادر على فقدان إلكترونات التكافؤ الثلاثة ، أو اكتساب خمسة ليصبح متساويًا إلكترونيًا بالنسبة للغاز النبيل زينون.

إذا افترضنا في مركب أنه فقد إلكتروناته الثلاثة ، فإنه سيبقى مثل الكاتيون ثلاثي التكافؤ في ³⁺ (على غرار Al ³⁺ و Ga ³⁺) ، وبالتالي ، سيكون رقم الأكسدة الخاص به +3. معظم مركبات الإنديوم موجودة في (III).

من بين أرقام الأكسدة الأخرى الموجودة في الإنديوم لدينا: -5 (في ^5-) ، -2 (في ^2-) ، -1 (في ^-) ، +1 (في ⁺) و +2 (في ²⁺).

بعض الأمثلة على مركبات In (I) هي: InF و InCl و InBr و InI و In ₂ O. كلهم ​​مركبات نادرة نسبيًا ، في حين أن مركبات In (III) هي السائدة: في (OH) ₃ ، في ₂ O ₃ ، InCl ₃ ، InF ₃ ، إلخ.

في (I) المركبات هي عوامل اختزال قوية ، حيث يتبرع In ⁺ بإلكترونين لأنواع أخرى لتصبح في ³⁺.

النظائر

يوجد الإنديوم في الطبيعة على شكل نظيرين: ¹¹³ في و ¹¹⁵ بوصة ، وتبلغ وفرتها الأرضية 4.28٪ و 95.72٪ على التوالي. لذلك ، لدينا على الأرض ¹¹⁵ ذرة أكثر بكثير مما لدينا ¹¹³ In. في ¹¹⁵ ويحتوي على نصف - حياة 4.41 × 10 ¹⁴ عاما من الضخامة بحيث أنها تعتبر تقريبا مستقرة، على الرغم من كونه النظائر المشعة.

حاليًا ، تم إنشاء ما مجموعه 37 نظيرًا اصطناعيًا من الإنديوم ، جميعها مشعة وغير مستقرة للغاية. من بينهم جميعًا ، الأكثر استقرارًا هو ¹¹¹ In ، والذي يبلغ عمر نصفه 2.8 يومًا.

التطبيقات

سبائك

الهندي يتماشى جيدًا مع الغاليوم. يشكل كلا المعدنين سبائك تذوب في درجات حرارة منخفضة ، وتبدو مثل سوائل الفضة ، حيث يتم استبدال الزئبق في العديد من تطبيقاته. وبالمثل ، يندمج الإنديوم أيضًا بسهولة ، حيث تبلغ نسبة الذوبان فيه 57٪ في الزئبق.

تستخدم سبائك الإنديوم في تصميم المرايا الفضية دون الحاجة إلى الفضة. عند سكبها على سطح من أي مادة ، فإنها تعمل كمادة لاصقة ، مثل تلك الألواح الزجاجية والمعدنية والكوارتز والسيراميك يمكن ربطها.

إلكترونيات

بدون الهند ، لم تكن شاشات اللمس لتوجد أبدًا. المصدر: Pxhere.

يتوافق الإنديوم أيضًا بشكل جيد مع الجرمانيوم ، لذلك تضاف مركباته كمواد مخدرة إلى نيتريد الجرمانيوم في مصابيح LED ، مما يؤدي إلى إنتاج الأضواء الزرقاء والبنفسجية والخضراء من هذه الخلائط. وهو أيضًا جزء من الترانزستورات والثرمستورات والخلايا الكهروضوئية.

وأهم مركباته هو أكسيد قصدير الإنديوم ، والذي يستخدم كطلاء على الزجاج ليعكس بعض الأطوال الموجية. يسمح ذلك باستخدامه في نظارات اللحام وزجاج ناطحة السحاب حتى لا تسخن بالداخل.

الزجاج المطلي بهذا الأكسيد موصل جيد للكهرباء. مثل ذلك يأتي من أصابعنا. وهذا هو السبب في أنها مخصصة لتصنيع الشاشات التي تعمل باللمس ، وهو نشاط أكثر حداثة اليوم بسبب ظهور المزيد والمزيد من الهواتف الذكية.

المخاطر

لا يمثل الإنديوم أي خطر على البيئة في المقام الأول ، حيث لا يتم نشر أيونات إنديوم في ³⁺ بكميات ملموسة. لا توجد معلومات بشأن تأثيرها على التربة ، وتأثيرها على النباتات ، ولا على الحيوانات أو البحار.

في الجسم ، من غير المعروف ما إذا كانت الأيونات الموجودة في ³⁺ لها أي دور أساسي في عملية التمثيل الغذائي بكميات ضئيلة. ومع ذلك ، عندما يتم تناول مركباتها ، فإنها تكون ضارة لمختلف الأعضاء ، وهذا هو السبب في أنها تعتبر مواد شديدة السمية.

في الواقع ، يمكن أن يكون لجزيئات ITO (Indium Tin Oxide) ، الضرورية لتصنيع شاشات أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ، تأثير سلبي على صحة العمال ، مما يتسبب في مرض يسمى إنديوم الرئة.

يحدث ابتلاع هذه الجسيمات بشكل رئيسي عن طريق الاستنشاق وعن طريق ملامسة الجلد والعينين.

من ناحية أخرى ، فإن جزيئات معدن الإنديوم الدقيقة معرضة للاحتراق والتسبب في الحرائق إذا كانت بالقرب من مصدر حرارة.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2020). إنديوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. دكتور دوج ستيوارت. (2020). حقائق الإنديوم العنصر. تم الاسترجاع من: chemicool.com
4. محررو Encyclopaedia Britannica. (20 يناير 2020). إنديوم. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
5. حبشي ف. (2013) الإنديوم ، الخصائص الفيزيائية والكيميائية. في: Kretsinger RH، Uversky VN، Permyakov EA (eds) Encyclopedia of Metalloproteins. سبرينغر ، نيويورك ، نيويورك
6. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2020). إنديوم. قاعدة بيانات PubChem. ، إدارة البحث الجنائي = 5359967. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. كيمبرلي أبتمور. (2020). ما هو الإنديوم المستخدم في الحياة اليومية؟ دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
8. Hines ، CJ ، Roberts ، JL ، Andrews ، RN ، Jackson ، MV ، & Deddens ، JA (2013). الاستخدام والتعرض المهني للإنديوم في الولايات المتحدة. مجلة الصحة المهنية والبيئية ، 10 (12) ، 723-733. دوى: 10.1080 / 15459624.2013.836279