อินเดียม: การค้นพบโครงสร้างคุณสมบัติไอโซโทปการใช้ความเสี่ยง - เคมี - 2025

อินเดียมเป็นโลหะอยู่ในกลุ่ม 13 ของตารางธาตุและมีสัญลักษณ์ทางเคมีใน เลขอะตอมของมันคือ 49, ₄₉นิ้วและเกิดขึ้นในธรรมชาติเป็นไอโซโทปสองไอโซโทป: ¹¹³ In และ¹¹⁵ In ซึ่งเป็นจำนวนที่มากที่สุด อะตอมของอินเดียมพบได้บนโลกเป็นสิ่งเจือปนในแร่ธาตุสังกะสีและตะกั่ว

เป็นโลหะชนิดหนึ่งเนื่องจากมีความนุ่มนวลที่สุดที่สามารถสัมผัสได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อสุขภาพมากมาย ซึ่งแตกต่างจากลิเธียมและรูบิเดียมซึ่งจะทำให้ผิวหนังไหม้อย่างมากเมื่อทำปฏิกิริยากับความชื้น ชิ้นส่วนของอินเดียมสามารถตัดด้วยมีดและหักด้วยแรงของนิ้วมือทำให้เกิดรอยแตกที่โดดเด่น

ชิ้นส่วนของอินเดียมโลหะ ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

ใครก็ตามที่ได้ยินชื่อโลหะนี้จะต้องนึกถึงอินเดียอย่างแน่นอน แต่ชื่อของมันมาจากสีครามซึ่งสังเกตได้เมื่อทำการทดสอบเปลวไฟ ในแง่นี้มันค่อนข้างคล้ายกับโพแทสเซียมการเผาโลหะหรือสารประกอบของมันด้วยเปลวไฟที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งตรวจพบอินเดียมเป็นครั้งแรกในแร่ธาตุสฟาเลอไรต์

อินเดียมมีคุณสมบัติทางเคมีหลายอย่างร่วมกับอลูมิเนียมและแกลเลียมซึ่งเกิดขึ้นในสารประกอบส่วนใหญ่ที่มีเลขออกซิเดชันเป็น +3 (ใน³⁺ ) มันผสมผสานอย่างยอดเยี่ยมกับโลหะผสมที่ขึ้นรูปแกลเลียมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำซึ่งหนึ่งในนั้นคือ galinstan

การใช้งานของอินเดียมจะขึ้นอยู่กับการเคลือบวัสดุด้วยโลหะผสมทำให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและมีความยืดหยุ่น ชาวอินเดียคลุมแว่นตาบางอันเพื่อให้เงางามยิ่งขึ้นโดยแทนที่เงิน ในโลกแห่งเทคโนโลยีอินเดียพบได้ในจอ LCD และหน้าจอสัมผัส

การค้นพบ

ในปีพ. ศ. 2406 เฟอร์ดินานด์ไรช์นักเคมีชาวเยอรมันกำลังมองหาร่องรอยของธาตุแทลเลียมผ่านเส้นสีเขียวของสเปกตรัมการแผ่รังสีในแร่ธาตุสังกะสี ตัวอย่างเฉพาะของ sphalerite (ZnS) จากทั่วแซกโซนี หลังจากการคั่วแร่เอาปริมาณกำมะถันออกไปย่อยในกรดไฮโดรคลอริกและกลั่นสังกะสีคลอไรด์ออกเขาจะได้ตะกอนสีฟาง

เมื่อต้องเผชิญกับการค้นพบ Reich จึงตัดสินใจทำการวิเคราะห์ด้วยสเปกโตรสโกปี แต่เนื่องจากเขาไม่มีสายตาที่ดีในการสังเกตสีเขาจึงหันไปหา Hieronymus Theodor Richter เพื่อนร่วมงานของเขาเพื่อขอความช่วยเหลือในงานนี้ ริกเตอร์เป็นผู้ที่สังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมสีน้ำเงินซึ่งไม่ตรงกับสเปกตรัมขององค์ประกอบอื่น ๆ

นักเคมีชาวเยอรมันสองคนต้องเผชิญกับองค์ประกอบใหม่ซึ่งเรียกว่าชาวอินเดียเนื่องจากมีสีครามของเปลวไฟเมื่อสารประกอบของมันถูกเผา และในทางกลับกันชื่อของสีนี้มาจากคำละติน indicum ซึ่งหมายถึงอินเดีย

อีกหนึ่งปีต่อมาในปี 1864 รู้สึกตื่นเต้นและหลังจากการตกตะกอนและการทำให้บริสุทธิ์เป็นเวลานานพวกเขาแยกตัวอย่างของอินเดียมโลหะโดยการอิเล็กโทรลิซิสของเกลือที่ละลายในน้ำ

โครงสร้างของชาวอินเดีย

อะตอมของอินเดียมในรวมตัวกันโดยใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนเพื่อสร้างพันธะโลหะ ดังนั้นพวกมันจึงถูกจัดให้อยู่ในผลึกที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลางซึ่งมีโครงสร้างเตตระกอนที่บิดเบี้ยว ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม In-In ที่อยู่ใกล้เคียงในคริสตัลค่อนข้างอ่อนแอซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมอินเดียมจึงมีจุดหลอมเหลวต่ำ (156 ºC)

ในทางกลับกันแรงที่รวมกันของผลึกอินเดียมสองอันขึ้นไปก็ไม่แข็งแรงเช่นกันมิฉะนั้นจะไม่เคลื่อนที่ทับกันทำให้โลหะมีลักษณะอ่อนตัว

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

เป็นโลหะเงินที่อ่อนนุ่มอย่างน่าทึ่ง สามารถฉีกด้วยแรงกดเล็บตัดด้วยมีดหรือขูดเป็นเส้นมันวาวบนแผ่นกระดาษ มันเป็นไปได้ที่จะเคี้ยวมันและทำให้ฟันเสียรูปทรงตราบใดที่มันแบน ในทำนองเดียวกันมันมีความเหนียวและอ่อนตัวมากมีคุณสมบัติเป็นพลาสติก

เมื่อชาวอินเดียถูกให้ความร้อนด้วยเครื่องเป่าลมจะให้เปลวไฟสีครามสว่างและมีสีสันมากกว่าโพแทสเซียม

มวลโมลาร์

114.81 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

156.60 ºC

จุดเดือด

2072 องศาเซลเซียส

เช่นเดียวกับแกลเลียมอินเดียมมีช่วงอุณหภูมิที่กว้างระหว่างจุดหลอมเหลวและจุดเดือด สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นถึงความจริงที่ว่าปฏิกิริยาในของเหลวนั้นรุนแรงกว่าปฏิกิริยาที่มีอยู่ในแก้ว ดังนั้นจึงสามารถได้รับอินเดียมหยดหนึ่งได้ง่ายกว่าไอระเหยของมัน

ความหนาแน่น

ที่อุณหภูมิห้อง: 7.31 g / cm ³

ตรงจุดหลอมเหลว: 7.02 g / cm ³

อิเล็ก

1.78 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

แรก: 558.3 ​​kJ / mol

วินาที: 1820.7 kJ / mol

ที่สาม: 2704 kJ / mol

การนำความร้อน

81.8 W / (ม. K)

ความต้านทานไฟฟ้า

83.7 นาโนเมตร

ความแข็ง Mohs

1,2 มันยากกว่าแป้งฝุ่นเล็กน้อยเท่านั้น (อย่าสับสนระหว่างความเหนียวกับความเหนียว)

การเกิดปฏิกิริยา

อินเดียมละลายในกรดเพื่อสร้างเกลือ แต่ไม่ละลายในสารละลายอัลคาไลน์แม้กระทั่งกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ร้อน ทำปฏิกิริยาเมื่อสัมผัสโดยตรงกับกำมะถันออกซิเจนและฮาโลเจน

อินเดียมค่อนข้างเป็นแอมโฟเทอริก แต่มีพฤติกรรมเหมือนเบสมากกว่ากรดสารละลายที่เป็นน้ำมีพื้นฐานเล็กน้อย ใน (OH) ₃จะถูกละลายใหม่ด้วยการเติมอัลคาลิสมากขึ้นทำให้เกิดอินดิเอทเชิงซ้อน In (OH) ₄ ^-เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับอลูมิเนต

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนของอินเดียมมีดังนี้:

4d ¹⁰ 5s ² 5p ¹

จากสิบสามอิเล็กตรอนเหล่านั้นสามวงโคจร 5 วินาทีและ 5p สุดท้ายคือเวเลนซ์อิเล็กตรอน ด้วยอิเล็กตรอนทั้งสามนี้อะตอมของอินเดียมจะสร้างพันธะโลหะเช่นเดียวกับอะลูมิเนียมและแกลเลียมและสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมอื่น ๆ

เลขออกซิเดชัน

สิ่งที่กล่าวมานี้ทำหน้าที่ในการทำความเข้าใจในทันทีว่าอินเดียมสามารถสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนสามตัวหรือได้รับห้าตัวเพื่อให้กลายเป็นไอโซอิเล็กทรอนิกให้กับซีนอนของก๊าซมีตระกูล

หากในสารประกอบเราถือว่ามันสูญเสียอิเล็กตรอนไปสามตัวมันจะยังคงเป็นไอออนบวกไตรวาเลนต์ใน³⁺ (เทียบกับ Al ³⁺และ Ga ³⁺ ) ดังนั้นเลขออกซิเดชันของมันจะเป็น +3 สารประกอบอินเดียมส่วนใหญ่อยู่ใน (III)

ในบรรดาเลขออกซิเดชันอื่น ๆ ที่พบสำหรับอินเดียมเรามี: -5 (ใน^5- ), -2 (ใน^2- ), -1 (ใน^- ), +1 (ใน⁺ ) และ +2 (ใน²⁺ )

ตัวอย่างบางส่วนของสารประกอบ In (I) ได้แก่ InF, InCl, InBr, InI และ In ₂ O ทั้งหมดนี้เป็นสารประกอบที่ค่อนข้างหายากในขณะที่ In (III) เป็นสารประกอบที่เด่น: In (OH) ₃ , In ₂ O ₃ , InCl ₃ , InF ₃ฯลฯ

ใน (I) เป็นตัวแทนสารลดที่มีประสิทธิภาพซึ่งใน⁺บริจาคอิเล็กตรอนสองสายพันธุ์อื่น ๆ ที่จะเป็นใน3+

ไอโซโทป

อินเดียมเกิดขึ้นในธรรมชาติโดยมีไอโซโทปสองไอโซโทป: ¹¹³นิ้วและ¹¹⁵นิ้วซึ่งมีความอุดมสมบูรณ์ของพื้นดินเท่ากับ 4.28% และ 95.72% ตามลำดับ ดังนั้นในวันที่โลกเรามีอื่น ๆ อีกมากมาย¹¹⁵ในอะตอมกว่าเรามี¹¹³ใน ¹¹⁵ในมีครึ่ง - ชีวิต 4.41 × 10 ¹⁴ปีเพื่อที่ดีที่ก็ถือว่าเกือบจะมีเสถียรภาพแม้จะเป็นไอโซโทป

ปัจจุบันมีการสร้างไอโซโทปเทียมของอินเดียมทั้งหมด 37 ไอโซโทปซึ่งมีกัมมันตภาพรังสีและไม่เสถียรสูง ในบรรดาสิ่งเหล่านี้สิ่งที่เสถียรที่สุดคือ¹¹¹นิ้วซึ่งมีครึ่งชีวิต 2.8 วัน

การประยุกต์ใช้งาน

โลหะผสม

ชาวอินเดียเข้ากันได้ดีกับแกลเลียม โลหะทั้งสองเป็นโลหะผสมที่หลอมละลายที่อุณหภูมิต่ำดูเหมือนของเหลวเงินซึ่งปรอทจะถูกแทนที่ด้วยการใช้งานหลายอย่าง ในทำนองเดียวกันอินเดียมยังรวมตัวกันได้อย่างง่ายดายโดยมีความสามารถในการละลาย 57% ในปรอท

โลหะผสมอินเดียมใช้ในการออกแบบกระจกสีเงินโดยไม่ต้องใช้เงิน เมื่อเทลงบนพื้นผิวของวัสดุใด ๆ จะทำหน้าที่เป็นผู้ยึดมั่นเช่นแก้วโลหะควอตซ์และเซรามิกสามารถเชื่อมต่อกันได้

อิเล็กทรอนิกส์

หากไม่มีชาวอินเดียหน้าจอสัมผัสจะไม่มีอยู่จริง ที่มา: pxhere.

อินเดียมยังเข้ากันได้ดีกับเจอร์เมเนียมดังนั้นสารประกอบของมันจึงถูกเพิ่มเป็นสารเจือปนให้กับเจอร์เมเนียมไนไตรด์ใน LED ซึ่งจะสร้างแสงสีน้ำเงินสีม่วงและสีเขียวจากสารผสมเหล่านี้ นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของทรานซิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์และเซลล์โฟโตโวลเทอิก

สารประกอบที่สำคัญที่สุดคืออินเดียมดีบุกออกไซด์ซึ่งใช้เป็นสารเคลือบบนแว่นตาเพื่อสะท้อนความยาวคลื่นบางส่วน ซึ่งช่วยให้ใช้ในแว่นตาเชื่อมและกระจกทรงสูงเพื่อไม่ให้ภายในร้อน

แว่นตาที่เคลือบด้วยออกไซด์นี้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เหมือนที่มาจากนิ้วของเรา และนั่นคือเหตุผลที่มีไว้สำหรับการผลิตหน้าจอสัมผัสซึ่งเป็นกิจกรรมที่เกิดขึ้นในปัจจุบันเนื่องจากมีสมาร์ทโฟนจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ

ความเสี่ยง

อินเดียมไม่ได้แสดงถึงความเสี่ยงใด ๆ ต่อสิ่งแวดล้อมในกรณีแรกเนื่องจากอิออน³⁺ของมันไม่ได้ถูกเผยแพร่ในปริมาณที่สามารถประเมินได้ ไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่จะมีผลกระทบต่อดินส่งผลกระทบต่อพืชและไม่เกี่ยวกับสัตว์หรือทะเล

ในร่างกายไม่ทราบว่า In ³⁺ไอออนมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญในปริมาณที่ติดตามหรือไม่ อย่างไรก็ตามเมื่อรับประทานสารประกอบของมันเข้าไปจะเป็นอันตรายต่ออวัยวะต่าง ๆ ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงถือว่าเป็นสารที่มีพิษร้ายแรง

ในความเป็นจริงอนุภาค ITO (อินเดียมดีบุกออกไซด์) ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตหน้าจอสำหรับคอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟนอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของคนงานทำให้เกิด โรคที่เรียกว่าอินเดียมปอด

การกลืนกินอนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากการหายใจเข้าไปและโดยการสัมผัสทางผิวหนังและดวงตา

ในทางกลับกันอนุภาคโลหะอินเดียมเนื้อละเอียดมีแนวโน้มที่จะลุกไหม้และก่อให้เกิดไฟไหม้ได้หากอยู่ใกล้แหล่งความร้อน

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2020) อินเดียม สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. ดร. ดั๊กสจ๊วต (2020) ข้อเท็จจริงธาตุอินเดียม ดึงมาจาก: chemicool.com
4. บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (20 มกราคม 2563). อินเดียม สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
5. Habashi F. (2013) อินเดียมคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี. ใน: Kretsinger RH, Uversky VN, Permyakov EA (eds) Encyclopedia of Metalloproteins สปริงเกอร์นิวยอร์กนิวยอร์ก
6. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2020) อินเดียม ฐานข้อมูล PubChem, CID = 5359967 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. คิมเบอร์ลี่อัพตม. (2020) อินเดียมใช้ทำอะไรในชีวิตประจำวัน? ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
8. Hines, CJ, Roberts, JL, Andrews, RN, Jackson, MV, & Deddens, JA (2013) การใช้และการสัมผัสกับอินเดียมในประเทศสหรัฐอเมริกา วารสารอาชีวอนามัยและสิ่งแวดล้อม, 10 (12), 723–733. ดอย: 10.1080 / 15459624.2013.836279