Indi (element)

element químic amb nombre atòmic 49

L'indi és un element químic de nombre atòmic 49, situat en el grup 13 de la taula periòdica dels elements i en el 5è període. El seu símbol és In. És un metall poc abundant, mal·leable, fàcilment fusible, químicament semblant a l'alumini i al gal·li, però més semblant al zinc (de fet, la principal font d'obtenció d'aquest metall és a partir de les menes de zinc). Les aplicacions més importants són en la fabricació de pantalles de cristall líquid LCD, díodes emissors de llum LED, en cel·les fotovoltaiques, miralls i aliatges de baix punt de fusió.

Indi
49In
cadmiindiestany
Ga

In

Tl
Aspecte
Gris platejat brillant



Línies espectrals de l'indi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Indi, In, 49
Categoria d'elements Metalls del bloc p
Grup, període, bloc 135, p
Pes atòmic estàndard 114,818
Configuració electrònica [Kr] 4d10 5s2 5p1
2, 8, 18, 18, 3
Configuració electrònica de Indi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
7,31 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
7,02 g·cm−3
Punt de fusió 429,7485 K, 156,5985 °C
Punt d'ebullició 2.345 K, 2.072 °C
Entalpia de fusió 3,281 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 231,8 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 26,74 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.196 1.325 1.485 1.690 1.962 2.340
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 3, 2, 1 (òxid amfòter)
Electronegativitat 1,78 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 558,3 kJ·mol−1
2a: 1.820,7 kJ·mol−1
3a: 2.704 kJ·mol−1
Radi atòmic 167 pm
Radi covalent 142±5 pm
Radi de Van der Waals 193 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Tetragonal
Indi té una estructura cristal·lina tetragonal
Ordenació magnètica Diamagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (20 °C) 83,7 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 81,8 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 32,1 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 1.215 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 11 GPa
Duresa de Mohs 1,2
Duresa de Brinell 8,83 MPa
Nombre CAS 7440-74-6
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'indi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
113In 4,3% 113In és estable amb 64 neutrons
115In 95,7% 4,41×1014 a β 0,495 115Sn

Història Modifica

 
Tuareg amb un clàssic turbant de color indi.

L'indi fou identificat pels químics alemanys Ferdinand Reich (1799-1882) i Hieronymus Theodor Richter (1824-1898), el 1863, quan estaven buscant tal·li, que s'havia descobert feia poc, en unes mostres del mineral esfalerita (sulfur de zinc,  ) per mitjà d'un espectrògraf. Detectaren en l'espectre atòmic d'aquestes mostres una nova línia a una longitud d'ona de 451 nm de color indi —color entre el cel i el violat, conegut també com a anyil— que no es corresponia a cap dels elements coneguts, per la qual cosa havia de correspondre a un nou element que anomenaren indi. Fou aïllat per primera vegada pel mateix Ritcher el 1867.[2]

Als anys quaranta del segle xx s'inicià l'ús com a aliatge especial per la fabricació de coixinets de fricció, però no fou fins al 1952, quan es començà a utilitzar en dispositius semiconductors, i s'incrementà la demanda d'indi.[3]

Abundància i obtenció Modifica

 
Yanomamita  .

L'indi és un element rar a l'escorça terrestre, ocupant la posició 69a pel que fa a abundància dels elements, amb una concentració mitjana de 0,1 ppm,[4] unes tres vegades més abundant que l'argent o el mercuri.[3] Hi ha pocs minerals que el contenen, només tretze. Sense comptar l'indi natiu els que en contenen més d'un 30 % són: dzhalindita   69,23 %, indita   55,50 %, damiaoïta   54,07 %, cadmoindita   49,58 %, roquesita   47,35 %, laforêtita   40,03 % i yanomamita   39,62 %.[5]

Es produeix, principalment, a partir dels residus generats durant el processament de menes de zinc. També es troba en menes de ferro, plom i coure. S'obté per mitjà de l'electròlisi de les seves sals. Fins al 1924 només hi havia un gram aïllat de l'element en el món.[6]

 
Gràfic de l'increment de la producció mundial d'indi.

La quantitat d'indi consumit està molt relacionada amb la producció mundial de pantalles de cristall líquid (LCD). L'augment de l'eficiència de producció i reciclat (especialment al Japó) manté l'equilibri entre la demanda i el subministrament. El preu mitjà de l'indi en el 2000 fou de 188 dòlars per quilogram.

El 2019 principal productor d'indi fou Xina amb 300 tones anuals, seguida de Corea del Sud amb 240, Japó amb 75, Canadà amb 60, França amb 50 i Bèlgica amb 20. La producció total el 2019 fou de 760 tones.[7]

Característiques Modifica

 
Cable d'indi dúctil.

Característiques físiques Modifica

L'indi és un metall blanc argentat molt tou que presenta un llustre brillant. Té una densitat de 7,31 g/cm³, un punt de fusió de 156,60 °C i un punt d'ebullició de 2 072 °C. Quan es doblega el metall emet un so característic.[6] Cristal·litza en el sistema tetragonal centrat a les cares.[8]

Característiques químiques Modifica

 
Òxid d'indi(III)  .

L'estat d'oxidació més característic de l'indi és el +3, encara que també presenta el +1 i el +2 en alguns compostos.[9] L'indi no es veu afectat per l'aire a temperatures normals, però amb un escalfament intens crema amb una flama blava-violada per formar l'òxid d'indi(III)   de color groc. Aquest òxid es redueix fàcilment al metall, i amb un fort escalfament perd oxigen per donar l'òxid d'indi(I)  . L'hidròxid d'indi(III)   es dissol tant en àcids com en àlcalis.[10]

 
Fosfur d'indi  .

L'indi és un element amfòter; es dissol en àcids per donar sals d'indi, i també es dissol en àlcalis concentrats per donar indats. No obstant això, no es veu afectat per l'hidròxid de potassi o l'aigua bullent. Quan s'escalfa en presència d'halògens o sofre, es produeix una combinació directa. Amb els principals elements del grup 15, l'indi forma compostos (nitrur d'indi, fosfur d'indi, arsenur d'indi, antimonur d'indi) que tenen propietats semiconductores[10]

Tots els derivats d'indi anhidres de càrrega triple excepte el trifluorur d'indi   són covalents. Hi ha una marcada tendència al fet que dos dels electrons exteriors de l'àtom d'indi (els electrons exteriors 5s2) no s'usin en l'enllaç; aquesta circumstància dona lloc a compostos d'indi amb càrrega única.[10]

D'halurs se n'han descrit de fluor, clor, brom i iode amb indi(1+), indi(2+) i indi(3+). Per exemple de clor hi ha els composts:  ,   i  . D'òxids hi ha l'òxid d'indi(II)   i l'òxid d'indi(III)  . De sulfurs, selenurs i tel·lururs s'han descrit d'indi(2+) i d'indi(3+), com ara els selenurs   i  . També hi ha el nitrur d'indi  ,[9] el fosfur d'indi   i l'arsenur d'indi  . D'altres composts són l'hidròxid d'indi(III)  , el nitrat d'indi(III)—1/3 aigua  , el perclorat d'indi(III)—1/8 aigua  , el fosfat d'indi(III)  , el sulfat d'indi(III)  .[6]

 
Estructura del trimetil indi.

S'han sintetitzat també composts organometàl·lics amb indi com són el trimetil indi  , el trietil indi   o el trifenil indi  .[3]

Isòtops Modifica

A la natura hi ha dos isòtops d'indi, l'indi 113 que és estable i que constitueix el 4,29 % del total d'indi natural, i l'indi 115, que constitueix l'altre 95,71 % i que és pràcticament estable, ja que el seu període de semidesintegració és de 4,41 × 10¹⁴ anys, superior a l'edat de l'univers, que és de 13,8 × 109 anys. Per altra banda, s'han observat altres trenta-set isòtops sintetitzats o com que són part de les cadenes de desintegració d'altres núclids artificials. Aquests van del nombre màssic 97 al 135, essent el més estable l'indi 111 que té un període de semidesintegració de 2,80 dies i que té aplicacions mèdiques.[11] L'indi 111 es desintegra per captura electrònica, emetent raigs gamma d'alta energia de 173 keV (90,5 %) i de 247 keV (94 %), els més importants. La reacció és:[12]

 

Aplicacions Modifica

Indústria electrònica Modifica

 
Rellotge amb pantalla LCD.

A mitjans i finals dels anys 1980 despertà interès l'ús de fosfurs d'indi semiconductors i pel·lícules primes d'òxids d'indi i estany per al desenvolupament de pantalles de cristall líquid (LCD). L'òxid d'indi i estany (ITO) s'utilitza com a recobriment dels elèctrodes no visibles en les pantalles de cristall líquid (LCD), de plasma i en les pantalles tàctils, ja que és un conductor elèctric òpticament transparent.[13] Actualment, prop del 45 % del consum d'indi és per a la producció d'ITO.[14]

El germani dopat amb indi es fa servir per a fabricar transistors i components elèctrics com rectificadors i fotoconductors.[13] S'han desenvolupat compostos d'indi nanoestructurats, incloent-hi nanorodes de nitrur d'indi   per a transistors d'efecte de camp d'alta velocitat i díodes emissors de llum (LED), que es poden fer servir en televisors i pantalles d'ordinador.[10]

Generació d'energia Modifica

L'indi s'empra en les barres de control de les centrals nuclears per la seva alta secció eficaç de captura de neutrons tèrmics (190 × 10–24 cm²).[8] Algunes barres de control utilitzades són aliatges constituïts per un 5 % d'indi, 15 % d'argent i 80 % de cadmi.[3]

 
Cel·la solar flexible.

El selenur de gal·li, indi i coure   (CIGS) és un semiconductor utilitzat en la fabricació de la capa fina conductora de cel·les solars primes i flexibles,[13] pel fet que és un dels millors materials absorbents disponibles gràcies al seu elevat coeficient d'absorció i àmplia resposta espectral.[15]

Indústria del vidre i la ceràmica Modifica

L'indi s'usa en la fabricació de miralls de la mateixa qualitat que els fabricats amb argent, però amb una resistència més alta a la corrosió.[13]

Els aliatges d'indi, estany, cadmi i bismut i les d'indi, plom i estany es fan servir com a soldadures per unir metalls, vidre, quars i ceràmica. En tècniques de buit, les soldadures d'aliatge d'indi amb estany (50 % In i 50 % Sn) serveixen per unir el vidre amb el vidre o el metall.[8]

Medicina Modifica

 
Termòmetre de galinstan per a la mesura de la febre.

L'aliatge de baix punt de fusió format per indi (24 %) i gal·li (76 %) es fa servir en algunes amalgames dentals perquè és líquid a temperatura ambient.[6] El galinstan és un aliatge eutèctic de gal·li, indi i estany, líquid a temperatura ambient, el punt de fusió es troba en els –19 °C. A causa de la baixa toxicitat dels metalls que componen aquest aliatge, es fa ús com a reemplaçament no tòxic per a moltes de les aplicacions que anteriorment empraven el mercuri, com ara els termòmetres.[16]

Els raigs gamma emesos per l'indi 111 s'utilitzen en la detecció i valoració de tumors neuroendocrins en combinació amb la tomografia per emissió de positrons (PET), amb fluor 18.[13]

Precaucions Modifica

Hi ha proves no confirmades que suggereixen que l'indi presenta una toxicitat baixa. No obstant això, en la indústria de semiconductors i de soldadura, on les exposicions són relativament altes, no hi ha hagut notícies d'efectes col·laterals.[6]

Referències Modifica

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81a edició, CRC press (en anglès)
  2. Sarandeses, L.A. «Z = 49, indio, In. El metal de la pantalla del móvil». An. Quím., 115, 2, 2019, pàg. 111. Arxivat de l'original el 2020-02-07 [Consulta: 16 juny 2020].
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Jorgenson, John D.; George, Micheal W. «Mineral Commodity Profile: Indium». Open-File Report, 2005. DOI: 10.3133/ofr20041300. ISSN: 2331-1258.
  4. Emsley, John.. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  5. «Mineral Species sorted by the element In Indium». [Consulta: 16 juny 2020].
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics (en anglès). 96a edició. Boca Raton: CRC Press, 2015. ISBN 978-1-4822-6097-7. 
  7. «Indium Statistics and Information» (en anglès). National Minerals Information Center. U.S. Geological Survey, gener 2020. [Consulta: 16 juny 2020].
  8. 8,0 8,1 8,2 Neikov, Oleg D.; Naboychenko, Stanislav S.; Murashova, Irina B. Chapter 24 - Production of Rare Metal Powders (en anglès). Oxford: Elsevier, 2019, p. 757–829. DOI 10.1016/b978-0-08-100543-9.00024-5. ISBN 978-0-08-100543-9. 
  9. 9,0 9,1 «WebElements Periodic Table » Indium » compounds information». [Consulta: 17 juny 2020].
  10. 10,0 10,1 10,2 10,3 Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «indium» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.
  11. «Isotope data for indium-111 in the Periodic Table». [Consulta: 17 juny 2020].
  12. Davey, Richard J.; AuBuchon, James P. Chapter 33 - Post-Transfusion Red Blood Cell and Platelet Survival and Kinetics: Basic Principles and Practical Aspects (en anglès). Philadelphia: Churchill Livingstone, 2007, p. 455–466. DOI 10.1016/b978-0-443-06981-9.50038-7. ISBN 978-0-443-06981-9. 
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals: aplicacions i reciclatge. Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  14. «Indium - Element information, properties and uses | Periodic Table». [Consulta: 9 febrer 2023].
  15. Sundaram, Senthilarasu; Shanks, Katie; Upadhyaya, Hari. 18 - Thin Film Photovoltaics (en anglès). Academic Press, 2018, p. 361–370. DOI 10.1016/b978-0-12-811479-7.00018-x. ISBN 978-0-12-811479-7. 
  16. Fisher, David J.. Liquid Metal Alloys in Electronics. Millersville, PA: Materials Research Forum LLC, 2020. ISBN 1-64490-069-6. 

Enllaços externs Modifica