אינדיום הוא מתכת כסופה זוהר, שהיא כל כך רכה וניתנת לשרוט אותה עם ציפורן וכפיפה כמעט לכל צורה שהיא. בטבע, אינדיום נדיר למדי וכמעט ונמצא כמעט כאלמנט קורט במינרלים אחרים - בעיקר באבץ ועופרת - שממנו בדרך כלל הוא מתקבל כתוצר לוואי. על פי נתוני האגודה המלכותית לכימיה, כמות השערים המשוערת בקרום כדור הארץ היא 0.1 חלקים למיליון (עמודים לדקה) - מעט שופעת יותר מכסף או כספית.
לאינדיום יש נקודת התכה נמוכה של מתכת: 313.9 מעלות פרנהייט (156.6 מעלות צלזיוס). בכל דבר מעל הטמפרטורה הזו הוא נשרף עם להבה סגולה או אינדיגו. שמו של אינדיום נגזר מאור האינדיגו המבריק שהוא מראה בספקטרוסקופ.
רק העובדות
- מספר אטומי (מספר הפרוטונים בגרעין): 49
- סמל אטומי (בטבלה המחזורית של האלמנטים): בתוך
- משקל אטומי (המסה הממוצעת של האטום): 114.8.8
- צפיפות: 7.31 גרם לסנטימטר מעוקב
- שלב בטמפרטורת החדר: מוצק
- נקודת התכה: 156.6 מעלות צלזיוס
- נקודת רתיחה: 3,761.6 F (2,072 צלזיוס)
- מספר איזוטופים (אטומים של אותו יסוד עם מספר שונה של נויטרונים): 35 שחיי מחצית החיים שלהם ידועים; 1 יציב; 2 באופן טבעי
- האיזוטופ הנפוץ ביותר: בשנת 115
גילוי
אינדיום התגלה בשנת 1863 על ידי הכימאי הגרמני פרדיננד רייך בבית הספר למכרות פרייברג בגרמניה. רייך בחן דגימה של תערובת מינרלים אבץ שלדעתו עשויה להכיל את האלמנט תליום שהתגלה לאחרונה. לאחר צליית העפר כדי להסיר את מרבית הגופרית, הוא החיל חומצה הידרוכלורית על שאר החומרים. לאחר מכן הוא הבחין במוצק צהבהב מופיע. הוא חשד שזו יכולה להיות גופרית של יסוד חדש, אך מכיוון שהיה עיוור צבע, הוא ביקש מהכימאי הגרמני הירונימוס ט. ריכטר לבחון את ספקטרום הדגימה. ריכטר ציין קו מבריק בצבע סגול, שלא תאם את הקו הספקטרלי של אף אלמנט ידוע.
בעבודה משותפת, בודדו שני המדענים דוגמה של היסוד החדש והודיעו על תגליתו. הם שמו את היסוד החדש אינדיום, על שם המילה הלטינית indicum, כלומר סגול. לרוע המזל, מערכת היחסים ביניהם החמיצה כשנודע לרייך כי ריכטר טען שהוא המגלה, על פי החברה המלכותית לכימיה (RSC).
שימושים
יותר ממאה שנים לאחר גילויו של אינדיום, היסוד עדיין טמון באפלולית יחסית מכיוון שאיש לא ידע מה לעשות איתו. כיום אינדיום חיוני לכלכלת העולם בצורה של תחמוצת פח אינדיום (ITO). הסיבה לכך היא ש- ITO נותרה החומר הטוב ביותר למלא את הצורך ההולך וגובר למסכי LCD (צגי גביש נוזלי) במסכי מגע, טלוויזיות עם מסך שטוח ופאנלים סולאריים.
ל- ITO מספר תכונות שהופכות אותו למושלם לתצוגות LCD ותצוגות פאנל שטוחות אחרות: הוא שקוף; מוליך חשמל; דבק חזק בזכוכית; מתנגד בפני קורוזיה; והיא יציבה כימית ומכנית.
ITO נפוץ גם לייצור ציפויים דקים לזכוכית ומראות. לדוגמה, כאשר מצופה מעל השמשות הקדמיות של מטוסים או מכוניות, ה- ITO מאפשר לזכוכית לטשטש את הקרח או לטשטש, וזה יכול להפחית את דרישות המיזוג.
הדרישה הגוברת למסכי LCD העלתה את מחירי אינדיום באופן משמעותי בשנים האחרונות, על פי ה- RSC. עם זאת, מיחזור ויעילות ייצור סייעו ליצור איזון טוב בין היצע לביקוש.
בדרך כלל משתמשים באינדיום לייצור סגסוגות ומכונה לעתים קרובות "ויטמין המתכת", כלומר, רמות זעירות של אינדיום יכולות לעשות הבדל דרסטי בסגסוגת, לפי ה- RSC. לדוגמה, הוספת כמויות קטנות של אינדיום לזהב וסגסוגות פלטינה מקשה עליהם הרבה יותר. סגסוגות אינדיום משמשות לציפוי מיסבים של מנועים במהירות גבוהה ומשטחי מתכת אחרים. הסגסוגות שלו נמסות להמיס משמשות גם בראשי ממטרה, חיבורי דלתות אש ובתקעים מתכלים.
מתכת אינדיום נותרה רכה ונדירה במיוחד בטמפרטורות נמוכות מאוד, מה שהופך אותה למושלמת לשימוש בכלים הנחוצים בתנאים קרים במיוחד, כמו משאבות קריוגניות ומערכות ואקום גבוהות. תכונה ייחודית נוספת היא הדביקות שלה, מה שהופך אותה לשימושית מאוד כהלחמה.
אינדיום משמש לייצור מכשירים חשמליים שונים כמו מיישרים (מכשירים הממירים זרם חילופין לזרם ישיר), תרמיסטורים (נגן חשמלי התלוי בטמפרטורה) ומוליכי פוטו (מכשירים המגדילים את המוליכות החשמלית שלהם כאשר הם נחשפים לאור).
מקור ושפע
לעתים רחוקות נמצא כי אינדיום אינו מסובך באופיו ונמצא בדרך כלל בעפרות, ברזל, עופרת ונחושת. זהו המרכיב ה -61 הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ וכמעט פי שלושה בשפע מכסף או כספית, על פי הסקר הגיאולוגי האמריקני (USGS). מעריכים כי הוא מהווה כ- 0.1 חלק למיליון (ppm) בקרום כדור הארץ. לפי משקל, האינדיום מוערך בכ- 250 חלקים למיליארד (ppb), על פי Chemicool. על פי אנציקלופדיה בריטניקה, אינדיום טבעי הוא תערובת של האיזוטופים I-115 (95.72 אחוז) ו- I-113 (4.28 אחוז).
מרבית האינדיום המסחרי מגיע מקנדה ונמצא סביב 75 טון בשנה. מעריכה של עתודות המתכת עולה על 1,500 טון. קרקעות מעובדות לעיתים נמצאות עשירות יותר באינדיום מאשר קרקעות שאינן מעובדות עם רמות גבוהות כמו 4 עמודים לדקה, על פי Lenntech.
מי ידע?
- מתכת אינדיום מפטירה "צעקה" גבוהה, כשהיא כפופה. בדומה ל"צעקת הפח ", הצעקה הזו נשמעת יותר כמו צליל מתפצפץ.
- אינדיום דומה לגליום בכך שהוא מרטיב בקלות זכוכית והוא שימושי מאוד לייצור סגסוגות נמסות. סגסוגת המורכבת מ- 24 אחוז אינדיום ו- 76 אחוז גליום נוזלית בטמפרטורת החדר.
- יישום האינדיום בקנה מידה גדול הראשון היה ציפוי למסבים במנועי מטוסים בעלי ביצועים גבוהים במלחמת העולם השנייה, על פי USGS.
- על פי Lenntech, דגימות של מתכת אינדיום בלתי מעורבת נמצאו באזור.
סוללות טובות יותר
מחקר שפורסם בכתב העת Angewandte Chemie, מצביע על ידי ציפוי אינדיום יום אחד על סוללות ליתיום נטענות חזקות יותר וארוכות טווח יותר. ציפוי האינדיום יציע הפקדה אחידה יותר של ליתיום בזמן טעינה, חיץ כל תגובות לוואי שליליות והגדלת האחסון.
סוללת ליתיום-יון היא סוג של סוללה נטענת הנפוצה בטכנולוגיות ניידות, כמו טלפונים ניידים ומחשבים ניידים. במהלך הפריקה, יוני הליתיום עוברים מהאלקטרודה השלילית (האנודה) לאלקטרודה החיובית (הקתודה). בזמן שהסוללה נטענת, יוני הליתיום נעים בכיוון ההפוך - האלקטרודה השלילית הופכת לקתודה, והאלקטרודה החיובית הופכת לאנודה.
נכון לעכשיו סוללות ליתיום-יון משתמשות באנודות העשויות גרפיט המשמשות לאחסון ליתיום כאשר הסוללה נטענת. אלטרנטיבה מבטיחה לשימוש בגרפיט תהיה אנודות מתכתיות - כמו מתכת ליתיום - שיכולות להציע קיבולת אחסון גדולה בהרבה. עם זאת, בעיה מרכזית בשימוש באנודות מתכתיות היא שישנו תצהיר לא אחיד של המתכת בזמן שהסוללה נטענת. זה מוביל להיווצרות דנדריטים (מסת גביש עם מבנה דמוי עץ מסתעף). לאחר שימוש ממושך, דנדריטים אלה גדלים כל כך שהם מקצרים את הסוללה.
בעיה נוספת באנודות מתכתיות היא שהן גורמות לתגובות לוואי לא רצויות בין אלקטרודות המתכות התגובות לבין האלקטרוליט (החומר שמאפשר לחשמל לזרום בין אלקטרודות חיוביות ושליליות). תגובות אלה יכולות להפחית משמעותית את חיי הסוללה.
חוקרים מהמכון הפוליטכני Rensselaer ואוניברסיטת קורנל הציגו אלטרנטיבה חדשה: ציפוי הליתיום בתמיסת מלח אינדיום. שכבת האינדיום אחידה וריפוי עצמי כאשר האלקטרודה נמצאת בשימוש. ההרכב הכימי שלה נותר זהה, והוא נותר על כנו במהלך מחזורי טעינה / פריקה, ומונע תגובות לוואי, כך על פי ההודעה לעיתונות של המחקר שפורסם ב- Science Daily. גם דנדריטים מסולקים, ומאפשרים למשטח להישאר חלק וקומפקטי.
