Indium là một kim loại bạc bóng láng, rất mềm và dễ uốn, nó có thể bị trầy xước bằng móng tay và uốn cong thành gần như bất kỳ hình dạng nào. Trong tự nhiên, indium khá hiếm và hầu như luôn được tìm thấy như một nguyên tố vi lượng trong các khoáng chất khác - đặc biệt là kẽm và chì - từ đó nó thường thu được dưới dạng sản phẩm phụ. Sự phong phú ước tính của nó trong lớp vỏ Trái đất là 0,1 phần triệu (ppm) - nhiều hơn một chút so với bạc hoặc thủy ngân, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Indium có điểm nóng chảy thấp đối với kim loại: 313,9 độ F (156,6 độ C). Ở bất cứ thứ gì cao hơn nhiệt độ này, nó sẽ cháy với ngọn lửa màu tím hoặc chàm. Tên của Indium bắt nguồn từ ánh sáng chàm rực rỡ mà nó thể hiện trong kính quang phổ.
Chỉ sự thật
- Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 49
- Biểu tượng nguyên tử (trên bảng tuần hoàn của các nguyên tố): Trong
- Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 114.8.8
- Mật độ: 7,31 gram trên mỗi cm khối
- Pha ở nhiệt độ phòng: Rắn
- Điểm nóng chảy: 313,88 độ F (156,6 độ C)
- Điểm sôi: 3.761,6 F (2.072 C)
- Số lượng đồng vị (nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau): 35 có thời gian bán hủy được biết đến; 1 ổn định; 2 xảy ra tự nhiên
- Đồng vị phổ biến nhất: In-115
Khám phá
Indium được phát hiện vào năm 1863 bởi nhà hóa học người Đức Ferdinand Reich tại Trường Mỏ Freiberg ở Đức. Reich đang nghiên cứu một mẫu hỗn hợp khoáng kẽm mà anh nghĩ có thể chứa nguyên tố thallium được phát hiện gần đây. Sau khi rang quặng để loại bỏ phần lớn lưu huỳnh, ông đã sử dụng axit clohydric cho các vật liệu còn lại. Sau đó, anh quan sát thấy một chất rắn màu vàng xuất hiện. Anh ta nghi ngờ đây có thể là sunfua của một nguyên tố mới, nhưng vì anh ta bị mù màu, anh ta đã nhờ nhà hóa học người Đức Hieronymous T. Richter kiểm tra quang phổ của mẫu. Richter lưu ý một vạch màu tím rực rỡ, không khớp với vạch quang phổ của bất kỳ nguyên tố nào được biết đến.
Làm việc cùng nhau, hai nhà khoa học đã cô lập một mẫu của nguyên tố mới và công bố phát hiện của nó. Họ đặt tên cho nguyên tố mới là indium, theo từ tiếng Latin chỉ định, có nghĩa là màu tím. Thật không may, mối quan hệ của họ trở nên chua chát khi Reich biết rằng Richter đã tuyên bố mình là người phát hiện ra, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia (RSC).
Công dụng
Hơn một thế kỷ sau khi phát hiện ra indium, nguyên tố này vẫn nằm trong tình trạng mù mờ tương đối vì không ai biết phải làm gì với nó. Ngày nay, indium rất quan trọng đối với nền kinh tế thế giới dưới dạng oxit thiếc indi (ITO). Điều này là do ITO vẫn là vật liệu tốt nhất để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với màn hình LCD (màn hình tinh thể lỏng) trong màn hình cảm ứng, TV màn hình phẳng và tấm pin mặt trời.
ITO có một số tính chất làm cho nó hoàn hảo cho màn hình LCD và các màn hình phẳng khác: Nó trong suốt; dẫn điện; tuân thủ mạnh mẽ với thủy tinh; Chống ăn mòn; và ổn định về mặt hóa học và cơ học.
ITO cũng thường được sử dụng để tạo lớp phủ mỏng cho kính và gương. Ví dụ, khi phủ lên kính chắn gió của máy bay hoặc ô tô, ITO cho phép kính khử băng hoặc khử sương, và nó có thể làm giảm yêu cầu điều hòa không khí.
Nhu cầu ngày càng tăng đối với LCD đã tăng giá của indium đáng kể trong những năm gần đây, theo RSC. Tuy nhiên, hiệu quả tái chế và sản xuất đã giúp tạo ra sự cân bằng tốt giữa cung và cầu.
Indium thường được sử dụng để chế tạo hợp kim và thường được gọi là "vitamin kim loại", nghĩa là hàm lượng indium nhỏ có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong hợp kim, theo RSC. Ví dụ, thêm một lượng nhỏ indi vào hợp kim vàng và bạch kim làm cho chúng khó hơn nhiều. Hợp kim Indium được sử dụng để phủ lên vòng bi của động cơ tốc độ cao và các bề mặt kim loại khác. Hợp kim nóng chảy thấp của nó cũng được sử dụng trong các đầu phun nước, liên kết cửa lửa và phích cắm dễ cháy.
Kim loại Indium vẫn mềm mại khác thường và dễ uốn ở nhiệt độ rất thấp, khiến nó trở nên hoàn hảo để sử dụng trong các công cụ cần thiết trong điều kiện cực lạnh, như máy bơm đông lạnh và hệ thống chân không cao. Một chất lượng độc đáo khác là độ dính của nó, làm cho nó rất hữu ích như một chất hàn.
Indium được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị điện khác nhau như bộ chỉnh lưu (thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành trực tiếp), nhiệt điện trở (điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ) và chất quang dẫn (thiết bị tăng độ dẫn điện khi tiếp xúc với ánh sáng).
Nguồn & phong phú
Indium hiếm khi được tìm thấy không có tổ chức trong tự nhiên và thường được tìm thấy trong quặng kẽm, sắt, chì và đồng. Đây là nguyên tố phổ biến thứ 61 trong lớp vỏ Trái đất và dồi dào gấp ba lần so với bạc hoặc thủy ngân, theo Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS). Ước tính sẽ chiếm khoảng 0,1 phần triệu (ppm) trong lớp vỏ Trái đất. Theo trọng lượng, indium được ước tính là 250 phần tỷ (ppb), theo Chemicool. Indium tự nhiên là hỗn hợp của các đồng vị I-115 (95,72 phần trăm) và I-113 (4,28 phần trăm), theo Encyclopaedia Britannica.
Hầu hết indium thương mại đến từ Canada và khoảng 75 tấn mỗi năm. Dự trữ kim loại ước tính vượt quá 1.500 tấn. Đất trồng trọt đôi khi được tìm thấy giàu indium hơn đất không trồng trọt với một số cấp độ cao tới 4 ppm, theo Lenntech.
Ai biết?
- Kim loại Indium phát ra tiếng "hét" cao vút khi uốn cong. Tương tự như "tiếng kêu thiếc", tiếng hét này nghe giống như tiếng kêu lách tách.
- Indium tương tự như gallium ở chỗ nó dễ dàng làm ướt thủy tinh và rất hữu ích để chế tạo các hợp kim nóng chảy thấp. Một hợp kim bao gồm 24 phần trăm indi và 76 phần trăm gallium là chất lỏng ở nhiệt độ phòng.
- Ứng dụng indium quy mô lớn đầu tiên là lớp phủ cho vòng bi trong động cơ máy bay hiệu suất cao trong Thế chiến II, theo USGS.
- Mẫu vật của kim loại indium không có tổ chức đã được tìm thấy ở một khu vực của Nga, theo Lenntech.
Pin tốt hơn
Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie, một ngày nào đó có thể dẫn đến pin lithium có thể sạc lại mạnh hơn và lâu dài hơn. Lớp phủ indium sẽ cung cấp sự lắng đọng lithium đồng đều hơn trong khi sạc, đệm bất kỳ phản ứng phụ tiêu cực nào và tăng lưu trữ.
Pin lithium-ion là loại pin có thể sạc lại thường được sử dụng trong các công nghệ di động, như điện thoại di động và máy tính xách tay. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium di chuyển từ điện cực âm (cực dương) sang điện cực dương (cực âm). Trong khi pin đang sạc, các ion lithium di chuyển theo hướng ngược lại - điện cực âm trở thành cực âm và điện cực dương trở thành cực dương.
Hiện nay, pin lithium-ion sử dụng cực dương làm bằng than chì được sử dụng để lưu trữ lithium khi pin được sạc. Một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho việc sử dụng than chì sẽ là cực dương kim loại - chẳng hạn như kim loại lithium - có thể cung cấp khả năng lưu trữ lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, một vấn đề lớn khi sử dụng cực dương kim loại là có sự lắng đọng không đồng đều của kim loại trong khi pin đang sạc. Điều này dẫn đến sự hình thành của đuôi gai (một khối tinh thể với cấu trúc giống như cây phân nhánh). Sau khi sử dụng kéo dài, những sợi nhánh này phát triển lớn đến mức làm đoản mạch pin.
Một vấn đề khác với cực dương kim loại là chúng gây ra phản ứng phụ không mong muốn giữa các điện cực kim loại phản ứng và chất điện phân (vật liệu cho phép dòng điện chạy giữa các điện cực dương và âm). Những phản ứng này có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của pin.
Các nhà nghiên cứu từ Học viện Bách khoa Rensselaer và Đại học Cornell đã giới thiệu một giải pháp thay thế mới: phủ lithium trong dung dịch muối indi. Lớp indium đồng đều và tự phục hồi khi sử dụng điện cực. Thành phần hóa học của nó vẫn giữ nguyên, và nó vẫn còn nguyên vẹn trong các chu kỳ sạc / xả, ngăn chặn các phản ứng phụ, theo thông cáo báo chí nghiên cứu trên Science Daily. Dendrites cũng được loại bỏ, cho phép bề mặt vẫn mịn và nhỏ gọn.
