حقائق حول الإنديوم

Indium هو معدن فضي لامع ناعم للغاية ومرن ويمكن خدشه بأظافر ولفه في أي شكل تقريبًا. في الطبيعة ، يكون الإنديوم نادرًا جدًا ويوجد دائمًا تقريبًا كعنصر ضئيل في المعادن الأخرى - خاصة في الزنك والرصاص - والذي يتم الحصول عليه منه عادةً كمنتج ثانوي. ووفقًا للجمعية الملكية للكيمياء ، فإن وفرتها المقدرة في قشرة الأرض تبلغ 0.1 جزءًا في المليون (جزء في المليون) - وهي أكثر وفرة بقليل من الفضة أو الزئبق.

يحتوي الإنديوم على نقطة انصهار منخفضة للمعدن: 313.9 درجة فهرنهايت (156.6 درجة مئوية). في أي شيء فوق درجة الحرارة هذه ، يحترق بلهب بنفسجي أو نيلي. اسم إنديوم مشتق من ضوء النيلي اللامع الذي يظهر في مطياف.

الحقائق فقط

• العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 49
• الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): In
• الوزن الذري (متوسط ​​كتلة الذرة): 114.8.8
• الكثافة: 7.31 جرام لكل سنتيمتر مكعب
• المرحلة في درجة حرارة الغرفة: صلب
• نقطة الانصهار: 313.88 درجة فهرنهايت (156.6 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 3761.6 فهرنهايت (2072 درجة مئوية)
• عدد النظائر (ذرات نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 35 نصف عمر معروفة ؛ 1 مستقر 2 تحدث بشكل طبيعي
• النظائر الأكثر شيوعًا: In-115

اكتشاف

تم اكتشاف الإنديوم في عام 1863 من قبل الكيميائي الألماني فرديناند رايش في مدرسة فريبرغ للمناجم في ألمانيا. كان الرايخ يدرس عينة من مزيج معدن الزنك اعتقد أنه قد يحتوي على عنصر الثاليوم المكتشف مؤخرًا. بعد تحميص الخام لإزالة معظم الكبريت ، قام بتطبيق حمض الهيدروكلوريك على المواد المتبقية. ثم لاحظ ظهور مادة صلبة صفراء. اشتبه في أن هذا يمكن أن يكون كبريتيد عنصر جديد ، ولكن نظرًا لكونه مصابًا بالعمى اللوني ، طلب من زميله الكيميائي الألماني هيرونيدون تي ريختر فحص طيف العينة. لاحظ ريختر خطًا رائعًا باللون البنفسجي ، والذي لا يتطابق مع الخط الطيفي لأي عنصر معروف.

بالعمل معًا ، عزل العلماء عينة من العنصر الجديد وأعلنوا عن اكتشافها. أطلقوا على عنصر الإنديوم الجديد ، بعد الكلمة اللاتينية يدليعني البنفسج. لسوء الحظ ، تحولت علاقتهما إلى حالة من السوء عندما علم رايخ أن ريختر ادعى أنه المكتشف ، وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء (RSC).

الاستخدامات

بعد أكثر من قرن من اكتشاف الإنديوم ، لا يزال العنصر يكمن في غموض نسبي حيث لا أحد يعرف ماذا يفعل به. اليوم ، الإنديوم أمر حيوي للاقتصاد العالمي في شكل أكسيد القصدير الإنديوم (ITO). وذلك لأن ITO لا تزال أفضل مادة لتلبية الحاجة المتزايدة لشاشات الكريستال السائل (شاشات الكريستال السائل) في الشاشات التي تعمل باللمس وأجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة والألواح الشمسية.

تتمتع ITO بالعديد من الخصائص التي تجعلها مثالية لشاشات الكريستال السائل وشاشات العرض المسطحة الأخرى: فهي شفافة ؛ توصل الكهرباء تلتصق بقوة بالزجاج. يقاوم التآكل. ومستقر كيميائيا وميكانيكا.

كما يستخدم ITO بشكل شائع في صناعة الطلاء الرقيق للزجاج والمرايا. عند تغليفها على الزجاج الأمامي للطائرات أو السيارات ، على سبيل المثال ، تتيح ITO للزجاج إزالة الجليد أو إزالة الضباب ، ويمكن أن تقلل من متطلبات تكييف الهواء.

أدى الطلب المتزايد على شاشات LCD إلى زيادة أسعار الإنديوم بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، وفقًا لمركز RSC. ومع ذلك ، ساعدت كفاءة إعادة التدوير والتصنيع على إيجاد توازن جيد بين العرض والطلب.

يستخدم الإنديوم عادة لصنع السبائك وغالبا ما يشار إليه باسم "فيتامين المعدن" ، مما يعني أن المستويات الصغيرة من الإنديوم يمكن أن تحدث فرقا جذريا في سبيكة ، وفقا ل RSC. على سبيل المثال ، إضافة كميات صغيرة من الإنديوم إلى سبائك الذهب والبلاتين تجعلها أكثر صعوبة. تستخدم سبائك الإنديوم في تغطية محامل المحركات عالية السرعة والأسطح المعدنية الأخرى. كما تستخدم السبائك منخفضة الذوبان في رؤوس الرش ، ووصلات أبواب النار ، والمقابس القابلة للانصهار.

يظل معدن الإنديوم لينًا بشكل غير عادي ومرنًا عند درجات حرارة منخفضة جدًا ، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الأدوات اللازمة في الظروف شديدة البرودة ، مثل المضخات المبردة وأنظمة التفريغ العالية. ميزة فريدة أخرى هي الالتصاق ، مما يجعلها مفيدة جدًا كحام.

يستخدم الإنديوم في صنع الأجهزة الكهربائية المختلفة مثل المقومات (الأجهزة التي تحول التيار المتناوب إلى تيار مباشر) ، الثرمستورات (مقاوم كهربائي يعتمد على درجة الحرارة) والموصلات الضوئية (الأجهزة التي تزيد من توصيلها الكهربائي عند تعرضها للضوء).

المصدر والوفرة

نادرا ما يوجد الإنديوم غير مركب في الطبيعة ويوجد عادة في خامات الزنك والحديد والرصاص والنحاس. إنه العنصر 61 الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض وحوالي ثلاث مرات أكثر وفرة من الفضة أو الزئبق ، وفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي (USGS). تشير التقديرات إلى أنها تشكل حوالي 0.1 جزءًا في المليون (جزء في المليون) في القشرة الأرضية. حسب الوزن ، يقدر الإنديوم بـ 250 جزءًا لكل مليار (ppb) ، وفقًا لـ Chemicool. الإنديوم الطبيعي هو مزيج من النظائر I-115 (95.72 في المائة) و ​​I-113 (4.28 في المائة) ، وفقًا لـ Encyclopaedia Britannica.

معظم الإنديوم التجاري يأتي من كندا ويبلغ حجمه 75 طنًا سنويًا. ويقدر احتياطي المعدن بـ 1500 طن. أحيانًا ما تكون التربة المزروعة أكثر ثراءً في الإنديوم من التربة غير المزروعة مع بعض المستويات التي تصل إلى 4 جزء في المليون ، وفقًا لـ Lenntech.

من يعرف؟

• يعطي معدن الإنديوم "صرخة" عالية النبرة ، عند ثنيها. على غرار "صرخة القصدير" ، يبدو هذا الصرخة أشبه بصوت طقطقة.
• يشبه الإنديوم الغاليوم من حيث أنه يبلل الزجاج بسهولة وهو مفيد جدًا في صناعة السبائك منخفضة الذوبان. تكون السبيكة المكونة من 24 بالمائة إنديوم و 76 بالمائة غاليوم سائلة في درجة حرارة الغرفة.
• كان أول تطبيق إنديوم واسع النطاق هو طلاء للمحامل في محركات الطائرات عالية الأداء في الحرب العالمية الثانية ، وفقًا لوكالة المسح الجيولوجي الأمريكية.
• تم العثور على عينات من معدن الإنديوم غير المركب في منطقة من روسيا ، وفقًا لـ Lenntech.

بطاريات أفضل

يمكن أن يؤدي طلاء الإنديوم يومًا ما إلى بطاريات ليثيوم قابلة لإعادة الشحن أكثر قوة وطويلة العمر ، وفقًا لدراسة نشرت في مجلة Angewandte Chemie. سيوفر طلاء الإنديوم ترسيبًا أكثر انتظامًا لليثيوم أثناء الشحن ، ويحد من أي تفاعلات جانبية سلبية ويزيد من التخزين.

بطارية ليثيوم أيون هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن شائعة الاستخدام في التقنيات المحمولة ، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. أثناء التفريغ ، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب (الأنود) إلى القطب الموجب (الكاثود). أثناء شحن البطارية ، تنتقل أيونات الليثيوم في الاتجاه المعاكس - يصبح القطب السالب القطب السالب ، ويصبح القطب الموجب القطب الموجب.

في الوقت الحالي ، تستخدم بطاريات الليثيوم أيون أنودات مصنوعة من الجرافيت تستخدم لتخزين الليثيوم عند شحن البطارية. من البدائل الواعدة لاستخدام الجرافيت أنود معدنية - مثل معدن الليثيوم - والتي يمكن أن توفر سعة تخزين أكبر بكثير. ومع ذلك ، فإن المشكلة الرئيسية في استخدام الأنودات المعدنية هي أن هناك ترسبًا غير متساوٍ للمعدن أثناء شحن البطارية. هذا يؤدي إلى تكوين التشعبات (كتلة بلورية ذات بنية تشبه الشجرة المتفرعة). بعد الاستخدام المطول ، تنمو هذه التشعبات كبيرة بحيث تقصر دائرة البطارية.

مشكلة أخرى مع الأنودات المعدنية هي أنها تسبب تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها بين الأقطاب المعدنية المتفاعلة والإلكتروليت (المادة التي تسمح بتدفق الكهرباء بين الأقطاب الموجبة والسالبة). يمكن لهذه التفاعلات أن تقلل بشكل كبير من عمر البطارية.

قدم باحثون من معهد Rensselaer Polytechnic University وجامعة كورنيل بديلاً جديدًا: طلاء الليثيوم في محلول ملح الإنديوم. طبقة الإنديوم متجانسة وذاتية الشفاء عند استخدام القطب. لا يزال تركيبه الكيميائي كما هو ، ويظل سليمًا خلال دورات الشحن / التفريغ ، مما يمنع التفاعلات الجانبية ، وفقًا لبيان صحفي الدراسة في Science Science. يتم التخلص من التشعبات أيضًا ، مما يسمح للسطح بالبقاء سلسًا ومضغوطًا.