главная > справочник > химическая энциклопедия:

Индий

Индий [назван по синей (цвета индиго) линии спектра; лат. Indium] In, хим. элемент III гр. периодич. системы; ат. н. 49, ат.м. 114,82. Прир. индий состоит из двух изотопов ¹¹⁵In (95,7%) и ¹¹³In (4,3%). Первый слабо радиоактивен (b-излучатель, T_1/25.10¹⁴ лет). Конфигурация внеш. электронной оболочки 5s²5p¹; степень окисления +3, редко +1; энергия ионизации In⁰ : In¹⁺ : In²⁺ : In³⁺ соотв. равна 5,786390, 18,8700 и 28,03 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 0,166 нм, ионные радиусы (в скобках указано координац. число) для In³⁺ 0,076 нм (4), 0,094 нм (6), 0,106 нм (8). индий относится к рассеянным элементам. Содержание его в земной коре 10^-5 % по массе, в воде морей и океанов менее 0,02 мг/л. Известно 5 минералов - самородный индий, индит FeIn₂S₄, рокезит CuInS₂, джалиндит In(ОН)₃, сакуранит (Сu, Zn,Fe)₃(In,Sn)S₄. индий является спутником Zn, Sn, Pb, в меньшей мере - Сu и Fe. Присутствует в сфалеритах, касситеритах, галенитах, халькопиритах (10^-4—10^-2%), пиритах и пирротинах (до 10^-3 %). Наиб. содержание индий - в высокотемпературных гидротермальных месторождениях касситеритсульфидного и олово-сульфосольного типов. Извлекается индий из руд свинцово-цинковых, медно-колчеданных и колчеданно-полиметаллич. месторождений. Мировые ресурсы ок. 3100 т, в т.ч. промышленные 1550 т.

Свойства. индий - серебристо-белый металл. кристаллич. решетка тетрагональная, а = 0,32512 нм, с = 0,49467 нм, z = 2, пространств. группа I4/ттт. Т. пл. 156,78 °С, т. кип. 2024 °С; плотн: 7,31, жидкого индий 7,03 г/см³ (160 °C); C⁰_p 26,7 Дж/(моль.К); DH⁰_пл 3,26 кДж/молъ, DH⁰_исп 237,4 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 57,86 Дж/(моль.К); ур-ние температурной зависимости давления пара. lgp(в гПа) = 9,454 - 12593Т^-1 - 0,1901gT + 1,320.10^-3T (82 - 430 К), lgp(в гПа) = 9,076 - 12216T^-1 + 0,2161gT(430 -2285 К); температурный коэф. линейного и объемного расширения соотв. 30,0.10^-6K^-1 (293-333 К) и 101.10^-6 К^-1 (298-323 К); теплопроводность 87,0 Вт/(м.К) при 273 К; температура перехода в сверхпроводящее состояние 3,405 К; r ~ 10^-7 Ом.м, температурный коэф. r 4,9.10^-3 К^-1 (273-373 К); диамагнитен, магн. восприимчивость — 0,56.10^-9. Очень мягок и пластичен; твердость по Моосу ~ 1, по Бринеллю 8,8-10,0 МПа; модуль упругости 11 ГПа; s_раст 2,9-3,9 МПа. Стандартный электродный потенциал для In⁰/In³⁺ —0,34 В. индий устойчив на воздухе, но выше ~ 800 °С горит фиолетово-синим пламенем с образованием In₂О₃ (см. Индия оксиды). В воде в присутствии воздуха постепенно корродирует. Медленно реагирует с минер. кислотами (легче всего с HNO₃) и орг. кислотаминдий Взаимод. с Сl₂ и Вr₂, при нагр. с I₂, при сплавлении с халькогенаминдий Не взаимод. с N₂, H₂, NH₃, В, С. Важнейшим соед. индий посвящены отдельные статьи (см. Индия антимонид. Индия арсенид. Индия фосфид). Ниже приводятся сведения о др. соединениях индий Сульфат In₂(SO₄)₃ светло-серые кристаллы с моноклинной решеткой; плотн. 3,44 г/см³, выше 600 °С разлагается до In₂О₃; гигроскопичен; раств. в воде (54% по массе при 20 °С), в водных растворах гидролизован; из растворов кристаллизуется при комнатной температуре в виде пента- и декагидратов, которые обезвоживаются при ~ 200 °С. При действии этанола. растворов щелочи или NH₃ (рН 2-3) на водные растворы сульфата индий выпадает осадок гидроксисульфата In(OH)SO₄.2H₂O. В присут. избытка сульфат-иона образуются комплексные ионы [In(SO₄)₂] и [In(SO₄)₃]³ , соответствующие им гидросульфаты кристаллизуются из растворов, содержащих H₂SO₄. Нитрат In(NO₃)₃.4,5H₂O - расплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 74 °С; при 100-160 °С разлагается до оксинитрата InONO₃, при 230-250 °С - до In₂О₃; хорошо раств. в воде и этаноле. Получают взаимод. металл. с HNO₃. Используют для получения In₂О₃ и др. соединений индий Ортофосфат InРО₄ - кристаллы с ромбич. решеткой; т.пл. 1600°С; выше 1800°С разлагается; плотн. 3,91 г/см³; не раств. в воде; разлагается растворами щелочей и конц. минер. кислотаминдий Получают в виде дигидрата (который обезвоживается выше 300 °С) при действии Н₃РО₄ на растворы солей индий Используют как добавку к шихте при произ-ве спец. стекол и к зубным цементам. Св-ва важнейших галогенидов индия приведены в табл. 1.

Безводный трифторид InF₃ не раств. в воде; получают его фторированием индий, тригидрат InF₃.3H₂O - взаимод. оксида или гидроксида индий с фтористоводородной кислотой. Тригидрат при нагр. разлагается с образованием оксифторида InOF; раств. в воде (5,8% по массе при 25 °С); разлагается при действии минер. кислот и щелочей. Безводный трихлорид InСl₃ очень гигроскопичен, расплывается на воздухе; раств. в воде (63% по массе при 20 °С), этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне; получают хлорированием металл. при незначит. нагреванииндий Кристаллизуется из водных растворов в виде тетрагидрата InСl₃.4Н₂О с т. пл. 56 °С; при более высоких температурах разлагается с образованием нерастворимого в воде оксихлорида InOCl. При сплавлении безводного InСl₃ с металл.ч. индий можно получить монохлорид, а также ряд промежут. хлоридов - In₃Cl₄, In₂Cl₃ и др. Они представляют собой комплексные соед., например, сесквихлорид In₂Сl₃ имеет строение In₃^I [In^III Сl₆]. Все они гигроскопичны, при действии воды диспропорционируют на металл.ч. индий и InСl₃. Хлориды индий - промежут. продукты при получении индий высокой чистоты. Трибромид и трииодид индий по свойствам напоминают InСl₃, но менее реакционноспособны (особенно InI₃). InBr₃ получают действием паров Вr₂ на нагретый металл. InI₃ -сплавлением элементов. Используют их для синтеза соед. индий с полупроводниковыми свойстваминдий InI₃ и InI - компоненты наполнителя металл.галогенных ламп. В отличие от InCl и InBr моноиодид индий негигроскопичен и при комнатной температуре почти не взаимод. с водой. Р-римость InI в воде 4,7.10^-4 моль/л. Его можно осаждать из водных растворов, например, при анодном растворении индий Св-ва важнейших халькогенидов индий приведены в табл. 2. Для индий характерно образование халькогенидов типов In₂X, InX, In₂X₃, а также промежут. соед. между InX и In₂Х₃ и веществ с большим содержанием халькогена. Соед. In₂Х метастабильны, плавятся инконгруэнтно, обладают большой летучестью; InX и In₂Х₃ плавятся конгруэнтно. Халькогениды InS и InSe имеют слоистую структуру типа GaS со связью металл.металл. Для InTe характерна резкая анизотропия свойств: вдоль оси кристалла он имеет металл.ч. проводимость, в перпендикулярном направлении - полупроводниковую. Халькогениды индий не раств. в воде, реагируют с конц. кислотами и растворами щелочей. Обладают полупроводниковыми свойстваминдий Получают халькогениды сплавлением соответствующих элементов. Соед. InX и In₂Х₃, как и некоторые сложные халькогениды, например CuInSe₂, - перспективные полупроводниковые материалы. Соед. индий с элементами V гр. (InAs, InSb, InP) - полупроводниковые материалы.

Получение. Сырье для получения индий - отходы и промежут. продукты свинцово-цинкового и оловянного произ-в. индий выщелачивают из них серной кислотой. Для отделения индий от сопутствующих металл.в и концентрирования растворов используют экстракцию, например, раствором ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в керосине, или ионный обмен, например, на фосфорнокислых катионитах.

Выделяют индий из растворов электролизом либо цементацией на металл.ч. Аl (т.е. вытеснением индий из раствора по реакции: In³⁺ + Аl⁰ D In⁰ + Аl³⁺) с послед. переплавкой под слоем щелочиндий Для очистки индий используют чаще всего электролитич. рафинирование, вакуумную обработку для удаления летучих примесей, зонную плавку или вытягивание кристаллов из расплава. Предложен также ряд методов очистки индий с промежут. образованием его соед., в частности хлоридов.

Определение. Качественно индий может быть обнаружен по сине-фиолетовому окрашиванию пламени или спектральным методом. Предложен ряд реакции с CsCl, фторидом, тиоцианатом, оксалатом аммония, акридином, 8-гидроксихинолином и др., а также ряд цветных реакций с ализарином, морином, алюминоном и др. реагентаминдий Эти хим. реакции малоспецифичны и требуют предварит. отделения индий от большинства др. элементов. Для количеств. определения индий применяют комплексонометрию, а также амперометрич. титрование с K₄[Fe(CN)₆]. Гравиметрич. методом индий определяют в виде In₂O₃, In₂S₃, 8-гидроксихинолината. Для определения малых кол-в индий используют радиоактивац., спектральный, полярографич. методы. Предварительно производится концентрирование индий методами экстракции, электролиза или соосаждения.

Применение. индий легирующая добавка к полупроводниковым Ge и Si; герметизирующий материал в вакуумных приборах и космич. аппаратах; материал для соединения пьезоэлектрич. кристаллов. Его используют также для нанесения покрытий на пов-сть подшипников, зеркал и рефлекторов, как компонент легкоплавких сплавов, применяемых в качестве припоев, в термоограничителях, предохранителях, сигнальных устройствах, в радиац. контурах ядерных реакторов. Мировое произв-во индий (без СССР) ок. 60 т/год (1984). Осн. производители - Япония, Канада, США, Бельгия, Перу. индий токсичен; ПДК 0,1 мг/м³ (в США). Пыль индий и его соед. может вызвать воспалит. и склеротич. поражения легких, вредно действует на печень и селезенку. Р-римые соед. индий раздражают кожу, глаза, слизистые оболочкиндий По некоторым данным, индий малотоксичен при введении в желудок и внутривенно. индий открыт Ф Рейхом и индий Рихтером в 1863. Лит.: Федоров П. И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П., Химия галлия, индия и таллия, Новосиб., 1977; Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. К. А. Большакова, т. 1, М., 1976, с. 281-325; Шека З. А., Шека И.А., Галогениды индия и их координационные соединения, К., 1981; Смирнов В. А., Дмитриев B. C., Редькин А. Н., Химия одновалентного индия, М., 1986; Яценко С .П., Индий: свойства и применение, М., 1987. ©П. И. Федоров.

Дополнительная информация: "Индий: химические и физические свойства".