Indium is een glanzend zilverachtig metaal dat zo zacht en kneedbaar is dat het met een vingernagel kan worden bekrast en in bijna elke vorm kan worden gebogen. In de natuur is indium vrij zeldzaam en wordt het bijna altijd gevonden als een spoorelement in andere mineralen - met name in zink en lood - waaruit het meestal wordt verkregen als bijproduct. De geschatte hoeveelheid in de aardkorst is 0,1 delen per miljoen (ppm) - iets meer dan zilver of kwik, volgens de Royal Society of Chemistry.
Indium heeft een laag smeltpunt voor een metaal: 313,9 graden Fahrenheit (156,6 graden Celsius). Bij alles boven deze temperatuur brandt het met een paarse of indigovlam. De naam van Indium is afgeleid van het schitterende indigo-licht dat het in een spectroscoop laat zien.
Gewoon de feiten
- Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 49
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen):
- Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 114.8.8
- Dichtheid: 7,31 gram per kubieke centimeter
- Fase bij kamertemperatuur: vast
- Smeltpunt: 313,88 graden F (156,6 graden C)
- Kookpunt: 3.761,6 F (2.072 C)
- Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een ander aantal neutronen): 35 waarvan de halfwaardetijden bekend zijn; 1 stal; 2 natuurlijk voorkomend
- Meest voorkomende isotoop: In-115
Ontdekking
Indium werd in 1863 ontdekt door de Duitse chemicus Ferdinand Reich aan de Freiberg School of Mines in Duitsland. Reich bestudeerde een monster van een zinkmineraalmengsel waarvan hij dacht dat het het recent ontdekte element thallium zou kunnen bevatten. Nadat hij het erts had gebrand om het grootste deel van de zwavel te verwijderen, bracht hij zoutzuur aan op de resterende materialen. Vervolgens zag hij een geelachtige vaste stof verschijnen. Hij vermoedde dat dit de sulfide van een nieuw element zou kunnen zijn, maar omdat hij kleurenblind was, vroeg hij de Duitse collega-chemicus Hieronymous T. Richter om het spectrum van het monster te onderzoeken. Richter merkte een schitterende violetkleurige lijn op, die niet overeenkwam met de spectraallijn van enig bekend element.
Door samen te werken isoleerden de twee wetenschappers een monster van het nieuwe element en kondigden ze de ontdekking ervan aan. Ze noemden het nieuwe element indium, naar het Latijnse woord indicum, wat betekent violet. Helaas werd hun relatie zuur toen Reich vernam dat Richter beweerde de ontdekker te zijn, volgens de Royal Society of Chemistry (RSC).
Toepassingen
Meer dan een eeuw na de ontdekking van indium lag het element nog steeds in relatieve onbekendheid, omdat niemand wist wat ermee te doen. Tegenwoordig is indium van vitaal belang voor de wereldeconomie in de vorm van indiumtinoxide (ITO). Dit komt omdat ITO het beste materiaal blijft om aan de groeiende behoefte aan LCD's (liquid crystal displays) in touchscreens, flatscreen-tv's en zonnepanelen te voldoen.
ITO heeft verschillende eigenschappen waardoor het perfect is voor LCD's en andere platte beeldschermen: het is transparant; geleidt elektriciteit; hecht sterk op glas; weerstaat corrosie; en is chemisch en mechanisch stabiel.
ITO wordt ook vaak gebruikt om dunne coatings voor glas en spiegels te maken. Wanneer ITO bijvoorbeeld over de voorruiten van vliegtuigen of auto's wordt gecoat, kan het glas ontdooien of ontwasemen en kan het de vereisten voor airconditioning verminderen.
De groeiende vraag naar LCD-schermen heeft de prijzen van indium de afgelopen jaren aanzienlijk verhoogd, aldus de RSC. Dankzij de efficiëntie van recycling en productie is er echter een goede balans tussen vraag en aanbod tot stand gekomen.
Indium wordt vaak gebruikt om legeringen te maken en wordt vaak de 'metaalvitamine' genoemd, wat betekent dat kleine hoeveelheden indium een drastisch verschil kunnen maken in een legering, aldus de RSC. Het toevoegen van kleine hoeveelheden indium aan bijvoorbeeld goud en platina legeringen maakt ze veel moeilijker. Indiumlegeringen worden gebruikt om de lagers van hogesnelheidsmotoren en andere metalen oppervlakken te coaten. De laagsmeltende legeringen worden ook gebruikt in sprinklerkoppen, branddeurschakelaars en smeltbare pluggen.
Indiummetaal blijft ongewoon zacht en vervormbaar bij zeer lage temperaturen, waardoor het perfect is voor gebruik in gereedschappen die nodig zijn in extreem koude omstandigheden, zoals cryogene pompen en hoogvacuümsystemen. Een andere unieke eigenschap is de kleverigheid, waardoor het erg handig is als soldeer.
Indium wordt gebruikt bij het maken van verschillende elektrische apparaten zoals gelijkrichters (apparaten die een wisselstroom omzetten in een directe), thermistors (een elektrische weerstand die afhankelijk is van temperatuur) en fotogeleiders (apparaten die hun elektrische geleidbaarheid verhogen wanneer ze worden blootgesteld aan licht).
Bron en overvloed
Indium komt zelden in de natuur voor en wordt meestal aangetroffen in zink-, ijzer-, lood- en koperertsen. Het is het 61e meest voorkomende element in de aardkorst en ongeveer drie keer zo talrijk als zilver of kwik, volgens de U.S.Geological Survey (USGS). Er wordt geschat dat het ongeveer 0,1 delen per miljoen (ppm) in de aardkorst uitmaakt. Indium wordt geschat op 250 delen per miljard (ppb), volgens Chemicool. Natuurlijk indium is een mengsel van de isotopen I-115 (95,72 procent) en I-113 (4,28 procent), volgens Encyclopaedia Britannica.
Het meeste commerciële indium komt uit Canada en weegt ongeveer 75 ton per jaar. De reserves van het metaal worden geschat op meer dan 1500 ton. Volgens Lenntech blijken gecultiveerde bodems soms rijker aan indium te zijn dan niet-gecultiveerde bodems met een gehalte tot 4 ppm.
Wie weet?
- Indiummetaal geeft een hoge "schreeuw" wanneer het gebogen is. Net als bij de "tin cry" klinkt deze schreeuw meer als een krakend geluid.
- Indium is vergelijkbaar met gallium omdat het gemakkelijk glas bevochtigt en erg handig is voor het maken van laagsmeltende legeringen. Een legering bestaande uit 24 procent indium en 76 procent gallium is bij kamertemperatuur vloeibaar.
- De eerste grootschalige toepassing van indium was volgens de USGS een coating voor lagers in krachtige vliegtuigmotoren in de Tweede Wereldoorlog.
- Volgens Lenntech zijn in een regio van Rusland exemplaren van niet-gecombineerd indiummetaal gevonden.
Betere batterijen
Indiumcoating kan op een dag leiden tot krachtigere en duurzamere oplaadbare lithiumbatterijen, volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie. De indiumcoating zou een meer uniforme afzetting van lithium tijdens het opladen bieden, eventuele negatieve nevenreacties bufferen en de opslag vergroten.
Een lithium-ionbatterij is een type oplaadbare batterij die veel wordt gebruikt in draagbare technologieën, zoals mobiele telefoons en laptops. Tijdens ontlading bewegen de lithiumionen van de negatieve elektrode (anode) naar de positieve elektrode (kathode). Terwijl de batterij wordt opgeladen, reizen de lithiumionen in de tegenovergestelde richting - de negatieve elektrode wordt de kathode en de positieve elektrode wordt de anode.
Momenteel gebruiken lithium-ionbatterijen anoden van grafiet die worden gebruikt om lithium op te slaan wanneer de batterij is opgeladen. Een veelbelovend alternatief voor het gebruik van grafiet zijn metalen anodes - zoals lithiummetaal - die een veel grotere opslagcapaciteit zouden kunnen bieden. Een groot probleem bij het gebruik van metalen anodes is echter dat er een ongelijkmatige afzetting van het metaal is terwijl de batterij wordt opgeladen. Dit leidt tot de vorming van dendrieten (een kristalmassa met een vertakte boomachtige structuur). Na langdurig gebruik worden deze dendrieten zo groot dat ze de batterij kortsluiten.
Een ander probleem met metalen anodes is dat ze ongewenste nevenreacties veroorzaken tussen de reactieve metaalelektroden en de elektrolyt (het materiaal dat ervoor zorgt dat elektriciteit tussen positieve en negatieve elektroden stroomt). Deze reacties kunnen de levensduur van de batterij aanzienlijk verkorten.
Onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute en de Cornell University hebben een nieuw alternatief geïntroduceerd: het coaten van lithium in een indiumzoutoplossing. De indiumlaag is uniform en zelfherstellend wanneer de elektrode in gebruik is. De chemische samenstelling blijft hetzelfde en het blijft intact tijdens laad- / ontlaadcycli, waardoor nevenreacties worden voorkomen, aldus het studiepersbericht in Science Daily. Dendrieten worden ook geëlimineerd, waardoor het oppervlak glad en compact blijft.
