Indij

Indij su 1863. otkrila dvojica njemačkih hemičara Ferdinand Reich i Theodor Richter na Tehničkom univerzitetu Bergakademie Freiberg. Ispitivali su jedan uzorak sfalerita pronađen u blizini na prisustvo talija u njemu. Pri tome su na apsorpcijskom spektru, umjesto očekivanih linija talija, uočili dotad nepoznate indigo-plave spektralne linije, te tako zaključili da se radi o nekom nepoznatom elementu. Prema njima, novi element je i dobio svoje ime. Nedugo poslije, dobijen je i metalni indij redukcijom indij-oksida sa vodikom. Veća količina indija prvi put je prikazana na svjetskoj izložbi "Expo" 1867. u Parizu.^[9]

Nakon što je prvi put upotrijebljen kao sastojak legure u stomatološkom zlatu 1933, veća upotreba indija započela je sa Drugim svjetskim ratom. Sjedinjene Američke Države koristile su ga kao sredstvo za površinsku zaštitu ležajeva u avionima, koji su bili izloženi velikim naprezanjima. Nakon Drugog svjetskog rata, indij se prvenstveno koristio u elektroničkoj industriji, kao materijal za lemljenje te u lahkotopivim legurama. Osim toga, njegova upotreba u kontrolnim šipkama u nuklearnim reaktorima postala je važna sve većom upotrebom nuklearne energije. Ovo je do 1980. dovelo i do prvog snažnog rasta cijena indija. Međutim nakon nuklearne nesreće u elektrani Three Mile Island, potražnja i cijena indija su značajno opale.^[10]

Od 1987. razvijena su dva nova spoja indija, poluprovodnik indij-fosfid i indij-kalaj-oksid koji je providan i, u tankim slojevima, dobar provodnik. Naročito je indij-kalaj-oksid je razvojem ekrana na bazi tečnog kristala postao tehnički veoma zanimljiv. Zbog velike potražnje od 1992. najveći dio indija se prerađuje upravo u indij-kalaj-oksid.^[10]

Fizičke

Indij je srebreno-bijeli metal, sa vrlo niskom tačkom topljenja od 156,60 °C.^[3] Nižu tačku topljenja od indija među čistim (nelegiranim) metalima imaju još samo živa, galij i većina alkalnih metala. Indij je u tečnom stanju u veoma velikom temperaturnom rasponu od gotovo 2000 °C. Tečni indij na staklu trajno ostavlja tanki sloj (film), koji se veže na staklo. Sličnu osobinu ima i galij.

Metal posjeduje veoma veliku duktilnost i veoma malehnu tvrdoću (po Mohsovoj skali: 1,2).^[1] Prema tome, indij, poput natrija, moguće je rezati običnim nožem. Istovremeno, indij na papiru ostavlja uočljiv trag. Ispod kritične temperature od 3,41 K, indij je superprovodnik.^[12] Posebnost indija, koju dijeli sa kalajem, je karakterističan zvuk koji se može čuti pri savijanju indija (kalajni vrisak).

U normalnim uslovima okoline, poznata je samo jedna kristalna modifikacija indija, koja se kristalizira u tetragonalnom kristalnom sistemu u I4/mmm te se tako kristalizira u tetragonalno-unutrašnje centriranu rešetku sa parametrima rešetke a = 325 pm i c = 495 pm kao i dvije formulske jedinice u elementarnoj ćeliji. Atom indija u kristalnoj strukturi je okružen sa 12 ostalih atoma, pri čemu četiri potječe iz susjednih elementarnih ćelija i imaju manji razmak (325 pm, crveni spojevi na slici) od osam atoma koji su naslonjeni na vrhovima elementarnih ćelija atoma (337 pm, zeleni spojevi na slici).

Kao koordinacijski poliedar iskazuje se nepravilni kubični oktaedar kroz koordinacijski broj 4 + 8 = 12. Kristalna struktura stoga se može opisati kao tetragonalna nepravilna, kubne najgušće kuglasto pakovanje. U eksperimentima sa visokim pritiscima, otkrivena je još jedna modifikacija indija, koja je stabilna pod pritiskom iznad 45 GPa a kristalizira se u ortorompskom kristalnom sistemu u prostornu grupu Fmmm.^[13]

Hemijske

Hemijske osobine indija dosta su slične onima kod njegovih komšija iz grupe, galija i talija. Tako je indij, kao i druga dva elementa, neplemeniti metal, koji pri visokim temperaturama može reagirati sa mnogim nemetalima. Izložen zraku, na sobnoj temperaturi je stabilan, jer, poput aluminija, na njegovoj površini stvara se gusti sloj oksida koji putem pasivizacije štiti materijal od daljnje oksidacije. Tek pri višim temperaturama odvija se reakcija kojom nastaje indij(III) oksid.

Iako indij mogu napadati mineralne kiseline kao što je sumporna ili dušična kiselina, on nije rastvorljiv u vreloj vodi, bazama i većini organskih kiselina. Također ni slana (morska) voda ne napada indij. Pri sobnoj temperaturi, indij je najbolje rastvorljiv metal u živi.^[14]

Izotopi

Poznato je 38 različitih izotopa indija i još 45 nuklearnih izomera počev od ⁹⁷In do ¹³⁵In.^[15] U prirodi postoje samo dva izotopa, ¹¹³In sa 64 neutrona i zastupljenošću od 4,29% i ¹¹⁵In (66 neutrona) koji ima udio od 95,71%^[15] u prirodnoj izotopskoj smjesi. Češći izotop, ¹¹⁵In, je blago radioaktivan. Raspada se vrlo sporo beta-raspadom, sa vremenom poluraspada od 4,41 · 10¹⁴ godina. Tako naprimjer kilogram indija ima aktivnost od 250 bekerela. Oba prirodna izotopa indija može se dokazati uz pomoć NMR spektroskopije. Najstabilniji vještački izotopi su ¹¹¹In i ^114mIn koji imaju vrijeme poluraspada od nekoliko dana, dok se polovina izotopa ^113mIn raspadne za oko 1,5 sat. Izotopi ¹¹¹In i ^113mIn koriste se u medicinskoj dijagnostici za postupke dobijanja slika (poput scintigrafije i SPECT metode).^[16][17]

Indij je relativno rijedak element, njegov udio u kontinentalnoj Zemljinoj kori iznosi samo 0,05 ppm.^[18] Uspoređen s drugim elementima, njegova količina se može mjeriti količinom srebra ili žive. U samorodnom obliku, tj. elementarnoj formi, indij je do danas (stanje 2014.) pronađen na samo nekoliko mjesta na Zemlji. Kao tip lokaliteta pri tome vrijede nalazišta ruda tantala kod Olovjanaje u ruskoj Zabajkalskoj regiji. Osim tamo, samorodni indij se, između ostalog, može pronaći još u rudnom polju Perzanskoje u ukrajinskoj Žitomirskoj oblasti i u uzbekistanskoj provinciji Taškent u Čatkalskom gorju, a pronađen je i u probama tla sa Mjeseca.^[19]

Također i minerali koji sadrže indij su vrlo rijetki i do danas (stanje 2014.) poznato je samo 13 takvih minerala. To su uglavnom sulfidski minerali poput indita FeIn₂S₄, laforêtita AgInS₂ i roquesita CuInS₂ kao i u minerali koji se ubrajaju u minerale elemenata, kao što su prirodne legure damiaoit PtIn₂ i yixunit Pt₃In.^[20] Međutim, takvi oblici su veoma rijetki i za dobijanje indija ne igraju nikakvu ulogu.

Najveće zalihe indija nalaze se u rudama cinka, naročito sfalerita. Teoretske rezerve su procijenjene na oko 16.000 tona, ali je od toga ekonomski isplativo oko 11.000 tona.^[21] Najveća nalaziša nalaze se u Kanadi, Kini i Peruu. Rude sa sadržajem indija pronađene su i u Australiji, Boliviji, Brazilu, Japanu, Rusiji, Južnoafričkoj Republici, SAD-u, Afganistanu i nekim evropskim državama. U Njemačkoj, naprimjer, pronađene su u Rudnom gorju (Erzgebirge) te na Rammelsbergu u gorju Harz.^[9]

Indij se gotovo isključivo dobija kao sporedni proizvod u procesu dobijanja cinka ili olova. Ekonomski isplativo dobijanje je moguće, samo ako se u određenim fazama procesa proizvodnje sirovina koja sadrži indij podvrgne obogaćivanju. Ta sirovina često bude prašina nastala tokom žarenja cink-sulfida, kao i ostaci koji preostaju nakon elektrolize mokrim postupkom u proizvodnji cinka.^[14] Njima se dodaje sumporna ili hlorovodična kiselina te se otapaju u rastvor. Pošto je koncentracija indija u kiselinama veoma malehna, on se mora obogaćivati. To se dešava putem ekstrakcije sa tributilfosfatom ili taloženjem kao indij-fosfat.

Dobijanje metalnog indija slijedi nakon elektrolitičkog postupka. U njemu se koristi rastvor indij(III) hlorida u hlorovodičnoj kiselini. On se pomoću živinih elektroda pretvara u elementarni indij. Pri elektrolizi se mora voditi računa da rastvor ne sadrži nimalo talija, jer je standardni potencijal oba ova elementa vrlo sličan.^[14]

${\displaystyle \mathrm {In^{3+}+3\ e^{-}\ {\xrightarrow {Hg-elektr.}}\ In} }$

Pomoću pogodnog procesa poput zonalnog topljenja^[22] ili višekratne elektrolize istopljenih soli indij(I) hlorida^[14] sirovi indij se može dalje pročišćavati tako da se može dobiti indij čistoće preko 99,99 %.

Proizvodnja

Primarna (rafinerijska) proizvodnja indija u 2006. iznosila je, prema različitim izvorima, između 500^[23] i 580 tona.^[21] Zbog vrlo malih prirodnih zaliha od 11.000 tona^[21] u istovremenu ogromnu potražnju, indij se ubraja u najkritičnije sirovine na Zemlji. U Kini je 2008. godine objavljen podatak da su dosadašnje procjene od 280 tona prirodnih zaliha indija povećane na 8.000 tona, što je produžilo očekivani vijek trajanja svjetskih zaliha sa šest na 19 narednih godina. Sekundarna proizvodnja tj. recikliranje premašuje primarnu te je u 2008. iznosila 800 tona.^[23]

Rafinerijska proizvodnja
po državama (2008)^[21]

Država	Tona	% svjetske proizvodnje
Kina	330	58,1
Japan	60	10,6
Kanada	50	8,8
Južna Koreja	50	8,8
Belgija	30	5,3
Rusija	12	2,1
Peru	6	1,1
drugi	30	5,3
ukupno (zaokr.)	568	100

Proizvodnja indija u Kini započela je rast u skorije vrijeme. U 1994. proizvedena količina iznosila je samo 10 tona.^[24] Od tada, udio Kine u svjetskoj proizvodnji povećao se na 60% u 2005. godini. Proizvodnja u drugim državama poput Japana, Kanade i Francuske se povećala u vrlo malom postotku ili je smanjena zbog iscrpljivanja nalazišta. Tako naprimjer, japanski rudnik Tojoha je 2006. zatvoren te je tamošnja proizvodnja indija znatno smanjena.^[8]

Pošto je potražnja za indijem porasla znatno više nego njegova proizvodnja, proizašao je snažan rast cijena indija sa 97 US dolara u 2002. na 827 dolara po kg u 2005. godini.^[21] Recikliranje indija je isplativo naročito putem ponovne prerade ostataka iz katodne pulverizacije.^[21] Jedina država gdje se trenutno u većim količinama reciklira indij je Japan.^[8]

U industrijskoj tankoslojnoj tehnologiji je reciklaža ostataka katodne pulverizacije ekonomski prihvatljiva praksa zbog oblika u kojem se javlja indij (komadići) i relativno malo potrebnog rada i truda sa velikom vrijednošću materijala,^[25] za razliku od zidnih i ugradbenih pulverizacijskih komora kao i nekim strukturalnim otpadima.^[26] Zamjena indija u providnim provodnim slojevima (TCO, "transparentni, električni provodni oksid") sa cink-oksidom, naročio kod CIGS-,^[27] ali i kod a-Si- odnosno c-Si-solarnih ćelija^[28], kao i korištenje sekundarnih materijala za upotrebu u metama od indija manje čistoće,^[29] također je aktuelna tema istraživanja finansiranih od strane javnog sektora i resursno-ekonomskih nauka o materijalima.

Iako se indij u većini aplikacija može zamijeniti drugim materijalima, ipak se takvim proizvodima često smanjuje neke osobine ili ekonomičnost proizvodnje. Tako naprimjer indij-fosfid se može zamijeniti s galij-arsenidom a i za indij-kalaj-oksid poznati su neki, mada kvalitativno lošiji, zamjenski materijali.^[21]

Indij je našao primjenu u mnogim industrijama, međutim zbog svoje rijetkosti i visokih troškova proizvodnje, njegova upotreba je dosta ograničena. Najveći dio proizvedenog indija se ne koristi u elementarnom stanju, nego se prerađuje u razne spojeve. Samo u 2000. godini 65% cjelokupne svjetske proizvodnje indija je potrošeno za proizvodnju indij-cink-oksida. Koristi se za zaštitu različitih galvanskih elemenata, proizvodnju ležajeva u automobilskoj i avio-industriji, ali se zbog visokih cijena indija prešlo na druge metale. Zbog pravilne polarizacije svjetlosti, koristi se i za pravljenje kvalitetnih ogledala.

Nisu poznate toksične osobine indija, međutim savjetuje se oprez pri rukovanju s njegovim prahom, jer može doći do zapaljenja i eksplozije.

• Indij galij arsenid

• Indij na Wikimedia Commonsu