ҒАЖАЙЫП ЕЛДІҢ АТТАСЫ (ИНДИЙ)

ИНДИЙ (Indium) In – периодтық жүйенің 13-і (ІІІа) тобының химиялық элементі. Индийдің ⁹⁸In-ден ¹³⁴In-ге дейін 37 изотопы белгілі. Олардың ішіндегі тұрақтысы тек біреу ¹¹³In. Табиғатта жартылай ыдырау уақыты 4,41·10¹⁴ жылға тең 2 изотопы: ¹¹³In (4,29%) және ¹¹⁵In(95,71%) кездеседі. Соңғы он жылда жасанды жолмен индийдің 20 радиоактивті изотопы алынған. Олардың ішіндегі ең ұзақ өмір сүретінің жартылай ыдырау уақыты 49 күнге тең.

Индийдің ашылу тарихы

Индийдің ашылуы Кирхгофф пен Бунзен ашқан сол кездегі жаңа зерттеу әдісі – спектральды талдаудың қарқынды дамуы дәуірінде орын алды. 1863 жылы неміс химиктері Рейх и Рихтер Фрейберг қаласының маңынан әкелінген мырыш алдамшысына спектроскопиялық талдау жүргізді. Спектрде бұған дейін белгілі элементтердің ешқайсысына сәйкес емес ашық-көк жолақ (4511Å) бар болып шықты. Бұл жолақтың эмиссионды спектрдегі түсі индиго бояуы (латинша «indicum» – үнді бояуы) түсіне ұқсас болуына байланысты ашылған элемент индий деп аталды.

Индий табиғатта. Жер қыртысындағы мөлшері бойынша индий сирек элементтерге, ал таралу сипатына байланысты – шашыранды элементтерге жатады. Индийдің жер қыртысындағы кларкі 1,4·10^–5% сәйкес.

Аз мөлшерде индий тас көмірдің күлінде, кейбір мұнайларда (2,2·10^–6% In), теңіз ((0,02–7)·10^–10% In) және жаңбыр суында ((0,002–2)·10^–7%) кездеседі. Индийдің ғаламдағы жалпы мөлшері 3·10^–10%(масс.) немесе 3·10^–12 %(ат.) деп бағаланады.

Қарапайым заттың қасиеттері. Индий – жылтыраған ақ металл, ауада ұзақ сақтағанда тіпті балқыған күйінде де күңгірттенбейді. Индий өте жұмсақ және созылғыш. Оның қаттылығы Моос шкаласы бойынша 1-ден аз ғана үлкен (одан тек тальк қана жұмсақ), сондықтан индий өзегін қағаз бетімен жүргізгенде ол онда сұр із қалдырады. Индий таза алтыннан 20 есе жұмсақ және ол тырнақпен оңай сызылады, ал оның созылуға карсылығы қорғасынмен салыстырғанда 6 есе аз. 800 °С-тан жоғары температурада индий ауада көк-күлгінді жалынмен жанып, индий(ІІІ) оксидін түзеді:

2In + 3O₂ = 2In₂O₃.

Оттек қатысында ол суда баяу коррозияланып гидроксид түзеді:

4In + 3O₂ + 6H₂O = 4In(OH)₃.

Сұйытылған қышқылдарда суықта әлсіз, ал қыздырғанда анағұрлым жақсы ериді. Галоген сутекті қышқылдарда жақсы ериді (НҒ-да – тотықтырғыш қатысында):

2In + 6HCl = 2InCl₃ + 3H₂­,

2In + 6HF + 3H₂O₂ = 2InF₃ + 6H₂O.

Индийдің концентрлі күкірт қышқылымен суықта әрекеттесуі сутек, ал қыздырғанда – күкірттің диоксиді бөлініп жүреді. Қосылған қышқылдың мөлшеріне байланысты қалыпты сульфат не комплексті қышқыл түзілуі мүмкін:

2In + 6H₂SO₄ = In₂(SO₄)₃ + 3SO₂­+ 6H₂O (қыздырғанда)

In + 2H₂SO₄ + 3,5H₂O = HIn(SO₄)₂·3,5H₂O¯ + 2H₂­ (суықта).

Индий концентрациясы әр түрлі азот қышқылында нитрат түзіп әрекеттеседі:

In + 4HNO₃ = In(NO₃)₃ + NO­ + 2H₂O.

Индий сірке қышқылымен әрекеттеспейді, бірақ қымыздық қышқылында ериді:

2In + 6H₂C₂O₄ = 2H₃[In(C₂O₄)₃] + 3H₂­.

Галогендермен аздап қыздырғанда тригалогенидтер түзіледі:

2In+3X₂ = 2InX₃ (X = F, Cl, Br, I).

Индийді 1000 °С-та күкіртті сутекпен әрекеттестіріп немесе индий мен күкіртті стехиометриялық қатынаста СО₂ атмосферасында балқытып индийдің(I) сульфидін алуға болады:

In + H₂S = In₂S + H₂ (1000 °С),

2In + S = In₂S.

Индийдің маңызды қосылыстары. Индий өзінің қосылыстарында 0-ден +3-ке дейінгі барлық тотығу дәрәжелерінде бола алады. Бір валентті индий қосылыстары бүгінде жақсы зерттелген, бірақ та тек үшвалентті индий қосылыстарының ғана практикалық маңызы бар, олар анағұрлым тұрақты және кең тараған.

Индий(III) оксиді In₂O₃ – сарғыш не жасылдау-сары кристалдар, тығыздығы 7180 кг/м³. Балқу температурасы 1910 °С. Металдық индийді оттегімен тотықтыру, индийдің нитратын не гидроксидін ыдырату арқылы алынады:

In(OH)₃ = In₂O₃ + H₂O­,

4In(NO₃)₃ = 2In₂O₃ + 12NO₂­ + 3O₂­.

Индий оксиді электрөткізгіш элемент ретінде кең қолданылады.

Индийдің пниктогенидтері. Пниктогенидтер – индийдің периодты жүйенің V тобының негізгі топшасы элементтерімен (висмуттан басқасы) түзетін қосылыстары, олар жартылай өткізгіштік қасиетке ие. Фосфор, мышьяк және сурьмамен индий бір-бірден стехиометрлік қосылыс түзеді – InP (фосфид), InAs (арсенид) және InSb (антимонид).

Индийдің және оның қосылыстарының қолданылуы:

• Микроэлектроникада германий мен кремнийге акцепторлы қоспа ретінде қолданылады.
• Сұйықкристалды экрандардың шынысын өндіруде қолданылады.
• Оңай балқығыш дәнекердің құрамдас бөлігі. Көптеген материалға қатысты жоғары адгезиялық қасиет көрсетіп, мысалы, металл мен шыныны дәнекерлеуге мүмкіндік береді.
• Айналардың, мысалы, автомобиль фараларының, бетін қаптау үшін қолданылады. Бұндай айналардың күміспен қапталғандармен салыстырғандағы шағылыстыру қабілеттілігі кем емес, ал атмосфераның әсеріне төзімділігі – жоғары болады.
• Фотоэлементтер материалы ретінде.
• Люминесцентті материал ретінде.
• Дизельді қозғалтқыштардың алюминийлі поршендерінің қажалып тозуын төмендету мақсатында оларды қаптау (жабу) үшін.
• Индий арсениді жоғары температуралы, тиімділігі өте жоғары термоэлектрлі материал ретінде пайдаланылады. Оның тиімділігін арттыру үшін ол көп жағдайда 10 % индий фосфидімен легирленеді.
• Индий изотоптары (¹¹¹In және ^113mIn) радиофармацевтикалық препараттар ретінде қолданылады.
• Индий изотопы ¹¹⁵In бастапқы энергиясы 120 кэВ дәрежесіндегі электронды нейтриноны детектрлеу үшін ұсынылған: ¹¹⁵In + ν_e → ¹¹⁵Sn+e⁻+2γ.

• · Термопараларды градуирлеу мақсатында пайдалануға болады.

Индий-сынап оксиді электрохимиялық жүйесі меншікті электр сиымдылығы жоғары, уақыт бойынша өте тұрақты ток көздерін (аккумуляторларын) жасауға қолданылады. Индийді қолданудың маңызды аймағы - жоғары вакуумды техника, онда ол нығыздағыш (төсенішке, қаптауға) ретінде, мысалы, космостық аппараттар мен элементарлы бөлшектердің қуатты үдеткіштерін герметикалауда қолданылады.

Индийдің күміспен құймалары күкіртсутектің әсеріне сезімтал емес және олар жоғары сапалы шағылыстыратын беттер жасауда пайдаланылады. Индийдің галлий, қалайы және мырышпен құймалары комнаталы температурада сұйық күйде болады (олардың біреусі +3 °C балқиды) және оларды сұйықметалды жылу тасымалдағыш ретінде қолдануға болады.

Индийдің жылу нейтрондарын іліп әкету қимасы өте жоғары болғандықтан ол атомды реакторларда қолданысқа ие. Мысалы, индий оксиді атомды техникада жылу нейтрондарын сіңіру үшін пайдаланылатын шыны жасауда қолданылады. Бұндай шынының ең кең тараған құрамы – бор оксиді (33%), кадмий оксиді (55%), индий оксиді (12%).

Индийдің биологиялық ролі. Индийдің биологиялық ролі жөнінде мәліметтер өте аз. Белгілісі – оның аз мөлшерде тіс жамылғысында болуы және сау тістермен салыстырғанда ауыратын тістерде (кариозды) оның концентрациясының біршама төмен болуы. Индийдің токсикологиясы жөніндегі мәліметтер де көп емес: асқазанға және күретамыр арқылы ішке түскенде индий аз уытты болады. Индий шаңы зиянды. Индийдің ауадағы ШРК 0,1 мг/м³ (АҚШ) и 4 мг/м³ (Ресей).

Металды өнеркәсіптік алу және индий нарығы. Соңғы жылдары индийдің әлемдік тұтынуы тез өсуде және ол 2005 жылы 850 тоннаға жетті. Ин.дий мырыш, қорғасын және қалдайы өндірісінің қалдықтары мен аралық өнімдерінен алынады. Индийдің негізгі бөлігі қорғасын-мырыш кендерінен (70–75%), ал аз ғана бөлігі қалайы кендерінен (10–15%) өндіріледі. Индийді бөліп шығару сызбанұсқалары күрделі және көп сатылы: бастапқы шикізаттан индий концентраты, ал концентраттан – қарал металл өндіріледі, содан соң ол рафинирленеді. Бастапқы шикізат күкірт қышқылымен өңделіп, индий ерітіндіге көшіріледі, одан гидролиттік тұндыру арқылы концентрат алынады. Концентраттан қара металл мырыш және алюминиймен цементациялау арқылы бөліп шығарылады. Бұл мақсатта экстракция және ионалмасу әдістері де қолданылады. Рафинирлеу үшін әр түрлі әдістер, мысалы, зонналық қорыту әдісі пайдаланылады.

Бүгінгі күні индийдің әлемдік қоры жөнінде анық мәліметтер жоқ, өйткені оны бөліп алу әруақыт мырыш кендерін қайта өндеумен байланысты. Жуық бағалау бойынша (United States Geological Surveys: маусым 2004ж.) индийдің барланған кендерінің әлемдік қоры металға есептегенде 2,5·10³ тонна, ал барланбаған қорларын ескергенде ол – 6·10³ тонна металды құрайды. Индий қорының мөлшері бойынша әлемдік көшбасшылар қатарында Канада (әлемдік қордың 30%), Қытай және АҚШ (әлемдік қордың 10%) бар. 1 кг индийдің бағасы 2006 ж. 700$ болды.

Біздің республиканың индийді Шығыс-, Оңтүстік Казақстан және Алматы облыстарының полиметалды кен орындарынан өндіріп бөліп шығаруда үлкен мүмкіндіктері бар. 1999 жылы экспортталған индийдің көлемі 0,2 т ( 33,9 мың долл.) және ол 2000 ж. 0,4 т (52,9 мың долл.) болғанын ескерсек, бұны тек отандық экономиканың индий нарығындағы өз орнын табудағы алғашқы бастамасы деп есептеуге болады. Тазалығы жоғары қорғасын мен мырыш өндіруді үлкен көлемде іске асырумен қатар бұл металды да көп мөлшерде бөліп алуға болады.

ӘДЕБИЕТ

1. Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий. М., Наука, 1970.
2. Химия и технология редких и рассеянных элементов, т.1. Под. ред. К.А. Большакова. М., 1976.
3. Химическая энциклопедия: в 5 т.. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т.2. — С.226. — 671с.
   1. Популярная библиотека химических элементов. Под. ред. Петрянова-Соколова И.В. М., 1983.
   2. Федоров П.И., Акчурин Р.Х. Индий. М., 2000.