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„Indium“ – Versionsunterschied

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Während Indium von [[Mineralsäure]]n wie [[Salpetersäure]] oder [[Schwefelsäure]] angegriffen wird, ist es nicht löslich in heißem Wasser, [[Base (Chemie)|Basen]] und den meisten [[Organische Säure|organischen Säuren]]. Indium ist bei Raumtemperatur das in [[Quecksilber]] am Besten lösliche Metall<ref name="CIT"/>.
Während Indium von [[Mineralsäure]]n wie [[Salpetersäure]] oder [[Schwefelsäure]] angegriffen wird, ist es nicht löslich in heißem Wasser, [[Base (Chemie)|Basen]] und den meisten [[Organische Säure|organischen Säuren]]. Indium ist bei Raumtemperatur das in [[Quecksilber]] am Besten lösliche Metall<ref name="CIT"/>.

== Isotope ==
Von Indium sind 38 verschiedene [[Isotop]]e und weitere 45 [[Kernisomer]]e von <sup>97</sup>In bis <sup>135</sup>In bekannt.<ref name="nubase">G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: ''[http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties]''. In: ''Nuclear Physics''. Bd. A 729, 2003, S. 3–128.</ref> In der Natur kommen davon nur zwei Isotope vor, <sup>113</sup>In mit 4,295&nbsp;% und <sup>115</sup>In mit 95,715&nbsp;%<ref name="nubase"/> Anteil an der natürlichen Isotopenverteilung. Das häufige Isotop <sup>115</sup>In ist schwach radioaktiv, es ist ein [[Betastrahlung|Betastrahler]] mit einer [[Halbwertszeit]] von 4,41 · 10<sup>14</sup> Jahren. Die stabilsten künstlichen Isotope <sup>111</sup>In und <sup>114m</sup>In haben Halbwertszeiten von einigen Tagen. Davon dient <sup>111</sup>Indium als [[Tracer (Nuklearmedizin)|Tracer]] in verschiedenen [[nuklearmedizin]]ischen Untersuchungsverfahren.


== Verwendung ==
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* Intermetallische indiumhaltige Verbindungen eignen sich zum Bau von InfrarotSensoren und Solarkollektoren.
* Intermetallische indiumhaltige Verbindungen eignen sich zum Bau von InfrarotSensoren und Solarkollektoren.
* [[Indiumzinnoxid]] (ITO, englisch ''indium tin oxid'') ist lichtdurchlässig und elektrisch leitend und wird daher vielfältig als durchsichtige Zuleitung auf Solarzellen oder flüssig-kristallinen Digitalanzeigen ([[Flüssigkristallbildschirm|LCD]]) benutzt.
* [[Indiumzinnoxid]] (ITO, englisch ''indium tin oxid'') ist lichtdurchlässig und elektrisch leitend und wird daher vielfältig als durchsichtige Zuleitung auf Solarzellen oder flüssig-kristallinen Digitalanzeigen ([[Flüssigkristallbildschirm|LCD]]) benutzt.

<sup>111</sup>Indium dient als [[Tracer (Nuklearmedizin)|Tracer]] in verschiedenen [[nuklearmedizin]]ischen Untersuchungsverfahren.


== Verbindungen ==
== Verbindungen ==

Version vom 12. September 2007, 18:11 Uhr

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Indium, In, 49
Elementkategorie
Gruppe, Periode, Block 13, 5, p
Aussehen silbrig glänzend grau
Massenanteil an der Erdhülle 1 · 10−5
Atomar
Atommasse 114,818 u
Atomradius (berechnet) 155 (156) pm
Kovalenter Radius 144 pm
Van-der-Waals-Radius 193 pm
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d105s25p1
1. Ionisierungsenergie 558,3
2. Ionisierungsenergie 1820,7
3. Ionisierungsenergie 2704
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Modifikationen keine
Kristallstruktur tetragonal
Dichte 7310
Mohshärte 1,2
Magnetismus paramagnetisch
Schmelzpunkt 429,75 K (156,6 °C)
Siedepunkt 2345 (2072 °C)
Molares Volumen 15,76 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 231,8[1]
Schmelzenthalpie 3,26 kJ·mol−1
Dampfdruck 1,42 · 10−17 Pa bei 429 K
Schallgeschwindigkeit 1215 m·s−1 bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 233 J·kg−1·K−1
Elektrische Leitfähigkeit 12,5 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 81,6 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände 3, 1
Normalpotential −0,343 V (In3+ + 3e− → In)
Elektronegativität 1,78 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
113In 4,3 % Stabil
114In {syn.} 71,9 s β− 1,989 114Sn
ε 1,452 114Cd
115In 95,7 % 4,41 · 1014 a β− 0,495 115Sn
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung{{{GHS-Piktogramme}}}
H- und P-Sätze H: {{{H}}}
EUH: {{{EUH}}}
P: {{{P}}}
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Indium ist ein chemisches Element mit dem Symbol In und der Ordnungszahl 49. Der Name leitet sich von der charakteristischen indigofarbenen Bande im Linienspektrum ab. Im Periodensystem steht es in der 5. Periode und ist das vierte Element der 3. Hauptgruppe (nach neuer Zählung Gruppe 13) oder Borgruppe. Indium ist ein seltenes silberweißes und relativ weiches Metall. Es gilt als das erste Element, dessen natürlich Vorkommen vollständig erschöpft sein werden. Indium ist für den Menschen nicht essentiell, auch toxische Effekte sind nicht bekannt[3].

Geschichte

Indium wurde im Jahr 1863 von den deutschen Chemikern Ferdinand Reich und Theodor Richter an der Bergakademie Freiberg entdeckt. Sie untersuchten eine in der Umgebung gefundene Sphalerit-Probe nach Thallium. Dabei fanden sie im Flammenspektrum anstatt der erwarteten Thallium-Linien eine bisher unbekannte indigoblaue Spektrallinie. Nach dieser erhielt das neue Element auch seinen Namen. Kurze Zeit später konnten sie zunächst Indiumchlorid und -oxid, durch Reduktion von Indiumoxid mit Wasserstoff auch das Metall darstellen. Eine größere Menge Indium wurde erstmals auf der Weltausstellung 1867 in Paris gezeigt[4].

Vorkommen

Indium ist ein seltenes Element, sein Anteil an der kontinentalen Erdkruste beträgt nur 0,05 ppm[5]. Es ist damit von ähnlicher Häufigkeit wie Silber und Quecksilber. In gediegenem Zustand wurde Indium bisher nur in einem Einzelfund im östlichen Sibirien gefunden.[6] Es sind nur wenige Indium-Minerale bekannt. Dies sind vor allem sulfidische Minerale wie Indit FeIn2S4 und Roquésit CuInS2[7]. Diese sind jedoch selten und spielen für die Gewinnung von Indium keine Rolle. Die größten Vorkommen von Indium liegen in Zinkerzen, inbesondere Sphalerit. Die theoretischen Reserven werden auf 6000 Tonnen geschätzt, wirtschaftlich abbaubar davon sind allerdings nur 2800 Tonnen[8]. Die größten Vorkommen liegen in Kanada und China.

Gewinnung und Darstellung

Indiumdraht

Indium wird fast ausschließlich als Nebenprodukt bei der Produktion von Zink oder Blei gewonnen. Die vorhandenen Indiumminerale sind zu selten für einen wirtschaftlich rentablen Abbau. Die Gewinnung ist möglich, wenn sich an bestimmten Stellen des Produktionsprozesses Indium anreichert. Dies sind etwa Flugstäube, die während des Röstens von Zinksulfid entstehen und Rückstände, die bei der Elektrolyse während des nassen Verfahrens der Zinkherstellung zurückbleiben.[9] Diese werden mit Schwefelsäure oder Salzsäure umgesetzt und so in Lösung gebracht. Da die Konzentration an Indium in der Säure für eine wirtschaftliche Indiumproduktion zu gering ist, muss sie angereichert werden. Dies geschieht etwa durch Extraktion mit Tributylphosphat oder Fällung als Indiumphosphat.

Die eigentliche Indiumgewinnung erfolgt elektrolytisch. Dazu wird eine Lösung von Indium(III)-chlorid in Salzsäure verwendet. Dieses wird mit Hilfe von Quecksilberelektroden zu elementarem Indium umgesetzt. Bei der Elektrolyse ist darauf zu achten, dass die Lösung kein Thallium mehr enthält, da die Standardpotentiale der beiden Elemente sehr ähnlich sind[9]. Durch geeignete Verfahren wie Zonenschmelzverfahren[10] oder mehrmalige Elektrolyse von Indium(I)-chlorid-Salzschmelzen[9] kann das Rohprodukt weiter gereinigt werden und so 99,99 % reines und noch reineres Indium gewonnen werden.

Die Produktion von Indium lag im Jahr 2005 bei 500 Tonnen[8]. Die Hauptproduktionsländer sind China, Japan, Kanada und Belgien. Da die abbaubaren Reserven nach heutigem Stand nur bei etwa 2400 Tonnen liegen, zählt Indium zu den knappsten Rohstoffen auf der Erde. Mit einem Versiegen der Ressourcen wird auf Basis von Extrapolationen in weniger als zehn Jahren gerechnet. Durch den starken Abbau sind viele Lagerstätten erschöpft, unter anderen wurde 2006 die japanische Toyoha-Mine geschlossen und so die dortige Produktion deutlich verringert.[11] Die Nachfrage ist vor allem wegen der hohen Nachfrage nach Indiumzinnoxid für die Produktion von Fernsehern stark gestiegen. Dies bedingte einen starken Anstieg des Indium–Preises von 97 Dollar 2002 auf 827 Dollar 2005[8]. Recycling von Indium wird auf Grund des niedrigen Indium-Gehaltes vieler elektronischer Geräte mit Ausnahme von Japan selten durchgeführt.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Indium ist ein silbrig-weißes Metall mit einem niedrigem Schmelzpunkt von 156,61 °C[3]. Einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzen unter den Metallen nur Quecksilber, Gallium und die meisten Alkalimetalle. Über einen sehr großen Bereich von fast 2000 K ist das Metall flüssig. Flüssiges Indium benetzt wie Gallium dauerhaft Glas. Das Metall besitzt eine hohe Duktilität und sehr geringe Härte (Mohs-Härte: 1,2[10]). Es ist daher ähnlich Natrium möglich, Indium mit dem Messer zu schneiden. Sein Kristallsystem ist die für Metalle ungewöhnliche tetragonal-flächenzentierte Kristallstruktur. Unterhalb von 3,37 K ist Indium supraleitend. Eine Besonderheit des Indiums, die es mit dem Zinn gemeinsam hat, sind die charakteristischen Geräusche, die beim Verbiegen von Indium zu hören sind („Zinngeschrei“).

Chemische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften des Indium ähneln denen der Gruppennachbarn Gallium und Thallium. So ist Indium wie die beiden anderen Elemente ein unedles Element, das bei hohen Temperaturen mit vielen Nichtmetallen reagieren kann. An der Luft ist es bei Raumtemperatur stabil, da sich wie bei Aluminium eine dichte Oxidschicht bildet, die das Material durch Passivierung vor weiterer Oxidation schützt. Erst bei hohen Temperaturen findet die Reaktion zu Indium(III)-oxid statt.

Während Indium von Mineralsäuren wie Salpetersäure oder Schwefelsäure angegriffen wird, ist es nicht löslich in heißem Wasser, Basen und den meisten organischen Säuren. Indium ist bei Raumtemperatur das in Quecksilber am Besten lösliche Metall[9].

Isotope

Von Indium sind 38 verschiedene Isotope und weitere 45 Kernisomere von 97In bis 135In bekannt.[12] In der Natur kommen davon nur zwei Isotope vor, 113In mit 4,295 % und 115In mit 95,715 %[12] Anteil an der natürlichen Isotopenverteilung. Das häufige Isotop 115In ist schwach radioaktiv, es ist ein Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 4,41 · 1014 Jahren. Die stabilsten künstlichen Isotope 111In und 114mIn haben Halbwertszeiten von einigen Tagen. Davon dient 111Indium als Tracer in verschiedenen nuklearmedizinischen Untersuchungsverfahren.

Verwendung

Die Verwendung des Indiums ist vielfältig. Indium zeigt eine hohe Duktilität und gute Gleit- und Schmierfähigkeit. Dadurch bilden galvanisch abgeschiedene Indiumüberzüge auf Blei-, Stahl- und Cadmium-Gleitlagern einen ausgezeichneten Oberflächenschutz gegen Abrieb. Indiumdichtungen werden auch in der kryogenen Vakuumtechnik als Dichtungsmaterial eingesetzt.

Infolge des niedrigen Schmelzpunktes von 157 °C kann Indium, mit anderen Metallen legiert, Speziallote bilden. Weiterhin kann die Eigenschaft des niedrigen Schmelzpunktes genutzt werden, um Schmelzsicherungen für Branddetektoren herzustellen. Eine andere Anwendung der Indiumlegierungen besteht als Füllmasse für Hochtemperaturthermometer.

Aber auch umweltfreundliche quecksilberfreie Fieberthermometer haben Indium als Legierungsbestandteil in ihrer Füllmasse. Mit Kupfer, Mangan und Magnesium wird Indium als Legierungsbestandteil von magnetischen Werkstoffen verwendet. Gelegentlich wird Indium in Dentallegierungen verwendet. Indium und dessen Verbindungen spielen eine wichtige Rolle in der Halbleitertechnik. Die Einsatzgebiete seien hier kurz genannt:

  • Verwendung in Hallsonden, die zur Messung von Magnetfeldern dienen.
  • Ternäre Indiumlegierungen mit Schwermetallantimoniden zeigen anisotrope elektrische Eigenschaften.
  • Intermetallische indiumhaltige Verbindungen eignen sich zum Bau von InfrarotSensoren und Solarkollektoren.
  • Indiumzinnoxid (ITO, englisch indium tin oxid) ist lichtdurchlässig und elektrisch leitend und wird daher vielfältig als durchsichtige Zuleitung auf Solarzellen oder flüssig-kristallinen Digitalanzeigen (LCD) benutzt.

Verbindungen

  • InGaAs: Indiumgalliumarsenid, ternärer Halbleiter mit einer im Vgl. zu GaAs verringerten Bandlücke.
  • In2O3: Indiumoxid, gelber Feststoff, entsteht bei der Oxidation von Indiumpulver
  • InSe: Indiumselenid, schwarze Kristalle, Verwendung als Halbleiter
  • InP: Indiumphosphid, spröde Masse, Halbleiter für Solarzellen
  • InCl3: Indium(III)-chlorid, weiße Flocken
  • In2S3: Indiumsulfid, Dünnschichthalbleiter (Solarzellen)

Sicherheitshinweise

Beim Umgang mit Indium sind – wie bei allen Chemikalien – die gesetzlichen Vorschriften zu beachten (z.B. Chemikaliengesetz, Mutterschutzgesetz). Als Pulver oder Staub ist es leicht entzündlich, in kompakter Form nicht brennbar.

Einzelnachweise

  1. ↑ J.A. Dean (ed.), Lange's Handbook of Chemistry (15th Edition), McGraw-Hill, 1999; Section 6, Thermodynamic Properties; Table 6.4.
  2. ↑ a b c Eintrag zu Indium–Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  3. ↑ a b Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
  4. ↑ . Schwarz–Schampera, P. M. Herzig: Indium: Geology, Mineralogy and Economics. Springer, Berlin, 2002, ISBN 3-540-43135-7.
  5. ↑ K. H. Wedepohl: The composition of the continental crust in: Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, 59, 7, 1217-1232.
  6. ↑ www.mindat.org/Indium
  7. ↑ Mineralienatlas (wiki)/Indium
  8. ↑ a b c Indium bei usgs mineral resources
  9. ↑ a b c d Wilhelm Morawiez: Herstellung von hochreinem Indium durch Amalgam–Elektrolyse in: Chemie Ingenieur Technik - CIT, 1964, 36, 4.
  10. ↑ a b Indium bei Seilnacht.com
  11. ↑ Die stofflichen Grenzen des Wachstums, Pressespiegel Physik der Uni Augsburg
  12. ↑ a b G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. In: Nuclear Physics. Bd. A 729, 2003, S. 3–128.

Literatur

  • U. Schwarz–Schampera, P. M. Herzig: Indium: Geology, Mineralogy and Economics. Springer, Berlin, 2002, ISBN 3-540-43135-7.
  • Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.
  • Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie, Band 1. 9. Auflage. dtv, 2000, ISBN 3-423-03217-0
Wiktionary: Indium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Indium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

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