Индий в 1863 году обнаружили немецкие химики Фердинанд Райх и Теодор Рихтер при спектроскопическом исследовании цинковой обманки. Они искали таллий, однако вместо зелёной линии этого элемента нашли в спектрах яркую неизвестную ярко-голубую линию цвета индиго, откуда и произошло название металла (профессор Ф. Райх страдал дальтонизмом и не мог различать цвета спектральных линий, поэтому все наблюдения регистрировал его ассистент Рихтер).
Этот металл и в наших приборах ― лучший показатель наличия нейтронного излучения. А что это индий, я знаю точно, потому что решился высверлить вот здесь для анализа…[1]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
...любопытное применение нашел индий в ювелирном деле ― добавка 1% индия к серебру вдвое увеличивает его твёрдость, а сплав 75% золота с 20% серебра и 5% индия имеет красивый золотисто-зелёный цвет.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
...в 1951 году выяснилось, что индий-115 подвержен альфа-распаду и постепенно превращается в олово-115. Процесс этот происходит очень медленно: период полураспада ядер индия-115 очень велик ― 6x1014 лет. Из-за этого и не удавалось обнаружить радиоактивность индия раньше.[4]
Индий ― <...> красивый металл серебристо-белого цвета. Его поверхность не замутнена окисной пленкой, на свету ярко блестит даже расплавленный индий. Тем не менее, никому не придёт в голову делать украшения из этого металла.[4]
Удивительно хилый металл! Известно, что свинец тоже не блещет выдающимися прочностными характеристиками, он самый непрочный из металлов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. У индия же предел прочности на растяжение в 6 раз меньше, чем у свинца.[4]
Индий в 20 раз мягче чистого золота. Из десяти минералов, составляющих шкалу твёрдости по Моосу, девять (все, кроме талька) оставляют на индии след.[4]
В физике существует понятие «квантовая точка». Ее можно сравнить с голографическим или виртуальным атомом, который тем не менее подчиняется всем законам квантовой механики. Квантовые точки получаются из разных элементов, однако наиболее легко получать их из индия.[5]
Атомная решетка индия такова, что электроны могут свободно перемещаться между атомами, однако поглощение электрона атомом здесь случается сравнительно редко. Электрон словно парит над слоем атомов, мобильный, но дискретный, и если слой индия достаточно тонок и узок, то порядка тысячи атомов индия объединяются и действуют как единое целое, совместно используя захваченный электрон. Возникает некий суперорганизм.[5]
Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о том, что открытое в России <якутское> индиевое сульфидно-марганцевое месторождение Высокогорное представляет собой пока единственный в своем роде природный объект. <...> На месторождении получило реализацию уникальное по интенсивности обогащение сульфидно-марганцевых руд как собственными минералами индия, так и в форме изоморфной примеси индия в сульфидах и сульфосолях...[6]
— Владимир Силаев и др., «Российское индиевое сульфидно-индиево-марганцевое месторождениеэндемик», 2013
В свободном состоянии эти элементы представляют собой серебристо-белые мягкие металлы с низкими температурами плавления. На воздухе они довольно стойки, воду не разлагают, но легко растворяются в кислотах, а галлий и индий — также и в щелочах. Кроме максимальной степени окисленности, равной +3, они могут проявлять и меньшую. В частности, для таллия характерны соединения, где его степень окисленности равна +1. Оксиды и гидроксиды галлия(III) и индия(III) амфотерны; гидроксид же таллия Тl(ОН)3 обладает только основными свойствами.[2]:618
Индий используется вместо серебра для покрытия рефлекторов <отражателей>; рефлекторы, покрытые индием, со временем не тускнеют, и поэтому их коэффициент отражения остается постоянным. Индий применяется также для покрытия вкладышей подшипников и в качестве одного из компонентов сплава для плавких предохранителей.
В качестве присадок к германию и в виде интерметаллических соединений с мышьяком и с сурьмой галлий и индий применяются в полупроводниковой электронике.[2]:619
Несмотря на то, что соединения низших валентностей индия более устойчивы, чем соединения галлия, они значительно менее изучены. InF2, по-видимому, существует, но структура его неизвестна. Известны моногалогениды InCl, InBr и InI. InCl2 не может существовать в виде самостоятельного соединения, но известен устойчивый In2Cl4...
Устойчивые соединения InI, способные существовать в водных растворах, неизвестны.[7]
В последние годы особое внимание учёных привлекают соединения галлия и индия с элементами V группы периодической системы ― азотом, фосфором, сурьмой. У этих соединений были обнаружены полупроводниковые свойства.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
Так же как таллий, индий встречается лишь в качестве примесей к цинковым и свинцовым рудам. Название свое он получил потому, что спектр его имеет яркую синюю линию, похожую по цвету на краситель индиго.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
Индий обладает высокой отражательной способностью. Зеркала астрономических приборов, прожекторов и рефлекторов самого различного назначения, покрытые индием или его смесью с серебром, прекрасно отражают свет и не тускнеют со временем. Ограниченное, но любопытное применение нашел индий в ювелирном деле ― добавка 1% индия к серебру вдвое увеличивает его твёрдость, а сплав 75% золота с 20% серебра и 5% индия имеет красивый золотисто-зелёный цвет.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
Индий можно назвать телохранителем подшипников. Дело в том, что, пока скорости движущихся частей машин были незначительны, для изготовления подшипников годилось олово и его сплавы с обычными металлами. Но развитие турбиностроения, реактивной техники привело к таким скоростям, при которых масло для смазки подшипников начинает разъедать их. Наилучшими оказались антифрикционные сплавы с индием. Они обладают высокой коррозионной стойкостью; если поверхность подшипника покрыть индием, то срок его службы увеличивается впятеро. Такой подшипник не боится смазки.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
...очень важное значение приобретает индий в полупроводниковой технике <...>, именно индий превращает чистый германий в р-кристаллы с «дырочной» проводимостью.[3]
— Евгений Свердлов, Владимир Василевский, «Рассеянные элементы», 1965
В 1862 году англичанин Вильям Крукс в ходе спектроскопического исследования шлама, присланного с одного из немецких сернокислотных заводов, обнаружил линии нового элемента таллия. А еще через год был открыт индий, причём самый молодой по тому времени метод анализа и самый молодой элемент сыграли в этом открытии не последние роли. В 1863 году немецкие химики Ф. Рейх и Т. Рихтер подвергли спектроскопическому анализу цинковую обманку из окрестностей города Фрейберга. Из этого минерала ученые получили хлорид цинка и поместили его в спектрограф, надеясь обнаружить характерную для таллия ярко-зеленую линию. Надежды оправдались, однако не эта линия принесла Рейху и Рихтеру мировую известность. В спектре оказалась и линия синего цвета (длина волны 4511 ангстрем), примерно такого же, какой даёт известный краситель индиго… Ни у одного из известных элементов такой линии не было. Так был открыт индий ― элемент, названный по цвету характерной для него индиговой линии в спектре.[4]
До 1870 года индий считался двухвалентным элементом с атомным весом 75,6. В 1870 году Д. И. Менделеев установил, что этот элемент трёхвалентен, а его атомный вес 113: так получалось из закономерностей периодического изменения свойств элементов. В пользу этого предположения говорили также новые данные о теплоёмкости индия. <...> Позже было установлено, что природный индий состоит из двух изотопов с массовыми числами 113 и 115. Преобладает более тяжелый изотоп ― на его долю приходится 95,7%. До 1950 года считалось, что оба эти изотопа стабильны. Но в 1951 году выяснилось, что индий-115 подвержен альфа-распаду и постепенно превращается в олово-115. Процесс этот происходит очень медленно: период полураспада ядер индия-115 очень велик ― 6x1014 лет. Из-за этого и не удавалось обнаружить радиоактивность индия раньше.
В последние десятилетия искусственным путём получены 19 радиоактивных изотопов индия. Самый долгоживущий из них In114 имеет период полураспада 49 дней.[4]
Индий ― довольно тяжелый (удельный вес ― 7,31) и красивый металл серебристо-белого цвета. Его поверхность не замутнена окисной пленкой, на свету ярко блестит даже расплавленный индий. Тем не менее, никому не придёт в голову делать украшения из этого металла. Ювелиры совершенно не интересуются им, как, впрочем, и большинство конструкторов. В качестве конструкционного материала индий абсолютно ни на что не пригоден. Стержень из индия легко согнуть, порезать на кусочки. Удивительно хилый металл! Известно, что свинец тоже не блещет выдающимися прочностными характеристиками, он самый непрочный из металлов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. У индия же предел прочности на растяжение в 6 раз меньше, чем у свинца.[4]
Говорят, что для химии нет бесполезных отходов. Одним из доказательств справедливости такого взгляда на вещи может служить тот факт, что индий получают из отходов (или промежуточных продуктов) производства цинка, свинца, меди, олова. Используются пыли, возгоны, кеки (так называются твердые остатки, полученные после фильтрации растворов). Во всех этих веществах индия немного ― от тысячных до десятых долей процента. Вполне естественно, что выделение столь малых количеств элемента № 49, отделение его от массы других элементов ― цинка, кадмия, сурьмы, меди, мышьяка и прочих ― дело очень сложное. Но «игра стоит свеч»: индий нужен, индий дорог.[4]
Технология извлечения индия, как и многих других металлов, обычно состоит из двух стадий: сначала получают концентрат, а затем уже черновой металл. <...> Хотя технологические процессы, основанные на осаждении и фильтровании, известны давно и считаются хорошо отработанными, они не позволяют извлечь из сырья весь индий. К тому же они требуют довольно громоздкого оборудования. Более перспективным считается метод жидкостной экстракции. <...> К сожалению, в большинстве случаев в «органику» переходит не один элемент, а несколько. Приходится экстрагировать и реэкстрагировать элементы по нескольку раз ― переводить нужный элемент из воды в растворитель, из растворителя снова в воду, оттуда в другой растворитель и так далее, вплоть до полного разделения. Для некоторых элементов, в том числе и для индия, найдены реактивы-экстрагенты с высокой избирательной способностью. Это позволяет увеличивать концентрацию редких и рассеянных элементов в сотни и тысячи раз. Экстракционные процессы легко автоматизировать, это одно из самых важных их достоинств.[4]
...так получают только черновой индий. А в числе главных потребителей элемента №49 ― полупроводниковая техника <...>; значит, нужен высокочистый индий. Поэтому черновой индий рафинируют электрохимическими или химическими методами. Сверхчистый индий получают зонной плавкой.[4]
Индий в 20 раз мягче чистого золота. Из десяти минералов, составляющих шкалу твёрдости по Моосу, девять (все, кроме талька) оставляют на индии след. Однако, как это ни странно, добавка индия увеличивает твердость свинца и особенно олова. Недостаточные твердость и прочность индия закрыли ему доступ во многие области техники. К примеру, индий достаточно хорошо захватывает тепловые нейтроны, можно было бы использовать его как материал для регулирующих стержней в реакторах. Однако в справочнике по редким металлам он не фигурирует даже в числе возможных конструкционных материалов атомной техники ― слишком непрочен. (Правда, есть сведения, что за рубежом пытались делать регулирующие стержни из сплава серебра, кадмия и индия). Но, несмотря на исключительно скверные прочностные характеристики индия, его производство растёт, и растёт довольно быстро.[4]
...сплав свинца и индия прочнее и твёрже, чем каждый из этих металлов в отдельности. Поэтому четырехслойный (если считать и стальную основу) подшипник нагревают ― для лучшей диффузии индия в свинцовый слой. Часть индия проникает в свинец и превращает его в свинцово-индиевый сплав. Происходит, конечно, и обратный процесс ― диффузия свинца в слой индия. Но толщину последнего слоя рассчитывают таким образом, чтобы и после прогрева рабочая поверхность подшипника была если не полностью индиевой, то сильно обогащенной индием. Такие подшипники устанавливают в авиационных и автомобильных двигателях. Четырехслойная конструкция ― это пятикратный срок службы подшипника по сравнению с обычными. В некоторых странах Европы производят также свинцово-бронзовые подшипники с индиевым поверхностным слоем.[4]
Индий нашёл применение и в производстве некоторых сплавов, особенно легкоплавких. Известен, например, сплав индия с галлием (соответственно 24 и 76%), который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Его температура плавления всего 16°C. Другой сплав, в состав которого вместе с индием входят висмут, свинец, олово и кадмий, плавится при 46,5° C и применяется для пожарной сигнализации. Иногда индий и его сплавы применяют в качестве припоя. Будучи расплавленными, они хорошо прилипают ко многим металлам, керамике, стеклу, а после охлаждения «схватываются» с ними накрепко. Такие припои применяются в производстве полупроводниковых приборов и в других отраслях техники.[4]
С галлиевым клеем работают при температуре чуть выше точки плавления галлия (в дальнейшем она причислена к комнатной). При более высокой температуре работать нет смысла, поскольку диффузия в клее произойдёт слишком быстро, а значит, «время жизни» его сократится. Иногда идут на некоторые усложнения и вместо галлия берут его сплавы с индием, оловом, серебром и т. д. , которые плавятся при температурах, меньших 20°C. [9]
— Иван Смыслов, «Может ли металл быть клеем?» 1968
Предсказывая свойства галлия, Менделеев считал, что этот металл должен быть легкоплавким, поскольку его аналоги по группе ― алюминий и индий ― тоже тугоплавкостью не отличаются. Но температура плавления галлия ― необычайно низкая, в 5 раз ниже, чем у индия. Объясняется это необычным строением кристаллов галлия.[10]
В физике существует понятие «квантовая точка». Ее можно сравнить с голографическим или виртуальным атомом, который тем не менее подчиняется всем законам квантовой механики. Квантовые точки получаются из разных элементов, однако наиболее легко получать их из индия. Это серебристый металл, дальний родственник алюминия. Он расположен прямо на границе между металлами и полупроводниками.
Для создания квантовой точки ученым требуется сконструировать крошечную колонну, едва различимую глазом. По виду она напоминает знаменитую Башню Дьявола. Подобно геологическому монолиту, такая микроскопическая «башня» состоит из слоев. Снизу вверх в ней укладываются следующие вещества: полупроводник, тонкий изолирующий слой (керамика), индий, более толстый слой керамики и металлическая верхушка. На верхушку подается положительный электрический заряд, притягивающий электроны. Электроны устремляются вниз, пока не достигают изолятора, который для них обычно непроницаем. Однако если изолятор достаточно тонок, то электрон (который на фундаментальном уровне представляет собой просто волну) включает какую-то квантово-механическую магию и «туннелирует» прямиком к индию.
В этот момент ученые отключают электричество, перехватывая улетевший электрон. Атомная решетка индия такова, что электроны могут свободно перемещаться между атомами, однако поглощение электрона атомом здесь случается сравнительно редко. Электрон словно парит над слоем атомов, мобильный, но дискретный, и если слой индия достаточно тонок и узок, то порядка тысячи атомов индия объединяются и действуют как единое целое, совместно используя захваченный электрон. Возникает некий суперорганизм.[5]
Наиболее важной в научном и практическом отношениях особенностью месторождения Высокогорного <в Якутии> является довольно равномерное насыщение сульфидно-марганцевых руд включениями разнообразных индиевых и индиево-оловянных сульфидов. <...>
Большая часть включений индиевых минералов зафиксирована в алабандине, в котором они образуют эмульсиевидную вкрапленность большей частью субизометричных частиц размером от 1 до 10 мкм. Более крупные и вытянутые по форме индивиды приурочены к скрытым микротрещинам. В срастаниях с ними наблюдаются сульфоарсениды и касситерит. На участках хрупко-пластических деформаций в алабандине вблизи его границы с карбонатами зерна индиевых фаз укрупняются до первых сотен микрон, образуя характерные структуры цементации. В карбонатах индиевые минералы представлены относительно мелкими (до 10 мкм), большей частью удлиненными формами. На краях таких форм иногда наблюдаются признаки резорбирования <метаморфизма>, свидетельствующие о замещениях индиевых сульфидов карбонатами. Многие включения индиевых сульфидов обнаруживают мозаичную и ламеллевидную неоднородность состава, обусловленную вариацией содержания в них индия. В тесной ассоциации с индиевыми и оловянно-индиевыми сульфидами установлено многочисленные сульфоантимонидные и сульфоарсенидные фазы, часть из которых характеризуется существенной примесью индия.[6]
— Владимир Силаев и др., «Российское индиевое сульфидно-индиево-марганцевое месторождениеэндемик», 2013
Если Бунзен и Кирхгоф случайно наткнулись на цезий и рубидий, Крукс на таллий, а Рихтер и Рейх на индий, то можно считать некоторой закономерностью, что именно спектральный анализ позволяет раньше и точнее других способов исследования обнаруживать присутствие исключительно малых количеств летучих веществ, которые вследствие их редкости не могли быть до тех пор обнаружены обычными химическими способами.[11]
— Бонифатий Кедров, «Опыт методологического анализа научных открытий», 1960
Позднее Рейх и Рихтер тем же способом открыли в саксонских цинковых рудах новый элемент, дающий синюю (вернее, фиолетово-розовую) линию в спектре. Новый элемент был назван индием (по цвету синей краски индиго). В течение всего трех лет, прошедших после сделанного открытия, была блестяще доказана полная применимость спектрального анализа к познанию земных веществ. Это значит, что самой практикой в необычайно короткий срок была подтверждена истинность сделанного открытия и продемонстрирована его громадная познавательная сила. Таким образом, три даты, три исторические вехи отмечают важнейшие этапы данного открытия: октябрь 1859, декабрь 1859, апрель 1860 года.[11]
— Бонифатий Кедров, «Опыт методологического анализа научных открытий», 1960
Познавательное значение спектрального анализа выступило с исключительной силой весьма своеобразно в истории предсказания Д. И. Менделеевым неизвестных ещё элементов на основании периодического закона и их последующего экспериментального открытия. Первым из числа таких предсказанных элементов был открыт галлий. Так как этот элемент оказывался полным аналогом следующих за ним в той же системе индия и таллия, то Менделеев высказал замечательное предположение, что его открытие произойдёт таким же путем, каким были найдены оба названных элемента, то есть при помощи спектрального анализа. Это предвидение блестяще оправдалось...[11]
— Бонифатий Кедров, «Опыт методологического анализа научных открытий», 1960
Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о том, что открытое в России индиевое сульфидно-марганцевое месторождение Высокогорное <на территории Якутии> представляет собой пока единственный в своем роде природный объект. Получившее на этом месторождении развитие оруденение является высокотемпературным (с началом кристаллизации рудных минералов при 460–500°С), по агрегатному состоянию минералообразующей среды – пневматолито-гидротермальным. На месторождении получило реализацию уникальное по интенсивности обогащение сульфидно-марганцевых руд как собственными минералами индия, так и в форме изоморфной примеси индия в сульфидах и сульфосолях Fe, Cu, Zn, Pb, Ag. Столь необычное обогащение мы объясняем присутствием в рудах минералов олова — халькогенидов, оксидов, силикатов. Как показывает геологический и геохимический опыт, именно оловосодержащие месторождения и являются наиболее индиевоносными, а оловосодержащие минералы чаще других оказываются концентраторами этого редкого металла.[6]
— Владимир Силаев и др., «Российское индиевое сульфидно-индиево-марганцевое месторождениеэндемик», 2013
Дрожит деревянное здание дробилки, мощные щёки из марганцовистой стали сжимают в своих неумолимых тисках серую, невзрачную руду. Грязный водный поток увлекает растёртую руду по желобам на большие столы, ― они медленно, как-то неверно качаются, то содрогаясь судорожными движениями, то снова плавно покачиваясь на своих неустойчивых осях. Дрожат, мечутся в беспорядке кусочки руды: одни, что полегче, уносятся в потоках воды, другие тяжело падают на дно, расстилаясь по поверхности стола. Вот полоса чёрной цинковой руды, она занимает почти весь стол, ― руда редких металлов: кадмия, галлия и индия.[14]
― Металл, из которого состоит диск, ― тантал, твёрдый, необычайно стойкий, ― продолжал Давыдов. ― Прозрачная плёнка сделана из неизвестного химического соединения. Простой качественный анализ не дал результатов, а более сложное исследование я еще не успел сделать. Но металл под плёнкой ― это индий, замечательный металл.
― Чем? ― не замедлил с вопросом Шатров.
― Этот металл и в наших приборах ― лучший показатель наличия нейтронного излучения. А что это индий, я знаю точно, потому что решился высверлить вот здесь для анализа…[1]
↑ 12Иван Ефремов, Собрание сочинений: В пяти томах. Том 5. Книга 1. — М.: Молодая гвардия, 1989 г.
↑ 123Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. ред. В.А.Рабиновича, издание 16-е, исправленное и дополненное). ― Л.: Химия, 1973 г. ― 720 стр.
↑ 1234567Е. Свердлов, В. Василевский. Рассеянные элементы. — М.: «Химия и жизнь», № 5, 1965 г.
↑ 123Силаев В. И., Кокин А. В., Филиппов В. Н., Лютоев В. Н., Юхтанов П. П. Российское индиевое сульфидно-индиево-марганцевое месторождениеэндемик. — Международная конференция. «Уникальные геологические объекты России: сохранение и рекреационный потенциал». — СПб.: «ВСЕГЕИ», 2013 г. — с. 95-99
↑Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия, часть 2 (пер. с англ.: Иванова Е.К., Прохорова Г.В., Чуранов С.С. Под ред.: Астахов К.В.) — М.: Мир, 1969 г.
↑В. Шеститко. Сурьма. — М.: «Химия и жизнь», № 9, 1968 г.
↑И. И. Смыслов, Может ли металл быть клеем? ― М.: «Химия и жизнь», № 12, 1968 г.
.jpg)
