18.11.2025

Indium là gì? Ứng dụng của Indium

Nội dung chính

Indium là gì?

Indium (Indi) là một nguyên tố hóa học; có ký hiệu In và số nguyên tử 49. Đây là một kim loại sau chuyển tiếp màu trắng bạc và là một trong những nguyên tố mềm nhất. Về mặt hóa học, indium tương tự như gallium và thallium, các tính chất của nó chủ yếu nằm giữa hai nguyên tố này. Indi được phát hiện năm 1863 bởi Ferdinand Reich và Hieronymous Theodor Richter bằng phương pháp quang phổ, và được đặt tên theo vạch xanh chàm trong quang phổ của nó.

Bảng thông tin nguyên tố Indium

áddf	bưbwsB
aevbbw	ưbabwb

Tính chất chung

Tên, ký hiệu	Indi, In
Hình dạng	Bạc xám bóng
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Aᵣ)	114,818

Indium trong bảng tuần hoàn

Số nguyên tử (Z)	49
Phân loại	Kim loại
Nhóm	13
Chu kỳ	Chu kỳ 5
Khối	p-block
Cấu hình electron	[Kr] 4d10 5s2 5p1
Số electron theo lớp	2, 8, 18, 18, 3

Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	429,7485 K (156,5985 °C, 313,8773 °F)
Nhiệt độ sôi	2345 K (2072 °C, 3762 °F)
Mật độ	7,31 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	Ở nhiệt độ nóng chảy: 7,02 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	3,281 kJ/mol
Nhiệt bay hơi	231,8 kJ/mol
Nhiệt dung	26,74 J/(mol·K)

Áp suất hơi

P (Pa)	1	10	100	1k	10k	100k
ở T (K)	1196	1325	1485	1690	1962	2340

Tính chất nguyên tử

Trạng thái oxy hóa	3,2,1 Lưỡng tính
Độ âm điện	1,78 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 558,3kJ/mol Thứ hai: 1820,7 kJ/mol Thứ ba: 2704 kJ/mol
Bán kính cộng hóa trị	167 pm (thực nghiệm)
Bán kính liên kết cộng hóa trị	142±5 pm
Bán kính van der Waals	193 pm

Thông tin khác

Cấu trúc tinh thể	Bốn phương
Độ giãn nở nhiệt	32,1 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	81,8 W·m−1·K−1
Điện trở suất	83,7 n Ω·m (ở 20 °C)
Tính chất từ	Nghịch từ
Độ cảm từ	59,0 × 10 −6 cm 3 /mol (298 K)
Mô đun Young	11 GPa
Tốc độ âm thanh	que mỏng: 1215 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ cứng theo thang Mohs	1,2
Độ cứng theo thang Brinell	8,83 MPa
Số đăng ký CAS	7440-74-6

Đồng vị của Indium

Iso	NA	Chu kỳ bán rã	DM	DE	DP
¹¹¹In	Tổng hợp	2,8 ngày	ε	_	¹¹¹Cd
¹¹³In	4,3 %	¹¹³In ổn định với 64 neutron
¹¹⁵In	95,7%	4,41×10¹⁴ năm	β-	0,495	¹¹⁵Sn

Nguồn gốc tên gọi

Tên gọi này bắt nguồn từ tiếng Latin indicum có nghĩa là màu tím hoặc màu chàm. Từ indicum có nghĩa là “Ấn Độ”, vì thuốc nhuộm chàm tự nhiên ban đầu được xuất khẩu sang Châu Âu từ Ấn Độ.

Tính chất vật lý

Indium là một kim loại sau chuyển tiếp, màu trắng bạc sáng bóng, rất dẻo, có độ bóng cao với ánh kim rực rỡ. Nó mềm đến mức (độ cứng Mohs 1,2) đến mức có thể cắt bằng dao và để lại một đường rõ ràng như bút chì khi chà xát trên giấy.
Indium thuộc nhóm 13 trong bảng tuần hoàn và các tính chất của nó chủ yếu nằm giữa các nguyên tố lân cận theo chiều dọc là gallium và tallium.
Cũng như thiếc, khi uốn cong indium, người ta nghe thấy tiếng kêu the thé – một tiếng kêu lách tách do sự kết tinh của tinh thể. Giống như gali, indi có khả năng làm ướt thủy tinh.
Giống như cả hai, indi có điểm nóng chảy thấp, 156,60 °C (313,88 °F); cao hơn đồng đẳng nhẹ hơn của nó, gali, nhưng thấp hơn đồng đẳng nặng hơn của nó, thali, và thấp hơn thiếc.
Điểm sôi là 2072 °C (3762 °F), cao hơn thali, nhưng thấp hơn gali, ngược lại với xu hướng chung về điểm nóng chảy, nhưng cũng tương tự như xu hướng giảm của các nhóm kim loại sau chuyển tiếp khác do liên kết kim loại yếu với ít electron phi định xứ.

Đồng vị

Indium có 39 đồng vị đã biết, có số khối từ 97 đến 135. Chỉ có hai đồng vị tồn tại trong tự nhiên dưới dạng các nuclit nguyên thủy:

Indi-113, đồng vị bền duy nhất
Indi-115, có chu kỳ bán rã là 4,41×1014 năm, lớn hơn bốn bậc độ lớn so với tuổi của Vũ trụ và lớn hơn gần 30.000 lần so với chu kỳ bán rã của thori-232.
Chu kỳ bán rã của 115In rất dài vì sự phân rã beta thành 115Sn bị cấm spin.
Indi-115 chiếm 95,7% tổng số indi.
Indi là một trong ba nguyên tố đã biết (hai nguyên tố còn lại là tellurium và rhenium) có đồng vị bền ít phổ biến hơn trong tự nhiên so với các đồng vị phóng xạ nguyên thủy có tuổi thọ dài

Hóa học

Indi có 49 electron, với cấu hình electron là [Kr]4d105s25p1. Trong các hợp chất, indi thường nhường ba electron ngoài cùng để tạo thành indi(III), In3+. Trong một số trường hợp, cặp electron 5s không được nhường, tạo thành indi(I), In+.
Một số thế điện cực chuẩn, tùy thuộc vào phản ứng đang nghiên cứu, được báo cáo cho indi, phản ánh độ bền giảm của trạng thái oxy hóa +3:

In2+ + e− ⇌ In+ E0 = −0,40 V
In3+ + e− ⇌ In2+ E0 = −0,49 V
In3+ + 2 e− ⇌ In+ E0 = −0,443 V
In3+ + 3 e− ⇌ In E0 = −0,3382 V
In+ + e− ⇌ In E0 = −0,14 V

Hợp chất Indium(III)

Hydrua và halogenua

Hydrua InH3 tồn tại tạm thời trong dung dịch ete ở nhiệt độ thấp. Nó trùng hợp khi không có bazơ. Bazơ Lewis ổn định một tập hợp phong phú các hydrua indi có công thức LInH3 (L = phosphine bậc ba và N-Heterocyclic carbenes).

Chalcogenide và pnictide

Các dẫn xuất indium của chalcogenide (O, S, Se, Te) được phát triển tốt. Indi(III) oxit, In2O3, được hình thành khi kim loại indi bị đốt cháy trong không khí hoặc khi hydroxit hoặc nitrat được đun nóng. Các sesqui-chalcogenide tương tự với lưu huỳnh, selenium và tellurium cũng được biết đến.

Các hợp chất Indi(I)

Các hợp chất Indi(I) không phổ biến. Clorua, bromua và iodide có màu đậm, không giống như các trihalogenide gốc mà từ đó chúng được điều chế. Florua chỉ được biết đến là một chất khí không bền. Bột đen oxit indi(I) được tạo ra khi oxit indi(III) phân hủy khi đun nóng đến 700 °C.

Các hợp chất organoindi

Các hợp chất organoindi có liên kết In–C. Hầu hết là dẫn xuất của In(III), nhưng cyclopentadienylindium(I) là một ngoại lệ.
Đây là hợp chất organoindium(I) đầu tiên được biết đến, và là một polyme, bao gồm các chuỗi zigzag của các nguyên tử indium xen kẽ và các phức chất cyclopentadienyl.

Có lẽ hợp chất organoindium được biết đến nhiều nhất là trimethylindium, In(CH3)3, được sử dụng để điều chế một số vật liệu bán dẫn.

Phân bố trong tự nhiên

Indium được tạo ra bởi quá trình s (bắt neutron chậm) kéo dài (lên đến hàng nghìn năm) trong các ngôi sao có khối lượng từ thấp đến trung bình (khối lượng dao động từ 0,6 đến 10 lần khối lượng mặt trời). Khi một nguyên tử bạc-109 bắt một neutron, nó chuyển hóa thành bạc-110, sau đó trải qua quá trình phân rã beta để trở thành cadmium-110.

Sản xuất và tính khả dụng

Indium chỉ được sản xuất như một sản phẩm phụ trong quá trình chế biến quặng của các kim loại khác. Nguyên liệu chính của nó là quặng kẽm sunfua, chủ yếu được chứa trong sphalerit.

Một lượng nhỏ cũng được chiết xuất từ quặng đồng sunfua. Trong quá trình nung-ngâm-điện phân của quá trình luyện kẽm, indi tích tụ trong các cặn giàu sắt.

Từ những cặn này, indi có thể được chiết xuất theo nhiều cách khác nhau. Nó cũng có thể được thu hồi trực tiếp từ dung dịch của quá trình. Quá trình tinh chế tiếp theo được thực hiện bằng phương pháp điện phân. Quy trình chính xác thay đổi tùy thuộc vào chế độ hoạt động của lò luyện.

Ứng dụng của Indium

Ứng dụng trong công nghiệp

Ứng dụng quy mô lớn đầu tiên của indium là phủ ổ trục trong động cơ máy bay hiệu suất cao trong Thế chiến II, để bảo vệ chống hư hỏng và ăn mòn; đây không còn là ứng dụng chính của nguyên tố này nữa. Các ứng dụng mới đã được tìm thấy trong hợp kim nóng chảy, chất hàn và thiết bị điện tử.
Vào những năm 1950, các hạt indi nhỏ đã được sử dụng cho cực phát và cực thu của bóng bán dẫn tiếp giáp hợp kim PNP.
Vào giữa và cuối những năm 1980, sự phát triển của chất bán dẫn indium photphua và màng mỏng oxit indium thiếc cho màn hình tinh thể lỏng (LCD) đã thu hút được nhiều sự quan tâm.
Đến năm 1992, ứng dụng màng mỏng đã trở thành ứng dụng cuối cùng lớn nhất.
Indi (III) oxit và oxit indi thiếc (ITO) được sử dụng làm lớp phủ dẫn điện trong suốt trên đế thủy tinh trong các tấm phát quang điện.
Indi thiếc oxit được sử dụng làm bộ lọc ánh sáng trong đèn hơi natri áp suất thấp.
InAs và InSb được sử dụng cho các bóng bán dẫn nhiệt độ thấp và InP cho các bóng bán dẫn nhiệt độ cao.
Các hợp chất bán dẫn InGaN và InGaP được sử dụng trong điốt phát quang (LED) và điốt laser.
Indium được sử dụng trong quang điện dưới dạng chất bán dẫn đồng indi gali selenua (CIGS), còn được gọi là pin mặt trời CIGS, một loại pin mặt trời màng mỏng thế hệ thứ hai.
Indium được sử dụng trong các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực PNP với germani: khi hàn ở nhiệt độ thấp, indium không gây ứng suất lên germani.
Dây indium được sử dụng làm gioăng chân không và chất dẫn nhiệt trong các ứng dụng đông lạnh và chân không cực cao, trong các ứng dụng sản xuất như gioăng biến dạng để lấp đầy khoảng trống.
Do tính dẻo và độ bám dính tuyệt vời với kim loại, các tấm indium đôi khi được sử dụng để hàn nguội trong các mạch vi sóng và mối nối ống dẫn sóng, nơi hàn trực tiếp rất phức tạp.
Indium là một thành phần trong hợp kim galinstan gallium-indium-thiếc, ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng và thay thế thủy ngân trong một số nhiệt kế.
Các hợp kim khác của indium với bismuth, cadmium, chì và thiếc, có điểm nóng chảy cao hơn nhưng vẫn thấp (từ 50 đến 100 °C), được sử dụng trong hệ thống phun nước chữa cháy và bộ điều chỉnh nhiệt.
Indium là một trong nhiều chất thay thế thủy ngân trong pin kiềm để ngăn kẽm bị ăn mòn và giải phóng khí hydro.
Indium được thêm vào một số hợp kim amalgam nha khoa để giảm sức căng bề mặt của thủy ngân, cho phép giảm lượng thủy ngân và dễ dàng kết hợp hơn.
Tiết diện bắt neutron cao của indium đối với neutron nhiệt khiến nó phù hợp để sử dụng trong các thanh điều khiển cho lò phản ứng hạt nhân, thường là hợp kim gồm 80% bạc, 15% indium và 5% cadmium.
Trong kỹ thuật hạt nhân, phản ứng (n, n’) của 113In và 115In được sử dụng để xác định biên độ dòng neutron.

Ứng dụng y tế

Indium-111 phóng xạ (với lượng rất nhỏ) được sử dụng trong các xét nghiệm y học hạt nhân, theo dõi sự di chuyển của các protein được đánh dấu và tế bào bạch cầu để chẩn đoán các loại nhiễm trùng khác nhau.
Các hợp chất indium hầu như không được hấp thụ khi ăn vào và chỉ được hấp thụ vừa phải khi hít vào; chúng có xu hướng được lưu trữ tạm thời trong cơ, da và xương trước khi được bài tiết, và thời gian bán hủy sinh học của indium là khoảng hai tuần ở người.
Nó cũng được gắn nhãn với các chất tương tự hormone tăng trưởng như octreotide để tìm thụ thể hormone tăng trưởng trong các khối u thần kinh nội tiết.

Truyền Thông