铟:修订间差异
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|symbol=In |
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|name=铟 |
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|enname=Indium |
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|left=[[镉]] |
|left=[[镉]] |
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|right=[[锡]] |
|right=[[锡]] |
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|image name=Indium.jpg |
|image name=Indium.jpg |
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|appearance=银灰色光泽 |
|appearance=银灰色光泽 |
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|atomic mass=114.818 |
|atomic mass=114.818(1){{CIAAW2021}} |
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|atomic mass ref=<ref name="IUPAC">[http://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm Standard Atomic Weights 2013]. [[Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights]]</ref> |
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|electron configuration=[[[氪|Kr]]] 4d<sup>10</sup> 5s<sup>2</sup> 5p<sup>1</sup> |
|electron configuration=[[[氪|Kr]]] 4d<sup>10</sup> 5s<sup>2</sup> 5p<sup>1</sup> |
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|electrons per shell=2, 8, 18, 18, 3 |
|electrons per shell=2, 8, 18, 18, 3 |
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|triple point K=429.7445 |
|triple point K=429.7445 |
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|triple point kPa=~1 |
|triple point kPa=~1 |
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|triple point ref=<ref>{{cite journal|doi=10.1088/0026-1394/26/4/001|bibcode=1989Metro..26..211M|title=Determination of the Indium Freezing-point and Triple-point Temperatures|year=1989|last1=Mangum|first1=B W|journal=Metrologia|volume=26|issue=4|pages=211}}</ref> |
|triple point ref=<ref>{{cite journal|doi=10.1088/0026-1394/26/4/001|bibcode=1989Metro..26..211M|title=Determination of the Indium Freezing-point and Triple-point Temperatures|url=https://archive.org/details/sim_metrologia_1989-12_26_4/page/211|year=1989|last1=Mangum|first1=B W|journal=Metrologia|volume=26|issue=4|pages=211}}</ref> |
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|heat fusion=3.281 |
|heat fusion=3.281 |
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|heat vaporization=231.8 |
|heat vaporization=231.8 |
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|crystal structure=四方 |
|crystal structure=四方 |
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|oxidation states='''3''', 2, 1, −1, −2, −5<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ic951378e|title=Synthesis, Structure, and Bonding of Two Lanthanum Indium Germanides with Novel Structures and Properties|year=1996|last1=Guloy|first1=A. M.|last2=Corbett|first2=J. D.|journal=Inorganic Chemistry|volume=35|issue=9|pages=2616–22}}</ref> |
|oxidation states='''3''', 2, 1, −1, −2, −5<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ic951378e|title=Synthesis, Structure, and Bonding of Two Lanthanum Indium Germanides with Novel Structures and Properties|year=1996|last1=Guloy|first1=A. M.|last2=Corbett|first2=J. D.|journal=Inorganic Chemistry|volume=35|issue=9|pages=2616–22}}</ref> |
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|oxidation states comment= |
|oxidation states comment=[[两性]]氧化物 |
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|electronegativity=1.78 |
|electronegativity=1.78 |
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|number of ionization energies=3 |
|number of ionization energies=3 |
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第66行: | 第63行: | ||
|Brinell hardness=8.8–10.0 |
|Brinell hardness=8.8–10.0 |
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|CAS number=7440-74-6 |
|CAS number=7440-74-6 |
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|isotopes= |
|isotopes={{infobox indium isotopes}} |
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|isotopes comment= |
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{{infobox element/isotopes stable | mn=113 | sym=In | n=64 | na=4.29%}} |
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|discovered by={{link-en|斐迪南·赖希|Ferdinand Reich}}和{{link-en|希罗尼穆斯·特奥多尔·里赫特|Hieronymous Theodor Richter}} |
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{{infobox element/isotopes decay | mn=115 | sym=In |
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| na=95.71% | hl=4.41×10<sup>14</sup> y |
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| dm=[[beta emission|β<sup>−</sup>]] | de=0.495 | link1=tin-115 | pn=115 | ps=Sn}} |
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|isotopes comment=Decay modes in parentheses are predicted, but have not yet been observed |
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|discovered by={{link-en|斐迪南·莱奇|Ferdinand Reich}}和[[Hieronymous Theodor Richter]] |
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|discovery date=1863 |
|discovery date=1863 |
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|first isolation by=Hieronymous Theodor Richter |
|first isolation by=Hieronymous Theodor Richter |
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|first isolation date=1867 |
|first isolation date=1867 |
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}} |
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'''{{zy|銦|yīn| ㄧㄣ|jan1}}'''({{lang-en|Indium}}),是一種[[化學元素]],其[[化學符號]]为'''{{化學式|銦}}''',[[原子序數]]为49,[[原子量]]為{{val|114.818|u=[[原子質量單位|u]]}}。銦是[[鹼金屬]]除外最柔軟的金屬,外觀如[[錫]]般呈銀白色,它是一種[[後過渡金屬]],在地殼中的成分佔0.21[[ppm]]。銦的熔點比[[鈉]]和[[鎵]]高,但低於[[鋰]]和[[錫]]。化學上,銦類似鎵和鉈,其性質主要介於兩者之間<ref name="Ph.D.Lide2010">{{cite book|author1=W. M. Haynes|editor=David R. Lide|title=CRC Handbook of Chemistry and Physics: A Ready-reference Book of Chemical and Physical Data|url=https://books.google.com/books?id=oROqPwAACAAJ|date=2010|publisher=CRC Press|isbn=978-1-4398-2077-3|access-date=2019-07-19|archive-date=2020-02-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20200202154733/https://books.google.com/books?id=oROqPwAACAAJ|dead-url=no}}</ref>。銦在1863年由[[斐迪南·賴希]]和[[希羅尼穆斯·特奧多爾·里赫特]]透過[[光譜方法]]發現,他們因為其靛藍色的譜線而如此命名,隔年,銦才被分離出來。 |
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'''铟'''是化学[[元素]],[[化学符号]]是'''In''',[[原子序数]]是49,是柔软的银灰色金属,带有光泽。 |
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銦是[[硫化鋅]]礦石的次要成分,且為[[鋅]]精煉的副產物。它主要運用在[[半導體工業]]、低熔點金屬[[合金]]如焊料、軟金屬高[[真空]]密封墊以及製造塗覆在玻璃上的透明氧化銦錫(ITO)導電膜。銦是一種[[科技關鍵元素]]。 |
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'''铟-115'''是最常见的铟[[同位素]],带有微弱的[[放射性]]。 |
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雖然銦的化合物在注入血液時有些毒性,它並無生物角色。大多數的職業暴露是經由攝入與吸入,前者無法良好吸收,後者則會中度吸收。 |
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铟可用作低熔点[[合金]]、[[半导体]]、[[整流器]]、[[热敏电阻]]等。含24%铟及76%[[镓]]的合金,在室温下是液体。 |
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==性質== |
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中国拥有世界上最大的铟储量,也是全球最大的铟生产国和出口国,产量占世界铟总产量的30%以上。2006年,中国精铟产量近300吨,原生铟供应量占全球的60%以上。日本是世界上最大的铟消费国,每年铟需求量占世界铟年产量的70%以上,绝大部分从中国进口。 |
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===物理=== |
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銦是一種銀白色、高延展性且帶有光澤的後過渡金屬<ref name="InProcess">{{cite journal|last=Alfantazi|first=A. M.|date=2003|title=Processing of indium: a review|journal=Minerals Engineering|volume=16|issue=8|pages=687–694|doi=10.1016/S0892-6875(03)00168-7|author2=Moskalyk, R. R.}}</ref>。它質軟([[莫氏硬度]]1.2),如鈉般可以用刀切割,也會在紙上留下可見的線<ref name="Binder">{{cite book |last=Binder |first=Harry H. |date=1999 |title=Lexicon der chemischen Elemente |publisher=S. Hirzel Verlag |isbn=978-3-7776-0736-8 |language=de }}</ref>。它是[[週期表]][[硼族元素]]的成員,性質主要介於與它上下比鄰的[[鎵]]和[[鉈]]之間。如同[[錫]],當銦被彎曲時,可聽見高音頻的[[鳴聲]]──由於[[孿晶]]<ref name="InProcess"/>的爆裂聲;如同鎵,銦能浸潤玻璃,而與兩者相同的是,銦具有低[[熔點]]156.60°C (313.88 °F),比同族中較輕的鎵高,但比同族中較重的鉈低,也比錫來得低<ref name="Lange">{{cite book |last=Dean |first=John A. |title=Lange's handbook of chemistry (Fifteenth edition) |publisher=McGraw-Hill, Inc.|date=523|isbn=978-0-07-016190-0}}</ref>。沸點為2072 °C (3762 °F),比鉈高但低於鎵,此與熔點的普遍趨勢相反,但與其他後過渡金屬族的趨勢相同,原因是具有較少數未定域電子而造成的弱金屬鍵<ref name=Greenwood222>Greenwood and Earnshaw, p. 222</ref>。 |
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銦的密度是7.31 g/cm<sup>3</sup>,亦大於鎵但小於鉈。當低於臨界溫度3.41 K時,銦會成為[[超導體]]。銦以體心[[四方晶系]]形成結晶體,其[[空間群]]為I4/mmm (晶胞参数: a = 325 pm, c = 495 pm):<ref name="Lange" />此為輕微扭曲的[[面心立方]]結構,即每個銦原子有四個相距324pm和八個相距較遠(336pm)的相鄰原子<ref name="Greenwood252">Greenwood and Earnshaw, p. 252</ref>。銦在液態汞中擁有比任何其他金屬更佳的溶解度(在0°C大於50%的質量百分率)<ref>{{Cite journal|title=Hg-In phase diagram|journal=Journal of Phase Equilibria and Diffusion|volume=33|issue=2|pages=159–160|doi=10.1007/s11669-012-9993-3|year=2012|last1=Okamoto|first1=H.}}</ref>。銦展現了延展黏塑的反應,其張力或壓縮與尺寸大小無關。然而,它在彎曲和壓痕時卻有[[尺寸效應]],與長度規模50–100 µm的量級有關<ref>{{Cite journal|last=Iliev|first=S. P.|last2=Chen|first2=X.|last3=Pathan|first3=M. V.|last4=Tagarielli|first4=V. L.|date=2017-01-23|title=Measurements of the mechanical response of Indium and of its size dependence in bending and indentation|journal=Materials Science and Engineering: A|volume=683|pages=244–251|doi=10.1016/j.msea.2016.12.017|hdl=10044/1/43082}}</ref>,遠比其他金屬大。 |
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==存在与分布== |
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自然界中从未曾发现过[[游离态]]的铟[[单质]],铟一般以很低的[[浓度]](0.1ppm)分布在自然界中,和[[银]]大致相同。只是最近才确证了独立的稀有的铟矿物(如InFeS<sub>4</sub>和InCuS<sub>2</sub>)存在。<ref name=in>《无机化学》丛书.张青莲 主编.第二卷 铍 碱土金属 硼铝镓分族.8.3 铟</ref> |
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==物理性质== |
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[[Image:Indium wetting glass.jpg|thumb|left|铟可以浸润玻璃形成“铟镜”]] |
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铟是一种很软的、带蓝色色调的<ref name=in />有银白色金属光泽的金属。铟比[[铅]]还软,即使在[[液态氮]]的温度下;用指甲可以轻易地留下划痕,铟也能在和其他金属[[摩擦]]的时候附着到其他金属上去<ref name=in />。当铟弯曲时,会发出一种“哭声”,这一点和[[锡]]相似<ref name="cry">{{cite journal|journal = Minerals Engineering|volume = 16|issue = 8|year = 2003|pages = 687–694|doi = 10.1016/S0892-6875(03)00168-7 |title = Processing of indium: a review|first = A. M.|last = Alfantazi|coauthors = Moskalyk, R. R.}}</ref>。和[[镓]]一样,铟能浸润玻璃(如图)。铟的熔点低,仅156.60 °C (313.88 °F),位于同族的[[镓]]和[[铊]]之间。 |
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===化學=== |
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铟的挥发性比[[锌]]和[[镉]]的小,但在[[氢气]]或[[真空]]中能够[[升华]]。 |
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銦有49個電子,[[電子組態]]是[[[氪|Kr]]]4d<sup>10</sup>5s<sup>2</sup>5p<sup>1</sup>。 |
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在化合物中,銦最常提供最外層的三顆電子成為銦(III)(In<sup>3+</sup>)。在一些例子中,5s的電子對並未提供而成為銦(I)(In<sup>+</sup>),此[[單價]]態的穩定性歸因於[[惰性電子對效應]],即在較重的元素中可觀察到因[[相對論效應]]使5s軌域穩定,鉈(較銦重的同族元素)展現了甚至更強的效應,使得氧化成鉈(I)比氧化成鉈(III)更可能發生<ref>{{cite book|publisher = Walter de Gruyter|date = 1985|edition = 91–100|pages = 892–893|isbn = 978-3-11-007511-3|title = Lehrbuch der Anorganischen Chemie|first = Arnold F.|last = Holleman|author2 = Wiberg, Egon |author3 = Wiberg, Nils|chapter =Thallium|language=de}}</ref> ,然而鎵(較銦輕的同族元素)通常則只以+3的氧化態出現,因此,雖然鉈(III)是中強的[[氧化劑]],銦(III)並不是,而且許多銦(I)的化合物是強大的[[還原劑]]<ref name=G&E>{{Greenwood&Earnshaw2nd}}</ref>。 |
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儘管銦將s-電子囊括在化學鍵中所需的能量是13族金屬中最低的,但因鍵能在同族中越往下越減少,導致形成額外兩個鍵所得到的能量,很多時候並不足以補足失去5s-電子生成+3氧化態所需的能量<ref name=Greenwood256>Greenwood and Earnshaw, p. 256</ref>。氧化銦(I)和氫氧化銦(I)是較為鹼性的,而氧化銦(III)和氫氧化銦(III)則較為酸性<ref name=Greenwood256/>。 |
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在各種不同反應中<ref>{{RubberBible92nd|page=8.20}}</ref>研究所得之銦的各種[[標準電極電位]]數值,反映了+3氧化態降低的穩定性<ref name=Greenwood252/>: |
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铟的电极电势如下:<ref>Handbook of Chemistry and Physics 91st edition, pg 8–20</ref> |
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<table> |
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<tr><td>−0.40</td><td>In<sup>2+</sup> + e<sup>−</sup></td><td> ↔ In<sup>+</sup></td></tr> |
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<tr><td>−0.49</td><td>In<sup>3+</sup> + e<sup>−</sup></td><td> ↔ In<sup>2+</sup></td></tr> |
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<tr><td>−0.443</td><td>In<sup>3+</sup> + 2 e<sup>−</sup></td><td> ↔ In<sup>+</sup></td></tr> |
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<tr><td>−0.3382</td><td>In<sup>3+</sup> + 3 e<sup>−</sup></td><td> ↔ In</td></tr> |
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<tr><td>−0.14</td><td>In<sup>+</sup> + e<sup>−</sup></td><td> ↔ In</td></tr> |
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</table> |
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{| |
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==化学性质== |
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|- |
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铟根据它的化学性质,被归纳为[[贫金属]],在[[13族元素|13族]]的[[镓]]和[[铊]]之间。铟主要有两种[[氧化态]]:+1和+3,+3价的铟更稳定,+1价的铟是强还原剂<ref name="in-val">{{ru icon}}{{cite book| title = Химия индия| author = Bleshinsky, S. V.; Abramova, V. F.|publisher = Frunze|page=252|year =1958}}</ref>且受热易歧化<ref name=in />。和铟同族的铊也有+1和+3价,但铊更常见的是+1价的,+3价的则是强氧化剂,这一点和铟相反。 |
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| −0.40 ||In<sup>2+</sup> + e<sup>−</sup>|| ↔ In<sup>+</sup> |
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|- |
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| −0.49 ||In<sup>3+</sup> + e<sup>−</sup>|| ↔ In<sup>2+</sup> |
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|- |
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| −0.443 ||In<sup>3+</sup> + 2 e<sup>−</sup>|| ↔ In<sup>+</sup> |
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|- |
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| −0.3382 ||In<sup>3+</sup> + 3 e<sup>−</sup>|| ↔ In |
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|- |
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| −0.14 ||In<sup>+</sup> + e<sup>−</sup>|| ↔ In |
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|} |
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銦金屬不與水反應,但是會被較強的氧化劑如鹵素氧化成銦(III)化合物。它不形成[[硼化物]]、[[矽化物]]或[[碳化物]],而氫化物氫化銦(III)(InH<sub>3</sub>)頂多在低溫的醚溶液中短暫存在,相當不穩定以至於會自發性的無配位聚合<ref name=G&E/> 。銦在水溶液中相當鹼性,只展現些微的兩性特性,並且不同於它較輕的同族元素鋁和鎵,在鹼性溶液中是難溶的<ref name=Greenwood255>Greenwood and Earnshaw, p. 255</ref>。 |
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块状的铟不被[[碱]]、[[沸水]]和熔融的[[氨基钠]]所侵蚀。但分散的海绵状的或粉状的铟能与水作用产生[[氢氧化铟]]。 |
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===同位素=== |
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铟能被强氧化剂如[[卤素]]和强氧化性的酸所氧化,产生+3价的铟盐。铟不和[[硼]]、[[硅]]、[[碳]]反应,相应的[[硼化物]]、[[硅化物]]和[[碳化物]]至今未发现。<ref name="inh">{{ru icon}}{{cite book| title = Химия индия| author = Bleshinsky, S. V.; Abramova, V. F.|publisher = Frunze|page=301|year =1958}}</ref>铟和氢气、氮气反应分别生成氢化物和氮化物。加热时也能和[[硫]]、[[磷]]、[[砷]]、[[硒]]、[[锑]]、[[碲]]反应<ref name=in />,其中铟和硫在620℃与硫蒸汽反应产生[[硫化亚铟]](In<sub>2</sub>S),该化合物在740℃歧化,得到一硫化铟(InS)和铟单质<ref name=xsjs2 />。铟能和[[汞]]形成汞齐,和大多数金属生成合金,伴随着明显的硬化效应。 |
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銦有39個已知的同位素,分布在[[質量數]]97至135。只有兩個同位素以[[原始核種]]自然出現:銦-113以及銦-115,前者是唯一的穩定同位素,後者則具有4.41{{e|14}}年的半衰期,規模較宇宙年齡大4個數量級,比[[釷-232]]要长將近30000倍<ref name="Audi">{{NUBASE 2003}}</ref> ,<sup>115</sup>In的半衰期之所以極長是因為生成<sup>115</sup>Sn的β衰變是[[自旋禁止]]的<ref>{{cite journal |last=Dvornický |first=R. |last2=Šimkovic |first2=F. |date=13–16 June 2011 |title=Second unique forbidden β decay of <sup>115</sup>In and neutrino mass |journal=AIP Conf. Proc. |volume=1417 |issue=33 |pages=33 |doi=10.1063/1.3671032|series=AIP Conference Proceedings |bibcode=2011AIPC.1417...33D }}</ref>。銦-115占了全部銦的95.7%。銦是穩定同位素在自然界的豐度少於長壽原始放射性同位素的三種已知元素之一(其他是[[碲]]和[[錸]])<ref>{{cite web |url=http://www.ciaaw.org/pubs/Periodic_Table_Isotopes.pdf |title=IUPAC Periodic Table of the Isotopes |date=1 October 2013 |website=ciaaw.org |publisher=[[IUPAC]] |access-date=21 June 2016 |archive-date=2019-02-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190214115238/http://www.ciaaw.org/pubs/Periodic_Table_Isotopes.pdf |dead-url=no }}</ref>。 |
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最穩定的[[人造同位素]]是銦-111,擁有半衰期約2.8天,其他所有同位素的半衰期都少於5小時。銦也具有47個介態,其中銦-114m1(半衰期約49.51天)是最穩定的,除了原始同位素外,比其他銦同位素的基態都穩定。所有的這種銦同位素透過[[核異構素躍遷]]進行衰變。比<sup>115</sup>In輕的銦同位素主要以[[電子捕获]]和[[正电子發射]]衰變成[[鎘]]同位素,而<sup>115</sup>In與更重者則主要以[[β衰變]]形成錫同位素<ref name=Audi/>。 |
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在空气中,铟在100℃开始氧化<ref name=xsjs2>《稀散金属》.翟秀静 周亚光 主编.中国科学技术大学出版社.ISBN: 978-7-312-02255-5. 第二章 铟.</ref>,继续加热能在空气中燃烧,发出无光的蓝红色火焰,产生[[氧化铟]]。被铁污染时,铟容易氧化。<ref name=in /> |
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==化合物== |
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铟同样可以在卤素中燃烧,而室温下,[[氟]]、[[氯]]、[[溴]]能明显地腐蚀铟,铟在氯气中失去金属光泽,并被一层白色的薄膜覆盖。<ref name=xsjs2 /> |
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===銦(III)=== |
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氧化銦(III)(In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)是由銦金屬在空氣中燃燒,或其氫氧化物或硝酸鹽加熱形成<ref name="downs">{{Cite book| title = Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium| author = Anthony John Downs| publisher = Springer| year = 1993| isbn = 978-0-7514-0103-5}}</ref>。氧化銦具有類似[[鋁]]的結構且為兩性的,即與酸和鹼皆可以反應。銦與水反應生成可溶性的氫氧化銦(III),同樣也是兩性的;與鹼金屬產生銦酸(III)鹽;與酸則產生銦(III)鹽。 |
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:In(OH)<sub>3</sub> + 3 HCl → InCl<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>O |
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铟在它的化合物中能形成[[共价键]]。某些铟盐的溶液有低的[[导电性]],一般电解加工铟通常用氰化物、硫酸盐、氨基磺酸盐和氟硼酸盐进行操作。 |
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和硫、硒、碲所形成之類似的倍半硫屬化合物也是已知的<ref name=Greenwood286>Greenwood and Earnshaw, p. 286</ref>。銦生成預期中的三鹵化物,其氯化、溴化和碘化會生成無色的 [[氯化铟|InCl<sub>3</sub>]]、[[溴化铟|InBr<sub>3</sub>]]以及黃色的InI<sub>3</sub>。這些化合物是[[路易士酸]],類似為人熟知的三鹵化鋁。就如同相近的鋁化合物,InI<sub>3</sub>是聚合體<ref name=Greenwood263>Greenwood and Earnshaw, pp. 263–7</ref>。 |
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==化合物== |
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銦與[[氮族元素]]直接反應會生成灰色或半金屬III-IV的[[半導體]],他們之中有許多會在潮濕空氣中緩慢分解,使得這些半導體化合物需要謹慎的儲藏,以避免和大氣接觸。氮化銦容易被酸和鹼攻擊<ref name=Greenwood288>Greenwood and Earnshaw, p. 288</ref>。 |
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铟能形成+1、+2和+3价的化合物,其中主要为+3价的铟化合物,如In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、InCl<sub>3</sub>、InN等。铟的碳化物在室温下不能稳定存在,但三元碳化物有过报道,如Mn<sub>3</sub>InC、(Ln)<sub>3</sub>InC等。浓的[[高氯酸铟]]、[[硫酸铟]]和[[硝酸铟]]溶液具有高[[粘度]]<ref name=in />。 |
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===銦(I)=== |
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銦(I)的化合物並不常見,其氯化物、[[溴化物]]和碘化物都是深色的,與製備來源的三鹵化物不同;氟化物只以不穩定的氣態化合物為人所知<ref name=Greenwood270>Greenwood and Earnshaw, pp. 270–1</ref> 。黑色的粉狀氧化銦(I)是在氧化銦(III)加熱至700 °C時分解產生<ref name=downs/>。 |
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===其他氧化態=== |
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铟的有机化合物有[[三甲基铟]](Me<sub>3</sub>In)、[[三苯基铟]](Ph<sub>3</sub>In)等,三甲基铟和[[三乙基铟]](Et<sub>3</sub>In)都易在空气中自燃。短时间内,0℃时的Me<sub>2</sub>InClO<sub>4</sub>在水中是稳定的。 |
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較少見的,銦會以+2甚至是分數型的氧化態形成化合物。通常此類材料以銦-銦鍵結為特色,最顯著的是在鹵化物In<sub>2</sub>X<sub>4</sub> 與[In<sub>2</sub>X<sub>6</sub>]<sup>2−</sup>中<ref name="can82">{{cite journal| doi =10.1139/v82-102| title =Neutral complexes of the indium dihalides| date =1982| last1 =Sinclair| first1 =Ian| last2 =Worrall| first2 =Ian J.| journal =Canadian Journal of Chemistry| volume =60| issue =6| pages =695–698}}</ref> 以及各種副硫屬化合物如In<sub>4</sub>Se<sub>3</sub>.<ref name=Greenwood287>Greenwood and Earnshaw, p. 287</ref>。許多其他化合物已知會與銦(I)和銦(III)結合,如In<sup>I</sup><sub>6</sub>(In<sup>III</sup>Cl<sub>6</sub>)Cl<sub>3</sub>、<ref>{{cite journal |doi = 10.1002/anie.199108241 |title = In7Cl9—A New"Old" Compound in the System In-Cl |date = 1991 |last1 = Beck |first1 = Horst Philipp |last2 = Wilhelm |first2 = Doris |journal = Angewandte Chemie International Edition in English |volume = 30 |issue = 7 |pages = 824–825}}</ref> In<sup>I</sup><sub>5</sub>(In<sup>III</sup>Br<sub>4</sub>)<sub>2</sub>(In<sup>III</sup>Br<sub>6</sub>)和<ref>{{cite journal| doi =10.1002/anie.199511261| title =Synthesis, Structure, and Decay of In4Br7| date =1995| last1 =Dronskowski| first1 =Richard| journal =Angewandte Chemie International Edition in English| volume =34| issue =10| pages =1126–1128}}</ref> In<sup>I</sup>In<sup>III</sup>Br<sub>4</sub>.<ref name="can82"/>。 |
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===有機銦化合物=== |
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[[茂基铟]](C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>In)是铟在唯一的+1氧化态有机衍生物,是一种对湿气稳定,对氧敏感的淡黄色晶体<ref name=in />。 |
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有機銦化合物以銦-碳鍵結為特色,多數是銦(III)的衍生物,但[[環戊二烯銦(I)]]是例外,它是第一個被知道的有機銦(I)化合物<ref>{{cite journal| doi =10.1002/ange.19570692008| title =Metall-cyclopentadienyle des Indiums| date =1957| last1 =Fischer| first1 = E. O.| last2 =Hofmann| first2 = H. P.| journal =Angewandte Chemie| volume =69| issue =20| pages =639–640| language =de}}</ref> ,且是聚合型的,由交替的銦原子和[[環戊二烯錯合物]]的鋸齒狀鏈組成<ref>{{cite journal | title = Synthesis, characterization and structural studies of In(C<sub>5</sub>H<sub>4</sub>Me) by x-ray diffraction and electron diffraction techniques and a reinvestigation of the crystalline state of In(C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>) by x-ray diffraction studies |author1=Beachley O. T. |author2=Pazik J. C. |author3=Glassman T. E. |author4=Churchill M. R. |author5=Fettinger J.C. |author6=Blom R. | journal = Organometallics | year = 1988| volume = 7 | issue = 5 | pages = 1051–1059 | doi = 10.1021/om00095a007 }}</ref> 。可能最為人熟知的有機銦化合物是三甲基銦(In(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>),用來製備某些半導體材料<ref>{{cite journal | doi = 10.1016/S0022-0248(02)01854-7 | title = Correlation of vapor pressure equation and film properties with trimethylindium purity for the MOVPE grown III–V compounds | year = 2003 | last1 = Shenai | first1 = Deo V. | last2 = Timmons | first2 = Michael L. | last3 = Dicarlo | first3 = Ronald L. | last4 = Lemnah | first4 = Gregory K. | last5 = Stennick | first5 = Robert S. | journal = Journal of Crystal Growth | volume = 248 | pages = 91–98 | bibcode=2003JCrGr.248...91S}}</ref><ref>{{cite journal | doi = 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.006 | title = Correlation of film properties and reduced impurity concentrations in sources for III/V-MOVPE using high-purity trimethylindium and tertiarybutylphosphine | year = 2004 | last1 = Shenai | first1 = Deodatta V. | last2 = Timmons | first2 = Michael L. | last3 = Dicarlo | first3 = Ronald L. | last4 = Marsman | first4 = Charles J. | journal = Journal of Crystal Growth | volume = 272 | issue = 1–4 | pages = 603–608 | bibcode=2004JCrGr.272..603S}}</ref>。 |
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==歷史== |
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1863年,德國化學家[[斐迪南˙賴希]]和[[希羅尼穆斯˙特奧多爾˙里赫特]]在試驗來自薩克森[[弗類貝格]]周圍礦井的礦石,他們將礦物[[黃鐵礦]]、[[砷黃鐵礦]]、[[方鉛礦]]和[[閃鋅礦]]溶解在[[氫氯酸]]中並提純粗[[氯化鋅]]。賴希是[[色盲]],所以他雇用里赫特作助手以偵測有色譜線。由於他們知道源自該區的礦石有時含[[鉈]],於是想尋找綠色的鉈放射光譜線,但取而代之的,卻找到了一條明亮的藍線,因為該藍線並不符合任何已知元素,他們於是假定在礦物中出現了新的元素。他們命名此元素為銦,源自在光譜中看見的[[靛藍]]色,從拉丁文indicum而來,意思是印度。<ref>{{cite journal|title = Ueber das Indium|author = Reich, F.|author2 = Richter, T.|journal = Journal für Praktische Chemie|volume = 90|issue = 1|pages = 172–176|date = 1863|doi = 10.1002/prac.18630900122|language = de|url = https://zenodo.org/record/1427838|access-date = 2019-07-19|archive-date = 2020-02-02|archive-url = https://web.archive.org/web/20200202154729/https://zenodo.org/record/1427838|dead-url = no}}</ref><ref name="Venetskii">{{cite journal|title = Indium|last = Venetskii|first = S.|journal = Metallurgist|volume = 15|issue = 2|pages = 148–150|date = 1971|doi = 10.1007/BF01088126}}</ref><ref name=Greenwood244>Greenwood and Earnshaw, p. 244</ref><ref name=Weeks>{{cite journal|author=Weeks, Mary Elvira |authorlink=Mary Elvira Weeks |title=The Discovery of the Elements: XIII. Some Spectroscopic Studies |journal=Journal of Chemical Education |volume=9 |issue=8 |pages=1413–1434 |url=http://search.jce.divched.org/JCEIndex/FMPro?-db=jceindex.fp5&-lay=wwwform&combo=weeks&-find=&-format=detail.html&-skip=27&-max=1&-token.2=27&-token.3=10 |doi=10.1021/ed009p1413 |year=1932 |bibcode=1932JChEd...9.1413W }}{{dead link|date=April 2017 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> |
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铟及其化合物对人体没有明显的危害,即使如此,仍应避免它们和身体破伤的部位接触。铟盐溶液具有相似于铝盐的[[味道]]。<ref name=in /> |
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1864年,里赫特繼續分離此金屬<ref>{{cite journal|title = Ueber das Indium|author = Reich, F.|author2=Richter, T.|journal = Journal für Praktische Chemie|volume = 92 |issue = 1 |pages = 480–485 |date = 1864|doi = 10.1002/prac.18640920180|language=de}}</ref>。在1867年的[[世界博覽會]],展出了一錠0.5公斤的銦塊<ref name="SchSch">{{cite book|title = Indium: Geology, Mineralogy, and Economics|first = Ulrich|last = Schwarz-Schampera|author2=Herzig, Peter M.|publisher = Springer|date = 2002|isbn = 978-3-540-43135-0|url = https://books.google.com/?id=k7x_2_KnupMC&pg=PA1}}</ref> 。後來,由於里赫特自稱是唯一的發現者,賴希和里赫特就此失和。<ref name=Weeks/> |
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==存在形式== |
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{{主族金属|In}} |
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銦是由中低質量恆星(質量為0.6~10個太陽)長期(長達數千年)的[[s-過程]](慢中子捕獲)產生的。當一個銀-109原子(佔銀同位素的一半)捕獲一個中子時,它會經歷[[β衰變]]為鎘-110。捕獲更多的中子後,它變成鎘-115,通過另一種[[β衰變]]成銦-115。這解釋為什麼放射性同位素比穩定同位素更豐富<ref>{{cite journal|first=A. I. | last= Boothroyd| title = Heavy elements in stars| journal= Science| volume= 314 | issue= 5806| date= 2006 | pages= 1690–1691 | doi= 10.1126/science.1136842 | pmid = 17170281}}</ref>。穩定的銦同位素銦-113是p核之一,其起源尚不清楚;雖然已知銦-113直接在s-和[[r-過程]](快中子補獲)中製造,並且還是非常長壽命的鎘-113的子體,其具有約8千萬億年的半衰期,這只佔一部份的銦-113。<ref name="s-contrib">C. Arlandini, F. Käppeler, K. Wisshak, R. Gallino, M. Lugaro, M. Busso, O. Straniero: ''Neutron Capture in Low-Mass Asymptotic Giant Branch Stars: Cross Sections and Abundance Signatures.'' In: ''The Astrophysical Journal'', Vol. 525, 1999, p. 886–900. ( {{doi|10.1086/307938}})</ref><ref name="r-contrib">Zs. Nemeth, F. Käppeler, C. Theis, T. Belgya, S. W. Yates: ''Nucleosynthesis in the Cd-In-Sn region.'' In: ''The Astrophysical Journal'', Vol. 426, 1994, p. 357–365. ( {{doi|10.1086/174071}})</ref> |
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銦是地殼中第68位最豐富的元素,大約50 [[ppb]]。類似於地殼中含量豐富的[[銀]]、[[鉍]]和[[汞]]。它很少形成自己的礦物質,或者是以元素形式存在。已知銦礦物少於10種:如[[紅土]](CuInS<sub>2</sub>),沒有一種有足夠的濃度進行商業化提取<ref name=":0">{{Cite journal|url=https://www.researchgate.net/publication/309583931|title=The distribution of gallium, germanium and indium in conventional and non-conventional resources - Implications for global availability (PDF Download Available)|website=ResearchGate|doi=10.13140/rg.2.2.20956.18564|access-date=2017-06-02|year=2016|last1=Frenzel|first1=Max|journal=|archive-date=2018-10-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20181006235214/https://www.researchgate.net/publication/309583931|dead-url=no}}</ref>。銦反而更常見於礦物中的微量成分,如[[閃鋅礦]]和[[黃銅礦]]<ref>{{Cite journal|last=Frenzel|first=Max|last2=Hirsch|first2=Tamino|last3=Gutzmer|first3=Jens|date=July 2016|title=Gallium, germanium, indium, and other trace and minor elements in sphalerite as a function of deposit type — A meta-analysis|journal=Ore Geology Reviews|volume=76|pages=52–78|doi=10.1016/j.oregeorev.2015.12.017}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Bachmann|first=Kai|last2=Frenzel|first2=Max|last3=Krause|first3=Joachim|last4=Gutzmer|first4=Jens|date=June 2017|title=Advanced Identification and Quantification of In-Bearing Minerals by Scanning Electron Microscope-Based Image Analysis|journal=Microscopy and Microanalysis|volume=23|issue=3|pages=527–537|doi=10.1017/S1431927617000460|pmid=28464970|issn=1431-9276|bibcode=2017MiMic..23..527B}}</ref>。由此可知,它可以在冶煉過程中作為副產品提取出來。雖然在這些礦床中銦的豐富度相對於其地殼而言為高<ref name=":1">{{Cite journal|last=Frenzel|first=Max|last2=Mikolajczak|first2=Claire|last3=Reuter|first3=Markus A.|last4=Gutzmer|first4=Jens|date=June 2017|title=Quantifying the relative availability of high-tech by-product metals – The cases of gallium, germanium and indium|journal=Resources Policy|volume=52|pages=327–335|doi=10.1016/j.resourpol.2017.04.008}}</ref> ,但按現價以及當前的提取效率計算,都不足以支持銦作為主要產品。 |
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銦的含量在其他金屬礦石中存在不同的估計。<ref name="USGSCS2007">{{cite web|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/indiumcs07.pdf|title=Mineral Commodities Summary 2007: Indium|publisher=United States Geological Survey|accessdate=2007-12-26|archive-date=2008-05-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20080509184325/http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/indiumcs07.pdf|dead-url=no}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Werner|first=T. T.|last2=Mudd|first2=G. M.|last3=Jowitt|first3=S. M.|date=2015-10-02|title=Indium: key issues in assessing mineral resources and long-term supply from recycling|journal=Applied Earth Science|volume=124|issue=4|pages=213–226|doi=10.1179/1743275815Y.0000000007|issn=0371-7453}}</ref>然而,沒有主體材料的礦石,這些量是不可提取的(見生產和可用性一節)。因此,銦的可用性基本上取決於提取這些礦石的速率,而不是銦的絕對量。這是在當前辯論中經常被遺忘的一個方面<ref>{{Cite journal|last=Graedel|first=T. E.|last2=Barr|first2=Rachel|last3=Chandler|first3=Chelsea|last4=Chase|first4=Thomas|last5=Choi|first5=Joanne|last6=Christoffersen|first6=Lee|last7=Friedlander|first7=Elizabeth|last8=Henly|first8=Claire|last9=Jun|first9=Christine|date=2012-01-17|title=Methodology of Metal Criticality Determination|journal=Environmental Science & Technology|volume=46|issue=2|pages=1063–1070|doi=10.1021/es203534z|pmid=22191617|issn=0013-936X|bibcode=2012EnST...46.1063G}}</ref> ,例如:在耶魯的Graedel小組批判性評估中,一些研究引用了說明自相矛盾的低耗盡時間。<ref>{{Cite journal|last=Harper|first=E. M.|last2=Kavlak|first2=Goksin|last3=Burmeister|first3=Lara|last4=Eckelman|first4=Matthew J.|last5=Erbis|first5=Serkan|last6=Sebastian Espinoza|first6=Vicente|last7=Nuss|first7=Philip|last8=Graedel|first8=T. E.|date=2015-08-01|title=Criticality of the Geological Zinc, Tin, and Lead Family|journal=Journal of Industrial Ecology|volume=19|issue=4|pages=628–644|doi=10.1111/jiec.12213|issn=1530-9290|url=http://hdl.handle.net/10.1111/jiec.2015.19.issue-4}}</ref><ref name=":1"/> |
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==生產和可用性== |
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銦在加工其他金屬礦物時作為[[副產物]]。它的主要來源是[[硫化鋅]]礦,硫化鋅礦主要存在於[[閃鋅礦]]中<ref name=":1" />。少量可能從[[硫化銅]]礦物中提取。在鋅冶煉的[[焙燒--電解提取]]的過程中,銦會聚集在富含鐵的殘餘物中。銦可從上述方式中提取,也可以直接從過程產生的溶液還原並通過[[電解]]進一步地純化。<ref name=Greenwood247>Greenwood and Earnshaw, p. 247</ref>確切的過程因冶煉廠的運作方式而異.<ref name="InProcess"/><ref name=":1" />。 |
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銦的生產受到每年提取的硫化鋅(和銅)礦物數量的限制(因為銦是副產物)。因此,需要根據供應潛力來衡量其可用性。副產物的供應潛力定義為在當前市場條件下(技術和價格)每年從其主體材料中商業化提取的量<ref>{{Cite journal|last=Frenzel|first=Max|last2=Tolosana-Delgado|first2=Raimon|last3=Gutzmer|first3=Jens|date=December 2015|title=Assessing the supply potential of high-tech metals – A general method|journal=Resources Policy|volume=46, Part 2|pages=45–58|doi=10.1016/j.resourpol.2015.08.002}}</ref> 。副產品不需考量存量和來源,因為它不能獨立於主要產品中提取<ref name=":1" />。最近的估計顯示,銦的供應潛力至少有1,300公噸/年是來自硫化鋅礦石以及20公噸/年來自硫化銅礦石<ref name=":1" /> 。這些數字遠遠高於目前的產量(2016年為655公噸)<ref name=":2">{{Cite book|url=https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/mcs-2017-indiu.pdf|title=Indium - in: USGS Mineral Commodity Summaries|last=|first=|publisher=United States Geological Survey|year=2017|isbn=|location=|pages=|access-date=2019-08-03|archive-date=2019-01-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20190111092318/https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/mcs-2017-indiu.pdf|dead-url=no}}</ref> ,因此,在不顯著增加生產成本或價格的情況下,未來銦的副產品可能增加產量。 2016年銦的平均價格為240美元/公斤,低於2014年的705美元/公斤。<ref>{{Cite web|url=https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/historical-statistics/index.html|title=Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the United States|last=Kelly|first=TD|last2=Matos|first2=GR|date=2015|website=|access-date=2017-06-02|archive-date=2017-05-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20170511080923/https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/historical-statistics/index.html|dead-url=no}}</ref> |
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截止2017年全球已知的1512处含铟矿床估计,全球铟资源量至少35.6万吨,其中已经公布资源量数据的101处矿床铟金属资源量合计约7.6万吨。中国、玻利维亚和俄罗斯是全球铟矿资源最为丰富的国家,以上三国铟矿资源量合计约占全球总量的60%,其中中国占比26%。 |
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中國是銦的主要生產國(2016年為290公噸),其次是韓國(195公噸),日本(70公噸)和加拿大(65公噸)。[[加拿大]][[英屬哥倫比亞省]]的[[泰克資源]](Teck Resources)煉油廠是一家大型單一來源銦的生產商。2005年產量為32.5公噸,2004年產量為41.8公噸,2003年產量為36.1公噸。日本北海道[[札幌市]][[南區_(札幌市)|南區]]的[[豐羽礦山]]曾是世界最大的銦產地,但已於2006年起停止採礦。 |
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2019年全球原生铟产量760吨,其中,中国产量300吨(全球占比39%);韩国产量为240吨(全球占比31%)。 |
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全球銦主要用於[[LCD]]生產。隨著液晶電腦顯示器和電視機的普及,目前LCD生產佔銦消耗量的50%,<ref>{{cite web|title = Indium Price Supported by LCD Demand and New Uses for the Metal|work = Geology.com|format = PDF|url = http://geology.com/articles/indium.shtml|accessdate = 2007-12-26|archive-url = https://web.archive.org/web/20071221130320/http://geology.com/articles/indium.shtml|archive-date = 2007-12-21|dead-url = yes|df = }}</ref> 從1990年代末到2010年,需求迅速增長。提高生產效率和回收利用保持供需平衡(特別是在日本)。根據[[聯合國環境規劃署]]的報告,銦的報廢回收率不到1%。 |
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<ref name="USGS2011">{{cite web|title=USGS Mineral Commodity Summaries 2011|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2011/mcs2011.pdf|publisher=USGS and USDI|accessdate=August 2, 2011|archive-date=2019-01-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20190111211631/https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2011/mcs2011.pdf|dead-url=no}}</ref> |
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==應用== |
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1924年,人們發現銦具有穩定[[有色金屬]]的重要特性,成為銦的首要用途<ref name="dd">{{cite journal |doi = 10.1021/ed011p270 |title = A story of indium |date = 1934 |last1 = French |first1 = Sidney J. |journal = Journal of Chemical Education |volume = 11 |issue = 5 |page = 270|bibcode = 1934JChEd..11..270F }}</ref>。第一次大規模應用是在[[第二次世界大戰]]期間,在高性能飛機的[[發動機]]中塗覆[[軸承]],以防止損壞和[[腐蝕]](已非現今主要用途)<ref name=Greenwood247/>。人們在[[易熔合金]]、[[焊料]]和[[電子產品]]中發現銦的新用途。在1950年代,銦的微小珠子用於PNP合金結晶體管的發射極和集電極。在1980年代中後期,用於液晶顯示器(LCD)的磷化銦半導體和氧化銦錫(ITO)薄膜的發展引起人們的極大興趣。到1992年,薄膜應用已成為銦最大的用途。<ref name="USGSYB2007">{{cite web|title = Mineral Yearbook 2007: Indium|publisher = United States Geological Survey|first = Amy C.|last = Tolcin|url = http://minerals.usgs.gov/mineralofthemonth/indium.pdf|accessdate = 2019-08-03|archive-date = 2016-12-31|archive-url = https://web.archive.org/web/20161231013853/https://minerals.usgs.gov/mineralofthemonth/indium.pdf|dead-url = no}}</ref><ref name="Downs">{{cite book|title = Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium, and Thallium |first =Anthony John|last = Downs|publisher = Springer|date = 1993|isbn = 978-0-7514-0103-5|pages = 89 and 106|url = https://books.google.com/?id=v-04Kn758yIC}}</ref> |
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氧化銦(III)和氧化銦錫(ITO)用作導電發光板中玻璃基板上的透明導電塗層<ref>{{cite web|title=The Electroluminescent Light Sabre |work=Nanotechnology News Archive |publisher=Azonano |date=June 2, 2005 |url=http://azonano.com/news.asp?newsID=1007 |accessdate=2007-08-29 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20071012003936/http://azonano.com/news.asp?newsID=1007 |archivedate=October 12, 2007 }}</ref>。氧化銦錫用作低壓鈉蒸汽燈中的濾光器。紅外輻射被反射回燈中,可提高燈管內的溫度並改善燈的性能<ref name="Downs"/>。 |
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銦有許多與[[半導體]]相關的應用。一些銦化合物,如[[銻化銦]]和[[磷化銦]]<ref>{{cite journal|title = Properties, Preparation, and Device Applications of Indium Phosphide|journal = Annual Review of Materials Science|volume = 11|pages = 441–484|date = 1981|doi = 10.1146/annurev.ms.11.080181.002301|first = K. J.|last = Bachmann|bibcode = 1981AnRMS..11..441B }}</ref>,是有用的半導體。一種常用於半導體的銦化物是[[三甲基銦]](TMI),[[三甲基銦]]也用作[[II-VI價化合物]]半導體中的半導體摻雜劑<ref>{{cite journal|title = Correlation of film properties and reduced impurity concentrations in sources for III/V-MOVPE using high-purity trimethylindium and tertiarybutylphosphine|first = Deodatta V.|last = Shenai|author2 = Timmons, Michael L. |author3 = DiCarlo Jr., Ronald L. |author4 = Marsman, Charles J.|journal = Journal of Crystal Growth|volume = 272|issue = 1–4|date = 2004|pages = 603–608 |doi = 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.006|bibcode = 2004JCrGr.272..603S }}</ref>。 InAs和InSb用於低溫晶體管,InP用於高溫晶體管<ref name=Greenwood247/> 。化合物半導體[[InGaN]]和[[InGaP]]用於[[發光二極管]](LED)和雷射二極管<ref>{{cite book|isbn=978-0-521-53351-5|title=Light-Emitting Diodes|url=https://archive.org/details/lightemittingdio00schu_262|author=Schubert, E. Fred |date=2003|page=[https://archive.org/details/lightemittingdio00schu_262/page/n29 16]|publisher=Cambridge University Press}}</ref>。銦在光伏電池中作為半導體銅銦鎵硒半導體([[CIGS]]),光伏電池也稱為CIGS太陽能電池(一種第二代薄膜太陽能電池)<ref>{{cite journal|title = Scaling up issues of CIGS solar cells |
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| volume = 361–362| issue = 1–2|date = 2000| pages = 540–546|doi = 10.1016/S0040-6090(99)00849-4|first = M.|last = Powalla|author2=Dimmler, B.|journal = Thin Solid Films|bibcode=2000TSF...361..540P}}</ref>。銦用於含[[鍺]]的PNP[[雙極結晶體管]],因為當在低溫下焊接時,銦不會對鍺產生影響<ref name=Greenwood247/>。 |
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==生態角色與預防危害== |
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銦是硫化鋅礦石的次要成分,且為鋅精煉的副產物。它主要運用在半導體工業、低熔點金屬合金如焊料、軟金屬高真空密封墊以及製造塗覆在玻璃上的透明氧化銦錫(ITO)導電膜。銦是一種科技關鍵元素。
雖然銦的化合物在注入血液時有些毒性,它並無生物角色。大多數的職業暴露是經由攝入與吸入,前者無法良好吸收,後者則會中度吸收。
性質[编辑]
物理[编辑]
銦是一種銀白色、高延展性且帶有光澤的後過渡金屬[6]。它質軟(莫氏硬度1.2),如鈉般可以用刀切割,也會在紙上留下可見的線[7]。它是週期表硼族元素的成員,性質主要介於與它上下比鄰的鎵和鉈之間。如同錫,當銦被彎曲時,可聽見高音頻的鳴聲──由於孿晶[6]的爆裂聲;如同鎵,銦能浸潤玻璃,而與兩者相同的是,銦具有低熔點156.60°C (313.88 °F),比同族中較輕的鎵高,但比同族中較重的鉈低,也比錫來得低[8]。沸點為2072 °C (3762 °F),比鉈高但低於鎵,此與熔點的普遍趨勢相反,但與其他後過渡金屬族的趨勢相同,原因是具有較少數未定域電子而造成的弱金屬鍵[9]。
銦的密度是7.31 g/cm3,亦大於鎵但小於鉈。當低於臨界溫度3.41 K時,銦會成為超導體。銦以體心四方晶系形成結晶體,其空間群為I4/mmm (晶胞参数: a = 325 pm, c = 495 pm):[8]此為輕微扭曲的面心立方結構,即每個銦原子有四個相距324pm和八個相距較遠(336pm)的相鄰原子[10]。銦在液態汞中擁有比任何其他金屬更佳的溶解度(在0°C大於50%的質量百分率)[11]。銦展現了延展黏塑的反應,其張力或壓縮與尺寸大小無關。然而,它在彎曲和壓痕時卻有尺寸效應,與長度規模50–100 µm的量級有關[12],遠比其他金屬大。
化學[编辑]
銦有49個電子,電子組態是[Kr]4d105s25p1。 在化合物中,銦最常提供最外層的三顆電子成為銦(III)(In3+)。在一些例子中,5s的電子對並未提供而成為銦(I)(In+),此單價態的穩定性歸因於惰性電子對效應,即在較重的元素中可觀察到因相對論效應使5s軌域穩定,鉈(較銦重的同族元素)展現了甚至更強的效應,使得氧化成鉈(I)比氧化成鉈(III)更可能發生[13] ,然而鎵(較銦輕的同族元素)通常則只以+3的氧化態出現,因此,雖然鉈(III)是中強的氧化劑,銦(III)並不是,而且許多銦(I)的化合物是強大的還原劑[14]。 儘管銦將s-電子囊括在化學鍵中所需的能量是13族金屬中最低的,但因鍵能在同族中越往下越減少,導致形成額外兩個鍵所得到的能量,很多時候並不足以補足失去5s-電子生成+3氧化態所需的能量[15]。氧化銦(I)和氫氧化銦(I)是較為鹼性的,而氧化銦(III)和氫氧化銦(III)則較為酸性[15]。
在各種不同反應中[16]研究所得之銦的各種標準電極電位數值,反映了+3氧化態降低的穩定性[10]:
−0.40 | In2+ + e− | ↔ In+ |
−0.49 | In3+ + e− | ↔ In2+ |
−0.443 | In3+ + 2 e− | ↔ In+ |
−0.3382 | In3+ + 3 e− | ↔ In |
−0.14 | In+ + e− | ↔ In |
銦金屬不與水反應,但是會被較強的氧化劑如鹵素氧化成銦(III)化合物。它不形成硼化物、矽化物或碳化物,而氫化物氫化銦(III)(InH3)頂多在低溫的醚溶液中短暫存在,相當不穩定以至於會自發性的無配位聚合[14] 。銦在水溶液中相當鹼性,只展現些微的兩性特性,並且不同於它較輕的同族元素鋁和鎵,在鹼性溶液中是難溶的[17]。
同位素[编辑]
銦有39個已知的同位素,分布在質量數97至135。只有兩個同位素以原始核種自然出現:銦-113以及銦-115,前者是唯一的穩定同位素,後者則具有4.41×1014年的半衰期,規模較宇宙年齡大4個數量級,比釷-232要长將近30000倍[18] ,115In的半衰期之所以極長是因為生成115Sn的β衰變是自旋禁止的[19]。銦-115占了全部銦的95.7%。銦是穩定同位素在自然界的豐度少於長壽原始放射性同位素的三種已知元素之一(其他是碲和錸)[20]。
最穩定的人造同位素是銦-111,擁有半衰期約2.8天,其他所有同位素的半衰期都少於5小時。銦也具有47個介態,其中銦-114m1(半衰期約49.51天)是最穩定的,除了原始同位素外,比其他銦同位素的基態都穩定。所有的這種銦同位素透過核異構素躍遷進行衰變。比115In輕的銦同位素主要以電子捕获和正电子發射衰變成鎘同位素,而115In與更重者則主要以β衰變形成錫同位素[18]。
化合物[编辑]
銦(III)[编辑]
氧化銦(III)(In2O3)是由銦金屬在空氣中燃燒,或其氫氧化物或硝酸鹽加熱形成[21]。氧化銦具有類似鋁的結構且為兩性的,即與酸和鹼皆可以反應。銦與水反應生成可溶性的氫氧化銦(III),同樣也是兩性的;與鹼金屬產生銦酸(III)鹽;與酸則產生銦(III)鹽。
- In(OH)3 + 3 HCl → InCl3 + 3 H2O
和硫、硒、碲所形成之類似的倍半硫屬化合物也是已知的[22]。銦生成預期中的三鹵化物,其氯化、溴化和碘化會生成無色的 InCl3、InBr3以及黃色的InI3。這些化合物是路易士酸,類似為人熟知的三鹵化鋁。就如同相近的鋁化合物,InI3是聚合體[23]。 銦與氮族元素直接反應會生成灰色或半金屬III-IV的半導體,他們之中有許多會在潮濕空氣中緩慢分解,使得這些半導體化合物需要謹慎的儲藏,以避免和大氣接觸。氮化銦容易被酸和鹼攻擊[24]。
銦(I)[编辑]
銦(I)的化合物並不常見,其氯化物、溴化物和碘化物都是深色的,與製備來源的三鹵化物不同;氟化物只以不穩定的氣態化合物為人所知[25] 。黑色的粉狀氧化銦(I)是在氧化銦(III)加熱至700 °C時分解產生[21]。
其他氧化態[编辑]
較少見的,銦會以+2甚至是分數型的氧化態形成化合物。通常此類材料以銦-銦鍵結為特色,最顯著的是在鹵化物In2X4 與[In2X6]2−中[26] 以及各種副硫屬化合物如In4Se3.[27]。許多其他化合物已知會與銦(I)和銦(III)結合,如InI6(InIIICl6)Cl3、[28] InI5(InIIIBr4)2(InIIIBr6)和[29] InIInIIIBr4.[26]。
有機銦化合物[编辑]
有機銦化合物以銦-碳鍵結為特色,多數是銦(III)的衍生物,但環戊二烯銦(I)是例外,它是第一個被知道的有機銦(I)化合物[30] ,且是聚合型的,由交替的銦原子和環戊二烯錯合物的鋸齒狀鏈組成[31] 。可能最為人熟知的有機銦化合物是三甲基銦(In(CH3)3),用來製備某些半導體材料[32][33]。
歷史[编辑]
1863年,德國化學家斐迪南˙賴希和希羅尼穆斯˙特奧多爾˙里赫特在試驗來自薩克森弗類貝格周圍礦井的礦石,他們將礦物黃鐵礦、砷黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦溶解在氫氯酸中並提純粗氯化鋅。賴希是色盲,所以他雇用里赫特作助手以偵測有色譜線。由於他們知道源自該區的礦石有時含鉈,於是想尋找綠色的鉈放射光譜線,但取而代之的,卻找到了一條明亮的藍線,因為該藍線並不符合任何已知元素,他們於是假定在礦物中出現了新的元素。他們命名此元素為銦,源自在光譜中看見的靛藍色,從拉丁文indicum而來,意思是印度。[34][35][36][37] 1864年,里赫特繼續分離此金屬[38]。在1867年的世界博覽會,展出了一錠0.5公斤的銦塊[39] 。後來,由於里赫特自稱是唯一的發現者,賴希和里赫特就此失和。[37]
存在形式[编辑]
銦是由中低質量恆星(質量為0.6~10個太陽)長期(長達數千年)的s-過程(慢中子捕獲)產生的。當一個銀-109原子(佔銀同位素的一半)捕獲一個中子時,它會經歷β衰變為鎘-110。捕獲更多的中子後,它變成鎘-115,通過另一種β衰變成銦-115。這解釋為什麼放射性同位素比穩定同位素更豐富[40]。穩定的銦同位素銦-113是p核之一,其起源尚不清楚;雖然已知銦-113直接在s-和r-過程(快中子補獲)中製造,並且還是非常長壽命的鎘-113的子體,其具有約8千萬億年的半衰期,這只佔一部份的銦-113。[41][42]
銦是地殼中第68位最豐富的元素,大約50 ppb。類似於地殼中含量豐富的銀、鉍和汞。它很少形成自己的礦物質,或者是以元素形式存在。已知銦礦物少於10種:如紅土(CuInS2),沒有一種有足夠的濃度進行商業化提取[43]。銦反而更常見於礦物中的微量成分,如閃鋅礦和黃銅礦[44][45]。由此可知,它可以在冶煉過程中作為副產品提取出來。雖然在這些礦床中銦的豐富度相對於其地殼而言為高[46] ,但按現價以及當前的提取效率計算,都不足以支持銦作為主要產品。
銦的含量在其他金屬礦石中存在不同的估計。[47][48]然而,沒有主體材料的礦石,這些量是不可提取的(見生產和可用性一節)。因此,銦的可用性基本上取決於提取這些礦石的速率,而不是銦的絕對量。這是在當前辯論中經常被遺忘的一個方面[49] ,例如:在耶魯的Graedel小組批判性評估中,一些研究引用了說明自相矛盾的低耗盡時間。[50][46]
生產和可用性[编辑]
銦在加工其他金屬礦物時作為副產物。它的主要來源是硫化鋅礦,硫化鋅礦主要存在於閃鋅礦中[46]。少量可能從硫化銅礦物中提取。在鋅冶煉的焙燒--電解提取的過程中,銦會聚集在富含鐵的殘餘物中。銦可從上述方式中提取,也可以直接從過程產生的溶液還原並通過電解進一步地純化。[51]確切的過程因冶煉廠的運作方式而異.[6][46]。
銦的生產受到每年提取的硫化鋅(和銅)礦物數量的限制(因為銦是副產物)。因此,需要根據供應潛力來衡量其可用性。副產物的供應潛力定義為在當前市場條件下(技術和價格)每年從其主體材料中商業化提取的量[52] 。副產品不需考量存量和來源,因為它不能獨立於主要產品中提取[46]。最近的估計顯示,銦的供應潛力至少有1,300公噸/年是來自硫化鋅礦石以及20公噸/年來自硫化銅礦石[46] 。這些數字遠遠高於目前的產量(2016年為655公噸)[53] ,因此,在不顯著增加生產成本或價格的情況下,未來銦的副產品可能增加產量。 2016年銦的平均價格為240美元/公斤,低於2014年的705美元/公斤。[54]
截止2017年全球已知的1512处含铟矿床估计,全球铟资源量至少35.6万吨,其中已经公布资源量数据的101处矿床铟金属资源量合计约7.6万吨。中国、玻利维亚和俄罗斯是全球铟矿资源最为丰富的国家,以上三国铟矿资源量合计约占全球总量的60%,其中中国占比26%。
中國是銦的主要生產國(2016年為290公噸),其次是韓國(195公噸),日本(70公噸)和加拿大(65公噸)。加拿大英屬哥倫比亞省的泰克資源(Teck Resources)煉油廠是一家大型單一來源銦的生產商。2005年產量為32.5公噸,2004年產量為41.8公噸,2003年產量為36.1公噸。日本北海道札幌市南區的豐羽礦山曾是世界最大的銦產地,但已於2006年起停止採礦。
2019年全球原生铟产量760吨,其中,中国产量300吨(全球占比39%);韩国产量为240吨(全球占比31%)。
全球銦主要用於LCD生產。隨著液晶電腦顯示器和電視機的普及,目前LCD生產佔銦消耗量的50%,[55] 從1990年代末到2010年,需求迅速增長。提高生產效率和回收利用保持供需平衡(特別是在日本)。根據聯合國環境規劃署的報告,銦的報廢回收率不到1%。 [56]
應用[编辑]
1924年,人們發現銦具有穩定有色金屬的重要特性,成為銦的首要用途[57]。第一次大規模應用是在第二次世界大戰期間,在高性能飛機的發動機中塗覆軸承,以防止損壞和腐蝕(已非現今主要用途)[51]。人們在易熔合金、焊料和電子產品中發現銦的新用途。在1950年代,銦的微小珠子用於PNP合金結晶體管的發射極和集電極。在1980年代中後期,用於液晶顯示器(LCD)的磷化銦半導體和氧化銦錫(ITO)薄膜的發展引起人們的極大興趣。到1992年,薄膜應用已成為銦最大的用途。[58][59]
氧化銦(III)和氧化銦錫(ITO)用作導電發光板中玻璃基板上的透明導電塗層[60]。氧化銦錫用作低壓鈉蒸汽燈中的濾光器。紅外輻射被反射回燈中,可提高燈管內的溫度並改善燈的性能[59]。
銦有許多與半導體相關的應用。一些銦化合物,如銻化銦和磷化銦[61],是有用的半導體。一種常用於半導體的銦化物是三甲基銦(TMI),三甲基銦也用作II-VI價化合物半導體中的半導體摻雜劑[62]。 InAs和InSb用於低溫晶體管,InP用於高溫晶體管[51] 。化合物半導體InGaN和InGaP用於發光二極管(LED)和雷射二極管[63]。銦在光伏電池中作為半導體銅銦鎵硒半導體(CIGS),光伏電池也稱為CIGS太陽能電池(一種第二代薄膜太陽能電池)[64]。銦用於含鍺的PNP雙極結晶體管,因為當在低溫下焊接時,銦不會對鍺產生影響[51]。
銦絲在低溫和超高真空應用中用作真空密封和熱導體,例如作為填充間隙的墊圈[65] 。銦是鎵–銦–錫合金中的一種成分,該合金在室溫下是液體,在某些溫度計中取代汞[66]。其他銦與鉍、鎘、鉛和錫的合金,具有較高的熔點(仍然偏低,50至100°C),用於消防噴淋系統和熱調節器。[51]
銦是鹼性電池中汞的一種替代品,可防止鋅腐蝕和氫氣產生。[67]添加銦到一些牙科用汞合金中以降低汞的表面張力,節省汞合金用量並提高其融合性。[68]
銦的高度補捉中子的典型特性適用於核反應堆的控制棒,通常是80%銀、15%銦和5%鎘的合金。[69]在核工程中,113In和115In的 (n,n') 反應用於確定中子通量的大小。[70]
生態角色與預防危害[编辑]
銦在生物體中無法代謝。與鋁鹽類似,當注射時,銦(III)離子對腎臟有毒[71]。氧化銦錫和磷化銦中主要是銦離子會對肺和免疫系統造成傷害[72],儘管水合氧化銦的毒性是剛注入時的四十倍以上,其造成的傷害程度仍以注入的銦量來衡量[71]。放射性銦-111(化學上非常少量)用於核醫學測試,作為放射性追踪劑,用於追踪體內標記蛋白質和白血球的運動[73][74] 。銦化合物在攝入時大多不被吸收,吸入時僅適度吸收;在排出前,它傾向於暫時被儲存於肌肉皮膚和骨頭裡,在人體內的半衰期約兩周[75]。
人們在工作場所中可能吸入、攝入、皮膚接觸和眼睛接觸暴露於銦。國家職業安全與健康研究所提到8小時工作日的建議暴露限制(REL)為0.1 mg/m3以下。[76]
參考資料[编辑]
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外部連結[编辑]
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- 元素铟在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 铟(英文)
元素周期表(主族金屬) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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IA 1 |
IIA 2 |
IIIB 3 |
IVB 4 |
VB 5 |
VIB 6 |
VIIB 7 |
VIIIB 8 |
VIIIB 9 |
VIIIB 10 |
IB 11 |
IIB 12 |
IIIA 13 |
IVA 14 |
VA 15 |
VIA 16 |
VIIA 17 |
VIIIA 18 | ||||||||||||||||||||
1 | H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |||||
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