Применение индия
Естественно, что в XIX в. рассеянный и непрочный индий не находил практического применения. Лишь в 30-х годах нашего столетия появились промышленные способы получения элемента № 49 — следствие того, что инженеры поняли, наконец, где и как использовать его своеобразные свойства. Вначале индий применяли главным образом для изготовления подшипников. Добавка индия улучшает механические свойства подшипниковых сплавов, повышает их коррозионную стойкость и смачиваемость. Широко распространены свинцово-серебряные подшипники с индиевым поверхностным слоем.
Делают их так. На стальную основу наносят электролитическим способом тонкий слой серебра. Назначение этого слоя — придать подшипнику повышенное сопротивление усталости. Поверх серебряного слоя таким же образом наносят слой пластичного свинца, а на него — слой еще более пластичного индия.Но, как мы уже упоминали, сплав свинца и индия прочнее и тверже, 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 свин-цово-бронзовые подшипники с индиевым поверхностным слоем.Индий нашел применение и в производстве некоторые 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° С. Другой сплав, в состав которого вместе с индием входят висмут, свинец, олово и кадмий, плавится при 46,5° С 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.Полупроводниковая промышленность вообще стала основным потребителем индия.
Некоторые соединения элемента № 49 с элементами V группы обладают ярко выраженными полупроводниковыми свойствами. Наибольшее значение приобрел антимонид индия (интерметаллическое соединение последнего с сурьмой), у которого особенно сильно меняется электропроводность под действием инфракрасного излучения. Он стал основой инфракрасных детекторов — приборов, «видящих» в темноте нагретые предметы (от электроплитки до выхлопной трубы танка или мотора тягача). Кстати, получить это соединение очень просто — нагреванием механической смеси индия и сурьмы. Делается это, конечно, в более чем стерильных условиях — в кварцевых ампулах, в вакууме.Арсенид индия InAs тоже применяется в инфракрасных детекторах, а также в приборах для измерения напряженности магнитного поля. Для производства квантовых генераторов, солнечных батарей, транзисторов и других приборов перспективен и фосфид индия.
Однако получить это соединение очень трудно: оно плавится при 1070° С и одновременно разлагается. Избежать этого можно только создав в реакторе большое (порядка десятков атмосфер) давление паров фосфора.«Сердцем» большинства полупроводниковых приборов считают так называемый р — n-переход. Это граница полупроводников p-типа — с дырочной проводимостью мn-типа — с электронной проводимостью. Примесь индия придает германию дырочную проводимость. Это обстоятельство лежит в основе технологии изготовления многих типов германиевых диодов. К пластинке германия тг-типа прижимается контактная игла, покрытая слоем индия, который во время формовки вплавляют в германий, создавая в нем область p-проводимости. А если два шарика индия вплавить с двух сторон германиевой пластинки, то тем самым создается р — n — р-структура — основа транзисторов.О прочих применениях элемента № 49 и его соединений обычно говорят, добавляя эпитет «возможные» или «потенциальные». Их немало.К примеру, легкоплавкий индий мог бы служить отличной смазкой для трущихся деталей, работающих при температурах выше 160, но ниже 2000° С — такие температуры часто развиваются в современных машинах и механизмах. Разнообразие существующих и возможных применений однозначно утверждает: «хилому» металлу индию уже никогда не быть безработным.
Индий
Серебристо-белый мягкий металл, химическая формула In — хим. элемент III группы периодической системы элементов, был открыт в 1863 немецкими учеными Ф. Рейх и Т. Рихтер при спектроскопическом исследовании цинковой обманки. Содержание его в земной коре 1 · 10 6 %. Чаще всего встречается в виде изоморфной смеси в сульфидных полиметаллических рудах. В минералах индий — рекизит CuInS2, иидит FeInS4, джалиндит In (ОН)3 и самородный индий — встречаются редко.
В минеральных кислотах индий растворяются очень медленно, но при нагревании реакция протекает быстрее. А вот его окислы типа окись In2О3 растворяются в кислотах быстро.
Индий получают из отходов и промежуточных продуктов производства цинка, свинца и олова, содержащих сотые процента индия.
На что индий не годен
Индий — довольно тяжелый (плотность 7,31 г/см3) и красивый металл серебристо-белого цвета. Его поверхность не замутнена окисной пленкой, на свету ярко блестит даже расплавленный индий.Тем не менее никому не придет 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, можно даже отщипнуть кусочек индия ногтями. 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.
В качестве примера очень мягкого, податливого к обработке металла приводят обычно чистое золото или тот же свинец. Индий в 20 раз мягче чистого золота. Из десяти минералов, составляющих шкалу твердости 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 регулирую-щих стержней в реакторах. Однако в справочнике по ред-ким 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 растет и растет довольно быстро.
МЕНДЕЛЕЕВ ОБ ИНДИИ. (Отрывок из статьи «Периодическая законность химических элементов», 1871 г.)«Положим, что дан элемент, образующий одну, выше не окисляющуюся, не очень энергическую основную окись, в которой эквивалент элемента=38 (надо не забыть, что в этом числе заключается некоторая, неизбежная погрешность). Спрашивается, какой его атомный вес или какова формула его окиси? Придав окиси состав R2O, будем иметь R=38, и элемент должно поместить в I группу. Но там на этом месте уже стоит К=39, да судя по атом-аналогии основание такого рода должно быть и растворимое, и энергическое. Придав окиси состав RO, атомный вес R будет=76, но во II группе нет места для элемента с таким атомным весом, потому что Zn=65, Sr=87, да и все места элементов с малыми атомными весами в ней полны…
Придав окиси состав R2O3, будем иметь для R атомный вес =114 и его должно отнести к III группе. В ней действительно есть свободное место между Cd=112 и Sn= 118 для элемента с атомным весом около 114. Судя по атоманалогии с Al2O3 и Тl2O3, с CdO и SnO2, окись его должна быть слабым основанием. Следовательно, можно сюда поставить наш элемент. Придав (же) ей состав RO2, получим атомный вес R=152, но в IV группе нет места для такого элемента. Свободное место, соответствующее элементу с атомным весом 162, должно принадлежать такому, окись которого будет очень слабою кислотою, слабейшею, чем SnO2, но более энергическою, чем РbО2. С атомным весом 152 есть свободное место в VIII группе, но элемент этого места, занимая средину между Pd и Pt, должен обладать такою совокупностью свойств, которую нельзя не заметить при изучении тела, и если ее нет в нем, то это место и этот вес атома ему и не подходят.
Придав окиси состав R2O5, получим атомный вес R=190, но в V группе нет места для такого элемента, потому, что Та = 182 и Bi = 208, да и элементы этих мест кислотны в виде R2O5.Точно так же не подходят нашему элементу и составы окислов RO3 и R2O7, а потому единственный приличный для нашего элемента атомный вес есть R=114, а окиси его формула R2O3.Но такой элемент и есть индий. Его эквивалент по наблюдению Винклера = 37,8, следовательно, его атомный вес должен быть изменен (до сих пор признавали его=75, а окись за InO) в In = 113, состав его окиси In2O3, его атоманалоги из группы III суть Аl и Тl, а из 7-го ряда — Cd и Sn…Чтобы убедиться в справедливости приведенного выше изменения в формуле окиси индия и в атомном весе индия, я определил его теплоемкость и нашел ее (0,055) согласною с тем выводом, который был сделан на основании закона периодичности, но в то же время Бунзен, испытывая свой изящный калориметрический прием, также определил теплоемкость индия, и наши результаты оказались согласными (Бунзен дает число 0,057), а потому нет никакого сомнения в том, что путем применения закона периодичности есть возможность исправлять атомные веса мало исследованных элементов».
ИНДИЙ-ЗАЩИТНИК. Износостойкость материала обычно увеличивают, нанося на его поверхность какой-нибудь твердый сплав. Это понятно: при трении твердый покров мало истирается и защищает от износа основной материал. Однако можно повышать износостойкость и другим способом — нанесением мягкого индия. Дело в том, что индий значительно уменьшает коэффициент трения. Например, стальные фильеры для волочения алюминия после покрытия индием изнашиваются почти в полтора раза медленнее, чем обычные. Индий применяют также для защиты острий контактов и графитовых щеток в электроприборах. На железо и сталь нельзя непосредственно наносить индий. Поэтому железные и стальные изделия сначала покрывают тон-ким слоем (до 0,025 мм) цинка или кадмия, затем наносят индий и нагревают до температуры чуть большей, чем температура плавления индия. За несколько часов выдержки при такой температуре индий и материал подслоя взаимно диффундируют. Образуется прочное, устойчивое к коррозии и истиранию покрытие.
Индий в зеркалах
Издавна считается, что лучше всего прожекторные зеркала делать из серебра. Однако, обладая высокой отражательной способностью, серебро довольно быстро тускнеет на воздухе. На помощь светотехникам пришел индий. Серебряные зеркала с индиевым покрытием не теряют отражательной способности намного дольше серебряных.Соли индия применяют в качестве добавок к некоторым люминесцентным составам. Они уничтожают фосфоресценцию состава, после того как возбуждение снято. Если обычная люминесцентная лампа после выключения еще некоторое время продолжает светить, то лампа с составом, содержащим соли индия, гаснет сразу после выключения.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ «МЫЛЬНЫЙ ПУЗЫРЬ». Тонкостенный полый шар или оболочку иной формы проще всего сделать так. Из легкоплавкого индиевого сплава отливают изделие нужной формы и электролитически покрывают его нужным металлом. После этого изделие нагревают, индиевый сплав плавится и выливается, а в руках мастера остается тонкая оболочка.
ИНДИЙ И СТЕКЛО. Соединить металл со стеклом можно при помощи простой пайки, если припоем служит известный сплав Вуда с добавкой 18% индия. Такой припой плавится при 46,5° С. А чтобы сделать стекло проводящим электричество, его покрывают окисью индия. При этом прозрачность стекла практически не уменьшается. Индиевые нити применяют также для нанесения сеток на объективы телескопов.