L'indium est un métal argenté brillant qui est si doux et malléable qu'il peut être rayé avec un ongle et plié dans presque toutes les formes. Dans la nature, l'indium est assez rare et se trouve presque toujours comme oligo-élément dans d'autres minéraux - en particulier dans le zinc et le plomb - à partir desquels il est généralement obtenu comme sous-produit. Son abondance estimée dans la croûte terrestre est de 0,1 partie par million (ppm) - un peu plus abondante que l'argent ou le mercure, selon la Royal Society of Chemistry.
L'indium a un point de fusion bas pour un métal: 313,9 degrés Fahrenheit (156,6 degrés Celsius). À quelque chose au-dessus de cette température, il brûle avec une flamme violette ou indigo. Le nom de l'indium est dérivé de la lumière indigo brillante qu'il montre dans un spectroscope.
Juste les faits
- Nombre atomique (nombre de protons dans le noyau): 49
- Symbole atomique (sur le tableau périodique des éléments): Dans
- Poids atomique (masse moyenne de l'atome): 114.8.8
- Densité: 7,31 grammes par centimètre cube
- Phase à température ambiante: solide
- Point de fusion: 313,88 degrés F (156,6 degrés C)
- Point d'ébullition: 3 761,6 F (2 072 C)
- Nombre d'isotopes (atomes d'un même élément avec un nombre différent de neutrons): 35 dont la demi-vie est connue; 1 écurie; 2 d'origine naturelle
- Isotope le plus courant: In-115
Découverte
L'indium a été découvert en 1863 par le chimiste allemand Ferdinand Reich à la Freiberg School of Mines en Allemagne. Reich étudiait un échantillon d'un mélange de minéraux de zinc qui, selon lui, pourrait contenir l'élément thallium récemment découvert. Après avoir grillé le minerai pour éliminer la majeure partie du soufre, il a appliqué de l'acide chlorhydrique sur les matériaux restants. Il a ensuite observé un solide jaunâtre apparaître. Il soupçonnait que cela pourrait être le sulfure d'un nouvel élément, mais comme il était daltonien, il a demandé à son collègue chimiste allemand Hieronymous T. Richter d'examiner le spectre de l'échantillon. Richter a noté une raie violette brillante, qui ne correspondait à la raie spectrale d'aucun élément connu.
En travaillant ensemble, les deux scientifiques ont isolé un échantillon du nouvel élément et ont annoncé sa découverte. Ils ont nommé le nouvel élément indium, d'après le mot latin indicum, ce qui signifie violet. Malheureusement, leur relation a tourné au vinaigre lorsque Reich a appris que Richter avait prétendu être le découvreur, selon la Royal Society of Chemistry (RSC).
Les usages
Plus d'un siècle après la découverte de l'indium, l'élément était toujours dans une obscurité relative, car personne ne savait quoi en faire. Aujourd'hui, l'indium est vital pour l'économie mondiale sous la forme d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). En effet, l'ITO reste le meilleur matériau pour répondre au besoin croissant de LCD (écrans à cristaux liquides) dans les écrans tactiles, les téléviseurs à écran plat et les panneaux solaires.
ITO possède plusieurs propriétés qui le rendent parfait pour les LCD et autres écrans plats: il est transparent; conduit l'électricité; adhère fortement au verre; résiste à la corrosion; et est chimiquement et mécaniquement stable.
L'ITO est également couramment utilisé pour fabriquer des revêtements minces pour le verre et les miroirs. Lorsqu'il est appliqué sur les pare-brise d'avions ou de voitures, par exemple, l'ITO permet au verre de se dégivrer ou de se désembuer, et il peut réduire les exigences de climatisation.
La demande croissante d'écrans LCD a considérablement augmenté les prix de l'indium ces dernières années, selon le RSC. Cependant, le recyclage et l'efficacité de la fabrication ont contribué à créer un bon équilibre entre l'offre et la demande.
L'indium est couramment utilisé pour fabriquer des alliages et est souvent appelé la «vitamine métallique», ce qui signifie que de minuscules niveaux d'indium peuvent faire une différence drastique dans un alliage, selon le RSC. Par exemple, l'ajout de petites quantités d'indium à l'or et aux alliages de platine les rend beaucoup plus difficiles. Les alliages d'indium sont utilisés pour recouvrir les roulements des moteurs à grande vitesse et d'autres surfaces métalliques. Ses alliages à bas point de fusion sont également utilisés dans les têtes de gicleurs, les maillons de portes coupe-feu et les bouchons fusibles.
L'indium métallique reste exceptionnellement doux et malléable à très basse température, ce qui le rend parfait pour une utilisation dans des outils nécessaires dans des conditions extrêmement froides, telles que les pompes cryogéniques et les systèmes à vide poussé. Une autre qualité unique est son caractère collant, ce qui le rend très utile comme soudure.
L'indium est utilisé dans la fabrication de divers appareils électriques tels que les redresseurs (appareils qui convertissent un courant alternatif en courant direct), les thermistances (une résistance électrique dépendante de la température) et les photoconducteurs (appareils qui augmentent leur conductivité électrique lorsqu'ils sont exposés à la lumière).
Source et abondance
L'indium est rarement trouvé non combiné dans la nature et se trouve généralement dans les minerais de zinc, de fer, de plomb et de cuivre. C'est le 61e élément le plus commun dans la croûte terrestre et environ trois fois plus abondant que l'argent ou le mercure, selon l'US Geological Survey (USGS). On estime qu'il représente environ 0,1 partie par million (ppm) dans la croûte terrestre. En poids, l'indium est estimé à 250 parties par milliard (ppb), selon Chemicool. L'indium naturel est un mélange des isotopes I-115 (95,72%) et I-113 (4,28%), selon Encyclopaedia Britannica.
La plupart de l'indium commercial provient du Canada et représente environ 75 tonnes par an. Les réserves de métal devraient dépasser 1 500 tonnes. Les sols cultivés se révèlent parfois plus riches en indium que les sols non cultivés avec des niveaux aussi élevés que 4 ppm, selon Lenntech.
Qui savait?
- L'indium métal émet un "cri" aigu lorsqu'il est plié. Semblable au «cri d'étain», ce cri ressemble plus à un crépitement.
- L'indium est similaire au gallium en ce qu'il mouille facilement le verre et est très utile pour fabriquer des alliages à bas point de fusion. Un alliage composé de 24% d'indium et de 76% de gallium est liquide à température ambiante.
- Selon l'USGS, la première application d'indium à grande échelle a été un revêtement pour les roulements des moteurs d'avion à hautes performances pendant la Seconde Guerre mondiale.
- Des échantillons d'indium métal non combiné ont été trouvés dans une région de Russie, selon Lenntech.
De meilleures batteries
Le revêtement d'indium pourrait un jour conduire à des batteries au lithium rechargeables plus puissantes et plus durables, selon une étude publiée dans la revue Angewandte Chemie. Le revêtement d'indium offrirait un dépôt plus uniforme de lithium pendant le chargement, amortirait toutes les réactions secondaires négatives et augmenterait le stockage.
Une batterie lithium-ion est un type de batterie rechargeable couramment utilisé dans les technologies portables, comme les téléphones portables et les ordinateurs portables. Pendant la décharge, les ions lithium se déplacent de l'électrode négative (anode) à l'électrode positive (cathode). Pendant que la batterie se charge, les ions lithium se déplacent dans la direction opposée - l'électrode négative devient la cathode et l'électrode positive devient l'anode.
Actuellement, les batteries lithium-ion utilisent des anodes en graphite qui sont utilisées pour stocker le lithium lorsque la batterie est chargée. Une alternative prometteuse à l'utilisation du graphite serait des anodes métalliques - comme le lithium métal - qui pourraient offrir une capacité de stockage beaucoup plus grande. Cependant, un problème majeur avec l'utilisation d'anodes métalliques est qu'il y a un dépôt inégal du métal pendant la charge de la batterie. Cela conduit à la formation de dendrites (une masse cristalline avec une structure arborescente ramifiée). Après une utilisation prolongée, ces dendrites deviennent si grandes qu'elles court-circuitent la batterie.
Un autre problème avec les anodes métalliques est qu'elles provoquent des réactions secondaires indésirables entre les électrodes métalliques réactives et l'électrolyte (le matériau qui permet à l'électricité de circuler entre les électrodes positives et négatives). Ces réactions peuvent réduire considérablement la durée de vie de la batterie.
Des chercheurs de l'Institut polytechnique Rensselaer et de l'Université Cornell ont introduit une nouvelle alternative: le revêtement du lithium dans une solution de sel d'indium. La couche d'indium est uniforme et auto-cicatrisante lorsque l'électrode est utilisée. Sa composition chimique reste la même, et elle reste intacte pendant les cycles de charge / décharge, empêchant les réactions secondaires, selon le communiqué de presse de l'étude dans Science Daily. Les dendrites sont également éliminées, permettant à la surface de rester lisse et compacte.
