Índio - In
O elemento químico índio foi
descoberto em 1863, na Alemanha. Ao realizarem experimentos para extração de
tálio e executarem o exame espectrográfico do cloreto de zinco, perceberam uma
raia desconhecida que levou a identificação do índio, assim denominado devido
as linhas "índigo blue" características de seu espectro (TECNOLOGIA E
MATERIAIS, ELEMENTOS RAROS, 1994).
O índio está localizado no
grupo 13 da tabela periódica, no 5º período. É um metal branco prateado,
brilhante, maleável, dúctil e cristalino. É estável à temperatura ambiente e ao
ar seco. É menos volátil que o zinco (Zn) e o cádmio (Cd), mas sublima quando
aquecido com hidrogênio (H2) ou a vácuo (BOTELHO, et al., 1994).
O índio possui abundância
próxima à da prata (Ag), aproximadamente 0,1 µ.g.
g-1. É encontrado em pequenas quantidades em
alguns minerais distribuídos pela crosta terrestre. Os primeiros minerais de
índio só foram descobertos em 1963, na França (roquesita) e na Rússia
(dzalindita e indita). Atualmente, apenas sete espécies de minerais foram
caracterizadas (BOTELHO, et al., 1994).
A obtenção é feita
principalmente pela recuperação de índio como subproduto do processamento de
zinco (Zn). Existem poucas referências sobre a obtenção do índio a partir de
minerais, devido a processos hidrotermais o índio associa-se intimamente a
mineralização de estanho (Sn). As maiores mineradoras de zinco e
consequentemente de índio estão no Canadá, Peru e antiga URSS e contabilizam
juntas 40 % da produção mundial. O restante distribui-se entre China, Japão, México,
Suécia, Polônia e outros (OLGA, et al., 1993; THE ECONOMICS OF INDIUM, 1987).
Tabela
1: Propriedades físico-químicas do elemento químico índio.
Configuração eletrônica
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[Kr] 4d105s25p1
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Energia de ionização (eV)
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(1ª) 5,79
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(2ª) 18,86
|
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(3ª) 29,0
|
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(4ª) 57,8
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Temperatura de fusão (ºC)
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156,7
|
Temperatura de ebulição (ºC)
|
2080
|
Potencial para In(III) → In(0) (V)
|
- 0,34
|
Raio In (III) (Pauling) (Å)
|
0,81
|
Raio In (I) (Å)
|
1,32
|
Estrutura cristalina
|
Tetragonal de face centrada
|
Raio atômico (Å)
|
1,67
|
Densidade (g.cm-3)
|
7,31
|
Dureza (Mohs)
|
1,2
|
Entalpia de fusão (kJ mol-1)
|
3,26
|
Entalpia de vaporização (kJ mol-1)
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231,8
|
Entalpia de atomização (kJ mol-1)
|
243,1
|
Calor específico (cal g-1 °C-1)
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0,057
|
Isótopos estáveis mais abundantes
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113In (4,23%);
115In (95,77%)
|
As propriedades
físico-químicas do índio, descritas na Tabela 1, são distintas de qualquer
outro metal. O índio oxidado ou as ligas com alto teor de índio possuem a
capacidade de aderir a si mesmo ou soldar a frio permitindo, então, que
materiais revestidos com índio sejam instantaneamente unidos. Possui também, a
propriedade de revestir por fricção do metal ou uma liga, com alto teor de
índio, fundida, as superfícies de vidros, de micas, de quartzos, de cerâmicas
vítreas e certos óxidos metálicos. Até temperaturas próximas do zero absoluto o
índio retém a sua flexibilidade e maleabilidade, o que o torna ideal para ser
usado como vedação em equipamentos criogênicos ou a vácuo. Nesta aplicação, o
índio preenche todas as imperfeições superficiais, unindo saliências ou bordas
com fugas. O índio quando adicionado em quantidades relativamente pequenas a
sistemas metálicos puros ou ligas, pode aumentar a resistência e dureza das
ligas resultantes. Em soldas de grau eletrônico pode reduzir a temperatura de
fusão da solda. Devido ao seu baixo ponto de fusão (156,7ºC), alto ponto de
ebulição (2080ºC) e alto coeficiente de expansão é também utilizado em
equipamentos de controle de temperatura (INDIUM METAL INFORMATION CENTER, 1996;
BROWN, 1995).
O índio metálico não é atacado
por soluções básicas, ele é dissolvido lentamente em ácidos minerais diluídos a
frio e rapidamente quando o sistema é aquecido, com liberação de hidrogênio e formação
do sal. O ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado, a frio,
dissolve o metal com liberação de hidrogênio (H2) e formação de
sulfato de índio (In2SO4) (anidro) e a quente, com liberação
de dióxido de enxofre (SO2), já o ácido clorídrico (HCl) concentrado
dissolve o metal rapidamente com evolução de hidrogênio. É também dissolvido
por ácido nítrico (HNO3) a quente, com formação de óxidos de
nitrogênio (COTTON, et al., 1980).
Quimicamente, o índio
assemelha-se ao zinco em alguns aspectos e ao alumínio, ferro (Fe) e estanho em
outros. Seus sulfatos formam alúmens com sulfatos metálicos monovalentes. O
índio forma amálgama com mercúrio (Hg) e ligas com ouro (Au), prata (Ag),
paládio (Pd), platina (Pt), cobre (Cu) e chumbo (Pb), entre outros metais (COTTON,
et al., 1980).
O índio é trivalente na maior
parte de seus compostos. A maioria de sais de índio III é incolor. Os sais
derivados dos ácidos comuns, exceto o sulfeto, o fosfato e o oxalato, são
solúveis em água (COTTON, et al., 1980).
O índio forma compostos no
estado monovalente com os halogênios, oxigênio, enxofre e fósforo. Os haletos
de índio (I) são prontamente convertidos aos haletos de In (III) em meio
aquoso. O óxido de índio (I) é dissolvido em meio ácido com desprendimento de
hidrogênio. Entre os compostos de índio mais comuns estão o sulfeto, cloreto,
hidróxido e o óxido. Outros compostos são os formados com os elementos do grupo
15 (InAs InSb e InP), que são utilizados como semicondutores (COTTON, et al.,
1980).
As soluções aquosas dos sais
de índio III são consideravelmente hidrolisadas. Os principais produto da
hidrólise do íon In+3 são íons polinucleares do tipo In[(OH)2In]n+(3+n).
Para baixas concentrações de In+3 tornam-se apreciáveis as espécies
mononucleares In(OH)2+ e In(OH)2+. Os
halogenetos de índio formam com ligantes neutros, uma grande variedade de
complexos. O InX3L3 é a estequiometria mais comum para
complexos com ligantes que contêm nitrogênio e oxigênio como doadores e são
predominantemente hexacoordenados em estado sólido. O triditiocarbamato,
In(dtc)3, também pode ser formado pela interação direta do InX3
com o Na(dtc). Outros complexos sulfurados de índio são incomuns (GREENWOOD, et
al., 1989).
Quanto a sua utilização e
consumo mundial, 45% é utilizado em filmes contendo óxido de índio ou óxido de
índio e estanho (ITO) para revestimentos sobre vidros. No setor eletrônico,
estes filmes são usados em visores de cristal líquido (LCD's) de relógios,
telas de televisão, monitores de vídeo e computadores portáteis. São usados
também como refletores de raios infravermelhos sobre vidro comum. O uso em
ligas e soldas correspondem a 35%. A adição de índio em ligas contendo bismuto,
chumbo, estanho e cádmio diminui seus pontos de fusão (50-100°C), sendo
utilizadas, entre outras aplicações, em dispositivos de segurança contra
incêndio e reguladores de temperatura. Soldas à base de índio são utilizadas em
computadores onde a alta qualidade é essencial, as utilizações eletrônicas
somam 15% de seu consumo. Outra importante utilização seria na fabricação de
semicondutores III-V como InSb, InAs e InP, devido a capacidade de emitir ou
absorver radiação eletromagnética na parte próxima ou mediana do espectro
infra-vermelho; são por isso, usados nos alvos de imagens de câmaras de vídeo
para infra-vermelho. O índio vem atualmente substituindo o mercúrio em baterias
alcalinas. Os restantes 5% são utilizados em pesquisas na área de diodos a
laser e fotodetectores a base de índio, para sistemas de telecomunicações a longa
distância usando fibras óticas e células solares. Outras utilizações incluem:
barras de controle de reatores nucleares tipo PWR, e também na medicina
nuclear, onde os isótopos de meia-vida curta, In 111(2,8 dias) e 113(1,7 horas)
são utilizados para rastreamento de tumores e localização de abcessos (THE
ECONOMICS OF INDIUM, 1987).
Apesar do crescimento do
consumo e aplicações do índio, há ainda pouca informação disponível a respeito
de sua toxidez. Estudos parecem indicar que podem causar danos ao fígado, rins
e medula óssea ao penetrar na circulação sistêmica, entretanto, pouco se
conhece sobre sua absorção, distribuição e eliminação, em experiências com
animais ou em homens, após exposição a diferentes compostos de índio (WEI, Z;
et al, 1993).
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