Els empèdocles moderns – Ferdinand Reich (1863) i l’element 49 (In) – indi (nilquadenni, Nqe)

L’arrel indogermànica *teng- indica l’acció de sucar, i així s’ha mantingut en verbs com “tengein” (grec) o “dunkon” (germànic). En llatí dóna lloc al verb “tingere”, que pot referir-se efectivament a mullar o impregnar un material (“ferrum aqua tingere”), i que té també un sentit metafòric (“tinctus litteris”, per assenyalar qui és familiaritzat amb les lletres). Però específicament fa referència a la preparació i, sobretot, aplicació d’un colorant, d’un tint. El nostre “tenyir” té un sentit més restringit, d’impregnar una cosa d’una matèria colorant que li fa prendre tal o tal color (DCVB). L’arqueologia mostra en jaciments de la Conca Mediterrània l’ús de colorants o tints, d’origen vegetal o mineral, des del Neolític, amb games que van dels vermells als taronges. Serà més tard que apareixeran, successivament, els blaus, els grocs i els verds. Als estrats neolítics de Çatalhöyük (7500-5700 a.e.c.) hom ha trobat els indicis més antics de tinció tèxtil, amb coloracions ocres (derivades de l’argila). Però el més gran ventall de colorants d’usos tèxtils es desenvolupà a les conques indo-gangètiques. Sobretot en forma de teles tenyides, aquesta ja era una rellevant exportació per a les grans rutes comercials continentals. És simptomàtic que en grec el mot per referir-se genèricament a un “tint” sigui ινδικόν (procedent d’Índia). A través del llatí, el mot “indicum” en el sentit de colorant ha passat a les llengües europees modernes, per bé que amb un significat més restringit, referit al color blau o anyil extret. Carl Linné dóna el nom científic d’Indigofera tinctoria a la planta lleguminosa que ofereix l’anyil o índigo “veritable”. Els anyils o índigos no-genuïns eren els procedents de plantes com el glast (Isatis tinctoria). En el 1856, el jove William Henry Perkin (1838-1907), sota la supervisió d’August Wilhelm von Hofmann (1818-1892), treballà en la síntesi de quinina a partir de compostos més simples. Una de les matèries primeres era l’anilina, substància present en l’índigo veritable, que també es podia obtindre del quitrà del carbó, per reducció del nitrobenzè. Perkin oxidà l’anilina amb dicromat potàssic, obtenint un sòlid negre, que no agradà pas a Perkin. Però, en netejar amb alcohol aquest precipitat negre, Perkin observà solucions porpres. Comprovà que tenyien i així topà amb el primer “colorant sintètic”. L’any següent, Perkin obria a la riba del Grand Union Canal, de Londres, una planta de producció d’aquest “porpre d’anilina”. Aviat, els tints sintètics van desplaçar els tints naturals, en emprar matèries primeres més assequibles (subproducte de l’explotació del carbó i, després, del petroli), de coloracions més variades i més adaptables a la producció a escala industrial.

Les mans d’un tenyidor artesanal de Jaipur, colorades de blau d’indi

Ferdinand Reich i la descoberta de l’indi

Ferdinand Reich va nàixer a Bernburg (Saale, Anhalt) el 17 de febrer del 1799. Ja coneixem d’altres setmanes aquesta regió, marcada per la mineria de la sal, i per una puixant indústria química que aprofita aquesta matèria primera, però també la d’altres matèries primeres (carbó, metalls) de la contrada. Reich es formà a la Universitat de Leipzig, en el Regne de Saxònia, i en l’Acadèmia de Mines de Freiberg, on tingué com a mestre, entre d’altres, ja molt malalt, a Abraham Gottlob Werner (1749-1817). En el 1819 esdevingué auxiliar a la Freiberger Bergüttenwesen. Després d’una ampliació d’estudis a Göttingen (1822) i a París (1823-24), retornà a Bergakademie per ocupar la posició d’inspector. En el 1827 hi esdevingué professor de física, alhora que assessor dels Alts Forns de Freiberg.

Reich dugué a terme a Freiberg notables recerques. Per exemple, va aprofitar les instal•lacions per dur a terme una demostració empírica de la rotació de la Terra, els resultats de la qual foren publicats en una memòria del 1830 (Fallversuche über die Umdrehung der Erde angestellt auf hohe Obergamtliche Anordnung in dem Dreibrüderschacht bei Freiberg), vint anys abans del més famós d’aquests experiments, el de Léon Foucault. Entre el 1830 i el 1832 prengué mesures de la temperatura de roca a diferent profunditat en mines de Saxònia, publicant-les en forma memòria el 1834. També va estimar el grau d’inclinació del pol nord magnètic respecte del pol nord geogràfic amb dades de Freiberg (1834), que venien a confirmar la situació del pol nord magnètic al cap Adelaide, que havia visitat James Clark Ross tres anys abans. En el 1838 publicà dades sobre la densitat mitjana del planeta Terra d’acord amb la balança de torsió, si bé no aconseguí superar la precisió oferta per Henry Cavendish quaranta anys abans.

De les tasques de docència i divulgació en són testimonis articles publicats en el calendari anual per a miners i metal•lúrgics, com ara un de publicat en el 1840 sobre l’aplicació de corrents elèctriques en l’explotació de vetes. En el 1858 publicà una revisió sobre els mètodes per eliminar els efectes nocius dels fums de foneria entre els treballadors.

Hyeronymos Theodor Richter

A partir dels anys 1850, un dels col•laboradors habituals de les recerques de Reich és Theodor Richter. Richter havia nascut a Dresden el 21 de novembre del 1824. Fou aprenent d’apotecari, però ho va deixar per estudiar a la Bergakademie (1843-1847). Treballà després a la Freiberger Hüttenwerken, encarregant-s’hi dels aspectes des dels 1853. En el 1857 començà a fer docència a la Bergakademie, alhora que esdevenia assessor dels Alts Forns.

En el 1863, Reich i Richter analitzaven químicament diferents tipus de minerals (pirita, arsenopirita, galena, esfalerita). Eren interessats en la detecció de zinc i d’altres metalls. Dissolien els minerals en àcid clorhídric, i en recuperaven clorur de zinc. Richter s’havia fet càrrec dels bufadors de la Bergakademie, que permetien dur a terme les analítiques amb una menor quantitat de mostra. Amb l’ús de tècniques espectroscòpiques hom era capaç de detectar fins i tot els elements minoritaris d’aquests minerals. Teòricament, un d’aquests elements minoritaris era el tal•li, element que havia descrit William Crookes en el 1861, basant-se exclusivament en una línia espectroscòpica. La descoberta de Crookes havia estat confirmada en el 1862 per Claude-Auguste Lamy, que havia aïllat prou quantitat d’aquest element, que resulta ésser un metall. Reich i Richter provaren de detectar tal•li en algunes de les seves mostres, i en aquest sentit cercaren la línia espectroscòpia verda que havia descrit Crookes. Val a dir que en aquestes experiències espectroscòpiques, els ulls de Richter eren els rellevants, ja que Reich era incapaç de distingir els colors.

En analitzar una mostra d’esfalerita, Richter no va veure pas la línia verda corresponent al tal•li. Però sí va veure una línia blava que no encaixava amb l’espectre d’emissió dels elements coneguts. Enviaren una nota (“Vorlâufige Notiz über ein neues Metall”), que fou publicada en el Journal für praktische Chemie.

Reich i Richter denominaren aquest nou metall, “indium”, en referència al color “indi” (“indicum”, el nom del colorant blau fosc del qual hem parlat en la introducció) de la línia espectral característica. Encara en el 1863, el Journal für Prakstische Chemie els publicà un nou article (“Ueber das Indium”) on detallaven les característiques espectroscòpiques de l’indi. Feren esforços per purificar-lo, i en el 1864, amb alguns grams d’indi, ni que fos en condicions de baixa puresa, publicaren un tercer article a la mateixa revista, amb més dades sobre el “nou metall”.

L’indi, simbolitzat com a In, fou ràpidament acceptat com a nou element metàl•lic. Així apareix en els intents de sistematitzar els elements que es feren en la segona meitat dels anys 1860. En el 1865, John Newlands assigna a l’indi un nombre de 26, la qual cosa, en el seu esquema, el situava en el grup del carboni, juntament amb el silici (segon període), titani (tercer període), zirconi (cinquè període), estany (sisè període), wolframi (setè període) i plom (vuitè període).

Richter continuà a treballar-hi. En el 1866 s’havia fet càrrec del laboratori dels Freiberger Hüttenwerke, i l’any següent ja reeixí a obtindre una quantitat notable d’indi metàl•lic. En l’Exposició Universal del 1867, celebrada a París entre l’1 d’abril i el 3 de novembre, s’exposà un lingot d’indi de 500 grams.

Lingots d’indi al 99,99%

La caracterització de l’indi, però, no era del tot completa quan Mendeleev formulà la seva taula periòdica, en el 1869. Així l’indi apareix amb interrogant (?In) i amb un pes atòmic temptatiu (75,6 respecte de l’hidrogen). Se’l col•loca en el tercer període, encapçalant un grup propi completat únicament amb el tori (Th).

En el 1871, Mendeleev ja inclou l’indi sense subte, i amb un pes atòmic segur (113). El col•loca en el setè període, dins del grup III (d’acord amb la fórmula de l’òxid, In2O3). De fet, les reformulacions posteriors de la taula periòdica mantindran sempre l’indi en aquest grup (el grup del bor), si bé en extreure-hi els metalls de transició, l’indi passarà al període 5.

Ferdinand Reich es va morir a Freiberg el 27 d’abril del 1882, a 83 anys. Richter ocupava des del 1875 el càrrec de rector de la Bergakademie. S’hi retirà el 1896, i es va morir a Freiberg el 25 de setembre del 1898 a 74 anys.

En el 1892, Richmond & Off comunicaren la descoberta d’un nou element, al que denominaren masri i simbolitzaven com a Ms. El masri tenia propietats similars a les d’un metall alcalinoterri (com el glucini o beril•li, o com el calci). No obstant, hom demostrà que el masri no era més que una “redescoberta” de l’indi.

Durant molts anys, l’indi no passà d’ésser una curiositat més de la taula periòdica. En el 1924, hom començà a fer-ne ús com a estabilitzador de metalls no-ferrosos. Fins el 1936, el U.S. Bureau of Mines no tingué present en les seves estatístiques l’indi com a mercaderia. Durant la Segona Guerra Mundial, però, l’indi trobà noves aplicacions, en els revestiments motors aeronàutics.

A començament dels anys 1950, la major part del consum d’indi era en la fabricació de díodes emissors de llum. A partir del 1952, comença la producció de materials semiconductors amb indi. Una altra aplicació puixant era l’ús d’indi en la confecció de barres de control de reactors nuclears, que pujà especialment en els anys 1970. L’òxid d’indi i d’estany (ITO) fou utilitzat en pantalles de cristall líquid i aquesta esdevingué en els anys 1990 la principal aplicació de l’indi.

L’indi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de l’indi és de 114,818 uma, que resulta de la mitjana ponderada dels dos isòtops més abundants, 115In i 113In. El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– indi-97 (97In; 96,94954 uma). Nucli format per 49 protons i 48 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,005 s.
– indi-98 (98In; 97,94214 uma). Nucli format per 49 protons i 49 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,045 s. Decau a cadmi-98, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (98mIn), que té una semivida de 1,7 s.
– indi-99 (99In; 98,93422 uma). Nucli format per 49 protons i 50 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,1 s. Decau a cadmi-99, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (99mIn) a 400 keV, que té una semivida de 1 s.
– indi-100 (100In; 99,93111 uma). Nucli format per 49 protons i 51 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,9 s. Decau majoritàriament (96,1%) a cadmi-100 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (3,9%), a argent-99 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– indi-101 (101In; 100,92634 uma). Nucli format per 49 protons i 52 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 15,1 s. Decau bé a cadmi-100 (amb emissió d’un positró) bé a argent-100 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (101mIn) a 550 keV, que té una semivida de 10 s.
– indi-102 (102In; 101,92409 uma). Nucli format per 49 protons i 53 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 23,3 s. Decau normalment (99,99%) a cadmi-102 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,00929%), a argent-101 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– indi-103 (103In; 102,919914 uma). Nucli format per 49 protons i 54 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s. Decau a cadmi-103, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (103mIn) a 631,7 keV, que té una semivida de 34 s.
– indi-104 (104In; 103,91830 uma). Nucli format per 49 protons i 55 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 108 s. Decau a cadmi-104, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (104mIn) a 93,48 keV, que té una semivida de 15,7 s, i que decau bé a l’estat basal (80%) o directament a cadmi-104 (20%).
– indi-105 (105In; 104,914674 uma). Nucli format per 49 protons i 56 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 304 s (5 minuts). Decau a cadmi-105, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (105mIn) a 674,1 keV, que té una semivida de 48 s, i que decau a l’estat basal.
– indi-106 (106In; 105,913465 uma). Nucli format per 49 protons i 57 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 370 s (6 minuts). Decau a cadmi-106, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (106mIn) a 28,6 keV, que té una semivida de 310 s, i que decau directament a cadmi-106.
– indi-107 (107In; 106,910295 uma). Nucli format per 49 protons i 58 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1940 s (32 minuts). Decau a cadmi-107, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (107mIn) a 678,5 keV, que té una semivida de 50,4 s, i que decau a l’estat basal.
– indi-108 (108In; 107,909698 uma). Nucli format per 49 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3480 s (58 minuts). Decau a cadmi-108, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (108mIn) a 29,75 keV, que té una semivida de 2380 s, i que decau directament a cadmi-108.
– indi-109 (109In; 108,907151 uma). Nucli format per 49 protons i 60 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,5•104 s (4 hores). Decau a cadmi-109, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 650,1 keV (109m1In; que té una semivida de 80,4 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 2101,8 keV (109m2In; que té una semivida de 0,209 s).
– indi-110 (110In; 109,907165 uma). Nucli format per 49 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,8•104 s (5 hores). Decau a cadmi-110, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (110mIn) a 62,1 keV, que té una semivida de 4150 s, i que decau directament a cadmi-110.
– indi-111 (111In; 110,905103 uma). Nucli format per 49 protons i 62 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,4233•105 s (3 dies). Decau a cadmi-111, per captura electrònica. Té aplicacions diagnòstiques en medicina, en marcatge d’anticossos i d’altres proteïnes (com ara 111In-pentetreòtid en la localització de tumors). Posseeix un estat metastable (111mIn) a 536,95 keV, que té una semivida de 460 s, i que decau a l’estat basal.
– indi-112 (112In; 111,905532 uma). Nucli format per 49 protons i 63 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 898 s (15 minuts). Decau bé a cadmi-112 (56%, amb emissió d’un positró) bé a estany-112 (44%, amb emissió d’un neutró). Posseeix tres estats metastable, un a 156,59 keV (112m1In; que té una semivida de 1234 s, i que decau a cadmi-112), un altre a 350,76 keV (112m2In; que té una semivida de 6,9•10-7 s) i un tercer a 613,69 keV (112m3In; que té una semivida de 2,81•10-6 s).
– indi-113 (113In; 112,904058 uma). Nucli format per 49 protons i 64 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 4,29%. Posseeix un estat metastable (113mIn) a 391,699 keV, que té una semivida de 5968,4 s (2 hores), i que decau a l’estat basal.
– indi-114 (114In; 113,904914 uma). Nucli format per 49 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 71,9 s. Decau normalment (99,5%) a cadmi-114 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,5%), a estany-114 (amb emissió d’un electró). Posseeix tres estats metastables, un a 190,29 keV (114m1In; que té una semivida de 4,278•106 s, i que decau bé a l’estat basal (96,75%) o bé directament a cadmi-114 (3,25%)), un altre a 501,94 keV (114m2In; que té una semivida de 0,0431 s, i que decau bé a l’estat basal (96,75%) o directament a cadmi-114 (3,25%)) i un tercer a 641,72 keV (114m3In; que té una semivida de 4,3•10-6 s).
– indi-115 (115In; 114,903878 uma). Nucli format per 49 protons i 66 neutrons. Decau a estany-115 (amb emissió d’un electró). Ho fa, però, una semivida tan llarga, de 1,39•1022 s (quatre ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes pràctics és gairebé considerat un isòtop estable. És, de fet, l’isòtop més abundant d’indi, amb una freqüència de 95,71%. A la Terra és en part un isòtop primordial, i en part producte de la fissió de radioisòtops més pesants. Posseeix un estat metastable (115mIn) a 336,244 keV, que té una semivida de 1,615•104 s, i que decau bé a l’estat basal (95%) o directament a estany-115 (5%).
– indi-116 (116In; 115,905260 uma). Nucli format per 49 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 14,10 s. Decau bé a estany-116 (amb emissió d’un electró) bé a a cadmi-116 (per captura electrònica). Posseeix dos estats metastable, un a 127,267 keV (116m1In; que té una semivida de 3257 s) i un altre a 289,660 keV (116m2In; que té una semivida de 2,18 s).
– indi-117 (117In; 116,904514 uma). Nucli format per 49 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2590 s (43 minuts). Decau a estany-117, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (117mIn) a 315,302 keV, que té una semivida de 6972 s, i que decau bé a l’estat basal (47,09%) o directament a estany-117 (52,91%).
– indi-118 (118In; 117,906354 uma). Nucli format per 49 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,0 s. Decau a estany-118 (amb emissió d’un electró). Posseeix dos estats metastable, un a 100 keV (118m1In; que té una semivida de 261,8 s) i un altre a 240 keV (118m2In; que té una semivida de 8,5 s).
– indi-119 (119In; 118,905845 uma). Nucli format per 49 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 140 s. Decau a estany-119, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 311,37 keV (119m1In; que té una semivida de 1080 s, i que decau bé a l’estat basal (5,6%) o directament a estany-119 (94,4%)) i un altre a 654,27 keV (119m2In; que té una semivida de 1,3•10-7 s).
– indi-120 (120In; 119,90796 uma). Nucli format per 49 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,08 s. Decau a estany-120, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 50 keV (120m1In; que té una semivida de 46,2 s) i un altre a 300 keV (120m2In; que té una semivida de 47,3 s, i que decau a estany-120).
– indi-121 (121In; 120,907846 uma). Nucli format per 49 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 23,1 s. Decau a estany-121, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (121mIn) a 312,98 keV, que té una semivida de 233 s, i que decau bé a l’estat basal (1,2%) o directament a estany-121 (98,8%).
– indi-122 (122In; 121,91028 uma). Nucli format per 49 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,5 s. Decau a estany-122, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 40 keV (122m1In; que té una semivida de 10,3 s) i un altre a 290 keV (122m2In; que té una semivida de 10,8 s, i que decau a estany-122).
– indi-123 (123In; 122,910438 uma). Nucli format per 49 protons i 74 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,17 s. Decau a 123mSn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (123mIn) a 327,21 keV, que té una semivida de 47,4 s, i que decau directament a 123mSn.
– indi-124 (124In; 123,91318 uma). Nucli format per 49 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,11 s. Decau a estany-124, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (124mIn) a -20 keV, que té una semivida de 3,7 s, i que decau bé a l’estat basal bé directament a estany-124.
– indi-125 (125In; 124,91360 uma). Nucli format per 49 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,36 s. Decau a 125mSn, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (125mIn) a 360,12 keV, que té una semivida de 12,2 s, i que decau a estany-125.
– indi-126 (126In; 125,91646 uma). Nucli format per 49 protons i 77 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,53 s. Decau a estany-126, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (126mIn) a 100 keV, que té una semivida de 1,64 s, i que decau a estany-126.
– indi-127 (127In; 126,91735 uma). Nucli format per 49 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,09 s. Decau normalment (99,97%) a 127mSn (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,03%), a estany-126 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix un estat metastable (127mIn) a 460 keV, que té una semivida de 3,67 s, i que decau bé a 127mSn (99,31%) bé a estany-126 (0,69%).
– indi-128 (128In; 127,92017 uma). Nucli format per 49 protons i 79 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,84 s. Decau normalment (99,96%) a estany-128 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,38%), a estany-127 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix dos estats metastable, un a 247,87 keV (128m1In; que té una semivida de 0,010 s) i un altre a 320 keV (128m2In; que té una semivida de 0,72 s, i que decau a estany-128).
– indi-129 (129In; 128,92170 uma). Nucli format per 49 protons i 80 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,611 s. Decau normalment (99,75%) a estany-129 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,25%), a estany-128 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix dos estats metastable, un a 380 keV (129m1In; que té una semivida de 1,23 s; i que decau a l’estat basal (0,3%), a estany-129 (97,2%) o a estany-128 (2,5%)) i un altre a 1688,0 keV (129m2In; que té una semivida de 8,5•10-6 s).
– indi-130 (130In; 129,92497 uma). Nucli format per 49 protons i 81 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,29 s. Decau normalment (98,35%) a estany-130 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (1,65%), a estany-129 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix dos estats metastable, un a 50 keV (130m1In; que té una semivida de 0,538 s) i un altre a 400 keV (130m2In; que té una semivida de 0,54 s).
– indi-131 (131In; 130,92685 uma). Nucli format per 49 protons i 82 electrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,28 s. Decau majoritàriament (97,8%) a estany-131 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (2,19%), a estany-130 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix dos estats metastables, un a 363 keV (131m1In; que té una semivida de 0,35 s) i un altre a 4100 keV (131m2In; que té una semivida de 0,32 s).
– indi-132 (132In; 131,93299 uma). Nucli format per 49 protons i 83 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,206 s. Decau majoritàriament (94,8%) a estany-132 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (5,2%), a estany-131 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– indi-133 (133In; 132,93781 uma). Nucli format per 49 protons i 84 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,165 s. Decau majoritàriament (85%) a estany-132 (amb emissió d’un neutró i d’un electró) o, alternativament (15%), a estany-133 (amb emissió d’un electró). Posseeix un estat metastable (133mIn) a 330 keV, que té una semivida de 0,18 s, i que decau a l’estat basal.
– indi-134 (134In; 133,94415 uma). Nucli format per 49 protons i 85 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,14 s. Decau majoritàriament (79%) a estany-134 (amb emissió d’un electró) o, alternativament, a estany-133 (17%; amb emissió d’un neutró i d’un electró) o a estany-132 (4%; amb emissió de dos neutrons i d’un electró).
– indi-135 (135In; 134,94933 uma). Nucli format per 49 protons i 86 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,092 s.

L’àtom neutre d’indi conté 49 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1. Es tracta, doncs, de l’element del cinquè període del grup 13 (el grup del bor; coneguts com a triels o icosàgens). És classificat entre els metalls de post-transició. L’estat d’oxidació més habitual és +3 (In3+, corresponent a la cessió dels electrons de la capa 5), encara que també el podem trobar amb +2, +1 (In+, corresponent a la cessió de l’electró del nivell 5p; com és el cas d’InCl, InBr, In2S) i 0. El radi atòmic és de 1,67•10-10 m i el radi de Van de Waals de 1,93•10-10 m.

Fil d’indi

En condicions estàndards de temperatura i de pressió, l’indi elemental es presenta com un sòlid metàl•lic d’aspecte argentí, de llustre lluent, tou (1,2 en l’escala de Mohs) i altament dúctil. La densitat en aquestes condicions és de 7310 kg•m-3. Cristal•litza en un sistema tetragonal.

Tub de vidre a les parets del qual ha quedat enganxada una capa fina d’indi

A pressió estàndard, per sota de 3,41 K, l’indi esdevé un superconductor.

En condicions estàndards de pressió, l’indi elemental fon a 429,7485 K (és un dels punts definidors de l’escala ITS-90). La densitat de l’indi líquid en el punt de fusió és de 7020 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, l’indi elemental bull a 2345 K.

Entre els compostos d’indi podem esmentar:
– l’òxid d’indi (III) (In2O3). A partir de l’indi metàl•lic es forma únicament a altes temperatures, emetent una flama blava característica.
– l’òxid d’indi (I) (In2O). Es pot formar per descomposició d’In2O3 a temperatures superiors a 1600 K.
– l’hidròxid d’indi (III) (In(OH)3). Es forma per la reacció de l’In2O3 amb aigua.
– indats (InO2). Es formen per la reacció de l’In(OH)3 amb altres àlcalis.
– clorur d’indi (III) (InCl3). En condicions estàndards es presenta com una sal soluble en aigua.
– sulfat d’indi (In2(SO4)3). Sal soluble en aigua.
– nitrat d’indi (InNO3).
– sulfur d’indi (I) (In2S). Es forma per la reacció de l’indi amb el sofre.
– compostos organoíndics. El primer en ser descrit fou el ciclopentadienil d’indi (I) (Fischer & Hofmann, 1957)

L’abundància atòmica de l’indi en l’univers depèn dels processos de nucleogènesi d’estels madurs i de supernoves, de l’estabilitat dels seus isòtops i de les rutes de desintegració de radioisòtops d’elements més pesants. Com a element amb un nombre Z senar, l’indi disposa de molt poques combinacions de nucleons que siguin estables (estrictament, únicament l’indi-113). Això fa que, al capdavall, sigui un element rar. Si descomptem el tecneci, cap dels elements de nombre Z inferior és menys abundant que l’indi, ni tan sols el beril•li. Tots els elements de Z entre 50 i 58 són més abundants que l’indi, i dels elements més pesants encara són uns quants els que també el superen.

L’indi-115 ocupa un lloc central en procés de captura lenta de neutrons (procés s) que comença en l’argent-109 i que arriba fins a l’antimoni-123)

A la Terra, l’indi suposa en termes de massa 0,01 ppm (0,002 ppm en termes atòmics). Element calcòfil, la concentració és més elevada en l’escorça (0,049 ppm, en termes de massa). El trobem bàsicament en forma combinada, per bé que s’han descrits grans d’indi metàl•lic nadiu. Entra en la composició d’alguns minerals rars i esparsos, com la dzhalindita (In(OH)3) o la indita (FeIn2S4). Econòmicament, s’explota bàsicament les quantitats menors d’indi que hom troba en sulfurs minerals de zinc, plom, estany, coure o ferro.

En la hidrosfera, podem trobar cations indi (In3+/InOH2+) o anions indat ([InO2]/HInO2). La concentració típica d’indi en l’oceà és de 20 mg•m-3.

La presència en l’atmosfera és transitòria i en forma de traça.

Pel que se sap, l’indi no és essencial per cap organisme. El trobem en la biosfera per entrada passiva. En un cos humà de 70 kg, podem esperar un contingut total d’indi de 0,4 mg.

Els estudis de toxicitat, assenyalen que els compostos d’indi (III) poden ser nefrotòxics per administració parenteral. La biodisponibilitat per via oral és limitada, la qual cosa fa que, a diferència d’altres metalls pesants, no se n’hagi descrit una toxicitat per exposició crònica per aquesta via.

Les aplicacions de l’indi

Les aplicacions econòmicament més rellevants de l’indi són electròniques i, en conseqüència, la producció s’ha disparat en les darreres dècades. El preu de l’indi també tendir a augmentar: de 94$/kg en el 2002 a valors actuals de 836$/kg

La producció mundial anual d’indi és de 670 tones. Apareix, sobretot, com a subproducte de la mineria de zinc i, en menor grau, de plom, estany, coure i ferro. Els processos d’extracció depenen de la composició de l’escòria i de la pols que resulta del primer tractament dels minerals. Després segueix un procés de purificació electrolític.

Més de la meitat de la producció mundial és asiàtica. El principal centre productor és la refineria de Teck Cominco a Trail (Colúmbia Britànica). Si comptem les reserves de minerals de zinc, hom estima les reserves econòmicament viables d’indi en 6000 tones. Aquestes reserves s’esgotarien en qüestió de menys d’una dècada, però hom espera que el nombre augmenti gràcies a la millora dels processos d’extracció i l’accés a noves mines. L’altra alternativa la constitueix el reciclatge d’indi, que ja actualment aporta a la indústria més quantitat de metall que la mineria.

Dues micrografies d’una pantalla de cristall líquid. La imatge de dalt mostra la llum del propi dispositiu. La de sota utilitza una font de llum externa de manera que es fan visibles els transistors (color blanc), que contenen òxid d’indi.

El 50% del consum mundial d’indi es destina a la confecció de pantalles de cristall líquid. Els elèctrodes transparents d’òxid d’estany i d’indi (ITO, 90% In2O3, 10% SnO2) permeten una bona conducció elèctrica sense afectar la transmissió de la llum.

Existeixen moltes altres aplicacions electròniques dels compostos d’indi:
– com a materials semiconductors (InSb, InP, InN).
– en la formulació de LEDs, troben semiconductors com InGaN o l’InGaP.
– el seleniür de coure, indi i gal•li (CIGS, CuInxGa(1-x)Se2) és utilitzat com a material semiconductor en cèl•lules fotoelèctriques de pel•lícula fina.
– el trimetilindi (TMI, In(CH3)3) és emprat com a substrat en la confecció de semiconductors d’indi, però també és utilitzat com a dopant en alguns altres.

L’ITO també és utilitzat com a filtre d’infraroig en les làmpades de vapor de sodi. En reduir l1a pèrdua d’energia a través de la radiació infraroja, millora l’eficiència d’aquestes làmpades.

L’indi metàl•lic té diferents aplicacions:
– la soldadura d’indi és el mètode d’elecció per crear vincles en polvorització ceràmica que siguin conductors elèctrics i tèrmics.
– la confecció de galinstan (p.ex. 68% Ga, 22% In, 10% Sn), aliatge metàl•lic que és líquid a temperatura ambient.
– és aplicat en petites quantitats en aliatges d’alumini per evitar-ne la passivació.
– el fil d’indi és utilitzat com a segellant i conductor tèrmic en dispositius criogènics i/o d’ultrabuit (juntes d’estanquitat).
– les barres de control de centrals nuclears de fissió utilitzen aliatges que contenen indi (com ara, 80% Ag, 15% In, 5% Cd). Les reaccions de captura neutrònica de 113In i 115In serveixen com a indicador del flux de neutrons.
– és emprat com a adhesiu conductor en components de superconductors.
– és utilitzat com a material d’interfície tèrmica en el manteniment de computadores. Aplicat en forma de làmines damunt de la superfície de transmissió tèrmica d’un microprocessador, acaba fonent-hi i millora el contacte tèrmic entre el processador i els dispositius de dissipació de calor.
– és un dels materials de calibració en la calorimetria diferencial d’agranatge.
– en bateries alcalines, l’indi és una de les alternatives al mercuri per evitar la corrosió del zinc i l’alliberament de gas hidrogen.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: