物理 [元素周期表] 铟
铟 (Indium)
基本信息
元素符号: In
原子序数: 49
原子量: 114.818
位置: 位于元素周期表第五周期,第13族(IIIA族),属于贫金属(后过渡金属),位于镓和铊之间。
电子构型: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
原子结构
电子特征: 5s轨道满电子,5p轨道单电子。常见氧化态为+1、+3,其中+3更稳定。+1氧化态铟具有强还原性。
天然同位素: 由¹¹³In(稳定,丰度约4.3%)和¹¹⁵In(丰度约95.7%,极弱β放射性,半衰期极长)组成。
物理性质
外观: 银白色金属,具有明亮金属光泽。
密度: 7.31 g/cm³。
熔点与沸点: 熔点156.6°C,沸点2072°C。熔点远低于铝、镓同族元素,属于低熔点金属。
特殊延展性: 质地极软,可轻易用指甲划痕。在弯曲时发出类似于锡的“吱吱”叫声(孪晶变形产生的“锡叫”现象)。
润湿性: 对玻璃、陶瓷、石英等非金属材料具有良好的润湿附着力,可在这些材料表面铺展成薄层。
电导率: 具有较好的导电性,室温下电阻率约为铝的一半。
化学性质
常温稳定性: 常温下在干燥空气中稳定,表面形成极薄的氧化膜保护层。
高温氧化: 加热至熔点以上时与氧气反应生成氧化铟(In₂O₃,淡黄色)。
与水反应: 常温下不与水反应。
酸溶性: 易溶于稀硫酸、稀盐酸和硝酸,生成相应的+3价铟盐。不溶于碱液。
化合物特征: 氧化铟(In₂O₃)是宽禁带半导体材料,掺杂锡后成为ITO(氧化铟锡),具有高导电性和可见光透明性。氢氧化铟(In(OH)₃)为白色沉淀。
存在与制备
自然丰度: 地壳中丰度约0.25 ppm,属于稀散金属。
主要来源: 不以独立矿床形式存在,极少量以硫铟铜矿(CuInS₂)等形式产出。工业上主要从锌、铅、锡等有色金属冶炼的烟尘、中间产物(如锌精炼的硬锌渣)中作为副产品回收。
制备方法: 从含铟富集物中经酸浸出→溶剂萃取或置换富集→电解沉积→熔化铸锭。区熔精炼可获得高纯铟。
安全与环境
低毒性: 金属铟及其化合物的毒性低于同族的铊,但高于镓。可溶性铟盐对肝、肾等器官有一定损害作用。
肺损伤风险: 从事铟锡氧化物(ITO)靶材制造和回收的工人,长期吸入含铟粉尘可能导致“铟肺”(Indium lung)——一种间质性肺炎,表现为蛋白沉着症和肺纤维化。作业场所须严格控尘,工人应佩戴防护口罩。
环境行为: 铟在环境中迁移性较弱,冶炼废渣和电子废弃物中的铟具有回收价值,随意丢弃可能造成土壤和水体污染。
职业防护: 含铟粉尘的作业环境需保持良好通风,工人定期进行肺功能检查。
无必需生理功能: 铟不是生物必需元素,无已知生理作用。