ઇન્ડિયમ (In): ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને ઉપયોગો

પરિચય: ઇન્ડિયમ શા માટે મહત્વનું છે

ઇન્ડિયમ (In) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 13 નો નરમ, ચાંદી જેવો સફેદ, ટીપી શકાય તેવી ધાતુ છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો, ખાસ કરીને સંયોજન સ્વરૂપમાં તેની પારદર્શિતા અને વાહકતા, તેને આધુનિક ટેકનોલોજીમાં અનિવાર્ય બનાવે છે. ટચસ્ક્રીન અને લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ડિસ્પ્લે (LCDs) થી લઈને અદ્યતન સૌર કોષો અને LED લાઇટિંગ સુધી, ઇન્ડિયમ ઘણા રોજિંદા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની કાર્યક્ષમતામાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. તેની અછત તેના આર્થિક મૂલ્યમાં અને તેના ઉપયોગો તથા ટકાઉ સ્ત્રોતોમાં સતત સંશોધનમાં ફાળો આપે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 49
• પરમાણુ દળ: 114.818 u
• સમૂહ: 13 (બોરોન કુટુંબ, p-બ્લોક તત્વ)
• આવર્ત: 5
• બ્લોક: p-બ્લોક
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: +3 (સૌથી સ્થિર), +1 (નિષ્ક્રિય યુગ્મ અસરને કારણે ઓછું સ્થિર)
• પ્રકૃતિ: નરમ, ચાંદી જેવો સફેદ, તણાવક્ષમ, ટીપી શકાય તેવી ધાતુ
• ગલનબિંદુ: 156.6 °C (સાપેક્ષ રીતે ઓછું)
• ઉત્કલનબિંદુ: 2072 °C
• ઘનતા: 7.31 g/cm³
• વિદ્યુતઋણતા (પૉલિંગ માપદંડ): 1.78

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તણૂક

ભૂમિ અવસ્થા ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન: ઇન્ડિયમમાં ત્રણ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (5s² 5p¹) હોય છે.

બંધન વર્તણૂક: ઇન્ડિયમ સામાન્ય રીતે તેની મૂળભૂત અવસ્થામાં ધાત્વિક બંધન દર્શાવે છે. સંયોજનોમાં, તે મુખ્યત્વે અતિ વિદ્યુતઋણ તત્વો સાથે આયનીય બંધ અને અન્ય સાથે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.

• ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ:
  • +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: આ સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર ઓક્સિડેશન અવસ્થા છે, જે ત્રણેય સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (5s² 5p¹) ના નુકસાનથી ઉદ્ભવે છે.
  • +1 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +1 ઓક્સિડેશન અવસ્થા પણ જોવા મળે છે પરંતુ તે +3 કરતાં ઓછી સ્થિર છે. આનું કારણ નિષ્ક્રિય યુગ્મ અસર છે, જ્યાં 5s² ઇલેક્ટ્રોન, મધ્યવર્તી d-ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા નબળા શિલ્ડિંગને કારણે બંધનમાં ભાગ લેવા માટે અનિચ્છા ધરાવે છે, જેનાથી અસરકારક કેન્દ્રીય વીજભાર વધે છે અને 5s ઇલેક્ટ્રોનનું ન્યુક્લિયસ પ્રત્યે વધુ મજબૂત આકર્ષણ થાય છે.

નિર્ણાયક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

ઇન્ડિયમ મધ્યમ પ્રતિક્રિયાશીલ છે. તેનું રાસાયણિક વર્તન ગેલિયમ અને થેલિયમ જેવું છે, જેમાં +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા +1 કરતાં વધુ સ્થિર હોય છે, જોકે સમૂહમાં નીચે જતાં +1 ની સ્થિરતા વધે છે (Ga < In < Tl).

1. હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ઇન્ડિયમ ઓરડાના તાપમાને સૂકી હવામાં સ્થિર હોય છે. જ્યારે હવા અથવા ઓક્સિજનમાં ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ઇન્ડિયમ(III) ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

• 4In(s) + 3O₂(g) → 2In₂O₃(s)

2. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ઇન્ડિયમ હેલોજન (X₂) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ટ્રાઇહેલાઇડ્સ (InX₃) બનાવે છે.

• 2In(s) + 3Cl₂(g) → 2InCl₃(s) (ઇન્ડિયમ(III) ક્લોરાઇડ)
• 2In(s) + 3Br₂(l) → 2InBr₃(s) (ઇન્ડિયમ(III) બ્રોમાઇડ)
• 2In(s) + 3I₂(s) → 2InI₃(s) (ઇન્ડિયમ(III) આયોડાઇડ)

મોનોહેલાઇડ્સ (InX) અને ડાયહેલાઇડ્સ (InX₂) પણ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, પરંતુ તે ઘણીવાર મિશ્ર-સંયોજકતા સંયોજનો હોય છે, દા.ત., InBr પોલિમરિક છે. InCl અને InBr, InX₃ ને In ધાતુ સાથે ગરમ કરીને બનાવી શકાય છે.

• 2InCl₃(s) + 4In(s) → 6InCl(s) (ઇન્ડિયમ(I) ક્લોરાઇડની રચના)

3. એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

ઇન્ડિયમ મોટાભાગના એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

• મંદ એસિડ (બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ): ઇન્ડિયમ મંદ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ જેમ કે HCl અને H₂SO₄ સાથે ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે, અને In(III) ક્ષાર બનાવે છે.

  • 2In(s) + 6HCl(aq) → 2InCl₃(aq) + 3H₂(g)
  • 2In(s) + 3H₂SO₄(dilute) → In₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂(g)

• ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (દા.ત., HNO₃): ઇન્ડિયમ ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઇન્ડિયમ(III) ક્ષાર બનાવે છે, ઘણીવાર હાઇડ્રોજનના ઉત્સર્જન વિના.

  • In(s) + 4HNO₃(conc.) → In(NO₃)₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l) (સાંદ્ર HNO₃ સાથેનું ઉદાહરણ)

4. બેઝ સાથે પ્રતિક્રિયા

ઇન્ડિયમ(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ, In(OH)₃, ઉભયધર્મી છે, એટલે કે તે એસિડ અને પ્રબળ બેઝ બંને સાથે પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. જોકે, તેનો એસિડિક સ્વભાવ Al(OH)₃ કરતાં નબળો હોય છે.

• એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા:

  • In(OH)₃(s) + 3H⁺(aq) → In³⁺(aq) + 3H₂O(l)

• પ્રબળ બેઝ સાથેની પ્રતિક્રિયા:

  • In(OH)₃(s) + OH⁻(aq) → [In(OH)₄]⁻(aq) (ટેટ્રાહાઇડ્રોક્સોઇન્ડેટ(III) આયન)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

1. ઇન્ડિયમ ટીન ઓક્સાઇડ (ITO): આ સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગ છે. ITO એક પારદર્શક વિદ્યુત વાહક છે, જે આ માટે નિર્ણાયક છે:
   • LCDs અને ટચસ્ક્રીન: સ્માર્ટફોન, ટેબ્લેટ અને કમ્પ્યુટર મોનિટર માં વપરાય છે.
   • સૌર પેનલ્સ: પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે.
   • OLEDs અને પ્લાઝ્મા ડિસ્પ્લે: ઇલેક્ટ્રોડ માટે.
2. નીચા ગલનબિંદુવાળી મિશ્રધાતુઓ: ઇન્ડિયમ નીચા ગલનબિંદુવાળી મિશ્રધાતુઓ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ આમાં થાય છે:
   • સોલ્ડર: ખાસ કરીને નાજુક ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટે જે ઊંચા તાપમાનનો સામનો કરી શકતા નથી.
   • થર્મલ ફ્યુઝ અને સ્પ્રિંકલર સિસ્ટમ્સ: ફ્યુઝિબલ લિંક્સ તરીકે.
3. LEDs (લાઇટ એમિટિંગ ડાયોડ્સ): ઇન્ડિયમ ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (InGaN) એ વાદળી અને સફેદ LEDs માં વપરાતી મુખ્ય સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી છે.
4. પરમાણુ ઉપયોગો: ઇન્ડિયમનો ઉપયોગ પરમાણુ રિએક્ટરમાં નિયંત્રણ સળિયામાં તેના ઉચ્ચ ન્યુટ્રોન શોષણ ક્રોસ-સેક્શનને કારણે થાય છે.
5. કોટ્સ: વિવિધ ધાતુઓ માટે, ખાસ કરીને એરોસ્પેસ એપ્લિકેશન્સમાં કાટ-પ્રતિરોધક કોટિંગ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

જૈવિક મહત્વ

• ઝેરીપણું: ઇન્ડિયમ અને તેના સંયોજનો સામાન્ય રીતે ઓછી તીવ્ર ઝેરીતા ધરાવતા હોવાનું માનવામાં આવે છે, પરંતુ લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવાથી અથવા ઉચ્ચ ડોઝ કિડની અને લીવરને મુખ્યત્વે અસર કરીને હાનિકારક હોઈ શકે છે. ઇન્ડિયમ ધૂળ અથવા ધુમાડો શ્વસનતંત્રમાં બળતરા પેદા કરી શકે છે.
• તબીબી આઇસોટોપ્સ: રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ્સ જેમ કે ઇન્ડિયમ-111 (¹¹¹In) નો ઉપયોગ ન્યુક્લિયર મેડિસિનમાં ડાયગ્નોસ્ટિક ઇમેજિંગ (દા.ત., ગાંઠની શોધ, સેરેબ્રોસ્પાઇનલ પ્રવાહીના અભ્યાસ) માટે થાય છે.