इंडियमची ओळख
रासायनिक चिन्ह In द्वारे दर्शविलेले इंडियम एक मऊ, चांदीसारखे-पांढरे धातूचे मूलद्रव्य आहे. ते आवर्त सारणीच्या गट 13 आणि आवर्त 5 मध्ये स्थित आहे. त्याचा अणुअंक 49 आहे. इंडियम त्याच्या तुलनेने कमी वितळणांक (melting point) आणि काच ओली करण्याची (wet glass) क्षमतेसाठी ओळखले जाते, ज्यामुळे ते विविध विशेष उपयोगांमध्ये उपयुक्त ठरते.
मूलभूत अणु कण
कोणत्याही मूलद्रव्याची अणुसंरचना त्यात असलेल्या प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉनच्या संख्येनुसार परिभाषित केली जाते.
प्रोटॉन
एखाद्या मूलद्रव्याचा अणुअंक थेट अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनच्या संख्येशी जुळतो. इंडियमसाठी, अणुअंक 49 आहे.
- इंडियममधील प्रोटॉनची संख्या: 49
इलेक्ट्रॉन
एक तटस्थ अणूमध्ये, केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येइतकी असते. इंडियमचा अणू विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असल्याने, त्यात इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनची संख्या समान असते.
- एक तटस्थ इंडियम अणूमध्ये इलेक्ट्रॉनची संख्या: 49
न्यूट्रॉन
एका अणूतील न्यूट्रॉनची संख्या मूलद्रव्याच्या समस्थानिकांमध्ये (isotopes) भिन्न असू शकते. न्यूट्रॉनची संख्या निश्चित करण्यासाठी, अणुवस्तुमान (atomic mass) (किंवा विशिष्ट समस्थानिकासाठी वस्तुमान संख्या) वापरले जाते. इंडियमचा सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणारा आणि स्थिर समस्थानिक इंडियम-115 आहे. वस्तुमान संख्या (A) केंद्रकातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनच्या एकूण संख्येचे प्रतिनिधित्व करते.
- इंडियम-115 साठी वस्तुमान संख्या (A) = 115
- अणुअंक (Z) = 49 (प्रोटॉनची संख्या)
- न्यूट्रॉनची संख्या = A - Z = 115 - 49 = 66
- इंडियम-115 मधील न्यूट्रॉनची संख्या: 66
इंडियमची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना (Electron configuration) म्हणजे केंद्रकाभोवतीच्या अणु कक्षा (atomic orbitals) आणि उपकक्षांमध्ये (subshells) इलेक्ट्रॉनची मांडणी होय. इंडियमसाठी (अणुअंक 49), 49 इलेक्ट्रॉन ऑफबाऊ तत्त्व (Aufbau principle), पाऊली अपवर्जन तत्त्व (Pauli exclusion principle) आणि हंडच्या नियमानुसार (Hund’s rule) उपलब्ध ऊर्जा स्तरांमध्ये जागा व्यापतात.
इंडियमची पूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^1$
अधिक संक्षिप्त स्वरूप, ज्याला नोबेल वायू संरचना (noble gas configuration) म्हणतात, ते मागील नोबेल वायूचे चिन्ह वापरून गाभा इलेक्ट्रॉन (core electrons) दर्शवते. इंडियमसाठी, मागील नोबेल वायू क्रिप्टॉन (Kr) आहे, ज्याचा अणुअंक 36 आहे. इंडियमची नोबेल वायू संरचना अशी आहे: $[\text{Kr}] 4d^{10} 5s^2 5p^1$
संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन (Valence electrons) हे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचात (outermost shell) असलेले इलेक्ट्रॉन असतात. हे इलेक्ट्रॉन प्रामुख्याने रासायनिक बंधनात (chemical bonding) सामील असतात आणि मूलद्रव्याचे रासायनिक गुणधर्म निश्चित करतात.
इंडियमसाठी, त्याची नोबेल वायू इलेक्ट्रॉन संरचना $[\text{Kr}] 4d^{10} 5s^2 5p^1$ तपासताना, सर्वात बाहेरील मुख्य ऊर्जा स्तर (outermost principal energy level) $n=5$ आहे. $5s$ आणि $5p$ उपकक्षांमधील इलेक्ट्रॉन हे संयुजा इलेक्ट्रॉन आहेत. $4d^{10}$ इलेक्ट्रॉन हे आतील कवच इलेक्ट्रॉन (inner-shell electrons) मानले जातात कारण $4d$ उपकक्षा पूर्णपणे भरलेली आहे आणि ती $n=5$ कवचाच्या आत येते.
- $5s$ उपकक्षामधील इलेक्ट्रॉन: 2
- $5p$ उपकक्षामधील इलेक्ट्रॉन: 1
- इंडियमसाठी एकूण संयुजा इलेक्ट्रॉनची संख्या: 3
तीन संयुजा इलेक्ट्रॉनची ही संख्या आवर्त सारणीतील गट 13 मधील इंडियमच्या स्थितीशी सुसंगत आहे, जिथे मूलद्रव्ये साधारणपणे +3 ची संयुजा (valency) दर्शवतात.
उपयोग आणि आढळ
इंडियम एक तुलनेने दुर्मिळ मूलद्रव्य आहे. ते प्रामुख्याने जस्त (zinc) आणि कमी प्रमाणात शिसे (lead) आणि तांबे (copper) अयस्क (ores) शुद्धीकरण प्रक्रियेत उप-उत्पादन म्हणून मिळते. भारतात इंडियमचे मोठ्या प्रमाणावर उत्खनन (mining) होत नसले तरी, या मूलद्रव्याच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे ते भारतीय बाजारपेठेत सेवा देणाऱ्या अनेक उच्च-तंत्रज्ञान उद्योगांसाठी महत्त्वाचे ठरते. याचा सर्वात महत्त्वाचा उपयोग इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO) च्या स्वरूपात होतो, जो लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (LCD), टचस्क्रीन आणि भारतात स्मार्टफोन, टॅब्लेट आणि टेलिव्हिजनमध्ये सामान्यतः आढळणाऱ्या इतर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी पारदर्शक, विद्युत-वाहक कोटिंग म्हणून वापरला जातो. इंडियम CIGS (कॉपर इंडियम गॅलियम सेलेनाइड) सौर पेशींच्या (solar cells) उत्पादनात देखील वापरले जाते, जे वाढत्या अक्षय ऊर्जा (renewable energy) क्षेत्रासाठी योगदान देते, तसेच विशेष कमी वितळणांक असलेल्या मिश्रधातूमध्ये (low-melting-point alloys) आणि अर्धसंवाहकांमध्ये (semiconductors) डोपंट (dopant) म्हणून वापरले जाते.