इंडियम (In): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि उपयोग

प्रस्तावना: इंडियम का महत्त्वाचे आहे?

इंडियम (In) हा आवर्त सारणीच्या गट 13 मधील एक मऊ, चांदी-पांढरा, वर्धनीय धातू आहे. त्याचे अद्वितीय गुणधर्म, विशेषतः संयुग स्वरूपात त्याची पारदर्शकता आणि चालकता, त्याला आधुनिक तंत्रज्ञानात अपरिहार्य बनवतात. टचस्क्रीन आणि लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (LCDs) पासून ते प्रगत सौर पेशी (solar cells) आणि LED प्रकाशयोजनेपर्यंत, इंडियम अनेक दैनंदिन इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या कार्यक्षमतेत महत्त्वाची भूमिका बजावतो. त्याची दुर्मिळता त्याच्या आर्थिक मूल्याला आणि त्याच्या उपयोगांसाठी तसेच शाश्वत स्रोतांसाठी सततच्या संशोधनाला हातभार लावते.

CBSE/JEE जलद उजळणी टिपा

• अणुक्रमांक (Z): 49
• अणु वस्तुमान: 114.818 u
• गट: 13 (बोरॉन कुटुंब, p-खंड मूलद्रव्य)
• आवर्त: 5
• खंड: p-खंड
• सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था: +3 (सर्वाधिक स्थिर), +1 (जड युग्म परिणामामुळे कमी स्थिर)
• स्वरूप: मऊ, चांदी-पांढरा, तन्य, वर्धनीय धातू
• उत्कलनांक: 156.6 °C (तुलनेने कमी)
• उत्कलनबिंदू: 2072 °C
• घनता: 7.31 g/cm³
• ऋणविद्युतता (पॉलिंग स्केल): 1.78

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंध वर्तन

मूल अवस्था इलेक्ट्रॉन संरूपण: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹

संयुजा इलेक्ट्रॉन: इंडियममध्ये तीन संयुजा इलेक्ट्रॉन (5s² 5p¹) असतात.

बंध वर्तन: इंडियम त्याच्या मूलद्रव्य अवस्थेत सामान्यतः धातवीय बंध (metallic bonding) दर्शवतो. संयुगांमध्ये, ते प्रामुख्याने उच्च ऋणविद्युत मूलद्रव्यांसह आयनिक बंध आणि इतरांसह सहसंयुज बंध तयार करते.

• ऑक्सिडेशन अवस्था:
  • +3 ऑक्सिडेशन अवस्था: ही सर्वात सामान्य आणि स्थिर ऑक्सिडेशन अवस्था आहे, जी तीनही संयुजा इलेक्ट्रॉन (5s² 5p¹) गमावल्यामुळे उद्भवते.
  • +1 ऑक्सिडेशन अवस्था: +1 ऑक्सिडेशन अवस्था देखील दिसून येते परंतु ती +3 पेक्षा कमी स्थिर असते. हे जड युग्म परिणामामुळे (inert pair effect) होते, जिथे 5s² इलेक्ट्रॉन आंतरवर्ती d-इलेक्ट्रॉन्सच्या खराब आवरणांमुळे बंधात भाग घेण्यास टाळाटाळ करतात, ज्यामुळे प्रभावी केंद्रकीय प्रभार वाढतो आणि 5s इलेक्ट्रॉन्सचे केंद्राकडे अधिक मजबूत आकर्षण होते.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

इंडियम मध्यम प्रतिक्रियाशील आहे. त्याचे रासायनिक वर्तन गॅलियम आणि थॅलियम सारखे आहे, ज्यामध्ये +3 ऑक्सिडेशन अवस्था +1 पेक्षा अधिक स्थिर असते, जरी +1 ची स्थिरता गटात खाली जाताना वाढते (Ga < In < Tl).

1. हवा/ऑक्सिजन सोबत अभिक्रिया

कोरड्या हवेत कक्ष तापमानाला इंडियम स्थिर असते. जेव्हा ते हवा किंवा ऑक्सिजनमध्ये गरम केले जाते, तेव्हा ते इंडियम(III) ऑक्साईड तयार करते.

• 4In(s) + 3O₂(g) → 2In₂O₃(s)

2. हॅलोजन्स सोबत अभिक्रिया

इंडियम हॅलोजन्स (X₂) सोबत अभिक्रिया करून ट्रायहॅलाइड्स (InX₃) तयार करते.

• 2In(s) + 3Cl₂(g) → 2InCl₃(s) (इंडियम(III) क्लोराईड)
• 2In(s) + 3Br₂(l) → 2InBr₃(s) (इंडियम(III) ब्रोमाइड)
• 2In(s) + 3I₂(s) → 2InI₃(s) (इंडियम(III) आयोडाइड)

मोनोहॅलाइड्स (InX) आणि डायहॅलाइड्स (InX₂) देखील अस्तित्वात आहेत, परंतु ते अनेकदा मिश्र-संयुजा संयुगे असतात, उदा. InBr हे पॉलीमेरिक (polymeric) आहे. InCl आणि InBr हे InX₃ ला In धातूने गरम करून तयार केले जाऊ शकतात.

• 2InCl₃(s) + 4In(s) → 6InCl(s) (इंडियम(I) क्लोराईडची निर्मिती)

3. आम्लांसोबत अभिक्रिया

इंडियम बहुतेक आम्लांसोबत अभिक्रिया करते.

• विरल आम्ल (non-oxidizing): इंडियम विरल नॉन-ऑक्सिडायझिंग आम्लांसोबत जसे की HCl आणि H₂SO₄ सोबत हळूहळू अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू मुक्त करते आणि In(III) क्षार (salts) तयार करते.

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

• ऑक्सिडायझिंग आम्ल (उदा., HNO₃): इंडियम ऑक्सिडायझिंग आम्लांसोबत अभिक्रिया करून इंडियम(III) क्षार तयार करते, अनेकदा हायड्रोजन वायू उत्सर्जित न करता.

  • In(s) + 4HNO₃(conc.) → In(NO₃)₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l) (संघनित HNO₃ चे उदाहरण)

4. आम्लारी (Bases) सोबत अभिक्रिया

इंडियम(III) हायड्रॉक्साईड, In(OH)₃, हे उभयधर्मी (amphoteric) आहे, म्हणजे ते आम्ल आणि तीव्र आम्लारी (strong bases) या दोन्हीसोबत अभिक्रिया करू शकते. तथापि, त्याचे आम्लीय स्वरूप Al(OH)₃ पेक्षा कमकुवत आहे.

• आम्लांसोबत अभिक्रिया:

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

• तीव्र आम्लारी (Strong Bases) सोबत अभिक्रिया:

  • In(OH)₃(s) + OH⁻(aq) → [In(OH)₄]⁻(aq) (टेट्राहायड्रॉक्सोइंडेट(III) आयन)

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

1. इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO): हा सर्वात महत्त्वाचा उपयोग आहे. ITO हा एक पारदर्शक विद्युत वाहक आहे, जो यासाठी महत्त्वाचा आहे:
   • LCDs आणि टचस्क्रीन: स्मार्टफोन, टॅब्लेट आणि संगणक मॉनिटर्समध्ये वापरले जाते.
   • सौर पॅनेल: पारदर्शक इलेक्ट्रोड म्हणून.
   • OLEDs आणि प्लाझ्मा डिस्प्ले: इलेक्ट्रोड्ससाठी.
2. कमी उत्कलनांक असलेले मिश्रधातू: इंडियम कमी उत्कलनांक असलेले मिश्रधातू तयार करते, जे यामध्ये वापरले जातात:
   • सोल्डर्स: विशेषतः नाजूक इलेक्ट्रॉनिक घटकांसाठी जे उच्च तापमान सहन करू शकत नाहीत.
   • थर्मल फ्युज आणि स्प्रिंकलर सिस्टम: फ्युसिबल लिंक्स म्हणून.
3. LEDs (प्रकाश उत्सर्जक डायोड): इंडियम गॅलियम नायट्राइड (InGaN) हे निळ्या आणि पांढऱ्या LEDs मध्ये वापरले जाणारे एक महत्त्वाचे अर्धसंवाहक (semiconductor) पदार्थ आहे.
4. अणुऊर्जा उपयोग: इंडियमचा उपयोग अणुभट्ट्यांमध्ये (nuclear reactors) नियंत्रण कांड्यांमध्ये (control rods) केला जातो कारण त्यात न्यूट्रॉन शोषणाचा उच्च छेद-क्षेत्र (cross-section) असतो.
5. लेप (Coatings): विविध धातूंसाठी गंज-प्रतिरोधक लेप म्हणून वापरले जाते, विशेषतः एरोस्पेस अनुप्रयोगांमध्ये.

जैविक महत्त्व

• विषारीपणा (Toxicity): इंडियम आणि त्याची संयुगे सामान्यतः कमी तीव्र विषारी मानली जातात, परंतु दीर्घकाळ संपर्क किंवा उच्च डोस हानिकारक असू शकतात, प्रामुख्याने मूत्रपिंड (kidneys) आणि यकृत (liver) यांना प्रभावित करतात. इंडियमची धूळ किंवा धूर श्वसनमार्गात (respiratory) त्रास देऊ शकतो.
• वैद्यकीय समस्थानिक (Medical Isotopes): इंडियम-111 (¹¹¹In) सारखे किरणोत्सर्गी समस्थानिक (radioactive isotopes) अणुवैद्यकशास्त्रामध्ये (nuclear medicine) निदान इमेजिंगसाठी वापरले जातात (उदा. ट्यूमर शोधणे, सेरेब्रोस्पाइनल फ्लुइड अभ्यास).