Índio, metal tecnológico

O índio é um metal do grupo 13, o grupo do boro, tem símbolo In e número atômico 49. É um metal raro, macio, maleável e facilmente fusível, possui ponto de ebulição relativamente baixo em comparação com outros metais, é altamente resistente à corrosão, o que o torna valioso em diversas aplicações industriais e tecnológicas.

Quimicamente é similar ao alumínio e ao gálio, mas se assemelha mais ao zinco.

O índio é um dos minerais menos abundantes na crosta terrestre. Pode ser encontrado isolado na natureza, mas normalmente está associado aos minérios de zinco, chumbo e cobre.

O nome do elemento vem de índigo – azul – ou indicium, que em latim significa violeta ou azul. O índio foi descoberto pelos químicos alemães Hieronymus Theodor Richter e Ferdinand Reich em 1863, ao realizarem experimentos para extração de tálio da blenda, proveniente de uma mina localizada na cidade de Freiburg, Alemanha, quando procuravam traços do elemento tálio em uma amostra de esfalerita, mineral que é extraído o zinco. Ao realizarem o exame espectrográfico do destilado de cloreto de zinco, perceberam uma raia desconhecida que levou à identificação do índio, assim denominado devido as linhas “índigo blue” características de seu espectro.

Pouco tempo depois da descoberta, Richter e Reich conseguiram produzir cloreto e óxido de índio, e mais tarde índio metálico, ao reduzir o óxido de índio com hidrogênio. Uma pequena quantidade de índio foi exibida publicamente pela primeira vez, poucos anos depois, na Exposição Universal de Paris, em 1867.

As principais características do índio são a maciez, cor prateada clara, alto brilho e o fato de ser muito raro. Os isótopos naturais do índio são ¹¹³In e ¹¹⁵In, sendo o mais comum o ¹¹⁵In (95,7%) comparado ao ¹¹³In (4,3%). O isótopo ¹¹⁵In levemente radioativo; decai muito lentamente em emissão beta para o estanho. Esta radioatividade não é considerada perigosa, principalmente porque sua meia-vida é de 4,41×10¹⁴ anos, quatro casas decimais mais que a idade do Universo, e quase 50 mil vezes mais longa que do tório natural.

Embora o índio metálico não tenha nenhum efeito tóxico, foi demonstrado que os íons de índio têm efeitos embrionários e teratogênicos em experimentos com animais. Na forma de nitrato de índio apresenta toxidez em organismos aquáticos (toxicidade aquática).

Usos foram mudando ao longo do tempo

Em 1933 o índio era o componente de uma liga empregada em obturações dentárias de ouro, e só começou a ser usado em grande escala durante a Segunda Guerra Mundial, em aviões de guerra norte-americanos, como revestimento em rolamentos. Depois da guerra, o metal passou a ser utilizado principalmente na indústria eletrônica, como material de solda e em ligas de baixo ponto de fusão.

O uso em hastes de controle de reatores nucleares também se tornou importante, com a utilização crescente da energia nuclear. Isso levou ao primeiro aumento acentuado do preço do índio, em 1980.

A partir de 1987 foram desenvolvidos dois novos compostos de índio, o semicondutor fosfeto de índio, e o óxido de índio e estanho transparente, que ganhou destaque com o desenvolvimento de telas de cristal líquido.

Devido à alta demanda, a maior parte do índio passou a ser processada em óxido de índio e estanho desde 1992. Esta ainda é a principal aplicação do elemento nos dias de hoje, e também na produção de eletrodos transparentes em displays de cristal líquido, ou telas de LCD.

Características, ligas e usos

As principais propriedades do índio são a baixa dureza, metal macio e facilmente moldado, alta condutividade, excelente condutor de eletricidade, ideal para aplicações eletrônicas, e resistência à corrosão. Sua resistência ao desgaste e à oxidação garante a longevidade dos produtos em que é utilizado. Devido à alta ductilidade e baixíssima dureza, é possível cortar o índio com uma faca, tal como o sódio. Uma peculiaridade do índio, em comum com o estanho, é o ruído característico que pode ser ouvido quando o metal é dobrado.

As peças de trabalho metálicas podem ser protegidas por revestimentos de índio depositados galvanicamente. Os materiais de aço, chumbo ou cádmio revestidos desta forma são mais resistentes à corrosão por ácidos orgânicos ou soluções salinas e, sobretudo, à abrasão. As superfícies revestidas com índio têm uma refletância alta e uniforme em todas as cores e, portanto, podem ser usadas como espelho.

O óxido de índio (III) é um sal amarelo estável, raramente usado puro; em tecnologia, a maior parte é processada em óxido de índio e estanho (óxido de índio (III) dopado com uma pequena quantidade de óxido de estanho (IV)). O óxido de índio e estanho é usado principalmente como condutor em telas de cristal líquido (LCD), diodos emissores de luz orgânicos (OLED), telas sensíveis ao toque e células solares do tipo CIGS (Cobre-Índio-Gálio-Selênio). Compostos como, InGaN e InGaP também são usados em LEDs e diodos de lasers.

O índio também desempenha um papel como solda para muitos materiais devido a algumas propriedades especiais. Ele apenas se deforma ligeiramente quando esfria. Isso é importante ao soldar semicondutores para transistores. O índio também é capaz de soldar materiais não metálicos, como vidro e cerâmica.

Outro uso importante do índio é na fabricação de ligas empregadas em dispositivos eletrônicos e materiais odontológicos. Muitas dessas ligas, principalmente com os metais bismuto, estanho, cádmio e chumbo, apresentam baixo ponto de fusão, de 50 a 100 °C. Isto resulta em aplicações em sistemas de sprinklers, termostatos e fusíveis, por exemplo.

O metal índio se dissolve em ácidos, mas não reage com oxigênio à temperatura ambiente. No entanto, em temperaturas mais altas, ele se combina com oxigênio para formar óxido de índio. É nesta forma que o índio encontra aplicação como um óxido condutor transparente, ao ser aplicado como um revestimento fino em filmes de vidro ou plástico, transparentes à luz visível e eletricamente condutores. Como adere ao vidro, o óxido de índio e estanho confere um acabamento espelhado a janelas de prédios e como uma película protetora em óculos de soldadores.

Existem também compostos de índio orgânico com as fórmulas gerais InR₃ e InR. Como muitos compostos organometálicos, eles são sensíveis ao oxigênio e à água. Compostos orgânicos de índio são usados ​​como reagentes de dopagem na produção de semicondutores,

Em resumo o índio é amplamente utilizado em diversas indústrias, incluindo: indústria eletrônica, fundamental na fabricação de telas de cristal líquido (LCD), utilizado na forma de óxido de índio, um material transparente que conduz eletricidade; semicondutores, utilizado em componentes como diodos e transistores (como fosfeto, antimonieto e nitreto de índio); e, em ligas metálicas, adicionado a ligas para melhorar suas propriedades, como resistência ao calor e à corrosão.

O isótopo radioativo de ¹¹¹In é utilizado na medicina nuclear.

Extração

O índio é o 61º elemento em abundância na crosta terrestre, num percentual aproximado de 0,25 partes por milhão (ppm), sendo três vezes mais abundante que a prata, que ocorre a 0,075 ppm.

Até 1924 o fornecimento mundial de índio não somava mais que 1 grama em sua forma isolada. Mas em 2023, 990 toneladas do metal foram produzidas em todo o mundo, sendo China, Coreia, Rússia e Japão os maiores produtores, de acordo com o Serviço Geológico dos Estados Unidos. O Canadá também é um grande produtor.

 O índio é obtido como subproduto da produção de zinco ou chumbo e também por meio da reciclagem. A extração econômica é possível se o índio se acumular em certos pontos do processo de produção. Isso inclui poeira de combustão que é gerada durante a torrefação do sulfeto de zinco e resíduos do processo úmido de produção de zinco. Estes são reagidos com ácido sulfúrico ou ácido clorídrico e, assim, colocados em solução. Como a concentração de índio no ácido é muito baixa, é enriquecido. Isso é feito, por extração com fosfato de tributila ou precipitação como fosfato de índio.

Outra parte do fornecimento de índio vem do processamento dos minerais que contêm ferro, chumbo e cobre.

A produção de índio ocorre eletroliticamente. Uma solução de cloreto de índio(III) em ácido clorídrico é utilizada no processo. Este é convertido em índio elementar com o auxílio de eletrodos de mercúrio. Em processos de fusão por zona ou por eletrólise repetida de fusão de sal de cloreto de índio(I), o produto bruto pode ser purificado adicionalmente e, desta forma, pode-se obter 99,99% de índio puro.

Referências

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Texto produzido pela jornalista Mari Elizabeth Menda da Gerência de Relações Institucionais do CRQ-SP e
revisado pela Profa. Márcia Guekezian, Coordenadora do curso de Engenharia Química
da Faculdade de São Bernardo do Campo – FASB