Cet article concerne l'élément chimique indium, le corps simple et les diverses combinaisons de l'élément. Pour les autres significations, voirIndium (homonymie).
H302 : Nocif en cas d'ingestion H312 : Nocif par contact cutané H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H332 : Nocif par inhalation H335 : Peut irriter les voies respiratoires P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P305 : En cas de contact avec les yeux : P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
Ce métal malléable présente une chimie assez analogue à l'aluminium et augallium, mais aussi aucadmium et authallium. L'électronégativité selon Pauling est de l'ordre de 1,7(̠8), alors que celles du Ga et Al avoisinent respectivement 1,6 et 1,5.
L'indium est un métal rare. Longtemps considéré comme un « métal ou un élément de laboratoire », il est resté très peu employé jusqu'au début de l'entre-deux-guerres[11]. Sa récente utilisation massive, notamment dans lesécrans plats LCD, a fait passer son prix de80 à 800€/kg (70 à 1 000$/kg aux taux courants[12]) entre 2001 et 2005[13],[14]. La pénurie actuelle en fait unematière première minérale critique.
Le chimiste Richter isole facilement le sulfure d'indium et le chlorure d'indium, puis l'hydroxyde d'indium avant de se perdre dans les (sous)oxydes d'indium. Toutefois il réussit une double réduction à partir du sesquioxyde d'indium, d'abord à l'aide decharbon de bois oucharbon actif et desoude, puis par flux degaz hydrogène à isoler de façon quantitative le corps simple métal en1867[15]. Il faut 100 kilogrammes de blende de Freiberg à un chimiste confirmé dans les années 1880 pour recueillir une trentaine de grammes d'indium, par un traitement chimique à l'acide[16]. La blende est d'abord traitée à l'acide chlorhydrique étendu, en insuffisance, l'indium extrait précipité avec le zinc en un résidu noir contenant encore de fortes impuretés de plomb, du cuivre et du fer. L'attaque à chaud par l'acide sulfurique concentré en excès est menée jusqu'àsiccité. La matière sèche est reprise à l'eau, qui dissout facilement les sulfates d'indium, de zinc, de fer et de cuivre. La solution aqueuse est traitée avec un excès d'ammoniaque, l'oxyde d'indium impur précipité avec quelques traces d'oxyde de fer. L'acide sulfurique étendu permet de dissoudre le sel d'indium, qui peut être précipité par addition de zinc pur.
Bunsen, professeur de chimie de l'université de Heidelberg et ami de Reich, avait contribué comme expert à l'établissement du spectromètre de flamme de la Bergakademie de Freiberg. Ayant bénéficié en retour d'échantillons d'indium métal, il a montré que lachaleur spécifique de l'indium suivait bien la loi des chaleurs spécifiques[17].
En 1924, on[Qui ?] découvre que l'indium peut stabiliser les métaux non ferreux[18]. À partir de 1940, il est utilisé comme comme revêtement protecteur et anticorrosion de longue durée notamment pour améliorer les roulements à billes du matériel aéronautique militaire. Au début des années 1970, selon le chimisteBruce Mahan, l'indium ne présente pas d'usage important. Au début des années 1980, les contributeurs chimistes de l'Encyclopedia Universalis admettent qu'il y a peu de composés d'indium étudiés et bien connus (probablement en vue d'applications).
L'indium possède 39isotopes connus, denombre de masse variant entre 97 et 135, et 47isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul eststable,113In, faisant de l'indium unélément monoisotopique. Cependant, l'indium naturel est aussi constitué et même majoritairement (~95,7 %) d'un radioisotope faiblement radioactif,115In, avec une demi-vie d'environ 441 000 milliards d'années, ce qui fait que l'indium n'est pas unélément mononucléidique. L'indium partage d'ailleurs la caractéristique avec lerhénium et letellure d'avoir un radioisotope naturel à longue vie plus abondant que son (ou ses) isotope(s) stable(s). Lamasse atomique standard attribuée à l'indium est de 114,818(3) u
Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie
L'indium existe à l'état natif, il s'agit du corps simple naturel que les minéralogistes nommentindium natif.On ne le trouve qu'en quantité infime dans les mines dezinc, decuivre, deplomb, defer... notamment à l'état de traces dans des sulfures (sphalérite,Chalcopyrite), et plus généralement lesblendes, dans lesquels il peut être extrait commesous-produit pendant la fusion. Bien que l'enrichissement de l'indium dans ces gisements soit élevé par rapport à son abondance dans les minerais, il est insuffisant, aux prix courants, pour soutenir l'extraction de l'indium comme produit principal[20].
Comme le métal gallium de même aspect, le métal indium est stable dans l'air et l'eau, hormis en présence d'oxygène libre.
Ce métal est rayable à l'ongle, facilement ductile et sectile (découpable facilement au cutter), plastique et très facilement déformable. Il est plus mou, plus tendre et plus malléable que le métal plomb. Une opération d'écrouissage n'entraîne aucun durcissement, sonlaminage à froid reste très aisé. Toutefois, soumise à une pression plus vive, une plaque ou pastille de métal casse. Il est possible de communiquer une énergie mécanique et thermique à un morceau d'indium en le frottant avec un morceau de gallium de façon à l'allier à ce dernier par frottements et petits chocs répétés, tel que l'alliage GaIn métal ainsi formé puisse prendre une consistance quasi-liquide et ainsi s'étaler lentement sur une surface froide comme le verre, formant un miroir. Il est alors possible d'écrire avec cet alliage placé au bout d'un coton tige sur du papier.
Indium mouillant les parois d'un tube à essai.
Le pliage ou le stress d'une barre, d'une tige, d'une pastille, d'une plaque, d'un lingot d'indium génère des sons caractéristiques, un "cri aigu" ou uncrunch, uncrackling noise en anglais. Ils sont dus aux frottements internes des grands cristaux, provoquant la séparation trop rapide et forcée des cristaux jumelés, de manière similaire à l'étain courbé.
Ces propriétés plastiques sont conservées à (très) basses températures.
L'indium estdiamagnétique. C'est un métal semi-conducteur de l'électricité, soumis à l'effet Peltier et moyennement conducteur de la chaleur. Il devientsupraconducteur en dessous de3,41K.
L'indium peut être utilisé dans les jonctions de transistor n-p-n avec le germanium.
Les états d'oxydation les plus communs sont I et III, accessoirement II.
Densité de spin de la surface du sesquioxyde d'indium
Dans les plus simples de ces combinaisons, l'élément métal est monovalent pareffet de paire orbitale s inerte. Mais la plupart des composés trivalents de l'indium possède des propriétés semi-conductrices, parfois recherchées. Les principales propriétés chimiques sont assez proches de celle du cadmium, à l'exception notable de l'oxyde d'indium, insoluble dans l'ammoniaque.
Résistant dans l'air à la température ordinaire, le corps simple brûle après chauffage au rouge, avec une flamme bleu-violette caractéristique, laissant une matière poudreuse jaune, peu fusible, solubles dans les acides, le sesquioxyde d'indium[21].
4 Insolide métal chauffé au rouge + 3 O2gaz oxygène en balayage → 2 In2O3sesquioxyde d'indium
Dimère de iodure d'indium(III)
Le métal se dissout dans la plupart des acides minéraux, mais n'est pas dissout par lesbases, ni bien sûr par l'eau[22].L'indium peut être dissous dans les cyanures, par lecyanure de potassium. Cette technique decyanuration est un moyen de purification.
Le métal indium est couramment obtenu par électrolyse de ses sels en solutions aqueuses.Par sonpotentiel d'électrode[23], l'indium est un réducteur plus faible que le gallium et surtout l'aluminium.
In3+ + 3 e− → In0métal avec un potentiel d'électrode normal ε0 de l'ordre de −0,34 V avec log K = -17,2[24].
L'ion indium monovalent ou trivalent existe à l'état hydraté. Les solutions des ions In3+ sont fortement hydrolysés, du type [In (H2O))6]3+ analogue à [Ga(H2O)6]3+. Le rayon ionique de In3+ équivaut à 81pm (0,81 Å).
L'indium se combine à chaud avec leshalogènes et lesoufre.Le chlorure d'indium divalent InCl2, analogue de GaCl2, peut être obtenu par :
Les divers sels d'indium sont obtenus par exemple par l'action d'un acide minéral sur le métal ou les oxydes, avec différentes techniques de cristallisation. Ils sont solubles dans l'eau, à laquelle ils confèrent, selon les anciens glycochimistes, une indéniable saveur métallique. Soumis au test de flamme, ils engendrent une flamme peu éclairante avec deux raies caractéristiques, bleu foncé et violet plus faible.
Citons parmi les composés les plus communs :
les halogénures d'indium(I) InCl, InBr ou InI
le sous-oxyde In2O poudre intensément noire
lesesquioxyde d'indium In2O3 est totalement basique et nullement amphotère comme Ga2O3 et Al2O3. Cet oxyde qui peut être amorphe (rouge brun) ou cristallin de maille trigonale (jaune clair) engendre assez peu d'hydrates et d'hydroxydes[25]. Il est très connu par son dopage ou association partielle avec l'oxyde d'étain(IV) SnO2 sous le nom d'oxyde d'indium-étain ou son acronyme anglo-saxonITO.
l'hydroxyde d'indium(III) In(OH)3, corps composé blanc, insoluble dans l'eau froide, obtenu généralement par l'action de l'ammoniaque concentré sur divers sels d'indium[26].
lefluorure d'indium(III), InF3 à structure polymère, très peu soluble dans l'eau, avec0,04g/100 g d'eau à25 °C[27].
lechlorure d'indium(III), InCl3 corps incolore à légèrement coloré, très soluble dans l'eau. Il s'agit d'un acide de Lewis, à l'instar de AlCl3.
les chlorures doubles d'indium et d'alcalin (Na, K...)
le nitrate d'indium hydraté In2(NO3)3. 9/2 H20 en aiguilles déliquescentes, très soluble dans l'eau, soluble dans l'alcool, à décomposition thermique facile.
l'acétate d'indium, le tartrate d'indium et les composés organo-indié comme le triméthylindium In(CH3)3, l'indium cyclopentanediènyle In(C5H5)... ainsi que de nombreux complexes.
L'indium n'est pas considéré comme unoligo-élément utile aux organismes vivants car il n'a aucun rôle biologique connu à ce jour.
Latoxicité du métal pur paraît faible, mais cette toxicité et sa pharmaco-cinétique dans l'organisme[28] peuvent être exacerbées par certains facteurs[29] ; d'autre part, ce métal étant rare, et très utilisé depuis peu, elle reste assez mal connue. Par contre certains de ses composés (semi-conducteurs notamment, tels quearséniure d'indium (InAs) etphosphure d'indium (InP), peu solubles et peu dégradables (et donc rémanents) se montrent toxiques sur le modèle animal (toxicité aiguë et/ou chronique d'après Tanakaet al., 2004)[30]. Les sels d'indium sont réputés peu toxiques par ingestion orale en faible quantité, mais sont des poisons violents en injection sous-cutanée ou intraveineuse. Ils perturbent les fonctions du cœur, du sang, du foie et des reins, en altérant leur fonctionnement. Ils détruisent irrémédiablement ces organes en prises chroniques, ou à forte dose (quelques milligrammes). De plus, l'InP (phosphure d'indium)« a clairement démontré un potentielcancérigène dans des études d'inhalation à long terme effectuées sur des animaux de laboratoire »[31]. l'Indium affecte également ledéveloppement embryonnaire et du fœtal (d'après le modèle animal[32]).
En ce qui concerne les risques et dangers pour l'homme, sur la base des quelques données disponibles sur les effets néfastes de ce métal pour la santé des travailleurs exposés à des particules contenant de l'indium (métallurgie, recyclage des métaux...), la société japonaise pour la santé au travail a fixé comme seuil d’exposition professionnelle 3 μg/L desérum sanguin[31].
En raison de sa récente et large diffusion dans de nombreux objets électroniques, les toxicologues recommandent de« porter une attention beaucoup plus grande à l'exposition humaine aux composés de l'indium, et les précautions contre une exposition éventuelle aux composés de l'indium sont primordiales pour la gestion de la santé des travailleurs manipulant de l'indium »[31].
Utilisations du corps simple, des alliages et des composés
Le métal possède la propriété unique d'être utilisé comme joint de surface métal-métal ou non métal, par exemple de réaliser les scellements hermétiques verre-métal, verre-verre, avec le marbre, le quartz, la faïence ou la porcelaine pouvant se substituer au verre.
Ces brasures à l'indium permettent d'assurer l'étanchéité des appareillages à vide très poussés par cette obturation des joints métal-non métal. L'indium se retrouve dans les joints d'assemblage et autres scellements à la température de l'oxygène liquide.
Le principe de ces soudures froides pour raccord métal/non métal d'installation à vide élevé se retrouvent dans les soudures de transistors et semi-conducteurs sensibles.
Les alliages d'indium peuvent servir de revêtement galvanoplastique anti-corrosion. L'intérêt en miroiterie de l'indium se justifie, car à pouvoir réflecteur quasi équivalent à l'argent, les surfaces ont une meilleure résistance à la corrosion en pratique.
En mécanique, l'indium est présent dans les coussinets pour paliers lisses. Il permet d'obtenir des alliages anti-friction. L'alliage d'indium à l'acier diminue fortement la résistance au frottement et, par là, les pertes de puissance.
L'indium est présent souvent avec le gallium dans les alliages à bas point de fusion. Il est utilisé dans certaines soudures permettant d'éviter la présence deplomb. L'alliage gallium-indium (76 % — 24 %) est liquide à la température ambiante. Il est utilisé (expérimentalement) pour constituer un miroir liquide pourtélescope en substitut non polluant au mercure.
Les alliages très fusibles comportent souvent du bismuth Bi, du cadmium Cd, du plomb Pb et de l'étain Sn. Ils sont employés dans les coupe-circuit, les régulateurs de chaleur outhermistor, les systèmes de sécurité Sprinkler.
Les alliages binaires avec Cd/Zn sont conçus pour la soudure à l'aluminium.
Les alliages avec l'arsenic As et l'antimoine Sb sont utiles pour fabriquer des transistors, des photoconducteurs, des détecteurs de source de chaleur (IR). L'arséniure d'indium InAs et le séléniures d'indium InSe sont des semi-conducteurs. L'alliage InSb présente une résistivité variable sous les divers rayonnements infrarouges. Cetantimoniure d'indium est un semi-conducteur de jonction à cristaux p-n, n-p. Ce photoconducteur est ainsi présent dans les filtres infrarouges, ainsi que les détecteurs infrarouges.
L'oxyde d'indium trivalent In2O3, pigment dans l'industrie verrière, permet d'obtenir des verres teintés en jaune pâle.
Grains d'ITO collés sur verre, vus grâce à des impuretés au microscope électronique
Transparent en couche mince tout en conduisant l'électricité, l'oxyde d'indium(III) (In2O3) adhère fortement au verre. Additionné d'oxyde d'étain(IV) (SnO2), l'oxyde d'indium-étain (ITO) représente le matériau idéal pour réaliser les fines électrodes transparentes recouvrant un écran LCD, c'est-à-dire un affichage à cristaux liquides, éventuellement à propriétés tactiles[34].
Les écrans à cristaux liquides sont ainsi la principale application de l'indium, représentant 80 % de ses utilisations[35].
Certains composés d'indium sont des photoconducteurs remarquables. Ils se retrouvent dans les :
Cellules à jonction
Antimoniure d'indium, matériau semi-conducteurOn utilise l'indium sous plusieurs formes : de séléniure d'indium InSe2, de nitrure d'indium-gallium InGaN et de diséléniure decuivre-indium CuInSe2. Les recherches en cours sur des cellules combinant plusieurs couches : gallium-indium-phosphore,arséniure de gallium etgermanium (GaInP-AsGa-Ge) permettent d'espérer des rendements supérieurs à 30 %.
Cellules en couche mince
Elles ont un rendement inférieur (10-20 %) mais sont beaucoup plus faciles à fabriquer en grande dimension, on utilise de l'oxyde d'indium-étain, un mélange cuivre-indium-sélénium ou double séléniure d'indium ou de cuivre (CuInSe2) ou encore cuivre-indium-gallium-sélénium. L'indium est ainsi présent dans les panneaux photovoltaïques.
Lephosphure d'indium InP est le substrat des composants opto-électroniques (DEL, diodes laser, photodiodes) pour les communications surfibres optiques (réseaux FTTH, métropolitains et longue distance, à 1300/1550 nm)
Absorbant neutronique, mesure de flux deneutrons et médecine nucléaire
L'indium présente une section efficace de capture de 194barn, ce qui a conduit à l'utiliser associé à l'argent et aucadmium comme absorbant neutronique dans les grappes de contrôle des réacteurs à eau pressurisée. L'alliage AgInCd est présent dans les barres de contrôle des réacteurs nucléaires.
L'indium permet des mesures de flux de neutrons thermiques des réacteurs nucléaires. Dans le cadre de la protection civile, il permet de réaliser des dosimètres à neutrons.
Enmédecine nucléaire, l'indium 111, avec ses deux émissions gamma de173 et 247keV, permet de réaliser certains examens. Par exemple, il est possible de réaliser unescintigraphie au moyen de globules blancs marqués à l'indium 111 pour repérer des processus abdominaux actifs et des processus infectieux récents (depuis moins de 2 semaines). Lié à certains pharmaceutiques, cet isotope radioactif peut permettre de localiser différentes tumeurs neuro-endocrines (insulinomes, gastrinomes, paragangliomes, carcinoïde,phéochromocytome, etc). Il est également utile en scinticisternographie.
Il existe aussi l'isotope 113 en médecine nucléaire.
Lingots d'indium pesant chacun environ 1pound ~ 0,45 kg
Lestéléviseurs, lesordinateurs, les récepteursGPS, lestéléphones mobiles, lesappareils photo, etc., tous les appareils àécran LCD ont vu leur production augmenter exponentiellement à partir des années 2000. L'oxyde d'indium dopé à l'oxyde d'étain(IV) permet en effet d'allier facilement transparence et conductivité, conditions nécessaires, dans la couche conductrice desécrans tactiles capacitifs (aussi appelés multicouche) à la reconnaissance du touché par les doigts de l'utilisateur. Un petit écran plat de quinze pouces (une quarantaine de cm) contient un gramme d'indium et les plus grandes usines de fabrication en consomment plusieurs tonnes par mois. Logiquement, le cours de l'indium a explosé : de 70 dollars le kilogramme en 2001, il est passé par un pic à 1 000 dollars en 2005 et se négocie entre400 et 600dollars en 2010.
En2006, la Chine produisait 60 % de l'indium mondial, mais, devant les menaces d'épuisement à l'horizon 2020, elle a décidé de progressivement réduire ses exportations pour préserver son marché intérieur. Le conflit entre le Japon et la Chine concernant un bateau de pêche chinois arrêté aux large desÎles japonaises Senkaku, le a mis en lumière le tarissement de ces ressources. D'autres pays commencent à préserver leurs propres gisements, comme le Canada et la Russie[39].
L'évaluation des réserves en 2007 était de 11 000 t[37], soit un ratio volume de réserves (2007) / production annuelle (2008) de 19,3 ans seulement.
L'engouement depuis 2010 pour les dispositifs électroniques àécrans tactiles (ordinateurs, smartphones, tablettes tactiles...) ont accéléré sa raréfaction. Les stocks planétaires connus d'indium ont été vidés en quelques décennies, et les procédés de récupération sont à ce jour couteux et polluants.
↑L'intérêt des chimistes pour la course aux éléments ainsi que la thèse deKarl Josef Bayer en 1871 contribue à maintenir l'intérêt des chimistes de laboratoire.
↑Tanakaet al. (2004). Toxicity of indium arsenide, gallium arsenide, and aluminium gallium arsenide.Toxicology and Applied Pharmacology,198 (3), 405–411.
↑ab etcTanaka, A., Hirata, M., Kiyohara, Y., Nakano, M., Omae, K., Shiratani, M., & Koga, K. (2010)Review of pulmonary toxicity of indium compounds to animals and humans. Thin Solid Films, 518(11), 2934-2936 (résumé).
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