Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ίνδιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει σε μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.
Βίος και πολιτεία
Ακούμε και διαβάζουμε για φωτοβολταϊκά στοιχεία αλλά το μυαλό πόσων ανθρώπων τα συνδέει με ένα στοιχείο που λέγεται ίνδιο; Οι περισσότεροι γνωρίζουν βέβαια ότι με τις διατάξεις αυτές, που «φύτρωσαν» ξαφνικά και απείλησαν να εκτοπίσουν διάφορες καλλιέργειες από τους ελληνικούς αγρούς, μπορούμε από το ηλιακό φως να πάρουμε ηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια που από τον Ηλιο ακτινοβολείται προς όλες τις κατευθύνσεις συσκευάζεται σε απειροελάχιστα μικρά πακέτα που λέγονται φωτόνια. Αυτά, με τη σειρά τους, φθάνοντας στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού συναντούν ένα ημιαγωγό υλικό, όπως λέγεται, από όπου μπορούν σχετικά εύκολα να αποσπαστούν ηλεκτρόνια. Κάτι σαν το μπιλιάρδο όπου η λευκή μπίλια με την πτώση της δίνει ενέργεια στις άλλες. Αυτό βέβαια δεν είναι παρά η μισή δουλειά, γιατί όλα αυτά τα… ξεσπιτωμένα από τα άτομά τους ηλεκτρόνια πρέπει κάπου να κατευθυνθούν. Οπως περίπου όταν γέρνουμε ένα δοχείο τόσο όσο χρειάζεται για να αδειάσει από το περιεχόμενό του.
Αυτή την «κλίση» την επιτυγχάνουμε εδώ εμφυτεύοντας κάποια άλλα άτομα στο πυρίτιο, δημιουργώντας δηλαδή προσμείξεις. Μερικές από αυτές δημιουργούν περίσσευμα ηλεκτρονίων και άλλες έλλειψη οδηγώντας μας εντελώς αφαιρετικά να λέμε ότι έχουμε οπές που κινούνται με τρόπο αντίθετο από αυτό των ηλεκτρονίων. Οταν έλθουν σε επαφή πυρίτιο με επιπλέον ηλεκτρόνια και πυρίτιο με οπές, τα ηλεκτρόνια περνούν τα σύνορα και διαχέονται στην άλλη περιοχή. Εχουμε τότε μια περιοχή όπου λείπουν ηλεκτρόνια, άρα είναι θετικά φορτισμένη, και εκεί όπου πήγαν, επειδή αυξήθηκαν, είναι αρνητικά φορτισμένη. Εχουμε πλέον ηλεκτρικό πεδίο αντίστοιχο με την κλίση του δοχείου που λέγαμε πριν και αυτό το πεδίο θα κατευθύνει τα ηλεκτρόνια.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρήθηκε από τον 19χρονο τότε Γάλλο Bequerel το 1836 που έκανε δοκιμές στο εργαστήριο του πατέρα του. Μόνο που για μερικά χρόνια υπήρχε το εξής εύκολα κατανοητό αλλά δύσκολο τεχνικά πρόβλημα: τα ηλεκτρόνια για να αποσπαστούν χρειαζόταν να δεχθούν μια μίνιμουμ ενέργεια ώστε να καταφέρουν να υπερνικήσουν την έλξη που τα κρατούσε δεσμευμένα στο άτομό τους και να περάσουν το χάσμα που τα χώριζε από την… ελευθερία. Διότι όσα φωτόνια είχαν μικρότερη από αυτή την ενέργεια πήγαιναν χαμένα, δεν πετύχαιναν να εξορύξουν ηλεκτρόνια.
Από το 1970 και μετά που εμφανίστηκε η πετρελαϊκή κρίση η τιμή των διατάξεων αυτών άρχισε να γίνεται ελκυστική. Δημιουργήθηκαν μάλιστα σύνθετα κύτταρα από διάφορα υλικά που έμπαιναν το ένα επάνω στο άλλο φτιάχνοντας σάντουιτς από ημιαγωγά υλικά διότι το καθένα από αυτά διέθετε και μικρότερο ενεργειακό χάσμα που η υπερπήδησή του οδηγούσε στην ελευθερία. Βάζοντας λοιπόν το ένα επάνω στο άλλο τα υλικά κατά φθίνουσα τάξη μεγέθους στο ενεργειακό χάσμα τους εκμεταλλεύονται όσο μπορούν περισσότερο και τα φωτόνια με μικρότερη ενέργεια. Συνήθως καταφέρνουν να επηρεάσουν το μέγεθος του ενεργειακού άλματος που απαιτείται δημιουργώντας ένα μόριο από άτομα διαφόρων στοιχείων και εκεί παίζει δυνατά το ίνδιο. Και εκτός αυτού, είναι ένα από τα υλικά των προσμείξεων που δημιουργούν τις χρήσιμες «οπές» στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Είναι ένα αφανές αλλά πολύ χρήσιμο και κάπως σπάνιο υλικό.
Γιατί το είπαν έτσι
Indicum στα λατινικά σήμαινε μια συγκεκριμένη φυτική χρωστική ουσία, με προέλευση κυρίως την Ινδία. Αυτή είχε το χαρακτηριστικό χρώμα που λέμε σήμερα λουλακί. Το indicum έγινε indigo και έμεινε έτσι ως σήμερα, αν και δεν χρησιμοποιείται πια τόσο πολύ το λουλάκι. Οταν ο Γερμανός Reich το 1863 εξέταζε ένα δείγμα θειούχου ψευδαργύρου, γνωστού ως σφαλερίτη, διαπίστωσε ότι ένα ίζημα που έπαιρνε έδινε φάσμα διαφορετικό από ό,τι περίμενε. Κάλεσε και έναν συνάδελφό του, τον Richter, γιατί ο ίδιος υπέφερε από αχρωματοψία και έμαθε ότι στο φασματοσκόπιο η ουσία αυτή έδινε μια γραμμή με το χρώμα αυτό, το indigo, και έτσι το νέο στοιχείο ονομάστηκε ίνδιο. Δημοσίευσαν και μια εργασία σχετικά με το νέο στοιχείο, αλλά η κοινή δουλειά επάνω σ’ αυτό, αντί να τους ενώσει, τους έκανε εχθρούς, γιατί ο Reich θύμωσε όταν έμαθε πως ο Richter παρουσιαζόταν ως ο μόνος που ανακάλυψε το ίνδιο.
Αριθμοί κυκλοφορίας
Ατομικός αριθμός: 49
Ατομικό βάρος: 114.818
Σημείο τήξης: 156.59οC
Σημείο ζέσης: 2.080 οC
Αριθμός ισοτόπων: 39
Τι θέλει από τη ζωή μας;
Δεν ανακατεύεται στη ζωή μας και ευτυχώς, για να λέμε την αλήθεια, διότι σε ποσότητες μεγαλύτερες από μερικά χιλιοστά του γραμμαρίου γίνεται επικίνδυνα τοξικό. Το ισότοπο ίνδιο-111, πάντως, με χρόνο ημιζωής 2,8 ημέρες, που εκπέμπει ακτίνες-γ, χρησιμοποιείται για να επισημαίνονται με αυτό λευκά αιμοσφαίρια παρμένα από δείγμα αίματος. Τα λευκά αυτά αιμοσφαίρια επανεισάγονται στον οργανισμό και λόγω των εκπομπών τους παρακολουθούνται και η παρακολούθηση αποκαλύπτει το πού συσσωρεύονται λευκά αιμοσφαίρια. Εκείνες οι περιοχές, για να προσελκύονται εκεί οι πρώτοι και έτοιμοι για θυσίες υπερασπιστές της υγείας μας, είναι ύποπτες για την εμφάνιση κάποιας μόλυνσης.
Πόλεμος και ειρήνη
Ινδιο χρησιμοποιείται και στις οθόνες αφής
Δεν έχει βρεθεί ακόμη σημείο στη Γη από όπου να μπορεί να εξορυχθεί μόνο του το ίνδιο. Ετσι η παραγωγή του στηρίζεται στην ύπαρξή του συνήθως στα μεταλλεύματα τα σχετικά με τον ψευδάργυρο, όπως είναι η περίπτωση του σφαλερίτη, οπότε προκύπτει ως παραπροϊόν του ψευδαργύρου και στην ανακύκλωση από άλλες συσκευές. Η ζήτησή του όμως αυξάνεται διότι χρησιμοποιείται, πέρα από τα φωτοβολταϊκά, και σε αρκετές πλέον εφαρμογές που απαιτούν υψηλή τεχνολογία. Τέτοιες είναι: υγροί κρύσταλλοι, οθόνες αφής, φωτοβολταϊκά λεπτού φιλμ, συσκευές υπερ-υψηλού κενού, ράβδοι ελέγχου των πυρηνικών αντιδραστήρων, καθρέφτες που δεν οξειδώνονται έστω και αν είναι εκτεθειμένοι στα στοιχεία της φύσης.
Στα τζάμια των αεροσκαφών, μια ένωση με ίνδιο αποτρέπει το πάγωμα
Υπολογίζεται ότι το 70% περίπου καταναλώνεται σε μια ένωση με κασσίτερο και οξυγόνο, γνωστή πιο πολύ ως ΙΤΟ (Indium-Tin-Oxygene). Ενα στερεό διάλυμα οξειδίου του ινδίου (90%) με οξείδιο του κασσιτέρου (10%), που είναι διαφανές και άγει το ηλεκτρικό ρεύμα. Ετσι βρίσκεται σαν πολύ λεπτή επιφάνεια να καλύπτει τζάμια αεροπλάνων που όταν πάνε να πιάσουν πάγο εύκολα περνώντας ηλεκτρικό ρεύμα αυτό αποφεύγεται. Μπορεί να απλωθεί σε γυάλινες επιφάνειες και να πιάσει πολύ καλά γιατί παρουσιάζει συνάφεια με το γυαλί. Ανακατεύοντας 76% γάλλιο και 24% ίνδιο, τα μόρια που προκύπτουν είναι πολύ χαλαρά συνδεδεμένα μεταξύ τους και αυτό επιτρέπει να έχουμε ένα υγρό με ιδιότητες μετάλλου όπως ο υδράργυρος, ακόμη και σε 16 βαθμούς Κελσίου, αλλά χωρίς την τοξικότητα του υδραργύρου και έτσι να χρησιμοποιείται πλέον και στους υγρούς καθρέφτες των τηλεσκοπίων.
Στα ρουλεμάν της Formula 1 χρησιμοποιείται το ίνδιο, πατέντα που χρονολογείται από τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο
Στον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο χρησιμοποιήθηκε για τα σφαιρίδια των τριβέων (ρουλεμάν) στα αεροπλάνα για να μη χρειάζονται λιπαντικά και σήμερα στα αυτοκίνητα της Formula 1.
Επίσης με τη μορφή λεπτών μεμβρανών από το κράμα 80% άργυρος, 15% ίνδιο και 5% καίσιο βυθίζεται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες και επιτρέπει τον έλεγχο στο τι γίνεται εκεί κάτω διότι συλλαμβάνει με αρκετή επιμέλεια τα θερμά νετρόνια.
Απορίες λογικές και μη
Αναστενάζει το ίνδιο;
Ναι. Οταν ένα λεπτό κομμάτι του αρχίσουμε να το παραμορφώνουμε ακούγεται ένα ελαφρύ στρίγκλισμα που οφείλεται στις παραμορφώσεις του κρυσταλλικού πλέγματός του, που είναι τετράγωνο εδροκεντρωμένο και παραμορφώνεται κάτω από τις δικές μας κινήσεις.
ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
