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Indium natif
Catégorie I : Éléments natifs[1]
Général
Nom IUPAC Indium
Numéro CAS 7440-74-6 7440-74-6
Classe de Strunz
Classe de Dana
Formule chimique In   [Polymorphes]In
Identification
Masse formulaire[2] 114,818 ± 0,003 uma
In 100 %,
Couleur gris à gris jaune, gris à nuance jaunâtre (gris d'argent pour les gros cristaux artificiels)
Classe cristalline et groupe d'espace ditétragonale et dipyramidale, quadratique ou tétragonale, groupe de point 4/mmm (4/m 2/m 2/m) ; groupe d'espace I4/mmm
Système cristallin tétragonal
Réseau de Bravais tétragonal
a = 3,25 Å ; c = 4,95 Å
Z = 2
V = 52,28 Å3 avec densité calculée 7,29
Cassure probablement esquilleuse, irrégulière et brillante sur cassure fraîche
Habitus petits grains fins et opaques, petits agrégats granulaires et pépites millimétriques, rarement en grains massifs (associés ou non à l'or) roulés, le plus souvent millimétriques.
Échelle de Mohs 3 à 3,5
Trait (gris blanc)
Éclat métal
Éclat poli réflectance blanche à légèrement rosâtre ou bien rose pâle.
Propriétés optiques
Fluorescence ultraviolet non fluorescent
Transparence opaque
Propriétés chimiques
Masse volumique 7,3[3] g/cm³
Densité 7,31 en moyenne (7,2 à 1,42)
Température de fusion 155 °C à 156,6 °C pur °C
Solubilité insoluble dans l'eau, attaqué par les acides (HCl concentré facilement, HCl dilué plus lentement)
Comportement chimique mou et ductile, de plus en plus malléable avec la chaleur, ébullition vers 2 000 °C à pression atmosphérique
Propriétés physiques
Magnétisme diamagnétique

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L' indium natif est une espèce minérale naturelle, corps simple métallique, mou et ductile, moyennement dense et très rare de formule chimique In, correspondant à l'élément chimique indium noté In. L'indium appartient à la classe minéralogique des éléments natifs, en particulier des métaux natifs.

Sommaire

Historique de la description et de l'appellationModifier

C'est à l'école des mines de Freiberg que des chimistes-minéralogistes allemands, le professeur Ferdinand Reich et son collègue assistant Theodor Richter, découvrent en 1863 sans le savoir un des nouveaux éléments prévus par l'esquisse du tableau théorique réalisé par le chimiste russe Dimitri Mendeleiev[4]. Il recherche en réalité par spectrométrie de flamme la présence du thallium dans une variété minérale de blende utilisée comme minerai de cuivre, mais c'est finalement ce qui sera nommé l’indium qui y est identifié, grâce à une surprenante raie bleu foncé et une raie violette plus faible, donnant au test de flamme global une couleur caractéristique proche selon eux de la couleur indigo[5]. La dénomination latine indǐcum en latin classique simplifié en indium en latin médiéval pour le terme d'origine espagnole "indigo", correspondant à la couleur violette, bleu violet s'impose pour l'élément chimique aux observateurs, après l'isolement de quelques composés, puis de son corps simple métal et l'étude de sa chimie conclue partiellement en 1867 par le chimiste expérimenté Richter.

L'association internationale de minéralogie l'a admis en 1964 avec un topotype remarquable qui est le dépôt associé au plomb natif dans un ancien massif granitique de Orlovskoye dans le district ou dans oblast Chitinskaya, en Transbaïkalie ou Sibérie orientale en Russie[6]. La matière granitique y est le plus souvent fortement albitisée et transformée en greisens. L'indium natif et le plomb natif sont associés sur ce site à l'argent natif et au minerai de tantale qui y est exploité.

Cristallographie et cristallochimieModifier

 
Maille cellulaire du métal indium

La maille de son système cristallin est isométrique et tétragonale. Les cristaux naturels sont trop petits pour être étudiés à l'œil nu.

Chaque atome de l'empilement modèle a quatre voisins très proches formant autour de lui un tétraèdre très aplati, avec deux des très proches voisins un peu plus loin. Cette structure irrégulière explique l'anisotropie, observable par l'expansion thermique. Elle est responsable de nombreuses anomalies constatées expérimentalement, le magnétisme de monocristaux d'indium ou l'existence d'un différentiel important de résistivité électrique ou d'expansion thermique suivant les axes cristallins.

Il fait partie de la famille étain-indium, codifié en AC par la classification de Strunz.

Propriétés physiques et chimiques, toxicologieModifier

 
Indium préparé par l'art du chimiste, ici fondu en coupelle puis jeté liquide sur une surface froide

Le corps simple métal préparé par les chimistes est blanc argenté et brillant, mou et ductile, sectile et rayable à l'ongle. Il est plus tendre que le plomb. Il laisse par forte pression une trace sur le papier, ce qui fait souvent affirmer de manière peut-être fallacieuse que sa dureté pratique n'est comprise qu'entre 1 et 2. Dûment frotté avec un morceau de métal gallium, la surface du métal indium peut prendre une consistance quasi-liquide et ainsi s'étaler lentement sur une surface froide comme le verre, l'alliage In25 Ga75 ainsi apparu liquide à température ambiante pet s'étaler en formant un miroir peu sensible à la corrosion[7].

Ces propriétés plastiques sont conservées à (très) basses températures. Une opération d'écrouissage n'entraîne aucun durcissement, son laminage à froid reste très aisé.

La plage liquide peut dépasser une amplitude de 1 800 °C. L'indium liquide est donc très fluide, il s'insinue dans les pores et les interstices des matériaux.

 
Indium mouillant le verre en effet de miroir

L'indium natif, d'aspect légèrement plus coloré en jaune ou souvent nettement plus grisâtre, est ce même métal pauvre et diamagnétique, tendre et ductile, très malléable et sectile. Il peut s'oxyder lentement à l'air humide.[8].

Le pliage ou le stress d'un barre, d'une tige, d'une plaque d'indium artificielle génère un son caractéristique, une sorte de "cri aigu jeté" par l'indium, du aux frottements internes des cristaux engendrés par la séparation trop rapide et forcée des cristaux jumelées. Sur ce point précis, ce cri en français ou crunch en anglais de l'indium soumis au pliage est similaire à celui de l'étain natif.

Ce métal semi-conducteur se caractérise par l'effet Peltier.

L'indium est insoluble dans l'eau. Il est soluble dans les acides forts et même les acides minéraux faibles. Il est insoluble dans les alcalis.

Analyse, distinctionModifier

La composition chimique est établie par analyse de données microspectrographiques.

ToxicitéModifier

La toxicité du métal semble être faible, à l'observation des adepte de la glycochimie en train de lécher avec la langue et mordre à belles dents un bouton métallique d'indium. Les sels d'indium sont très peu toxiques par ingestion orale, mais ils se révèlent néanmoins des poisons violents en injections sous-cutanées ou intraveineuses. Ils perturbent alors le fonctionnement normal du cœur, du sang, du foie et des reins, ils altèrent et détruisent irrémédiablement ces organes en prises chroniques.

Gîtologie, occurrences et gisementsModifier

L'indium natif est parfois présent dans les granites ayant subi une évolution radicale vers les greisens ou une albitisation.

Il accompagne communément en relativement faibles quantités les minerais de zinc, de plomb et de cuivre.

Minéraux associés ː quartz, albite, indite, plomb natif

Gisements caractéristiquesModifier

  • Canada
Yukon
  • Hongrie
  • Kosovo
  • Ouzbékistan
  • Russie
Sibérie orientale
  • Ukraine
champ aurifère de Zhitomir

UsagesModifier

L'indium natif trop rare et disséminé n'a aucun intérêt industriel en général. Il s'agit d'un minéral de collection.

Au début du XXe siècle jusque dans les années vingt, le corps simple indium n'est qu'un métal de laboratoire, quasi-inconnu des marchés de matières premières. Son essor est d'abord progressif puis spectaculaire dans les décennies suivantes, sa production mondiale annuelle atteint 184 tonnes en 1984.

 
Lingotin de métal indium, placé à côté d'un penny.

Il s'agit d'un composant d'alliage fusible ou de soudure, d'usage pratique à basse températures. Les alliages à bas point de fusion, situés entre 50 °C et 100 °C, sont à base de bismuth, cadmium, plomb et étain. Ils sont employés pour différents dispositifs fusibles, le déclenchement d'extincteurs ou les régulations thermiques. L'alliage spécifique InGa à 24 pour cent d'indium et 76 pour cent de gallium est liquide à température ordinaire.

Le métal est employé comme revêtement de palier depuis 1940 ou pour former des miroirs peu sensibles à la corrosion. Il sert à fabriquer des miroirs astronomiques dit à restitution orthochrome des couleurs sur l'ensemble du spectre lumineux. Il sert aussi à obtenir des projecteurs super lumineux.

Il est utilisé comme semi-conducteur en électronique. Les phosphures d'indium semi̠conducteurs ou les films minces d'oxyde d'étain et d'indium ou ITO sont des matériaux de base pour l'industrie des cristaux liquides (affichage par cristaux liquides ou LCD, écrans tactiles). Cette dernière application s'impose depuis 1992, amenant une demande accrue en In[9].

En homéopathie ou comme médecine douce (oligo-élément), l'indium metallicum est un remède.

L'indium est obtenu comme un sous produit des minerais de zinc, comme la sphalérite ou les sulfures de Zn et Fe, mais aussi des minerais de plomb, d'étain et de cuivre. Une quantité significative de ce métal rare est avantageusement recyclé à partir de déchets métalliques qui contiennent de l'indium.

Si le Canada reste un important fournisseur d'indium, la Chine et le Pérou, la Russie et le Japon, la France, la Belgique, l'Italie ne sont pas des pays producteurs négligeables. Le Japon a initié son recyclage systématique, ainsi le prix du kg d'indium n'était que de $ 188 en 2000.

Notes et référencesModifier

  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. à 21 °C
  4. (de) Ferdinand Reich, Theodor Richter, « Vorläufige Notiz über ein neues Metall », Journal für praktische Chemie, vol. 89,‎ , p. 441 (DOI 10.1002/prac.18630890156)
  5. L'échantillon ensuite traité est probablement en partie à base de sphalérite, à haute teneur en indium. Il faut toutefois un quintal de minerai pour obtenir ou isoler 30 grammes de métal indium.
  6. Des échantillons du topotype sont conservés au Musée minéralogique A. E. Fersman de l'académie des Sciences de Moscou.
  7. Petite étude d'une pastille d'indium (attention la réaction à l'eau concerne le lithium), Autre démonstration des propriétés mécaniques avec analogie métal indium - chewing gum
  8. La couleur jaune pâle pourrait provenir d'une fine couche (passivante ?) de sesquioxyde d'indium ou de traces de sesquisulfure d'indium.
  9. Indium dans les TIC

BibliographieModifier

  • (en) Nigel J. Cook, Cristiana L. Ciobanu, Timothy Williams, The mineralogy and mineral chemistry of indium in sulphide deposits and implications for mineral processing, Hydrometallurgy, Volume 108, Issues 3–4, July 2011, pp 226–228. [1]
  • (en) M. Fleischer "New mineral names". American Mineralogist, Tome 52, 1967, pp 299–300.
  • (ru) V.V. Ivanov, Indium natif, texte présenté dans l'ouvrage sur la géochimie, la minéralogie et les types de genèse des dépôts d'éléments rares, Tome 2, édition Izdatelstvo “Nauka” Moscou(1964), pp 568–569.
  • (en) Ulrich Schwarz-Schampera, Peter M. Herzig, Indium: Geology, Mineralogy, and Economics, Springer Science & Business Media, 2013, 258 pages.
  • Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok, Larousse des Minéraux, sous la coordination de Gérard Germain, Éditions Larousse, Paris, 1981, 364 p. (ISBN 2-03-518201-8). Entrée 'indium (masculin)' p. 186.
  • (en) C. Palache, "Contributions to crystallography; claudetite, minasragrite, samsonite, native selenium, indium", American Mineralogist, Tome 19, 1934, pp 194–205.

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier

Liens externesModifier