Indium - selten und nützlich

Einmal konnte man ein sehr interessantes Werbeplakat der Bergakademie Freiberg (Abb. 1) sehen. Im Neugier weckenden Slogan wurde Indium erwähnt. Und es war sehr passend formuliert, weil das Metall wurde an dieser Akademie entdeckt.

                                                                             Abb. 1 Werbeplakat der Bergakademie Freiberg (aufgenommen an einer S-Bahn Station in Hamburg)
Indium ist ein seltenes, silberweißes und sehr weiches Schwermetall. Es wird heute zum größten Teil zu Indium-Zinn-Oxid verarbeitet, das als transparenter Leiter für Flachbildschirme und Touchscreens eingesetzt wird.
Indium wurde 1863 von den deutschen Chemikern F. Reich und Th. Richter wie bereits geschrieben an der Bergakademie Freiberg entdeckt. In einer Probe von Sphalerit (Zinkblende), die aus der Umgebung stammt, haben sie im Absorptionsspektrum eine bisher unbekannte indigoblaue Spektrallinie und damit ein bisher unbekanntes Element gefunden. Die beiden Entdecker haben das neue Element schlicht nach der Farbe der Spektrallinie als „Indium“ benannt. Der Sphalerit (Abb. 2) ist ein verbreitetes Mineral und das wichtigste Zinkerz. In diesen Erzen liegen die größten Vorkommen von Indium. Es wird fast ausschließlich als Nebenprodukt bei der Produktion von Zink oder Blei gewonnen, wobei die eigentliche Indiumgewinnung elektrolytisch erfolgt. Die Häufigkeit von Indium in der Erdkruste ist sehr gering (nur 0,05 ppm) und vergleichbar mit der von Silber. Es sind auch nur wenige Minerale – vor allem sulfidische - bekannt, die Indium enthalten. Indium hat bei Normalbedingungen nur eine tetragonale kristalline Modifikation.

                             Abb. 2 Sphalerit (dunkle Kristalle) mit Fluorit und Baryt,        Abb. 3 Touchscreens

Die ersten Anwendungen fand das Metall als Legierungsbestandteil in Zahngold und als Beschichtung von Lagern in Hochleistungs-Triebwerken. Seitdem stieg die Indium-Produktion mit neuen Anwendungen in schmelzbaren Legierungen stetig an. Der Schmelzpunkt von Indium ist etwa 156 °C relativ niedrig und dazu sehr genau bestimmbar. Aus diesem Grund ist er einer der Fixpunkte bei der Aufstellung der Temperaturskala. Diese Eigenschaft wird auch für die Kalibrierung in der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) genutzt.
Indium ist so weich, dass man es mit den Fingernägeln einkerben oder mit einem Messer zerschneiden kann. Es gehört zu den wenigen Metallen gehört, die im flüssigen Zustand Glas benetzen.
Indium teilt eine besondere Eigenschaft mit seinem Nachbarn im Periodensystem der Elemente, mit dem Zinn. Es sind die charakteristischen Geräusche, die beim Verbiegen der beiden Metalle zu hören sind (sogenanntes „Zinngeschrei“).
Wegen des hohen Einfangquerschnittes sowohl für langsame als auch für schnelle Neutronen ist Indium ein geeignetes Material für Steuerstäbe in Kernreaktoren.
Für viele Materialien spielt Indium als Lot auf Grund einiger besonderer Eigenschaften eine Rolle. So verformt es sich beim Abkühlen nur in geringem Maß. Dies ist vor allem beim Löten von Halbleitern für Transistoren wichtig. Ebenso spielt eine Rolle, dass Indium in der Lage ist nichtmetallische Stoffe wie Glas und Keramik zu verlöten.
Indium kann mit verschiedenen Metallen legiert werden. Viele dieser Legierungen, vor allem mit den Metallen Bismut, Zinn, Cadmium und Blei, besitzen einen niedrigen Schmelzpunkt von 50 bis 100 °C. Dadurch ergeben sich ihre speziellen Anwendungsmöglichkeiten beispielsweise in Sprinkleranlagen, Thermostaten und Sicherungen.
Ab 1987 wurden zwei neue Indiumverbindungen, der Halbleiter Indiumphosphid (InP) und das elektrisch leitende und in dünnen Schichten durchsichtige Indium-Zinn-Oxid entwickelt. Besonders Indium-Zinn-Oxid, das nach seinem englischen Namen Indium-Tin-Oxide kurz als ITO bezeichnet wird, wurde für die Entwicklung von Flüssigkristallbildschirmen technisch interessant. Es ist ein Mischoxid, üblicherweise aus 90 % Indium(III)-Oxid (In2O3) und 10 % Zinn(IV)-Oxid (SnO2). Das Oxid erreicht fast metallische Leitfähigkeit und ist trotzdem transparent. Dadurch ermöglicht es, Signale an die einzelnen Bildpunkte eines Displays zu übermitteln, ohne alle anderen Pixel vom Licht abzutrennen. In Touchscreens bei Tablets und Smartphones (Abb. 3) befinden sich in dünne, durchsichtige Drahtgitter aus ITO. So kann der Rechner erkennen, wenn ein Finger den Bildschirm berührt. Wenn wir bedenken, wie verbreitet heute die Touchscreens sind, haben wir allerdings nur indirekt jedoch oft mit dem Indium zu tun. Im Gegensatz zu dem Oxid ist das reine Metall zwar ebenso sehr leitfähig, aber nicht transparent.
Indium ist vielseitig verwendbar, sein Einsatz ist jedoch durch seine Seltenheit und den hohen Preis beschränkt. Der größte Teil des produzierten Indiums wird nicht als Metall eingesetzt, sondern zu einer Reihe von Verbindungen weiterverarbeitet. Allein für die Produktion von Indium-Zinn-Oxid werden etwa 70 % der Gesamtproduktion an Indium verwendet.
Indium ist schon ein einzigartiges Material. Die Werbung der Bergakademie Freiberg war es ebenfalls einzigartig und elegant.<<