Chemie


Thermodynamische Eigenschaften von Indium Silberlegierungen


Übersicht:
Fakten über Indium
Fakten über Silber
Übersicht von Silber und Indium


Fakten über Indium


Entdeckung und Vorkommen



Indiumbarren in einem Schraubglas

Das Metall Indium wurde im Jahre 1878 von den Chemikern F. Reich und Th. Richter in der Freiberger Zinkblende durch Flammenspektroskopie entdeckt. Bei der Anregung in der Flamme sendet das Indium ein indigoblaues Licht aus. Auf Grund dieser Beobachtung erlangte das Element seinen Namen. Indium kommt in der Erdkruste durchschnittlich mit 0,1 g/t vor. Das entspricht 0,049 ppm Man findet Indium zu 0.1% vergesellschaftet in Blei-, Wolfram-, Zinn-, Kupfer- und Eisen-Erzen. Indium fällt meistens als Nebenprodukt bei der Gewinnung der obigen Metalle an.


Gewinnung

Um eine wirtschaftliche Gewinnung zu gewährleisten, muß das Indium auf mindestens 1 Gew. % in den Vorprodukten angereichert werden, um ein wirtschaftliche Gewinnung von Indium zu gwährleisten. Bei den Raffinationsprozessen (z. B. Röstung oder Flotation) der obigen Metalle muss das das Indium in ausreichender Menge vorliegen.

Verwendung

Die Verwendung des Indiums ist mannigfaltig. Indium zeigt eine hohe Duktilität und gute Gleit- und Schmierfähigkeit. Dadurch bilden galvanisch abgeschiedene Indiumüberzüge auf Blei-, Stahl- und Cadiumgleitlagern einen ausgezeichneten Oberflächenschutz gegen Abrieb. Infolge des niedrigen Schmelzpunktes von 150 °C kann Indium, mit anderen Metallen legiert, Speziallote bilden.

Weiterhin kann die Eigenschaft des niedrigen Schmelzpunktes ausgenutzt werden, um Schmelzsicherungen für Branddetektoren herzustellen. Eine andere Anwendung der Indiumlegierungen besteht als Füllmasse für Hochtemperaturthermometer. Aber auch umweltfreundliche quecksilberfreie Fieberthermometer haben Indium als Legierungsbestandteil in ihrer Füllmasse. Mit Kupfer, Mangan und Magnesium wird Indium als Legierungsbestandteil von magnetischen Werkstoffen verwendet. Gelegentlich wird Indium in Dentallegierungen verwendet. Indium und deren Verbindungen spielen eine wichtige Rolle in der Halbleitertechnik. Die Einsatzgebiete seien hier kurz genannt:


Verbindungen des Indiums

In2O3 : Indiumoxid, gelber Feststoff, entsteht bei der Oxidation von Indiumpulver.




Fakten über Silber


Entdeckung und Vorkommen

Silber ist schon seit dem Altertum bekannt. Es wird seid jeher als Schmuck- oder Münzmetall eingesetzt. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit kann Silber in der Elektronik für Spezialanwendungen genutzt werden. Es kommt in der Erdkruste und im Meerwasser zu 0.01 g/t vor. Das entspricht 0,07 ppm. Da der Silbergehalt von Erzen sehr gering ist, wird Silber aus den Vorprodukten der Bleigewinnung gewonnen.

Gewinnung

Die hauptsächlichen Verfahren der Anreicherung von Silber in Blei sind der Parkes-Prozeß und der Pattinson-Prozeß.

Beim Pattinson-Prozeß nutzt man aus, dass sich aus einer Silber-Bleischmelze beim Abkühlen das Blei fest ausscheidet, bis die flüssige Phase rund 2.5 % Silber enthält. Dieser Prozess hat heute keine Bedeutung mehr.

Beim moderneren Parkes-Prozeß wird Zink zur Abscheidung von Silber an der Oberfläche einer Silber-Blei-Schmelze benutzt. Nach dem Abschöpfen der Zink - Legierung und Abdestellieren des Zinks erhält man das sogenannte Reichblei, welches einen Silbergehalt von ca. 10%. besitzt. Das so angereicherte Silber muß nun vom restlichen Blei abgetrennt werden. Der sogenannte Treibprozeß beruht auf der Bildung von Bleioxid an der Luft, welches von der Oberfläche abgezogen werden kann. Das so gewonnene Silber hat eine Reinheit von 97%. Der Reinheitsgrad des Silbers kann durch Elektrolyse gesteigert werden. Weiterhin wird Silber aus den Endprodukten wiedergewonnen. So werden Photomaterialen und Flugstäube aus Schwermetallhütten wieder aufgearbeitet und das Silber zurückgewonnen.

Verwendung

Die Verwendung des Silbers ist vielseitig. Sie reicht von der Prägung von Münzen und Fertigung von Schmuck aus Silber über Verwendung als Katalysatoren bis hin zur Herstellung von Kontakten hoher Leitfähigkeit in der Elektroindustrie. Silberhalogenide werden nach der Einwirkung von Licht bevorzugt im Entwicklerbad reduziert und finden daher als Hauptbestandteil des fotographischen Films in der Fotografie Verwendung.


Verbindungen des Silbers

AgNO3 : Silbernitrat (Höllensalz), weisser Feststoff, entsteht bei der Umsetzung von elementarem Silber mit konzentrierter Salpetersäure.
AgCl : Silberchlorid, weisser Feststoff, lichtempfindlich, entsteht als Niederschlag bei der Umsetzung von Silbernitratlösung mit Kochsalzlösung. (Qualitative Methode und Quantitative Methode)



Übersicht über die physikalischen Eigenschaften von Indium und Silber

Die Eigenschaften der beiden zu untersuchenden Komponenten sind in folgender Tabelle zusammengestellt:

 Eigenschaft  Silber  Indium
 Molmasse in g  107.87  114.82
 Schmelztemperatur in °C  960.80  156.61
 Siedetemperatur in °C  2210  2080
 Dichte in g/cm3  10.49  7.30
 Atomradius in pm  144.4  162.6
 rel. Atomvolumen  10.30  15.70
 Kristallstruktur  kubisch-flächenzentriert  tetragonal
 spezifische Wärme Cp in J/g.K  0.235  0.233
 Thermische Leifähigkeit in 1/Wm.K  429  81.6
 Elektrische Leitfähigkeit in Ohm-1 cm-1  62.9 * 106  3.4 * 106
 Dampfdruck bei 1030 °C in mbar  0.0133  0.133
 Vaporationsenergie in kJ/mol  250.60  226.35
 erste Ionisierungsenergie in eV  7.576  5.786




Experimentielle Anordnung zur Bestimmung der thermodynamischen Daten von flüssigen Ag/In Legierungen im indiumreichen Gebiet


Mein Studium der Chemie an der Christian-Albrechts Universität, Kiel habe ich mit meiner Diplomarbeit in Physiklischer Chemie/Technischer Chemie bei Prof. Brodowsky abgeschlossen.

Die Aktivität des Indiums in flüssigen Silber - Indium Legierungen wurde auf der indiumreichen Seite zwischen 70 und 90 Mol% Indium im Temperaturbereich von 700 Grad Celsius bis 900 Grad Celsius durch EMK - Messungen an dotierten Zirkondioxid als Sauerstoffionenleiter ermittelt.
Die Legierung wirkte dabei durch die Anwendung von Indiumoxid als Elektrode zweiter Art. Als Sauerstoff- Referenzelektrode wurde reines Indium mit Indiumoxid verwendet, anstelle des gebräuchlichen Nickel-Nickeloxids oder des Luftsauerstoffes.
Versuchsapparatur 
Durch diese Symmetrie der Zelle erübrigte sich der Rückgriff auf die tabellierten freien Bildungsenthalpien der Oxide, deren unvermeidbare kleine Fehler der indiumreichen Seite sonst zu nicht zu vernachlässbaren Auswertungsfehlern der Indiumaktivität führen. In einem Rechenverfahren, dem eine Parameterdarstellung der integralen und partiellen Exzeßfunktionen der Enthalpie, der Entropie und der Gibbs - Energie zugrunde liegt, werden die eigenen und die von MAGILL für niedrige Indium - Konzentrationen vorgelegten Aktivitätsdaten mit kalorimetrischen gewonnenen Mischungswärmen gemeinsam ausgewertet. Die in der Optimierungsrechnung ermittelten Parameter geben den Temperaturgang der Aktivitätskoeffizienten sowie die von KAMEDA angebenen Werte sehr gut wieder, die Ergebnisse von NOZAKI, von PREDEL et al. und von PRZEDIECKA-MYCIELSKA davon ganz erheblich teils zum positiven teils zur negativen Seite abweichen.  

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