Индиум(III) сулфат

Индиум(III) сулфат (In<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>) — сулфатна сол на металот индиум. Тоа е сесквисулфат, што значи дека сулфатната група се јавува 1 1/2 од металот. Може да се формира со реакција на индиум, неговиот оксид или неговиот карбонат со сулфурна киселина. Потребен е вишок на силна киселина, инаку се формираат нерастворливи базни соли. Како цврст индиум сулфат може да биде безводен, или да има форма на пентахидрат со пет молекули на вода или нонахидрат со девет молекули вода. Индиум сулфат се користи во производството на супстанции кои содржат индиум. Индиум сулфат, исто така, може да се најде во базни соли, кисели соли или двојни соли, вклучувајќи индиум стипса.
1 Својства
Во воден раствор, индиумскиот јон формира комплекс со вода и сулфат, примери се In(H<sub>2</sub>O) <sub>5</sub> (SO<sub>4</sub>) <sup>+</sup> и In (H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> (SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub><sup>−</sup>. Индиумот е невообичаен во формирањето на сулфатен комплекс. Ефектот врз сулфатниот јон се открива во Рамановиот спектар. Пропорцијата на сулфатниот комплекс се зголемува со температурата што покажува дека реакцијата што го формира е ендотермична. Пропорцијата исто така се зголемува со концентрацијата на растворот и може да биде над половина. Сулфатниот комплекс брзо се разменува со вода со брзина од над 10.000.000 во секунда, така што NMR не може да ја открие разликата што произлегува од сложениот и некомплексиран индиум јон. Воден раствор на индиум сулфат е доста кисел со 0,14 мол/литар раствор со рН од 1,85. Ако рН се искачи над 3,4 тогаш ќе се формира талог.
Рамановиот спектар на решението покажува линии на 650, 1000 и 1125 cm <sup>−1</sup> поради сулфур-кислородни врски во сулфат врзани за индиум. Линија на 255 cm <sup>−1</sup> се должи на индиум-кислородната врска со сулфатот. Водата прикачена на атомот на индиум предизвикува појас на околу 400 cm <sup>−1</sup>.
Цврстиот безводен индиум сулфат има две кристални форми. Кога се формира со хемиски пат на гас на хлор на 848 К, тој има моноклинична форма со димензии на единицата ќелија a = 8,570 Å, b = 8,908 Å и c = 12,0521 Å, β = 91,05° и четири формули по ќелија. Високотемпературна форма депонирана на 973K има шестаголна (или ромбоедрална) форма со димензии на ќелија од a = 8,440 Å, c = 23,093 Å и шест формули по ќелија.
За време на екстракција на индиум, сулфатен раствор на мешани метали, вклучително и индиум сулфат, има тривалентни метали поделени во раствор на керозин од ди-2-етилхексил водород фосфат. За оваа функција може да се користат и изодецилфосфетанска и диизооктилфосфинска киселина. Смесата од керозин потоа повторно се мие со киселина за да се обноват металите во воден раствор и да се регенерира течноста што се извлекува.
2 Производство
Металот на индиум реагира со ладна концентрирана сулфурна киселина за да произведе индиум сулфат и водороден гас. Ако се користи топла концентрирана сулфурна киселина, индиумот ќе ја намали сулфурната киселина во сулфур диоксид.
Индиум сулфат може да се произведе и од реакција на сулфурна киселина на индиум оксид, индиум карбонат или индиум хидроксид.
3 Реакции
Кога ќе се загрее на или повеќеп-, индиум сулфатот се распаѓа со испуштање на пареа од сулфур триоксид, со што се добива индиум оксид.:In2(SO4)3 -> In2O3 + 3SO3
Алкалите додадени во растворите на индиум сулфат ги таложат основните соли. На пример, калиум хидроксид произведува или основен сулфат, 2In<sub>2</sub>O<sub>3</sub> . SO<sub>3</sub> · ''n''H<sub>2</sub>O, или KIn<sub>3</sub> (OH) <sub>6</sub> (SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> во зависност од pH. Натриум пирофосфат предизвикува лигав талог на индиум пирофосфат, во <sub>4</sub> (P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>) <sub>3</sub> · 3H<sub>2</sub>O. Калиум перјодат предизвикува талог на основен индиум перјодат, 2InO<sub>5</sub> ·In(OH)<sub>3</sub> ·6H<sub>2</sub>O. Оксалната киселина предизвикува талог на индиум оксалат, во <sub>2</sub> (C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>) <sub>3</sub> · 10H<sub>2</sub>O. Алкалните оксалати предизвикуваат талог од алкалниот диоксалатоиндат да формира MIN(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>) <sub>2</sub> · 3H<sub>2</sub>O, каде што M = Na, K или NH <sub>4</sub> .
4 Поврзани соединенија
4.1 Водородни сулфати
Киселински сулфат, индиум хидрогенсулфат тетрахидрат со формулата Hin(SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> · 4H<sub>2</sub>O се кристализира во ортохомбичниот систем со единечни димензии на клетка a = 9,997 Å, b = 5,477 Å, c = 18,44 Å, со четири од формулата по ќелија. Густината е 2,50 cm <sup>−3</sup>. Во киселинскиот сулфат, две молекули на вода се поврзани со атомот на индиум, а јон на хидрониум H<sub>5</sub>O<sub>2</sub> се грижи за протонот. Ова е дел од семејството на кисели сулфати кое вклучува Al, Ga, In, Tl(III), Fe(III) и Ti(III). Hin(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> се добива со испарување на индиум сулфат во 40% раствор на сулфурна киселина или ладење на индиум сулфат во 60% раствор на сулфурна киселина. Како што киселинскиот тетрахидрат се загрева, тој испушта вода што дава трихидрат, монохидрат и безводна форма на 370, 385 и 482 К. Над 505 K дава повеќе вода и сулфур диоксид што дава неутрален индиум сулфат. Индиум хидрогенсулфат е протонски проводник со спроводливост 0,0002Ω <sup>−1</sup> cm <sup>−1</sup> .
4.2 Основни сулфати
Основен индиум сулфат се добива со додавање етанол во воден раствор на индиум сулфат. Кристалите може да се формираат со користење на 0,05 моларен раствор со двојно поголем волумен на етанол и чекање неколку недели за да се формираат кристали. InOHSO<sub>4</sub> ·(H<sub>2</sub>O)<sub>2</sub> има моноклинични кристали со a=6,06 Å b=7,89 Å c=12,66 Å и β=107,5°. Волуменот на ќелијата е 577,6 Å <sup>3</sup>. Друг основен индиум сулфат InOHSO <sub>4</sub> со ромбоедрални кристали се добива со загревање раствор на индиум сулфат на 160 °C или повеќе околу една недела во затворена цевка. Оваа нерастворлива основна сол се формира и ако растворот на индиум сулфат се разреди под 0,005 молари. Така, талог се формира од разредени раствори, како и од загреани раствори.
4.3 Безводни двојни сулфати
Направени се два различни типа на безводни двојни индиум сулфати. Едниот е од семејството М M <sup>III</sup> (XO <sub>4</sub>)<sub>3</sub>, при што M <sup>I</sup> е голем поединечно позитивен јон како што се K, Rb, Cs, Tl или NH<sub>3</sub>; M <sup>III</sup> е трипати наполнет и може да биде Al, Ga, In, Tl, V, Cr, Fe, Sc и други ретки земји; и X е S или Se. Повеќето од нив имаат ромбоедрална кристална структура. Сепак, триамониум индиум трисулфат, (NH<sub>4</sub>)<sub>3</sub> In (SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> се претвора од ромбоедрален во моноклиничен како што температурата паѓа под 80 °C и повторно се претвора во ромбоедрална форма со вселенска група ''R''3 ''c'' кога температурата се искачува над 110 °C. Нискотемпературната моноклиничка форма има просторна група ''P'' 2 <sub>1</sub> / ''c'', a=8,96, b=15,64 c=9,13 β=108,28° Z=4 Високотемпературната форма се нарекува „β-“. Објаснување за оваа транзиција е дека амониумот (а исто така и талиумот) е не-сферичен јон и затоа има помала симетрија. Меѓутоа, кога е доволно загреан, динамичкото нарушување што предизвикува случајни ориентации ги прави јоните во просек сферично симетрични. Јоните на алкалните метали се сферични во форма на сите температури и формираат ромбоедрални структури. Двојните сулфати од оваа форма постојат на индиум со алкалните метали натриум, калиум, рубидиум и цезиум. Тие можат да се формираат со загревање на цврста смеса од поединечни сулфати до 350 °C.
Име, Формула, молекуларна тежина, a Å, c Å, α, волумен Å<sup>3</sup>, густина
тринатриум индиум трисулфат, Na3In(SO4)3, 471.97, 13.970, 8.771, 109°00′, 494, 3.172
трикалиум индиум трисулфат, K3In(SO4)3, 520.30, 14.862, 8.960, 109°45′, 571, 3.026
трирубидиум индиум трисулфат, Rb3In(SO4)3, 659.41, 15.413, 9.136, 110°03′, 626, 3.498
трицезиум индиум трисулфат, Cs3In(SO4)3, 801.72, 16.068, 9.211, 110°36′, 687, 3.876
триамониум индиум трисулфат, (NH4)3In(SO4)3, 361.06, 15.531, 9.163, 120°, 1914.1, 1.88
амониум индиум дисулфат, NH4In(SO4)2, 324.98, 4.902, 8.703, 73.643, 171.27, 3.15
рубидиум индиум дисулфат, RbIn(SO4)2, 392.41, 4.908, 8.7862, 73.781, 173.50, 3.75
цезиум индиум дисулфат, CsIn(SO4)2, 439.85, 4.956, 9.2567, 74.473, 187.26, 3.90
талиум индиум дисулфат, TlIn(SO4)2, 511.33, 4.919, 8.7882, 73.748, 174.27, 4.87
Постои уште една серија безводни ромбоедрални двојни соли во истата серија на TlFe(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>. Тие можат да се направат со загревање на мешавина од безводни сулфати на 350 степени °C, или со дехидрирање на соли од водена двојна стипса тип на 300 °C. Супстанциите во оваа серија се RbIn(SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub>, CsIn (SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub>, TlIn (SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> и NH<sub>4</sub> In (SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>. Иако постои KIn(SO<sub>4</sub>)<sub>2,</sub> тој има различна кристална форма.
4.4 Хидрирани двојни сулфати
Хидрирани двојни соли на индиум во структурата на стипса постојат со формулата M <sup>I</sup> In(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> ·12H<sub>2</sub>O. Сите стипса имаат кубна кристална структура со вселенска група ''Pa'' 3. Индиум цезиум стипса CsIn(SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> •12H<sub>2</sub>O има формула тежина 656,0, единична ширина на ќелија 12,54 Å, волумен на ќелија 1972 Å <sup>3</sup> и густина 2,20 g/cm <sup>3</sup> . Има структура на β стипса. Цезиумската стипса може да се користи во анализата на индиум. Се таложи кога цезиум нитрат се додава во растворот на индиум сулфат со додадена дополнителна сулфурна киселина.
Индиум амониум стипса NH<sub>4</sub> In(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> · 12H<sub>2</sub>O е прилично нестабилен на собна температура и мора да се кристализира под 5 °C. Се распаѓа на 36 °C до тетрахидрат. Се менува во фероелектрична фаза под 127K. Стипсата метил амониум индиум сулфат додекахидрат CH<sub>3</sub> NH<sub>3</sub> In(SO<sub>4</sub>) <sub>2</sub> · 12H<sub>2</sub>O станува фероелектрична под 164K. Калиум индиум стипса не е кристализиран. Рубидум индиум стипса е многу лесно ја губи својата вода.
Друга серија моноклинични хидрирани двојни соли имаат четири молекули на вода Min(SO<sub>4</sub>) <sub>2</sub> · 4H<sub>2</sub>O, со пет формули по единица клетка, каде што M е NH<sub>4</sub>, K или Rb и точката група е P2 <sub>1</sub> /c. Прототипот на супстанцијата за серијата е (NH <sub>4</sub> )Sm(SO<sub>4</sub>) <sub>2</sub> (H<sub>2</sub>O) <sub>4</sub> .
формула, Тежина, а Å, b Å, в Å, β, том Å <sup>3</sup>, густина, уп
NH <sub>4</sub> In(SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> •4H<sub>2</sub>O, 397,04, 10.651, 10.745, 9.279, 102,67°, 1036.08, 3.182,
Kin(SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> •4H<sub>2</sub>O, 418.10, 10.581, 10.641, 9.224, 101,93°, 1016.1, 3.416,
RbIn( <sub>SO4</sub> ) <sub>2</sub> • <sub>4H2O</sub>, 464,47, 10.651, 10.745, 9.279, 102,67°, 1036,1, 3.722,
Кадмиумот може да формира и двоен сулфат, Cd <sub>3</sub> In <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>6</sub> · 26H<sub>2</sub>O.
Постојат и кристали со помалку вода како KIn(SO<sub>4</sub>) <sub>2</sub> ·H<sub>2</sub>O.
4.5 Органски двојни сулфати
Органски базни двојни сулфати на индиум ја вклучуваат солта на гванидиниум [C( <sub>NH2</sub> )<sub>3</sub> ][In( <sub>H2O</sub> ) <sub>2</sub> ( <sub>SO4</sub>)<sub>2</sub> ], која се кристализира во моноклиничен систем со просторна група ''P'' 2 <sub>1</sub> / ''c'' a = 4.769 Å, b = 20,416 Å, c = 10,445 Å, β = 93,39 °, волумен на ќелија 1015,3 Å<sup>3</sup>, 4 формули по ќелија и густина 2,637. [H <sub>2</sub> (4,4'-bi-py)][Во <sub>2</sub> (H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub> (SO<sub>4</sub> )<sub>4</sub> ]·2H<sub>2</sub>O кристализира во триклиничкиот систем со a = 7.143 Å, b = 7,798 Å, c = 12,580 Å, α = 107,61°, β = 98,79°, γ = 93,89°, волумен на ќелија 655,2 Å <sup>3</sup>, една формула по ќелија и густина 2,322. [H(2,2'-bipy)][In( <sub>H2O</sub> )( <sub>SO4</sub> ) <sub>2</sub> ] <sub>·</sub><sub>2H2O</sub>, солта на хексаметилендиамин [ <sub>H3N</sub> ( <sub>CH2</sub> ) <sub>6NH3</sub> ][In( <sub>H2O</sub> ) <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> ] <sub>2</sub> · 2H<sub>2</sub>O и [H <sub>2</sub> (Py(CH <sub>2</sub> ) <sub>3</sub> Py)][ In(H<sub>2</sub>O) <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>2</sub> ] <sub>2</sub> · 2H<sub>2</sub>O, исто така, постојат. Сепак, други органски деривати ги вклучуваат оние на триетилентетрамин, и амиламониум . Три- ''μ'' -сулфато- ''κ6'' O:O'-bis[аква(1,10-фенантролин <sup>-</sup>''κ2N'' ,N')индиум(III <sup>)</sup> ] дихидрат, [Во <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>3</sub> (C <sub>12</sub> H <sub>8</sub><sub>N2</sub> )2( <sub>H2O</sub> ) <sub>2</sub> ]· <sub>2H2O</sub>, има 1,10-фенантролин молекула поврзана со секој индиум јон. Два индиумски јони се поврзани преку три сулфатни групи. Формира триклинички кристали со две формули по единица ќелија. Густината е 2,097 g/cm <sup>3</sup>.
Диметилиндиум сулфат [(CH<sub>3</sub>) <sub>2</sub> In] <sub>2</sub> SO<sub>4</sub> може да се направи со реакција на триметилиндиум со сува сулфурна киселина.
4.6 Смеса
Двојна сол на индиум сулфат хлорид има формула In <sub>2</sub> (SO <sub>4</sub> ) <sub>3</sub> ·InCl <sub>3</sub> · (17±1) H<sub>2</sub>O.
4.7 Моновалентен
Индиум (I) сулфат, во In<sub>2</sub> SO <sub>4</sub> може да се направи во цврста состојба со загревање на индиум метал со индиум (III) сулфат, но кога се раствора во вода или сулфурна киселина, In <sup>+</sup> реагира за да произведе водороден гас. Мешаната валентна сол во <sup>I</sup> In <sup>III</sup> (SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> се добива и со загревање на индиум метал со индиум(III) сулфат.
5 Употреба
Индиум сулфат е комерцијално достапна хемикалија. Може да се користи за галванизација на индиум метал, како средство за стврднување во галванизација со злато или за подготовка на други супстанции што содржат индиум, како што е бакар индиум селенид. Се продавал како здравствен додаток, иако нема докази за корист за луѓето, и е токсичен.
Првиот високофреквентен транзистор бил германиум транзистор со површинска бариера развиен од Филко во 1953 година, способен да работи до 60 MHz. Тие биле направени со гравирање на вдлабнатини во база на германиум од N-тип од двете страни со млазници од индиум сулфат додека не била дебела неколку десет илјадити дел од инч. Индиум галван во вдлабнатини го формира колекторот и емитерот.