Имена | |
---|---|
Другие имена сульфат индия | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) |
|
ChemSpider | |
Информационная карта ECHA | 100.033.340 |
Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
Номер RTECS |
|
УНИИ | |
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
Характеристики | |
В 2 (SO 4 ) 3 | |
Молярная масса | 517,81 г/моль |
Появление | Бело-серый порошок без запаха, гигроскопичный , моноклинные кристаллы |
Плотность | 3,44 г/см 3 , твердый |
Температура плавления | разлагается при 600 °C [1] |
растворимый, (539,2 г/л при 20 °C) [2] | |
Структура | |
моноклинная (комнатная температура) | |
П12 1 | |
а = 8,57 Å [3] , b = 8,908 Å, c = 14,66 Å α = 90°, β = 124,72°, γ = 90° | |
Структура | |
ромбоэдрический | |
Р-3 | |
а = 8,44 Å [3] [4] , b = 8,44 Å, c = 23,093 Å α = 90°, β = 90°, γ = 120° | |
6 формул на ячейку | |
Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 0,129 [5] |
Опасности | |
Маркировка СГС : | |
Предупреждение | |
Н315 , Н319 , Н335 | |
Р261 , Р264 , Р271 , Р280 , Р302+Р352 , Р304+Р340 , Р305+Р351+Р338 , Р312 , Р321 , Р332+Р313 , Р337+Р313 , Р362 , Р403+Р233 , Р405 , Р501 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
0,1 [6] (TWA), 0,3 [6] (STEL) | |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (допустимый) | 0,1 [6] |
Паспорт безопасности (SDS) | tttmetalpowder |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Сульфат индия(III) (In 2 (SO 4 ) 3 ) — это сульфатная соль металлического индия . Это полуторасульфат, что означает, что сульфатная группа встречается 1 1/2 раз больше, чем металла. Он может быть образован в результате реакции индия , его оксида или карбоната с серной кислотой . Требуется избыток сильной кислоты, в противном случае образуются нерастворимые основные соли. [8] В твердом состоянии сульфат индия может быть безводным или принимать форму пентагидрата с пятью молекулами воды [9] или нонагидрата с девятью молекулами воды. Сульфат индия используется в производстве индия или содержащих индий веществ. Сульфат индия также может быть найден в основных солях, кислых солях или двойных солях, включая квасцы индия .
В водном растворе ион индия образует комплекс с водой и сульфатом, примерами являются In(H 2 O) 5 (SO 4 ) + и In(H 2 O) 4 (SO 4 ) 2 − . [10] [11] Индий необычен в образовании сульфатного комплекса. Влияние на сульфатный ион проявляется в спектре Рамана . [8] Доля сульфатного комплекса увеличивается с температурой, показывая, что реакция, которая его образует, является эндотермической. Доля также увеличивается с концентрацией раствора и может быть более половины. [12] Сульфатный комплекс быстро обменивается с водой со скоростью более 10 000 000 в секунду, так что ЯМР не может обнаружить разницу, которая возникает из-за комплексированного и некомплексированного иона индия. [12] Водный раствор сульфата индия довольно кислый, при концентрации раствора 0,14 моль/литр pH составляет 1,85. Если pH поднимется выше 3,4, то образуется осадок. [13]
Рамановский спектр раствора показывает линии при 650, 1000 и 1125 см −1 из-за связей серы и кислорода в сульфате, связанном с индием. Линия при 255 см −1 обусловлена связью индия и кислорода с сульфатом. Вода, связанная с атомом индия, вызывает полосу при около 400 см −1 . [8]
Твердый безводный сульфат индия имеет две кристаллические формы. При образовании путем химического переноса газообразного хлора при 848 К он имеет моноклинную форму с размерами элементарной ячейки a = 8,570 Å, b = 8,908 Å и c = 12,0521 Å, β = 91,05° и четырьмя формулами на ячейку. Высокотемпературная форма, осажденная при 973 К, имеет гексагональную (или ромбоэдрическую) форму с размерами ячейки a = 8,440 Å, c = 23,093 Å и шестью формулами на ячейку. [14]
Во время извлечения индия сульфатный раствор смешанных металлов, включая сульфат индия, имеет трехвалентные металлы, разделенные в керосиновом растворе ди-2-этилгексилгидрофосфата. Изододецилфосфетаниновая и диизооктилфосфиновая кислоты также могут быть использованы для этой функции. Затем керосиновая смесь промывается кислотой для извлечения металлов в водном растворе и регенерации экстрагирующей жидкости. [15]
Металлический индий реагирует с холодной концентрированной серной кислотой, образуя сульфат индия и водород. Если использовать горячую концентрированную серную кислоту, индий восстановит серную кислоту до диоксида серы. [16]
Сульфат индия можно также получить путем реакции серной кислоты с оксидом индия, карбонатом индия или гидроксидом индия.
При нагревании до 710 К (437 °C) или выше сульфат индия разлагается с выделением паров триоксида серы, образуя оксид индия. [17]
Щелочи, добавленные к растворам сульфата индия, осаждают основные соли. Например, гидроксид калия производит либо основной сульфат, 2In 2 O 3 .SO 3 · n H 2 O, либо KIn 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 в зависимости от pH. [18] Пирофосфат натрия вызывает слизистый осадок пирофосфата индия, In 4 (P 2 O 7 ) 3 ·3H 2 O. Периодат калия вызывает осадок основного периодата индия, 2InO 5 ·In(OH) 3 ·6H 2 O. [19] Щавелевая кислота вызывает выпадение осадка оксалата индия, In 2 (C 2 O 4 ) 3 ·10H 2 O. Оксалаты щелочных металлов вызывают выпадение осадка диоксалатоиндата щелочного металла с образованием MIn(C 2 O 4 ) 2 ·3H 2 O, где M = Na, K или NH 4 . [20]
Кислый сульфат, тетрагидрат гидросульфата индия с формулой HIn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O кристаллизуется в орторомбической системе с размерами элементарной ячейки a = 9,997 Å, b = 5,477 Å, c = 18,44 Å, с четырьмя молекулами формулы на ячейку. Плотность составляет 2,50 см −3 . В кислотном сульфате две молекулы воды связаны с атомом индия, а ион гидроксония H 5 O 2 заботится о протоне. Это часть семейства кислотных сульфатов, которое включает Al, Ga, In, Tl(III), Fe(III) и Ti(III). HIn(SO 4 ) 2 получают путем испарения сульфата индия в 40% растворе серной кислоты [21] или охлаждения сульфата индия в 60% растворе серной кислоты. [22] При нагревании тетрагидрат кислоты выделяет воду, образуя тригидрат, моногидрат и безводную форму при 370, 385 и 482 К. Выше 505 К выделяется больше воды и диоксида серы, образуя нейтральный сульфат индия. [22] Гидросульфат индия является протонным проводником с проводимостью 0,0002 Ом −1 см −1 . [22]
Основной сульфат индия получается путем добавления этанола к водному раствору сульфата индия. Кристаллы могут быть образованы путем использования 0,05 молярного раствора с удвоенным объемом этанола и ожидания в течение нескольких недель для образования кристаллов. [23] InOHSO 4 ·(H 2 O) 2 имеет моноклинные кристаллы с a = 6,06 Å b = 7,89 Å c = 12,66 Å и β = 107,5°. Объем ячейки составляет 577,6 Å 3 . [23] Другой основной сульфат индия InOHSO 4 с ромбоэдрическими кристаллами получается путем нагревания раствора сульфата индия при 160 °C или выше в течение примерно недели в запаянной пробирке. [24] Эта нерастворимая основная соль также образуется, если раствор сульфата индия разбавлен ниже 0,005 молярного. Таким образом, осадок образуется как из разбавленных растворов, так и из нагретых растворов. [12]
Были получены два различных типа безводных двойных сульфатов индия. Один из семейства MЯ
3M III (XO 4 ) 3 , где M I является большим одинарным положительным ионом, таким как K, Rb, Cs, Tl или NH 3 ; M III имеет три заряда и может быть Al, Ga, In, Tl, V, Cr, Fe, Sc и другими редкоземельными элементами; а X является S или Se. [25] Большинство из них имеют ромбоэдрическую кристаллическую структуру. Однако трисульфат индия-аммония, (NH 4 ) 3 In(SO 4 ) 3 переходит из ромбоэдрической в моноклинную, когда температура падает ниже 80 °C, и переходит обратно в ромбоэдрическую форму с пространственной группой R 3 c , когда температура поднимается выше 110 °C. [25] Низкотемпературная моноклинная форма имеет пространственную группу P 2 1 / c , a = 8,96, b = 15,64 c = 9,13 β = 108,28° Z = 4 [25] Высокотемпературная форма называется «β-». Объяснением этого перехода является то, что аммоний (а также таллий) является несферическим ионом и, таким образом, имеет более низкую симметрию. Однако, когда он достаточно нагрет, динамический беспорядок, вызывающий случайные ориентации, делает ионы в среднем сферически симметричными. Ионы щелочных металлов имеют сферическую форму при всех температурах и образуют ромбоэдрические структуры. [25] Двойные сульфаты этой формы существуют у индия с щелочными металлами натрием, калием, рубидием и цезием. Они могут быть образованы путем нагревания твердой смеси отдельных сульфатов до 350 °C. [9]
имя | формула | молекулярный вес | а А | с Å | α | объем Å 3 | плотность |
---|---|---|---|---|---|---|---|
трисульфат тринатрия индия | Na3In ( SO4 ) 3 | 471.97 | 13.970 | 8.771 | 109°00′ | 494 | 3.172 |
трисульфат трикалия индия | К3In ( SO4 ) 3 | 520.30 | 14.862 | 8.960 | 109°45′ | 571 | 3.026 |
трисульфат трирубидия и индия | Rb3In ( SO4 ) 3 | 659.41 | 15.413 | 9.136 | 110°03′ | 626 | 3.498 |
трисульфат трицезия индия | Cs3In ( SO4 ) 3 | 801.72 | 16.068 | 9.211 | 110°36′ | 687 | 3.876 |
трисульфат триаммония и индия | ( NH4 ) 3In ( SO4 ) 3 | 361.06 | 15.531 | 9.163 | 120° | 1914.1 | 1.88 |
дисульфат аммония-индия | NH4In ( SO4 ) 2 | 324.98 | 4.902 | 8.703 | 73.643 | 171.27 | 3.15 |
дисульфат рубидия и индия | RbIn( SO4 ) 2 | 392.41 | 4.908 | 8.7862 | 73.781 | 173,50 | 3.75 |
дисульфат цезия-индия | CsIn( SO4 ) 2 | 439,85 | 4.956 | 9.2567 | 74.473 | 187.26 | 3.90 |
дисульфат таллия и индия | TlIn( SO4 ) 2 | 511.33 | 4.919 | 8.7882 | 73.748 | 174.27 | 4.87 |
Существует еще одна серия безводных ромбоэдрических двойных солей в той же серии TlFe(SO 4 ) 2 . Их можно получить путем нагревания смеси безводных сульфатов при 350 °C или путем дегидратации водных двойных солей типа квасцов при 300 °C. Вещества в этой серии — RbIn(SO 4 ) 2 , CsIn(SO 4 ) 2 , TlIn(SO 4 ) 2 и NH 4 In(SO 4 ) 2 . Хотя KIn(SO 4 ) 2 существует, он имеет другую кристаллическую форму. [26]
Гидратированные двойные соли индия в структуре квасцов существуют с формулой MI In (SO 4 ) 2 ·12H 2 O. Все квасцы имеют кубическую кристаллическую структуру с пространственной группой Pa 3. [27] Индиево-цезиевые квасцы CsIn(SO 4 ) 2 •12H 2 O [12] имеют формульный вес 656,0, ширину элементарной ячейки 12,54 Å, объем ячейки 1972 Å 3 и плотность 2,20 г/см 3 . [27] Он имеет структуру β-квасцов. [28] Цезиевые квасцы можно использовать при анализе индия. Они осаждаются при добавлении нитрата цезия к раствору сульфата индия с добавлением дополнительной серной кислоты. [29]
Индий-аммонийные квасцы NH 4 In(SO 4 ) 2 ·12H 2 O [30] довольно нестабильны при комнатной температуре и должны быть кристаллизованы ниже 5 °C. [31] Они разлагаются при 36 °C до тетрагидрата. [32] Они переходят в сегнетоэлектрическую фазу ниже 127K. [33] Алюмометиламмонийсульфат индия додекагидрат CH 3 NH 3 In(SO 4 ) 2 ·12H 2 O становится сегнетоэлектриком ниже 164K. [34] Калий-индиевые квасцы не были кристаллизованы. [35] Рубидо-индиевые квасцы сильно выцветают , очень легко теряя воду. [36]
Другая серия моноклинных гидратированных двойных солей имеет четыре молекулы воды MIn(SO 4 ) 2 ·4H 2 O, с пятью формулами на элементарную ячейку, где M - это NH 4 , K или Rb, а точечная группа - P2 1 /c. Прототипным веществом для серии является (NH 4 )Sm(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 .
формула | масса | а А | б А | с Å | β | объем Å 3 | плотность | ссылка |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
NH4In ( SO4 ) 2 • 4H2O | 397.04 | 10.651 | 10.745 | 9.279 | 102.67° | 1036.08 | 3.182 | [37] |
КIn ( SO4 ) 2 • 4H2O | 418.10 | 10.581 | 10.641 | 9.224 | 101.93° | 1016.1 | 3.416 | [38] |
RbIn ( SO4 ) 2 • 4H2O | 464.47 | 10.651 | 10.745 | 9.279 | 102.67° | 1036.1 | 3.722 | [39] |
Кадмий также может образовывать двойной сульфат Cd3In2 ( SO4 ) 6 · 26H2O . [ 40 ]
Кристаллы с меньшим содержанием воды также существуют, например, KIn(SO 4 ) 2 ·H 2 O. [41]
Органические основания двойных сульфатов индия включают соль гуанидиния [C(NH 2 ) 3 ][In(H 2 O) 2 (SO 4 ) 2 ], которая кристаллизуется в моноклинной системе с пространственной группой P 2 1 / c a = 4,769 Å, b = 20,416 Å, c = 10,445 Å, β = 93,39°, объем ячейки 1015,3 Å 3 , 4 формулы на ячейку и плотность 2,637. [H 2 (4,4'-bi-py)][In 2 (H 2 O) 6 (SO 4 ) 4 ]·2H 2 O кристаллизуется в триклинной системе с a = 7,143 Å, b = 7,798 Å, c = 12,580 Å, α = 107,61°, β = 98,79°, γ = 93,89°, объемом ячейки 655,2 Å 3 , одной формулой на ячейку и плотностью 2,322. [42] [H(2,2'-bipy)][In(H 2 O)(SO 4 ) 2 ]·2H 2 O, соль гексаметилендиамина [H 3 N(CH 2 ) 6 NH 3 ][In(H 2 O) 2 (SO 4 ) 2 ] 2 ·2H 2 O и [H 2 (Py(CH 2 ) 3 Py)][In(H 2 O) 2 (SO 4 ) 2 ] 2 ·2H 2 O также существуют. [42] Однако другие органические производные включают производные триэтилентетрамина , [43] и амиламмония . [30] Три- μ -сульфато- κ 6 O:O'-бис[аква(1,10-фенантролин- κ 2 N,N')индий(III)] дигидрат, [In 2 (SO 4 ) 3 (C 12 H 8 N 2 )2(H 2 O) 2 ]·2H 2 O, имеет молекулу 1,10-фенантролина, связанную с каждым ионом индия. Два иона индия связаны через три сульфатные группы. Он образует триклинные кристаллы с двумя формулами на элементарную ячейку. Плотность составляет 2,097 г/см 3 . [44]
Диметилиндийсульфат [(CH 3 ) 2 In] 2 SO 4 может быть получен путем взаимодействия триметилиндия с сухой серной кислотой. [45]
Двойная сульфатно-хлоридная соль индия имеет формулу In 2 (SO 4 ) 3 ·InCl 3 ·(17±1)H 2 O. [46]
Сульфат индия (I), In 2 SO 4, может быть получен в твердом состоянии путем нагревания металлического индия с сульфатом индия (III) [47] , но при растворении в воде или серной кислоте In + реагирует с образованием газообразного водорода. [48] Смешанная валентная соль In I In III (SO 4 ) 2 также получается путем нагревания металлического индия с сульфатом индия (III) [49]
Сульфат индия — коммерчески доступный химикат. Его можно использовать для гальванопокрытия металлическим индием [50] , в качестве упрочняющего агента при гальванопокрытии золотом [51] или для приготовления других содержащих индий веществ, таких как селенид меди и индия . Он продавался как пищевая добавка, хотя нет никаких доказательств его пользы для человека, и он токсичен. [52]
Первым высокочастотным транзистором был поверхностно-барьерный германиевый транзистор, разработанный Philco в 1953 году, способный работать на частоте до 60 МГц. [53] Они были изготовлены путем травления углублений в германиевой базе N-типа с обеих сторон струями сульфата индия до тех пор, пока она не достигала толщины в несколько десятитысячных дюйма. Индий, гальванически нанесенный в углубления, образовывал коллектор и эмиттер. [54] [55]