Articulo de referencia

sulfato de indio(III)

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El sulfato de indio(III) (In₂ ( SO₄ )) es una sal de sulfato del metal indio . Es un sesquisulfato, lo que significa que el grupo sulfato se encuentra 1 1/2 veces más que el metal. Puede formarse por la reacción del indio , su óxido o su carbonato con ácido sulfúrico . Se requiere un exceso de ácido fuerte, de lo contrario se forman sales básicas insolubles. [ 8 ] Como sólido, el sulfato de indio puede ser anhidro o tomar la forma de un pentahidrato con cinco moléculas de agua [ 9 ] o un nonahidrato con nueve moléculas de agua. El sulfato de indio se utiliza en la producción de indio o sustancias que contienen indio. El sulfato de indio también puede encontrarse en sales básicas, sales ácidas o sales dobles, incluido el alumbre de indio .

Propiedades

En solución acuosa, el ion indio forma un complejo con agua y sulfato, por ejemplo In( H₂O ) (SO₄ )e In ( H₂O ) (SO₄ ) ⁻² . [ 10 ] [ 11 ] El indio es inusual en la formación de un complejo de sulfato. El efecto sobre el ion sulfato se revela en el espectro Raman . [ 8 ] La proporción del complejo de sulfato aumenta con la temperatura, lo que demuestra que la reacción que lo forma es endotérmica. La proporción también aumenta con la concentración de la solución y puede ser superior a la mitad. [ 12 ] El complejo de sulfato se intercambia rápidamente con el agua a una velocidad superior a 10 000 000 por segundo, por lo que la RMN no puede detectar la diferencia que resulta de un ion indio complejizado y no complejizado. [ 12 ] Una solución acuosa de sulfato de indio es bastante ácida con unSolución de 0,14  mol/L con un pH de 1,85. Si el pH sube por encima de 3,4, se formará un precipitado. [ 13 ]

El espectro Raman de la solución muestra líneas en 650, 1000 y1125  cm -1 debido a enlaces azufre-oxígeno en sulfato unido al indio. Una línea enLa banda a 255  cm⁻¹ se debe al enlace indio-oxígeno con el sulfato. El agua unida al átomo de indio provoca una banda a aproximadamente400  cm -1 . [ 8 ]

Durante la extracción de indio, una solución de sulfato de metales mixtos, incluido el sulfato de indio, contiene metales trivalentes disueltos en una solución de queroseno con fosfato de hidrógeno de di-2-etilhexilo. También se pueden utilizar ácidos isododecilfosfénico y diisooctilfosfínico para esta función. Posteriormente, la mezcla de queroseno se lava a contracorriente con un ácido para recuperar los metales en una solución acuosa y regenerar el fluido de extracción. [ 14 ]

La capacidad calorífica del sulfato de indio anhidro en condiciones estándar es de 65,73 cal/°C/mol (1,651 J/g/°C). La capacidad calorífica aumenta gradualmente con la temperatura, lo que indica que no hay transiciones en la estructura cristalina. [ 15 ]

Producción

El indio metálico reacciona con ácido sulfúrico concentrado frío para producir sulfato de indio e hidrógeno gaseoso. Si se utiliza ácido sulfúrico concentrado caliente, el indio lo reducirá a dióxido de azufre. [ 16 ]

El sulfato de indio también puede producirse a partir de una reacción de ácido sulfúrico sobre óxido de indio, carbonato de indio o hidróxido de indio. [ 1 ]

Reacciones

Cuando se calienta a 710 K (437 °C; 818 °F) o más, el sulfato de indio se descompone liberando vapor de trióxido de azufre , produciendo óxido de indio . [ 17 ] [ 1 ]   

En 2 (SO 4 ) 3 → En 2 O 3 + 3 SO 3

Los álcalis añadidos a las soluciones de sulfato de indio precipitan sales básicas. Por ejemplo, el hidróxido de potasio produce un sulfato básico, 2In 2 O 3 · SO 3 · n H 2 O , o KIn 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 dependiendo del pH. [ 18 ] El pirofosfato de sodio causa un precipitado viscoso de pirofosfato de indio, In 4 (P 2 O 7 ) 3 · 3H 2 O . El periodato de potasio causa un precipitado de un periodato de indio básico, 2InO 5 · In(OH) 3 · 6H 2 O . [ 19 ] El ácido oxálico causa un precipitado de oxalato de indio, In 2 (C 2 O 4 ) 3 · 10H 2 O . Los oxalatos alcalinos provocan la precipitación del dioxalatoindato alcalino para formar MIn(C 2 O 4 ) 2 · 3H 2 O , donde M = Na, K o NH 4 . [ 20 ]

sulfatos de hidrógeno

Un sulfato ácido, el hidrogenosulfato de indio tetrahidratado con la fórmula HIn(SO 4 ) 2 · 4H 2 O cristaliza en el sistema ortorrómbico con dimensiones de celda unitaria a =9,997  Å , b =5,477  Å , c =18,44  Å , con cuatro de la fórmula por celda. La densidad es2,50  g/cm³ . En el sulfato ácido, dos moléculas de agua están unidas al átomo de indio y un ion hidronio H₅O₂ se encarga del protón. Esto forma parte de una familia de sulfatos ácidos que incluye Al, Ga, In, Tl(III), Fe(III) y Ti(III). HIn(SO₄ ) se obtiene evaporando sulfato de indio en una solución de ácido sulfúrico al 40% [ 21 ] o enfriando sulfato de indio en una solución de ácido sulfúrico al 60%. [ 22 ] Al calentar el tetrahidrato ácido, este libera agua, produciendo un trihidrato, un monohidrato y una forma anhidra a 370 K (97 °C; 206 °F) , 385 K (112 °C; 233 °F) y 482 K (209 °C; 408 °F) . Por encima de 505 K (232 °C; 449 °F) libera más agua y dióxido de azufre, produciendo sulfato de indio neutro. [ 22 ] El hidrogenosulfato de indio es un conductor de protones con conductividad            0,0002  Ω -1 cm -1 . [ 22 ]

sulfatos básicos

El sulfato de indio básico se obtiene añadiendo etanol a una solución acuosa de sulfato de indio. Se pueden formar cristales utilizando una solución 0,05 molar con el doble de volumen de etanol y esperando varias semanas para que se formen los cristales. [ 23 ] El InOHSO 4 · (H 2 O) 2 tiene cristales monoclínicos con a=6,06  Å b=7,89  Å c=12,66  Å y β=107,5°. El volumen de la celda es577,6  Å 3 . [ 23 ] Otro sulfato de indio básico InOHSO 4 con cristales romboédricos se obtiene calentando una solución de sulfato de indio a 160 °C (320 °F) o más durante aproximadamente una semana en un tubo sellado. [ 24 ] Esta sal básica insoluble también se forma si la solución de sulfato de indio se diluye por debajo de 0,005 molar. Por lo tanto, se forma un precipitado tanto a partir de soluciones diluidas como de soluciones calentadas. [ 12 ]  

Sulfatos dobles anhidros

Se han fabricado dos tipos diferentes de sulfatos dobles de indio anhidros. Uno es de la familia M I 3 M III (XO 4 ) 3 , donde M I es un ion grande monopositivo como K, Rb, Cs, Tl o NH 3 ; M III tiene carga triple y puede ser Al, Ga, In, Tl, V, Cr, Fe, Sc y otras tierras raras; y X es S o Se. [ 25 ] La mayoría de estos tienen una estructura cristalina romboédrica . Sin embargo, el trisulfato de indio y triamonio, (NH 4 ) 3 In(SO 4 ) 3 se convierte de romboédrico a monoclínico cuando la temperatura desciende por debajo de 80 °C (176 °F) , y se convierte de nuevo en una forma romboédrica con grupo espacial R 3 c cuando la temperatura asciende por encima de 110 °C (230 °F) . [ 25 ] La forma monoclínica de baja temperatura tiene el grupo espacial P 2 1 / c , a=    8,96  Å , b=15,64  Å c=9,13  Å β=108,28° Z=4 [ 25 ] La forma de alta temperatura se denomina "β-". Una explicación para esta transición es que el amonio (y también el talio) es un ion no esférico y, por lo tanto, tiene menor simetría. Sin embargo, cuando se calienta lo suficiente, el desorden dinámico que causa orientaciones aleatorias hace que los iones sean, en promedio, esféricamente simétricos. Los iones de metales alcalinos tienen forma esférica a todas las temperaturas y forman estructuras romboédricas. [ 25 ] Existen sulfatos dobles de esta forma de indio con los metales alcalinos sodio, potasio, rubidio y cesio. Estos se pueden formar calentando una mezcla sólida de los sulfatos individuales a 350 °C (662 °F) . [ 9 ]  

Existe otra serie de sales dobles romboédricas anhidras en la misma serie que TlFe(SO₄ ). Estas se pueden obtener calentando una mezcla de sulfatos anhidros a 350 °C (662 °F) o deshidratando sales dobles hidratadas de tipo alumbre a 300 °C (572 °F) . Las sustancias de esta serie son RbIn(SO₄ ), CsIn (SO₄ ), TlIn (SO₄ )y NH₄In ( SO₄ ). Aunque existe KIn(SO₄ ), tiene una forma cristalina diferente. [ 26 ]    

Sulfatos dobles hidratados

Existen sales dobles hidratadas de indio en una estructura de alumbre con la fórmula M I In(SO 4 ) 2 · 12H 2 O . Todos los alumbres tienen una estructura cristalina cúbica con grupo espacial Pa 3. [ 27 ] El alumbre de indio y cesio CsIn(SO 4 ) 2 · 12H 2 O [ 12 ] tiene un peso molecular de 656,0 y un ancho de celda unitaria12,54  Å , volumen celular1972  Å 3 y densidad2,20  g/cm³ . [ 27 ] Tiene la estructura de β-alumbre. [ 28 ] El alumbre de cesio se puede utilizar en el análisis de indio. Precipita cuando se añade nitrato de cesio a una solución de sulfato de indio con ácido sulfúrico adicional. [ 29 ]

El alumbre de indio y amonio NH₄In ( SO₄ ) · 12H₂O es bastante inestable a temperatura ambiente y debe cristalizarse por debajo de 5 °C (41 °F) . [ 30 ] [ 31 ] Se descompone a 36 °C (97 °F) en un tetrahidrato. [ 32 ] Cambia a una fase ferroeléctrica por debajo de 127 K (−146 °C; −231 °F) . [ 33 ] El dodecahidrato de sulfato de indio y metilamonio de alumbre CH₃NH₃In (SO₄ ) · 12H₂O se vuelve ferroeléctrico por debajo de 164 K (−109 ° C; −164 °F) . [ 34 ] El alumbre de indio y potasio no se ha cristalizado. [ 35 ] El alumbre de Rubidum indium es altamente eflorescente y pierde agua con mucha facilidad. [ 36 ]          

Otra serie de sales dobles hidratadas monoclínicas tienen cuatro moléculas de agua MIn(SO 4 ) 2 · 4H 2 O , con cinco fórmulas por celda unitaria, donde M es NH 4 , K o Rb y el grupo puntual es P2 1 /c. La sustancia prototipo para la serie es (NH 4 )In(SO 4 ) 2 · 4H 2 O .

El cadmio también puede formar un sulfato doble, Cd 3 In 2 (SO 4 ) 6 · 26H 2 O . [ 40 ]

También existen cristales con menos agua, como KIn(SO 4 ) 2 · H 2 O . [ 41 ]

sulfatos dobles orgánicos

Los sulfatos dobles de base orgánica de indio incluyen la sal de guanidinio [ C(NH 2 ) 3 ] [ In(H 2 O) 2 (SO 4 ) 2 ] , que cristaliza en un sistema monoclínico con grupo espacial P 2 1 / c a =4,769  Å , b =20,416  Å , c =10,445  Å , β = 93,39°, volumen de la celda1 015 ,3  Å 3 , 4 fórmulas por celda y densidad2,637  g/cm³ . [H₂ ( 4,4' -bi-py)] [ In₂ ( H₂O ) ( SO₄ )] · 2H₂O cristaliza en el sistema triclínico con a =7,143  Å , b =7,798  Å , c =12,580  Å , α = 107,61°, β = 98,79°, γ = 93,89°, volumen celular655,2  Å³ , una fórmula por celda y densidad2,322  g/cm 3 . [ 42 ] [H(2,2'-bipy)] [ In(H 2 O)(SO 4 ) 2 ] · 2H 2 O , también existen la sal de hexametilendiamina [ H 3 N(CH 2 ) 6 NH 3 ] [ In(H 2 O) 2 (SO 4 ) 2 ] 2 · 2H 2 O y [ H 2 (Py(CH 2 ) 3 Py)] [ In(H 2 O) 2 ( SO 4 ) 2 ] 2 · 2H 2 O. [ 42 ] Otros derivados orgánicos incluyen los de trietilentetramina , [ 43 ] y amilamonio . [ 30 ] Tri- μ -sulfato- κ 6 O:O'-bis[aqua(1,10-fenantrolina- κ 2 N,N')indio(III)] dihidrato, [ In 2 (SO 4 ) 3 (C 12 H 8 N 2 ) 2 (H 2 O) 2 ] · 2H 2 O , tiene una molécula de 1,10-fenantrolina unida a cada ion indio. Dos iones indios están unidos a través de tres grupos sulfato. Forma cristales triclínicos con dos fórmulas por celda unitaria. La densidad es2,097  g/ cm³ . [ 44 ]

El sulfato de dimetilindio [ (CH 3 ) 2 In] 2 SO 4 se puede obtener haciendo reaccionar trimetilindio con ácido sulfúrico seco. [ 45 ]

Mezclado

Una sal de cloruro de sulfato de indio doble tiene la fórmula In 2 (SO 4 ) 3 · InCl 3 · n H 2 O donde n =17 ± 1 . [ 46 ]

Monovalente

El sulfato de indio(I), In₂SO₄ , se puede obtener en estado sólido calentando indio metálico con sulfato de indio(III) [47], pero al disolverse en agua o ácido sulfúrico, In⁺ reacciona para producir hidrógeno gaseoso [ 48 ] . La sal de valencia mixta In₁₋ₓInₓ ( SO₄ ) también se obtiene calentando indio metálico con sulfato de indio(III ) [ 49 ] .

Usar

Transistor de barrera superficial Philco desarrollado y producido en 1953.

El sulfato de indio es un producto químico disponible comercialmente. Se puede utilizar para el recubrimiento electrolítico de indio metálico, [ 50 ] como agente endurecedor en el recubrimiento electrolítico de oro [ 51 ] o para preparar otras sustancias que contienen indio, como el seleniuro de cobre e indio . Se ha vendido como suplemento alimenticio, aunque no hay evidencia de beneficios para los humanos y es tóxico. [ 52 ]

El primer transistor de alta frecuencia fue el transistor de germanio de barrera superficial desarrollado por Philco en 1953, capaz de operar hasta60  MHz . [ 53 ] Estos se fabricaron grabando depresiones en una base de germanio tipo N desde ambos lados con chorros de sulfato de indio hasta que tuvo un espesor de unas pocas diezmilésimas de pulgada. El indio electrodepositado en las depresiones formó el colector y el emisor. [ 54 ] [ 55 ]

Referencias

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