El sulfato de indio (III) (In 2 (SO 4 ) 3 ) 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 un 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 se puede encontrar en sales básicas, sales ácidas o sales dobles, incluido el alumbre de indio .
En solución acuosa, el ion indio forma un complejo con agua y sulfato, como por ejemplo In(H 2 O) 5 (SO 4 ) + e In(H 2 O) 4 (SO 4 ) 2 − . [10] [11] El indio es poco común en la formación de complejos de sulfato. El efecto sobre el ion sulfato se revela en el espectro Raman . [8] La proporción de 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 agua a una velocidad de más de 10 000 000 por segundo, de modo que la RMN no puede detectar la diferencia que resulta de un ion indio complejado y no complejado. [12] Una solución acuosa de sulfato de indio es bastante ácida, con una solución de 0,14 mol/litro que tiene un pH de 1,85. Si el pH aumenta por encima de 3,4, se formará un precipitado. [13]
El espectro Raman de la solución muestra líneas a 650, 1000 y 1125 cm −1 debido a los enlaces azufre-oxígeno en el sulfato unido al indio. Una línea a 255 cm −1 se debe al enlace indio-oxígeno con el sulfato. El agua unida al átomo de indio provoca una banda a unos 400 cm −1 . [8]
El sulfato de indio anhidro sólido tiene dos formas cristalinas. Cuando se forma por transporte químico de gas cloro a 848 K, tiene una forma monoclínica con dimensiones de celda unitaria a = 8,570 Å, b = 8,908 Å y c = 12,0521 Å, β = 91,05° y cuatro fórmulas por celda. Una forma de alta temperatura depositada a 973 K tiene una forma hexagonal (o romboédrica) con dimensiones de celda a = 8,440 Å, c = 23,093 Å y seis fórmulas por celda. [14]
Durante la extracción de indio, una solución de sulfato de metales mixtos, incluido el sulfato de indio, tiene metales trivalentes repartidos en una solución de queroseno de fosfato de hidrógeno de di-2-etilhexilo. Los ácidos isododecilfosfetánico y diisooctilfosfínico también se pueden utilizar para esta función. Luego, la mezcla de queroseno se lava a contracorriente con un ácido para recuperar los metales en una solución de agua y regenerar el fluido de extracción. [15]
El metal indio reacciona con ácido sulfúrico concentrado frío para producir sulfato de indio y gas hidrógeno. Si se utiliza ácido sulfúrico concentrado caliente, el indio reducirá el ácido sulfúrico a dióxido de azufre. [16]
El sulfato de indio también se puede producir a partir de una reacción del ácido sulfúrico con óxido de indio, carbonato de indio o hidróxido de indio.
Cuando se calienta a 710 K (437 °C) o más, el sulfato de indio se descompone emitiendo vapor de trióxido de azufre, produciendo óxido de indio. [17]
Los álcalis añadidos a las soluciones de sulfato de indio precipitan sales básicas. Por ejemplo, el hidróxido de potasio produce un sulfato básico, 2In2O3.SO3·nH2O, o KIn3(OH)6(SO4)2 dependiendo del pH . [ 18 ] El pirofosfato de sodio produce un precipitado viscoso de pirofosfato de indio , In4 ( P2O7 ) 3 · 3H2O . El peryodato de potasio produce un precipitado de un peryodato de indio básico, 2InO5 · In (OH ) 3 · 6H2O . [19] El ácido oxálico provoca un precipitado de oxalato de indio, In 2 (C 2 O 4 ) 3 ·10H 2 O. Los oxalatos alcalinos provocan un precipitado del dioxalatoindato alcalino para formar MIn(C 2 O 4 ) 2 ·3H 2 O, donde M = Na, K o NH 4 . [20]
Un sulfato ácido, 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 es 2,50 cm −3 . En el sulfato ácido, dos moléculas de agua están unidas al átomo de indio y un ion hidronio H 5 O 2 se encarga del protón. Este es parte de una familia de sulfatos ácidos que incluye Al, Ga, In, Tl(III), Fe(III) y Ti(III). HIn(SO 4 ) 2 se obtiene evaporando un sulfato de indio en una solución de ácido sulfúrico al 40% [21] o enfriando el sulfato de indio en una solución de ácido sulfúrico al 60%. [22] A medida que el tetrahidrato de ácido se calienta, desprende agua, lo que produce un trihidrato, un monohidrato y una forma anhidra a 370, 385 y 482 K. Por encima de 505 K, desprende más agua y dióxido de azufre , lo que produce el sulfato de indio neutro. [22] El hidrogenosulfato de indio es un conductor de protones con una conductividad de 0,0002 Ω −1 cm −1 . [22]
Un 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 del 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 es 577,6 Å 3 . [23] Otro sulfato de indio básico, el InOHSO 4 , con cristales romboédricos se obtiene calentando una solución de sulfato de indio a 160 °C 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 a partir de soluciones diluidas así como de soluciones calentadas. [12]
Se han elaborado dos tipos diferentes de sulfatos de indio dobles anhidros. Uno pertenece a la familia MYo
3M III (XO 4 ) 3 , donde M I es un ion positivo único grande como K, Rb, Cs, Tl o NH 3 ; M III tiene triple carga 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 cae por debajo de los 80 °C, y se convierte nuevamente en una forma romboédrica con grupo espacial R 3 c cuando la temperatura aumenta por encima de los 110 °C. [25] La forma monoclínica de baja temperatura tiene un grupo espacial P 2 1 / c , a=8,96, b=15,64 c=9,13 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 una simetría menor. 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. [9]
Existe otra serie de sales dobles romboédricas anhidras en la misma serie de TlFe(SO 4 ) 2 . Estas se pueden obtener calentando una mezcla de sulfatos anhidros a 350 °C, o deshidratando sales dobles hidratadas de tipo alumbre a 300 °C. Las sustancias de esta serie son RbIn(SO 4 ) 2 , CsIn(SO 4 ) 2 , TlIn(SO 4 ) 2 y NH 4 In(SO 4 ) 2 . Aunque existe KIn(SO 4 ) 2 , tiene una forma cristalina diferente. [26]
Las sales dobles hidratadas de indio en una estructura de alumbre existen 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 de fórmula de 656,0, un ancho de celda unitaria de 12,54 Å, un volumen de celda de 1972 Å 3 y una densidad de 2,20 g/cm 3 . [27] Tiene la estructura de alumbre β. [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 añadido. [29]
El alumbre de indio y amonio NH 4 In(SO 4 ) 2 ·12H 2 O [30] es bastante inestable a temperatura ambiente y debe cristalizarse por debajo de los 5 °C. [31] Se descompone a 36 °C en un tetrahidrato. [32] Cambia a una fase ferroeléctrica por debajo de los 127 K. [33] El alumbre de metil amonio e indio sulfato dodecahidrato CH 3 NH 3 In(SO 4 ) 2 ·12H 2 O se vuelve ferroeléctrico por debajo de los 164 K. [34] El alumbre de indio y potasio no ha sido cristalizado. [35] El alumbre de indio y rubidio es altamente eflorescente y pierde su agua muy fácilmente. [36]
Otra serie de sales dobles hidratadas monoclínicas tiene 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 )Sm(SO 4 ) 2 (H 2 O) 4 .
El cadmio también puede formar un sulfato doble, Cd3In2 ( SO4 ) 6 · 26H2O . [ 40 ]
También existen cristales con menos agua como KIn(SO 4 ) 2 ·H 2 O. [41]
Los sulfatos dobles de base orgánica del 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 celda 1015,3 Å 3 , 4 fórmulas por celda y densidad 2,637. [H 2 (4,4'-bi-py)][In 2 (H 2 O) 6 (SO 4 ) 4 ]·2H 2 O 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 celular 655,2 Å 3 , una fórmula por celda y densidad 2,322. [42] También existen [H(2,2'-bipy)][In(H 2 O)(SO 4 ) 2 ]·2H 2 O, 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] Sin embargo, otros derivados orgánicos incluyen los de trietilentetramina , [43] y amilamonio . [30] El dihidrato de tri- μ -sulfato- κ 6 O:O'-bis[aqua(1,10-fenantrolina- κ 2 N,N')indio(III)], [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 de indio. Dos iones de indio están unidos a través de tres grupos sulfato. Forma cristales triclínicos con dos fórmulas por celda unitaria. La densidad es 2,097 g/cm 3 . [44]
El sulfato de dimetilindio [(CH 3 ) 2 In] 2 SO 4 se puede preparar haciendo reaccionar trimetilindio con ácido sulfúrico seco. [45]
Una sal de cloruro de sulfato de indio doble tiene la fórmula In 2 (SO 4 ) 3 ·InCl 3 ·(17±1)H 2 O. [46]
El sulfato de indio (I), In 2 SO 4 se puede preparar en estado sólido calentando el metal indio con sulfato de indio (III), [47] pero cuando se disuelve en agua o ácido sulfúrico, In + reacciona para producir gas hidrógeno. [48] La sal de valencia mixta In I In III (SO 4 ) 2 también se prepara calentando el metal indio con sulfato de indio (III). [49]
El sulfato de indio es un producto químico disponible comercialmente. Se puede utilizar para galvanizar el metal indio [50] , como agente endurecedor en la galvanoplastia de oro [51] o para preparar otras sustancias que contengan indio, como el seleniuro de cobre e indio . Se ha vendido como suplemento para la salud, aunque no hay evidencia de que sea beneficioso 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 hasta 60 MHz. [53] Estos se fabricaron grabando depresiones en una base de germanio de tipo N desde ambos lados con chorros de sulfato de indio hasta que alcanzó un espesor de unas diezmilésimas de pulgada. El indio galvanizado en las depresiones formó el colector y el emisor. [54] [55]