Индия нитрат 4,5-водный (индий азотнокислый)

Нитрат индия(III), или индий азотнокислый — неорганическое соединение, соль трёхвалентного индия и азотной кислоты с формулой In(NO₃)₃. Представляет собой бесцветные или белые расплывающиеся (гигроскопичные) кристаллы, хорошо растворимые в воде и этиловом спирте. В промышленной практике наиболее распространена форма 4,5-водного кристаллогидрата — In(NO₃)₃·4,5H₂O. Вещество обладает выраженными окислительными свойствами и находит применение в аналитической химии, при получении тонких плёнок оксида индия, а также в качестве прекурсора для синтеза других соединений индия.

Химическая формула и основные идентификаторы нитрата индия

Нитрат индия(III) существует как в безводной форме, так и в виде нескольких кристаллогидратов. Ниже приведены основные идентификационные данные обеих форм.

Параметр	Безводный In(NO3)3	4,5-водный In(NO3)3·4,5H2O
Химическая формула	In(NO3)3	In(NO3)3·4,5H2O
Молярная масса, г/моль	300,83	381,90
Регистрационный номер CAS	13770-61-1	207398-97-8
Номер EINECS	237-393-5	—
Традиционное название	Индий азотнокислый	Индий азотнокислый 4,5-водный

Помимо 4,5-водного гидрата, в литературе описаны кристаллогидраты состава In(NO₃)₃·5H₂O, In(NO₃)₃·3H₂O и In(NO₃)₃·H₂O. Однако кристаллографически подтверждена структура только пентагидрата.

Физические свойства индия азотнокислого

Нитрат индия(III) в форме 4,5-водного гидрата представляет собой бесцветные или белые игольчатые расплывающиеся на воздухе кристаллы. Высокая гигроскопичность обусловлена легкостью присоединения дополнительных молекул воды из атмосферы.

Растворимость нитрата индия в воде

Вещество хорошо растворяется в воде и этаноле. Растворимость In(NO₃)₃ в воде при различных температурах (в пересчёте на безводную соль):

Температура, °C	Растворимость, % масс.
20	62,2
30	63,3
40	66,3
50	68,4

Теплота растворения в воде ΔH_раств²⁹⁸ = −7,15 ± 0,21 кДж/моль (процесс экзотермический).

Температура плавления кристаллогидрата

Кристаллогидрат состава In(NO₃)₃·4,5H₂O плавится в собственной кристаллизационной воде при температуре 82 ± 1 °C. Это следует учитывать при хранении и транспортировке: в жаркое время года или при размещении вблизи источников тепла возможно частичное расплавление продукта.

Химические свойства нитрата индия(III)

Нитрат индия — типичная соль сильной кислоты и слабого основания. Водные растворы имеют кислую реакцию вследствие гидролиза. Вещество проявляет окислительные свойства, характерные для нитратов: при контакте с горючими и легковоспламеняющимися материалами способно интенсифицировать горение.

Термическое разложение индия азотнокислого

При нагревании нитрат индия разлагается ступенчато. Процесс подробно изучен методами дериватографии, ИК-спектроскопии, химического и рентгенофазового анализа. Основные стадии разложения в воздушной среде:

Температура, °C	Продукт	Процесс
~82	Расплав	Плавление кристаллогидрата
~119	In(NO3)3·3,25H2O	Частичная дегидратация
~160	In2O(NO3)4·H2O	Образование основной соли
~188	In2O(NO3)4	Полная дегидратация основной соли
~220	InONO3	Дальнейшее разложение нитратной группы
~243	In2O3	Полное разложение до оксида индия(III)

Таким образом, конечным продуктом термолиза нитрата индия является оксид индия(III) (In₂O₃). Это свойство активно используется на практике: нитрат индия выступает удобным прекурсором для получения оксидных плёнок и порошков посредством термического разложения.

Суммарные реакции разложения можно представить следующим образом:

При 100–160 °C (первая стадия): 2In(NO₃)₃ → 2In(NO₃)O + 4NO₂↑ + O₂↑

При 230–250 °C (полное разложение): 4In(NO₃)₃ → 2In₂O₃ + 12NO₂↑ + 3O₂↑

Получение безводного нитрата индия

Безводную соль In(NO₃)₃ получают высушиванием пентагидрата в вакууме при температуре около 60 °C. При нагревании на воздухе, напротив, происходит не простое обезвоживание, а ступенчатое разложение с образованием основных солей.

Реакции нитрата индия в растворах

Нитрат индия вступает в характерные для солей трёхвалентного индия реакции:

При взаимодействии с разбавленными растворами щелочей или аммиака образуется гидроксид индия(III):

In(NO₃)₃ + 3NaOH → In(OH)₃↓ + 3NaNO₃

In(NO₃)₃ + 3NH₃·H₂O → In(OH)₃↓ + 3NH₄NO₃

С избытком нитрат-ионов в растворе индий образует комплексный анион [In(NO₃)₄]⁻.

Способы получения нитрата индия

Основной промышленный способ получения индия азотнокислого — растворение металлического индия, его оксида или гидроксида в азотной кислоте с последующим выпариванием раствора и кристаллизацией.

Реакция с металлическим индием протекает с выделением оксида азота:

In + 4HNO₃(разб.) → In(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Реакция с оксидом индия(III):

In₂O₃ + 6HNO₃ → 2In(NO₃)₃ + 3H₂O

Реакция с гидроксидом индия(III):

In(OH)₃ + 3HNO₃ → In(NO₃)₃ + 3H₂O

При кристаллизации из водных растворов в зависимости от температуры и концентрации кислоты образуются различные кристаллогидраты. Наиболее устойчивый при комнатной температуре — 4,5-водный гидрат.

Применение нитрата индия в промышленности и науке

Нитрат индия(III) востребован в нескольких технологических областях, где требуется растворимый источник ионов индия.

Прекурсор для получения оксидных плёнок

Наиболее значимое применение нитрата индия — использование в качестве прекурсора для получения тонких плёнок оксида индия(III) (In₂O₃) и оксида индия-олова (ITO). Плёнки ITO обладают уникальным сочетанием электрической проводимости и оптической прозрачности, что делает их незаменимыми в производстве сенсорных экранов, жидкокристаллических и OLED-дисплеев, прозрачных электродов солнечных элементов. Нитрат индия используется в золь-гель технологиях, спрей-пиролизе, методе центрифугирования и других «мокрых» методах нанесения плёнок, где водный раствор прекурсора наносится на подложку с последующим термическим разложением при 400–500 °C.

Синтез наночастиц и порошков оксида индия

Нитрат индия служит исходным реагентом при синтезе наноразмерных порошков In₂O₃, находящих применение в производстве газовых сенсоров (детекторов CO, NO_x, O₃ и других газов), катализаторов и люминесцентных материалов.

Аналитическая и лабораторная химия

В лабораторной практике нитрат индия применяется как удобный источник ионов In³⁺ в водных растворах — для аналитических определений, электрохимических исследований и синтеза координационных соединений индия.

Окрашивание стекла

Соединения индия используются в стекольном производстве для получения стёкол жёлто-оранжевой цветовой гаммы. Нитрат индия в этом случае выступает как один из возможных источников индия для введения в стекломассу.

Квалификации и формы поставки индия азотнокислого

Нитрат индия(III) 4,5-водный выпускается в нескольких квалификациях чистоты:

Квалификация	Массовая доля основного вещества, % не менее
Ч (чистый)	99,8
ХЧ (химически чистый)	99,9
Высокой чистоты (99,99%)	99,99
Особой чистоты (99,999%)	99,999

Продукция квалификаций Ч и ХЧ фасуется в стеклянные банки массой нетто 0,25; 0,5 и 0,7 кг. Малые партии (от 10–50 г) поставляются в герметичной пластиковой таре. Материалы высокой и особой чистоты поставляются по индивидуальным спецификациям в упаковке, исключающей контакт с атмосферной влагой.

Требования безопасности при работе с нитратом индия

Нитрат индия(III) является окислителем. При контакте с горючими материалами, порошками металлов и восстановителями возможно интенсивное горение или вспышка. Вещество оказывает раздражающее действие на кожу, слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей.

Средства индивидуальной защиты

При работе с нитратом индия необходимо применять средства индивидуальной защиты: защитные очки (или лицевой щиток), химически стойкие перчатки, лабораторный халат. При возможности образования аэрозоля или пыли — респиратор для защиты органов дыхания. Рабочее помещение должно быть оснащено приточно-вытяжной вентиляцией.

Хранение и транспортировка

Нитрат индия хранят в герметично закрытой таре (стеклянные банки с притёртой или завинчивающейся крышкой) в сухом прохладном помещении, отдельно от горючих веществ и восстановителей. Температура хранения не должна превышать 30 °C — во избежание расплавления кристаллогидрата. Транспортировка осуществляется в заводской упаковке с соблюдением правил перевозки окислителей.

Нормативная документация

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны регламентированы действующими гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.3532-18. Индий и его соединения относятся к веществам, требующим контроля содержания в воздухе рабочей зоны. При работе с нитратом индия необходимо руководствоваться также Федеральным законом № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и соответствующими санитарными правилами.

Совместимость и химическая стойкость

Водные растворы нитрата индия имеют кислую реакцию (pH < 7) вследствие гидролиза. Это необходимо учитывать при выборе материалов тары и оборудования. Растворы совместимы со стеклом, фторопластом (ПТФЭ), полипропиленом и полиэтиленом высокой плотности. Контакт с углеродистой и низколегированной сталью нежелателен — возможна коррозия.

Нитрат индия несовместим с: сильными восстановителями, порошкообразными металлами, органическими растворителями и горючими материалами. При смешивании с этими веществами существует риск воспламенения или интенсивного разложения с выделением токсичных оксидов азота (NO_x).