Atomska masa galija. Galijum je metal koji se topi u vašim rukama

Što se tiče elementa s atomskim brojem 31, većina čitatelja samo pamti da je to jedan od tri elementa koje je predvidio i najdetaljnije opisao D.I. Mendeljejeva, a da je galijum veoma topiv metal: toplota dlana je dovoljna da se pretvori u tečnost.

Međutim, galijum nije najtopljiviji metal (čak i ako ne računate živu). Njegova tačka topljenja je 29,75°C, a cezijum se topi na 28,5°C; samo cezijum, kao i svaki alkalni metal, ne može se uzeti u ruke, tako da je prirodno lakše rastopiti galijum na dlanu nego cezijum.

Namjerno smo započeli priču o elementu broj 31 spominjanjem nečega što je gotovo svima poznato. Jer ovo „poznato“ zahteva objašnjenje. Svi znaju da je galijum predvidio Mendeljejev, a otkrio Lecoq de Boisbaudran, ali ne znaju svi kako je došlo do otkrića. Gotovo svi znaju da je galijum topljiv, ali gotovo niko ne može odgovoriti na pitanje zašto je topljiv.

Kako je otkriven galijum?

Francuski hemičar Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ušao je u istoriju kao otkrivač tri nova elementa: galijuma (1875), samarijuma (1879) i disprozijuma (1886). Prvo od ovih otkrića donelo mu je slavu.

U to vrijeme bio je malo poznat izvan Francuske. Imao je 38 godina i prvenstveno se bavio spektroskopskim istraživanjima. Lecoq de Boisbaudran je bio dobar spektroskopista, i to je na kraju dovelo do uspjeha: otkrio je sva tri svoja elementa spektralnom analizom.

Godine 1875. Lecoq de Boisbaudran je ispitao spektar cinkove mješavine donesene iz Pierrefittea (Pireneji). U ovom spektru otkrivena je nova ljubičasta linija (talasna dužina 4170 Ǻ). Nova linija je ukazivala na prisustvo nepoznatog elementa u mineralu i, sasvim prirodno, Lecoq de Boisbaudran je uložio sve napore da izoluje ovaj element. Pokazalo se da je to teško izvodljivo: sadržaj novog elementa u rudi bio je manji od 0,1%, a na mnogo načina bio je sličan cinku*. Nakon dugih eksperimenata, naučnik je uspio dobiti novi element, ali u vrlo maloj količini. Toliko mali (manje od 0,1 g) da Lecoq de Boisbaudrap nije mogao u potpunosti proučiti njegova fizička i kemijska svojstva.

Kako se galijum dobija iz mešavine cinka opisan je u nastavku.

Najava otkrića galija je u čast Francuske (Galija je njena Latinski naziv) imenovan je novi element - pojavio se u izvještajima Pariške akademije nauka.

Ovu poruku je pročitao D.I. Mendeljejev i prepoznao u galijumu eka-aluminijum, koji je predvideo pet godina ranije. Mendeljejev je odmah pisao Parizu. “Metoda otkrivanja i izolacije, kao i nekoliko opisanih svojstava, navode nas na uvjerenje da novi metal nije ništa drugo do eka-aluminij”, stoji u njegovom pismu. Zatim je ponovio svojstva predviđena za taj element. Štaviše, a da nikada nije držao zrnca galija u rukama, a da ga nije video lično, ruski hemičar je tvrdio da je pronalazač elementa pogrešio, da gustina novog metala ne može biti jednaka 4,7, kako je napisao Lecoq de Boisbaudran, - mora biti veći, otprilike 5,9...6,0 g/cm 3!

Čudno, ali o postojanju periodični zakon prvi od njih je afirmativan, "jačanje", saznao sam samo iz ovog pisma. Još jednom je izolovao i pažljivo pročistio zrnca galija kako bi provjerio rezultate prvih eksperimenata. Neki istoričari nauke smatraju da je to učinjeno s ciljem da se osramoti samouvjereni ruski "prediktor". Ali iskustvo je pokazalo suprotno: pronalazač je pogriješio. Kasnije je napisao: “Mislim da nema potrebe isticati izuzetnu važnost koju gustoća novog elementa ima u odnosu na potvrdu Mendeljejevljevih teorijskih stavova.”

Ostala svojstva elementa br. 31 koje je predvideo Mendeljejev skoro su se tačno poklapala sa eksperimentalnim podacima. „Predviđanja Mendeljejeva su se ostvarila uz mala odstupanja: eka-aluminijum se pretvorio u galijum.” Ovako Engels karakteriše ovaj događaj u “Dijalektici prirode”.

Nepotrebno je reći da je otkriće prvog od elemenata koje je predvidio Mendeljejev značajno ojačalo poziciju periodičnog zakona.

Zašto je galijum topljiv?

Predviđajući svojstva galija, Mendeljejev je vjerovao da bi ovaj metal trebao biti topljiv, jer njegovi analozi u grupi - aluminijum i indijum - takođe nisu vatrostalni.

Ali tačka topljenja galija je neobično niska, pet puta niža od one indijuma. To se objašnjava neobičnom strukturom kristala galija. Njegovu kristalnu rešetku ne formiraju pojedinačni atomi (kao u "normalnim" metalima), već dvoatomski molekuli. Molekuli Ga 2 su vrlo stabilni, očuvani su čak i kada se galijum pređe u tečno stanje. Ali ovi molekuli su međusobno povezani samo slabim van der Waalsovim silama, a za uništavanje njihove veze potrebno je vrlo malo energije.

Neka druga svojstva elementa br. 31 povezana su sa dvoatomnošću molekula. U tekućem stanju galijum je gušći i teži nego u čvrstom stanju. Električna provodljivost tekućeg galijuma je također veća od one čvrstog galijuma.

Kako izgleda galijum?

Spolja više liči na lim: srebrno-bijeli mekani metal; ne oksidira i ne tamni na zraku.

I po većini hemijskih svojstava, galijum je blizak aluminijumu. Kao i aluminijum, atom galija ima tri elektrona u svojoj spoljnoj orbiti. Kao i aluminijum, galijum lako, čak i na hladnoći, reaguje sa halogenima (osim joda). Oba metala se lako otapaju u sumpornoj i hlorovodoničnoj kiselini, a oba reaguju sa alkalijama i daju amfoterne hidrokside. Konstante disocijacije reakcija

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– količine iste narudžbe.

Međutim, postoje razlike u hemijska svojstva galijum i aluminijum.

Galijum se primjetno oksidira suhim kisikom samo na temperaturama iznad 260°C, a aluminij, ako je lišen zaštitnog oksidnog filma, kisikom oksidira vrlo brzo.

Sa vodonikom, galijum formira hidride slične borovim hidridima. Aluminij može samo otopiti vodonik, ali ne i reagirati s njim.

Galijum je takođe sličan grafitu, kvarcu i vodi.

Na grafitu - jer ostavlja sivi trag na papiru.

Za kvarc – električna i termička anizotropija.

Veličina električnog otpora kristala galija ovisi o tome po kojoj osi struja teče. Maksimalni prema minimalnom omjeru je 7, više od bilo kojeg drugog metala. Isto vrijedi i za koeficijent toplinske ekspanzije.

Njegove vrijednosti u pravcu tri kristalografske ose (kristali galija su rombični) su u omjeru 31:16:11.

A galijum je sličan vodi po tome što se, kada se stvrdne, širi. Primjetan je porast obima – 3,2%.

Sama kombinacija ovih kontradiktornih sličnosti govori o jedinstvenoj individualnosti elementa br. 31.

Osim toga, ima svojstva koja se ne nalaze ni u jednom drugom elementu. Jednom otopljen, može ostati u superohlađenom stanju mnogo mjeseci na temperaturi ispod tačke topljenja. Ovo je jedini metal koji ostaje tečan u ogromnom temperaturnom rasponu od 30 do 2230°C, a isparljivost njegovih para je minimalna. Čak i u dubokom vakuumu, primetno isparava tek na 1000°C. Galijeva para, za razliku od čvrstih i tečni metal jednoatomski. Prijelaz Ga 2 → 2Ga zahtijeva velike količine energije; Ovo objašnjava teškoću isparavanja galija.

Veliki temperaturni opseg tečnog stanja je osnova jedne od glavnih tehničkih primena elementa br. 31.

Za šta je dobar galijum?

Galijski termometri u principu mogu mjeriti temperature od 30 do 2230°C. Galijski termometri su sada dostupni za temperature do 1200°C.

Element br. 31 se koristi za proizvodnju niskotopljivih legura koje se koriste u signalizacijskim uređajima. Legura galijum-indijum se topi već na 16°C. Ovo je najtopljivija od svih poznatih legura.

Kao element grupe III koji povećava provodljivost „rupa“ u poluprovodniku, galijum (čistoće od najmanje 99,999%) se koristi kao dodatak germanijumu i silicijumu.

Intermetalna jedinjenja galija sa elementima V grupe - antimonom i arsenom - i sama imaju poluvodička svojstva.

Dodatak galija staklenoj masi omogućava dobijanje stakla sa visokim indeksom prelamanja svetlosnih zraka, a stakla na bazi Ga 2 O 3 dobro propuštaju infracrvene zrake.

Tečni galijum reflektuje 88% svetlosti koja pada na njega, čvrsti galijum reflektuje nešto manje. Zbog toga izrađuju galijumska ogledala koja su vrlo jednostavna za proizvodnju - galijumski premaz se može nanositi čak i četkom.

Ponekad se koristi sposobnost galija da dobro vlaži čvrste površine, zamjenjujući živu u difuzionim vakuum pumpama. Takve pumpe bolje "drže" vakuum od živinih pumpi.

Učinjeni su pokušaji korištenja galija u nuklearnim reaktorima, ali se rezultati tih pokušaja teško mogu smatrati uspješnim. Ne samo da galijum prilično aktivno hvata neutrone (poprečni presek hvatanja 2,71 barns), već i reaguje na povišenim temperaturama sa većinom metala.

Galijum nije postao atomski materijal. Istina, njegov umjetni radioaktivni izotop 72 Ga (sa poluživotom od 14,2 sata) koristi se za dijagnosticiranje raka kostiju. Tumor adsorbuje galijum-72 hlorid i nitrat, a detekcijom zračenja karakterističnog za ovaj izotop, lekari gotovo tačno određuju veličinu stranih formacija.

Kao što vidite, praktične mogućnosti elementa br. 31 su prilično široke. Još ih nije bilo moguće u potpunosti iskoristiti zbog poteškoća u dobivanju galija - prilično rijetkog elementa (1,5 10 -3% težine zemljine kore) i vrlo rasutog. Poznato je nekoliko prirodnih minerala galija. Njegov prvi i najpoznatiji mineral, galit CuGaS 2, otkriven je tek 1956. godine. Kasnije su pronađena još dva minerala, već vrlo rijetka.

Tipično, galijum se nalazi u rudama cinka, aluminijuma, željeza, kao iu uglju - kao manja nečistoća. I ono što je karakteristično: što je ova nečistoća veća, to je teže izdvojiti, jer ima više galija u rudama onih metala (aluminijum, cink) koji su mu slični po svojstvima. Najveći dio zemaljskog galija sadržan je u mineralima aluminija.

Galij(lat. Gallium), Ga, hemijski element III grupe periodni sistem D.I.Mendeljejev, serijski broj 31, atomska masa 69,72; srebrno-bijeli meki metal. Sastoji se od dva stabilna izotopa sa masenim brojevima 69 (60,5%) i 71 (39,5%).

Postojanje galijuma ("eka-aluminijum") i njegova osnovna svojstva predvidio je 1870. D.I. Mendeljejev. Element je otkriven spektralnom analizom u pirinejskoj mešavini cinka i izolovan je 1875. od strane francuskog hemičara P. E. Lecoqa de Boisbaudrana; nazvan po Francuskoj (lat. Gallia). Tačna podudarnost svojstava Galijuma sa onima predviđenim bio je prvi trijumf periodnog sistema.

Prosječan sadržaj galija u zemljine kore relativno visok, 1,5·10 -3% po težini, što je jednako sadržaju olova i molibdena. Galijum je tipičan element u tragovima. Jedini galijumov mineral, galit CuGaS 2, veoma je redak. Geohemija galija je usko povezana sa geohemijom aluminijuma, što je posledica sličnosti njihovih fizička i hemijska svojstva. Glavni dio galijuma u litosferi sadržan je u mineralima aluminija. Sadržaj galija u boksitima i nefelinima kreće se od 0,002 do 0,01%. Povišene koncentracije Galijum se takođe nalazi u sfaleritima (0,01-0,02%), u kamenom uglju (zajedno sa germanijumom), kao iu nekim rudama gvožđa.

Fizička svojstva galija. Galijum ima ortorombičnu (pseudo-tetragonalnu) rešetku sa parametrima a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Gustina (g/cm3) čvrstog metala je 5,904 (20°C), tečnog metala 6,095 (29,8°C), odnosno pri očvršćavanju se povećava zapremina galijuma; temperatura topljenja 29,8°C, temperatura ključanja 2230°C. Prepoznatljiva karakteristika Galijum ima veliki raspon tečnog stanja (2200°C) i nizak pritisak pare na temperaturama do 1100-1200°C. Specifični toplotni kapacitet čvrstog galijuma je 376,7 J/(kg K), odnosno 0,09 cal/(g deg) u rasponu od 0-24°C, tečnog galijuma, odnosno 410 J/(kg K). ), odnosno 0,098 cal /(g deg) u rasponu od 29-100°C. Električna otpornost (ohm cm) čvrstog galijuma je 53,4·10 -6 (0°C), tečnog 27,2·10 -6 (30°C). Viskozitet (poise = 0,1 n sec/m2): 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), površinski napon 0,735 n/m (735 dyne/cm) (30°C u atmosferi H2). Koeficijenti refleksije za talasne dužine 4360Å i 5890Å su 75,6% i 71,3%, respektivno. Presjek hvatanja toplinskih neutrona je 2,71 barna (2,7·10 -28 m2).

Hemijska svojstva galija. Galijum je stabilan u vazduhu na uobičajenim temperaturama. Iznad 260°C, spora oksidacija se opaža u suhom kisiku (oksidni film štiti metal). Galijum se sporo otapa u sumpornoj i hlorovodoničnoj kiselini, brzo u fluorovodoničnoj kiselini, a stabilan je na hladnoći u azotnoj kiselini. Galijum se polako otapa u vrućim alkalnim rastvorima. Hlor i brom reaguju sa galijumom na hladnom, jod - kada se zagreju. Rastopljeni galijum na temperaturama iznad 300°C stupa u interakciju sa svim konstrukcijskim metalima i legurama.

Najstabilnija su trovalentna jedinjenja galijuma, koja su po mnogo čemu slična hemijskim jedinjenjima aluminijuma. Osim toga, poznata su mono- i dvovalentna jedinjenja. Viši oksid Ga 2 O 3 - supstanca bijela, nerastvorljiv u vodi. Odgovarajući hidroksid precipitira iz rastvora galijumovih soli u obliku belog želatinoznog taloga. Ima izražen amfoterni karakter. Pri otapanju u lužinama nastaju galati (na primjer, Na), pri otapanju u kiselinama nastaju galijeve soli: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 itd. Kisela svojstva galijevog hidroksida su izraženija od aluminijum hidroksid [Oseg oslobađanja Al (OH) 3 je u pH opsegu = 10,6-4,1, a Ga(OH) 3 unutar pH opsega = 9,7-3,4].

Za razliku od Al(OH) 3, galijum hidroksid se otapa ne samo u jakim alkalijama, već iu rastvorima amonijaka. Kada prokuva, iz rastvora amonijaka ponovo se taloži galijum hidroksid.

Od soli galijuma najveća vrijednost imaju GaCl 3 hlorid (topiti 78°C, ključati 200°C) i Ga 2 (SO 4) 3 sulfat. Potonji, sa sulfatima alkalnih metala i amonijuma, formira dvostruke soli tipa stipse, na primjer (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. Galij formira ferocijanid Ga 4 3, koji je slabo rastvorljiv u vodi i razrijeđen kiseline, koje se mogu koristiti za odvajanje od Al i niza drugih elemenata.

Dobivanje galijuma. Glavni izvor dobijanja galija je proizvodnja aluminijuma. Prilikom obrade boksita Bayerovom metodom, galijum se koncentriše u cirkulišućim matičnim tečnostima nakon odvajanja Al(OH) 3 . Galij se izoluje iz takvih rastvora elektrolizom na živinoj katodi. Iz alkalnog rastvora dobijenog tretiranjem amalgama vodom, taloži se Ga(OH) 3, koji se rastvara u lužini i galijum se izoluje elektrolizom.

U natrijum-krečnom metodi prerade rude boksita ili nefelina, galijum se koncentriše u poslednjim frakcijama sedimenta koji se oslobađaju tokom procesa karbonizacije. Za dodatno obogaćivanje, talog hidroksida se tretira krečnim mlijekom. U tom slučaju većina Al ostaje u sedimentu, a galijum prelazi u rastvor, iz kojeg se propuštanjem CO 2 izoluje koncentrat galija (6-8% Ga 2 O 3 ). potonji se rastvara u lužini, a galijum se izoluje elektrolitički.

Izvor galijuma može biti i zaostala legura anode iz procesa rafiniranja Al troslojnom metodom elektrolize. U proizvodnji cinka izvori galijuma su sublimati (Welz oksidi) koji nastaju tokom obrade jalovine luženja cinka.

Tečni galijum dobijen elektrolizom alkalnog rastvora, ispran vodom i kiselinama (HCl, HNO 3), sadrži 99,9-99,95% Ga. Čistiji metal se dobija topljenjem u vakuumu, zonskim topljenjem ili izvlačenjem jednog kristala iz taline.

Primena galija. Najperspektivnija primjena galijuma je u obliku hemijska jedinjenja kao što su GaAs, GaP, GaSb, koji imaju svojstva poluprovodnika. Mogu se koristiti u visokotemperaturnim ispravljačima i tranzistorima, solarnim ćelijama i drugim uređajima gdje se može koristiti fotoelektrični efekat u blokirnom sloju, kao i u prijemnicima infracrvenog zračenja. Galij se može koristiti za izradu optičkih ogledala koja imaju visoku refleksiju. Predložena je legura aluminijuma sa galijumom umesto žive kao katoda za lampe ultraljubičastog zračenja koje se koriste u medicini. Predlaže se korištenje tekućeg galija i njegovih legura za proizvodnju visokotemperaturnih termometara (600-1300°C) i mjerača tlaka. Interesantna je upotreba galija i njegovih legura kao tečnog rashladnog sredstva u energetskim nuklearnim reaktorima (ovo je otežano aktivnom interakcijom galija na radnim temperaturama sa konstrukcijskim materijalima; eutektička legura Ga-Zn-Sn ima manje korozivno dejstvo od čiste galijum).

Metal GALLIUM

Galijum je element glavne podgrupe treće grupe četvrtog perioda periodnog sistema hemijski elementi D.I. Mendeljejev, sa atomskim brojem 31. Označen simbolom Ga (lat. Gallium). Spada u grupu lakih metala. Jednostavna supstanca galijum (CAS broj: 7440-55-3) je meki duktilni metal srebrno-bele (prema drugim izvorima, svetlosive) boje sa plavičastom nijansom.

Metal GALLIUM

Galijum: Tačka topljenja 29,76 °C

Niska toksičnost, možete ga pokupiti i rastopiti!

Materijal za poluvodičku elektroniku

Galijev arsenid GaAs

- obećavajući materijal za poluvodičku elektroniku.

Galijev nitrid

koristi se u stvaranju poluvodičkih lasera i LED dioda u plavom i ultraljubičastom opsegu. Galijev nitrid ima izvrsna hemijska i mehanička svojstva tipična za sva nitridna jedinjenja.

Galij-71 izotop

je najvažniji materijal za detekciju neutrina iu vezi s tim, tehnologija se suočava sa vrlo hitnim zadatkom izolacije ovog izotopa iz prirodne mješavine kako bi se povećala osjetljivost neutrina detektora. Budući da je sadržaj 71Ga u prirodnoj mješavini izotopa oko 39,9%, izolacija čistog izotopa i njegova upotreba kao detektor neutrina može povećati osjetljivost detekcije za 2,5 puta.

Hemijska svojstva

Galij je skup, 2005. godine tona galijuma je na svjetskom tržištu koštala 1,2 miliona dolara, a zbog visoke cijene i istovremeno velike potražnje za ovim metalom, veoma je važno uspostaviti njegovu potpunu ekstrakciju tokom proizvodnje i prerade aluminijuma. kameni ugalj za tečno gorivo.

Galijum ima niz legura koje su tečne na sobnoj temperaturi, a jedna od njegovih legura ima tačku topljenja od 3 °C (In-Ga-Sn eutektika), ali s druge strane galijum (legure u manjoj meri) je veoma agresivan na većinu konstrukcijskih materijala (pucanje i erozija legura na visokim temperaturama). Na primjer, u odnosu na aluminij i njegove legure, galij je moćan reduktor čvrstoće (vidi smanjenje snage adsorpcije, Rehbinderov efekat). Ovo svojstvo galija najjasnije su demonstrirali i detaljno proučavali P. A. Rebinder i E. D. Shchukin tokom kontakta aluminijuma sa galijumom ili njegovim eutektičkim legurama (krtost tečnog metala). Kao rashladno sredstvo, galijum je neefikasan i često jednostavno neprihvatljiv.

Galijum je odlično mazivo

. Na bazi galija i nikla, galijuma i skandijuma stvorena su ljepila za metal koja su vrlo važna u praktičnom smislu.

Metalni galijum se takođe koristi za punjenje kvarcnih termometara (umesto žive) za merenje visokih temperatura. To je zbog činjenice da galija ima znatno više visoke temperature ključanja u poređenju sa živom.

Galijev oksid je dio niza strateški važnih laserskih materijala grupe granata - GSGG, YAG, ISGG itd.

Galij još nije dobio široku industrijsku upotrebu. Trenutno su identificirana sljedeća područja upotrebe galija.
Termometri za visoke temperature. Galijum ima nisku tačku topljenja (29,8°) i visoku tačku ključanja (~2200°). To mu omogućava da se koristi za proizvodnju kvarcnih termometara za mjerenje visokih temperatura (600-1300°).
Legure niskog topljenja. Galijum sa nizom metala (bizmut, olovo, kalaj, kadmijum, indijum, talijum, itd.) formira legure niskog topljenja sa tačkom topljenja ispod 60°. Na primjer, legura galijuma sa 25% In se topi na temperaturi od 16°, tačka topljenja legure galija sa 8% Sn je 20°. Tačka topljenja eutektičke legure (82% Ga, 12% Sn i 6% Zn) je 17°.
Za signalne uređaje (sprinklerske osigurače) koji se koriste u gašenju požara predložen je niz niskotopljivih legura koje sadrže galijum, čije se djelovanje zasniva na topljenju legure pri prekoračenju određene temperature, što uzrokuje automatsko uključivanje sistemi za prskanje vode.
Legura niskog topljenja koja sadrži 60% Sn, 30% Ga i 10% In predložena je za termometre da zameni živu.
IN U poslednje vreme skrenuta je pažnja na mogućnost upotrebe galija i njegovih legura kao tečnog medija za odvođenje toplote elektrane, na primjer, toplina koja se oslobađa u nuklearnim kotlovima. Prednost galija kao toplotno provodljive tečnosti je njegova visoka tačka ključanja u kombinaciji sa visokom toplotnom provodljivošću. Međutim, prepreka upotrebi galij rashladnog sredstva je interakcija galija sa većinom metala na visokim temperaturama.
Predloženo je korištenje legura galija u stomatologiji umjesto živinih amalgama. Za dentalne plombe se preporučuju sljedeće legure; 40-80% Bi; 30-60% Sn; 0,5-0,8% Ga i 61,5% Bi; 37,2% Sn; 1,3% Ga.
Ogledala. Galijum ima sposobnost da dobro prijanja na staklo, što omogućava proizvodnju galijumskih ogledala. Ogledalo se može napraviti stiskanjem galija između dva zagrijana stakla. Galijumska ogledala imaju visoku
refleksivnost. Za talasnu dužinu od 4,360 A, reflektivnost je 75,6%, za talasnu dužinu od 5,890 A - 71,3%. Tečni galijum reflektuje 88% svetlosti koja pada na ogledalo.
Ostale aplikacije. Predlaže se korištenje legure aluminija s galijumom umjesto žive kao katode svjetiljki ultraljubičastog zračenja koje se koriste u medicini. Rezultirajuće zračenje obogaćeno je zracima plavog i crvenog dijela spektra, što poboljšava terapeutski efekat radijacije.
Moguća je zamjena galijuma živom u živinim ispravljačima. Veoma visoka tačka ključanja metala omogućava značajno rad sa njim teška opterećenja nego kada se koristi živa.
Poznato je da se galijumske soli koriste kao komponenta svetlećih boja (za pobuđivanje fluorescentnog sjaja jedinjenja). Galijeve soli se također koriste u analitičkoj hemiji, medicini i kao katalizatori u organskoj sintezi.

27.03.2019

Prije svega, morate odlučiti koliko ste spremni potrošiti na kupovinu. Stručnjaci preporučuju investitorima početnicima iznos od 30 hiljada do 100 rubalja. To košta...

27.03.2019

Valjani metal se danas aktivno koristi u većini različite situacije. Zaista, mnoge industrije jednostavno ne mogu bez toga, jer valjani metal...

27.03.2019

Čelične zaptivke ovalnog presjeka namijenjene su za zaptivanje prirubničkih spojeva fitinga i cjevovoda koji transportuju agresivne medije...

26.03.2019

Mnogi od nas su čuli za takvu poziciju kao sistem administrator, ali ne razumeju svi šta se tačno podrazumeva pod ovom frazom....

26.03.2019

Svaka osoba koja radi renoviranje u svojim prostorijama treba razmisliti o tome koje strukture treba ugraditi u unutrašnji prostor. Na tržištu...

26.03.2019

Danas se gasni analizatori aktivno koriste u industriji nafte i gasa, u komunalnom sektoru, prilikom analiza u laboratorijskim kompleksima, za...

26.03.2019

Danas se metalni kontejneri aktivno koriste u svrhu stacionarnog skladištenja raznih vrsta tečnosti, uključujući naftu i naftne derivate, u skladištima,...

25.03.2019

U Algerian Qatari Steel, koji se nalazi u lokalitet Bellara, "vruće" testiranje mlina za žice je počelo sa ocjenom snage od približno...

25.03.2019

Najviši nivo Pouzdano snabdijevanje električnom energijom odgovornih potrošača može se postići korištenjem autonomnih generatora. Prijem u...

Galijum je element glavne podgrupe treće grupe četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 31. Označava se simbolom Ga (lat. Galij). Spada u grupu lakih metala. Jednostavna supstanca galijum je mekan, duktilni metal srebrno-bele boje sa plavičastom nijansom.

Atomski broj - 31

Atomska masa - 69.723

Gustina, kg/m³ - 5910

Tačka topljenja, °C - 29,8

Toplotni kapacitet, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektronegativnost - 1.8

Kovalentni radijus, Å - 1,26

1. jonizacija potencijal, eV - 6,00

Istorija otkrića galija

Godine 1875. Lecoq de Boisbaudran je ispitao spektar cinkove mješavine donesene iz Pierrefittea (Pireneji). U ovom spektru otkrivena je nova ljubičasta linija. Nova linija je ukazivala na prisustvo nepoznatog elementa u mineralu i, sasvim prirodno, Lecoq de Boisbaudran je uložio sve napore da izoluje ovaj element. Pokazalo se da je to teško izvodljivo: sadržaj novog elementa u rudi bio je manji od 0,1%, a na mnogo načina bio je sličan cinku*. Nakon dugih eksperimenata, naučnik je uspio dobiti novi element, ali u vrlo maloj količini. Toliko mali (manje od 0,1 g) da Lecoq de Boisbaudran nije mogao u potpunosti proučiti njegova fizička i kemijska svojstva.

Otkriće galija - tako je novi element nazvan u čast Francuske (Gallia je njegovo latinsko ime) - pojavilo se u izvještajima Pariške akademije nauka.

Pronalaženje Galijau prirodi

Prosječan sadržaj galija u zemljinoj kori je 19 g/t. Galijum je tipičan element u tragovima dvostruke geohemijske prirode. Jedini galijumov mineral, galit CuGaS 2, veoma je redak. Geohemija galija je usko povezana sa geohemijom aluminijuma, što je posledica sličnosti njihovih fizičko-hemijskih svojstava. Glavni dio galijuma u litosferi sadržan je u mineralima aluminija. Zbog sličnosti njegovih kristalno hemijskih svojstava sa glavnim elementima koji stvaraju stijene (Al, Fe, itd.) i široke mogućnosti izomorfizma s njima, galijum ne stvara velike akumulacije, uprkos značajnoj vrijednosti klarka. Razlikuju se sledeći minerali sa visokim sadržajem galija: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kasiterit (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beril (0 - 0,003%) , turmalin (0 – 0,01%), spodumen (0,001 – 0,07%), flogopit (0,001 – 0,005%), biotit (0 – 0,1%), muskovit (0 – 0,01%), sericit (0 – 0,005%), lepidolit (0,001 – 0,03%), hlorit (0 – 0,001%), feldspat (0 – 0,01%), nefelin (0 – 0,1%), hekmanit (0,01 – 0,07%), natrolit (0 – 0,1%).

Fizička svojstva Galija

Možda najpoznatije svojstvo galija je njegova tačka topljenja, koja iznosi 29,76 °C. To je drugi najtopljiviji metal u periodnom sistemu (poslije žive). Ovo vam omogućava da topite metal dok ga držite u ruci. Galijum je jedan od rijetkih metala koji se šire kada se talina stvrdne (drugi su Bi, Ge).

Kristalni galijum ima nekoliko polimorfnih modifikacija, ali je samo jedna (I) termodinamički stabilna, koja ima ortorombičnu (pseudo-tetragonalnu) rešetku sa parametrima a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Druge modifikacije galija (β, γ, δ, ε) kristaliziraju iz superohlađenog dispergovanog metala i nestabilne su. Pri povišenom pritisku uočene su još dvije polimorfne strukture galija II i III, koje imaju kubičnu i tetragonalnu rešetku.

Gustina galija u čvrstom stanju na temperaturi od T=20 °C iznosi 5,904 g/cm³.

Jedna od karakteristika galija je širok temperaturni opseg postojanja tečnog stanja (od 30 do 2230 °C), dok ima nizak pritisak pare na temperaturama do 1100÷1200 °C. Specifična toplotačvrsti galijum u temperaturnom opsegu T=0÷24 °C je 376,7 J/kg K (0,09 cal/g st.), u tečnom stanju na T=29÷100 °C - 410 J/kg K (0,098 cal/ g stepeni).

Električna otpornost u čvrstom i tekućem stanju jednaka je, respektivno, 53,4·10−6 ohm·cm (pri T=0 °C) i 27,2·10−6 ohm·cm (pri T=30 °C). Viskoznost tečnog galija pri različite temperature jednako 1,612 poisa pri T=98 °C i 0,578 poisa pri T=1100 °C. Površinska napetost mjerena na 30 °C u atmosferi vodonika iznosi 0,735 n/m. Refleksije za talasne dužine 4360 Å i 5890 Å su 75,6% i 71,3%, respektivno.

Prirodni galijum se sastoji od dva izotopa 69 Ga (61,2%) i 71 Ga (38,8%). Poprečni presek hvatanja toplotnih neutrona za njih je 2,1·10−28 m² i 5,1·10−28 m², respektivno.

Galijum je nisko toksičan element. Zbog niske temperature topljenja, preporučljivo je transportovati ingote galija u polietilenskim vrećama koje su slabo navlažene rastopljenim galijumom. Nekada se od metala čak i pravili plombe (umjesto amalgamskih). Ova primjena je zasnovana na činjenici da kada se bakreni prah pomiješa sa rastopljenim galijumom, dobije se pasta koja se nakon nekoliko sati stvrdne (zbog stvaranja intermetalnog jedinjenja) i zatim može izdržati zagrijavanje do 600 stepeni bez topljenja.

Na visokim temperaturama, galijum je veoma agresivna supstanca. Na temperaturama iznad 500 °C korodira gotovo sve metale osim volframa, kao i mnoge druge materijale. Kvarc je otporan na rastopljeni galijum do 1100 °C, ali problem može nastati zbog činjenice da je kvarc (i većina drugih stakla) jako navlažen ovim metalom. Odnosno, galijum će se jednostavno zalijepiti za zidove kvarca.

Hemijska svojstva Galija

Hemijska svojstva galija su bliska onima aluminijuma. Oksidni film formiran na površini metala u zraku štiti galij od daljnje oksidacije. Kada se zagrije pod pritiskom, galij reagira s vodom, formirajući spoj GaOOH prema reakciji:

2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2.

Galijum je u interakciji sa mineralne kiseline s oslobađanjem vodika i stvaranjem soli, a reakcija se odvija i ispod sobne temperature:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Produkti reakcije sa alkalijama i kalijevim i natrijevim karbonatima su hidroksogalati koji sadrže Ga(OH) 4 - i, moguće, Ga(OH) 6 3 - i Ga(OH) 2 - ione:

2Ga + 6H 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

Galijum reaguje sa halogenima: reakcija sa hlorom i fluorom se odvija na sobnoj temperaturi, sa bromom - već na -35 °C (oko 20 °C - sa paljenjem), interakcija sa jodom počinje kada se zagreje.

Galijum ne reaguje sa vodonikom, ugljenikom, azotom, silicijumom i borom.

Na visokim temperaturama, galijum je sposoban da uništi različite materijale i njegovo dejstvo je jače od taline bilo kog drugog metala. Tako su grafit i volfram otporni na taljenje galija do 800 °C, alundum i berilijum oksid BeO - do 1000 °C, tantal, molibden i niobijum su otporni do 400÷450 °C.

Sa većinom metala, galijum formira galide, sa izuzetkom bizmuta, kao i metale podgrupe cinka, skandijuma i titanijuma. Jedan od galida V 3 Ga ima prilično visoku temperaturu prijelaza u supravodljivo stanje od 16,8 K.

Galijum formira polimerne hidride:

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.

Stabilnost jona opada u seriji BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . BH 4 jon je stabilan u vodenom rastvoru, AlH 4 i GaH 4 se brzo hidroliziraju:

GaH 4 - + 4H 2 O = Ga(OH) 3 + OH - + 4H 2 -

Kada se Ga(OH) 3 i Ga 2 O 3 otapaju u kiselinama, nastaju akva kompleksi 3+, pa se iz vodenih otopina izoluju soli galija u obliku kristalnih hidrata, na primjer, galijev hlorid GaCl 3 * 6H 2 O, galijum kalijum alum KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Događa se zanimljiva interakcija između galija i sumporne kiseline. To je praćeno oslobađanjem elementarnog sumpora. U tom slučaju sumpor obavija površinu metala i sprječava njegovo daljnje otapanje. Ako operete metal vruća voda, reakcija će se nastaviti i nastaviti sve dok na galiju ne izraste nova "koža" sumpora.

Osnovne veze Galija

Ga2H6- isparljiva tečnost, tačka topljenja -21,4 °C, tačka ključanja 139 °C. U eteričnoj suspenziji sa litijum ili talij hidratom formira jedinjenja LiGaH 4 i TlGaH 4 . Nastaje tretiranjem tetrametildigalana trietilaminom. Postoje banana veze, kao u diboranu

Ga2O3- bijeli ili žuti prah, tačka topljenja 1795 °C. Postoji u obliku dvije modifikacije. α- Ga 2 O 3 - bezbojni trigonalni kristali gustine 6,48 g/cm³, slabo rastvorljivi u vodi, rastvorljivi u kiselinama. β- Ga 2 O 3 - bezbojni monoklinski kristali gustine 5,88 g/cm³, slabo rastvorljivi u vodi, kiselinama i alkalijama. Dobiva se zagrijavanjem metalnog galija na zraku na 260 °C ili u atmosferi kisika, ili kalciniranjem galij nitrata ili sulfata. ΔH° 298 (uzorak) −1089,10 kJ/mol; ΔG° 298 (uzorak) −998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Pokazuju amfoterna svojstva, iako su osnovna svojstva, u poređenju sa aluminijumom, poboljšana:

Ga 2 O 3 + 6HCl = 2GaCl 2 Ga 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na Ga 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaGaO 2 + CO 2

Ga(OH)3- ispada u obliku želeastog precipitata pri tretiranju rastvora trovalentnih soli galija sa hidroksidima i karbonatima alkalnih metala (pH 9,7). Rastvara se u koncentrovanom amonijaku i koncentrovanom rastvoru amonijum karbonata i taloži kada se prokuva. Zagrevanjem, galijum hidroksid se može pretvoriti u GaOOH, zatim u Ga 2 O 3 *H 2 O i na kraju u Ga 2 O 3. Može se dobiti hidrolizom trovalentnih soli galija.

GaF 3- Beli prah. t topljenja >1000 °C, t ključanja 950 °C, gustina - 4,47 g/cm³. Slabo rastvorljiv u vodi. Poznat je kristalni hidrat GaF 3 ·3H 2 O. Dobija se zagrijavanjem galijevog oksida u atmosferi fluora.

GaCl3- bezbojni higroskopni kristali. t topljenja 78 °C, ključanja t 215 °C, gustina - 2,47 g/cm³. Dobro rastvorimo u vodi. IN vodeni rastvori hidrolizuje. Dobija se direktno od elemenata. Koristi se kao katalizator u organskim sintezama.

GaBr 3- bezbojni higroskopni kristali. t topljenja 122 °C, t ključanja 279 °C gustina - 3,69 g/cm³. Rastvara se u vodi. Hidrolizuje u vodenim rastvorima. Slabo rastvorljiv u amonijaku. Dobija se direktno od elemenata.

GaI 3- higroskopne svijetložute iglice. t topljenja 212 °C, t ključanja 346 °C, gustina - 4,15 g/cm³. Hidrolizuje se toplom vodom. Dobija se direktno od elemenata.

GaS 3- žuti kristali ili bijeli amorfni prah sa tačkom topljenja od 1250 °C i gustinom od 3,65 g/cm³. U interakciji je s vodom i potpuno je hidroliziran. Dobiva se reakcijom galija sa sumporom ili vodonik sulfidom.

Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- bezbojna, visoko rastvorljiva supstanca u vodi. Dobiva se reakcijom galija, njegovog oksida i hidroksida sa sumpornom kiselinom. Lako formira alum sa sulfatima alkalnih metala i amonijaka, na primjer, KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

Ga(NO 3) 3 8H 2 O- bezbojni kristali rastvorljivi u vodi i etanolu. Kada se zagrije, razlaže se u galijum(III) oksid. Dobijeno akcijom azotne kiseline za galijum hidroksid.

Dobijanje galija

Glavni izvor dobijanja galija je proizvodnja aluminijuma. Prilikom obrade boksita Bayerovom metodom, galijum se koncentriše u cirkulišućim matičnim tečnostima nakon odvajanja Al(OH) 3 . Galij se izoluje iz takvih rastvora elektrolizom na živinoj katodi. Iz alkalnog rastvora dobijenog tretiranjem amalgama vodom, taloži se Ga(OH) 3, koji se rastvara u lužini i galijum se izoluje elektrolizom.

Primjena galija

Galijev arsenid GaAs je obećavajući materijal za poluvodičku elektroniku.

Galijev nitrid se koristi u stvaranju poluvodičkih lasera i LED dioda u plavom i ultraljubičastom opsegu. Galijev nitrid ima izvrsna hemijska i mehanička svojstva tipična za sva nitridna jedinjenja.

Kao element grupe III koji povećava provodljivost „rupa“ u poluprovodniku, galijum (čistoće od najmanje 99,999%) se koristi kao dodatak germanijumu i silicijumu. Intermetalna jedinjenja galija sa elementima V grupe - antimonom i arsenom - i sama imaju poluvodička svojstva.

Izotop galija-71 je najvažniji materijal za detekciju neutrina i u tom smislu tehnologija se suočava sa vrlo hitnim zadatkom izolacije ovog izotopa iz prirodne mješavine kako bi se povećala osjetljivost neutrina detektora. Budući da je sadržaj 71 Ga u prirodnoj mješavini izotopa oko 39,9%, izolacija čistog izotopa i njegova upotreba kao detektor neutrina može povećati osjetljivost detekcije za 2,5 puta.

Dodatak galija staklenoj masi omogućava dobijanje stakla sa visokim indeksom prelamanja svetlosnih zraka, a stakla na bazi Ga 2 O 3 dobro propuštaju infracrvene zrake.

Galij je skup, 2005. godine na svjetskom tržištu tona galijuma koštala je 1,2 miliona američkih dolara, a zbog visoke cijene i istovremeno velike potrebe za ovim metalom, veoma je važno uspostaviti njegovu potpunu ekstrakciju u proizvodnja aluminijuma i prerada uglja u tečno gorivo.

Galijum ima veliki broj legura koje su tečne na sobnoj temperaturi, a jedna od njegovih legura ima tačku topljenja od 3 °C, ali s druge strane, galijum (legure u manjoj meri) je prilično agresivan prema većini konstrukcijskih materijala (pucanje i erozija legura na visokoj temperaturi), i Kao rashladno sredstvo, neefikasno je i često jednostavno neprihvatljivo.

Galijum je odlično mazivo. Na bazi galija i nikla, galijuma i skandijuma stvorena su gotovo vrlo važna metalna ljepila.

Metalni galijum se takođe koristi za punjenje kvarcnih termometara (umesto žive) za merenje visokih temperatura. To je zbog činjenice da galijum ima znatno višu tačku ključanja u odnosu na živu.

Galijev oksid je komponenta brojnih strateški važnih laserskih materijala.

Proizvodnja galija u svijetu

Njegova svjetska proizvodnja ne prelazi dvije stotine tona godišnje. Sa izuzetkom dva nedavno otkrivena nalazišta - 2001. u Gold Canyonu, Nevada, SAD i 2005. u Unutrašnjoj Mongoliji, Kina - galijum se ne nalazi u industrijskim koncentracijama nigde u svetu. (U potonjem ležištu utvrđeno je prisustvo 958 hiljada tona galijuma u uglju - ovo je udvostručenje svjetskih resursa galijuma).

Svjetski resursi galijuma samo u boksitu procjenjuju se na više od 1 milion tona, a pomenuto nalazište u Kini sadrži 958 hiljada tona galijuma u uglju - udvostručujući svjetske resurse galijuma).

Nema mnogo proizvođača galija. Jedan od lidera na tržištu galija je GEO Gallium. Njegovi glavni kapaciteti do 2006. godine sastojali su se od fabrike u Stadeu (Nemačka), gde se iskopa oko 33 tone godišnje, fabrike u Salindresu, koja prerađuje 20 tona godišnje (Francuska) i Pinjarra (Zapadna Australija) - potencijal (ali nije uveden u izgradnju) kapaciteta do 50 tona/god.

Godine 2006. pozicija proizvođača broj 1 je oslabila - preduzeće Stade kupili su engleski MCP i američki Recapture Metals.

Japanska kompanija Dowa Mining jedini je svjetski proizvođač primarnog galija iz koncentrata cinka kao nusproizvoda proizvodnje cinka. Puni kapacitet za primarni materijal Dowa Mininga procjenjuje se na do 20 tona/god.U Kazahstanu, preduzeće Aluminium of Kazakhstan u Pavlodaru ima puni kapacitet do 20 tona/godišnje.

Kina je postala veoma ozbiljan dobavljač galija. U Kini postoje 3 velika proizvođača primarnog galija - Geatwall Aluminium Co. (do 15 tona godišnje), Fabrika aluminijuma Shandong (oko 6 tona godišnje) i fabrika aluminijuma Guizhou (do 6 tona godišnje). Postoji i niz koprodukcija. Sumitomo Chemical je osnovao zajednička ulaganja u Kini sa kapacitetom do 40 tona godišnje. Američka kompanija AXT stvorila je zajedničko ulaganje Beijing JiYa semiconductor Material Co. sa najvećim kineskim aluminijumskim preduzećem Shanxi Aluminium Factory. sa produktivnošću do 20 tona godišnje.

Proizvodnja galija u Rusiji

U Rusiji je struktura proizvodnje galija određena formiranjem aluminijumske industrije. Dvije vodeće grupe koje su najavile spajanje, Russian Aluminium i SUAL, vlasnici su lokacija za galij stvorenih u rafinerijama glinice.

„Ruski aluminijum“: Nikolajevska rafinerija glinice u Ukrajini (klasična Bayerova hidrohemijska metoda za preradu tropskog boksita, kapacitet lokacije - do 12 tona galija/godišnje) i Ačinska rafinerija glinice u Rusiji (prerada sinterovanjem nefelinskih sirovina - urtita iz Depozit Kiya-Shaltyrskoye Krasnojarsk Territory, kapacitet lokacije – 1,5 tona galija/god.).

"SUAL": Kapaciteti u Kamensk-Uralskom (Bayer-ova tehnologija sinterovanja boksita severno-uralskog regiona rude boksita, kapacitet lokacije - do 2 tone galija godišnje), u Boksitogorskoj rafineriji glinice (prerađuje boksit Lenjingradska oblast metodom sinterovanja, kapacitet - 5 tona galija/godišnje, trenutno konzerviran) i "Pikalevsky Alumina" (prerađuje nefelinske koncentrate iz apatit-nefelinskih ruda Murmanske oblasti metodom sinterovanja, kapacitet lokacije - 9 tona galija/god.). Ukupno, sva preduzeća Rusala i SUAL-a mogu proizvesti preko 20 tona godišnje.

Stvarna proizvodnja je niža – na primjer, 2005. godine iz Rusije je izvezeno 8,3 tone galijuma, a iz Ukrajine 13,9 tona galija iz Nikolajevske rafinerije glinice.

Prilikom pripreme materijala korištene su informacije kompanije Kvar.

Ime:*
Email:
Komentar: