A gallium atomtömege. A gallium egy fém, amely megolvad a kézben

A 31-es rendszámú elemről a legtöbb olvasó csak arra emlékszik, hogy egyike annak a három elemnek, amelyet D. I. jósolt meg és írt le a legrészletesebben. Mengyelejev, és hogy a gallium nagyon olvadó fém: ahhoz, hogy folyékony legyen, elég a tenyér melege.

A gallium azonban nem a legolvadékonyabb fémek közül (még ha nem is számítjuk a higanyt). Olvadáspontja 29,75 °C, míg a cézium 28,5 °C-on olvad; csak a céziumot, mint minden alkálifémet, nem lehet kézbe venni, ezért a tenyerében természetesen könnyebben megolvasztja a galliumot, mint a céziumot.

Szándékosan kezdtük a 31. számú elemről szóló történetünket annak megemlítésével, amit szinte mindenki ismer. Mert ez az "ismert" magyarázatra szorul. Mindenki tudja, hogy a galliumot Mengyelejev jósolta, és Lecoq de Boisbaudran fedezte fel, de nem mindenki tudja, hogyan történt a felfedezés. Szinte mindenki tudja, hogy a gallium olvadó, de arra a kérdésre, hogy miért olvad, szinte senki sem tud válaszolni.

Hogyan fedezték fel a galliumot?

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus három új elem felfedezőjeként vonult be: a gallium (1875), a szamárium (1879) és a diszprózium (1886). E felfedezések közül az első meghozta neki a hírnevet.

Akkoriban Franciaországon kívül még kevesen ismerték. 38 éves volt, főleg spektroszkópiai kutatásokkal foglalkozott. Lecoq de Boisbaudran jó spektroszkópia volt, és ez végül sikerhez vezetett: spektrális elemzéssel fedezte fel mindhárom elemét.

1875-ben Lecoq de Boisbaudran megvizsgálta a Pierrefitte-ből (Pireneusok) származó cinkkeverék spektrumát. Ebben a spektrumban fedeztek fel egy új lila vonalat (hullámhossz: 4170 Ǻ). Az új vonal egy ismeretlen elem jelenlétét jelezte az ásványban, és természetesen a Lecoq de Boisbaudran mindent megtett ennek az elemnek az elkülönítésére. Ezt nem volt könnyű megtenni: az új elem tartalma az ércben kevesebb, mint 0,1%, és sok tekintetben hasonlított a cinkhez*. Hosszas kísérletek után a tudósnak sikerült új elemet szereznie, de nagyon kis mennyiségben. Olyan kicsi (kevesebb, mint 0,1 g), hogy a Lecoq de Boisbaudrap nem tudta teljes mértékben tanulmányozni fizikai és kémiai tulajdonságait.

Az alábbiakban leírjuk, hogyan nyerik a galliumot cinkkeverékből.

A gallium felfedezésének bejelentése tehát Franciaország tiszteletére szól (Gallia ő Latin név) új elemnek nevezték el – jelent meg a Párizsi Tudományos Akadémia jelentéseiben.

Ezt az üzenetet D.I. Mengyelejev felismerte az ekaalumíniumot, amelyet öt évvel korábban megjósolt, galliumban. Mengyelejev azonnal írt Párizsnak. „A felfedezés és az elkülönítés módszere, valamint a leírt néhány tulajdonság arra utal, hogy az új fém nem más, mint ekaalumínium” – áll a levelében. Ezután megismételte az elem előrejelzett tulajdonságait. Ráadásul az orosz kémikus, aki soha nem tartott a kezében egy galliumszemet, és nem látta a szemében, azt állította, hogy az elem felfedezője tévedett, az új fém sűrűsége nem lehet egyenlő 4,7-tel, ahogy Lecoq de Boisbaudran írta. - inkább 5,9...6,0 g/cm3 körül kell lennie!

Furcsa módon, de a létezésről időszakos törvény az első igenlő, "erősítő", csak ebből a levélből tanultam. Ismét elkülönítette és gondosan megtisztította a galliumszemcséket, hogy igazolja az első kísérletek eredményeit. Egyes tudománytörténészek úgy vélik, hogy ezt azért tették, hogy megszégyenítsék a magabiztos orosz "jóslót". A tapasztalat azonban az ellenkezőjét mutatja: a felfedező tévedett. Később ezt írta: "Azt hiszem, nem szükséges rámutatni arra, hogy egy új elem sűrűsége milyen kivételes fontossággal bír Mengyelejev elméleti nézeteinek megerősítése szempontjából."

A 31. számú elem Mengyelejev által megjósolt többi tulajdonságai szinte pontosan egybeestek a kísérleti adatokkal. – Mengyelejev jóslatai kisebb eltérésekkel beigazolódtak: az ekaalumínium galliummá változott. Engels így jellemzi ezt az eseményt a Természet dialektikájában.

Mondanunk sem kell, hogy a Mengyelejev által megjósolt első elem felfedezése jelentősen megerősítette a periodikus törvény pozícióját.

Miért olvadó a gallium?

A gallium tulajdonságait megjósolva Mengyelejev úgy vélte, hogy ennek a fémnek olvaszthatónak kell lennie, mivel a csoport analógjai - alumínium és indium - szintén nem különböznek a tűzállóságban.

De a gallium olvadáspontja szokatlanul alacsony, ötször alacsonyabb, mint az indiumé. Ez a galliumkristályok szokatlan szerkezetével magyarázható. Kristályrácsát nem egyes atomok (mint a "normál" fémeknél), hanem kétatomos molekulák alkotják. A Ga 2 molekulák nagyon stabilak, még akkor is megmaradnak, amikor a gallium folyékony halmazállapotúvá alakul. De ezeket a molekulákat csak gyenge van der Waals erők kapcsolják egymáshoz, és nagyon kevés energia szükséges a kapcsolatuk megszakításához.

A 31. számú elem néhány további tulajdonsága a molekulák kétatomosságához kapcsolódik. Folyékony állapotban a gallium sűrűbb és nehezebb, mint szilárd állapotban. A folyékony gallium elektromos vezetőképessége is nagyobb, mint a szilárd galliumé.

Hogyan néz ki a gallium?

Külsőleg - leginkább ónon: ezüstös-fehér puha fém, nem oxidálódik és nem szennyeződik a levegőben.

És a legtöbb kémiai tulajdonságban a gallium közel áll az alumíniumhoz. Az alumíniumhoz hasonlóan a galliumatom külső pályáján három elektron található. Az alumíniumhoz hasonlóan a gallium is könnyen, még hidegben is kölcsönhatásba lép a halogénekkel (a jód kivételével). Mindkét fém könnyen oldódik kén- és sósavban, mindkettő reakcióba lép lúgokkal és amfoter hidroxidokat ad. A reakciók disszociációs állandói

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3–3

azonos sorrendű mennyiségek.

Vannak azonban különbségek abban kémiai tulajdonságok gallium és alumínium.

Száraz oxigénnel a gallium csak 260 ° C feletti hőmérsékleten oxidálódik észrevehetően, és az alumíniumot, ha megfosztja védő oxidfilmjétől, az oxigén nagyon gyorsan oxidálja.

Hidrogénnel a gallium a bór-hidridekhez hasonló hidrideket képez. Az alumínium viszont csak a hidrogént képes feloldani, de nem reagál vele.

A gallium pedig hasonló a grafithoz, kvarchoz, vízhez.

Grafiton - az, amelyik szürke nyomot hagy a papíron.

Kvarcon - elektromos és termikus anizotrópia.

A galliumkristályok elektromos ellenállása attól függ, hogy melyik tengely mentén folyik az áram. A maximum és a minimum aránya 7 – több, mint bármely más fém. Ugyanez igaz a hőtágulási együtthatóra is.

Értékei három krisztallográfiai tengely (rombikus galliumkristályok) irányában 31:16:11 arányban állnak egymással.

A gallium pedig abban hasonlít a vízhez, hogy kitágul, amikor megkeményedik. A mennyiség növekedése észrevehető - 3,2%.

Ezeknek az egymásnak ellentmondó hasonlóságoknak már egy kombinációja is a 31. számú elem egyedi egyéniségéről beszél.

Ezenkívül olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek egyetlen elemben sem rejlenek. Olvadva több hónapig túlhűtve maradhat olvadáspontja alatt. Ez az egyetlen fém, amely széles, 30 és 2230 °C közötti hőmérséklet-tartományban folyadék marad, gőz illékonysága minimális. Nagy vákuumban is csak 1000°C-on párolog el észrevehetően. A galliumgőz, ellentétben a szilárd és folyékony fém egyatomos. A Ga 2 → 2Ga átmenet sok energiát igényel; ez magyarázza a gallium elpárologtatásának nehézségét.

A folyékony halmazállapotú nagy hőmérséklet-tartomány az alapja a 31. számú elem egyik fő műszaki alkalmazásának.

Mire jó a gallium?

A gallium hőmérők elvileg 30 és 2230°C közötti hőmérséklet mérését teszik lehetővé. A gallium hőmérők már 1200°C-ig elérhetők.

A 31. számú elem a jelzőberendezésekben használt alacsony olvadáspontú ötvözetek előállítására vonatkozik. A gallium és az indium ötvözete már 16°C-on megolvad. Az összes ismert ötvözet közül ez a legolvadékonyabb.

A gallium intermetallikus vegyületei az V csoport elemeivel - antimonnal és arzénnel - maguk is félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.

A gallium üvegmasszához való hozzáadása lehetővé teszi magas fénytörési indexű üvegek előállítását, a Ga 2 O 3 alapú üvegek pedig jól áteresztik az infravörös sugarakat.

A folyékony gallium a ráeső fény 88%-át visszaveri, a szilárd - valamivel kevesebbet. Ezért a gallium tükröket nagyon könnyű legyártani – a galliumbevonatot akár ecsettel is fel lehet vinni.

Néha a gallium azon képességét használják, hogy jól nedvesítse a szilárd felületeket, helyettesítve a diffúziós vákuumszivattyúkban a higanyt. Az ilyen szivattyúk jobban „tartják” a vákuumot, mint a higanyszivattyúk.

A galliumot nukleáris reaktorokban próbálták alkalmazni, de ezeknek a kísérleteknek az eredményei aligha tekinthetők sikeresnek. A gallium nemcsak aktívan befogja a neutronokat (2,71 barn keresztmetszetét rögzíti), hanem magas hőmérsékleten is reagál a legtöbb fémmel.

A gallium nem vált atomanyaggá. Igaz, mesterséges radioaktív izotópját, a 72 Ga-t (felezési ideje 14,2 óra) csontrák diagnosztizálására használják. A gallium-72-kloridot és a nitrátot a daganat adszorbeálja, és az erre az izotópra jellemző sugárzás rögzítésével az orvosok szinte pontosan meghatározzák az idegen képződmények méretét.

Mint látható, a 31. számú elem gyakorlati lehetőségei meglehetősen szélesek. A gallium beszerzési nehézségei miatt még nem sikerült teljesen felhasználni, meglehetősen ritka elem (a földkéreg tömegének 1,5 10 -3%-a) és nagyon szétszórt. A galliumnak kevés natív ásványa ismert. Első és leghíresebb ásványát, a gallit CuGaS 2-t csak 1956-ban fedezték fel. Később további két ásványt találtak, amelyek már meglehetősen ritkák.

A gallium általában cinkben, alumíniumban, vasércekben, valamint szénben található - jelentéktelen szennyeződésként. És ami jellemző: minél több ez a szennyeződés, annál nehezebb kivonni, mert azon fémek (alumínium, cink) érceiben több gallium van, amelyek tulajdonságaiban közel állnak hozzá. A földi gallium nagy részét alumínium ásványok zárják be.

Gallium(lat. Gallium), Ga, a III. csoport kémiai eleme periodikus rendszer D. I. Mengyelejev, sorozatszám 31, atomtömeg 69,72; ezüstös fehér puha fém. Két stabil izotópból áll, amelyek tömegszáma 69 (60,5%) és 71 (39,5%).

A gallium ("ekaaluminium") létezését és főbb tulajdonságait D. I. Mengyelejev 1870-ben jósolta meg. Az elemet spektrális elemzéssel fedezték fel pireneusi cinkkeverékben, és 1875-ben P. E. Lecoq de Boisbaudran francia kémikus izolálta; Franciaországról (lat. Gallia) nevezték el. A gallium tulajdonságainak pontos egybeesése az előrejelzettekkel volt a periodikus rendszer első diadala.

Az átlagos galliumtartalom in földkéreg viszonylag magas, 1,5 10 -3 tömeg%, ami megegyezik az ólom és molibdén tartalommal. A gallium tipikus nyomelem. Az egyetlen gallium ásvány, a CuGaS 2 gallit nagyon ritka. A gallium geokémiája szorosan összefügg az alumínium geokémiájával, ami annak köszönhető, hogy hasonló fizikai és kémiai tulajdonságok. A litoszférában található gallium nagy része alumínium ásványokba van zárva. A bauxit és a nefelin galliumtartalma 0,002 és 0,01% között van. Emelkedett koncentrációk A gallium a szfaleritekben (0,01-0,02%), a szénben (a germániummal együtt) és egyes vasércekben is megfigyelhető.

A gallium fizikai tulajdonságai. A galliumnak van egy rombuszos (pszeudotetragonális) rácsa, melynek paraméterei a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. A szilárd fém sűrűsége (g / cm 3) 5,904 (20 ° C), folyékony 6,095 (29,8 ° C), azaz a megszilárdulás során a gallium térfogata nő; tpl 29,8 °C, fp. 2230 °C. Megkülönböztető tulajdonság Gallium - a folyékony állapot nagy tartománya (2200 ° C) és alacsony gőznyomás 1100-1200 ° C-ig. A szilárd gallium fajlagos hőkapacitása 376,7 J / (kg K), azaz 0,09 cal / (g deg) 0-24 ° C tartományban, folyékony, illetve 410 J / (kg K), azaz 0,098 cal / (g fok) 29-100 °C tartományban. Szilárd gallium elektromos ellenállása (ohm cm) 53,4 10 -6 (0 °C), folyadék 27,2 10 -6 (30 °C). Viszkozitás (poise = 0,1 n s / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), felületi feszültség 0,735 n / m (735 dyn / cm) (30 ° C H 2 atmoszférában) . A 4360Å és 5890Å hullámhosszú visszaverődési együttható 75,6%, illetve 71,3%. A termikus neutronbefogás keresztmetszete 2,71 barn (2,7 10 -28 m 2).

A gallium kémiai tulajdonságai. A gallium normál hőmérsékleten levegőben stabil. 260°C felett száraz oxigénben lassú oxidáció figyelhető meg (az oxidfilm védi a fémet). Kénsavban és sósavban a gallium lassan, hidrogén-fluoridban gyorsan oldódik, salétromsavban hidegben a gallium stabil. A gallium lassan oldódik forró lúgos oldatokban. A klór és a bróm a galliummal reagál hidegben, jóddal - melegítéskor. Az olvadt gallium 300 ° C feletti hőmérsékleten kölcsönhatásba lép az összes szerkezeti fémmel és ötvözettel.

A gallium legstabilabb háromértékű vegyületei, amelyek sok tekintetben hasonlóak az alumínium kémiai vegyületeihez. Ezen kívül ismertek egy- és kétértékű vegyületek. Magasabb oxid Ga 2 O 3 - anyag fehér szín, vízben nem oldódik. A megfelelő hidroxid galliumsók oldataiból fehér zselatinos csapadék formájában válik ki. Kifejezetten amfoter jellege van. Lúgokban oldva gallátok (például Na), savakban oldva galliumsók: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 stb. képződnek. A gallium-hidroxid savas tulajdonságai kifejezettebbek, mint az alumínium-hidroxidé. [Az Al(OH)3 pH = 10,6-4,1, a Ga(OH) 3 pedig a pH = 9,7-3,4 tartományban van].

Az Al(OH) 3 -tól eltérően a gallium-hidroxid nemcsak erős lúgokban, hanem ammóniaoldatokban is oldódik. Forráskor az ammóniaoldatból ismét gallium-hidroxid válik ki.

A gallium sóiból legmagasabb érték GaCl3-kloridot (t pl 78 °C, forráspont: 200 °C) és Ga 2 (SO 4) 3-szulfátot tartalmaznak. Ez utóbbi alkálifém- és ammónium-szulfátokkal timsó típusú kettős sókat képez, például (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. A gallium vízben és híg savakban rosszul oldódó Ga 4 3 ferrocianidot képez, amely felhasználható az Al-tól és számos más elemtől való elválasztására.

Gallia megszerzése. A gallium fő forrása az alumíniumgyártás. A bauxit Bayer-módszerrel történő feldolgozása során a gallium az Al(OH) 3 allokációját követően a keringő anyalúgokban koncentrálódik. Az ilyen oldatokból a galliumot higanykatódon végzett elektrolízissel izolálják. Az amalgám vizes kezelését követően kapott lúgos oldatból Ga(OH) 3 csapódik ki, amelyet lúgban oldanak, és a galliumot elektrolízissel izolálják.

A bauxit vagy nefelinérc nátron-mész feldolgozási módszerével a gallium a karbonizáció során felszabaduló üledékek utolsó frakcióiban koncentrálódik. További dúsítás céljából a hidroxidok csapadékát mésztejjel kezelik. Ebben az esetben az Al nagy része a csapadékban marad, és a gallium oldatba megy át, amelyből CO 2 átengedésével galliumkoncentrátumot (6-8% Ga 2 O 3) izolálnak; ez utóbbit lúgban oldják és a galliumot elektrolitikusan izolálják.

A háromrétegű elektrolízises eljárással végzett alumínium-finomítási eljárás maradék anódötvözete szintén galliumforrásként szolgálhat. A cink előállítása során a gallium forrásai a cink salak kimosódási zagyának feldolgozása során keletkező szublimátok (Weltz-oxidok).

A lúgos oldat elektrolízisével nyert, vízzel és savakkal (HCl, HNO 3) mosott folyékony gallium 99,9-99,95% Ga-t tartalmaz. Vákuumos olvasztással, zónaolvasztással vagy az olvadékból egykristályt húzva tisztább fémet kapunk.

A gallium alkalmazása. A gallium legígéretesebb alkalmazása a formában van kémiai vegyületek típusú GaAs, GaP, GaSb, félvezető tulajdonságokkal. Használhatók magas hőmérsékletű egyenirányítókban és tranzisztorokban, napelemekben és egyéb olyan eszközökben, ahol a gátrétegben a fotoelektromos hatás alkalmazható, valamint infravörös sugárzás vevőkben. A galliumból nagy fényvisszaverő képességű optikai tükrök készíthetők. A gyógyászatban használt ultraibolya sugárzást sugárzó lámpák katódjaként higany helyett alumíniumötvözetet javasoltak galliummal. A folyékony galliumot és ötvözeteit magas hőmérsékletű hőmérők (600-1300°C) és manométerek gyártására javasolják. Érdekes a gallium és ötvözeteinek folyékony hűtőközegként való felhasználása erősáramú atomreaktorokban (ezt hátráltatja a gallium aktív kölcsönhatása üzemi hőmérsékleten a szerkezeti anyagokkal; a Ga-Zn-Sn eutektikus ötvözet kevésbé korrozív hatású, mint a tiszta gallium).

Fém GALLIUM

A gallium a periódusos rendszer negyedik periódusa harmadik csoportjának fő alcsoportjának eleme kémiai elemek D. I. Mengyelejev, 31-es rendszámmal. Ga (lat. Gallium) szimbólum jelöli. A könnyűfémek csoportjába tartozik. Az egyszerű anyag, a gallium (CAS-szám: 7440-55-3) ezüstfehér (más források szerint világosszürke) színű, kékes árnyalatú lágy, képlékeny fém.

Fém GALLIUM

Gallium: Olvadáspont: 29,76 °C

alacsony toxicitású, felveheti és megolvadhat!

Anyag félvezető elektronikához

Gallium-arzenid GaAs

a félvezető elektronika ígéretes anyaga.

gallium-nitrid

félvezető lézerek és LED-ek létrehozására használják kék és ultraibolya tartományban. A gallium-nitrid kiváló kémiai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek minden nitridvegyületre jellemzőek.

Gallium-71 izotóp

a neutrínók kimutatásának legfontosabb anyaga, és ezzel összefüggésben a technológiának nagyon sürgős feladat előtt áll, hogy ezt az izotópot természetes keverékből leválasztsák a neutrínódetektorok érzékenységének növelése érdekében. Mivel a természetes izotópkeverékben a 71Ga-tartalom körülbelül 39,9%, a tiszta izotóp izolálása és neutrínódetektorként való alkalmazása 2,5-szeresére növelheti a detektálási érzékenységet.

Kémiai tulajdonságok

A gallium drága, 2005-ben egy tonna gallium 1,2 millió dollárba került a világpiacon, és ennek a fémnek a magas ára és egyben nagy igénye miatt nagyon fontos, hogy az alumíniumgyártás során teljes kitermelését megteremtsük. és feldolgozás. kemény szén folyékony üzemanyaghoz.

A galliumnak számos olyan ötvözete van, amelyek szobahőmérsékleten folyékonyak, és az egyik ötvözete 3 °C olvadáspontú (In-Ga-Sn eutektikus), viszont a gallium (kisebb mértékben ötvözetek) nagyon agresszív a legtöbb szerkezeti anyaggal szemben (az ötvözetek repedése és eróziója magas hőmérsékleten). Például az alumíniummal és ötvözeteivel kapcsolatban a gallium erős szilárdságcsökkentő (lásd az adszorpciós szilárdság csökkentése, Rebinder-effektus). A galliumnak ezt a tulajdonságát legvilágosabban P. A. Rebinder és E. D. Shchukin mutatta be és tanulmányozta részletesen az alumínium galliummal vagy eutektikus ötvözeteivel való érintkezése során (folyékony-fém ridegség). Hűtőfolyadékként a gallium nem hatékony, és gyakran egyszerűen elfogadhatatlan.

A gallium kiváló kenőanyag

. A gallium és a nikkel, a gallium és a szkandium bázisán gyakorlati szempontból nagyon fontos fémragasztók jöttek létre.

A gallium fémet kvarc hőmérőkbe is töltik (higany helyett) a magas hőmérséklet mérésére. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a galliumban sokkal több van magas hőmérsékletű forr a higanyhoz képest.

A gallium-oxid a gránátcsoport számos stratégiailag fontos lézeranyagának része - GSHG, YAG, ISGG stb.

A gallium még nem kapott széles körű ipari alkalmazást. Jelenleg a gallium következő felhasználási területeit határozták meg.
Hőmérők magas hőmérséklethez. A gallium olvadáspontja alacsony (29,8°), forráspontja magas (~2200°). Ez lehetővé teszi a magas hőmérséklet (600-1300°) mérésére szolgáló kvarc hőmérők gyártásához.
Alacsony olvadáspontú ötvözetek. A gallium számos fémmel (bizmut, ólom, ón, kadmium, indium, tallium stb.) 60 °C alatti olvadáspontú, alacsony olvadáspontú ötvözeteket képez. Így például egy 25% In-tartalmú galliumötvözet 16°-os hőmérsékleten olvad, a 8% Sn-t tartalmazó galliumötvözet olvadáspontja 20°. Az eutektikus ötvözet (82% Ga, 12% Sn és 6% Zn) olvadáspontja 17°.
Számos alacsony olvadáspontú, gallium tartalmú ötvözet javasolt a tűzoltásban használt jelzőberendezésekhez (sprinkler biztosítékokhoz), amelyek működése azon alapul, hogy bizonyos hőmérséklet túllépése esetén az ötvözet megolvad, ami automatikus bekapcsolás vízpermetező rendszerek.
Hőmérőkhöz higany helyett 60% Sn-t, 30% Ga-t és 10% In-t tartalmazó olvadó ötvözetet javasoltak.
NÁL NÉL mostanában Felhívjuk a figyelmet arra a lehetőségre, hogy a galliumot és ötvözeteit folyékony közegként használják a hő eltávolítására erőművek, mint például az atomkazánokban felszabaduló hő. A gallium, mint hővezető folyadék előnye a magas forráspontja, valamint a magas hővezető képesség. A gallium hűtőközeg használatának akadálya azonban a gallium kölcsönhatása a legtöbb fémmel magas hőmérsékleten.
A higany-amalgámok helyett galliumötvözetek használatát javasolják a fogászatban. A következő ötvözetek ajánlottak fogtömésekhez; 40-80% Bi; 30-60% Sn; 0,5-0,8% Ga és 61,5% Bi; 37,2% Sn; 1,3% Ga.
Tükrök. A gallium jól tapad az üveghez, ami lehetővé teszi galliumtükrök gyártását. Tükör úgy készíthető, ha két felmelegített üveglap közé galliumot préselünk. A gallium tükrök magas
fényvisszaverő. 4,360 A hullámhossznál a visszaverődés 75,6%, 5,890 A hullámnál 71,3%. A folyékony gallium a tükörre eső fény 88%-át visszaveri.
Egyéb alkalmazási területek. A gyógyászatban használt ultraibolya sugárzást sugárzó lámpák katódjaként higany helyett alumíniumötvözet galliummal való felhasználását javasolják. A keletkező sugárzás a spektrum kék és vörös részének sugaraival gazdagodik, ami javítja terápiás hatás sugárzás.
Lehetőség van a higany galliummal való helyettesítésére a higany egyenirányítókban. A fém nagyon magas forráspontja lehetővé teszi, hogy jelentősen dolgozzon vele nagy terhelés mint a higannyal.
Ismeretes, hogy galliumsókat használnak világító festékek összetevőjeként (a vegyületek fluoreszkáló fényének gerjesztésére). A galliumsókat az analitikai kémiában, az orvostudományban és a szerves szintézis katalizátoraként is használják.

27.03.2019

Először is el kell döntenie, hogy mennyit hajlandó költeni a vásárlásra. A szakértők a kezdő befektetőknek 30 ezer rubeltől 100-ig terjedő összeget ajánlanak. Érdemes ...

27.03.2019

Korunkban a hengerelt fémet használják aktívan a legtöbben különböző helyzetekben. Valójában sok iparágban egyszerűen lehetetlen nélküle megtenni, mivel a hengerelt fém ...

27.03.2019

Az ovális keresztmetszetű acél tömítések az agresszív közeget szállító szerelvények és csővezetékek karimás csatlakozásainak tömítésére szolgálnak....

26.03.2019

Sokan hallottunk már ilyen rendszergazdai pozícióról, de nem mindenki tudja elképzelni, hogy ez a kifejezés pontosan mit is jelent....

26.03.2019

Minden személynek, aki a szobájában javításokat végez, el kell gondolkodnia azon, hogy milyen szerkezeteket kell telepíteni a belső térbe. A piacon...

26.03.2019

A gázelemzőket a mai napig aktívan használják az olaj- és gáziparban, az önkormányzati szektorban, laboratóriumi komplexumokban végzett elemzések során,...

26.03.2019

Manapság a fémtartályokat aktívan használják különféle folyadékok, köztük olaj és olajtermékek helyhez kötött tárolására a raktárakban,...

25.03.2019

Az Algerian Qatari Steel cégnél, amelynek székhelye: helység Bellara, a huzalmaró "forró" tesztjei megkezdődtek egy kb.

25.03.2019

A legmagasabb szint a felelős fogyasztók villamosenergia-ellátásának megbízhatósága autonóm generátorok működtetésével érhető el. Befogadás...

A gallium D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos rendszere negyedik periódusa harmadik csoportjának fő alcsoportjának egyik eleme, 31-es rendszámmal. A Ga (lat. Gallium). A könnyűfémek csoportjába tartozik. Az egyszerű anyag, a gallium puha, gömbölyű, kékes árnyalatú ezüstfehér fém.

Atomszám - 31

Atomtömeg - 69,723

Sűrűség, kg/m³ - 5910

Olvadáspont, ° С - 29,8

Hőkapacitás, kJ / (kg ° С) - 0,331

Elektronegativitás - 1,8

Kovalens sugár, Å - 1,26

1. ionizáció potenciál, ev - 6,00

A gallium felfedezésének története

1875-ben Lecoq de Boisbaudran megvizsgálta a Pierrefitte-ből (Pireneusok) származó cinkkeverék spektrumát. Ebben a spektrumban fedeztek fel egy új lila vonalat. Az új vonal egy ismeretlen elem jelenlétét jelezte az ásványban, és természetesen a Lecoq de Boisbaudran mindent megtett ennek az elemnek az elkülönítésére. Ezt nem volt könnyű megtenni: az új elem tartalma az ércben kevesebb, mint 0,1%, és sok tekintetben hasonlított a cinkhez*. Hosszas kísérletek után a tudósnak sikerült új elemet szereznie, de nagyon kis mennyiségben. Olyan kicsi (kevesebb, mint 0,1 g), hogy a Lecoq de Boisbaudran nem tudta teljes mértékben tanulmányozni fizikai és kémiai tulajdonságait.

A gallium felfedezésének bejelentése - így Franciaország (Gallia - latin neve) tiszteletére egy új elemet neveztek el - megjelent a Párizsi Tudományos Akadémia jelentéseiben.

Lelet Galliaa természetben

A földkéreg átlagos galliumtartalma 19 g/t. A gallium egy tipikus nyomelem, kettős geokémiai természettel. Az egyetlen gallium ásvány, a CuGaS 2 gallit nagyon ritka. A gallium geokémiája szorosan összefügg az alumínium geokémiájával, ami fizikai-kémiai tulajdonságaik hasonlóságából adódik. A litoszférában található gallium nagy része alumínium ásványokba van zárva. Kristálykémiai tulajdonságainak a fő kőzetalkotó elemekkel (Al, Fe stb.) való közelsége és a velük való izomorfizmus széles lehetősége miatt a gallium a jelentős clarke érték ellenére nem képez nagy felhalmozódást. A következő magas galliumtartalmú ásványokat különböztetjük meg: szfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kasszirit (0 - 0,005%), gránát (0 - 0,003%), berill (0 - 0,003%) ), turmalin (0-0,01%), spodumen (0,001-0,07%), flogopit (0,001-0,005%), biotit (0-0,1%), muszkovit (0-0,01%), szericit (0-0,005%), lepidolit (0,001-0,03%), klorit (0-0,001%), földpátok (0-0,01%), nefelin (0-0,1%), hecmanit (0,01-0,07%), natrolit (0-0,1%).

Fizikai tulajdonságok Gallia

A gallium talán leghíresebb tulajdonsága az olvadáspontja, amely 29,76 °C. Ez a második legolvadékonyabb fém a periódusos rendszerben (a higany után). Ez lehetővé teszi a fém megolvasztását, miközben a kezében tartja. A gallium azon kevés fémek egyike, amelyek az olvadék megszilárdulásakor kitágulnak (egyéb a Bi, Ge).

A kristályos galliumnak számos polimorf módosulata van, azonban csak egy (I) termodinamikailag stabil, ortorombikus (pszeudotetragonális) rácsával a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å paraméterekkel. A gallium egyéb módosulatai (β, γ, δ, ε) túlhűtött diszpergált fémből kristályosodnak ki, és instabilak. Megemelt nyomáson a gallium II és III két további polimorf szerkezetét figyelték meg, amelyek köbös, illetve tetragonális rácsokkal rendelkeznek.

A szilárd gallium sűrűsége T=20°C-on 5,904 g/cm³.

A gallium egyik jellemzője, hogy a folyékony halmazállapotú állapot létére széles hőmérsékleti tartományban van (30-2230 °C), míg gőznyomása 1100÷1200 °C-ig alacsony. Fajlagos hő szilárd gallium a T=0–24 °C hőmérséklet-tartományban 376,7 J/kg K (0,09 cal/g fok), folyékony állapotban T=29÷100 °C-on - 410 J/kg K (0,098) cal/g deg).

Az elektromos ellenállás szilárd és folyékony halmazállapotban rendre 53,4 10 -6 ohm cm (T=0 °C-on), illetve 27,2 10 -6 ohm cm (T=30 °C-on). Folyékony gallium viszkozitása at különböző hőmérsékletek egyenlő 1,612 poise T=98 °C-on és 0,578 poise T=1100 °C-on. A 30 °C-on hidrogénatmoszférában mért felületi feszültség 0,735 N/m. A 4360 Å és 5890 Å hullámhosszú reflexiós együtthatók 75,6%, illetve 71,3%.

A természetes gallium két izotópból áll: 69 Ga (61,2%) és 71 Ga (38,8%). A termikus neutronbefogás keresztmetszete 2,1·10 −28 m², illetve 5,1·10 −28 m².

A gallium alacsony toxikus elem. Az alacsony olvadáspont miatt a gallium tuskót polietilén zacskóban javasolt szállítani, amelyet a galliumolvadék rosszul nedvesít. Egy időben a fémet még tömések készítésére is használták (amalgámtömések helyett). Ez az alkalmazás azon alapul, hogy a rézport olvadt galliummal összekeverve pasztát kapunk, amely néhány óra múlva (intermetallikus vegyület képződése miatt) megkeményedik, majd olvadás nélkül kibírja akár 600 fokos felmelegedést is.

Magas hőmérsékleten a gallium nagyon agresszív anyag. 500 °C feletti hőmérsékleten a volfrám kivételével szinte minden fémet korrodál, valamint sok más anyagot is. A kvarc 1100°C-ig ellenáll az olvadt galliumnak, de probléma adódhat, mert a kvarcot (mint a legtöbb más üveget) ez a fém nagyon nedvesíti. Vagyis a gallium egyszerűen a kvarc falaihoz tapad.

Kémiai tulajdonságok Gallia

A gallium kémiai tulajdonságai közel állnak az alumíniuméhoz. A levegőben a fém felületén képződő oxidfilm megvédi a galliumot a további oxidációtól. Nyomás alatt hevítve a gallium vízzel reagál, és a reakció során GaOOH vegyületet képez:

2Ga + 4H2O = 2GaOOH + 3H2.

A gallium kölcsönhatásba lép ásványi savak hidrogén felszabadulásával és sók képződésével, és a reakció szobahőmérséklet alatt is lezajlik:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H 2

A lúgokkal, valamint a kálium- és nátrium-karbonátokkal képzett reakciótermékek Ga (OH) 4 - és esetleg Ga (OH) 6 3 - és Ga (OH) 2 - ionokat tartalmazó hidroxogallátok:

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

A gallium reagál halogénekkel: a reakció klórral és fluorral szobahőmérsékleten megy végbe, brómmal - már -35 ° C-on (körülbelül 20 ° C-on - gyulladással), a jóddal való kölcsönhatás hevítéskor kezdődik.

A gallium nem lép kölcsönhatásba hidrogénnel, szénnel, nitrogénnel, szilíciummal és bórral.

Magas hőmérsékleten a gallium különféle anyagokat képes elpusztítani, és hatása erősebb, mint bármely más fém olvadéka. Tehát a grafit és a volfrám 800 ° C-ig ellenáll a galliumolvadék hatásának, az alundum és a berillium-oxid BeO - 1000 ° C-ig, a tantál, a molibdén és a nióbium 400 ÷ 450 ° C-ig.

A legtöbb fémnél a gallium gallidokat képez, kivéve a bizmutot, valamint a cink, szkandium és titán alcsoportok fémeit. Az egyik V 3 Ga gallidnak meglehetősen magas a szupravezető átmeneti hőmérséklete, 16,8 K.

A gallium polimer hidrideket képez:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Az ionstabilitás csökken a BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - sorozatban. Ion BH 4 - vizes oldatban stabil, AlH 4 - és GaH 4 - gyorsan hidrolizál:

GaH 4 - + 4H 2 O \u003d Ga (OH) 3 + OH - + 4H 2 -

Amikor Ga (OH) 3 és Ga 2 O 3 feloldódik savakban, 3+ vízkomplexek képződnek, ezért a vizes oldatokból galliumsókat izolálnak kristályos hidrátok, például gallium-klorid GaCl 3 * 6H 2 O formájában. , kálium-gallium timsó KGa (SO 4) 2 * 12H2O.

Érdekes a gallium és a kénsav kölcsönhatása. Ez elemi kén felszabadulásával jár. Ebben az esetben a kén beburkolja a fém felületét, és megakadályozza további feloldódását. Ha kimosod a fémet forró víz, a reakció folytatódik, és addig tart, amíg a galliumon új kén „bőr” nem nő.

Alapvető kapcsolatok Gallia

Ga2H6- illékony folyadék, t pl −21,4 °C, fp t 139 °C. Lítiummal vagy tallium-hidráttal éteres szuszpenzióban LiGaH 4 és TlGaH 4 vegyületeket képez. A tetrametil-digallán trietil-aminnal való kezelésének eredményeként keletkezik. Vannak banánkötések, mint a diboránban

Ga2O3- fehér vagy sárga por, t pl 1795 °C. Két módosítás formájában létezik. α- Ga 2 O 3 - színtelen trigonális kristályok, sűrűsége 6,48 g / cm³, vízben gyengén oldódik, savakban oldódik. β- Ga 2 O 3 - színtelen monoklin kristályok, sűrűsége 5,88 g / cm³, vízben, savakban és lúgokban gyengén oldódik. Fémgallium levegőn 260 °C-on vagy oxigénatmoszférában történő hevítésével, vagy gallium-nitrát vagy -szulfát kalcinálásával nyerik. ΔH° 298(arr) −1089,10 kJ/mol; ΔG° 298(arr) –998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Amfoter tulajdonságokat mutatnak, bár a fő tulajdonságok az alumíniumhoz képest javultak:

Ga 2 O 3 + 6HCl \u003d 2GaCl 2 Ga 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na Ga 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaGaO 2 + CO 2

Ga(OH)3- zselészerű csapadék formájában kicsapódik a háromértékű gallium sóinak alkálifém-hidroxidokkal és -karbonátokkal történő kezelése során (pH 9,7). Tömény ammónia és tömény ammónium-karbonát oldatban oldódik, forralva kicsapódik. Melegítéssel a gallium-hidroxid GaOOH-vá, majd Ga 2 O 3 *H 2 O-vá, végül Ga 2 O 3 -dá alakítható. Háromértékű gallium sóinak hidrolízisével állítható elő.

GaF3- Fehér por. t pl > 1000 ° C, t kip 950 ° C, sűrűség - 4,47 g / cm³. Vízben kevéssé oldódik. Ismert kristályos GaF 3 · 3H 2 O. Gallium-oxid fluor atmoszférában történő hevítésével nyerik.

GaCl3- színtelen higroszkópos kristályok. t pl 78 ° C, t kip 215 ° C, sűrűség - 2,47 g / cm³. Vízben jól feloldjuk. NÁL NÉL vizes oldatok hidrolizált. Közvetlenül az elemekből nyert. Szerves szintézisekben katalizátorként használják.

GaBr3- színtelen higroszkópos kristályok. t pl 122 ° C, t kip 279 ° C sűrűség - 3,69 g / cm³. Vízben oldódik. Vizes oldatokban hidrolizál. Kissé oldódik ammóniában. Közvetlenül az elemekből nyert.

GaI 3- higroszkópos világossárga tűk. t pl 212 ° C, t kip 346 ° C, sűrűség - 4,15 g / cm³. Meleg vízzel hidrolizál. Közvetlenül az elemekből nyert.

GaS 3- sárga kristályok vagy fehér amorf por, t pl 1250 °C és sűrűsége 3,65 g/cm³. Kölcsönhatásba lép a vízzel, miközben teljesen hidrolizál. A gallium kénnel vagy kénhidrogénnel való kölcsönhatása révén nyerik.

Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- színtelen, vízben jól oldódó anyag. A gallium, oxidja és hidroxidja kénsawal való kölcsönhatása révén nyerik. Alkálifém- és ammónium-szulfátokkal könnyen timsót képez, például KGa (SO 4) 2 12H 2 O.

Ga(NO3)38H2O- színtelen kristályok, vízben és etanolban oldódnak. Melegítéskor gallium(III)-oxidot képezve bomlik. Cselekvéssel érhető el salétromsav gallium-hidroxidhoz.

Gallium beszerzése

A gallium fő forrása az alumíniumgyártás. A bauxit Bayer-módszerrel történő feldolgozása során a gallium az Al(OH) 3 allokációját követően a keringő anyalúgokban koncentrálódik. Az ilyen oldatokból a galliumot higanykatódon végzett elektrolízissel izolálják. Az amalgám vizes kezelését követően kapott lúgos oldatból Ga(OH) 3 csapódik ki, amelyet lúgban oldanak, és a galliumot elektrolízissel izolálják.

A gallium használata

A gallium-arzenid GaAs ígéretes anyag a félvezető elektronikában.

A gallium-nitridet félvezető lézerek és LED-ek létrehozására használják kék és ultraibolya tartományban. A gallium-nitrid kiváló kémiai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek minden nitridvegyületre jellemzőek.

A III. csoportba tartozó elemként, amely hozzájárul a félvezető „lyuk” vezetőképességének növeléséhez, a galliumot (legalább 99,999%-os tisztasággal) germánium és szilícium adalékaként használják. A gallium intermetallikus vegyületei az V csoport elemeivel - antimonnal és arzénnel - maguk is félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.

A gallium-71 izotóp a neutrínók kimutatásának legfontosabb anyaga, és e tekintetben a technológiának nagyon sürgős feladat előtt kell állnia, hogy a neutrínódetektorok érzékenységének növelése érdekében az izotópokat le kell választani a természetes keverékből. Mivel a természetes izotópkeverék 71 Ga-tartalma körülbelül 39,9%, a tiszta izotóp izolálása és neutrínódetektorként való alkalmazása 2,5-szeresére növelheti a detektálási érzékenységet.

A gallium üvegmasszához való hozzáadása lehetővé teszi magas fénytörési indexű üvegek előállítását, a Ga 2 O 3 alapú üvegek pedig jól áteresztik az infravörös sugarakat.

A gallium drága, 2005-ben egy tonna gallium 1,2 millió dollárba került a világpiacon, és a magas ára és egyben a fém iránti nagy igény miatt nagyon fontos a teljes kitermelésének megteremtése alumíniumgyártás és szénfeldolgozás folyékony tüzelőanyagon.

A galliumnak számos olyan ötvözete van, amelyek szobahőmérsékleten folyékonyak, és az egyik ötvözete 3 °C olvadáspontú, másrészt viszont a gallium (kisebb mértékben ötvözetek) nagyon agresszív a legtöbb szerkezeti anyaggal szemben (repedés). és az ötvözetek eróziója magas hőmérsékleten), hűtőfolyadékként pedig hatástalan, és gyakran egyszerűen elfogadhatatlan.

A gallium kiváló kenőanyag. A gallium és a nikkel, a gallium és a szkandium bázisán gyakorlatilag nagyon fontos fémragasztókat hoztak létre.

A gallium fémet kvarc hőmérőkbe is töltik (higany helyett) a magas hőmérséklet mérésére. Ennek az az oka, hogy a gallium forráspontja sokkal magasabb, mint a higanyé.

A gallium-oxid számos stratégiailag fontos lézeranyag összetevője.

Galliumtermelés a világon

Világtermelése nem haladja meg az évi kétszáz tonnát. Két nemrégiben felfedezett lelőhely kivételével - 2001-ben a nevadai Gold Canionban és 2005-ben a kínai Belső-Mongóliában - a gallium sehol a világon nem található ipari koncentrációban. (Utóbbi lelőhelyen 958 ezer tonna gallium jelenlétét állapították meg a szénben – ez a világ galliumkészletének megduplázódása).

Becslések szerint a világ galliumkészlete önmagában a bauxitban meghaladja az 1 millió tonnát, az említett kínai lelőhelyben pedig 958 ezer tonna galliumot szénben, ami megduplázza a gallium világkészletét).

Nem sok galliumtermelő létezik. A GEO Gallium az egyik vezető a galliumpiacon. Fő létesítményei 2006-ig a stadei (Németország) üzemből álltak, amely körülbelül 33 tonnát termel évente, egy salindresi, évi 20 tonnát feldolgozó üzemből (Franciaország) és Pinjarrában (Nyugat-Ausztrália) - potenciálisan (de nem üzembe helyezték). rendszer) 50 tonna/év kapacitásig.

2006-ban az első számú gyártó pozíciója meggyengült - a Stade vállalatot a brit MCP és az amerikai Recapture Metals vásárolta meg.

A japán Dowa Mining cég a világ egyetlen előállítója a cink-koncentrátumokból, mint a cinkgyártás melléktermékéből származó elsődleges galliumnak. A Dowa Mining teljes nyersanyag-kapacitását 20 tonna/évre becsülik, Kazahsztánban pedig a pavlodari Aluminium of Kazakhstan üzem teljes kapacitása 20 tonna/év.

Kína a gallium igen komoly szállítójává vált. Kínában az elsődleges gallium 3 fő gyártója van - a Geatwall Aluminium Co. (15 tonna/év), Shandong Alumíniumgyár (kb. 6 tonna/év) és Guizhou Alumíniumgyár (max. 6 tonna/év). Számos koprodukció is készült. A Sumitomo Chemical vegyesvállalatot hozott létre Kínában, amelynek kapacitása akár 40 tonna/év. Az amerikai AXT cég vegyesvállalatot alapított a legnagyobb kínai alumíniumipari vállalattal, a Shanxi Aluminium Factory Beijing JiYa semiconductor Material Co.-val. 20 tonna/év kapacitásig.

Gallium termelés Oroszországban

Oroszországban a galliumtermelés szerkezetét az alumíniumipar kialakulása határozza meg. Az egyesülést bejelentő két vezető csoport – a Russian Aluminium és a SUAL – a timföldfinomítóknál létrehozott galliumgyárak tulajdonosai.

Orosz alumínium: Nikolaev timföldfinomító Ukrajnában (klasszikus Bayer hidrokémiai módszer a trópusi bauxit feldolgozására, telephely kapacitása akár 12 tonna gallium/év) és Achinsk timföldfinomító Oroszországban (nefelin nyersanyagok feldolgozása – a Kiya-Shaltyrskoye lelőhely urtitei szinterezési módszer Krasznojarszk terület, területi kapacitása 1,5 tonna gallium/év).

SUAL: Kamensk-Uralsky kapacitások (Bayer szinterezési technológia az észak-uráli bauxitérc régió bauxitjaihoz, a telephely kapacitása - akár 2 tonna gallium/év), a boksitogorszki timföldfinomítóban (bauxitot dolgoz fel Leningrádi régió szinterezési módszer, kapacitás - 5 tonna gallium / év, jelenleg molygolyóval) és Pikalevszkij timföld (a murmanszki régió apatit-nefelin érceinek nefelinkoncentrátumait dolgozza fel szinterezéssel, telephely kapacitása - 9 tonna gallium / év). Összességében a Rusal és a SUAL összes vállalkozása több mint 20 tonna/év termelésére képes.

A tényleges termelés alacsonyabb - 2005-ben például 8,3 tonna galliumot exportáltak Oroszországból és 13,9 tonna galliumot a Nikolaev timföldfinomítóból Ukrajnából.

Az anyag elkészítésekor a Kvar cég információit használták fel.

Név:*
Email:
Megjegyzés: