Massa atom galium. Gallium adalah logam yang meleleh di tangan Anda

Sebagian besar pembaca masih ingat tentang unsur dengan nomor atom 31 hanya saja ia merupakan salah satu dari tiga unsur yang diprediksi dan dijelaskan paling rinci oleh D.I. Mendeleev, dan galium itu adalah logam yang sangat mudah melebur: panas telapak tangan sudah cukup untuk mengubahnya menjadi cairan.

Namun, galium bukanlah logam yang paling mudah melebur (bahkan jika Anda mengecualikan merkuri). Titik lelehnya adalah 29,75 ° C, sedangkan cesium meleleh pada 28,5 ° C; hanya cesium, seperti logam alkali lainnya, tidak dapat ditangani, oleh karena itu, secara alami, galium lebih mudah meleleh di telapak tangan Anda daripada cesium.

Kami sengaja memulai cerita kami tentang elemen nomor 31 dengan menyebutkan apa yang diketahui hampir semua orang. Karena "yang diketahui" ini membutuhkan penjelasan. Semua orang tahu bahwa galium diprediksi oleh Mendeleev dan ditemukan oleh Lecoque de Boisbaudran, tetapi tidak semua orang tahu bagaimana penemuan itu terjadi. Hampir semua orang tahu bahwa galium dapat melebur, tetapi hampir tidak ada yang bisa menjawab pertanyaan mengapa galium dapat melebur.

Bagaimana galium ditemukan

Kimiawan Prancis Paul mile Lecoq de Boisbaudran tercatat dalam sejarah sebagai penemu tiga unsur baru: galium (1875), samarium (1879) dan disprosium (1886). Penemuan pertama ini membuatnya terkenal.

Saat itu, di luar Prancis, dia tidak banyak dikenal. Dia berusia 38 tahun, dia terutama terlibat dalam penelitian spektroskopi. Lecoq de Boisbaudran adalah seorang spektroskopi yang baik, dan ini akhirnya membawa kesuksesan: ia menemukan ketiga elemennya dengan metode analisis spektral.

Pada tahun 1875 Lecoq de Boisabaudran menyelidiki spektrum zinc blende yang dibawa dari Pierrefit (Pyrenees). Dalam spektrum ini, garis ungu baru (panjang gelombang 4170 ) ditemukan. Baris baru menunjukkan adanya elemen yang tidak diketahui dalam mineral, dan, secara alami, Lecoq de Boisbaudran melakukan segala upaya untuk mengisolasi elemen ini. Ini tidak mudah dilakukan: kandungan elemen baru dalam bijih kurang dari 0,1%, dan dalam banyak hal mirip dengan seng *. Setelah percobaan yang panjang, ilmuwan berhasil mendapatkan elemen baru, tetapi dalam jumlah yang sangat kecil. Sangat kecil (kurang dari 0,1 g) sehingga Lecoq de Boisbaudrappe tidak dapat sepenuhnya mempelajari sifat fisik dan kimianya.

Bagaimana galium diperoleh dari zinc blende dijelaskan di bawah ini.

Pesan tentang penemuan galium - ini adalah bagaimana elemen baru dinamai untuk menghormati Prancis (Gaul adalah nama Latinnya) - muncul dalam laporan Akademi Ilmu Pengetahuan Paris.

Pesan ini dibacakan oleh D.I. Mendeleev dan mengakui di galium eka-aluminium yang diprediksi olehnya lima tahun sebelumnya. Mendeleev segera menulis surat ke Paris. "Metode penemuan dan isolasi, serta beberapa sifat yang dijelaskan, memungkinkan untuk mengasumsikan bahwa logam baru tidak lebih dari eka-aluminium," - kata dalam suratnya. Kemudian mengulangi sifat yang diprediksi untuk elemen itu. Selain itu, tidak pernah memegang butir galium di tangannya, tanpa melihatnya langsung, ahli kimia Rusia berpendapat bahwa penemu unsur itu keliru, bahwa kerapatan logam baru tidak mungkin 4,7, seperti yang ditulis Lecoq de Boisbaudran - itu harus lebih besar sekitar 5,9 ... 6,0 g / cm 3!

Anehnya, tetapi yang pertama dari afirmasinya, "penguatan", belajar tentang keberadaan hukum periodik hanya dari surat ini. Dia kembali mengisolasi dan memurnikan butir galium secara menyeluruh untuk memeriksa hasil percobaan pertama. Beberapa sejarawan sains percaya bahwa ini dilakukan untuk mempermalukan "prediktor" Rusia yang percaya diri. Tetapi pengalaman menunjukkan sebaliknya: penemunya salah. Kemudian dia menulis: "Saya pikir tidak perlu untuk menunjukkan signifikansi luar biasa yang dimiliki oleh kepadatan elemen baru dalam kaitannya dengan konfirmasi pandangan teoritis Mendeleev."

Sifat lain dari unsur No. 31 yang diprediksi Mendeleev hampir sama persis dengan data eksperimen. "Prediksi Mendeleev menjadi kenyataan dengan penyimpangan kecil: eka-aluminium berubah menjadi galium." Beginilah cara Engels mencirikan peristiwa ini dalam Dialektika Alam.

Tak perlu dikatakan, penemuan elemen pertama yang diprediksi oleh Mendeleev secara signifikan memperkuat posisi hukum periodik.

Mengapa galium dapat melebur?

Memprediksi sifat-sifat galium, Mendeleev percaya bahwa logam ini harus dapat melebur, karena analognya dalam kelompok - aluminium dan indium - juga tidak berbeda dalam sifat tahan api.

Tetapi titik leleh galium sangat rendah, lima kali lebih rendah dari indium. Ini dijelaskan oleh struktur kristal galium yang tidak biasa. Kisi kristalnya tidak dibentuk oleh atom individu (seperti pada logam "normal"), tetapi oleh molekul diatomik. Molekul Ga2 sangat stabil, mereka bertahan bahkan ketika galium diubah menjadi keadaan cair. Tetapi molekul-molekul ini terhubung satu sama lain hanya dengan gaya van der Waals yang lemah, dan sangat sedikit energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatannya.

Beberapa sifat unsur 31 juga terkait dengan molekul diatomik. Dalam keadaan cair, galium lebih padat dan lebih berat daripada dalam bentuk padat. Konduktivitas listrik galium cair juga lebih besar daripada galium padat.

Seperti apa bentuk galium?

Secara lahiriah - terutama pada timah: logam lunak putih keperakan, tidak teroksidasi atau ternoda di udara.

Dan dalam hal sebagian besar sifat kimianya, galium dekat dengan aluminium. Seperti aluminium, galium memiliki tiga elektron di orbit luarnya. Seperti aluminium, galium dengan mudah, bahkan dalam cuaca dingin, berinteraksi dengan halogen (kecuali yodium). Kedua logam mudah larut dalam asam sulfat dan asam klorida, keduanya bereaksi dengan alkali dan memberikan hidroksida amfoter. Konstanta disosiasi reaksi

Ga (OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -

3 GaO 3 → 3Н + + GaO 3– 3

- jumlah pesanan yang sama.

Namun, ada perbedaan dalam sifat kimia galium dan aluminium.

Dengan oksigen kering, galium terasa teroksidasi hanya pada suhu di atas 260 ° C, sedangkan aluminium, jika kehilangan lapisan oksida pelindungnya, dioksidasi oleh oksigen dengan sangat cepat.

Dengan hidrogen, galium membentuk hidrida mirip dengan boron hidrida. Aluminium, di sisi lain, hanya mampu melarutkan hidrogen, tetapi tidak bereaksi dengannya.

Dan galium mirip dengan grafit, kuarsa, air.

Pada grafit - karena meninggalkan bekas abu-abu di atas kertas.

Pada kuarsa - anisotropi listrik dan termal.

Besarnya hambatan listrik kristal galium tergantung pada sumbu di mana arus mengalir. Rasio maksimum ke minimum adalah 7, lebih dari logam lainnya. Begitu juga dengan koefisien muai panas.

Nilainya dalam arah tiga sumbu kristalografi (kristal galium belah ketupat) terkait sebagai 31:16:11.

Dan galium mirip dengan air dalam hal itu, mengeras, mengembang. Peningkatan volume terlihat - 3,2%.

Kombinasi dari kesamaan yang kontradiktif ini berbicara tentang individualitas unik dari elemen no.31.

Selain itu, ia memiliki sifat yang tidak melekat pada elemen apa pun. Saat meleleh, ia dapat tetap sangat dingin selama berbulan-bulan di bawah titik lelehnya. Ini adalah satu-satunya logam yang tetap cair dalam kisaran suhu yang sangat besar dari 30 hingga 2230 ° C, dan volatilitas uapnya minimal. Bahkan dalam vakum tinggi, menguap terasa hanya pada 1000 ° C. Uap galium, tidak seperti logam padat dan cair, bersifat monoatomik. Transisi Ga 2 → 2Ga membutuhkan banyak energi; ini menjelaskan kesulitan menguapkan galium.

Kisaran suhu yang besar dari keadaan cair adalah dasar dari salah satu aplikasi teknis utama elemen No. 31.

Apa gunanya galium?

Termometer galium pada prinsipnya dapat mengukur suhu antara 30 dan 2230 ° C. Termometer Gallium sekarang tersedia untuk suhu hingga 1200 ° C.

Elemen No. 31 digunakan untuk produksi paduan dengan titik leleh rendah yang digunakan dalam perangkat sinyal. Paduan galium dengan indium meleleh sudah pada 16 ° C. Ini adalah paduan leleh terendah yang diketahui.

Senyawa intermetalik galium dengan unsur Golongan V - antimon dan arsenik - sendiri memiliki sifat semikonduktor.

Penambahan galium ke massa kaca memungkinkan untuk mendapatkan kacamata dengan indeks bias sinar cahaya yang tinggi, dan kacamata berdasarkan Ga 2 O 3 mentransmisikan sinar inframerah dengan baik.

Galium cair memantulkan 88% cahaya yang datang, sedangkan galium padat memantulkan sedikit lebih sedikit. Oleh karena itu, mereka membuat cermin galium sangat mudah dibuat - lapisan galium bahkan dapat diaplikasikan dengan kuas.

Kadang-kadang mereka menggunakan kemampuan galium untuk membasahi permukaan keras dengan baik, menggantikannya dengan merkuri dalam pompa vakum difusi. Pompa semacam itu "menahan" vakum lebih baik daripada pompa merkuri.

Upaya telah dilakukan untuk menggunakan galium dalam reaktor nuklir, tetapi hasil dari upaya ini hampir tidak dapat dianggap berhasil. Galium tidak hanya cukup aktif menangkap neutron (menangkap penampang 2.71 gudang), ia juga bereaksi pada suhu tinggi dengan sebagian besar logam.

Gallium belum menjadi bahan atom. Benar, isotop radioaktif buatannya 72 Ga (dengan waktu paruh 14,2 jam) digunakan untuk mendiagnosis kanker tulang. Gallium-72 klorida dan nitrat diserap oleh tumor, dan dengan memperbaiki karakteristik radiasi isotop ini, dokter hampir secara akurat menentukan ukuran formasi asing.

Seperti yang Anda lihat, kemungkinan praktis elemen 31 cukup lebar. Belum mungkin untuk menggunakannya sepenuhnya karena sulitnya memperoleh galium, unsur yang cukup langka (1,5 10 –3% dari berat kerak bumi) dan sangat tersebar. Sedikit yang diketahui tentang mineral intrinsik galium. Mineralnya yang pertama dan paling terkenal, Gallite CuGaS 2, baru ditemukan pada tahun 1956. Kemudian, dua mineral lagi ditemukan, yang sudah cukup langka.

Biasanya, galium ditemukan dalam seng, aluminium, bijih besi, serta dalam batu bara - sebagai pengotor yang tidak signifikan. Dan apa karakteristiknya: semakin banyak pengotor ini, semakin sulit untuk mengekstraknya, karena ada lebih banyak galium dalam bijih logam tersebut (aluminium, seng) yang sifatnya dekat dengannya. Sebagian besar galium terestrial terkandung dalam mineral aluminium.

galium(lat. Gallium), Ga, unsur kimia dari kelompok III dari sistem periodik D. I. Mendeleev, nomor seri 31, massa atom 69,72; logam lunak berwarna putih keperakan. Terdiri dari dua isotop stabil dengan nomor massa 69 (60,5%) dan 71 (39,5%).

Keberadaan galium ("ekaaluminium") dan sifat-sifat utamanya diprediksi pada tahun 1870 oleh D. I. Mendeleev. Unsur ini ditemukan melalui analisis spektral dalam campuran seng Pyrenean dan diisolasi pada tahun 1875 oleh ahli kimia Prancis P.E. Lecoque de Boisbaudran; dinamai Prancis (lat. Gallia). Kebetulan yang tepat dari sifat-sifat Galia dengan yang diprediksi adalah kemenangan pertama tabel periodik.

Kandungan galium rata-rata di kerak bumi relatif tinggi, 1,5 · 10 -3% massa, yang setara dengan kandungan timbal dan molibdenum. Gallium adalah elemen jejak yang khas. Satu-satunya mineral galium, galit CuGaS 2, sangat langka. Geokimia Gallium berkaitan erat dengan geokimia aluminium, karena kesamaan sifat fisikokimianya. Sebagian besar galium di litosfer terkandung dalam mineral aluminium. Kandungan galium dalam bauksit dan nefelin berkisar antara 0,002 hingga 0,01%. Peningkatan konsentrasi galium juga diamati pada sfalerit (0,01-0,02%), pada batu bara (bersama dengan germanium), dan juga pada beberapa bijih besi.

Sifat fisik galium. Gallium memiliki kisi belah ketupat (pseudotetragonal) dengan parameter a = 4,5197 , b = 7,6601 , c = 4,5257 . Kepadatan (g / cm 3) logam padat adalah 5,904 (20 ° C), cairan adalah 6,095 (29,8 ° C), yaitu, selama pemadatan, volume Gallium meningkat; titik leleh 29,8 °C, titik didih 2230 °C. Ciri khas Gallium adalah interval besar keadaan cair (2200 ° C) dan tekanan uap rendah pada suhu hingga 1100-1200 ° C. Panas spesifik galium padat adalah 376,7 J / (kg K), yaitu 0,09 kal / (g derajat) dalam kisaran 0-24 ° C, galium cair, masing-masing, 410 J / (kg K) , yaitu 0,098 kal / (g · deg) pada kisaran 29-100 ° C. Hambatan listrik spesifik (ohm cm) Gallium padat 53,4 · 10 -6 (0 ° C), cair 27,2 · 10 -6 (30 ° C). Viskositas (keseimbangan = 0,1 ns / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), tegangan permukaan 0,735 n / m (735 dyne / cm) (30 ° C dalam atmosfer H2) ... Koefisien refleksi untuk panjang gelombang 4360Å dan 5890Å berturut-turut adalah 75,6% dan 71,3%. Penampang penangkap neutron termal adalah 2,71 lumbung (2,7 · 10 -28 m 2).

Sifat kimia galium. Gallium stabil di udara pada suhu biasa. Di atas 260 ° C dalam oksigen kering, oksidasi lambat diamati (film oksida melindungi logam). Gallium larut perlahan dalam asam sulfat dan asam klorida, cepat dalam asam fluorida, dan galium stabil dalam asam nitrat dalam dingin. Gallium perlahan larut dalam larutan alkali panas. Klorin dan bromin bereaksi dengan galium dalam dingin, yodium - saat dipanaskan. Gallium cair pada suhu di atas 300 ° C berinteraksi dengan semua logam dan paduan struktural.

Senyawa trivalen paling stabil dari galium, yang dalam banyak hal memiliki sifat yang mirip dengan senyawa kimia aluminium. Selain itu, senyawa mono dan bivalen diketahui. Oksida tinggi Ga 2 O 3 adalah zat putih, tidak larut dalam air. Hidroksida yang sesuai diendapkan dari larutan garam galium dalam bentuk endapan agar-agar putih. Ini memiliki karakter amfoter yang diucapkan. Ketika dilarutkan dalam alkali, galat terbentuk (misalnya, Na), ketika dilarutkan dalam asam, garam galium terbentuk: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3, dll. Sifat asam galium hidroksida lebih menonjol daripada sifat asam aluminium hidroksida [interval Al ( OH) 3 terletak pada kisaran pH = 10,6-4,1, dan Ga (OH) 3 pada kisaran pH = 9,7-3,4].

Tidak seperti Al (OH) 3, Gallium hidroksida tidak hanya larut dalam alkali kuat, tetapi juga dalam larutan amonia. Saat mendidih, galium hidroksida kembali mengendap dari larutan amonia.

Dari garam galium, yang paling penting adalah GaCl 3 klorida (titik lebur 78 ° C, titik didih 200 ° C) dan Ga 2 (SO 4) 3 sulfat. Yang terakhir dengan logam alkali dan amonium sulfat membentuk garam ganda dari jenis tawas, misalnya (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. Gallium membentuk ferrocyanide Ga 4 3, yang sukar larut dalam air dan asam encer, yang dapat digunakan untuk memisahkannya dari Al dan sejumlah elemen lainnya.

Mendapatkan Galia. Sumber utama galium adalah produksi aluminium. Galium dalam pengolahan bauksit dengan metode Bayer dipekatkan dalam larutan induk yang bersirkulasi setelah pemisahan Al(OH)3. Gallium diisolasi dari larutan tersebut dengan elektrolisis pada katoda merkuri. Ga(OH)3 diendapkan dari larutan basa yang diperoleh setelah perlakuan amalgam dengan air, yang dilarutkan dalam alkali dan galium diisolasi dengan elektrolisis.

Dalam metode soda-lime untuk memproses bijih bauksit atau nepheline, Gallium terkonsentrasi pada fraksi terakhir dari sedimen yang dilepaskan selama proses karbonisasi. Untuk pengayaan tambahan, endapan hidroksida diolah dengan susu kapur. Dalam hal ini, sebagian besar Al tetap berada dalam endapan, dan Gallium masuk ke dalam larutan, dari mana konsentrat galium (6-8% Ga 2 O 3) dipisahkan dengan melewatkan CO 2; yang terakhir dilarutkan dalam alkali dan galium diisolasi secara elektrolitik.

Paduan anoda sisa dari proses pemurnian Al menggunakan metode elektrolisis tiga lapis juga dapat berfungsi sebagai sumber galium. Dalam produksi seng, sumber galium adalah asap (Waelz oksida) yang dihasilkan selama pemrosesan tailing pelindian seng cinder.

Gallium cair diperoleh dengan elektrolisis larutan basa, dicuci dengan air dan asam (HCl, HNO 3), mengandung 99,9-99,95% Ga. Logam yang lebih murni diperoleh dengan peleburan vakum, peleburan zona, atau dengan menarik satu kristal keluar dari lelehan.

Aplikasi galium. Aplikasi Gallium yang paling menjanjikan adalah dalam bentuk senyawa kimia seperti GaAs, GaP, GaSb dengan sifat semikonduktor. Mereka dapat digunakan dalam penyearah dan transistor suhu tinggi, baterai surya dan perangkat lain di mana efek fotolistrik dapat digunakan di lapisan pemblokiran, serta di penerima inframerah. Gallium dapat digunakan untuk membuat cermin optik yang sangat reflektif. Paduan aluminium dengan galium telah diusulkan sebagai pengganti merkuri sebagai katoda lampu radiasi ultraviolet yang digunakan dalam pengobatan. Galium cair dan paduannya telah diusulkan untuk digunakan dalam pembuatan termometer suhu tinggi (600-1300 ° C) dan manometer. Yang menarik adalah penggunaan Gallium dan paduannya sebagai pendingin cair dalam reaktor tenaga nuklir (hal ini terhalang oleh interaksi aktif Gallium pada suhu operasi dengan bahan struktural; paduan eutektik Ga-Zn-Sn memiliki efek korosif yang lebih rendah daripada murni galium).

GALIUM Logam

Gallium adalah elemen dari subkelompok utama dari kelompok ketiga periode keempat tabel periodik unsur kimia D. I. Mendeleev, dengan nomor atom 31. Dilambangkan dengan simbol Ga (Galium Latin). Termasuk dalam kelompok logam ringan. Galium zat sederhana (nomor CAS: 7440-55-3) adalah logam plastik lunak berwarna putih keperakan (menurut sumber lain, abu-abu muda) dengan warna kebiruan.

GALIUM Logam

Gallium: Titik lebur 29,76 ° C

toksisitas rendah, Anda dapat mengambilnya dan melelehkannya!

Bahan elektronik semikonduktor

Gallium Arsenide GaAs

- bahan yang menjanjikan untuk elektronik semikonduktor.

Gallium nitrida

digunakan dalam pembuatan laser semikonduktor dan LED dalam kisaran biru dan ultraviolet. Gallium nitrida memiliki sifat kimia dan mekanik yang sangat baik yang khas dari semua senyawa nitrida.

Isotop galium-71

adalah bahan yang paling penting untuk mendaftarkan neutrino, dan dalam hal ini, teknologi menghadapi masalah yang sangat mendesak untuk memisahkan isotop ini dari campuran alami untuk meningkatkan sensitivitas detektor neutrino. Karena kandungan 71Ga dalam campuran alami isotop sekitar 39,9%, isolasi isotop murni dan penggunaannya sebagai detektor neutrino dapat meningkatkan sensitivitas deteksi hingga 2,5 kali lipat.

Sifat kimia

Gallium mahal, pada tahun 2005 di pasar dunia satu ton gallium berharga 1,2 juta dolar AS, dan karena harganya yang tinggi dan pada saat yang sama dengan permintaan yang besar untuk logam ini, sangat penting untuk menetapkan ekstraksi lengkapnya di produksi aluminium dan pengolahan batubara pada bahan bakar cair.

Gallium memiliki sejumlah paduan yang berbentuk cair pada suhu kamar, dan salah satu paduannya memiliki titik leleh 3 ° C (In-Ga-Sn eutektik), tetapi di sisi lain, gallium (paduan pada tingkat lebih rendah) adalah sangat agresif untuk sebagian besar bahan struktural (retak dan erosi paduan pada suhu tinggi). Misalnya, dalam kaitannya dengan aluminium dan paduannya, galium adalah peredam kekuatan yang kuat (lihat pengurangan kekuatan adsorpsi, efek Rebinder). Sifat galium ini paling jelas ditunjukkan dan dipelajari secara rinci oleh P. A. Rebinder dan E. D. Shchukin ketika aluminium bersentuhan dengan galium atau paduan eutektiknya (penggetasan logam cair). Sebagai pendingin, galium tidak efektif dan seringkali tidak dapat diterima.

Gallium adalah pelumas yang sangat baik

... Atas dasar galium dan nikel, galium dan skandium, perekat logam, yang sangat penting dalam istilah praktis, telah dibuat.

Logam galium juga digunakan dalam termometer kuarsa (bukan merkuri) untuk mengukur suhu tinggi. Ini karena galium memiliki titik didih yang jauh lebih tinggi daripada merkuri.

Galium oksida adalah bagian dari sejumlah bahan laser penting yang strategis dari kelompok garnet - GHA, YAG, ISGG, dll.

Gallium belum menerima aplikasi industri yang luas. Saat ini, area penggunaan galium berikut telah diidentifikasi.
Termometer untuk suhu tinggi. Gallium memiliki titik leleh rendah (29,8 °) dan titik didih tinggi (~ 2200 °). Ini memungkinkannya digunakan untuk pembuatan termometer kuarsa untuk mengukur suhu tinggi (600-1300 °).
Paduan dengan titik leleh rendah. Gallium dengan sejumlah logam (bismut, timbal, timah, kadmium, indium, talium, dll.) membentuk paduan yang dapat melebur dengan titik leleh di bawah 60 °. Misalnya, paduan galium dengan 25% In meleleh pada suhu 16 °, titik leleh paduan galium dengan 8% Sn adalah 20 °. Titik leleh paduan eutektik (82% Ga, 12% Sn dan 6% Zn) adalah 17 °.
Sejumlah paduan rendah leleh yang mengandung galium telah diusulkan untuk perangkat sinyal (sekering sprinkler) yang digunakan dalam pemadaman kebakaran, tindakan yang didasarkan pada peleburan paduan ketika suhu tertentu terlampaui, yang menyebabkan aktivasi otomatis penyemprotan air. sistem.
Paduan dengan titik leleh rendah yang mengandung 60% Sn, 30% Ga dan 10% In diusulkan untuk termometer, bukan merkuri.
Baru-baru ini, perhatian telah ditarik pada kemungkinan menggunakan galium dan paduannya sebagai media cair untuk menghilangkan panas di pembangkit listrik, misalnya, panas yang dilepaskan dalam boiler nuklir. Keuntungan galium sebagai cairan penghantar panas adalah titik didihnya yang tinggi, dikombinasikan dengan konduktivitas termal yang tinggi. Namun, kendala penggunaan pendingin galium adalah interaksi galium dengan sebagian besar logam pada suhu tinggi.
Diusulkan untuk menggunakan paduan galium dalam kedokteran gigi daripada amalgam merkuri. Paduan berikut direkomendasikan untuk tambalan gigi; 40-80% Bi; 30-60% Sn; 0,5-0,8% Ga dan 61,5% Bi; 37,2% Sn; 1,3% Ga.
Cermin. Gallium memiliki kemampuan untuk melekat dengan baik pada kaca, yang memungkinkan untuk membuat cermin gallium. Cermin dapat dibuat dengan meremas galium di antara dua lembar kaca yang dipanaskan. Cermin Gallium memiliki tinggi
daya pemantulan. Untuk panjang gelombang 4,360 A reflektivitasnya 75,6%, untuk panjang gelombang 5,890 A - 71,3%. Galium cair memantulkan 88% dari insiden cahaya di cermin.
Area aplikasi lainnya. Diusulkan untuk menggunakan paduan aluminium-gallium sebagai pengganti merkuri sebagai katoda dari lampu radiasi ultraviolet yang digunakan dalam pengobatan. Radiasi yang dihasilkan diperkaya dengan sinar bagian spektrum biru dan merah, yang meningkatkan efek terapeutik radiasi.
Dimungkinkan untuk mengganti merkuri dengan galium dalam penyearah merkuri. Titik didih logam yang sangat tinggi memungkinkan untuk bekerja dengan beban yang jauh lebih tinggi daripada saat menggunakan merkuri.
Hal ini diketahui menggunakan garam galium sebagai komponen cat bercahaya (untuk menggairahkan pendaran fluoresen senyawa). Garam galium juga digunakan dalam kimia analitik, kedokteran, dan sebagai katalis dalam sintesis organik.

27.03.2019

Pertama-tama, Anda perlu memutuskan berapa banyak yang ingin Anda keluarkan untuk pembelian. Para ahli merekomendasikan kepada investor pemula jumlah dari 30 ribu rubel hingga 100. Layak ...

27.03.2019

Logam gulung di zaman kita secara aktif digunakan dalam berbagai situasi. Memang, di banyak industri tidak mungkin melakukannya tanpanya, karena logam yang digulung ...

27.03.2019

Gasket baja oval dirancang untuk menyegel koneksi flensa dari alat kelengkapan dan pipa yang mengangkut media korosif ....

26.03.2019

Banyak dari kita telah mendengar tentang posisi seperti itu sebagai administrator sistem, tetapi tidak semua orang tahu apa sebenarnya yang dimaksud dengan frasa ini ...

26.03.2019

Setiap orang yang melakukan perbaikan di kamarnya harus memikirkan struktur apa yang perlu dipasang di ruang interior. Di pasar...

26.03.2019

Saat ini, penganalisis gas secara aktif digunakan di industri minyak dan gas, di sektor utilitas, dalam proses analisis di kompleks laboratorium, untuk ...

26.03.2019

Saat ini, wadah logam secara aktif digunakan untuk penyimpanan stasioner berbagai jenis cairan, termasuk minyak dan produk minyak, di gudang, di ...

25.03.2019

Di Aljazair Qatari Steel, yang terletak di desa Bellara, inspeksi "panas" dari pabrik kawat dengan kapasitas sekitar ...

25.03.2019

Tingkat keandalan pasokan listrik tertinggi untuk konsumen yang bertanggung jawab dapat dicapai melalui pengoperasian generator yang berdiri sendiri. Mempertimbangkan...

Gallium adalah elemen dari subkelompok utama dari kelompok ketiga periode keempat tabel periodik unsur kimia D. I. Mendeleev, dengan nomor atom 31. Dilambangkan dengan simbol Ga (lat. galium). Termasuk dalam kelompok logam ringan. Zat sederhana galium adalah logam plastik lunak berwarna putih keperakan dengan warna kebiruan.

Nomor atom - 31

Massa atom - 69,723

Kepadatan, kg / m³ - 5910

Titik lebur, ° - 29.8

Kapasitas panas, kJ / (kg ° C) - 0,331

Elektronegativitas - 1,8

Jari-jari kovalen, - 1,26

ionisasi pertama potensial, eV - 6.00

Sejarah penemuan galium

Kimiawan Prancis Paul mile Lecoq de Boisbaudran tercatat dalam sejarah sebagai penemu tiga unsur baru: galium (1875), samarium (1879) dan disprosium (1886). Penemuan pertama ini membuatnya terkenal.

Pada tahun 1875, Lecoq de Boisbaudran menyelidiki spektrum campuran seng yang dibawa dari Pierrefit (Pyrenees). Dalam spektrum ini, garis ungu baru ditemukan. Baris baru menunjukkan adanya elemen yang tidak diketahui dalam mineral, dan, secara alami, Lecoq de Boisbaudran melakukan segala upaya untuk mengisolasi elemen ini. Ini tidak mudah dilakukan: kandungan elemen baru dalam bijih kurang dari 0,1%, dan dalam banyak hal mirip dengan seng *. Setelah percobaan yang panjang, ilmuwan berhasil mendapatkan elemen baru, tetapi dalam jumlah yang sangat kecil. Begitu kecilnya (kurang dari 0,1 g) sehingga Lecoq de Boisbaudran masih jauh dari mampu mempelajari sifat fisik dan kimianya sepenuhnya.

Pesan tentang penemuan galium - ini adalah bagaimana elemen baru dinamai untuk menghormati Prancis (Gaul adalah nama Latinnya) - muncul dalam laporan Akademi Ilmu Pengetahuan Paris.

Temuan orang Perancisdi alam

Kandungan galium rata-rata di kerak bumi adalah 19 g / t. Gallium adalah elemen jejak khas dengan sifat geokimia ganda. Satu-satunya mineral galium, galit CuGaS 2, sangat langka. Geokimia Gallium berkaitan erat dengan geokimia aluminium, karena kesamaan sifat fisikokimianya. Sebagian besar galium di litosfer terkandung dalam mineral aluminium. Karena kedekatan sifat kristal-kimia dengan unsur-unsur pembentuk batuan utama (Al, Fe, dll.) dan kemungkinan isomorfisme yang luas dengan mereka, galium tidak membentuk akumulasi besar, meskipun nilai clarke yang signifikan. Mineral berikut dengan kandungan galium tinggi dibedakan: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kasiterit (0 - 0,005%), garnet (0 - 0,003%), beryl (0 - 0,003%) , turmalin (0 - 0,01%), spodumene (0,001 - 0,07%), phlogopite (0,001 - 0,005%), biotit (0 - 0,1%), muskovit (0 - 0,01%), serisit (0 - 0,005%), lepidolit (0,001 - 0,03%), klorit (0 - 0,001%), feldspar (0 - 0,01%), nepheline (0 - 0,1%), heckmanite (0,01 - 0,07%), natrolite (0 - 0,1%).

Properti fisik orang Perancis

Mungkin sifat galium yang paling terkenal adalah titik lelehnya, yaitu 29,76 ° C. Ini adalah logam yang paling mudah melebur kedua dalam tabel periodik (setelah merkuri). Ini memungkinkan Anda untuk melelehkan logam sambil memegangnya di tangan Anda. Gallium adalah salah satu dari sedikit logam yang memuai ketika lelehan membeku (lainnya adalah Bi, Ge).

Galium kristal memiliki beberapa modifikasi polimorfik, namun hanya satu (I) yang stabil secara termodinamika, memiliki kisi ortorombik (pseudotetragonal) dengan parameter a = 4,5186 , b = 7,6570 , c = 4,5256 . Modifikasi lain dari galium (β, , , ) mengkristal dari logam terdispersi yang sangat dingin dan tidak stabil. Pada tekanan tinggi, dua struktur polimorfik galium II dan III diamati, masing-masing memiliki kisi kubik dan tetragonal.

Massa jenis galium dalam keadaan padat pada suhu T = 20 ° C adalah 5,904 g/cm³.

Salah satu fitur galium adalah rentang suhu yang luas untuk keberadaan keadaan cair (dari 30 hingga 2230 ° C), sementara itu memiliki tekanan uap yang rendah pada suhu hingga 1100 1200 ° C. Kalor jenis galium padat pada rentang suhu T = 0-24 ° C adalah 376,7 J / kg K (0,09 kal / g derajat), Dalam keadaan cair pada T = 29-100 ° C - 410 J / kg · K (0,098 kal / g · derajat).

Hambatan listrik spesifik dalam keadaan padat dan cair, masing-masing, 53,4 · 10 6 ohm · cm (pada T = 0 ° C) dan 27,2 · 10 −6 ohm · cm (pada T = 30 ° C). Viskositas galium cair pada temperatur yang berbeda adalah 1,612 poise pada T = 98 ° C dan 0,578 poise pada T = 1100 ° C. Tegangan permukaan yang diukur pada suhu 30°C dalam atmosfer hidrogen adalah 0,735 N/m. Koefisien refleksi untuk panjang gelombang 4360 dan 5890 berturut-turut adalah 75,6% dan 71,3%.

Galium alam terdiri dari dua isotop 69 Ga (61,2%) dan 71 Ga (38,8%). Penampang penangkapan neutron termal sama untuk mereka masing-masing 2,1 · 10 28 m2 dan 5,1 · 10 28 m2.

Gallium adalah elemen beracun rendah. Karena suhu leleh yang rendah, ingot galium direkomendasikan untuk diangkut dalam kantong polietilen, yang dibasahi dengan buruk oleh lelehan galium. Pada suatu waktu, logam itu bahkan digunakan untuk membuat tambalan (bukan amalgam). Aplikasi ini didasarkan pada fakta bahwa ketika mencampur bubuk tembaga dengan galium cair, pasta diperoleh, yang mengeras setelah beberapa jam (karena pembentukan senyawa intermetalik) dan kemudian dapat menahan pemanasan hingga 600 derajat tanpa meleleh.

Pada suhu tinggi, galium sangat korosif. Pada suhu di atas 500 ° C, itu menimbulkan korosi pada hampir semua logam kecuali tungsten, serta banyak bahan lainnya. Kuarsa tahan terhadap galium cair hingga 1100 ° C, tetapi masalah dapat muncul karena fakta bahwa kuarsa (dan sebagian besar gelas lainnya) dibasahi dengan baik oleh logam ini. Artinya, galium hanya akan menempel pada dinding kuarsa.

Sifat kimia orang Perancis

Sifat kimia galium mendekati sifat aluminium. Lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan logam di udara melindungi galium dari oksidasi lebih lanjut. Ketika dipanaskan di bawah tekanan, galium bereaksi dengan air, membentuk senyawa GaOOH menurut reaksi:

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

Gallium berinteraksi dengan asam mineral dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan garam, dan reaksi berlangsung bahkan di bawah suhu kamar:

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

Produk reaksi dengan alkali dan kalium dan natrium karbonat adalah hidroksogallat yang mengandung ion Ga (OH) 4 - dan, mungkin, Ga (OH) 6 3- dan Ga (OH) 2 -:

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

Gallium bereaksi dengan halogen: reaksi dengan klorin dan fluor terjadi pada suhu kamar, dengan bromin - sudah pada 35 ° C (sekitar 20 ° C - dengan pengapian), interaksi dengan yodium dimulai ketika dipanaskan.

Gallium tidak berinteraksi dengan hidrogen, karbon, nitrogen, silikon dan boron.

Pada suhu tinggi, galium mampu menghancurkan berbagai bahan dan efeknya lebih kuat daripada lelehan logam lainnya. Dengan demikian, grafit dan tungsten tahan terhadap aksi peleburan galium hingga 800 ° C, alundum dan berilium oksida BeO - hingga 1000 ° C, tantalum, molibdenum, dan niobium stabil hingga 400 450 ° C.

Dengan sebagian besar logam, galium membentuk gallida, dengan pengecualian bismut, serta logam dari subkelompok seng, skandium, dan titanium. Salah satu gallida V 3 Ga memiliki suhu transisi superkonduktor yang agak tinggi yaitu 16,8 K.

Gallium membentuk hidrida polimer:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Stabilitas ion menurun dengan urutan BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 -. Ion BH 4 stabil dalam larutan berair, AlH 4 - dan GaH 4 - dihidrolisis dengan cepat:

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

Ketika Ga (OH) 3 dan Ga 2 O 3 dilarutkan dalam asam, terbentuk kompleks aqua 3+, oleh karena itu, garam galium dilepaskan dari larutan berair dalam bentuk hidrat kristal, misalnya galium klorida GaCl 3 * 6H 2 O , galium kalium tawas KGa (SO 4) 2 * 12H 2 O.

Interaksi galium dengan asam sulfat berlangsung dengan cara yang menarik. Hal ini disertai dengan pelepasan unsur belerang. Dalam hal ini, belerang menyelimuti permukaan logam dan mencegah pembubarannya lebih lanjut. Jika Anda mencuci logam dengan air panas, reaksi akan berlanjut, dan akan berlanjut sampai "kulit" belerang baru tumbuh di galium.

Koneksi dasar orang Perancis

Ga 2 H 6- cairan yang mudah menguap, titik leleh 21.4 ° C, titik didih 139 ° C. Dalam suspensi eter dengan litium atau talium hidrat, membentuk senyawa LiGaH 4 dan TlGaH 4. Dibentuk dengan memperlakukan tetramethyldigallane dengan trietilamina. Memiliki koneksi pisang, seperti diboran

Ga 2 O 3- bubuk putih atau kuning, titik leleh 1795 ° C. Ada dua modifikasi. α- Ga 2 O 3 - kristal trigonal tidak berwarna dengan kepadatan 6,48 g / cm³, sedikit larut dalam air, larut dalam asam. β- Ga 2 O 3 - kristal monoklinik tidak berwarna dengan kepadatan 5,88 g / cm³, sedikit larut dalam air, asam dan alkali. Hal ini diperoleh dengan memanaskan galium logam di udara pada 260 ° C atau dalam atmosfer oksigen, atau dengan kalsinasi galium nitrat atau sulfat. H ° 298 (sampel) 1089,10 kJ / mol; G ° 298 (sampel) 998,24 kJ / mol; S ° 298 84,98 J / mol * K. Mereka menunjukkan sifat amfoter, meskipun sifat utama, dibandingkan dengan aluminium, ditingkatkan:

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- jatuh dalam bentuk endapan seperti jeli selama perawatan larutan garam galium trivalen dengan hidroksida dan karbonat logam alkali (pH 9,7). Ini larut dalam amonia pekat dan larutan pekat amonium karbonat, mengendap saat mendidih. Dengan pemanasan, galium hidroksida dapat diubah menjadi GaOOH, kemudian menjadi Ga 2 O 3 * H 2 O, dan terakhir menjadi Ga 2 O 3. Dapat diperoleh dengan hidrolisis garam galium trivalen.

GaF 3- Bubuk putih. t pl> 1000 ° C, t bp 950 ° C, kepadatan - 4,47 g / cm³. Sedikit larut dalam air. Diketahui hidrat kristalin GaF 3 · 3H 2 O. Diperoleh dengan memanaskan galium oksida dalam atmosfer fluor.

GaCl3- kristal higroskopis tidak berwarna. t pl 78 ° C, t bp 215 ° C, kepadatan - 2,47 g / cm³. Mari kita larut dengan baik dalam air. Ini terhidrolisis dalam larutan berair. Diperoleh langsung dari elemen. Ini digunakan sebagai katalis dalam sintesis organik.

GaBr 3- kristal higroskopis tidak berwarna. t pl 122 ° C, t bp 279 ° C kerapatan - 3,69 g / cm³. Ini larut dalam air. Ini terhidrolisis dalam larutan berair. Sedikit larut dalam amonia. Diperoleh langsung dari elemen.

GaI 3- Jarum kuning muda higroskopis. titik leleh 212 ° C, titik didih 346 ° C, kepadatan - 4,15 g / cm³. Itu dihidrolisis dengan air hangat. Diperoleh langsung dari elemen.

Gas 3- kristal kuning atau bubuk amorf putih dengan titik leleh 1250 ° C dan kepadatan 3,65 g / cm³. Bereaksi dengan air, sementara benar-benar terhidrolisis. Diperoleh dengan interaksi galium dengan belerang atau hidrogen sulfida.

Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- zat tidak berwarna, mudah larut dalam air. Ini diperoleh dengan interaksi galium, oksida dan hidroksidanya dengan asam sulfat. Dengan logam alkali dan amonium sulfat, mudah membentuk tawas, misalnya KGa (SO 4) 2 12H 2 O.

Ga (NO 3) 3 8H 2 O- kristal tidak berwarna, larut dalam air dan etanol. Terurai pada pemanasan untuk membentuk galium (III) oksida. Ini diperoleh dengan aksi asam nitrat pada galium hidroksida.

produksi galium

Sumber utama galium adalah produksi aluminium. Galium dalam pengolahan bauksit dengan metode Bayer dipekatkan dalam larutan induk yang bersirkulasi setelah pemisahan Al(OH)3. Gallium diisolasi dari larutan tersebut dengan elektrolisis pada katoda merkuri. Ga(OH)3 diendapkan dari larutan basa yang diperoleh setelah perlakuan amalgam dengan air, yang dilarutkan dalam alkali dan galium diisolasi dengan elektrolisis.

Aplikasi galium

Gallium arsenide GaAs adalah bahan yang menjanjikan untuk elektronik semikonduktor.

Gallium nitrida digunakan dalam pembuatan laser semikonduktor dan dioda pemancar cahaya biru dan ultraviolet. Gallium nitrida memiliki sifat kimia dan mekanik yang sangat baik yang khas dari semua senyawa nitrida.

Sebagai elemen dari kelompok III, berkontribusi pada peningkatan konduktivitas "lubang" dalam semikonduktor, galium (dengan kemurnian tidak kurang dari 99,999%) digunakan sebagai aditif untuk germanium dan silikon. Senyawa intermetalik galium dengan unsur Golongan V - antimon dan arsenik - sendiri memiliki sifat semikonduktor.

Isotop galium-71 adalah bahan yang paling penting untuk mendaftarkan neutrino, dan dalam hal ini, teknologi dihadapkan pada tugas yang sangat mendesak untuk memisahkan isotop ini dari campuran alami untuk meningkatkan sensitivitas detektor neutrino. Karena kandungan 71 Ga dalam campuran alami isotop sekitar 39,9%, isolasi isotop murni dan penggunaannya sebagai detektor neutrino dapat meningkatkan sensitivitas deteksi dengan faktor 2,5.

Penambahan galium ke massa kaca memungkinkan untuk mendapatkan kacamata dengan indeks bias sinar cahaya yang tinggi, dan kacamata berdasarkan Ga 2 O 3 mentransmisikan sinar inframerah dengan baik.

Gallium memiliki sejumlah paduan yang cair pada suhu kamar, dan salah satu paduannya memiliki titik leleh 3 ° C, tetapi di sisi lain, galium (paduan pada tingkat lebih rendah) sangat korosif terhadap sebagian besar bahan struktural (retak). dan erosi paduan pada suhu tinggi), dan sebagai pendingin, itu tidak efektif, dan seringkali tidak dapat diterima.

Gallium adalah pelumas yang sangat baik. Atas dasar galium dan nikel, galium dan skandium, praktis telah dibuat perekat logam yang sangat penting.

Logam galium juga digunakan dalam termometer kuarsa (bukan merkuri) untuk mengukur suhu tinggi. Ini karena galium memiliki titik didih yang jauh lebih tinggi daripada merkuri.

Galium oksida ditemukan di sejumlah bahan laser yang penting secara strategis.

Produksi galium di dunia

Produksi dunianya tidak melebihi dua ratus ton per tahun. Dengan pengecualian dua deposit yang baru ditemukan - pada tahun 2001 di Gold Canion, Nevada, AS dan pada tahun 2005 di Mongolia Dalam, Cina - galium tidak ditemukan di mana pun di dunia dalam konsentrasi komersial. (Dalam deposit terakhir, keberadaan 958 ribu ton galium dalam batu bara ditetapkan - ini adalah dua kali lipat dari sumber daya galium dunia).

Sumber daya galium dunia dalam bauksit saja diperkirakan melebihi 1 juta ton, dan dalam deposit tersebut di Cina, 958 ribu ton galium dalam batu bara adalah dua kali lipat dari sumber daya galium dunia).

Tidak banyak produsen galium. Salah satu pemimpin di pasar galium adalah GEO Gallium. Kapasitas utamanya hingga 2006 terdiri dari perusahaan di Stade (Jerman), di mana sekitar 33 ton per tahun ditambang, pabrik di Salindres, yang memproses 20 ton / tahun (Prancis) dan di Pinjarra (Australia Barat) - potensial (tetapi tidak ditugaskan) sistem) kapasitas hingga 50 ton / tahun.

Pada tahun 2006, posisi pabrikan #1 melemah - perusahaan di Stade dibeli oleh MCP Inggris dan American Recapture Metals.

Perusahaan Jepang Dowa Mining adalah satu-satunya produsen galium primer dari konsentrat seng di dunia selama proses produksi seng. Kapasitas penuh untuk bahan baku Pertambangan Dowa diperkirakan hingga 20 ton / tahun.Di Kazakhstan, perusahaan Aluminium Kazakhstan di Pavlodar - kapasitas penuh hingga 20 ton / tahun.

Cina telah menjadi pemasok galium yang sangat penting. Ada 3 produsen utama galium utama di Cina - Geatwall Aluminium Co. (hingga 15 ton/tahun), Pabrik Aluminium Shandong (sekitar 6 ton/tahun) dan Pabrik Aluminium Guizhou (hingga 6 ton/tahun). Ada juga sejumlah usaha patungan. Sumitomo Chemical telah mendirikan perusahaan patungan di China dengan kapasitas hingga 40 ton/tahun. Perusahaan Amerika AHT telah mendirikan perusahaan patungan Beijing JiYa Semiconductor Material Co. dengan perusahaan aluminium terbesar China Shanxi Aluminium Factory. dengan kapasitas hingga 20 ton/tahun.

Produksi Gallium di Rusia

Di Rusia, struktur produksi galium ditentukan oleh pembentukan industri aluminium. Dua kelompok terkemuka yang mengumumkan penggabungan, Aluminium Rusia dan SUAL, adalah pemilik plot galium yang dibuat di kilang alumina.

Aluminium Rusia: Kilang Nikolaev Alumina di Ukraina (metode hidrokimia klasik Bayer untuk pemrosesan bauksit tropis, kapasitas situs hingga 12 ton galium / tahun) dan Kilang Achinsk Alumina di Rusia (pemrosesan dengan sintering bahan baku nepheline - urtites dari deposit Kiya-Shaltyrsky di Wilayah Krasnoyarsk, kapasitas situs - 1,5 ton galium / tahun).

SUAL: Kapasitas di Kamensk-Uralsky (Teknologi sintering-Bayer bauksit dari wilayah bijih bauksit Ural Utara, kapasitas situs - hingga 2 ton galium / tahun), di kilang alumina Boksitogorsk (memproses bauksit wilayah Leningrad dengan sintering, kapasitas - 5 ton galium / tahun, saat ini kapur barus) dan "Pikalevsky alumina" (proses dengan sintering konsentrat nepheline dari bijih apatit-nepheline di wilayah Murmansk, kapasitas situs - 9 ton galium / tahun). Secara total, semua perusahaan Rusal dan SUAL dapat menghasilkan lebih dari 20 ton / tahun.

Produksi riil lebih rendah - misalnya, pada tahun 2005, 8,3 ton galium diekspor dari Rusia dan 13,9 ton galium dari Kilang Nikolaev Alumina diekspor dari Ukraina.

Dalam menyiapkan materi, informasi dari perusahaan "Kvar" digunakan.

Nama:*
Surel:
Komentar: