Atommasse av gallium. Gallium er et metall som smelter i hendene dine

Om grunnstoffet med atomnummer 31 husker de fleste lesere bare at det er ett av de tre grunnstoffene som er forutsagt og beskrevet mest detaljert av D.I. Mendeleev, og at gallium er et veldig smeltbart metall: varmen fra håndflaten er nok til å gjøre den om til væske.

Gallium er imidlertid ikke det mest smeltbare av metaller (selv om du ikke teller kvikksølv). Smeltepunktet er 29,75°C, og cesium smelter ved 28,5°C; bare cesium, som ethvert alkalimetall, kan ikke tas i hendene, så det er naturlig nok lettere å smelte gallium i håndflaten enn cesium.

Vi begynte bevisst vår historie om element nr. 31 med å nevne noe som er kjent for nesten alle. Fordi dette "kjente" krever forklaring. Alle vet at gallium ble spådd av Mendeleev og oppdaget av Lecoq de Boisbaudran, men ikke alle vet hvordan funnet skjedde. Nesten alle vet at gallium er smeltbart, men nesten ingen kan svare på spørsmålet hvorfor det er smeltbart.

Hvordan ble gallium oppdaget?

Den franske kjemikeren Paul Emile Lecoq de Boisbaudran gikk ned i historien som oppdageren av tre nye grunnstoffer: gallium (1875), samarium (1879) og dysprosium (1886). Den første av disse oppdagelsene ga ham berømmelse.

På den tiden var han lite kjent utenfor Frankrike. Han var 38 år gammel og var først og fremst engasjert i spektroskopisk forskning. Lecoq de Boisbaudran var en god spektroskopist, og dette førte til slutt til suksess: han oppdaget alle tre elementene hans ved spektralanalyse.

I 1875 undersøkte Lecoq de Boisbaudran spekteret av sinkblanding hentet fra Pierrefitte (Pyreneene). En ny fiolett linje (bølgelengde 4170 Ǻ) ble oppdaget i dette spekteret. Den nye linjen indikerte tilstedeværelsen av et ukjent element i mineralet, og ganske naturlig gjorde Lecoq de Boisbaudran alt for å isolere dette elementet. Dette viste seg å være vanskelig å gjøre: Innholdet av det nye grunnstoffet i malmen var mindre enn 0,1 %, og på mange måter lignet det på sink*. Etter lange eksperimenter klarte forskeren å få tak i et nytt element, men i svært liten mengde. Så liten (mindre enn 0,1 g) at Lecoq de Boisbaudrap ikke var i stand til å studere dens fysiske og kjemiske egenskaper fullt ut.

Hvordan gallium oppnås fra sinkblanding er beskrevet nedenfor.

Kunngjøringen om oppdagelsen av gallium er til ære for Frankrike (Gallia er dens latinsk navn) et nytt element ble navngitt - dukket opp i rapporter fra Paris Academy of Sciences.

Denne meldingen ble lest av D.I. Mendeleev og gjenkjent i gallium eka-aluminium, som han hadde spådd fem år tidligere. Mendeleev skrev umiddelbart til Paris. "Oppdagelses- og isolasjonsmetoden, så vel som de få egenskapene som er beskrevet, får oss til å tro at det nye metallet er ingen ringere enn eka-aluminium," heter det i brevet hans. Deretter gjentok han egenskapene forutsagt for det elementet. Dessuten, uten noen gang å holde galliumkorn i hendene, uten å se det personlig, hevdet den russiske kjemikeren at oppdageren av elementet tok feil, at tettheten til det nye metallet ikke kan være lik 4,7, som Lecoq de Boisbaudran skrev, - den må være større, ca. 5,9...6,0 g/cm 3!

Merkelig nok, men om eksistensen periodisk lov den første av den er bekreftende, «styrkende», lærte jeg bare av dette brevet. Han isolerte og renset nok en gang galliumkorn for å sjekke resultatene fra de første eksperimentene. Noen vitenskapshistorikere mener at dette ble gjort med sikte på å vanære den selvsikre russiske "prediktoren". Men erfaringen viste det motsatte: oppdageren tok feil. Han skrev senere: "Det er ikke nødvendig, tror jeg, å påpeke den eksepsjonelle betydningen som tettheten av et nytt element har i forhold til bekreftelsen av Mendeleevs teoretiske synspunkter."

Andre egenskaper ved element nr. 31 forutsagt av Mendeleev falt nesten nøyaktig sammen med de eksperimentelle dataene. "Mendeleevs spådommer gikk i oppfyllelse med mindre avvik: eka-aluminium ble til gallium." Slik karakteriserer Engels denne hendelsen i «Dialectics of Nature».

Unødvendig å si at oppdagelsen av det første av elementene forutsagt av Mendeleev styrket posisjonen til den periodiske loven betydelig.

Hvorfor er gallium smeltbart?

For å forutsi egenskapene til gallium, mente Mendeleev at dette metallet skulle være smeltbart, siden dets analoger i gruppen - aluminium og indium - heller ikke er ildfaste.

Men smeltepunktet for gallium er uvanlig lavt, fem ganger lavere enn for indium. Dette forklares av den uvanlige strukturen til galliumkrystaller. Krystallgitteret er ikke dannet av individuelle atomer (som i "normale" metaller), men av diatomiske molekyler. Ga 2 molekyler er veldig stabile; de bevares selv når gallium overføres til flytende tilstand. Men disse molekylene er bare koblet til hverandre av svake van der Waals-krefter, og det trengs veldig lite energi for å ødelegge bindingen deres.

Noen andre egenskaper til grunnstoff nr. 31 er assosiert med diatomisiteten til molekyler. I flytende tilstand er gallium tettere og tyngre enn i fast tilstand. Den elektriske ledningsevnen til flytende gallium er også større enn for fast gallium.

Hvordan ser gallium ut?

Utvendig ser det mer ut som tinn: et sølvhvitt mykt metall; det oksiderer ikke eller anløper i luften.

Og i de fleste kjemiske egenskaper er gallium nær aluminium. I likhet med aluminium har galliumatomet tre elektroner i sin ytre bane. Som aluminium reagerer gallium lett, selv i kulde, med halogener (unntatt jod). Begge metaller løses lett i svovelsyre og saltsyre, og begge reagerer med alkalier og gir amfotere hydroksyder. Reaksjonsdissosiasjonskonstanter

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– mengder av samme ordre.

Det er imidlertid forskjeller i kjemiske egenskaper gallium og aluminium.

Gallium oksideres merkbart av tørt oksygen bare ved temperaturer over 260 °C, og aluminium, hvis det blir fratatt sin beskyttende oksidfilm, oksideres av oksygen veldig raskt.

Med hydrogen danner gallium hydrider som ligner på borhydrider. Aluminium kan bare løse opp hydrogen, men ikke reagere med det.

Gallium ligner også på grafitt, kvarts og vann.

På grafitt - fordi det etterlater et grått merke på papiret.

For kvarts – elektrisk og termisk anisotropi.

Størrelsen på den elektriske motstanden til galliumkrystaller avhenger av hvilken akse strømmen flyter langs. Maksimum til minimum forhold er 7, mer enn noe annet metall. Det samme gjelder for termisk ekspansjonskoeffisient.

Dens verdier i retning av tre krystallografiske akser (galliumkrystaller er rombiske) er i forholdet 31:16:11.

Og gallium ligner på vann ved at når det stivner, utvider det seg. Volumøkningen er merkbar – 3,2 %.

Kombinasjonen av disse motstridende likhetene alene taler om den unike individualiteten til element nr. 31.

I tillegg har den egenskaper som ikke finnes i noe annet element. Når den er smeltet, kan den forbli i en underkjølt tilstand i mange måneder ved en temperatur under smeltepunktet. Dette er det eneste metallet som forblir en væske i et stort temperaturområde fra 30 til 2230 °C, og flyktigheten til dampene er minimal. Selv i et dypt vakuum fordamper den merkbart bare ved 1000°C. Galliumdamp, i motsetning til fast og flytende metall monoatomisk. Ga 2 → 2Ga-overgangen krever store mengder energi; Dette forklarer vanskeligheten med galliumfordampning.

Det store temperaturområdet til den flytende tilstanden er grunnlaget for en av de viktigste tekniske bruksområdene til element nr. 31.

Hva er gallium bra for?

Galliumtermometre kan i prinsippet måle temperaturer fra 30 til 2230°C. Galliumtermometre er nå tilgjengelig for temperaturer opp til 1200°C.

Element nr. 31 brukes til produksjon av lavtsmeltende legeringer som brukes i signalutstyr. Gallium-indium-legeringen smelter allerede ved 16°C. Dette er den mest smeltbare av alle kjente legeringer.

Som et gruppe III-element som forbedrer "hull"-ledningsevnen i en halvleder, brukes gallium (med en renhet på minst 99,999%) som et tilsetningsstoff til germanium og silisium.

Intermetalliske forbindelser av gallium med gruppe V-elementer - antimon og arsen - har i seg selv halvlederegenskaper.

Tilsetning av gallium til glassmassen gjør det mulig å få glass med høy brytningsindeks for lysstråler, og glass basert på Ga 2 O 3 overfører infrarøde stråler godt.

Flytende gallium reflekterer 88 % av lyset som faller inn på det, fast gallium reflekterer litt mindre. Derfor lager de galliumspeil som er veldig enkle å produsere - galliumbelegget kan til og med påføres med en pensel.

Noen ganger brukes galliums evne til å fukte faste overflater godt, og erstatter kvikksølv i diffusjonsvakuumpumper. Slike pumper "holder" vakuum bedre enn kvikksølvpumper.

Det er gjort forsøk på å bruke gallium i atomreaktorer, men resultatene av disse forsøkene kan neppe anses som vellykkede. Ikke bare fanger gallium nøytroner ganske aktivt (fangstverrsnitt 2,71 fjøs), det reagerer også ved høye temperaturer med de fleste metaller.

Gallium ble ikke et atommateriale. Riktignok brukes dens kunstige radioaktive isotop 72 Ga (med en halveringstid på 14,2 timer) til å diagnostisere beinkreft. Gallium-72 klorid og nitrat adsorberes av svulsten, og ved å oppdage strålingen som er karakteristisk for denne isotopen, bestemmer leger nesten nøyaktig størrelsen på fremmede formasjoner.

Som du ser er de praktiske mulighetene til element nr. 31 ganske brede. Det har ennå ikke vært mulig å bruke dem helt på grunn av vanskeligheten med å få tak i gallium - et ganske sjeldent grunnstoff (1,5 10 -3% av vekten av jordskorpen) og veldig spredt. Få innfødte galliummineraler er kjent. Dets første og mest kjente mineral, gallitt CuGaS 2, ble oppdaget først i 1956. Senere ble ytterligere to mineraler, allerede svært sjeldne, funnet.

Vanligvis finnes gallium i sink, aluminium, jernmalm, så vel som i kull - som en mindre urenhet. Og hva er karakteristisk: jo større denne urenheten er, jo vanskeligere er det å utvinne den, fordi det er mer gallium i malmene til de metallene (aluminium, sink) som ligner på den i egenskaper. Hovedtyngden av terrestrisk gallium er inneholdt i aluminiummineraler.

Gallium(lat. Gallium), Ga, kjemisk grunnstoff av gruppe III periodiske tabell D.I. Mendeleev, serienummer 31, atommasse 69,72; sølvhvitt mykt metall. Består av to stabile isotoper med massetall 69 (60,5 %) og 71 (39,5 %).

Eksistensen av Gallium ("eka-aluminium") og dets grunnleggende egenskaper ble forutsagt i 1870 av D.I. Mendeleev. Grunnstoffet ble oppdaget ved spektralanalyse i pyreneisk sinkblanding og isolert i 1875 av den franske kjemikeren P. E. Lecoq de Boisbaudran; oppkalt etter Frankrike (lat. Gallia). Det nøyaktige sammentreffet mellom egenskapene til Gallium og de som ble forutsagt, var det periodiske systemets første triumf.

Gjennomsnittlig galliuminnhold i jordskorpen relativt høy, 1,5·10 -3 vekt%, som er lik innholdet av bly og molybden. Gallium er et typisk sporstoff. Galliums eneste mineral, gallitt CuGaS 2, er svært sjelden. Geokjemien til gallium er nært knyttet til geokjemien til aluminium, noe som skyldes likheten mellom deres Fysiske og kjemiske egenskaper. Hoveddelen av gallium i litosfæren er inneholdt i aluminiummineraler. Galliuminnholdet i bauxitter og nefelin varierer fra 0,002 til 0,01 %. Forhøyede konsentrasjoner Gallium er også observert i sphaleritt (0,01-0,02%), i steinkull (sammen med germanium), samt i noen jernmalmer.

Fysiske egenskaper til Gallium. Gallium har et ortorhombisk (pseudo-tetragonalt) gitter med parametere a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Tetthet (g/cm3) av fast metall er 5,904 (20°C), flytende metall er 6,095 (29,8°C), det vil si at ved størkning øker volumet av gallium; smeltetemperatur 29,8°C, koketemperatur 2230°C. Særpreget trekk Gallium har et stort område av flytende tilstand (2200°C) og lavt damptrykk ved temperaturer opp til 1100-1200°C. Den spesifikke varmekapasiteten til fast gallium er 376,7 J/(kg K), det vil si 0,09 cal/(g deg) i området 0-24°C, av flytende gallium, henholdsvis 410 J/(kg K) 0,098 cal/(g grader) i området 29-100°C. Den elektriske resistiviteten (ohm cm) til fast gallium er 53,4·10 -6 (0°C), væske 27,2·10 -6 (30°C). Viskositet (poise = 0,1 n sek/m2): 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), overflatespenning 0,735 n/m (735 dyn/cm) (30°C i H2-atmosfære). Refleksjonskoeffisientene for bølgelengdene 4360Å og 5890Å er henholdsvis 75,6 % og 71,3 %. Termisk nøytronfangst-tverrsnitt er 2,71 fjøs (2,7·10 -28 m2).

Kjemiske egenskaper til gallium. Gallium er stabilt i luft ved vanlige temperaturer. Over 260°C observeres langsom oksidasjon i tørt oksygen (oksidfilmen beskytter metallet). Gallium løses sakte opp i svovelsyre og saltsyre, raskt i flussyre, og er stabilt i kulde i salpetersyre. Gallium oppløses sakte i varme alkaliske løsninger. Klor og brom reagerer med Gallium i kulde, jod - ved oppvarming. Smeltet gallium ved temperaturer over 300°C samhandler med alle strukturelle metaller og legeringer.

De mest stabile er trivalente forbindelser av gallium, som i mange henseender ligner på kjemiske forbindelser av aluminium i egenskaper. I tillegg er mono- og divalente forbindelser kjent. Høyere oksid Ga 2 O 3 - stoff hvit, uløselig i vann. Det tilsvarende hydroksydet utfelles fra løsninger av galliumsalter i form av et hvitt gelatinøst bunnfall. Den har en uttalt amfoterisk karakter. Ved oppløsning i alkalier dannes gallater (for eksempel Na), ved oppløsning i syrer dannes galliumsalter: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 osv. De sure egenskapene til galliumhydroksid er mer uttalte enn de til aluminiumhydroksid [Al frigjøringsområde (OH) 3 ligger innenfor pH-området = 10,6-4,1, og Ga(OH) 3 innenfor pH-området = 9,7-3,4].

I motsetning til Al(OH) 3, løses galliumhydroksid ikke bare i sterke alkalier, men også i ammoniakkløsninger. Ved koking faller galliumhydroksid ut fra ammoniakkløsningen igjen.

Fra salter av gallium høyeste verdi ha GaCl 3 klorid (smelte 78 ° C, koke 200 ° C) og Ga 2 (SO 4) 3 sulfat. Sistnevnte, med sulfater av alkalimetaller og ammonium, danner dobbeltsalter av aluntypen, for eksempel (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. Gallium danner ferrocyanid Ga 4 3, som er lite løselig i vann og fortynnet syrer, som kan brukes til å skille det fra Al og en rekke andre grunnstoffer.

Innhenting av gallium. Hovedkilden for å skaffe gallium er aluminiumproduksjon. Ved bearbeiding av bauxitt ved bruk av Bayer-metoden konsentreres gallium i sirkulerende moderluter etter separering av Al(OH)3. Gallium isoleres fra slike løsninger ved elektrolyse ved en kvikksølvkatode. Fra den alkaliske løsningen oppnådd etter behandling av amalgamet med vann, utfelles Ga(OH) 3, som løses opp i alkali og gallium isoleres ved elektrolyse.

I soda-kalkmetoden for bearbeiding av bauxitt eller nefelinmalm, konsentreres Gallium i de siste fraksjonene av sedimentet som frigjøres under karboniseringsprosessen. For ytterligere anrikning behandles hydroksydbunnfallet med kalkmelk. I dette tilfellet forblir det meste av Al i sedimentet, og Gallium går i løsning, hvorfra galliumkonsentrat (6-8 % Ga 2 O 3) isoleres ved å passere CO 2; sistnevnte oppløses i alkali og gallium isoleres elektrolytisk.

Kilden til gallium kan også være den resterende anodelegeringen fra Al-raffineringsprosessen ved bruk av trelags elektrolysemetoden. Ved produksjon av sink er kildene til Gallium sublimater (Welz-oksider) som dannes under bearbeiding av sinkslagg som utluter avgangsmasser.

Flytende gallium oppnådd ved elektrolyse av en alkalisk løsning, vasket med vann og syrer (HCl, HNO 3), inneholder 99,9-99,95 % Ga. Et renere metall oppnås ved vakuumsmelting, sonesmelting eller ved å trekke en enkelt krystall fra smelten.

Påføring av gallium. Den mest lovende bruken av Gallium er i formen kjemiske forbindelser slik som GaAs, GaP, GaSb, som har halvlederegenskaper. De kan brukes i høytemperaturlikerettere og transistorer, solceller og andre enheter hvor den fotoelektriske effekten i blokkeringssjiktet kan brukes, samt i infrarøde strålingsmottakere. Gallium kan brukes til å lage optiske speil som er svært reflekterende. En legering av aluminium med gallium har blitt foreslått i stedet for kvikksølv som katoden til ultrafiolett strålingslamper som brukes i medisin. Det foreslås å bruke flytende gallium og dets legeringer for fremstilling av høytemperaturtermometre (600-1300°C) og trykkmålere. Av interesse er bruken av Gallium og dets legeringer som flytende kjølevæske i kraftkjernereaktorer (dette hindres av den aktive interaksjonen av Gallium ved driftstemperaturer med strukturelle materialer; den eutektiske Ga-Zn-Sn-legeringen har en mindre korrosiv effekt enn ren Gallium).

Metall GALLIUM

Gallium er et element i hovedundergruppen til den tredje gruppen i den fjerde perioden i det periodiske systemet kjemiske elementer D.I. Mendeleev, med atomnummer 31. Angitt med symbolet Ga (lat. Gallium). Tilhører gruppen lettmetaller. Det enkle stoffet gallium (CAS-nummer: 7440-55-3) er et mykt duktilt metall av sølvhvit (ifølge andre kilder, lysegrå) farge med en blåaktig fargetone.

Metall GALLIUM

Gallium: Smeltepunkt 29,76 °C

Lav toksisitet, du kan plukke den opp og smelte den!

Materiale for halvlederelektronikk

Galliumarsenid GaAs

- et lovende materiale for halvlederelektronikk.

Galliumnitrid

brukes til å lage halvlederlasere og lysdioder i det blå og ultrafiolette området. Galliumnitrid har utmerkede kjemiske og mekaniske egenskaper som er typiske for alle nitridforbindelser.

Gallium-71 isotop

er det viktigste materialet for å oppdage nøytrinoer og i forbindelse med dette står teknologien overfor en svært presserende oppgave med å isolere denne isotopen fra en naturlig blanding for å øke følsomheten til nøytrinodetektorer. Siden innholdet av 71Ga i en naturlig blanding av isotoper er ca. 39,9 %, kan isolasjonen av en ren isotop og dens bruk som nøytrino-detektor øke deteksjonsfølsomheten med 2,5 ganger.

Kjemiske egenskaper

Gallium er dyrt; i 2005 kostet et tonn gallium 1,2 millioner dollar på verdensmarkedet, og på grunn av den høye prisen og samtidig stor etterspørsel etter dette metallet, er det svært viktig å etablere fullstendig utvinning under aluminiumsproduksjon og prosessering steinkull for flytende drivstoff.

Gallium har en rekke legeringer som er flytende ved romtemperatur, og en av legeringene har et smeltepunkt på 3 °C (In-Ga-Sn eutektisk), men på den annen side er gallium (legeringer i mindre grad) svært aggressiv mot de fleste strukturelle materialer (sprekker og erosjon av legeringer ved høye temperaturer). For eksempel, i forhold til aluminium og dets legeringer, er gallium en kraftig styrkereduserende effekt (se adsorpsjonsreduksjon i styrke, Rehbinder-effekt). Denne egenskapen til gallium ble tydeligst demonstrert og studert i detalj av P. A. Rebinder og E. D. Shchukin under kontakten av aluminium med gallium eller dets eutektiske legeringer (sprøhet av flytende metall). Som kjølevæske er gallium ineffektivt og ofte rett og slett uakseptabelt.

Gallium er et utmerket smøremiddel

. Metalllim som er svært viktige rent praktisk er laget basert på gallium og nikkel, gallium og scandium.

Galliummetall brukes også til å fylle kvartstermometre (i stedet for kvikksølv) for å måle høye temperaturer. Dette skyldes at gallium har betydelig mer høy temperatur kokende sammenlignet med kvikksølv.

Galliumoksid er en del av en rekke strategisk viktige lasermaterialer i granatgruppen - GSGG, YAG, ISGG, etc.

Gallium har ennå ikke fått utbredt industriell bruk. For tiden er følgende områder for galliumbruk identifisert.
Termometre for høy temperatur. Gallium har et lavt smeltepunkt (29,8°) og et høyt kokepunkt (~2200°). Dette gjør at den kan brukes til fremstilling av kvartstermometre for måling av høye temperaturer (600-1300°).
Lavtsmeltende legeringer. Gallium med en rekke metaller (vismut, bly, tinn, kadmium, indium, thallium osv.) danner lavtsmeltende legeringer med smeltepunkt under 60°. For eksempel smelter en galliumlegering med 25% In ved en temperatur på 16°, smeltepunktet for en galliumlegering med 8% Sn er 20°. Smeltepunktet til en eutektisk legering (82 % Ga, 12 % Sn og 6 % Zn) er 17°.
En rekke lavsmeltende legeringer som inneholder gallium er foreslått for signalanordninger (sprinklersikringer) som brukes i brannslukking, hvis virkning er basert på smelting av legeringen når en viss temperatur overskrides, noe som forårsaker automatisk innkobling vannsprøytesystemer.
En lavtsmeltende legering som inneholder 60 % Sn, 30 % Ga og 10 % In har blitt foreslått for termometre for å erstatte kvikksølv.
I I det siste oppmerksomhet ble trukket til muligheten for å bruke gallium og dets legeringer som et flytende medium for varmefjerning til kraftverk for eksempel varmen som frigjøres i kjernefysiske kjeler. Fordelen med gallium som termisk ledende væske er dets høye kokepunkt, kombinert med høy varmeledningsevne. En hindring for bruk av galliumkjølevæske er imidlertid interaksjonen mellom gallium og de fleste metaller ved høye temperaturer.
Det har blitt foreslått å bruke galliumlegeringer i tannbehandling i stedet for kvikksølvamalgamer. Følgende legeringer anbefales for tannfyllinger; 40-80% Bi; 30-60% Sn; 0,5-0,8% Ga og 61,5% Bi; 37,2% Sn; 1,3 % Ga.
Speilene. Gallium har evnen til å feste seg godt til glass, noe som gjør det mulig å produsere galliumspeil. Speilet kan lages ved å klemme gallium mellom to oppvarmede glassplater. Gallium speil har høy
reflektivitet. For en bølgelengde på 4,360 A er reflektiviteten 75,6 %, for en bølgelengde på 5,890 A – 71,3 %. Flytende gallium reflekterer 88 % av lyset som faller inn på speilet.
Andre applikasjoner. Det er foreslått å bruke en aluminiumslegering med gallium i stedet for kvikksølv som katode for ultrafiolett strålingslamper som brukes i medisin. Den resulterende strålingen er beriket med stråler fra de blå og røde delene av spekteret, noe som forbedres terapeutisk effekt stråling.
Det er mulig å erstatte gallium med kvikksølv i kvikksølvlikerettere. Det svært høye kokepunktet til metallet gjør det mulig å arbeide med betydelig tunge belastninger enn ved bruk av kvikksølv.
Det er kjent å bruke galliumsalter som en komponent i lysende malinger (for å stimulere den fluorescerende gløden til forbindelser). Galliumsalter brukes også i analytisk kjemi, medisin og som katalysatorer i organisk syntese.

27.03.2019

Først av alt må du bestemme deg for hvor mye du er villig til å bruke på kjøpet. Eksperter anbefaler nybegynnere et beløp fra 30 tusen til 100 rubler. Det koster...

27.03.2019

Valset metall er nå aktivt brukt i de fleste ulike situasjoner. Faktisk kan mange bransjer rett og slett ikke klare seg uten det, siden valset metall ...

27.03.2019

Stålpakninger med ovalt tverrsnitt er konstruert for å tette flensforbindelser av beslag og rørledninger som transporterer aggressive medier....

26.03.2019

Mange av oss har hørt om en slik stilling som systemadministrator, men ikke alle forstår hva som menes med denne setningen....

26.03.2019

Hver person som gjør oppussing i lokalene sine, bør tenke på hvilke strukturer som må installeres i det indre rommet. På markedet...

26.03.2019

I dag brukes gassanalysatorer aktivt i olje- og gassindustrien, i offentlig forsyningssektoren, under analyser i laboratoriekomplekser, for...

26.03.2019

I dag brukes metallbeholdere aktivt for stasjonær lagring av ulike typer væsker, inkludert olje og petroleumsprodukter, i varehus,...

25.03.2019

På Algerian Qatari Steel, som ligger i lokalitet Bellara, "hot" testing av trådmøllen har startet med en effekt på ca.

25.03.2019

Høyeste nivå Pålitelig strømforsyning for ansvarlige forbrukere kan oppnås ved bruk av autonome generatorer. Ta innover seg...

Gallium er et element i hovedundergruppen til den tredje gruppen av den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D.I. Mendeleev, med atomnummer 31. Angitt med symbolet Ga (lat. Gallium). Tilhører gruppen lettmetaller. Det enkle stoffet gallium er et mykt, formbart metall av sølvhvit farge med en blåaktig fargetone.

Atomnummer - 31

Atommasse - 69.723

Tetthet, kg/m³ - 5910

Smeltepunkt, °C - 29,8

Varmekapasitet, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektronegativitet - 1,8

Kovalent radius, Å - 1,26

1. ionisering potensial, eV - 6,00

Historien om oppdagelsen av gallium

I 1875 undersøkte Lecoq de Boisbaudran spekteret av sinkblanding hentet fra Pierrefitte (Pyreneene). En ny fiolett linje ble oppdaget i dette spekteret. Den nye linjen indikerte tilstedeværelsen av et ukjent element i mineralet, og ganske naturlig gjorde Lecoq de Boisbaudran alt for å isolere dette elementet. Dette viste seg å være vanskelig å gjøre: Innholdet av det nye grunnstoffet i malmen var mindre enn 0,1 %, og på mange måter lignet det på sink*. Etter lange eksperimenter klarte forskeren å få tak i et nytt element, men i svært liten mengde. Så liten (mindre enn 0,1 g) at Lecoq de Boisbaudran ikke var i stand til å studere dens fysiske og kjemiske egenskaper fullt ut.

Oppdagelsen av gallium - dette er hvordan det nye elementet ble navngitt til ære for Frankrike (Gallia er dets latinske navn) - dukket opp i rapportene fra Paris Academy of Sciences.

Finne Galliai naturen

Gjennomsnittlig galliuminnhold i jordskorpen er 19 g/t. Gallium er et typisk sporstoff med en dobbel geokjemisk natur. Galliums eneste mineral, gallitt CuGaS 2, er svært sjelden. Geokjemien til gallium er nært knyttet til geokjemien til aluminium, noe som skyldes likheten mellom deres fysisk-kjemiske egenskaper. Hoveddelen av gallium i litosfæren er inneholdt i aluminiummineraler. På grunn av likheten mellom dens krystallkjemiske egenskaper med de viktigste steindannende elementene (Al, Fe, etc.) og den store muligheten for isomorfisme med dem, danner ikke gallium store ansamlinger, til tross for den betydelige clarke-verdien. Følgende mineraler med høyt galliuminnhold skilles ut: sfaleritt (0 – 0,1 %), magnetitt (0 – 0,003 %), kassiteritt (0 – 0,005 %), granat (0 – 0,003 %), beryl (0 – 0,003 %) , turmalin (0 – 0,01 %), spodumen (0,001 – 0,07 %), flogopitt (0,001 – 0,005 %), biotitt (0 – 0,1 %), muskovitt (0 – 0,01 %), serisitt ( 0 – 0,005 %), lepidolitt (0,001 – 0,03 %), kloritt (0 – 0,001 %), feltspat (0 – 0,01 %), nefelin (0 – 0,1 %), hekmanitt (0,01 – 0,07 %), natrolitt (0 – 0,1 %).

Fysiske egenskaper Gallia

Den kanskje mest kjente egenskapen til gallium er smeltepunktet, som er 29,76 °C. Det er det nest mest smeltbare metallet i det periodiske systemet (etter kvikksølv). Dette lar deg smelte metall mens du holder det i hånden. Gallium er et av få metaller som utvider seg når smelten størkner (de andre er Bi, Ge).

Krystallinsk gallium har flere polymorfe modifikasjoner, men bare en (I) er termodynamisk stabil, og har et ortorombisk (pseudo-tetragonalt) gitter med parametere a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Andre modifikasjoner av gallium (β, γ, δ, ε) krystalliserer fra superkjølt dispergert metall og er ustabile. Ved forhøyet trykk ble ytterligere to polymorfe strukturer av gallium II og III observert, med henholdsvis kubiske og tetragonale gitter.

Tettheten av gallium i fast tilstand ved en temperatur på T=20 °C er 5,904 g/cm³.

En av egenskapene til gallium er det brede temperaturområdet for eksistensen av den flytende tilstanden (fra 30 til 2230 °C), mens den har et lavt damptrykk ved temperaturer opp til 1100÷1200 °C. Spesifikk varme fast gallium i temperaturområdet T=0÷24 °C er 376,7 J/kg K (0,09 cal/g grader), i flytende tilstand ved T=29÷100 °C - 410 J/kg K (0,098 cal/ g grader).

Den elektriske resistiviteten i fast og flytende tilstand er lik henholdsvis 53,4·10−6 ohm·cm (ved T=0 °C) og 27,2·10−6 ohm·cm (ved T=30 °C). Viskositet av flytende gallium ved forskjellige temperaturer lik 1,612 poise ved T=98 °C og 0,578 poise ved T=1100 °C. Overflatespenningen målt ved 30 °C i en hydrogenatmosfære er 0,735 n/m. Refleksjonene for bølgelengdene 4360 Å og 5890 Å er henholdsvis 75,6 % og 71,3 %.

Naturlig gallium består av to isotoper 69 Ga (61,2%) og 71 Ga (38,8%). Tverrsnittet for termisk nøytronfangst for dem er henholdsvis 2,1·10−28 m² og 5,1·10−28 m².

Gallium er et lite giftig grunnstoff. På grunn av den lave smeltetemperaturen anbefales det å transportere galliumbarrer i polyetylenposer, som er dårlig fuktet av smeltet gallium. På en gang ble metallet til og med brukt til å lage fyllinger (i stedet for amalgam). Denne søknaden er basert på det faktum at når kobberpulver blandes med smeltet gallium, oppnås en pasta som etter noen timer stivner (på grunn av dannelsen av en intermetallisk forbindelse) og tåler oppvarming opp til 600 grader uten å smelte.

Ved høye temperaturer er gallium et svært aggressivt stoff. Ved temperaturer over 500 °C korroderer det nesten alle metaller unntatt wolfram, samt mange andre materialer. Kvarts er motstandsdyktig mot smeltet gallium opp til 1100 °C, men det kan oppstå et problem på grunn av at kvarts (og de fleste andre glass) er svært fuktet av dette metallet. Det vil si at gallium rett og slett vil holde seg til veggene i kvartsen.

Kjemiske egenskaper Gallia

De kjemiske egenskapene til gallium er nær de til aluminium. Oksydfilmen som dannes på overflaten av metallet i luft beskytter gallium mot ytterligere oksidasjon. Når det oppvarmes under trykk, reagerer gallium med vann, og danner forbindelsen GaOOH i henhold til reaksjonen:

2Ga + 4H20 = 2GaOOH + 3H2.

Gallium samhandler med mineralsyrer med frigjøring av hydrogen og dannelse av salter, og reaksjonen fortsetter selv under romtemperatur:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Produktene fra reaksjonen med alkalier og kalium- og natriumkarbonater er hydroksogallater som inneholder Ga(OH) 4 - og, muligens, Ga(OH) 6 3 - og Ga(OH) 2 - ioner:

2Ga + 6H2O + 2NaOH = 2Na +3H2

Gallium reagerer med halogener: reaksjonen med klor og fluor skjer ved romtemperatur, med brom - allerede ved -35 °C (ca. 20 °C - med tenning), begynner interaksjon med jod ved oppvarming.

Gallium interagerer ikke med hydrogen, karbon, nitrogen, silisium og bor.

Ved høye temperaturer er gallium i stand til å ødelegge forskjellige materialer og effekten er sterkere enn smelten av noe annet metall. Dermed er grafitt og wolfram motstandsdyktig mot galliumsmelting opp til 800 °C, alundum og berylliumoksid BeO - opp til 1000 °C, tantal, molybden og niob er motstandsdyktige opp til 400÷450 °C.

Med de fleste metaller danner gallium gallider, med unntak av vismut, samt metaller fra undergruppene sink, skandium og titan. En av V 3 Ga-gallidene har en ganske høy overgangstemperatur til den superledende tilstanden på 16,8 K.

Gallium danner polymerhydrider:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Stabiliteten til ioner avtar i serien BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . BH 4-ionet er stabilt i vandig løsning, AlH 4 og GaH 4 blir raskt hydrolysert:

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

Når Ga(OH) 3 og Ga 2 O 3 er oppløst i syrer, dannes vannkomplekser 3+, derfor isoleres galliumsalter fra vandige løsninger i form av krystallinske hydrater, for eksempel galliumklorid GaCl 3 * 6H 2 O, galliumkaliumalun KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

En interessant interaksjon mellom gallium og svovelsyre oppstår. Det er ledsaget av frigjøring av elementært svovel. I dette tilfellet omslutter svovel overflaten av metallet og forhindrer dets videre oppløsning. Hvis du vasker metallet varmt vann, vil reaksjonen fortsette og fortsette til en ny "hud" av svovel vokser på gallium.

Grunnleggende tilkoblinger Gallia

Ga2H6- flyktig væske, smeltepunkt −21,4 °C, kokepunkt 139 °C. I en eterisk suspensjon med litium- eller talliumhydrat danner den forbindelsene LiGaH 4 og TlGaH 4 . Dannet ved å behandle tetrametyldigallan med trietylamin. Det er bananbindinger, som i diboran

Ga2O3- hvitt eller gult pulver, smeltepunkt 1795 °C. Eksisterer i form av to modifikasjoner. α- Ga 2 O 3 - fargeløse trigonale krystaller med en tetthet på 6,48 g/cm³, lett løselig i vann, løselig i syrer. β- Ga 2 O 3 - fargeløse monokliniske krystaller med en tetthet på 5,88 g/cm³, lett løselig i vann, syrer og alkalier. Det oppnås ved å varme opp galliummetall i luft ved 260 °C eller i oksygenatmosfære, eller ved å kalsinere galliumnitrat eller -sulfat. ΔH° 298 (prøve) -1089,10 kJ/mol; ΔG° 298 (prøve) -998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. De viser amfotere egenskaper, selv om de grunnleggende egenskapene, sammenlignet med aluminium, er forbedret:

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- faller ut i form av et gelélignende bunnfall ved behandling av løsninger av treverdige galliumsalter med hydroksyder og karbonater av alkalimetaller (pH 9,7). Løser opp i konsentrert ammoniakk og konsentrert ammoniumkarbonatløsning, og feller ut ved koking. Ved oppvarming kan galliumhydroksid omdannes til GaOOH, deretter til Ga 2 O 3 * H 2 O, og til slutt til Ga 2 O 3. Kan oppnås ved hydrolyse av treverdige galliumsalter.

GaF 3- Hvitt pulver. t smelte >1000 °C, t koke 950 °C, tetthet - 4,47 g/cm³. Lite løselig i vann. GaF 3 · 3H 2 O krystallinsk hydrat er kjent Det oppnås ved oppvarming av galliumoksid i en fluoratmosfære.

GaCl3- fargeløse hygroskopiske krystaller. t smelte 78 °C, koke t 215 °C, tetthet - 2,47 g/cm³. La oss løse godt opp i vann. I vandige løsninger hydrolyserer. Innhentet direkte fra elementene. Brukes som katalysator i organiske synteser.

GaBr 3- fargeløse hygroskopiske krystaller. t smelte 122 °C, t koke 279 °C tetthet - 3,69 g/cm³. Løser opp i vann. Hydrolyserer i vandige løsninger. Lite løselig i ammoniakk. Innhentet direkte fra elementene.

GaI 3- hygroskopiske lysegule nåler. t smelte 212 °C, t koke 346 °C, tetthet - 4,15 g/cm³. Hydrolyserer med varmt vann. Innhentet direkte fra elementene.

GaS 3- gule krystaller eller hvitt amorft pulver med et smeltepunkt på 1250 °C og en tetthet på 3,65 g/cm³. Det samhandler med vann og er fullstendig hydrolysert. Det oppnås ved å reagere gallium med svovel eller hydrogensulfid.

Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- fargeløst, lett løselig stoff i vann. Det oppnås ved å reagere gallium, dets oksid og hydroksid med svovelsyre. Den danner lett alun med sulfater av alkalimetaller og ammonium, for eksempel KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

Ga(NO3)38H2O- fargeløse krystaller oppløselige i vann og etanol. Ved oppvarming brytes det ned for å danne gallium(III)oksid. Oppnådd ved handling salpetersyre for galliumhydroksid.

Innhenting av gallium

Hovedkilden for å skaffe gallium er aluminiumproduksjon. Ved bearbeiding av bauxitt ved bruk av Bayer-metoden konsentreres gallium i sirkulerende moderluter etter separering av Al(OH)3. Gallium isoleres fra slike løsninger ved elektrolyse ved en kvikksølvkatode. Fra den alkaliske løsningen oppnådd etter behandling av amalgamet med vann, utfelles Ga(OH) 3, som løses opp i alkali og gallium isoleres ved elektrolyse.

Anvendelser av gallium

Galliumarsenid GaAs er et lovende materiale for halvlederelektronikk.

Galliumnitrid brukes til å lage halvlederlasere og lysdioder i det blå og ultrafiolette området. Galliumnitrid har utmerkede kjemiske og mekaniske egenskaper som er typiske for alle nitridforbindelser.

Som et gruppe III-element som forbedrer "hull"-ledningsevnen i en halvleder, brukes gallium (med en renhet på minst 99,999%) som et tilsetningsstoff til germanium og silisium. Intermetalliske forbindelser av gallium med gruppe V-elementer - antimon og arsen - har i seg selv halvlederegenskaper.

Gallium-71 isotopen er det viktigste materialet for å oppdage nøytrinoer, og i denne forbindelse står teknologien overfor en svært presserende oppgave med å isolere denne isotopen fra en naturlig blanding for å øke følsomheten til nøytrino detektorer. Siden innholdet av 71 Ga i en naturlig blanding av isotoper er ca. 39,9 %, kan isolasjonen av en ren isotop og dens bruk som nøytrino-detektor øke deteksjonsfølsomheten med 2,5 ganger.

Tilsetning av gallium til glassmassen gjør det mulig å få glass med høy brytningsindeks for lysstråler, og glass basert på Ga 2 O 3 overfører infrarøde stråler godt.

Gallium er dyrt; i 2005, på verdensmarkedet, kostet et tonn gallium 1,2 millioner amerikanske dollar, og på grunn av den høye prisen og samtidig det store behovet for dette metallet, er det svært viktig å etablere fullstendig utvinning i aluminiumproduksjon og prosessering av kull i flytende brensel.

Gallium har en rekke legeringer som er flytende ved romtemperatur, og en av legeringene har et smeltepunkt på 3 °C, men på den annen side er gallium (legeringer i mindre grad) ganske aggressivt mot de fleste konstruksjonsmaterialer (sprekker) og erosjon av legeringer ved høy temperatur), og Som kjølevæske er det ineffektivt og ofte rett og slett uakseptabelt.

Gallium er et utmerket smøremiddel. Nesten svært viktige metalllim er laget på grunnlag av gallium og nikkel, gallium og scandium.

Galliummetall brukes også til å fylle kvartstermometre (i stedet for kvikksølv) for å måle høye temperaturer. Dette skyldes at gallium har et betydelig høyere kokepunkt sammenlignet med kvikksølv.

Galliumoksid er en komponent i en rekke strategisk viktige lasermaterialer.

Galliumproduksjon i verden

Dens verdensproduksjon overstiger ikke to hundre tonn per år. Med unntak av to nylig oppdagede forekomster - i 2001 i Gold Canyon, Nevada, USA og i 2005 i Indre Mongolia, Kina - finnes ikke gallium i industrielle konsentrasjoner noe sted i verden. (I sistnevnte forekomst ble tilstedeværelsen av 958 tusen tonn gallium i kull etablert - dette er en dobling av verdens galliumressurser).

Verdens galliumressurser i bauxitt alene er beregnet til å overstige 1 million tonn, og den nevnte forekomsten i Kina inneholder 958 tusen tonn gallium i kull – en dobling av verdens galliumressurser).

Det er ikke mange galliumprodusenter. En av lederne på galliummarkedet er GEO Gallium. Hovedkapasiteten frem til 2006 besto av et anlegg i Stade (Tyskland), hvor det utvinnes rundt 33 tonn per år, et anlegg i Salindres, som behandler 20 tonn/år (Frankrike) og i Pinjarra (Vest-Australia) - potensial (men ikke introdusert) i konstruksjon) kapasitet opp til 50 tonn/år.

I 2006 ble posisjonen til produsenten nr. 1 svekket - Stade-bedriften ble kjøpt av engelske MCP og amerikanske Recapture Metals.

Det japanske selskapet Dowa Mining er verdens eneste produsent av primærgallium fra sinkkonsentrater som et biprodukt fra sinkproduksjon. Full kapasitet for primærmateriale til Dowa Mining er estimert til å være opptil 20 tonn/år I Kasakhstan har Aluminium of Kazakhstan-bedriften i Pavlodar en full kapasitet på opptil 20 tonn/år.

Kina har blitt en veldig seriøs leverandør av gallium. Det er 3 store produsenter av primært gallium i Kina - Geatwall Aluminium Co. (opptil 15 tonn/år), Shandong aluminiumsverk (ca. 6 tonn/år) og Guizhou aluminiumsverk (opptil 6 tonn/år). Det er også en rekke samproduksjoner. Sumitomo Chemical har etablert joint ventures i Kina med en kapasitet på opptil 40 tonn/år. Det amerikanske selskapet AXT har opprettet et joint venture Beijing JiYa semiconductor Material Co. med det største kinesiske aluminiumsbedriften Shanxi Aluminium Factory. med en produktivitet på opptil 20 tonn/år.

Galliumproduksjon i Russland

I Russland bestemmes strukturen til galliumproduksjonen av dannelsen av aluminiumsindustrien. De to ledende gruppene som annonserte sammenslåingen, Russian Aluminium og SUAL, er eiere av galliumanlegg opprettet ved aluminaraffinerier.

"Russian Aluminium": Nikolaevsky Alumina Refinery i Ukraina (klassisk Bayer hydrokjemisk metode for prosessering av tropisk bauxitt, plasskapasitet - opptil 12 tonn gallium / år) og Achinsk Alumina Refinery i Russland (behandling ved sintring av nefelinråmaterialer - urtitter fra Kiya-Shaltyrskoye innskudd Krasnoyarsk-territoriet, plasskapasitet – 1,5 tonn gallium/år).

"SUAL": Kapasitet i Kamensk-Uralsky (Bayer-sintringsteknologi for bauxitt i Nord-Ural bauxittmalmregionen, kapasitet på stedet - opptil 2 tonn gallium / år), ved Boksitogorsk aluminaraffineriet (behandler bauxitt Leningrad-regionen etter sintringsmetode, kapasitet - 5 tonn gallium/år, for tiden møllkule) og "Pikalevsky Alumina" (behandler nefelinkonsentrater fra apatitt-nefelinmalmer i Murmansk-regionen ved sintringsmetode, stedskapasitet - 9 tonn gallium/år). Totalt kan alle foretak av Rusal og SUAL produsere over 20 tonn/år.

Den faktiske produksjonen er lavere - for eksempel ble det i 2005 eksportert 8,3 tonn gallium fra Russland og 13,9 tonn gallium fra Nikolaev Alumina Refinery fra Ukraina.

Ved utarbeidelse av materialet ble informasjon fra Kvar-selskapet brukt.

Navn:*
E-post:
En kommentar: