Masa atomică a galiului. Galiul este un metal care se topește în mâini

Dintre elementul cu număr atomic 31, cei mai mulți cititori își amintesc doar că este unul dintre cele trei elemente prezise și descrise cel mai detaliat de D.I. Mendeleev, iar acel galiu este un metal foarte fuzibil: pentru a-l transforma într-un lichid, căldura palmei este suficientă.

Cu toate acestea, galiul nu este cel mai fuzibil dintre metale (chiar dacă nu numărați mercurul). Punctul său de topire este de 29,75°C, în timp ce cesiul se topește la 28,5°C; doar cesiu, ca orice metal alcalin, nu poți lua în mâini, prin urmare, în palmă, în mod natural, este mai ușor să topești galiul decât cesiul.

Am început în mod deliberat povestea noastră despre elementul nr. 31 cu o mențiune despre ceea ce este cunoscut de aproape toată lumea. Pentru că acest „cunoscut” are nevoie de o explicație. Toată lumea știe că galiul a fost prezis de Mendeleev și descoperit de Lecoq de Boisbaudran, dar nu toată lumea știe cum a avut loc descoperirea. Aproape toată lumea știe că galiul este fuzibil, dar aproape nimeni nu poate răspunde la întrebarea de ce este fuzibil.

Cum a fost descoperit galiul?

Chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran a intrat în istorie ca descoperitorul a trei elemente noi: galiu (1875), samariu (1879) și disproziu (1886). Prima dintre aceste descoperiri i-a adus faima.

Pe vremea aceea, în afara Franței, era puțin cunoscut. Avea 38 de ani, era angajat în principal în cercetări spectroscopice. Lecoq de Boisbaudran a fost un bun spectroscopist, iar acest lucru a condus în cele din urmă la succes: el și-a descoperit toate cele trei elemente prin analiză spectrală.

În 1875, Lecoq de Boisbaudran a investigat spectrul de blende de zinc aduse de la Pierrefitte (Pirinei). În acest spectru a fost descoperită o nouă linie violetă (lungime de undă 4170 Ǻ). Noua linie a indicat prezența unui element necunoscut în mineral și, în mod destul de natural, Lecoq de Boisbaudran a făcut toate eforturile pentru a izola acest element. Acest lucru nu a fost ușor de făcut: conținutul noului element din minereu era mai mic de 0,1% și, în multe privințe, era similar cu zincul*. După experimente îndelungate, omul de știință a reușit să obțină un nou element, dar într-o cantitate foarte mică. Atât de mic (mai puțin de 0,1 g) încât Lecoq de Boisbaudrap nu și-a putut studia pe deplin proprietățile fizice și chimice.

Cum se obține galiul din blenda de zinc este descris mai jos.

Anunțul descoperirii galiului - deci în cinstea Franței (Gallia - numele său latin) a fost numit un nou element - a apărut în rapoartele Academiei de Științe din Paris.

Acest mesaj a fost citit de D.I. Mendeleev a recunoscut ekaaluminiul, pe care îl prezisese cu cinci ani mai devreme, în galiu. Mendeleev a scris imediat Parisului. „Metoda de descoperire și izolare, precum și puținele proprietăți descrise, sugerează că noul metal nu este altceva decât ekaaluminiu”, a spus scrisoarea sa. Apoi a repetat proprietățile prezise pentru acel element. Mai mult decât atât, niciodată ținând un grăunte de galiu în mâini, fără să-l vadă în ochi, chimistul rus a susținut că descoperitorul elementului s-a înșelat, că densitatea noului metal nu poate fi egală cu 4,7, așa cum scria Lecoq de Boisbaudran. - trebuie sa fie mai mult de 5,9...6,0 g/cm3!

Oricât de ciudat ar părea, dar primul dintre cei afirmativi, „întăritori” ai săi a aflat despre existența legii periodice doar din această scrisoare. A izolat din nou și a purificat cu grijă boabele de galiu pentru a verifica rezultatele primelor experimente. Unii istorici ai științei cred că acest lucru a fost făcut pentru a-l face de rușine pe „predictorul” rus încrezător în sine. Dar experiența a arătat contrariul: descoperitorul s-a înșelat. Mai târziu a scris: „Nu este necesar, cred, să subliniem importanța excepțională pe care o are densitatea unui element nou în raport cu confirmarea concepțiilor teoretice ale lui Mendeleev”.

Celelalte proprietăți ale elementului nr. 31 prezise de Mendeleev au coincis aproape exact cu datele experimentale. „Predicțiile lui Mendeleev s-au adeverit cu abateri minore: ekaaluminiu s-a transformat în galiu”. Așa caracterizează Engels acest eveniment în Dialectica naturii.

Inutil să spun că descoperirea primului element prezis de Mendeleev a întărit semnificativ poziția legii periodice.

De ce galiul este fuzibil?

Prevăzând proprietățile galiului, Mendeleev a crezut că acest metal ar trebui să fie fuzibil, deoarece analogii săi din grup - aluminiu și indiu - nu diferă nici în ceea ce privește refractaritatea.

Dar punctul de topire al galiului este neobișnuit de scăzut, de cinci ori mai mic decât cel al indiului. Acest lucru se explică prin structura neobișnuită a cristalelor de galiu. Rețeaua sa cristalină nu este formată din atomi individuali (ca în metalele „normale”), ci din molecule diatomice. Moleculele Ga 2 sunt foarte stabile; ele se păstrează chiar și atunci când galiul este transformat în stare lichidă. Dar aceste molecule sunt conectate între ele doar prin forțe slabe van der Waals și este nevoie de foarte puțină energie pentru a rupe conexiunea lor.

Mai multe proprietăți ale elementului nr. 31 sunt asociate cu diatomicitatea moleculelor. În stare lichidă, galiul este mai dens și mai greu decât în stare solidă. Conductivitatea electrică a galiului lichid este, de asemenea, mai mare decât cea a galiului solid.

Cum arată galiul?

În exterior - mai ales pe tablă: un metal moale alb-argintiu, nu se oxidează și nu se pătește în aer.

Și în majoritatea proprietăților chimice, galiul este aproape de aluminiu. La fel ca aluminiul, există trei electroni pe orbita exterioară a unui atom de galiu. La fel ca aluminiul, galiul interacționează ușor, chiar și la frig, cu halogenii (cu excepția iodului). Ambele metale se dizolvă ușor în acizi sulfuric și clorhidric, ambele reacționează cu alcalii și dau hidroxizi amfoteri. Constantele de disociere ale reacțiilor

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

sunt cantități de aceeași ordine.

Există, totuși, diferențe în proprietățile chimice ale galiului și aluminiului.

Cu oxigen uscat, galiul este oxidat vizibil numai la temperaturi de peste 260 ° C, iar aluminiul, dacă este lipsit de pelicula de oxid protector, este oxidat de oxigen foarte repede.

Cu hidrogen, galiul formează hidruri similare hidrurilor de bor. Aluminiul, pe de altă parte, poate dizolva doar hidrogenul, dar nu poate reacționa cu acesta.

Și galiul este asemănător cu grafitul, cuarțul, apa.

Pe grafit - cel care lasă o urmă gri pe hârtie.

Pe cuarț - anizotropie electrică și termică.

Rezistența electrică a cristalelor de galiu depinde de axa pe care curge curentul. Raportul dintre maxim și minim este de 7 - mai mult decât orice alt metal. Același lucru este valabil și pentru coeficientul de dilatare termică.

Valorile sale în direcția a trei axe cristalografice (cristale de galiu rombic) sunt legate ca 31:16:11.

Și galiul este asemănător cu apa prin faptul că se extinde atunci când se întărește. Creșterea volumului este vizibilă - 3,2%.

Deja o combinație a acestor asemănări conflictuale vorbește despre individualitatea unică a elementului nr. 31.

În plus, are proprietăți care nu sunt inerente niciunui element. Topită, poate rămâne suprarăcită multe luni sub punctul său de topire. Este singurul metal care rămâne lichid într-un interval larg de temperatură de la 30 la 2230°C, iar volatilitatea vaporilor este minimă. Chiar și în vid înalt, se evaporă doar vizibil la 1000°C. Vaporii de galiu, spre deosebire de metalele solide și lichide, sunt monoatomici. Tranziția Ga 2 → 2Ga necesită multă energie; aceasta explică dificultatea evaporării galiului.

Gama mare de temperatură a stării lichide stă la baza uneia dintre principalele aplicații tehnice ale elementului nr. 31.

La ce este bun galiul?

Termometrele cu galiu permit, în principiu, măsurarea temperaturilor de la 30 la 2230°C. Termometrele cu galiu sunt acum disponibile pentru temperaturi de până la 1200°C.

Elementul nr. 31 se referă la producția de aliaje cu punct de topire scăzut utilizate în dispozitivele de semnalizare. Un aliaj de galiu și indiu se topește deja la 16°C. Este cel mai fuzibil dintre toate aliajele cunoscute.

Compușii intermetalici ai galiului cu elemente din grupa V - antimoniu și arsen - au ei înșiși proprietăți semiconductoare.

Adăugarea de galiu la masa sticlei face posibilă obținerea de ochelari cu un indice de refracție ridicat al razelor de lumină, iar ochelarii pe bază de Ga 2 O 3 transmit bine razele infraroșii.

Galiul lichid reflectă 88% din lumina care cade pe el, solid - puțin mai puțin. Prin urmare, oglinzile cu galiu sunt foarte ușor de fabricat - un strat de galiu poate fi aplicat chiar și cu o perie.

Uneori este folosită capacitatea galiului de a umezi bine suprafețele solide, înlocuind mercurul în pompele de vid cu difuzie. Astfel de pompe „țin” vidul mai bine decât pompele cu mercur.

S-au făcut încercări de utilizare a galiului în reactoare nucleare, dar rezultatele acestor încercări cu greu pot fi considerate reușite. Galiul nu numai că captează destul de activ neutronii (secțiune transversală de captare de 2,71 hambare), dar reacţionează și la temperaturi ridicate cu majoritatea metalelor.

Galiul nu a devenit un material atomic. Adevărat, izotopul său radioactiv artificial 72 Ga (cu un timp de înjumătățire de 14,2 ore) este folosit pentru a diagnostica cancerul osos. Clorura și nitratul de galiu-72 sunt adsorbite de tumoare, iar prin fixarea radiației caracteristice acestui izotop, medicii determină aproape cu exactitate dimensiunea formațiunilor străine.

După cum puteți vedea, posibilitățile practice ale elementului nr. 31 sunt destul de largi. Nu s-a putut încă folosi în totalitate din cauza dificultății de a obține galiu, un element destul de rar (1,5 10 -3% din greutatea scoarței terestre) și foarte împrăștiat. Sunt cunoscute puține minerale native de galiu. Primul și cel mai faimos mineral al său, galita CuGaS 2, a fost descoperit abia în 1956. Ulterior, au mai fost găsite două minerale, care erau deja destul de rare.

De obicei, galiul se găsește în zinc, aluminiu, minereuri de fier, precum și în cărbune - ca o impuritate nesemnificativă. Și ceea ce este caracteristic: cu cât această impuritate este mai mare, cu atât este mai dificil să o extragi, pentru că există mai mult galiu în minereurile acelor metale (aluminiu, zinc) care sunt apropiate de ea ca proprietăți. Partea principală a galiului terestru este închisă în minerale de aluminiu.

Galiu(lat. Galiu), Ga, un element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev, numărul de serie 31, masa atomică 69,72; metal moale alb argintiu. Constă din doi izotopi stabili cu numere de masă 69 (60,5%) și 71 (39,5%).

Existența galiului („ekaaluminiu”) și principalele sale proprietăți au fost prezise în 1870 de D. I. Mendeleev. Elementul a fost descoperit prin analiză spectrală în blenda de zinc din Pirinei și izolat în 1875 de chimistul francez P. E. Lecoq de Boisbaudran; numit după Franța (lat. Gallia). Coincidența exactă a proprietăților Galiului cu cele prezise a fost primul triumf al sistemului periodic.

Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este relativ mare, 1,5·10 -3% în greutate, ceea ce este egal cu conținutul de plumb și molibden. Galiul este un oligoelement tipic. Singurul mineral de galiu, galita CuGaS 2, este foarte rar. Geochimia galiului este strâns legată de geochimia aluminiului, ceea ce se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este închisă în minerale de aluminiu. Conținutul de galiu în bauxită și nefelină variază de la 0,002 la 0,01%. Concentrații crescute de galiu se observă și în sfalerite (0,01-0,02%), în cărbuni tari (împreună cu germaniul), precum și în unele minereuri de fier.

Proprietățile fizice ale galiului. Galiul are o rețea rombică (pseudotetragonală) cu parametrii a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Densitatea (g / cm 3) a metalului solid 5,904 (20 ° C), lichid 6,095 (29,8 ° C), adică în timpul solidificării, volumul de galiu crește; tpl 29,8°C, tbp 2230°C. O caracteristică distinctivă a Galiului este o gamă largă de stare lichidă (2200°C) și presiunea scăzută a vaporilor la temperaturi de până la 1100-1200°C. Capacitatea termică specifică a galiului solid este de 376,7 J/(kg K), adică 0,09 cal/(g grade) în intervalul 0-24°C, respectiv lichid, 410 j/(kg K), adică 0,098 cal/ (g grade) în intervalul 29-100°C. Rezistivitatea electrică (ohm cm) a Galiului solid 53,4 10 -6 (0°C), lichid 27,2 10 -6 (30°C). Vâscozitate (poise \u003d 0,1 n sec / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), tensiune superficială 0,735 n / m (735 dyn / cm) (30 ° C într-o atmosferă de H 2) . Coeficienții de reflexie pentru lungimile de undă de 4360Å și 5890Å sunt de 75,6% și, respectiv, 71,3%. Secțiunea transversală de captare a neutronilor termici este de 2,71 hambare (2,7 10 -28 m 2).

Proprietățile chimice ale galiului. Galiul este stabil în aer la temperaturi obișnuite. Peste 260°C în oxigen uscat se observă oxidare lentă (filmul de oxid protejează metalul). În acizii sulfuric și clorhidric, galiul se dizolvă lent, în acid fluorhidric - rapid, în acid azotic la rece, galiul este stabil. Galiul se dizolvă încet în soluții alcaline fierbinți. Clorul și bromul reacţionează cu Galiul la rece, iodul - când sunt încălzite. Galiul topit la temperaturi peste 300 ° C interacționează cu toate metalele și aliajele structurale.

Cei mai stabili compuși trivalenți ai galiului, care sunt în multe privințe similare ca proprietăți cu compușii chimici ai aluminiului. În plus, sunt cunoscuți compuși mono și divalenți. Cel mai mare oxid Ga 2 O 3 este o substanță albă, insolubilă în apă. Hidroxidul corespunzător precipită din soluții de săruri de galiu sub formă de precipitat gelatinos alb. Are un caracter amfoter pronunțat. Când sunt dizolvați în alcalii, se formează galați (de exemplu, Na), când sunt dizolvați în acizi, săruri de galiu: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 etc. Proprietățile acide ale hidroxidului de galiu sunt mai pronunțate decât ale hidroxidului de aluminiu [Al(OH)3 este în intervalul pH = 10,6-4,1, iar Ga(OH)3 este în intervalul pH = 9,7-3,4].

Spre deosebire de Al(OH)3, hidroxidul de galiu se dizolvă nu numai în alcalii puternici, ci și în soluții de amoniac. La fierbere, hidroxidul de galiu precipită din nou din soluția de amoniac.

Dintre sărurile de galiu, clorura de GaCl3 (p.t. 78°C, bp 200°C) și sulfatul de Ga2 (SO4)3 sunt de cea mai mare importanță. Acesta din urmă cu sulfații de metale alcaline și de amoniu formează săruri duble de tip alaun, de exemplu (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. Galiul formează ferocianura Ga 4 3, care este slab solubilă în apă și acizi diluați, care poate fi folosit pentru a o separa de Al și de o serie de alte elemente.

Primirea Galiei. Principala sursă de galiu este producția de aluminiu. Galiul în timpul procesării bauxitei prin metoda Bayer este concentrat în lichidele mamă circulante după alocarea Al(OH)3. Galiul este izolat din astfel de soluții prin electroliză pe un catod de mercur. Din soluția alcalină obținută după tratarea amalgamului cu apă se precipită Ga(OH)3, care se dizolvă în alcali și se izolează Galiul prin electroliză.

Prin metoda sodo-calcică de prelucrare a minereului de bauxită sau nefelină, Galiul este concentrat în ultimele fracții de sedimente eliberate în timpul carbonizării. Pentru o îmbogățire suplimentară, precipitatul de hidroxizi este tratat cu lapte de var. În acest caz, cea mai mare parte din Al rămâne în precipitat, iar Galiul trece în soluție, din care se izolează concentratul de galiu (6-8% Ga 2 O 3) prin trecerea CO 2; acesta din urmă este dizolvat în alcali și galiul este izolat electrolitic.

Aliajul anodic rezidual al procesului de rafinare al Al prin metoda electrolizei cu trei straturi poate servi și ca sursă de galiu. În producția de zinc, sursele de galiu sunt sublimate (oxizi de Weltz) formate în timpul procesării sterilului de leșiere a cenșurilor de zinc.

Galiul lichid obtinut prin electroliza unei solutii alcaline, spalat cu apa si acizi (HCl, HNO 3), contine 99,9-99,95% Ga. Un metal mai pur se obține prin topirea în vid, topirea zonei sau prin extragerea unui singur cristal din topitură.

Aplicarea Galiului. Cea mai promițătoare aplicație a Galiului este sub formă de compuși chimici precum GaAs, GaP, GaSb, care au proprietăți semiconductoare. Ele pot fi utilizate în redresoare și tranzistoare de înaltă temperatură, celule solare și alte dispozitive în care efectul fotoelectric din stratul de barieră poate fi utilizat, precum și în receptoarele de radiații infraroșii. Galiul poate fi folosit pentru a face oglinzi optice care sunt foarte reflectorizante. Un aliaj de aluminiu cu galiu a fost propus în locul mercurului ca catod pentru lămpile cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Galiul lichid și aliajele sale sunt propuse pentru a fi utilizate pentru fabricarea de termometre de înaltă temperatură (600-1300°C) și manometre. De interes este utilizarea galiului și aliajelor sale ca lichid de răcire în reactoarele nucleare de putere (acest lucru este împiedicat de interacțiunea activă a galiului la temperaturi de funcționare cu materialele structurale; aliajul eutectic Ga-Zn-Sn are un efect coroziv mai mic decât purul). Galiu).

Metal GALLIUM

Galiul este un element al subgrupului principal al celui de-al treilea grup al perioadei a patra a sistemului periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev, cu număr atomic 31. Este desemnat prin simbolul Ga (lat. Galiu). Aparține grupului de metale ușoare. Substanța simplă galiu (număr CAS: 7440-55-3) este un metal moale ductil de culoare alb-argintie (după alte surse, gri deschis) cu o nuanță albăstruie.

Metal GALLIUM

Galiu: Punct de topire 29,76 °C

toxicitate scăzută, puteți ridica și topi!

Material pentru electronica semiconductoare

Arseniură de galiu GaAs

este un material promițător pentru electronica semiconductoare.

nitrură de galiu

utilizat la crearea laserelor semiconductoare și a LED-urilor în gama albastră și ultravioletă. Nitrura de galiu are proprietăți chimice și mecanice excelente, tipice tuturor compușilor cu nitrură.

Izotop galiu-71

este cel mai important material pentru detectarea neutrinilor și, în legătură cu aceasta, tehnologia se confruntă cu o sarcină foarte urgentă de a separa acest izotop dintr-un amestec natural pentru a crește sensibilitatea detectorilor de neutrini. Deoarece conținutul de 71Ga în amestecul natural de izotopi este de aproximativ 39,9%, izolarea unui izotop pur și utilizarea acestuia ca detector de neutrini poate crește sensibilitatea de detectare de 2,5 ori.

Proprietăți chimice

Galiul este scump, în 2005 o tonă de galiu costa 1,2 milioane de dolari SUA pe piața mondială, iar datorită prețului ridicat și, în același timp, nevoii mari de acest metal, este foarte important să se stabilească extracția sa completă în producția de aluminiu și prelucrarea cărbunelui la combustibil lichid.

Galiul are o serie de aliaje care sunt lichide la temperatura camerei, iar unul dintre aliajele sale are un punct de topire de 3 °C (eutectic In-Ga-Sn), dar, pe de altă parte, galiul (aliaje într-o măsură mai mică) este foarte agresiv la majoritatea materialelor structurale (fisurare si eroziune a aliajelor la temperaturi ridicate). De exemplu, în raport cu aluminiul și aliajele sale, galiul este un puternic reducător de rezistență (vezi reducerea rezistenței de adsorbție, efectul Rehbinder). Această proprietate a galiului a fost cel mai clar demonstrată și studiată în detaliu de P. A. Rebinder și E. D. Shchukin în timpul contactului aluminiului cu galiul sau aliajele sale eutectice (fragilare lichid-metal). Ca lichid de răcire, galiul este ineficient și adesea pur și simplu inacceptabil.

Galiul este un lubrifiant excelent

. Pe baza de galiu și nichel, galiu și scandiu s-au creat adezivi metalici foarte importanți din punct de vedere practic.

Galiul metalic este, de asemenea, introdus în termometre cu cuarț (în loc de mercur) pentru a măsura temperaturile ridicate. Acest lucru se datorează faptului că galiul are un punct de fierbere mult mai mare decât mercurul.

Oxidul de galiu face parte dintr-un număr de materiale laser importante din punct de vedere strategic din grupul granat - GSHG, YAG, ISGG etc.

Galiul nu a primit încă o aplicare industrială largă. În prezent, au fost determinate următoarele domenii de utilizare a galiului.
Termometre pentru temperaturi ridicate. Galiul are un punct de topire scăzut (29,8°) cu un punct de fierbere ridicat (~2200°). Acest lucru îi permite să fie utilizat pentru fabricarea de termometre cu cuarț pentru măsurarea temperaturilor ridicate (600-1300°).
Aliaje cu punct de topire scăzut. Galiul cu un număr de metale (bismut, plumb, staniu, cadmiu, indiu, taliu etc.) formează aliaje cu punct de topire scăzut, cu un punct de topire sub 60 °. Deci, de exemplu, un aliaj de galiu cu 25% In se topește la o temperatură de 16°, punctul de topire al unui aliaj de galiu cu 8% Sn este de 20°. Temperatura de topire a aliajului eutectic (82% Ga, 12% Sn și 6% Zn) este de 17°.
Sunt propuse o serie de aliaje fuzibile care conțin galiu pentru dispozitivele de semnalizare (siguranțe sprinkler) utilizate în stingerea incendiilor, a căror acțiune se bazează pe topirea aliajului la depășirea unei anumite temperaturi, ceea ce determină activarea automată a sistemului de pulverizare cu apă.
Un aliaj fuzibil care conține 60% Sn, 30% Ga și 10% In a fost propus pentru termometre în loc de mercur.
Recent, s-a atras atenția asupra posibilității utilizării galiului și aliajelor sale ca mediu lichid pentru îndepărtarea căldurii din centralele electrice, de exemplu, căldura degajată în cazanele nucleare. Avantajul galiului ca lichid conducător de căldură este punctul său de fierbere ridicat, combinat cu o conductivitate termică ridicată. Cu toate acestea, un obstacol în calea utilizării lichidului de răcire cu galiu este interacțiunea galiului cu majoritatea metalelor la temperaturi ridicate.
Se propune utilizarea aliajelor de galiu în stomatologie în locul amalgamelor de mercur. Pentru obturațiile dentare sunt recomandate următoarele aliaje; 40-80% Bi; 30-60% Sn; 0,5-0,8% Ga şi 61,5% Bi; 37,2% Sn; 1,3% Ga.
Oglinzi. Galiul are capacitatea de a adera bine la sticlă, ceea ce face posibilă fabricarea oglinzilor cu galiu. O oglindă poate fi făcută prin stoarcerea galiului între două foi de sticlă încălzite. Oglinzile de galiu au un înalt
reflectivitate. Pentru o lungime de undă de 4,360 A, reflectivitatea este de 75,6%, pentru o undă de 5,890 A - 71,3%. Galiul lichid reflectă 88% din lumina incidentă pe oglindă.
Alte domenii de aplicare. Se propune utilizarea unui aliaj de aluminiu cu galiu în loc de mercur ca catod pentru lămpile cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Radiația rezultată este îmbogățită cu raze ale părților albastre și roșii ale spectrului, ceea ce îmbunătățește efectul terapeutic al radiației.
Este posibil să înlocuiți mercurul cu galiu în redresoarele cu mercur. Punctul de fierbere foarte ridicat al metalului face posibilă lucrul cu sarcini mult mai mari decât atunci când se folosește mercur.
Se știe că se utilizează săruri de galiu ca componentă a vopselelor luminoase (pentru a excita strălucirea fluorescentă a compușilor). Sărurile de galiu sunt folosite și în chimia analitică, în medicină și ca catalizatori în sinteza organică.

27.03.2019

În primul rând, trebuie să decideți cât sunteți dispus să cheltuiți pentru achiziție. Experții recomandă investitorilor începători o sumă de la 30 de mii de ruble la 100. Merită ...

27.03.2019

Laminarea metalelor este folosită activ în timpul nostru într-o varietate de situații. Într-adevăr, în multe industrii este pur și simplu imposibil să faci fără ea, deoarece metalul laminat ...

27.03.2019

Garniturile de oțel de secțiune ovală sunt proiectate pentru etanșarea îmbinărilor cu flanșe ale fitingurilor și conductelor care transportă medii agresive....

26.03.2019

Mulți dintre noi am auzit de o astfel de poziție de administrator de sistem, dar nu toată lumea își poate imagina ce se înțelege exact prin această expresie....

26.03.2019

Fiecare persoană care face reparații în camera sa ar trebui să se gândească la ce structuri trebuie instalate în spațiul interior. La magazin...

26.03.2019

Până în prezent, analizoarele de gaze sunt utilizate în mod activ în industria petrolului și gazelor, în sectorul municipal, în cursul analizelor în complexe de laborator, pentru...

26.03.2019

Până în prezent, containerele metalice sunt utilizate în mod activ în scopul depozitării staționare a diferitelor tipuri de lichide, inclusiv petrol și produse petroliere, în depozite, în...

25.03.2019

La Algerian Qatari Steel, situat în satul Bellara, testele „la cald” ale unei mori de sârmă cu o putere nominală de aproximativ ...

25.03.2019

Cel mai înalt nivel de fiabilitate a furnizării de energie electrică pentru consumatorii responsabili poate fi atins prin funcționarea unor generatoare autonome. Luând în...

Galiul este un element al subgrupului principal al celui de-al treilea grup al perioadei a patra a sistemului periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev, cu număr atomic 31. Este desemnat prin simbolul Ga (lat. Galiu). Aparține grupului de metale ușoare. Substanța simplă galiu este un metal alb-argintiu moale, ductil, cu o tentă albăstruie.

Numărul atomic - 31

Masa atomică - 69.723

Densitate, kg/m³ - 5910

Punct de topire, ° С - 29,8

Capacitate termică, kJ / (kg ° С) - 0,331

Electronegativitate - 1,8

Raza covalentă, Å - 1,26

prima ionizare potenţial, ev - 6,00

Istoria descoperirii galiului

În 1875, Lecoq de Boisbaudran a investigat spectrul de blende de zinc aduse de la Pierrefitte (Pirinei). În acest spectru a fost descoperită o nouă linie violetă. Noua linie a indicat prezența unui element necunoscut în mineral și, în mod destul de natural, Lecoq de Boisbaudran a făcut toate eforturile pentru a izola acest element. Acest lucru nu a fost ușor de făcut: conținutul noului element din minereu era mai mic de 0,1% și, în multe privințe, era similar cu zincul*. După experimente îndelungate, omul de știință a reușit să obțină un nou element, dar într-o cantitate foarte mică. Atât de mic (mai puțin de 0,1 g) încât Lecoq de Boisbaudran nu și-a putut studia pe deplin proprietățile fizice și chimice.

Anunțul descoperirii galiului - deci în cinstea Franței (Gallia - numele său latin) a fost numit un nou element - a apărut în rapoartele Academiei de Științe din Paris.

Găsind Galiaîn natură

Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este de 19 g/t. Galiul este un oligoelement tipic cu o dublă natură geochimică. Singurul mineral de galiu, galita CuGaS 2, este foarte rar. Geochimia galiului este strâns legată de geochimia aluminiului, ceea ce se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este închisă în minerale de aluminiu. Datorită apropierii proprietăților sale chimice cristaline cu principalele elemente de formare a rocii (Al, Fe etc.) și a posibilității largi de izomorfism cu acestea, galiul nu formează acumulări mari, în ciuda valorii clarke semnificative. Se disting următoarele minerale cu conținut ridicat de galiu: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), casiterit (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beril (0 - 0,003%) ), turmalina (0 - 0,01%), spodumen (0,001 - 0,07%), flogopit (0,001 - 0,005%), biotit (0 - 0,1%), moscovit (0 - 0,01%), sericit (0 - 0,005%), lepidolit (0,001 - 0,03%), clorit (0 - 0,001%), feldspați (0 - 0,01%), nefelină (0 - 0,1%), hecmanit (0,01 - 0,07%), natrolit (0 - 0,1%).

Proprietăți fizice Galia

Poate cea mai faimoasă proprietate a galiului este punctul său de topire, care este de 29,76 °C. Este al doilea cel mai fuzibil metal din tabelul periodic (după mercur). Acest lucru vă permite să topiți metalul în timp ce îl țineți în mână. Galiul este unul dintre puținele metale care se extind atunci când topitura se solidifică (altele sunt Bi, Ge).

Galiul cristalin are mai multe modificări polimorfe, totuși, doar una (I) este stabilă termodinamic, având o rețea ortorombic (pseudotetragonală) cu parametrii a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Alte modificări ale galiului (β, γ, δ, ε) cristalizează din metalul dispersat suprarăcit și sunt instabile. La presiune ridicată au fost observate încă două structuri polimorfe de galiu II și III, având, respectiv, rețele cubice și tetragonale.

Densitatea galiului în stare solidă la T=20°C este de 5,904 g/cm³.

Una dintre caracteristicile galiului este un domeniu larg de temperatură pentru existența unei stări lichide (de la 30 la 2230 °C), în timp ce are o presiune scăzută a vaporilor la temperaturi de până la 1100÷1200 °C. Capacitatea termică specifică a galiului solid în domeniul de temperatură T=0÷24 °C este de 376,7 J/kg K (0,09 cal/g grad), în stare lichidă la T=29÷100 °C - 410 J/kg K (0,098 cal/g grad).

Rezistivitatea electrică în stare solidă și lichidă este, respectiv, 53,4 10 −6 ohm cm (la T=0 °C) și 27,2 10 −6 ohm cm (la T=30 °C). Vâscozitatea galiului lichid la diferite temperaturi este de 1,612 poise la T=98°C și 0,578 poise la T=1100°C. Tensiunea superficială măsurată la 30 °C într-o atmosferă de hidrogen este de 0,735 N/m. Coeficienții de reflexie pentru lungimile de undă de 4360 Å și 5890 Å sunt 75,6% și, respectiv, 71,3%.

Galiul natural este format din doi izotopi 69 Ga (61,2%) și 71 Ga (38,8%). Secțiunea transversală a captării neutronilor termici este de 2,1·10 -28 m² și, respectiv, 5,1·10 -28 m².

Galiul este un element slab toxic. Datorită punctului de topire scăzut, lingourile de galiu se recomandă a fi transportate în saci de polietilenă, care sunt slab umeziți de topitura de galiu. La un moment dat, metalul era folosit chiar și pentru a face umpluturi (în loc de umpluturi de amalgam). Această aplicație se bazează pe faptul că atunci când pulberea de cupru este amestecată cu galiu topit, se obține o pastă care se întărește după câteva ore (datorită formării unui compus intermetalic) și apoi poate rezista la încălzire până la 600 de grade fără a se topi.

La temperaturi ridicate, galiul este o substanță foarte agresivă. La temperaturi peste 500 °C, corodează aproape toate metalele, cu excepția wolframului, precum și a multor alte materiale. Cuarțul este rezistent la galiul topit până la 1100°C, dar poate apărea o problemă deoarece cuarțul (precum și majoritatea celorlalte sticle) este foarte umezibil de acest metal. Adică, galiul se va lipi pur și simplu de pereții de cuarț.

Proprietăți chimice Galia

Proprietățile chimice ale galiului sunt apropiate de cele ale aluminiului. Filmul de oxid format pe suprafața metalului în aer protejează galiul de oxidarea ulterioară. Când este încălzit sub presiune, galiul reacționează cu apa, formând compusul GaOOH prin reacția:

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

Galiul interacționează cu acizii minerali cu eliberarea de hidrogen și formarea de săruri, iar reacția are loc chiar și sub temperatura camerei:

2Ga + 6HCI = 2GaCI3 + 3H2

Produșii de reacție cu alcalii și carbonați de potasiu și sodiu sunt hidroxogalați care conțin ioni Ga (OH) 4 - și, eventual, Ga (OH) 6 3 - și Ga (OH) 2 -:

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

Galiul reacționează cu halogenii: reacția cu clorul și fluorul are loc la temperatura camerei, cu bromul - deja la -35 ° C (aproximativ 20 ° C - cu aprindere), interacțiunea cu iodul începe la încălzire.

Galiul nu interacționează cu hidrogenul, carbonul, azotul, siliciul și borul.

La temperaturi ridicate, galiul este capabil să distrugă diferite materiale și acțiunea sa este mai puternică decât topirea oricărui alt metal. Deci, grafitul și wolframul sunt rezistente la acțiunea topiturii de galiu până la 800 ° C, alundum și oxidul de beriliu BeO - până la 1000 ° C, tantalul, molibdenul și niobiul sunt rezistente până la 400 ÷ 450 ° C.

Cu majoritatea metalelor, galiul formează galide, cu excepția bismutului, precum și a metalelor din subgrupele zinc, scandiu și titan. Una dintre galidele V 3 Ga are o temperatură de tranziție supraconductoare destul de ridicată de 16,8 K.

Galiul formează hidruri polimerice:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Stabilitatea ionică scade în seria BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . Ionul BH 4 - stabil în soluție apoasă, AlH 4 - și GaH 4 - se hidrolizează rapid:

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

Când Ga (OH) 3 și Ga 2 O 3 sunt dizolvate în acizi, se formează complexe acvatice 3+, prin urmare, sărurile de galiu sunt izolate din soluții apoase sub formă de hidrați cristalini, de exemplu, clorură de galiu GaCl 3 * 6H 2 O , potasiu galiu alaun KGa (S04) 2 * 12H2O.

Interacțiunea galiului cu acidul sulfuric este interesantă. Este însoțită de eliberarea de sulf elementar. În acest caz, sulful învelește suprafața metalului și împiedică dizolvarea lui ulterioară. Dacă, totuși, metalul este spălat cu apă fierbinte, reacția se va relua și va continua până când pe galiu va crește o nouă „piele” de sulf.

Conexiuni de bază Galia

Ga2H6- lichid volatil, t pl −21,4 °C, bp t 139 °C. În suspensie eterică cu litiu sau hidrat de taliu, formează compuși LiGaH 4 și TlGaH 4. Se formează ca urmare a tratării tetrametildigalanului cu trietilamină. Există legături de banane, ca în diboran

Ga2O3- pulbere albă sau galbenă, t pl 1795 °C. Există sub forma a două modificări. α- Ga 2 O 3 - cristale trigonale incolore cu o densitate de 6,48 g/cm³, ușor solubile în apă, solubile în acizi. β- Ga 2 O 3 - cristale monoclinice incolore cu o densitate de 5,88 g/cm³, ușor solubile în apă, acizi și baze. Obținut prin încălzirea galiului metalic în aer la 260 °C sau în atmosferă de oxigen sau prin calcinarea azotatului sau sulfatului de galiu. AH° 298(arr) -1089,10 kJ/mol; AG° 298(arr) -998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Ele prezintă proprietăți amfotere, deși proprietățile principale, în comparație cu aluminiul, sunt îmbunătățite:

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- precipită sub formă de precipitat gelatinoasă în timpul tratării soluţiilor de săruri de galiu trivalent cu hidroxizi şi carbonaţi ai metalelor alcaline (pH 9,7). Se dizolvă în amoniac concentrat și soluție concentrată de carbonat de amoniu, precipită când este fiert. Prin încălzire, hidroxidul de galiu poate fi transformat în GaOOH, apoi în Ga 2 O 3 * H 2 O și în final în Ga 2 O 3. Poate fi obținut prin hidroliza sărurilor de galiu trivalent.

GaF3- Pudră albă. t pl > 1000 ° C, t kip 950 ° C, densitate - 4,47 g / cm³. Puțin solubil în apă. GaF 3 ·3H 2 O cristalin cunoscut. Se obţine prin încălzirea oxidului de galiu în atmosferă de fluor.

GaCl3- cristale higroscopice incolore. t pl 78 ° C, t kip 215 ° C, densitate - 2,47 g / cm³. Să ne dizolvăm bine în apă. Se hidrolizează în soluții apoase. Obținut direct din elemente. Este folosit ca catalizator în sinteze organice.

GaBr3- cristale higroscopice incolore. t pl 122 ° C, t kip 279 ° C densitate - 3,69 g / cm³. Se dizolvă în apă. Se hidrolizează în soluții apoase. Puțin solubil în amoniac. Obținut direct din elemente.

GaI 3- ace higroscopice galben deschis. t pl 212 ° C, t kip 346 ° C, densitate - 4,15 g / cm³. Se hidrolizează cu apă caldă. Obținut direct din elemente.

Gaz 3- cristale galbene sau pulbere amorfă albă cu t pl 1250 °C și densitate 3,65 g/cm³. Interacționează cu apa, în timp ce se hidrolizează complet. Obținut prin interacțiunea galiului cu sulful sau hidrogenul sulfurat.

Ga2(S04)318H20- o substanță incoloră, foarte solubilă în apă. Se obține prin interacțiunea galiului, oxidului și hidroxidului acestuia cu acidul sulfuric. Cu sulfați de metale alcaline și amoniu, formează cu ușurință alaun, de exemplu, KGa (SO 4) 2 12H 2 O.

Ga(N03)38H20- cristale incolore, solubile in apa si etanol. Când este încălzit, se descompune pentru a forma oxid de galiu (III). Obținut prin acțiunea acidului azotic asupra hidroxidului de galiu.

Obținerea galiului

Principala sursă de galiu este producția de aluminiu. Galiul în timpul procesării bauxitei prin metoda Bayer este concentrat în lichidele mamă circulante după alocarea Al(OH)3. Galiul este izolat din astfel de soluții prin electroliză pe un catod de mercur. Din soluția alcalină obținută după tratarea amalgamului cu apă se precipită Ga(OH)3, care se dizolvă în alcali și se izolează Galiul prin electroliză.

Utilizarea galiului

Arsenura de galiu GaAs este un material promițător pentru electronica semiconductoare.

Nitrura de galiu este utilizată la crearea laserelor semiconductoare și a LED-urilor în gama albastră și ultravioletă. Nitrura de galiu are proprietăți chimice și mecanice excelente, tipice tuturor compușilor cu nitrură.

Ca element din grupa III, care contribuie la îmbunătățirea conductivității „găurii” într-un semiconductor, galiul (cu o puritate de cel puțin 99,999%) este utilizat ca aditiv la germaniu și siliciu. Compușii intermetalici ai galiului cu elemente din grupa V - antimoniu și arsen - au ei înșiși proprietăți semiconductoare.

Izotopul galiu-71 este cel mai important material pentru detectarea neutrinilor și, în acest sens, tehnologia se confruntă cu o sarcină foarte urgentă de separare a izotopilor dintr-un amestec natural pentru a crește sensibilitatea detectorilor de neutrini. Deoarece conținutul de 71 Ga în amestecul natural de izotopi este de aproximativ 39,9%, izolarea unui izotop pur și utilizarea acestuia ca detector de neutrini poate crește sensibilitatea de detectare de 2,5 ori.

Galiul are o serie de aliaje care sunt lichide la temperatura camerei, iar unul dintre aliajele sale are un punct de topire de 3 °C, dar, pe de altă parte, galiul (aliaje într-o măsură mai mică) este destul de agresiv la majoritatea materialelor structurale (fisurare). și eroziunea aliajelor la temperatură ridicată), iar ca agent de răcire, este ineficient și adesea pur și simplu inacceptabil.

Galiul este un lubrifiant excelent. Pe baza de galiu și nichel, galiu și scandiu s-au creat practic adezivi metalici foarte importanți.

Oxidul de galiu este o componentă a unui număr de materiale laser importante din punct de vedere strategic.

Producția de galiu în lume

Producția sa mondială nu depășește două sute de tone pe an. Cu excepția a două zăcăminte descoperite recent - în 2001 în Gold Canion, Nevada, SUA și în 2005 în Mongolia Interioară, China - galiul nu se găsește nicăieri în lume în concentrații industriale. (În acest din urmă zăcământ a fost stabilită prezența a 958 de mii de tone de galiu în cărbune - aceasta este o dublare a resurselor de galiu ale lumii).

Resursele mondiale de galiu numai în bauxită sunt estimate a depăși 1 milion de tone, iar în zăcământul menționat din China 958 mii de tone de galiu în cărbune - dublând resursele mondiale de galiu).

Nu sunt mulți producători de galiu. GEO Gallium este unul dintre liderii de pe piața galiului. Principalele sale facilități până în 2006 au constat dintr-o fabrică în Stade (Germania), care produce aproximativ 33 de tone pe an, o fabrică în Salindres, care procesează 20 de tone/an (Franța) și în Pinjarra (Australia de Vest) - potențial (dar nedată în funcțiune în sistem) capacitate de până la 50 tone/an.

În 2006, poziția producătorului nr. 1 a slăbit - întreprinderea Stade a fost cumpărată de MCP britanic și American Recapture Metals.

Compania japoneză Dowa Mining este singurul producător din lume de galiu primar din concentrate de zinc ca produs secundar al producției de zinc. Capacitatea totală de materie primă a Dowa Mining este estimată la până la 20 de tone/an.În Kazahstan, fabrica de Aluminiu din Kazahstan din Pavlodar are o capacitate totală de până la 20 de tone/an.

China a devenit un furnizor foarte serios de galiu. În China, există 3 producători majori de galiu primar - Geatwall Aluminium Co. (până la 15 tone/an), Uzina de aluminiu Shandong (aproximativ 6 tone/an) și Uzina de aluminiu Guizhou (până la 6 tone/an). Există, de asemenea, o serie de coproducții. Sumitomo Chemical a înființat o societate mixtă în China cu o capacitate de până la 40 de tone/an. Firma americană AXT a înființat un joint venture cu cea mai mare întreprindere chineză de aluminiu Shanxi Aluminium Factory Beijing JiYa semiconductor Material Co. cu o capacitate de până la 20 tone/an.

Producția de galiu în Rusia

În Rusia, structura producției de galiu este determinată de formarea industriei aluminiului. Cele două grupuri de frunte care au anunțat fuziunea - Russian Aluminium și SUAL - sunt proprietarii site-urilor de galiu create la rafinăriile de alumină.

Aluminiu rusesc: Rafinăria de alumină Nikolaev din Ucraina (metoda hidrochimică clasică Bayer pentru prelucrarea bauxitei tropicale, capacitatea amplasamentului - până la 12 tone de galiu / an) și Rafinăria de alumină Achinsk din Rusia (prelucrarea prin sinterizare a materiilor prime nefeline - urtite din Kiya- Depozitul Shaltyrsky al Teritoriului Krasnoyarsk, capacitatea secțiunii este de 1,5 tone de galiu/an).

SUAL: Capacități în Kamensk-Uralsky (tehnologie de sinterizare Bayer pentru bauxită din regiunea de minereu de bauxită Ural de Nord, capacitate de amplasare - până la 2 tone de galiu / an), la uzina de alumină Boksitogorsk (procesează bauxite din regiunea Leningrad prin sinterizare, capacitate - 5 tone de galiu/an, în prezent eliminate de naftalină) și alumină Pikalevsky (prelucrează concentrate de nefelină din minereurile de apatit-nefelină din regiunea Murmansk prin sinterizare, capacitatea sitului este de 9 tone de galiu/an). În total, toate întreprinderile Rusal și SUAL pot produce peste 20 de tone/an.

Producția reală este mai mică - de exemplu, în 2005, 8,3 tone de galiu au fost exportate din Rusia și 13,9 tone de galiu de la Rafinăria de Alumină Nikolaev din Ucraina.

La pregătirea materialului s-au folosit informații de la compania Kvar.

Nume:*
E-mail:
Un comentariu: