Галлий Цена, появление, добыча, использование

Общий

галлий представляет собой редко встречающийся химический элемент с символом элемента Ga и атомным номером 31. В периодической таблице он находится в 4-м периоде и является третьим элементом 3-й основной группы (группа 13) или группы бора. Это серебристо-белый металл, который легко превращается в жидкость. Галлий кристаллизуется не в одной из кристаллических структур, которые часто встречаются в металлах, а в его наиболее стабильной модификации в орторомбической структуре с димерами галлия. Кроме того, известны шесть других модификаций, которые образуются в особых условиях кристаллизации или под высоким давлением. По своим химическим свойствам металл очень похож на алюминий.

В природе галлий встречается лишь в незначительной степени и в основном в виде примеси в алюминиевых, цинковых или германиевых рудах; Минералы галлия очень редки. Соответственно, его также получают как побочный продукт при производстве алюминия или цинка.

Большая часть галлия перерабатывается в полупроводниковый арсенид галлия, который в основном используется для изготовления светодиодов.

 

Вхождение 

Галлий — редкий элемент на Земле, с содержанием 19 ppm в континентальной коре, его содержание сравнимо с литием и свинцом. Он не встречается в элементарной форме, а только в связанной форме, главным образом в алюминиевых, цинковых или германиевых рудах. Наиболее богатые галлием руды включают бокситы, руды цинковой обманки и германит.

Содержание галлия в основном низкое, бокситы, обнаруженные в Суринаме с самым высоким известным содержанием, содержат только 0,008% галлия. Мировые запасы галлия в бокситах составляют 1,6 · 106 По оценкам, тонны. В германите встречаются более высокие содержания галлия — до 1%. Только на руднике Апекс в американском штате Юта руды обнаружены настолько высоко, что была предпринята попытка добычи галлия. Однако через короткое время это не удалось по причинам прибыльности.

Известны лишь несколько минералов галлия, среди которых галлит (CuGaS), обнаруженный в основном в Цумебе в Намибии.2), Зёнгейт (Ga (OH)3) и цумгаллит (GaO (OH)).

 

Извлечение и презентация 

Галлий получается как побочный продукт при производстве алюминия из бокситов по способу Байера. Смесь алюмината натрия и галлата натрия, растворенная в растворе гидроксида натрия, служит исходным продуктом. Галлий можно отделить от алюминия с помощью различных процессов. Одной из возможностей является фракционная кристаллизация с помощью диоксида углерода, при этом гидроксид алюминия сначала осаждается, а более растворимый галлат натрия накапливается в растворе гидроксида натрия. Гидроксид галлия осаждается только после дальнейших стадий процесса в смеси с гидроксидом алюминия. Затем смесь растворяют в растворе гидроксида натрия и электролизом получают галлий. Поскольку этот процесс является энергоемким и трудоемким, он используется только в странах с низкими затратами, таких как Китайская Народная Республика.

Галлий также можно получить непосредственно из раствора гидроксида натрия электролизом. Для этого используются ртутные катоды, амальгама галлия образуется во время электролиза. Также в раствор можно добавить амальгаму натрия.

С помощью специальных гидроксихинолинов в качестве хелатирующих лигандов можно извлечь галлий из каустической соды с помощью керосина и таким образом отделить его от алюминия. Другие элементы, которые также экстрагируются, можно отделить разбавленными кислотами. Оставшееся соединение галлия затем растворяют в концентрированной соляной или серной кислоте и электролитически восстанавливают до металла.

Очень чистый галлий требуется для многих технических применений; например, для полупроводников он может содержать только стомиллионную долю посторонних веществ. Возможные методы очистки: вакуумная перегонка, фракционная кристаллизация или зонная плавка.

Количество произведенного галлия невелико, в 2008 году мировое первичное производство составило 95 тонн. Еще одним важным источником является переработка отходов, содержащих галлий, из которых в 2008 году было извлечено еще 135 тонн галлия. Основными странами-производителями галлия являются Китайская Народная Республика, Германия, Казахстан и Украина, а также Соединенные Штаты, Япония и Великобритания.

В лабораторных масштабах галлий можно получить электролизом раствора гидроксида галлия в растворе гидроксида натрия на платиновых или вольфрамовых электродах.

  • Производство сверхчистого галлия 99,99999%

Eigenschaften 

Физические свойства

Галлий — серебристо-белый мягкий (твердость по Моосу 1,5) металл. Он имеет необычно низкую для металлов температуру плавления, которая составляет 29,76 ° C. После ртути и цезия это металл с самой низкой температурой плавления, которая также намного ниже, чем у соседних элементов алюминия и индия. Вероятно, это связано с необычной кристаллической структурой, которая, в отличие от структур других металлов, не обладает высокой степенью симметрии и поэтому не очень стабильна. Поскольку температура кипения сравнительно высока при 2204 ° C, галлий имеет необычно большую площадь, в которой он находится в жидком состоянии. Из-за трудностей кристаллизации жидкий галлий можно легко охладить ниже точки плавления (переохлаждение) и внезапно кристаллизовать, когда образуются зародыши кристаллизации.

Подобно кремнию, некоторым другим элементам и воде, галлий имеет аномалию плотности; его плотность в жидком состоянии примерно на 3,2% выше, чем в твердом. Это типично для веществ, имеющих молекулярные связи в твердом состоянии.

Галлий диамагнитен в твердом состоянии, но становится парамагнитным в жидком состоянии ( = 2,4 10-6 при 40 ° C)

Для его структур характерно образование галлий-галлиевых связей. Известны различные модификации, которые образуются при различных условиях кристаллизации (четыре известные модификации, от α- до δ-галлия, при нормальном давлении) и под давлением (всего три дополнительных модификации высокого давления, Ga-II, Ga-III, Ga-IV). Наиболее стабильной модификацией при комнатной температуре является α-галлий, который кристаллизуется в ромбической слоистой структуре. Два атома, связанные друг с другом ковалентной связью, образуют димер. Каждый атом галлия также соседствует с шестью другими атомами других димеров. Между отдельными димерами существуют металлические связи. Димеры галлия настолько стабильны, что первоначально сохраняются даже при плавлении, а также могут быть обнаружены в газовой фазе.

Дальнейшие модификации происходят во время кристаллизации переохлажденного жидкого галлия. При -16,3 ° C образуется β-галлий, который имеет моноклинную кристаллическую структуру. В структуре присутствуют параллельные зигзагообразные цепочки атомов галлия. Если кристаллизация происходит при температуре –19,4 ° C, образуется тригональный δ-галлий, в котором, по сравнению с α-бором, есть искаженные икосаэдры, состоящие из двенадцати атомов галлия. Они связаны друг с другом через отдельные атомы галлия. При -35,6 ° C окончательно образуется γ-галлий. В этой ромбической модификации трубки сформированы из соединенных между собой Ga

7Кольца посередине линейной цепочки других атомов галлия.

Если галлий находится под высоким давлением при комнатной температуре, различные модификации высокого давления образуются одна за другой при повышении давления. Кубическая модификация галлия-II устойчива выше 30 кбар, в которой каждый атом окружен еще восемью. Если давление увеличить до 140 кбар, металл теперь кристаллизуется в виде тетрагонального галлия-III со структурой, которая соответствует структуре индия. Если давление увеличить до примерно 1200 кбар, в конечном итоге образуется гранецентрированная кубическая структура галлия IV.

 

Химические свойства

По химическим свойствам галлий аналогичен алюминию. Таким образом, галлий пассивируется за счет образования плотного оксидного слоя в воздухе и не вступает в реакцию. Только в чистом кислороде при высоком давлении металл горит ярким пламенем с образованием оксида.

Точно так же он не реагирует и с водой, поскольку здесь образуется нерастворимый гидроксид галлия. С другой стороны, если галлий сплавлен с алюминием и является жидким при комнатной температуре из-за понижения точки плавления, он очень бурно реагирует с водой. Галлий также быстро реагирует с галогенами с образованием соответствующих солей GaX.3.

Галлий амфотерный и растворим как в кислотах, так и в основаниях с выделением водорода. В кислотах, таких как алюминий, образуются соли с Ga.3+Ионы в основаниях галлатах формы [Ga (OH)4]. Он медленно растворяется в разбавленных кислотах и ​​быстро в царской водке и концентрированной каустической соде. Галлий пассивируется азотной кислотой.

Реакция галлия с едким натром

Большинство металлов подвержены воздействию жидкого галлия, поэтому его можно хранить только в емкостях из кварца, стекла, графита, оксида алюминия, вольфрама до 800 ° C и тантала до 450 ° C.

Изотоп 

Всего между ними 30 изотопов галлия. 56Га и 86Известны Ga и семь других изомеров ядра. Из них два 69Га и 71Ga стабильны и встречаются также в природе. В природном изотопном составе преобладает 69Ga с 60,12%, 39,88% составляют 71Ga. Нестабильных изотопов 67Ga имеет самый длинный период полураспада — 3,26 дня, другие периоды полураспада колеблются от секунд до максимум 14,1 часов. 72Калибр

Два изотопа галлия, 67Ga и короткоживущий с периодом полураспада 67,71 мин. 68Ga используются в ядерной медицине как индикаторы для позитронно-эмиссионной томографии. 67Ga производится на циклотроне, а при производстве 

68Циклотрон не нужен. Вместо этого более долгоживущий изотоп германия 68Ge облучением 69Ga генерируется протонами. Это разваливается 68Га, в результате 68Ga можно извлечь в генераторе галлия-68. Для исследований галлий обычно связывается в комплекс с сильно хелатирующим лигандом, таким как 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетрауксусная кислота (DOTA).

Использовать 

Из-за редкости этого элемента галлий используется лишь в ограниченном объеме. Из большей части производимого галлия получают различные соединения галлия. На сегодняшний день наиболее экономически важными являются те, которые содержат элементы 5-й основной группы, особенно арсенид галлия, который, помимо прочего, требуется для солнечных элементов и светодиодов. В 2003 году для этой цели было использовано 95% произведенного галлия. Он также служит материалом для легирования кремния (p-легирование).

Большой температурный диапазон, в котором элемент является жидкостью, и низкое давление пара одновременно используются для создания термометров. Галлиевые термометры можно использовать до температуры 1200 ° C. Жидкий галлий можно использовать в качестве барьерной жидкости для измерения объема газов при более высоких температурах, а также в качестве жидкого электродного материала при экстракции сверхчистых металлов, таких как индий.

Галлий обладает высокой смачиваемостью и хорошей отражательной способностью, поэтому его используют в качестве покрытия для зеркал. Он также используется в плавленых сплавах, в теплообменниках ядерных реакторов и в качестве замены ртути в лампах.

Сплавы галлия с другими металлами имеют различное применение. Магнитные материалы создаются путем легирования гадолинием, железом, иттрием, литием и магнием. Сплав с ванадием в составе V3Ga — это сверхпроводник со сравнительно высокой температурой перехода, равной 16,8 К. В ядерном оружии он легирован плутонием для предотвращения фазовых переходов. Многие сплавы галлия, такие как Галинстан, являются жидкими при комнатной температуре и могут заменить токсичную ртуть или очень химически активные натрий-калиевые сплавы.

доказательство 

Галлий можно качественно обнаружить с помощью различных типичных цветовых реакций. К ним относятся реакция с родамином B в бензоле, который флуоресцирует от оранжево-желтого до красно-фиолетового при добавлении галлия, морин, который показывает зеленую флуоресценцию, как в реакции с алюминием, и гексацианидоферрат калия (III), с галлием — белый осадок гексацианидоферрата галлия (III ) формы. Кроме того, возможно спектроскопическое обнаружение по характерным фиолетовым спектральным линиям при 417,1 и 403,1 нм.

Количественные доказательства могут быть получены с помощью комплексометрического титрования, например, с этилендиаминтетрауксусной кислотой или с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии.

Токсикология и биологическое значение 

Нет токсикологических данных для металлического галлия; однако он оказывает разъедающее действие на кожу и слизистые оболочки. Соединения нитрата галлия (III) Ga (NO3)3 и оксид галлия (III) Ga2O3 обладают оральным LD50Значения в граммах: 4,360 г / кг для нитрата и 10 г / кг для оксида. Поэтому галлий считается малотоксичным и, насколько известно, не играет роли в организме человека в качестве микроэлемента.

Связи 

В соединениях галлий встречается почти исключительно в степени окисления +3. Кроме того, известны редкие и в основном очень нестабильные соединения галлия (I), а также те, которые содержат как одно-, так и трехвалентный галлий (формально соединения галлия (II)).

Соединения с элементами азотной группы

Наиболее технически важными соединениями галлия являются соединения с элементами группы азота. Нитрид галлия, фосфид галлия, арсенид галлия и антимонид галлия являются типичными полупроводниками (полупроводники III-V) и используются для транзисторов, диодов и других компонентов в электронике. В частности, светодиоды разного цвета выпускаются как соединения галлий-азотных групп. Цвет, который зависит от ширины запрещенной зоны, можно отрегулировать, изменив соотношение анионов или заменив галлий алюминием или индием. Арсенид галлия также используется для солнечных батарей. В частности, они используются в спутниках, поскольку арсенид галлия более устойчив к ионизирующему излучению, чем кремний.

галогениды

Галогениды галлия формы GaX3 по многим свойствам аналогичны соответствующим соединениям алюминия. За исключением фторида галлия (III), они встречаются в виде димеров в структуре бромида алюминия. Хлорид галлия (III) — единственный галогенид второстепенного экономического значения. Он используется в качестве кислоты Льюиса в реакциях Фриделя-Крафтса.

Дальнейшие связи

Как и оксид алюминия, оксид галлия (III) представляет собой бесцветное тугоплавкое твердое вещество. Он существует в пяти различных модификациях, из которых кубическая β-модификация является наиболее стабильной.

Органические соединения галлия существуют как Gallane GAR3Gallylene GAR и как высшие галанысодержащие галлий-галлиевые связи. Как и многие другие металлоорганические соединения, они неустойчивы к воздуху и гидролизу. Одним из немногих органических соединений галлия, имеющих экономическое значение, является триметилгаллий, который используется в качестве легирующего реагента и для производства тонких слоев арсенида галлия и нитрида галлия при металлоорганической газофазной эпитаксии.

Общий
Имя, символ, атомный номерГаллий, Ga, 31
серияметаллы
Группа, период, блок13, 4, стр.
Внешний видсеребристо-белый
номер CAS7440-55-3
Массовая доля земной оболочки14 частей на миллион
ядерной
атомная масса69,723 XNUMX человека
Атомный радиус (рассчитанный)130 (136) вечера
Ковалентный радиус122 м.
Ван-дер-Ваальса радиус187 м.
электронная конфигурация[Ar] 3d10 4s2 4p1
1. ионизация578,8 кДж / моль
2. ионизация1979,3 кДж / моль
3. ионизация2963 кДж / моль
физически
Физическое состояниеПраздник
изменениясемь
плотность5,904 г / см3
твердость по Моосу1,5
магнетизмдиамагнитный ( = -2,3 10-5)
точка плавления302,91 К (29,76 ° С)
Температура кипения2477 К (2204 ° С)
Молярный объем11,80 · 10-6 m3/ моль
Теплота парообразования256 кДж / моль
теплота плавления5,59 кДж / моль
скорость звука2740 м / с на 293,15 K
Удельная теплоемкость371 Дж / (кг · К)
Электропроводностьо 7,14 · 106 А / (В · м)
теплопроводность29 Вт / (м · К)
Химический
состояния окисления3
нормальный потенциал−0,53 В (Ga3+ + 3 е → га)
электроотрицательность1,81 (шкала Полинга)
Изотоп
изотопNHt1/2ZAZE (МэВ)ZP
67Ga{Син. }3,2612 гε1,0067Zn
68Ga{Син.}67,629 минβ+, ε2,92168Zn
69Ga60,1%стабильный
70Ga{Син.}21,14 минβ1,65670Ge
71Ga39,9%стабильный
72Ga{Син.}14,10 чβ4,00172Ge
73Ga{Син.}4,86 чβ1,59373Ge
безопасности
СГС опасных веществ

 

Галлий цены, графики, цены

 

Диаграмма Галлий 2001-2011

 

 

 

Галлий в волосах

Определение концентрации в волосах металла галлия, используемое для диагностики хронической интоксикации. Данный анализ может назначаться при осмотре пациентов, занятых на добыче и переработке тяжелых металлов.

Синонимы английские

Gallium.

Единицы измерения

Мкг/г (микрограмм на грамм).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Волосы.

Как правильно подготовиться к исследованию?

  • Специальной подготовки не требуется.

Общая информация об исследовании

Многие неорганические ионы могут быть определены в организме человека. Некоторые из них являются абсолютно необходимыми для нормального метаболизма элементами, как, например, натрий, калий, цинк, селен и йод. Другие (ртуть, кадмий, свинец и др.) не выполняют никаких функций и даже, наоборот, оказывают токсическое воздействие при накоплении в высокой концентрации. Для диагностики острой или хронической интоксикации организма используют анализ на наличие того или иного металла (микроэлемента).

К тяжелым металлам относятся хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут. Изначально они не являются опасными — токсичными могут стать любые элементы и их соединения при определенной концентрации. Токсичность неорганических ионов зависит от многих факторов, в том числе возраста, пола, физиологического состояния организма, наличия сопутствующих заболеваний, а также пути поступления в организм и дозы.

Основными источниками тяжелых металлов и микроэлементов являются пищевые продукты и вода, вдыхаемый воздух, а также в некоторых случаях лекарственные препараты. Соли алюминия, лития, галлия, золота, серебра и висмута находят широкое применение в медицинской практике и могут при неосторожном обращении привести к острой или хронической интоксикации.

Галлий находится в составе редкого минерала галлита. Он содержится в цинковых рудах. Также большие его количества обнаруживаются в золе каменного угля. Основным сырьем для промышленного получения галлия служат бокситы, содержащие его незначительные примеси (до 0,1 %). Его извлекают электролизом из щелочных жидкостей, являющихся промежуточным продуктом переработки природных бокситов на технический глинозем. Высокая температура кипения и равномерное расширение при нагревании делают галлий материалом для заполнения высокотемпературных термометров. Также он хорошо смачивает многие неметаллические поверхности, в том числе стекло; галлий наносят на стекла для получения зеркал, сильно отражающих свет. Нанесение галлия на пластмассы используется для получения радиосхем. Галлий можно использовать в вакуумной технике как уплотнитель для вентилей. Он применяется в производстве электроламп, создании сигнальных систем при пожаре и предохранителей. Галлий, очевидно, не ядовит и, по некоторым данным, малотоксичен. По некоторым данным, более опасной может быть аэрозоль, испарения галлия, чем его твердое состояние. Малые частицы металла при контакте с кожей не приносят вреда. Тем не менее возможная в редких случаях интоксикация сопровождается следующими признаками: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма, паралич нижних конечностей.

Наиболее часто случаи отравления металлами и микроэлементами регистрируются на производстве. Одним из наиболее ярких проявлений токсического воздействия соединений металлов на организм является так называемая металлическая лихорадка. Это гриппоподобное состояние возникает в результате острого воздействия паров оксидов металлов на верхние дыхательные пути и наиболее часто наблюдается среди рабочих, занятых на добыче и переработке металлов.

Несмотря на то что клиническая картина отравления металлами и микроэлементами несколько отличается в зависимости от природы и химической структуры металла, определить элемент, вызвавший заболевания, на основании только лишь клинических признаков не представляется возможным. При подозрении на хроническую интоксикацию металлами целесообразно проводить комплексную лабораторную оценку их концентраций в организме.

Для диагностики хронического отравления токсическими металлами оптимальной биологической средой является моча. Для диагностики острого отравления тяжелыми металлами предпочтительно использовать кровь. Результаты исследования волос и ногтей менее надежны, чем исследование крови и мочи. Это связано с тем, что придатки кожи способны накапливать металлы из внешней среды, поэтому концентрация металлов в волосах не всегда отражает их концентрацию в организме.

При интерпретации результата исследования следует учитывать некоторые особенности метаболизма токсических металлов в организме. Признаки интоксикации могут наблюдаться и при нормальных (референсных) значениях концентрации. В некоторых ситуациях удается обнаружить повышенную концентрацию токсических металлов при отсутствии какой-либо симптоматики.

Для чего используется исследование?

  • Для диагностики хронической интоксикации пациентов с особенностями профессионального и бытового анамнеза.

Когда назначается исследование?

  • При обследовании пациентов, занятых на добыче и переработке тяжелых металлов.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0 — 0,2 мкг/г.

Причины повышения уровня галлия:

  • хроническая интоксикация.

Также рекомендуется

[06-231] Токсические микроэлементы (Cd, Hg, Pb)

[06-232] Токсические микроэлементы и тяжелые металлы (Hg, Cd, As, Li, Pb, Al)

[06-233] Основные эссенциальные (жизненно необходимые) и токсичные микроэлементы (13 показателей)

[06-234] Комплексный анализ на наличие тяжёлых металлов и микроэлементов (23 показателя)

[06-109] Жирорастворимые витамины (A, D, E, K)

[06-188] Водорастворимые витамины (B1, B5, B6, С)

[06-222] Комплексный анализ крови на ненасыщенные жирные кислоты семейства Омега-3 и Омега-6 

[40-422] Комплексная оценка оксидативного стресса (7 параметров) 

Кто назначает исследование?

Врач общей практики, профпатолог.

Литература

  • Ford et al. Clinical Toxicology/ M. D. Ford, K. A. Delaney, L. J. Ling, T. Erickson; 1st ed. — W.B. Saunders Company, 2001.
  • Klaassen et al. Casarett and Doull’s Essentials of Toxicology/ C. D. Klaassen, J.B. Watkins III. 1st ed. – MCGraw-Hill, 2004.
  • Fauci et al. Harrison’s Principles of Internal Medicine/A. Fauci, D.  Kasper, D. Longo, E. Braunwald, S. Hauser, J. L. Jameson, J. Loscalzo; 17 ed. — The McGraw-Hill Companies, 2008.
  • Chernecky C. C. Laboratory Tests and Diagnostic Procedures / С.С. Chernecky, В.J. Berger; 5th ed. — Saunder Elsevier, 2008.

Химия галлия (Z=31) — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    554
  • Галлий — это химический элемент с атомным номером 31 и символом Ga в периодической таблице. Он находится в семействе боров (группа 13) и в периоде 4. Галлий был открыт в 1875 году Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. Буабодран назвал свой недавно открытый элемент в честь себя, происходящего от латинского слова «Галлия», что означает «Галлия». Элементарный галлий не существует в природе, но соль галлия (III) может быть извлечена в небольших количествах из бокситов и цинковых руд. Кроме того, известно, что он сжижается при температуре чуть выше комнатной.

    Введение

    Галлий — один из элементов, первоначально предсказанных Менделеевым в 1871 году, когда он опубликовал первую форму таблицы Менделеева. Он назвал его экаалюминием, указав, что он должен иметь химические свойства, подобные алюминию. Настоящий металл был выделен и назван (от латинского Gallia, Франция) Полом-Эмилем Лекоком де Буабодраном в 1875 году. минерал, сфалерит. Затем последовали окончательная добыча и характеристика. Сегодня большая часть галлия по-прежнему извлекается из этого минерала цинка.

    Хотя галлий когда-то считался малоизвестным, он стал важным коммерческим продуктом в 70-х годах с появлением светодиодов на основе арсенида галлия и лазерных диодов. При комнатной температуре галлий мягок, как свинец, и его можно резать ножом. Его температура плавления аномально низкая, и он начнет таять на ладони теплой руки. Галлий — один из немногих металлов, расширяющихся при замерзании.

    Основные химические и физические свойства

    00070

    [Ar]4s 2 3d 10 4p 1

    Атомный номер 31
    Атомная масса 69,723 г/моль
    Категория элемента Постпереходный металл
    Фаза Твердый
    Электроотрицательность 1,6 (шкала Полинга)
    Плотность (при 0 o С) 5,91 г/см 3
    Точка плавления 29.7646 или С
    Точка кипения 2204 или С
    Атомный радиус 135 вечера
    Ионный радиус 62 вечера
    Изотопы 2 ( 69 млрд лет; 60,11% и 71 млрд лет; 39,89%)
    1-я энергия ионизации 578,8 кДж/моль
    Потенциал электрода -0,56 е о
    Электропроводность 9. 1
    Степени окисления +3 , +2, +1
    Твердость 1,5 (Моос) 60 МПа (по Бринеллю)
    Кристаллическая структура Ромбическая
    Удельная теплоемкость 25,86 Дж/мольК
    Теплота плавления 5,59 кДж/моль
    Теплота испарения 254 кДж/моль
    Электронная конфигурация

    1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 9 4 100970 6

    Характеристики

    Галлий имеет несколько примечательных характеристик, которые кратко изложены ниже:

    • В твердой фазе галлий имеет сине-серый цвет
    • Плавится при температуре выше комнатной; поэтому, если вы возьмете в руку кусок галлия, он начнет разжижаться.
    • Твердый галлий мягкий и легко режется ножом.
    • Стабилен на воздухе и в воде, но реагирует и растворяется в кислотах и ​​щелочах.
    • При затвердевании галлий расширяется на 3,1 процента, поэтому его нельзя хранить в стекле или металле.
    • Он также легко превращается в сплав со многими металлами и использовался в ядерных бомбах для стабилизации кристаллической структуры.
    • Галлий — один из немногих металлов, который может заменить ртуть в термометрах, поскольку его температура плавления близка к комнатной температуре.

    Видео 1 : на видео показано затвердевание жидкого галлия с 10-кратной скоростью. Плотность твердого галлия меньше плотности жидкого, поэтому при затвердевании он расширяется и разбивает бутылку.

    Видео 2: На видео видно, как галлий плавится в ваших руках из-за его температуры плавления.

    Возникновение

    Галлий обычно не встречается в природе. Он существует в земной коре, где его численность составляет около 16,9частей на миллион Его добывают из бокситов и иногда из сфалерита. Галлий также можно найти в угле, диаспоре и германите.

    Области применения

    Здоровье : Несмотря на то, что галлий может быть обнаружен в организме человека в очень малых количествах, нет никаких доказательств того, что он наносит вред организму. Фактически, соль галлия (III) используется во многих фармацевтических препаратах для лечения гиперкальциемии, которая может привести к росту опухолей на костях. Кроме того, было даже высказано предположение, что его можно использовать для лечения рака, инфекционных и воспалительных заболеваний. Однако воздействие большого количества галлия может вызвать раздражение горла, боли в груди, а выделяемый им дым может привести к очень серьезным заболеваниям.

    Полупроводники : Примерно 90-95% потребления галлия приходится на электронную промышленность. В Соединенных Штатах арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN) составляют примерно 98% потребления галлия. Арсенид галлия (GaAs) может напрямую преобразовывать свет в электричество. Кроме того, арсенид галлия также используется в светодиодах и транзисторах.

    Другие области применения галлия связаны со смачиванием и улучшением качества сплава:

    Галлий обладает свойством смачивать фарфоровые и даже стеклянные поверхности. В результате галлий можно использовать для создания ослепительных зеркал. Ученые используют сплав с галлием для плутониевых ям ядерного оружия, чтобы стабилизировать аллотропы плутония. В результате у некоторых возникают проблемы с элементом.

    Ссылки

    • Петруччи, Харвуд, Херринг и Мадура — Общая химия, 9-е издание

    Проблемы

    1. Какова электронная конфигурация галлия?
    2. Как вы думаете, какие проблемы могут возникнуть у людей при использовании галлия?
    3. Галлий является частью какой группы и периода?
    4. Каковы некоторые области применения галлия?
    5. Назовите три свойства галлия, которые отличают его от любого другого элемента.

    Answers

    1. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
    2. Использование его в ядерных бомбах.
    3. Галлий находится в группе 13 (семейство бора) и в периоде 4.
    4. Полупроводники; лечение рака; лечение гиперкальциемии; стабилизация в ядерных бомбах. См. раздел выше о применении для более подробной информации.
    5. 5. Подробнее см. раздел о свойствах и характеристиках выше.
      1. Галлий в твердой фазе имеет сине-серый цвет.
      2. Плавится при температуре выше комнатной
      3. Стабилен на воздухе и в воде, но реагирует и растворяется в кислотах и ​​щелочах.

    Авторы и ссылки

    • Анджела Танг, Саранг Дэйв

    Стивен Р. Марсден


    Chemistry of Gallium (Z=31) распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0, автор, ремикс и/или куратор LibreTexts.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Лицензия
        CC BY-NC-SA
        Версия лицензии
        4,0
        Показать страницу TOC
        № на стр.
      2. Теги
        1. Алюминий
        2. экаалюминий
        3. Галлий
        4. Менделеев
        5. периодическая таблица
        6. Полупроводники

      Факты о галлии | Живая наука

      Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

      Кристаллы 99,999% галлия, выращенные в лаборатории (Изображение предоставлено: foobar/Creative Commons)

      Галлий — мягкий серебристый металл, используемый в основном в электронных схемах, полупроводниках и светоизлучающих диодах (СИД). Он также полезен в высокотемпературных термометрах, барометрах, фармацевтических препаратах и ​​тестах ядерной медицины. Элемент не имеет известной биологической ценности.

      Природный элемент

      В природе галлий никогда не встречается в виде свободного элемента и не может быть обнаружен в значительных количествах ни в каких минералах. Скорее, он присутствует в следовых количествах в различных соединениях, включая цинковые руды и бокситы. По данным PeriodicTable.com, по весу галлий составляет около 0,0019 процента земной коры. Однако его легко получить плавлением, и, согласно Chemicool, большая часть коммерческого галлия извлекается как побочный продукт производства алюминия и цинка. Крупнейшими производителями галлия являются Австралия, Россия, Франция и Германия.

      Только факты

      • Атомный номер (количество протонов в ядре): 31
      • Символ атома (в периодической таблице элементов): Ga
      • Атомный вес (средняя масса атома): 69,723
      • Плотность: 5,91 г на кубический сантиметр
      • Фаза при комнатной температуре: твердая
      • Температура плавления: 85,57 градусов по Фаренгейту (29,76 градусов по Цельсию)
      • элемент с разным числом нейтронов): 24, периоды полураспада которых известны
      • Наиболее распространенные изотопа: два стабильных изотопа Ga-69 (естественное содержание 60,1 процента) и Ga-71 (естественное содержание 39,9 процента).

      Электронная конфигурация и элементарные свойства галлия. (Изображение предоставлено: Грег Робсон/Creative Commons, Андрей Маринкас (открывается в новой вкладке) Shutterstock (открывается в новой вкладке))

      Уникальный металл

      В периодической таблице элементов галлий относится к семейству боров (группа 13). ), который включает полуметаллический бор (B) и металлы алюминий (Al), галлий, индий (In) и таллий (Tl), согласно Chemistry LibreTexts. Все пять из этих элементов имеют три электрона на внешнем энергетическом уровне.

      Галлий — это постпереходный металл. Это металлические элементы, расположенные между переходными металлами и металлоидами (неметаллами) в периодической таблице. Постпереходные металлы обладают некоторыми чертами переходных металлов, но имеют тенденцию быть более мягкими и иметь более плохую проводимость. К постпереходным металлам относятся некоторые элементы семейства бора — алюминий, индий и таллий, а также олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi).

      Галлий обладает рядом уникальных качеств. Например, хотя при комнатной температуре (около 77 F/22 C) он твердый, он все же настолько мягкий, что его можно резать ножом. Кроме того, он имеет низкую температуру плавления 85,57 F (290,76 C) — менее чем на 10 градусов выше комнатной температуры — поэтому, если бы вы взяли в руки кусок галлия, он бы буквально растаял от тепла вашей руки. Затем, если вы поставите его обратно, он снова затвердеет.

      Даже при такой низкой температуре плавления температура кипения галлия довольно высока и составляет 3 999 F (2 204 C), что дает ему одно из самых высоких соотношений между температурой плавления и температурой кипения среди всех элементов. При низких температурах галлий представляет собой хрупкое твердое тело, которое довольно легко ломается и, подобно стеклу, разбивается раковисто (не следует естественным плоскостям разделения).

      Использование

      Галлий в основном используется в электронике. Фактически, около 95 процентов всего произведенного галлия используется для производства арсенида галлия (GaAs), соединения, используемого в микроволновых и инфракрасных цепях, полупроводниках и синих и фиолетовых светодиодах, согласно объяснению химии. Арсенид галлия может производить лазерный свет непосредственно из электричества и используется в солнечных панелях, в том числе в марсоходе Mars Exploration Rover. Соединение нитрида галлия (GaN) используется в качестве полупроводника в технологии Blu-ray, мобильных телефонах и датчиках давления для сенсорных переключателей.

      Галлий легко связывается с большинством металлов и обычно используется для изготовления легкоплавких сплавов. Это один из четырех металлов (включая ртуть, рубидий и цезий), которые находятся в жидком состоянии при комнатной температуре или близкой к ней. Из этих четырех металлов галлий наименее реакционноспособен и наименее токсичен, что делает его наиболее безопасным и экологически чистым выбором для высокотемпературных термометров, барометров, систем теплопередачи, а также охлаждающих и нагревательных устройств.

      Однако с жидким галлием довольно сложно работать, так как он прилипает к стеклу, коже и большинству других материалов (кроме графита, кварца и тефлона). Он также расширяется при замерзании, поэтому его нельзя хранить в стеклянных контейнерах.

      Галлий также используется в некоторых фармацевтических и радиофармацевтических препаратах. Например, радиоактивный изотоп Ga-67 используется в качестве теста ядерной медицины для выявления воспаления, инфекции или рака в организме.

      Нитрат галлия используется во многих фармацевтических препаратах и ​​для лечения гиперкальциемии, заболевания, которое может привести к росту опухолей костей. Галлий также был предложен для лечения рака, инфекционных заболеваний и воспалительных заболеваний. Тем не менее, согласно Chemistry LibreTexts, воздействие большого количества галлия может вызвать раздражение горла или грудной клетки, а пары могут привести к некоторым серьезным заболеваниям.

      Открытие

      До открытия галлия его предсказал русский химик и изобретатель Дмитрий Менделеев, создатель периодической таблицы элементов. Он назвал отсутствующий элемент эка-алюминием, потому что знал, что в таблице Менделеева он будет находиться ниже алюминия в ячейке 31, согласно Chemicool.

      Этот элемент был впервые обнаружен французским химиком Полем-Эмилем Лекоком де Буабодраном в 1875 году, который изучал спектры химических элементов в течение 15 лет (спектры — это линии, образующиеся при нагревании химических элементов), согласно объяснению химии. . Поскольку каждый элемент создает свой собственный характерный набор линий или спектров, этот метод был надежным способом идентификации элементов.

      Лекок де Буабодран задался вопросом, можно ли найти элемент 31 в цинковых рудах. Цинк, имеющий атомный номер 30, находится рядом с галлием в периодической таблице. В августе 1875 г. с помощью спектроскопа Лекок де Буабодран действительно обнаружил некоторое количество галлия, но только в очень небольших количествах. Он сообщил, что спектр нового элемента состоит из узкого, хорошо видимого фиолетового луча, согласно «Объяснению химии».

      Позднее в том же году Лекок де Буабодран получил чистый галлий путем электролиза гидроксида галлия в гидроксиде калия, согласно данным лаборатории Джефферсона. Затем горняки передали Лекоку де Буабодрану несколько тонн цинковой руды для его исследований. Из этой руды он смог произвести несколько граммов почти чистого галлия, согласно объяснению химии. Лекок де Буабодран предложил для нового элемента название «галлий», которое происходит от латинского слова «Gallia», означающего «Франция».

      Кто знал?

      • Жидкий галлий нельзя хранить в стеклянной или металлической таре, поскольку при замерзании он расширяется на 3,1 процента.
      • Галлий имеет самый большой запас жидкости среди всех металлов.
      • Нейтринная обсерватория в Италии использует большое количество трихлорида галлия для изучения солнечных нейтрино, образующихся на Солнце. По данным Университета Висконсин-Мэдисон, нейтрино — это частицы, созданные в первую секунду Вселенной — даже раньше атомов — и постоянно образующиеся в результате ядерных реакций Солнца и других звезд.
      • В чистом виде галлий имеет ярко-серебристый цвет. В твердом состоянии он сине-серый.
      • Еще одной необычной особенностью галлия является то, что его довольно легко переохладить. Переохлаждение – это охлаждение вещества ниже точки его замерзания без превращения его в твердое состояние.
      • По данным LibreTexts, примерно 95 процентов потребления галлия приходится на электронную промышленность. Арсенид галлия и нитрид галлия составляют около 98% потребления галлия в Соединенных Штатах.
      • Галлий использовался в ядерных бомбах для стабилизации кристаллической структуры.