Od elementa s atomskim brojem 31, većina čitatelja pamti samo da je to jedan od tri elementa koje je predvidio i najdetaljnije opisao D.I. Mendeljejeva, a da je galijum veoma topiv metal: da bi se pretvorio u tečnost, dovoljna je toplota dlana.
Međutim, galijum nije najtopljiviji metal (čak i ako ne računate živu). Njegova tačka topljenja je 29,75°C, dok se cezijum topi na 28,5°C; samo cezijum, kao i svaki alkalni metal, ne možete uzeti u ruke, stoga je na dlanu, prirodno, lakše rastopiti galijum nego cezijum.
Otpjevaj priču o elementu #31, namjerno smo počeli spominjanjem nečega što je gotovo svima poznato. Jer ovo "poznato" treba neko objašnjenje. Svi znaju da je galijum predvidio Mendeljejev, a otkrio Lecoq de Boisbaudran, ali ne znaju svi kako se to otkriće dogodilo. Gotovo svi znaju da je galijum topljiv, ali gotovo niko ne može odgovoriti na pitanje zašto je topljiv.
Kako je otkriven galijum?
Francuski hemičar Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ušao je u istoriju kao otkrivač tri nova elementa: galija (1875), samarija (1879) i disprozijuma (1886). Prvo od ovih otkrića donelo mu je slavu.
U to vrijeme, izvan Francuske, bio je malo poznat. Imao je 38 godina, bavio se uglavnom spektroskopskim istraživanjima. Lecoq de Boisbaudran je bio dobar spektroskopista, i to je na kraju dovelo do uspjeha: otkrio je sva tri svoja elementa spektralnom analizom.
Godine 1875. Lecoq de Boisbaudran je istraživao spektar cinkove mješavine donesene iz Pierrefittea (Pireneji). U tom spektru je otkrivena nova ljubičasta linija (talasna dužina 4170 Å). Nova linija je ukazivala na prisustvo nepoznatog elementa u mineralu i, sasvim prirodno, Lecoq de Boisbaudran je uložio sve napore da izoluje ovaj element. To nije bilo lako učiniti: sadržaj novog elementa u rudi bio je manji od 0,1%, a na mnogo načina bio je sličan cinku*. Nakon dugih eksperimenata, naučnik je uspio dobiti novi element, ali u vrlo maloj količini. Toliko mali (manje od 0,1 g) da Lecoq de Boisbaudrap nije mogao u potpunosti proučiti njegova fizička i kemijska svojstva.
* Kako se galijum dobija iz mešavine cinka opisan je u nastavku.
Najava otkrića galija - pa je u čast Francuske (Gallia - njeno latinsko ime) nazvan novi element - pojavila se u izvještajima Pariške akademije nauka.
Ovu poruku je pročitao D.I. Mendeljejev je u galijumu prepoznao ekaaluminijum, koji je predvideo pet godina ranije. Mendeljejev je odmah pisao Parizu. “Metoda otkrivanja i izolacije, kao i nekoliko opisanih svojstava, sugeriraju da novi metal nije ništa drugo do ekaaluminij”, stoji u njegovom pismu. Zatim je ponovio predviđena svojstva za taj element. Štaviše, nikad ne držeći zrno galijuma u rukama, a da mu to ne vide u očima, ruski hemičar je tvrdio da je pronalazač elementa pogrešio, da gustina novog metala ne može biti jednaka 4,7, kako je napisao Lecoq de Boisbaudran , - mora biti više od 5,9...6,0 g/cm3!
Koliko god to čudno izgledalo, ali prvi od njegovih afirmativnih, "jačajućih" saznali su za postojanje periodičnog zakona tek iz ovog pisma. Ponovo je izolovao i pažljivo pročistio zrna galija kako bi provjerio rezultate prvih eksperimenata. Neki istoričari nauke smatraju da je to učinjeno kako bi se osramotio samouvereni ruski "prediktor". Ali iskustvo je pokazalo suprotno: pronalazač je pogriješio. Kasnije je napisao: "Mislim da nije potrebno isticati izuzetnu važnost koju gustoća novog elementa ima u odnosu na potvrdu Mendeljejevljevih teorijskih stavova."
Ostala svojstva elementa br. 31 koje je predvideo Mendeljejev skoro su se tačno poklapala sa eksperimentalnim podacima. "Predviđanja Mendeljejeva su se obistinila sa manjim odstupanjima: ekaaluminijum se pretvorio u galijum." Ovako Engels karakteriše ovaj događaj u dijalektici prirode.
Nepotrebno je reći da je otkriće prvog elementa koje je predvidio Mendeljejev značajno ojačalo poziciju periodičnog zakona.
Zašto je galijum topljiv?
Predviđajući svojstva galijuma, Mendeljejev je vjerovao da bi ovaj metal trebao biti topljiv, jer se njegovi analozi u grupi - aluminij i indij - također ne razlikuju u vatrostalnosti.
Ali tačka topljenja galija je neobično niska, pet puta niža od one indijuma. To se objašnjava neobičnom strukturom kristala galija. Njegovu kristalnu rešetku ne formiraju pojedinačni atomi (kao u "normalnim" metalima), već dvoatomski molekuli. Molekuli Ga 2 su vrlo stabilni; oni su očuvani čak i kada se galijum prevede u tečno stanje. Ali ovi molekuli su međusobno povezani samo slabim van der Waalsovim silama, a za prekid njihove veze potrebno je vrlo malo energije.
Još neka svojstva elementa br. 31 povezana su sa dvoatomnošću molekula. U tekućem stanju galijum je gušći i teži nego u čvrstom stanju. Električna provodljivost tekućeg galijuma je također veća od one čvrstog galijuma.
Izvana - najviše na kalaju: srebrno-bijeli meki metal, ne oksidira i ne tamni na zraku.
I po većini hemijskih svojstava, galijum je blizak aluminijumu. Poput aluminija, postoje tri elektrona u vanjskoj orbiti atoma galija. Kao i aluminijum, galijum lako, čak i na hladnoći, stupa u interakciju sa halogenima (osim joda). Oba metala se lako otapaju u sumpornoj i hlorovodoničnoj kiselini, oba reaguju sa alkalijama i daju amfoterne hidrokside. Konstante disocijacije reakcija
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
su količine istog reda.
Međutim, postoje razlike u hemijskim svojstvima galija i aluminijuma.
Sa suhim kisikom galij se primjetno oksidira tek na temperaturama iznad 260°C, a aluminij, ako mu je oduzet zaštitni oksidni film, kisikom se oksidira vrlo brzo.
Sa vodonikom, galijum formira hidride slične borovim hidridima. Aluminij, s druge strane, može samo otopiti vodonik, ali ne i reagirati s njim.
A galijum je sličan grafitu, kvarcu, vodi.
Na grafitu - onaj koji ostavlja sivi trag na papiru.
Na kvarcu - električna i termička anizotropija.
Električni otpor kristala galija ovisi o tome po kojoj osi struja teče. Omjer maksimuma i minimuma je 7 - više od bilo kojeg drugog metala. Isto vrijedi i za koeficijent toplinske ekspanzije.
Njegove vrijednosti u smjeru tri kristalografske ose (rombični kristali galija) odnose se na 31:16:11.
A galijum je sličan vodi po tome što se širi kada se stvrdne. Primjetan je porast obima - 3,2%.
Već jedna kombinacija ovih sukobljenih sličnosti govori o jedinstvenoj individualnosti elementa br. 31.
Osim toga, ima svojstva koja nisu svojstvena nijednom elementu. Rastopljen, može ostati prehlađen mnogo mjeseci ispod svoje tačke topljenja. To je jedini metal koji ostaje tečan u širokom temperaturnom rasponu od 30 do 2230°C, a isparljivost mu je minimalna. Čak i u visokom vakuumu, primjetno isparava tek na 1000°C. Pare galijuma, za razliku od čvrstih i tečnih metala, su jednoatomne. Prelaz Ga 2 → 2Ga zahteva mnogo energije; ovo objašnjava teškoću isparavanja galija.
Veliki temperaturni opseg tečnog stanja je osnova jedne od glavnih tehničkih primena elementa br. 31.
Za šta je dobar galijum?
Galijumski termometri u principu omogućavaju merenje temperature od 30 do 2230°C. Galijski termometri su sada dostupni za temperature do 1200°C.
Element broj 31 ide u proizvodnju niskotopljivih legura koje se koriste u signalnim uređajima. Legura galija i indija se topi već na 16°C. To je najtopljivija od svih poznatih legura.
Kao element grupe III, koji doprinosi povećanju provodljivosti "rupa" u poluprovodniku, galijum (čistoće od najmanje 99,999%) se koristi kao aditiv germanijumu i silicijumu.
Intermetalna jedinjenja galija sa elementima V grupe - antimonom i arsenom - sami imaju poluvodička svojstva.
Dodatak galija staklenoj masi omogućava dobijanje stakla sa visokim indeksom prelamanja svetlosnih zraka, a stakla na bazi Ga 2 O 3 dobro propuštaju infracrvene zrake.
Tečni galijum odbija 88% svjetlosti koja pada na njega, čvrsti - malo manje. Zbog toga je galijumska ogledala vrlo jednostavna za proizvodnju - galijumski premaz se može nanijeti čak i četkom.
Ponekad se koristi sposobnost galija da dobro vlaži čvrste površine, zamjenjujući živu u difuzionim vakuum pumpama. Takve pumpe „održavaju“ vakuum bolje od živinih pumpi.
Učinjeni su pokušaji korištenja galija u nuklearnim reaktorima, ali se rezultati tih pokušaja teško mogu smatrati uspješnim. Ne samo da galijum prilično aktivno hvata neutrone (poprečni presek hvatanja od 2,71 barna), već i reaguje na povišenim temperaturama sa većinom metala.
Galijum nije postao atomski materijal. Istina, njegov umjetni radioaktivni izotop 72 Ga (sa poluživotom od 14,2 sata) koristi se za dijagnosticiranje raka kostiju. Galij-72 hlorid i nitrat se adsorbiraju u tumoru, a fiksiranjem zračenja karakterističnog za ovaj izotop, doktori gotovo precizno određuju veličinu stranih formacija.
Kao što vidite, praktične mogućnosti elementa br. 31 su prilično široke. Još uvijek ih nije bilo moguće u potpunosti iskoristiti zbog poteškoća u dobivanju galija, prilično rijetkog elementa (1,5 10 -3% težine zemljine kore) i vrlo rasutog. Poznato je nekoliko prirodnih minerala galija. Njegov prvi i najpoznatiji mineral, galit CuGaS 2, otkriven je tek 1956. godine. Kasnije su pronađena još dva minerala, koji su već bili prilično rijetki.
Obično se galijum nalazi u rudama cinka, aluminijuma, željeza, kao iu uglju - kao beznačajna nečistoća. I ono što je karakteristično: što je ove nečistoće više, to je teže izdvojiti, jer ima više galija u rudama onih metala (aluminijum, cink) koji su mu po svojstvima bliski. Glavni dio zemaljskog galijuma je zatvoren u mineralima aluminija.
Ekstrakcija galija je skupo “zadovoljstvo”. Stoga se element #31 koristi u manjim količinama nego bilo koji od njegovih susjeda u periodnom sistemu.
Moguće je, naravno, da će nauka u bliskoj budućnosti otkriti nešto u galijumu što će ga učiniti apsolutno neophodnim i nezamenljivim, kao što se dogodilo sa drugim elementom koji je predvideo Mendeljejev, germanijumom. Prije samo 30 godina koristio se čak i manje od galija, a onda je počela "era poluprovodnika" ...
Potražite uzorke
Svojstva galija je predvidio D.I. Mendeljejev pet godina prije otkrića ovog elementa. Genijalni ruski hemičar gradio je svoja predviđanja na obrascima promena svojstava po grupama periodnog sistema. Ali za Lecoqa de Boisbaudrana, ni otkriće galija nije bilo srećno. Talentovani spektroskopista, još 1863. otkrio je pravilnosti u promjeni spektra elemenata sličnih svojstava. Upoređujući spektre indija i aluminijuma, došao je do zaključka da ovi elementi možda imaju "brata" čije bi linije popunile prazninu u kratkotalasnom delu spektra. Upravo je ovu nedostajuću liniju tražio i pronašao u spektru cink blende iz Pierrfita.
Za poređenje, predstavljamo tabelu glavnih svojstava koje je predvidio D.I. Mendeljejev ekaaluminij i galijum otkrio Lecoq de Boisbaudran.
| Ekaaluminium | Galij |
| Atomska težina oko 68 | Atomska težina 69,72 |
| Mora biti slabo topljivo | Tačka topljenja 29,75°C |
| Specifična težina blizu 6,0 | Specifična težina 5,9 (čvrsto) i 6,095 (tečno) |
| Atomska zapremina 11.5 | Atomska zapremina 11.8 |
| Ne smije oksidirati na zraku | Pomalo oksidira samo na duhovito crvenoj vrućini |
| Treba da se razgradi voda na visokoj temperaturi | Razlaže vodu na visokoj temperaturi |
| Složene formule: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3 | Složene formule: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3 |
| Trebalo bi formirati stipsu Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, ali teže od aluminija | Formira sastav stipse (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O |
| Oksid Ea 2 O 3 trebao bi se lako reducirati i dati metal isparljiviji od Al, te se stoga može očekivati da će eka aluminij biti otkriven spektralnom analizom. | Galij se lako redukuje iz oksida kalcinacijom u struji vodika, što je otkriveno spektralnom analizom |
Igra riječi?
Neki istoričari nauke u imenu elementa br. 31 vide ne samo patriotizam, već i indiskreciju njegovog otkrića. Općenito je prihvaćeno da riječ "galijum" dolazi od latinskog Gallia (Francuska). Ali ako želite, u istoj riječi možete vidjeti nagoveštaj riječi "pjetao"! Na latinskom, "petao" je gallus, na francuskom - le coq. Lecoq de Boisbaudran?
U zavisnosti od starosti
U mineralima, galijum često prati aluminijum. Zanimljivo je da odnos ovih elemenata u mineralu zavisi od vremena nastanka minerala. U feldspatima jedan atom galija pada na 120 hiljada atoma aluminija. Kod nefelina nastalih mnogo kasnije, ovaj omjer je već 1:6000, a u još “mlađem” okamenjenom drvetu samo 1:13.
Prvi patent
Prvi patent za upotrebu galija zauzet je prije 60 godina. Element br. 31 želio se koristiti u električnim lučnim svjetiljkama.
Ističe sumpor, brani se sumporom
Zanimljiva je interakcija galija sa sumpornom kiselinom. To je praćeno oslobađanjem elementarnog sumpora. U tom slučaju sumpor obavija površinu metala i sprječava njegovo daljnje otapanje. Međutim, ako se metal ispere vrućom vodom, reakcija će se nastaviti i nastaviti sve dok na galiju ne izraste nova "koža" sumpora.
Loš uticaj
Tečni galijum stupa u interakciju s većinom metala, formirajući legure i intermetalne spojeve s prilično niskim mehaničkim svojstvima. Zbog toga kontakt sa galijumom dovodi mnoge konstrukcijske materijale do gubitka čvrstoće. Berilijum je najotporniji na dejstvo galija: na temperaturama do 1000°C, uspešno se odupire agresivnosti elementa br. 31.
I oksid također!
Beznačajni dodaci galijevog oksida značajno utiču na svojstva oksida mnogih metala. Dakle, dodatak Ga 2 O 3 cink oksidu značajno smanjuje njegovo sinterovanje. Ali rastvorljivost cinka u takvom oksidu je mnogo veća nego u čistom. A u titanijum dioksidu, kada se doda Ga 2 O 3, električna provodljivost naglo opada.
Kako se dobija galijum
Industrijska nalazišta ruda galijuma nisu pronađena u svijetu. Zbog toga se galijum mora ekstrahovati iz ruda cinka i aluminijuma, koje su njime veoma siromašne. Budući da sastav ruda i sadržaj galija u njima nisu isti, metode za dobijanje elementa br. 31 su prilično raznolike. Na primjer, reći ćemo vam kako se galij izdvaja iz cinkove mješavine, minerala u kojem je ovaj element prvi put otkriven.
Prije svega, cink mješavina ZnS se peče, a nastali oksidi se izlužuju sumpornom kiselinom. Zajedno sa mnogim drugim metalima, galijum prelazi u rastvor. U ovoj otopini prevladava cink sulfat - glavni proizvod koji se mora pročistiti od nečistoća, uključujući galij. Prva faza prečišćavanja je taloženje takozvanog željeznog mulja. Postepenom neutralizacijom kiselog rastvora, ovaj mulj se taloži. Sadrži oko 10% aluminijuma, 15% gvožđa i (što je za nas sada najvažnije) 0,05...0,1% galija. Za ekstrakciju galija, mulj se ispira kiselinom ili kaustičnom sodom - amfoternim galij hidroksidom. Alkalna metoda je prikladnija, jer je u ovom slučaju moguće napraviti opremu od jeftinijih materijala.
Pod dejstvom alkalija, jedinjenja aluminijuma i galija prelaze u rastvor. Kada se ovaj rastvor pažljivo neutrališe, taloži se galijum hidroksid. Ali dio aluminijuma se takođe taloži. Stoga se talog ponovo rastvara, sada u hlorovodoničkoj kiselini. Ispada otopina galij klorida, kontaminirana uglavnom aluminij kloridom. Ove supstance se mogu razdvojiti ekstrakcijom. Ulije se eter i, za razliku od AlCl 3 , GaCl 3 gotovo u potpunosti prelazi u organski rastvarač. Slojevi se razdvoje, eter se oddestiluje, a nastali galijum hlorid se još jednom tretira sa koncentrovanom kaustičnom sodom da se istaloži i odvoji nečistoća gvožđa od galija. Iz ovog alkalnog rastvora dobija se metalni galijum. Dobija se elektrolizom na naponu od 5,5 V. Galijum se taloži na bakarnoj katodi.
galijum i zubi
Dugo se smatralo da je galijum otrovan. Tek poslednjih decenija ova zabluda je opovrgnuta. Galij niskog topljenja zanima stomatologe. Davne 1930. godine prvi put je predloženo da se živa zamijeni galijumom u sastavima zubnih ispuna. Dalja istraživanja i kod nas i u inostranstvu potvrdila su obećanje takve zamjene. Metalne plombe bez žive (živa zamijenjena galijumom) već se koriste u stomatologiji.
Hemijski element galijum praktički se ne nalazi u prirodi u slobodnom obliku. Postoji u nečistoćama minerala od kojih ga je teško odvojiti. Galij se smatra rijetkom supstancom, neka od njegovih svojstava nisu u potpunosti shvaćena. Međutim, koristi se u medicini i elektronici. Šta je ovaj element? Koja svojstva ima?
Galijum - metal ili nemetal?
Element pripada trinaestoj grupi četvrtog perioda. Ime je dobio po istorijskoj regiji - Galiji, čiji je dio bila Francuska - rodnom mjestu otkrivača elementa. Za označavanje se koristi simbol Ga.
Galijum je uvršten u grupu lakih metala zajedno sa aluminijumom, indijem, germanijumom, kalajem, antimonom i drugim elementima. Kao jednostavna supstanca, krhka je i mekana, ima srebrno-bijelu boju sa blagom plavičastom nijansom.
Istorija otkrića
Mendeljejev je "predvidio" galijum, ostavljajući mu mesto u trećoj grupi periodnog sistema (prema zastarelom sistemu). Ugrubo je nazvao njegovu atomsku masu i čak predvidio da će element biti otkriven spektroskopski.
Nekoliko godina kasnije, metal je otkrio Francuz Paul Emile Lecoq. U avgustu 1875. naučnik je proučavao spektar iz ležišta u Pirinejima i primijetio nove ljubičaste linije. Element je nazvan galijum. Njegov sadržaj u mineralu bio je izuzetno mali i Lecoq je uspio izolovati samo 0,1 gram. Otkriće metala bila je jedna od potvrda ispravnosti Mendeljejevljevog predviđanja.
Fizička svojstva
Metalni galijum je veoma duktilan i topljiv. Na niskim temperaturama je u čvrstom stanju. Za pretvaranje u tečnost dovoljna je temperatura od 29,76 stepeni Celzijusa ili 302,93 kalvina. Možete ga istopiti tako što ćete ga držati u ruci ili baciti u vruću tečnost. Previsoke temperature čine ga vrlo agresivnim: na 500 stepeni Celzijusa i više, može korodirati druge metale.
Kristalnu rešetku galija formiraju dvoatomni molekuli. Oni su veoma stabilni, ali slabo povezani. Potrebno je vrlo malo energije da se razbije njihova veza, tako da galijum postaje tečan bez poteškoća. Pet puta je topljiviji od indija.
U tekućem stanju metal je gušći i teži nego u čvrstom stanju. Osim toga, bolje provodi električnu energiju. U normalnim uslovima, njegova gustina je 5,91 g/cm³. Metal ključa na -2230 stepeni Celzijusa. Kada se stvrdne, širi se za približno 3,2%.
Hemijska svojstva
Po mnogim hemijskim svojstvima, galijum je sličan aluminijumu, ali pokazuje manju aktivnost i reakcije s njim su sporije. Ne reaguje sa vazduhom, trenutno stvara oksidni film koji sprečava njegovu oksidaciju. Ne reaguje na vodonik, bor, silicijum, azot i ugljenik.
Metal dobro komunicira sa gotovo svim halogenima. Sa jodom reaguje samo kada se zagreje; sa hlorom i bromom reaguje čak i na sobnoj temperaturi. U vrućoj vodi počinje istiskivati vodonik, stvara soli s mineralnim kiselinama, a također oslobađa vodonik.
Sa drugim metalima, galijum je u stanju da formira amalgame. Ako tečni galijum ispusti na čvrsti komad aluminijuma, on će početi da prodire u njega. Prodirući u kristalnu rešetku aluminijuma, tečna supstanca će je učiniti krhkom. U roku od nekoliko dana, čvrsta metalna šipka se može zgnječiti ručno, bez mnogo napora.
Aplikacija
U medicini se metalni galijum koristi u borbi protiv tumora i hiperkalcemije, pogodan je i za radioizotopnu dijagnostiku raka kostiju. Međutim, preparati koji sadrže tu supstancu mogu izazvati nuspojave kao što su mučnina i povraćanje.
Metalni galijum se takođe koristi u mikrotalasnoj elektronici. Koristi se za proizvodnju poluprovodnika i LED dioda, kao piezo materijal. Metalna ljepila se dobivaju od legure galija sa skandijem ili niklom. U leguri s plutonijumom igra ulogu stabilizatora i koristi se u nuklearnim bombama.
Čaše sa ovim metalom imaju visok indeks prelamanja, a njegov oksid Ga 2 O 3 omogućava staklu da propušta infracrvene zrake. Čisti galijum se može koristiti za izradu jednostavnih ogledala, jer dobro reflektuje svetlost.
Distribucija i depoziti galija
Gdje nabaviti galijum? Metal se lako može naručiti putem interneta. Njegova cijena kreće se od 115 do 360 dolara po kilogramu. Metal se smatra rijetkim, vrlo je rasprostranjen u zemljinoj kori i praktički ne stvara svoje minerale. Od 1956. godine sva tri su pronađena.
Često se galijum nalazi u sastavu cinka, gvožđa, njegove nečistoće se nalaze u uglju, berilu, granatu, magnetitu, turmalinu, feldspatu, hloritima i drugim mineralima. U prosjeku, njegov sadržaj u prirodi je oko 19 g/t.
Najviše galija nalazi se u tvarima koje su mu po sastavu bliske. Zbog toga ih je teško i skupo izdvojiti. Vlastiti mineral metala naziva se galit sa formulom CuGaS 2 . Takođe sadrži bakar i sumpor.
Uticaj na osobu
Malo se zna o biološkoj ulozi metala i njegovim efektima na ljudski organizam. U periodnom sistemu nalazi se pored elemenata koji su nam vitalni (aluminijum, gvožđe, cink, hrom). Postoji mišljenje da je, kao ultramikroelement, galijum deo krvi, ubrzavajući njen protok i sprečavajući stvaranje krvnih ugrušaka.
Na ovaj ili onaj način, mala količina supstance sadržana je u ljudskom tijelu (10 -6 - 10 -5%). Galij u njega ulazi zajedno sa vodom i poljoprivrednom hranom. Zadržava se u koštanom tkivu i jetri.
Metalni galijum se smatra niskotoksičnim ili uslovno toksičnim. U kontaktu s kožom, sitne čestice ostaju na njoj. Izgleda kao siva prljava mrlja koja se lako uklanja vodom. Supstanca ne ostavlja opekotine, ali u nekim slučajevima može izazvati dermatitis. Poznato je da visok sadržaj galija u organizmu izaziva poremećaje u radu jetre, bubrega i nervnog sistema, ali za to je potrebna veoma velika količina metala.
Formulirao je svoj periodični zakon i sastavio periodni sistem, mnogi metali još nisu bili poznati nauci.
To, međutim, nije spriječilo hemičara da napravi svoj periodni sistem, ostavljajući prazne ćelije za elemente koji još nisu otkriveni. Ova "prazna mjesta" su ubrzo popunjena. Danas će biti reči o jednom od takvih elemenata koje je predvideo Mendeljejev.
Upoznajte: galijum, broj 31 u tabeli. Treća grupa je metal niske topljivosti, sličan po svojstvima aluminijumu i silicijumu. Mendeljejev ne samo da je dovoljno detaljno opisao svojstva ovog metala, već je pokazao i njegovu atomsku težinu sa gotovo 100% tačnošću.
Otkriće i porijeklo imena
Galij je kao jednostavnu supstancu otkrio i izolovao francuski hemičar Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. To se dogodilo 1875. godine, kada je naučnik proučavao uzorke cinkove mešavine donete sa Pirineja. Studije su sprovedene spektroskopijom, a naučnik je uočio ljubičastu liniju u spektru rude, što ukazuje na prisustvo nepoznatog elementa u mineralu.
Izolacija elementa u čistom obliku zahtijevala je dosta rada, jer je njegov sadržaj u rudi bio manji od 0,1%. Na kraju je Lecoq de Boisbaudran uspio dobiti manje od 0,1 grama čiste tvari i proučiti je. Pokazalo se da je element koji je otkrio Francuz u mnogo čemu sličan cinku.
Na sljedećem sastanku Pariške akademije nauka, održanom 20. septembra 1875., pročitano je pismo Lecoqa de Boisbaudrana u kojem se izvještava o otkriću novog elementa i proučavanju njegovih svojstava. Hemičar je takođe izvestio da je novootkriveni element nazvao u čast Francuske, prema njegovom latinskom nazivu - Gallia (Gallia).
Kada je Mendeljejev pročitao objavljeni izveštaj o ovom otkriću, primetio je da se opis svojstava novog elementa skoro potpuno poklapa sa opisom ekaaluminijuma koji je ranije predvideo. Mendeljejev nije kasnio da to prijavi Lecoqu de Boisbaudranu, ističući da je gustina novog metala pogrešno određena i da bi trebala biti 5,9-6,0, a ne 4,7 g/cm3. Detaljna provjera je pokazala da je Mendeljejev bio u pravu.
Vađenje galija
U prirodi galijum ne stvara velike naslage. U nekim mineralima galijum se nalazi u relativno velikim (za ovaj metal): granatu, sfaleritu, turmalinu, berilu, feldspatu, nefelinu.
Najbogatiji izvor galijuma je mineral germanit, ruda koja se sastoji od bakarnog sulfida koji može sadržavati 0,5-0,7% galija. Osim toga, galijum se dobija tokom prerade boksita i nefelina. Takođe, ovaj metal se može dobiti preradom polimetalnih ruda, uglja.
Kontaminirani galijum se ispere vodom, zatim filtrira kroz porozne ploče i zagrije pod vakuumom kako bi se uklonile isparljive nečistoće. Za dobijanje galija visoke čistoće koriste se hemijske (reakcije između soli), elektrohemijske (elektroliza rastvora) i fizičke (razgradnja) metode.
Ležišta u kojima se kopa galijum nalaze se uglavnom u jugozapadnoj Africi, kao iu Rusiji i nekim zemljama ZND.
svojstva galija
Galijum je mekan, duktilan, srebrnast metal. Na niskim temperaturama je u čvrstom stanju, ali se već topi na temperaturi nešto višoj od sobne (29,8 °C).
Općenito, širok raspon temperatura za postojanje tečnog stanja ovog metala (od 30 do 2230 ° C) je jedna od karakteristika galija. Hemijska svojstva galija su bliska onima aluminijuma. Zbog svoje topljivosti, transport galija se obavlja u plastičnim vrećama.
Prije pojave poluvodiča, galij se koristio za stvaranje legura niskog taljenja. Danas se galijum uglavnom koristi u mikroelektronici kao deo poluprovodnika. Galijev nitrid se koristi u stvaranju poluvodičkih lasera i LED dioda u plavom i ultraljubičastom opsegu.
Galijum je odlično mazivo. Na bazi galija i nikla, galijuma i skandijuma stvorena su ljepila za metal koja su u praktičnom smislu vrlo važna. Metalni galijum se takođe koristi za punjenje kvarcnih termometara za merenje visokih temperatura, zamenjujući živu ovim metalom. To je zato što galijum ima mnogo višu tačku ključanja od žive.
Galijum je jedan od najskupljih metala. Tako je 2005. godine tona galija koštala 1,2 miliona američkih dolara na svjetskom tržištu. Zbog visoke cijene i velike potrebe za ovim metalom, veoma je važno uspostaviti njegovu potpunu ekstrakciju u proizvodnji aluminijuma i preradi uglja za tečno gorivo.
GALIJA metal koji se topi u rukama.
Metal GALLIUM
Galijum je element glavne podgrupe treće grupe četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 31. Označen je simbolom Ga (lat. Gallium). Spada u grupu lakih metala. Jednostavna supstanca galijum (CAS broj: 7440-55-3) je meki duktilni metal srebrno-bele (prema drugim izvorima, svetlosive) boje sa plavičastom nijansom.
Metal GALLIUM
Galijum: Tačka topljenja 29,76 °C
niska toksičnost, možete pokupiti i rastopiti!
Materijal za poluvodičku elektroniku
Galijev arsenid GaAs
Obećavajući materijal za poluvodičku elektroniku.
galijum nitrida
koristi se u stvaranju poluvodičkih lasera i LED dioda u plavom i ultraljubičastom opsegu. Galijev nitrid ima izvrsna hemijska i mehanička svojstva tipična za sva nitridna jedinjenja.
Izotop galijum-71
je najvažniji materijal za detekciju neutrina, a s tim u vezi pred tehnologijom je vrlo hitan zadatak izolacije izotopa iz prirodne mješavine kako bi se povećala osjetljivost neutrina detektora. Budući da je sadržaj 71Ga u prirodnoj mješavini izotopa oko 39,9%, izolacija čistog izotopa i njegova upotreba kao detektor neutrina može povećati osjetljivost detekcije za 2,5 puta.
Hemijska svojstva
Galijum je skup, 2005. godine tona galijuma je na svetskom tržištu koštala 1,2 miliona američkih dolara, a zbog visoke cene i istovremeno velike potražnje za ovim metalom, veoma je važno uspostaviti njegovu potpunu ekstrakciju u proizvodnji aluminijuma. i preradu uglja na tečno gorivo.
Galijum ima niz legura koje su tečne na sobnoj temperaturi, a jedna od njegovih legura ima tačku topljenja od 3 °C (In-Ga-Sn eutektika), ali s druge strane, galijum (legure u manjoj meri) je vrlo agresivan na većinu konstrukcijskih materijala (pucanje i erozija legura na visokim temperaturama). Na primjer, u odnosu na aluminij i njegove legure, galij je snažan reduktor čvrstoće (vidi smanjenje adsorpcione čvrstoće, Rehbinderov efekat). Ovo svojstvo galija najjasnije su demonstrirali i detaljno proučavali P. A. Rebinder i E. D. Shchukin tokom kontakta aluminijuma sa galijumom ili njegovim eutektičkim legurama (krtost tečnog metala). Kao rashladno sredstvo, galijum je neefikasan i često jednostavno neprihvatljiv.
Galijum je odlično mazivo
Na bazi galija i nikla, galijuma i skandijuma stvorena su ljepila za metal koja su u praktičnom smislu vrlo važna.
Metalni galijum se takođe puni u kvarcne termometre (umesto žive) za merenje visokih temperatura. To je zato što galijum ima mnogo višu tačku ključanja od žive.
Galijev oksid je dio niza strateški važnih laserskih materijala grupe granata - GSHG, YAG, ISGG itd.
Od elementa s atomskim brojem 31, većina čitatelja pamti samo da je to jedan od tri elementa koje je predvidio i najdetaljnije opisao D.I. Mendeljejeva, i da je to vrlo topljiv metal: da bi se pretvorio u tečnost, dovoljna je toplota dlana.
Svoju priču o elementu broj 31 namjerno smo započeli spominjanjem nečega što je gotovo svima poznato. Jer ovo "poznato" treba neko objašnjenje. Svi znaju da je galijum predvidio Mendeljejev, a otkrio Lecoq de Boisbaudran, ali ne znaju svi kako se to otkriće dogodilo. Gotovo svi znaju da je galijum topljiv, ali gotovo niko ne može odgovoriti na pitanje zašto je topljiv.
Kako je otkriven galijum?
Francuski hemičar Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ušao je u istoriju kao otkrivač tri nova elementa: galija (1875), samarija (1879) i disprozijuma (1886). Prvo od ovih otkrića donelo mu je slavu.
U to vrijeme izvan Francuske bio je malo poznat. Imao je 38 godina, bavio se uglavnom spektroskopskim istraživanjima. Lecoq de Boisbaudran je bio dobar spektroskopista, i to je na kraju dovelo do uspjeha: otkrio je sva tri svoja elementa spektralnom analizom.
Godine 1875. Lecoq de Boisbaudran je istraživao spektar cinkove mješavine donesene iz Pierrefittea (Pireneji). U tom spektru je otkrivena nova ljubičasta linija (talasna dužina 4170A). Nova linija je ukazivala na prisustvo nepoznatog elementa u mineralu i, sasvim prirodno, Lecoq de Boisbaudran je uložio sve napore da izoluje ovaj element. To nije bilo lako učiniti: sadržaj novog elementa u rudi bio je manji od 0,1%, a po mnogo čemu je bio sličan cinku. Nakon dugih eksperimenata, naučnik je uspio dobiti novi element, ali u vrlo maloj količini. Toliko mali (manje od 0,1 g) da Lecoq de Boisbaudran nije mogao u potpunosti proučiti njegova fizička i kemijska svojstva.
Poruka o otkriću galija - pa je u čast Francuske (Gallia - njeno latinsko ime) nazvan novi element - pojavila se u izvještajima Pariške akademije nauka.
D. I. Mendeljejev je pročitao ovu poruku i u galijumu prepoznao eka-aluminijum koji je predvideo pet godina ranije. Mendeljejev je odmah pisao Parizu. "Metoda otkrivanja i izolacije, kao i nekoliko opisanih svojstava, sugeriraju da novi metal nije ništa drugo do ekaaluminij", stoji u njegovom pismu. Zatim je ponovio predviđena svojstva za taj element. Štaviše, nikad ne držeći zrno galijuma u rukama, ne videći ga u očima, ruski hemičar je tvrdio da je pronalazač elementa pogrešio, da gustina novog metala ne može biti jednaka 4,7, kako je napisao Lecoq de Boisbaudran , trebalo bi da bude više, otprilike 5,9-6,0 g/cm3.
Čudno, ali o postojanju periodikezakona, prvi od njegovih odobravatelja, „jačanja“, saznali samo iz ovog pisma. On je izdvojio i pažljivopročišćena zrna galija kako bi se provjerili rezultati prvih eksperimenata. Neki istoričari nauke smatraju da je to učinjeno kako bi se osramotio samouvereni Rus"prediktor". Ali iskustvo je pokazalo suprotno: pronalazač je pogriješio. Kasnije je napisao: "Mislim da nije potrebno isticati izuzetnu važnost koju gustoća novog elementa ima u odnosu na potvrdu Mendeljejevljevih teorijskih stavova."
Ostale osobine elementa broj 31 koje je predvideo Mendeljejev skoro su se tačno poklapale sa eksperimentalnim podacima: "Mendeljejevska predviđanja su se ostvarila sa manjim odstupanjima: ekaaluminijum se pretvorio u galijum." Ovako Engels karakteriše ovaj događaj u dijalektici prirode.
Nepotrebno je reći da je otkriće prvog elementa koje je predvidio Mendeljejev značajno ojačalopoložaj periodičnog zakona.
Čitate članak na temu istorije galija
