Από το στοιχείο με ατομικό αριθμό 31, οι περισσότεροι αναγνώστες θυμούνται μόνο ότι είναι ένα από τα τρία στοιχεία που προβλέπονται και περιγράφονται με περισσότερες λεπτομέρειες από τον D.I. Mendeleev, και ότι το γάλλιο είναι ένα πολύ εύτηκτο μέταλλο: για να μετατραπεί σε υγρό, αρκεί η θερμότητα της παλάμης.
Ωστόσο, το γάλλιο δεν είναι το πιο εύτηκτο από τα μέταλλα (ακόμα κι αν δεν μετράτε τον υδράργυρο). Το σημείο τήξεώς του είναι 29,75°C, ενώ το καίσιο τήκεται στους 28,5°C. μόνο το καίσιο, όπως κάθε αλκαλικό μέταλλο, δεν μπορείτε να πάρετε στα χέρια σας, επομένως, στην παλάμη του χεριού σας, φυσικά, είναι ευκολότερο να λιώσει το γάλλιο από το καίσιο.
Τραγουδήστε μια ιστορία για το στοιχείο #31, ξεκινήσαμε επίτηδες αναφέροντας κάτι που είναι γνωστό σχεδόν σε όλους. Γιατί αυτό το «γνωστό» θέλει κάποια εξήγηση. Όλοι γνωρίζουν ότι το γάλλιο είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev και ανακαλύφθηκε από τον Lecoq de Boisbaudran, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι πώς έγινε η ανακάλυψη. Σχεδόν όλοι γνωρίζουν ότι το γάλλιο είναι εύτηκτο, αλλά σχεδόν κανείς δεν μπορεί να απαντήσει στην ερώτηση γιατί είναι εύτηκτο.
Πώς ανακαλύφθηκε το γάλλιο;
Ο Γάλλος χημικός Paul Emile Lecoq de Boisbaudran έμεινε στην ιστορία ως ο ανακάλυψε τρία νέα στοιχεία: το γάλλιο (1875), το σαμάριο (1879) και το δυσπρόσιο (1886). Η πρώτη από αυτές τις ανακαλύψεις του έφερε φήμη.
Εκείνη την εποχή, εκτός Γαλλίας, ήταν ελάχιστα γνωστός. Ήταν 38 ετών, ασχολήθηκε κυρίως με τη φασματοσκοπική έρευνα. Ο Lecoq de Boisbaudran ήταν καλός φασματογράφος και αυτό οδήγησε τελικά στην επιτυχία: ανακάλυψε και τα τρία στοιχεία του με φασματική ανάλυση.
Το 1875, ο Lecoq de Boisbaudran ερεύνησε το φάσμα του μείγματος ψευδαργύρου που έφερε από το Pierrefitte (Πυρηναία). Σε αυτό το φάσμα ανακαλύφθηκε μια νέα ιώδης γραμμή (μήκος κύματος 4170 Å). Η νέα γραμμή έδειξε την παρουσία ενός άγνωστου στοιχείου στο ορυκτό και, φυσικά, ο Lecoq de Boisbaudran κατέβαλε κάθε προσπάθεια για να απομονώσει αυτό το στοιχείο. Αυτό δεν ήταν εύκολο να γίνει: η περιεκτικότητα του νέου στοιχείου στο μετάλλευμα ήταν μικρότερη από 0,1%, και από πολλές απόψεις ήταν παρόμοια με τον ψευδάργυρο*. Μετά από μακροχρόνια πειράματα, ο επιστήμονας κατάφερε να πάρει ένα νέο στοιχείο, αλλά σε πολύ μικρή ποσότητα. Τόσο μικρό (λιγότερο από 0,1 g) που ο Lecoq de Boisbaudrap δεν μπορούσε να μελετήσει πλήρως τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες.
* Ο τρόπος με τον οποίο λαμβάνεται το γάλλιο από το μείγμα ψευδαργύρου περιγράφεται παρακάτω.
Η ανακοίνωση της ανακάλυψης του γαλλίου - έτσι προς τιμήν της Γαλλίας (Gallia - το λατινικό της όνομα) ονομάστηκε ένα νέο στοιχείο - εμφανίστηκε στις εκθέσεις της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού.
Αυτό το μήνυμα διαβάστηκε από τον D.I. Ο Μεντελέγιεφ αναγνώρισε το εκαλουμίνιο, το οποίο είχε προβλέψει πέντε χρόνια νωρίτερα, στο γάλλιο. Ο Μεντελέγιεφ έγραψε αμέσως στο Παρίσι. «Η μέθοδος ανακάλυψης και απομόνωσης, καθώς και οι λίγες ιδιότητες που περιγράφονται, υποδηλώνουν ότι το νέο μέταλλο δεν είναι τίποτα άλλο από το αλουμίνιο», ανέφερε η επιστολή του. Στη συνέχεια επανέλαβε τις προβλεπόμενες ιδιότητες για αυτό το στοιχείο. Επιπλέον, μη κρατώντας ποτέ κόκκο γαλλίου στα χέρια του, χωρίς να το δει στα μάτια του, ο Ρώσος χημικός ισχυρίστηκε ότι ο ανακάλυψε το στοιχείο έκανε λάθος, ότι η πυκνότητα του νέου μετάλλου δεν μπορεί να είναι ίση με 4,7, όπως έγραψε ο Lecoq de Boisbaudran , - πρέπει να είναι περισσότερο περίπου 5,9...6,0 g/cm3!
Όσο κι αν φαίνεται παράξενο, αλλά οι πρώτοι από τους καταφατικούς, «ενισχύοντες» του έμαθαν για την ύπαρξη του περιοδικού νόμου μόνο από αυτή την επιστολή. Και πάλι απομόνωσε και καθάρισε προσεκτικά τους κόκκους γαλλίου για να επαληθεύσει τα αποτελέσματα των πρώτων πειραμάτων. Ορισμένοι ιστορικοί της επιστήμης πιστεύουν ότι αυτό έγινε για να ντροπιάσουν τον αυτοπεποίθηση Ρώσο «προγνωστικό». Αλλά η εμπειρία έχει δείξει το αντίθετο: ο ανακάλυψε έκανε λάθος. Αργότερα έγραψε: «Δεν είναι απαραίτητο, νομίζω, να επισημάνουμε την εξαιρετική σημασία που έχει η πυκνότητα ενός νέου στοιχείου σε σχέση με την επιβεβαίωση των θεωρητικών απόψεων του Μεντελέεφ».
Οι άλλες ιδιότητες του στοιχείου Νο. 31 που προέβλεψε ο Mendeleev σχεδόν ακριβώς συνέπεσαν με τα πειραματικά δεδομένα. «Οι προβλέψεις του Μεντελέεφ έγιναν πραγματικότητα με μικρές αποκλίσεις: το εκαργίλιο μετατράπηκε σε γάλλιο». Έτσι χαρακτηρίζει ο Ένγκελς αυτό το γεγονός στη Διαλεκτική της Φύσης.
Περιττό να πούμε ότι η ανακάλυψη του πρώτου στοιχείου που είχε προβλέψει ο Mendeleev ενίσχυσε σημαντικά τη θέση του περιοδικού νόμου.
Γιατί το γάλλιο είναι εύτηκτο;
Προβλέποντας τις ιδιότητες του γαλλίου, ο Mendeleev πίστευε ότι αυτό το μέταλλο πρέπει να είναι εύτηκτο, καθώς τα ανάλογα του στην ομάδα - αλουμίνιο και ίνδιο - επίσης δεν διαφέρουν ως προς την ανθεκτικότητα.
Αλλά το σημείο τήξης του γαλλίου είναι ασυνήθιστα χαμηλό, πέντε φορές χαμηλότερο από αυτό του ινδίου. Αυτό εξηγείται από την ασυνήθιστη δομή των κρυστάλλων του γαλλίου. Το κρυσταλλικό του πλέγμα δεν σχηματίζεται από μεμονωμένα άτομα (όπως στα «κανονικά» μέταλλα), αλλά από διατομικά μόρια. Τα μόρια Ga 2 είναι πολύ σταθερά· διατηρούνται ακόμη και όταν το γάλλιο μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση. Αλλά αυτά τα μόρια συνδέονται μεταξύ τους μόνο με ασθενείς δυνάμεις van der Waals και απαιτείται πολύ λίγη ενέργεια για να διακοπεί η σύνδεσή τους.
Μερικές ακόμη ιδιότητες του στοιχείου Νο. 31 συνδέονται με τη διατομικότητα των μορίων. Στην υγρή κατάσταση, το γάλλιο είναι πιο πυκνό και βαρύτερο από ότι στη στερεή κατάσταση. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υγρού γαλλίου είναι επίσης μεγαλύτερη από αυτή του στερεού γαλλίου.
Εξωτερικά - κυρίως σε κασσίτερο: ένα ασημί-λευκό μαλακό μέταλλο, δεν οξειδώνεται και δεν αμαυρώνει στον αέρα.
Και στις περισσότερες χημικές ιδιότητες, το γάλλιο είναι κοντά στο αλουμίνιο. Όπως το αλουμίνιο, υπάρχουν τρία ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά ενός ατόμου γαλλίου. Όπως το αλουμίνιο, το γάλλιο αλληλεπιδρά εύκολα, ακόμη και στο κρύο, με τα αλογόνα (εκτός από το ιώδιο). Και τα δύο μέταλλα διαλύονται εύκολα σε θειικό και υδροχλωρικό οξύ, και τα δύο αντιδρούν με αλκάλια και δίνουν αμφοτερικά υδροξείδια. Σταθερές διάστασης αντιδράσεων
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
είναι ποσότητες ίδιας σειράς.
Υπάρχουν, ωστόσο, διαφορές στις χημικές ιδιότητες του γαλλίου και του αλουμινίου.
Με το ξηρό οξυγόνο, το γάλλιο οξειδώνεται αισθητά μόνο σε θερμοκρασίες πάνω από 260 ° C και το αλουμίνιο, εάν στερηθεί το προστατευτικό φιλμ οξειδίου του, οξειδώνεται από το οξυγόνο πολύ γρήγορα.
Με το υδρογόνο, το γάλλιο σχηματίζει υδρίδια παρόμοια με τα υδρίδια του βορίου. Το αλουμίνιο, από την άλλη πλευρά, μπορεί μόνο να διαλύσει το υδρογόνο, αλλά όχι να αντιδράσει μαζί του.
Και το γάλλιο είναι παρόμοιο με τον γραφίτη, τον χαλαζία, το νερό.
Σε γραφίτη - αυτός που αφήνει ένα γκρι σημάδι στο χαρτί.
Σε χαλαζία - ηλεκτρική και θερμική ανισοτροπία.
Η ηλεκτρική αντίσταση των κρυστάλλων του γαλλίου εξαρτάται από τον άξονα κατά μήκος του οποίου ρέει το ρεύμα. Η αναλογία του μέγιστου προς το ελάχιστο είναι 7 - περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο. Το ίδιο ισχύει και για τον συντελεστή θερμικής διαστολής.
Οι τιμές του προς την κατεύθυνση τριών κρυσταλλογραφικών αξόνων (ρομβικοί κρύσταλλοι γαλλίου) σχετίζονται ως 31:16:11.
Και το γάλλιο είναι παρόμοιο με το νερό στο ότι διαστέλλεται όταν σκληραίνει. Η αύξηση του όγκου είναι αισθητή - 3,2%.
Ήδη ένας συνδυασμός αυτών των αντικρουόμενων ομοιοτήτων μιλά για τη μοναδική ατομικότητα του στοιχείου Νο. 31.
Επιπλέον, έχει ιδιότητες που δεν είναι εγγενείς σε κανένα στοιχείο. Λιωμένο, μπορεί να παραμείνει υπερψυγμένο για πολλούς μήνες κάτω από το σημείο τήξης του. Είναι το μόνο μέταλλο που παραμένει υγρό σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από 30 έως 2230°C και η πτητότητα των ατμών του είναι ελάχιστη. Ακόμη και σε υψηλό κενό, εξατμίζεται αισθητά μόνο στους 1000°C. Οι ατμοί του γαλλίου, σε αντίθεση με τα στερεά και τα υγρά μέταλλα, είναι μονοατομικοί. Η μετάβαση Ga 2 → 2Ga απαιτεί πολλή ενέργεια. αυτό εξηγεί τη δυσκολία εξάτμισης του γαλλίου.
Το μεγάλο εύρος θερμοκρασίας της υγρής κατάστασης είναι η βάση μιας από τις κύριες τεχνικές εφαρμογές του στοιχείου Νο. 31.
Σε τι είναι καλό το γάλλιο;
Τα θερμόμετρα γαλλίου επιτρέπουν, καταρχήν, τη μέτρηση θερμοκρασιών από 30 έως 2230°C. Τα θερμόμετρα γαλλίου είναι πλέον διαθέσιμα για θερμοκρασίες έως 1200°C.
Το στοιχείο Νο. 31 πηγαίνει στην παραγωγή κραμάτων χαμηλής τήξης που χρησιμοποιούνται σε συσκευές σηματοδότησης. Ένα κράμα γαλλίου και ινδίου λιώνει ήδη στους 16°C. Είναι το πιο εύτηκτο από όλα τα γνωστά κράματα.
Ως στοιχείο της ομάδας III, που συμβάλλει στην ενίσχυση της αγωγιμότητας «οπής» σε έναν ημιαγωγό, το γάλλιο (με καθαρότητα τουλάχιστον 99,999%) χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στο γερμάνιο και το πυρίτιο.
Οι διαμεταλλικές ενώσεις του γαλλίου με στοιχεία της ομάδας V - αντιμόνιο και αρσενικό - έχουν οι ίδιες ημιαγωγικές ιδιότητες.
Η προσθήκη γαλλίου στη γυάλινη μάζα καθιστά δυνατή τη λήψη γυαλιών με υψηλό δείκτη διάθλασης των ακτίνων φωτός και τα γυαλιά που βασίζονται σε Ga 2 O 3 εκπέμπουν καλά τις υπέρυθρες ακτίνες.
Το υγρό γάλλιο αντανακλά το 88% του φωτός που πέφτει πάνω του, στερεό - λίγο λιγότερο. Ως εκ τούτου, τα κάτοπτρα γαλλίου κατασκευάζονται πολύ εύκολα - μια επίστρωση γαλλίου μπορεί να εφαρμοστεί ακόμη και με μια βούρτσα.
Μερικές φορές χρησιμοποιείται η ικανότητα του γαλλίου να διαβρέχει καλά στερεές επιφάνειες, αντικαθιστώντας τον υδράργυρο στις αντλίες κενού διάχυσης. Τέτοιες αντλίες «διατηρούν» το κενό καλύτερα από τις αντλίες υδραργύρου.
Έχουν γίνει προσπάθειες να χρησιμοποιηθεί γάλλιο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, αλλά τα αποτελέσματα αυτών των προσπαθειών δύσκολα μπορούν να θεωρηθούν επιτυχή. Το γάλλιο όχι μόνο συλλαμβάνει αρκετά ενεργά νετρόνια (συλλαμβάνει διατομή 2,71 αχυρώνων), αλλά επίσης αντιδρά σε υψηλές θερμοκρασίες με τα περισσότερα μέταλλα.
Το γάλλιο δεν έγινε ατομικό υλικό. Είναι αλήθεια ότι το τεχνητό ραδιενεργό ισότοπό του 72 Ga (με χρόνο ημιζωής 14,2 ώρες) χρησιμοποιείται για τη διάγνωση του καρκίνου των οστών. Το χλωριούχο γάλλιο-72 και το νιτρικό απορροφώνται από τον όγκο και καθορίζοντας το χαρακτηριστικό ακτινοβολίας αυτού του ισοτόπου, οι γιατροί καθορίζουν σχεδόν με ακρίβεια το μέγεθος των ξένων σχηματισμών.
Όπως μπορείτε να δείτε, οι πρακτικές δυνατότητες του στοιχείου Νο. 31 είναι αρκετά μεγάλες. Δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατή η πλήρης χρήση τους λόγω της δυσκολίας απόκτησης γαλλίου, ενός μάλλον σπάνιου στοιχείου (1,5 10 -3% του βάρους του φλοιού της γης) και πολύ διάσπαρτο. Λίγα φυσικά ορυκτά του γαλλίου είναι γνωστά. Το πρώτο και πιο διάσημο ορυκτό του, ο γαλλίτης CuGaS 2, ανακαλύφθηκε μόλις το 1956. Αργότερα, βρέθηκαν άλλα δύο ορυκτά, τα οποία ήταν ήδη αρκετά σπάνια.
Συνήθως, το γάλλιο βρίσκεται στον ψευδάργυρο, το αλουμίνιο, τα μεταλλεύματα σιδήρου, καθώς και στον άνθρακα - ως ασήμαντη πρόσμειξη. Και το χαρακτηριστικό: όσο περισσότερη αυτή η ακαθαρσία, τόσο πιο δύσκολη είναι η εξαγωγή της, γιατί υπάρχει περισσότερο γάλλιο στα μεταλλεύματα εκείνων των μετάλλων (αλουμίνιο, ψευδάργυρος) που είναι κοντά σε ιδιότητες. Το κύριο μέρος του χερσαίου γαλλίου περικλείεται σε ορυκτά αλουμινίου.
Η εξαγωγή γαλλίου είναι μια ακριβή «απόλαυση». Επομένως, το στοιχείο #31 χρησιμοποιείται σε μικρότερες ποσότητες από οποιοδήποτε από τα γειτονικά του στον περιοδικό πίνακα.
Είναι πιθανό, βέβαια, η επιστήμη στο εγγύς μέλλον να ανακαλύψει κάτι στο γάλλιο που θα το κάνει απολύτως απαραίτητο και αναντικατάστατο, όπως συνέβη με ένα άλλο στοιχείο που είχε προβλέψει ο Μεντελέγιεφ, το γερμάνιο. Μόλις πριν από 30 χρόνια, χρησιμοποιήθηκε λιγότερο από το γάλλιο και τότε ξεκίνησε η "εποχή των ημιαγωγών" ...
Αναζήτηση για μοτίβα
Οι ιδιότητες του γαλλίου προβλέφθηκαν από τον D.I. Ο Mendeleev πέντε χρόνια πριν την ανακάλυψη αυτού του στοιχείου. Ο πολυμήχανος Ρώσος χημικός έχτισε τις προβλέψεις του στα μοτίβα των αλλαγών στις ιδιότητες ανά ομάδες του περιοδικού συστήματος. Αλλά για τον Lecoq de Boisbaudran, η ανακάλυψη του γαλλίου δεν ήταν επίσης ένα ευτυχές ατύχημα. Ταλαντούχος φασματογράφος, ήδη από το 1863 ανακάλυψε κανονικότητες στην αλλαγή στα φάσματα στοιχείων με παρόμοιες ιδιότητες. Συγκρίνοντας τα φάσματα του ινδίου και του αλουμινίου, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτά τα στοιχεία μπορεί να έχουν έναν «αδελφό» του οποίου οι γραμμές θα κάλυπταν το κενό στο τμήμα μικρού μήκους κύματος του φάσματος. Ήταν αυτή η γραμμή που έλειπε που έψαχνε και βρήκε στο φάσμα του blende ψευδαργύρου από την Pierrfit.
Για σύγκριση, παρουσιάζουμε έναν πίνακα με τις κύριες ιδιότητες που προβλέπονται από τον D.I. Αλουμίνιο και γάλλιο Mendeleev που ανακαλύφθηκαν από τον Lecoq de Boisbaudran.
| Εκαλουμίνιο | Γάλλιο |
| Ατομικό βάρος περίπου 68 | Ατομικό βάρος 69,72 |
| Πρέπει να έχει χαμηλή τήξη | Σημείο τήξεως 29,75°C |
| Ειδικό βάρος κοντά στο 6,0 | Ειδικό βάρος 5,9 (στερεό) και 6,095 (υγρό) |
| Ατομικός όγκος 11,5 | Ατομικός όγκος 11,8 |
| Δεν πρέπει να οξειδώνεται στον αέρα | Ελαφρώς οξειδωμένο μόνο σε ερυθρή θερμότητα |
| Θα πρέπει να αποσυντίθεται το νερό σε υψηλή θερμοκρασία | Διασπά το νερό σε υψηλή θερμοκρασία |
| Σύνθετοι τύποι: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3 | Σύνθετοι τύποι: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3 |
| Θα πρέπει να σχηματίσει στυπτηρία Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, αλλά πιο δύσκολο από το αλουμίνιο | Σχηματίζει σύνθεση στυπτηρίας (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O |
| Το οξείδιο Ea 2 O 3 θα πρέπει να αναχθεί εύκολα και να δώσει ένα μέταλλο πιο πτητικό από το Al, και επομένως μπορεί να αναμένεται ότι το αλουμίνιο eka θα ανακαλυφθεί με φασματική ανάλυση. | Το γάλλιο ανάγεται εύκολα από το οξείδιο με φρύξη σε ρεύμα υδρογόνου, που ανακαλύφθηκε με φασματική ανάλυση |
Παιχνίδι λέξεων;
Ορισμένοι ιστορικοί της επιστήμης βλέπουν στο όνομα του στοιχείου Νο. 31 όχι μόνο τον πατριωτισμό, αλλά και την αδιακρισία του ανακάλυψε του. Είναι γενικά αποδεκτό ότι η λέξη "γάλλιο" προέρχεται από το λατινικό Gallia (Γαλλία). Αλλά αν θέλετε, στην ίδια λέξη μπορείτε να δείτε έναν υπαινιγμό της λέξης "κόκορας"! Στα λατινικά, ο "κόκορας" είναι gallus, στα γαλλικά - le coq. Lecoq de Boisbaudran;
Ανάλογα με την ηλικία
Στα ορυκτά, το γάλλιο συχνά συνοδεύει το αλουμίνιο. Είναι ενδιαφέρον ότι η αναλογία αυτών των στοιχείων στο ορυκτό εξαρτάται από τον χρόνο σχηματισμού του ορυκτού. Στους άστρους, ένα άτομο γαλλίου πέφτει σε 120 χιλιάδες άτομα αλουμινίου. Στις νεφελίνες που σχηματίστηκαν πολύ αργότερα, αυτή η αναλογία είναι ήδη 1:6000 και σε ακόμη «νεότερο» απολιθωμένο ξύλο είναι μόνο 1:13.
Πρώτη πατέντα
Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη χρήση του γαλλίου λήφθηκε πριν από 60 χρόνια. Το στοιχείο Νο. 31 ήθελε να χρησιμοποιηθεί σε λαμπτήρες ηλεκτρικού τόξου.
Εκτοπίζει το θείο, αμύνεται με θείο
Η αλληλεπίδραση του γαλλίου με το θειικό οξύ είναι ενδιαφέρουσα. Συνοδεύεται από την απελευθέρωση στοιχειακού θείου. Σε αυτή την περίπτωση, το θείο περιβάλλει την επιφάνεια του μετάλλου και εμποδίζει την περαιτέρω διάλυσή του. Εάν, ωστόσο, το μέταλλο πλυθεί με ζεστό νερό, η αντίδραση θα συνεχιστεί και θα συνεχιστεί μέχρι να αναπτυχθεί ένα νέο «δέρμα» θείου στο γάλλιο.
Κακή επιρροή
Το υγρό γάλλιο αλληλεπιδρά με τα περισσότερα μέταλλα, σχηματίζοντας κράματα και διαμεταλλικές ενώσεις με μάλλον χαμηλές μηχανικές ιδιότητες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επαφή με το γάλλιο οδηγεί πολλά δομικά υλικά σε απώλεια αντοχής. Το βηρύλλιο είναι το πιο ανθεκτικό στη δράση του γαλλίου: σε θερμοκρασίες έως 1000 ° C, αντιστέκεται με επιτυχία στην επιθετικότητα του στοιχείου Νο. 31.
Και το οξείδιο επίσης!
Ασήμαντες προσθήκες οξειδίου του γαλλίου επηρεάζουν αισθητά τις ιδιότητες των οξειδίων πολλών μετάλλων. Έτσι, η ανάμειξη του Ga 2 O 3 σε οξείδιο ψευδαργύρου μειώνει σημαντικά τη σύντηξή του. Αλλά η διαλυτότητα του ψευδαργύρου σε ένα τέτοιο οξείδιο είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι στον καθαρό. Και στο διοξείδιο του τιτανίου, όταν προστίθεται Ga 2 O 3, η ηλεκτρική αγωγιμότητα πέφτει απότομα.
Πώς λαμβάνεται το γάλλιο
Βιομηχανικά κοιτάσματα μεταλλευμάτων γαλλίου δεν έχουν βρεθεί στον κόσμο. Επομένως, το γάλλιο πρέπει να εξάγεται από μεταλλεύματα ψευδαργύρου και αλουμινίου, τα οποία είναι πολύ φτωχά σε αυτό. Δεδομένου ότι η σύνθεση των μεταλλευμάτων και η περιεκτικότητα σε γάλλιο σε αυτά δεν είναι ίδια, οι μέθοδοι για τη λήψη του στοιχείου Νο. 31 είναι αρκετά διαφορετικές. Για παράδειγμα, θα σας πούμε πώς εξάγεται το γάλλιο από το μείγμα ψευδαργύρου, ένα ορυκτό στο οποίο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά αυτό το στοιχείο.
Πρώτα απ 'όλα, το μείγμα ψευδαργύρου ZnS πυροδοτείται και τα προκύπτοντα οξείδια εκπλένονται με θειικό οξύ. Μαζί με πολλά άλλα μέταλλα, το γάλλιο μεταφέρεται σε διάλυμα. Σε αυτό το διάλυμα κυριαρχεί ο θειικός ψευδάργυρος - το κύριο προϊόν που πρέπει να καθαριστεί από ακαθαρσίες, συμπεριλαμβανομένου του γαλλίου. Το πρώτο στάδιο καθαρισμού είναι η καθίζηση της λεγόμενης λάσπης σιδήρου. Με τη σταδιακή εξουδετέρωση του διαλύματος οξέος, η λάσπη αυτή καθιζάνει. Περιέχει περίπου 10% αλουμίνιο, 15% σίδηρο και (που είναι το πιο σημαντικό για εμάς τώρα) 0,05 ... 0,1% γάλλιο. Για την εξαγωγή του γαλλίου, η ιλύς εκπλένεται με οξύ ή καυστική σόδα - αμφοτερικό υδροξείδιο του γαλλίου. Η αλκαλική μέθοδος είναι πιο βολική, καθώς σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατή η κατασκευή εξοπλισμού από λιγότερο ακριβά υλικά.
Υπό τη δράση των αλκαλίων, οι ενώσεις αλουμινίου και γαλλίου μεταφέρονται σε διάλυμα. Όταν αυτό το διάλυμα εξουδετερωθεί προσεκτικά, το υδροξείδιο του γαλλίου κατακρημνίζεται. Αλλά και μέρος του αλουμινίου κατακρημνίζεται. Επομένως, το ίζημα διαλύεται ξανά, τώρα σε υδροχλωρικό οξύ. Αποδεικνύεται ένα διάλυμα χλωριούχου γαλλίου, μολυσμένο κυρίως με χλωριούχο αλουμίνιο. Αυτές οι ουσίες μπορούν να διαχωριστούν με εκχύλιση. Ο αιθέρας χύνεται και, σε αντίθεση με το AlCl 3 , το GaCl 3 περνά σχεδόν πλήρως στον οργανικό διαλύτη. Οι στιβάδες διαχωρίζονται, ο αιθέρας απομακρύνεται με απόσταξη και το προκύπτον χλωριούχο γάλλιο υποβάλλεται σε επεξεργασία για άλλη μια φορά με συμπυκνωμένη καυστική σόδα για να κατακρημνιστεί και να διαχωριστεί η ακαθαρσία σιδήρου από το γάλλιο. Από αυτό το αλκαλικό διάλυμα λαμβάνεται μεταλλικό γάλλιο. Λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση σε τάση 5,5 V. Το γάλλιο εναποτίθεται σε μια κάθοδο χαλκού.
γάλλιο και δόντια
Για πολύ καιρό, το γάλλιο θεωρούνταν τοξικό. Μόνο τις τελευταίες δεκαετίες διαψεύστηκε αυτή η εσφαλμένη αντίληψη. Γάλλιο χαμηλής τήξης ενδιαφέρονται οδοντίατροι. Πίσω στο 1930, προτάθηκε για πρώτη φορά η αντικατάσταση του υδραργύρου με γάλλιο σε συνθέσεις οδοντικής πλήρωσης. Περαιτέρω μελέτες τόσο εδώ όσο και στο εξωτερικό επιβεβαίωσαν την υπόσχεση μιας τέτοιας αντικατάστασης. Τα μεταλλικά σφραγίσματα χωρίς υδράργυρο (ο υδράργυρος αντικαθίσταται από γάλλιο) χρησιμοποιούνται ήδη στην οδοντιατρική.
Το χημικό στοιχείο γάλλιο πρακτικά δεν βρίσκεται στη φύση σε ελεύθερη μορφή. Υπάρχει σε προσμίξεις ορυκτών, από τα οποία είναι δύσκολο να διαχωριστεί. Το γάλλιο θεωρείται μια σπάνια ουσία, ορισμένες από τις ιδιότητές του δεν είναι πλήρως κατανοητές. Ωστόσο, χρησιμοποιείται στην ιατρική και την ηλεκτρονική. Τι είναι αυτό το στοιχείο; Τι ιδιότητες έχει;
Γάλλιο - μέταλλο ή μη;
Το στοιχείο ανήκει στη δέκατη τρίτη ομάδα της τέταρτης περιόδου. Πήρε το όνομά της από την ιστορική περιοχή - Γαλατία, μέρος της οποίας ήταν η Γαλλία - η γενέτειρα του ανακάλυψε το στοιχείο. Το σύμβολο Ga χρησιμοποιείται για να το δηλώσει.
Το γάλλιο περιλαμβάνεται στην ομάδα των ελαφρών μετάλλων μαζί με το αλουμίνιο, το ίνδιο, το γερμάνιο, τον κασσίτερο, το αντιμόνιο και άλλα στοιχεία. Ως απλή ουσία, είναι εύθραυστο και απαλό, έχει ένα ασημί-λευκό χρώμα με μια ελαφριά γαλαζωπή απόχρωση.
Ιστορικό ανακάλυψης
Ο Μεντελέγεφ «προέβλεψε» το γάλλιο, αφήνοντάς του μια θέση στην τρίτη ομάδα του περιοδικού πίνακα (σύμφωνα με το ξεπερασμένο σύστημα). Ονόμασε χονδρικά την ατομική του μάζα και μάλιστα προέβλεψε ότι το στοιχείο θα ανακαλυπτόταν φασματοσκοπικά.
Λίγα χρόνια αργότερα, το μέταλλο ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο Paul Emile Lecoq. Τον Αύγουστο του 1875, ένας επιστήμονας μελετούσε το φάσμα από ένα κοίτασμα στα Πυρηναία και παρατήρησε νέες μοβ γραμμές. Το στοιχείο ονομάστηκε γάλλιο. Η περιεκτικότητά του στο ορυκτό ήταν εξαιρετικά μικρή και ο Lecoq κατάφερε να απομονώσει μόνο 0,1 γραμμάρια. Η ανακάλυψη του μετάλλου ήταν μια από τις επιβεβαιώσεις της ορθότητας της πρόβλεψης του Mendeleev.
Φυσικές ιδιότητες
Το μέταλλο γάλλιο είναι πολύ όλκιμο και εύτηκτο. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, είναι σε στερεή κατάσταση. Για να μετατραπεί σε υγρό, αρκεί μια θερμοκρασία 29,76 βαθμών Κελσίου ή 302,93 Calvin. Μπορείτε να το λιώσετε κρατώντας το στο χέρι σας ή ρίχνοντάς το σε ένα καυτό υγρό. Οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες το καθιστούν πολύ επιθετικό: στους 500 βαθμούς Κελσίου και άνω, είναι σε θέση να διαβρώσει άλλα μέταλλα.
Το κρυσταλλικό πλέγμα του γαλλίου σχηματίζεται από διατομικά μόρια. Είναι πολύ σταθερά, αλλά ασθενώς αλληλένδετα. Χρειάζεται πολύ λίγη ενέργεια για να σπάσει ο δεσμός τους, έτσι το γάλλιο γίνεται υγρό χωρίς δυσκολία. Είναι πέντε φορές πιο εύτηκτο από το ίνδιο.
Στην υγρή κατάσταση, το μέταλλο είναι πιο πυκνό και βαρύτερο από ότι στη στερεή κατάσταση. Επιπλέον, μεταφέρει καλύτερα τον ηλεκτρισμό. Υπό κανονικές συνθήκες, η πυκνότητά του είναι 5,91 g/cm³. Το μέταλλο βράζει στους -2230 βαθμούς Κελσίου. Όταν στερεοποιείται, διαστέλλεται κατά περίπου 3,2%.
Χημικές ιδιότητες
Σε πολλές χημικές ιδιότητες, το γάλλιο είναι παρόμοιο με το αλουμίνιο, αλλά παρουσιάζει λιγότερη δραστηριότητα και οι αντιδράσεις με αυτό είναι πιο αργές. Δεν αντιδρά με τον αέρα, σχηματίζοντας αμέσως ένα φιλμ οξειδίου που εμποδίζει την οξείδωσή του. Δεν αντιδρά στο υδρογόνο, το βόριο, το πυρίτιο, το άζωτο και τον άνθρακα.
Το μέταλλο αλληλεπιδρά καλά με σχεδόν οποιοδήποτε αλογόνο. Αντιδρά με το ιώδιο μόνο όταν θερμαίνεται· αντιδρά με το χλώριο και το βρώμιο ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου. Στο ζεστό νερό, αρχίζει να εκτοπίζει το υδρογόνο, σχηματίζει άλατα με ανόργανα οξέα και επίσης απελευθερώνει υδρογόνο.
Με άλλα μέταλλα, το γάλλιο είναι σε θέση να σχηματίσει αμαλγάματα. Εάν το υγρό γάλλιο πέσει σε ένα στερεό κομμάτι αλουμινίου, θα αρχίσει να διεισδύει σε αυτό. Εισβάλλοντας στο κρυσταλλικό πλέγμα του αλουμινίου, η υγρή ουσία θα το κάνει εύθραυστο. Μέσα σε λίγες μέρες, μια συμπαγής μεταλλική ράβδος μπορεί να θρυμματιστεί με το χέρι, χωρίς ιδιαίτερη προσπάθεια.
Εφαρμογή
Στην ιατρική, το μέταλλο γάλλιο χρησιμοποιείται για την καταπολέμηση όγκων και υπερασβεστιαιμίας, είναι επίσης κατάλληλο για τη διάγνωση ραδιοϊσοτόπων του καρκίνου των οστών. Ωστόσο, τα παρασκευάσματα που περιέχουν την ουσία μπορεί να προκαλέσουν παρενέργειες όπως ναυτία και έμετο.
Το μέταλλο γάλλιο χρησιμοποιείται επίσης στα ηλεκτρονικά μικροκυμάτων. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ημιαγωγών και LED, ως πιεζοηλεκτρικό υλικό. Οι κόλλες μετάλλων λαμβάνονται από ένα κράμα γαλλίου με σκάνδιο ή νικέλιο. Σε ένα κράμα με πλουτώνιο, παίζει το ρόλο του σταθεροποιητή και χρησιμοποιείται σε πυρηνικές βόμβες.
Τα γυαλιά με αυτό το μέταλλο έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης και το οξείδιο του Ga 2 O 3 επιτρέπει στο γυαλί να μεταδίδει υπέρυθρες ακτίνες. Το καθαρό γάλλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή απλών καθρεφτών, καθώς αντανακλά καλά το φως.
Κατανομή και αποθέσεις γαλλίου
Πού να πάρετε γάλλιο; Το μέταλλο μπορεί να παραγγελθεί εύκολα μέσω Διαδικτύου. Το κόστος του κυμαίνεται από 115 έως 360 δολάρια το κιλό. Το μέταλλο θεωρείται σπάνιο, είναι πολύ διασκορπισμένο στον φλοιό της γης και πρακτικά δεν σχηματίζει τα δικά του ορυκτά. Από το 1956 έχουν βρεθεί και οι τρεις.
Συχνά το γάλλιο βρίσκεται στη σύνθεση του ψευδάργυρου, του σιδήρου, Οι ακαθαρσίες του βρίσκονται σε άνθρακα, βηρύλιο, γρανάτη, μαγνητίτη, τουρμαλίνη, άστριο, χλωρίτες και άλλα μέταλλα. Κατά μέσο όρο, η περιεκτικότητά του στη φύση είναι περίπου 19 g/t.
Το μεγαλύτερο μέρος του γάλλιου βρίσκεται σε ουσίες που είναι κοντά σε αυτό στη σύνθεση. Εξαιτίας αυτού, είναι δύσκολο και ακριβό να εξαχθεί από αυτά. Το ορυκτό του ίδιου του μετάλλου ονομάζεται γαλλίτης με τον τύπο CuGaS 2 . Περιέχει επίσης χαλκό και θείο.
Επίδραση σε ένα άτομο
Λίγα είναι γνωστά για τον βιολογικό ρόλο του μετάλλου και τις επιπτώσεις του στο ανθρώπινο σώμα. Στον περιοδικό πίνακα, βρίσκεται δίπλα στα στοιχεία που είναι ζωτικής σημασίας για εμάς (αλουμίνιο, σίδηρος, ψευδάργυρος, χρώμιο). Υπάρχει η άποψη ότι, ως υπερμικροστοιχείο, το γάλλιο είναι μέρος του αίματος, επιταχύνοντας τη ροή του και αποτρέποντας το σχηματισμό θρόμβων αίματος.
Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, μια μικρή ποσότητα της ουσίας περιέχεται στο ανθρώπινο σώμα (10 -6 - 10 -5%). Το γάλλιο εισέρχεται μαζί με νερό και αγροτική τροφή. Παραμένει στον οστικό ιστό και στο συκώτι.
Το μέταλλο γάλλιο θεωρείται χαμηλής τοξικότητας ή υπό όρους τοξικό. Κατά την επαφή με το δέρμα, μικρά σωματίδια παραμένουν πάνω του. Μοιάζει με ένα γκρίζο βρώμικο σημείο που αφαιρείται εύκολα με νερό. Η ουσία δεν αφήνει εγκαύματα, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να προκαλέσει δερματίτιδα. Είναι γνωστό ότι η υψηλή περιεκτικότητα σε γάλλιο στον οργανισμό προκαλεί διαταραχές στο ήπαρ, τα νεφρά και το νευρικό σύστημα, αλλά αυτό απαιτεί πολύ μεγάλη ποσότητα μετάλλου.
Διατύπωσε τον περιοδικό του νόμο και συνέταξε τον περιοδικό πίνακα, πολλά μέταλλα δεν ήταν ακόμη γνωστά στην επιστήμη.
Αυτό, ωστόσο, δεν εμπόδισε τον χημικό να φτιάξει τον περιοδικό του πίνακα, αφήνοντας κενά κελιά για στοιχεία που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη. Αυτά τα «κενά σημεία» σύντομα καλύφθηκαν. Ένα από αυτά τα στοιχεία που είχε προβλέψει ο Mendeleev θα συζητηθεί σήμερα.
Γνωρίστε: γάλλιο, νούμερο 31 στον πίνακα. Η τρίτη ομάδα είναι ένα μέταλλο χαμηλής τήξης, παρόμοιο σε ιδιότητες με το αλουμίνιο και το πυρίτιο. Ο Mendeleev όχι μόνο περιέγραψε τις ιδιότητες αυτού του μετάλλου με αρκετή λεπτομέρεια, αλλά έδειξε επίσης το ατομικό του βάρος με σχεδόν 100% ακρίβεια.
Ανακάλυψη και προέλευση του ονόματος
Το Γάλλιο ανακαλύφθηκε και απομονώθηκε ως απλή ουσία από τον Γάλλο χημικό Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. Συνέβη το 1875, όταν ο επιστήμονας μελέτησε δείγματα μείγματος ψευδαργύρου που έφεραν από τα Πυρηναία. Οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν με φασματοσκοπία και ο επιστήμονας παρατήρησε μια μωβ γραμμή στο φάσμα του μεταλλεύματος, που υποδηλώνει την παρουσία ενός άγνωστου στοιχείου στο ορυκτό.
Η απομόνωση του στοιχείου στην καθαρή του μορφή απαιτούσε πολλή δουλειά, αφού η περιεκτικότητά του στο μετάλλευμα ήταν μικρότερη από 0,1%. Τελικά, ο Lecoq de Boisbaudran κατάφερε να αποκτήσει λιγότερο από 0,1 γραμμάριο καθαρής ουσίας και να το μελετήσει. Το στοιχείο που ανακάλυψε ο Γάλλος αποδείχθηκε ότι ήταν από πολλές απόψεις παρόμοιο σε ιδιότητες με τον ψευδάργυρο.
Στην επόμενη συνεδρίαση της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού, που πραγματοποιήθηκε στις 20 Σεπτεμβρίου 1875, διαβάστηκε μια επιστολή του Lecoq de Boisbaudran, η οποία αναφερόταν στην ανακάλυψη ενός νέου στοιχείου και στη μελέτη των ιδιοτήτων του. Ο χημικός ανέφερε επίσης ότι ονόμασε το στοιχείο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα προς τιμήν της Γαλλίας, σύμφωνα με το λατινικό του όνομα - Gallia (Gallia).
Όταν ο Mendeleev διάβασε τη δημοσιευμένη έκθεση για αυτήν την ανακάλυψη, σημείωσε ότι η περιγραφή των ιδιοτήτων του νέου στοιχείου συνέπεσε σχεδόν ακριβώς με την περιγραφή του εκαλουμινίου που είχε προβλέψει προηγουμένως. Ο Mendeleev δεν άργησε να το αναφέρει στον Lecoq de Boisbaudran, επισημαίνοντας ότι η πυκνότητα του νέου μετάλλου καθορίστηκε λανθασμένα και θα έπρεπε να είναι 5,9-6,0, όχι 4,7 g/cm3. Ένας ενδελεχής έλεγχος έδειξε ότι ο Mendeleev είχε δίκιο.
Εξόρυξη γαλλίου
Στη φύση, το γάλλιο δεν σχηματίζει μεγάλες αποθέσεις. Σε ορισμένα ορυκτά, το γάλλιο περιέχεται σε σχετικά μεγάλα (για αυτό το μέταλλο): γρανάτης, φαληρίτης, τουρμαλίνη, βηρύλιο, άστριος, νεφελίνη.
Η πλουσιότερη πηγή γαλλίου είναι ο ορυκτός γερμανίτης, ένα μετάλλευμα που αποτελείται από θειούχο χαλκό που μπορεί να περιέχει 0,5-0,7% γάλλιο. Επιπλέον, το γάλλιο λαμβάνεται κατά την επεξεργασία του βωξίτη και της νεφελίνης. Επίσης, αυτό το μέταλλο μπορεί να ληφθεί με επεξεργασία πολυμεταλλικών μεταλλευμάτων, άνθρακα.
Το μολυσμένο γάλλιο πλένεται με νερό, στη συνέχεια διηθείται μέσω πορωδών πλακών και θερμαίνεται υπό κενό για να απομακρυνθούν οι πτητικές ακαθαρσίες. Για να ληφθεί γάλλιο υψηλής καθαρότητας, χρησιμοποιούνται χημικές (αντιδράσεις μεταξύ αλάτων), ηλεκτροχημικές (ηλεκτρόλυση διαλυμάτων) και φυσικές (αποσύνθεση) μέθοδοι.
Τα κοιτάσματα όπου εξορύσσεται γάλλιο βρίσκονται κυρίως στη Νοτιοδυτική Αφρική, καθώς και στη Ρωσία και σε ορισμένες από τις χώρες της ΚΑΚ.
ιδιότητες του γαλλίου
Το γάλλιο είναι ένα μαλακό, όλκιμο, ασημί μέταλλο. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, βρίσκεται σε στερεή κατάσταση, αλλά ήδη λιώνει σε θερμοκρασία ελαφρώς υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου (29,8 ° C).
Γενικά, ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασίας για την ύπαρξη υγρής κατάστασης αυτού του μετάλλου (από 30 έως 2230 ° C) είναι ένα από τα χαρακτηριστικά του γαλλίου. Οι χημικές ιδιότητες του γαλλίου είναι παρόμοιες με αυτές του αλουμινίου. Λόγω της τήξης του, η μεταφορά του γαλλίου πραγματοποιείται σε πλαστικές σακούλες.
Πριν από την εμφάνιση των ημιαγωγών, το γάλλιο χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία κραμάτων χαμηλής τήξης. Σήμερα, το γάλλιο χρησιμοποιείται κυρίως στη μικροηλεκτρονική ως μέρος των ημιαγωγών. Το νιτρίδιο του γαλλίου χρησιμοποιείται στη δημιουργία λέιζερ ημιαγωγών και LED στο μπλε και υπεριώδες φάσμα.
Το γάλλιο είναι ένα εξαιρετικό λιπαντικό. Με βάση το γάλλιο και το νικέλιο, το γάλλιο και το σκάνδιο, έχουν δημιουργηθεί μεταλλικές κόλλες που είναι πολύ σημαντικές από πρακτική άποψη. Το μέταλλο γάλλιο χρησιμοποιείται επίσης για την πλήρωση θερμόμετρων χαλαζία για τη μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών, αντικαθιστώντας τον υδράργυρο με αυτό το μέταλλο. Αυτό συμβαίνει επειδή το γάλλιο έχει πολύ υψηλότερο σημείο βρασμού από τον υδράργυρο.
Το γάλλιο είναι ένα από τα πιο ακριβά μέταλλα. Έτσι, το 2005, ένας τόνος γαλλίου κόστιζε 1,2 εκατομμύρια δολάρια στην παγκόσμια αγορά. Λόγω του υψηλού κόστους του και της μεγάλης ανάγκης για αυτό το μέταλλο, είναι πολύ σημαντικό να καθιερωθεί η πλήρης εξόρυξή του στην παραγωγή αλουμινίου και επεξεργασία άνθρακα για υγρά καύσιμα.
ΓΑΛΛΙΟ μεταλλικό που λιώνει στα χέρια.
Μεταλλικό ΓΑΛΛΙΟ
Το Γάλλιο είναι στοιχείο της κύριας υποομάδας της τρίτης ομάδας της τέταρτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev, με ατομικό αριθμό 31. Ονομάζεται με το σύμβολο Ga (lat. Gallium). Ανήκει στην ομάδα των ελαφρών μετάλλων. Η απλή ουσία γάλλιο (αριθμός CAS: 7440-55-3) είναι ένα μαλακό όλκιμο μέταλλο ασημί-λευκού (σύμφωνα με άλλες πηγές, ανοιχτό γκρι) χρώματος με γαλαζωπή απόχρωση.
Μεταλλικό ΓΑΛΛΙΟ
Γάλλιο: Σημείο τήξεως 29,76 °C
χαμηλής τοξικότητας, μπορείτε να μαζέψετε και να λιώσετε!
Υλικό για ηλεκτρονικά ημιαγωγών
Αρσενίδιο του γαλλίου GaAs
Ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για ηλεκτρονικά ημιαγωγών.
νιτρίδιο του γαλλίου
χρησιμοποιείται για τη δημιουργία λέιζερ ημιαγωγών και LED στο μπλε και υπεριώδες φάσμα. Το νιτρίδιο του γαλλίου έχει εξαιρετικές χημικές και μηχανικές ιδιότητες τυπικές για όλες τις ενώσεις νιτριδίου.
Ισότοπο γάλλιο-71
είναι το πιο σημαντικό υλικό για την ανίχνευση νετρίνων και σε σχέση με αυτό, η τεχνολογία αντιμετωπίζει ένα πολύ επείγον έργο απομόνωσης ισοτόπων από ένα φυσικό μείγμα προκειμένου να αυξηθεί η ευαισθησία των ανιχνευτών νετρίνων. Δεδομένου ότι η περιεκτικότητα σε 71Ga στο φυσικό μείγμα ισοτόπων είναι περίπου 39,9%, η απομόνωση ενός καθαρού ισοτόπου και η χρήση του ως ανιχνευτής νετρίνων μπορεί να αυξήσει την ευαισθησία ανίχνευσης κατά 2,5 φορές.
Χημικές ιδιότητες
Το γάλλιο είναι ακριβό, το 2005 ένας τόνος γαλλίου κόστιζε 1,2 εκατομμύρια δολάρια στην παγκόσμια αγορά και λόγω της υψηλής τιμής και ταυτόχρονα της μεγάλης ζήτησης για αυτό το μέταλλο, είναι πολύ σημαντικό να καθιερωθεί η πλήρης εξόρυξή του στην παραγωγή αλουμινίου και επεξεργασία άνθρακα σε υγρά καύσιμα.
Το γάλλιο έχει έναν αριθμό κραμάτων που είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου και ένα από τα κράματά του έχει σημείο τήξης 3 °C (ευτηκτική In-Ga-Sn), αλλά από την άλλη πλευρά, το γάλλιο (κράματα σε μικρότερο βαθμό) είναι πολύ επιθετικό στα περισσότερα δομικά υλικά (ρωγμές και διάβρωση κραμάτων σε υψηλή θερμοκρασία). Για παράδειγμα, σε σχέση με το αλουμίνιο και τα κράματά του, το γάλλιο είναι ένας ισχυρός μειωτής αντοχής (βλέπε μείωση αντοχής προσρόφησης, φαινόμενο Rehbinder). Αυτή η ιδιότητα του γαλλίου αποδείχθηκε πιο ξεκάθαρα και μελετήθηκε λεπτομερώς από τους P. A. Rebinder και E. D. Shchukin κατά την επαφή του αλουμινίου με το γάλλιο ή τα ευτηκτικά κράματά του (ευθραυστότητα υγρού μετάλλου). Ως ψυκτικό, το γάλλιο είναι αναποτελεσματικό και συχνά απλά απαράδεκτο.
Το γάλλιο είναι ένα εξαιρετικό λιπαντικό
Με βάση το γάλλιο και το νικέλιο, το γάλλιο και το σκάνδιο, έχουν δημιουργηθεί μεταλλικές κόλλες που είναι πολύ σημαντικές από πρακτική άποψη.
Το μέταλλο γάλλιο γεμίζεται επίσης σε θερμόμετρα χαλαζία (αντί για υδράργυρο) για τη μέτρηση των υψηλών θερμοκρασιών. Αυτό συμβαίνει επειδή το γάλλιο έχει πολύ υψηλότερο σημείο βρασμού από τον υδράργυρο.
Το οξείδιο του γαλλίου είναι μέρος μιας σειράς στρατηγικά σημαντικών υλικών λέιζερ της ομάδας γρανάτης - GSHG, YAG, ISGG κ.λπ.
Από το στοιχείο με ατομικό αριθμό 31, οι περισσότεροι αναγνώστες θυμούνται μόνο ότι είναι ένα από τα τρία στοιχεία που προβλέπονται και περιγράφονται με περισσότερες λεπτομέρειες από τον D.I. Mendeleev, και ότι είναι πολύ εύτηκτο μέταλλο: για να το μετατρέψεις σε υγρό, αρκεί η θερμότητα της παλάμης.
Ξεκινήσαμε επίτηδες την ιστορία μας για το στοιχείο Νο. 31 αναφέροντας κάτι που είναι γνωστό σχεδόν σε όλους. Γιατί αυτό το «γνωστό» θέλει κάποια εξήγηση. Όλοι γνωρίζουν ότι το γάλλιο είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev και ανακαλύφθηκε από τον Lecoq de Boisbaudran, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι πώς έγινε η ανακάλυψη. Σχεδόν όλοι γνωρίζουν ότι το γάλλιο είναι εύτηκτο, αλλά σχεδόν κανείς δεν μπορεί να απαντήσει στην ερώτηση γιατί είναι εύτηκτο.
Πώς ανακαλύφθηκε το γάλλιο;
Ο Γάλλος χημικός Paul Emile Lecoq de Boisbaudran έμεινε στην ιστορία ως ο ανακάλυψε τρία νέα στοιχεία: το γάλλιο (1875), το σαμάριο (1879) και το δυσπρόσιο (1886). Η πρώτη από αυτές τις ανακαλύψεις του έφερε φήμη.
Εκείνη την εποχή εκτός Γαλλίας, ήταν ελάχιστα γνωστός. Ήταν 38 ετών, ασχολήθηκε κυρίως με τη φασματοσκοπική έρευνα. Ο Lecoq de Boisbaudran ήταν καλός φασματογράφος και αυτό οδήγησε τελικά στην επιτυχία: ανακάλυψε και τα τρία στοιχεία του με φασματική ανάλυση.
Το 1875, ο Lecoq de Boisbaudran ερεύνησε το φάσμα του μείγματος ψευδαργύρου που έφερε από το Pierrefitte (Πυρηναία). Σε αυτό το φάσμα ανακαλύφθηκε μια νέα ιώδης γραμμή (μήκος κύματος 4170Α). Η νέα γραμμή έδειξε την παρουσία ενός άγνωστου στοιχείου στο ορυκτό και, φυσικά, ο Lecoq de Boisbaudran κατέβαλε κάθε προσπάθεια για να απομονώσει αυτό το στοιχείο. Αυτό δεν ήταν εύκολο να γίνει: η περιεκτικότητα του νέου στοιχείου στο μετάλλευμα ήταν μικρότερη από 0,1%, και από πολλές απόψεις ήταν παρόμοια με τον ψευδάργυρο. Μετά από μακροχρόνια πειράματα, ο επιστήμονας κατάφερε να πάρει ένα νέο στοιχείο, αλλά σε πολύ μικρή ποσότητα. Τόσο μικρό (λιγότερο από 0,1 g) που ο Lecoq de Boisbaudran δεν μπορούσε να μελετήσει πλήρως τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες.
Το μήνυμα για την ανακάλυψη του γαλλίου - έτσι προς τιμήν της Γαλλίας (Gallia - το λατινικό της όνομα) ονομάστηκε ένα νέο στοιχείο - εμφανίστηκε στις εκθέσεις της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού.
Ο D. I. Mendeleev διάβασε αυτό το μήνυμα και αναγνώρισε στο γάλλιο το εκα-αλουμίνιο που είχε προβλέψει πέντε χρόνια νωρίτερα. Ο Μεντελέγιεφ έγραψε αμέσως στο Παρίσι. «Η μέθοδος ανακάλυψης και απομόνωσης, καθώς και οι λίγες ιδιότητες που περιγράφονται, υποδηλώνουν ότι το νέο μέταλλο δεν είναι παρά το εκαλουμίνιο», ανέφερε η επιστολή του. Στη συνέχεια επανέλαβε τις προβλεπόμενες ιδιότητες για αυτό το στοιχείο. Επιπλέον, μη κρατώντας ποτέ στα χέρια του κόκκο γαλλίου, χωρίς να τον είδε στα μάτια του, ο Ρώσος χημικός ισχυρίστηκε ότι ο ανακάλυψε το στοιχείο έκανε λάθος, ότι η πυκνότητα του νέου μετάλλου δεν μπορεί να είναι ίση με 4,7, όπως έγραψε ο Lecoq de Boisbaudran , θα πρέπει να είναι περισσότερο, περίπου 5,9-6,0 g/cm3.
Παραδόξως, αλλά για την ύπαρξη ενός περιοδικούτου νόμου, οι πρώτοι από τους εγκρίτες του, οι «ενισχυτές», έμαθαν μόνο από αυτή την επιστολή. Ξεχώρισε και με προσοχήκαθαρισμένους κόκκους γαλλίου για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων των πρώτων πειραμάτων. Ορισμένοι ιστορικοί της επιστήμης πιστεύουν ότι αυτό έγινε για να ντροπιάσουν τον αυτοπεποίθηση Ρώσο"προφήτης". Αλλά η εμπειρία έχει δείξει το αντίθετο: ο ανακάλυψε έκανε λάθος. Αργότερα έγραψε: «Δεν είναι απαραίτητο, νομίζω, να επισημάνουμε την εξαιρετική σημασία που έχει η πυκνότητα ενός νέου στοιχείου σε σχέση με την επιβεβαίωση των θεωρητικών απόψεων του Μεντελέεφ».
Οι άλλες ιδιότητες του στοιχείου Νο. 31 που προέβλεψε ο Μεντελέγιεφ σχεδόν ακριβώς συνέπεσαν με τα πειραματικά δεδομένα «Οι προβλέψεις του Μεντελέεφ έγιναν πραγματικότητα με μικρές αποκλίσεις: το εκαργίλιο μετατράπηκε σε γάλλιο». Έτσι χαρακτηρίζει ο Ένγκελς αυτό το γεγονός στη Διαλεκτική της Φύσης.
Περιττό να πούμε ότι η ανακάλυψη του πρώτου στοιχείου που είχε προβλέψει ο Mendeleev ενισχύθηκε σημαντικάθέση του περιοδικού νόμου.
Διαβάζετε ένα άρθρο σχετικά με το θέμα της ιστορίας του γαλλίου
