GALLIUM on metall, mis sulab sinu kätes.

Metallist GALLIUM

Gallium on D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi kolmanda rühma peamise alarühma element aatomnumbriga 31. Seda tähistatakse sümboliga Ga (lat. Gallium). Kuulub kergmetallide rühma. Lihtaine gallium (CAS number: 7440-55-3) on sinaka varjundiga hõbevalge (teistel andmetel helehall) pehme plastiline metall.

Metallist GALLIUM

Gallium: sulamistemperatuur 29,76 °C

Madal mürgisus, saate selle üles korjata ja sulatada!

Materjal pooljuhtelektroonika jaoks

Galliumarseniid GaAs

Paljutõotav materjal pooljuhtelektroonika jaoks.

Galliumnitriid

kasutatakse pooljuhtlaserite ja LED-ide loomisel sinise ja ultraviolettkiirguse vahemikus. Galliumnitriidil on suurepärased keemilised ja mehaanilised omadused, mis on tüüpilised kõikidele nitriidiühenditele.

Gallium-71 isotoop

on neutriinode tuvastamise kõige olulisem materjal ja sellega seoses seisab tehnoloogia ees väga pakiline ülesanne eraldada see isotoop looduslikust segust, et tõsta neutriinodetektorite tundlikkust. Kuna 71Ga sisaldus looduslikus isotoopide segus on umbes 39,9%, võib puhta isotoobi eraldamine ja selle kasutamine neutriinodetektorina suurendada tuvastamise tundlikkust 2,5 korda.

Keemilised omadused

Gallium on kallis, 2005. aastal maksis tonn galliumi maailmaturul 1,2 miljonit USA dollarit ning selle metalli kõrge hinna ja samas suure vajaduse tõttu on väga oluline rajada selle täielik kaevandamine aastal. alumiiniumi tootmine ja kivisöe töötlemine vedelkütuses.

Galliumil on mitmeid sulameid, mis on toatemperatuuril vedelad ja ühe selle sulami sulamistemperatuur on 3 °C (In-Ga-Sn eutektiline), kuid teisest küljest on gallium (vähemal määral sulamid) väga agressiivne enamiku konstruktsioonimaterjalide suhtes (sulamite pragunemine ja erosioon kõrgel temperatuuril). Näiteks alumiiniumi ja selle sulamite puhul on gallium võimas tugevuse vähendaja (vt adsorptsiooni tugevuse vähenemine, Rehbinderi efekt). Seda galliumi omadust demonstreerisid ja uurisid üksikasjalikumalt P. A. Rebinder ja E. D. Shchukin alumiiniumi kokkupuutel galliumi või selle eutektiliste sulamitega (vedelmetalli haprus). Jahutusvedelikuna on gallium ebaefektiivne ja sageli lihtsalt vastuvõetamatu.

Gallium on suurepärane määrdeaine

Praktilises mõttes väga olulised metalliliimid on loodud galliumi ja nikli, galliumi ja skandiumi baasil.

Galliummetalli kasutatakse ka kvartstermomeetrite täitmiseks (elavhõbeda asemel), et mõõta kõrgeid temperatuure. See on tingitud asjaolust, et galliumil on elavhõbedaga võrreldes oluliselt kõrgem keemispunkt.

Galliumoksiid on osa paljudest granaadirühma strateegiliselt olulistest lasermaterjalidest - GSGG, YAG, ISGG jne.

Võib-olla on galliumi kõige kuulsam omadus selle sulamistemperatuur, mis on 29,76 °C. See on perioodilisuse tabeli teine ​​​​sulav metall (elavhõbeda järel). Galliummetalli sulavus ja madal toksilisus võimaldasid selle foto teha. Muide, gallium on üks väheseid metalle, mis sulati tahkumisel paisub (teised on Bi, Ge).

Gallodent, gallium-tina eutektikum
Galliummetall on vähetoksiline, omal ajal kasutati seda isegi täidiste valmistamiseks (amalgaami asemel). See rakendus põhineb sellel, et kui vasepulbrit segada sula galliumiga, saadakse pasta, mis mõne tunni pärast kõvastub (intermetallilise ühendi moodustumise tõttu) ja talub seejärel kuumutamist kuni 600 kraadini sulamata. Gallium on väga habras (seda saab purustada nagu klaasi).

Suured galliumi kristallid
Galliumi teine ​​huvitav omadus on selle sulamisvõime ülijahtuda. Sulanud galliumi saab jahutada umbes 10-30 kraadi alla selle sulamistemperatuuri ja see jääb vedelaks, aga kui visata sellisesse sulatisse tükk tahket galliumi või kuiva jääd, hakkavad sellest hetkega kasvama suured kristallid. Fotol on tahkuv galliumi valuplokk. Fotol on selgelt näha, et kolmes kohas algas kristalliseerumine ja samal ajal hakkas kasvama kolm suurt üksikkristalli, mis seejärel kohtusid ja moodustasid valuploki (see juhtus ligikaudu kaks tundi pärast pildistamist).

Gallium lusikas
Kodune galliumlusikas. Video selle lusika sulamisest:

Kõrge temperatuuriga galliumtermomeeter Galliumkvartstermomeeter Gallium termomeetris
Siin on galliumi teine ​​​​kasutus.
Gallium on vedelas olekus väga laias temperatuurivahemikus ja teoreetiliselt võivad galliumtermomeetrid mõõta kuni 2000 kraadi temperatuure. Galliumi kasutamist termomeetrilise vedelikuna pakuti esmakordselt välja üsna kaua aega tagasi. Galliumtermomeetrid mõõdavad juba temperatuure kuni 1200 kraadini, kuid tavainimene ei saa neid termomeetreid sageli laboris isiklikult näha.
Selliseid termomeetreid ei kasutata laialdaselt mitmel põhjusel. Esiteks on gallium kõrgel temperatuuril väga agressiivne aine. Temperatuuril üle 500 °C söövitab see peaaegu kõiki metalle peale volframi ja ka paljusid muid materjale. Kvarts on vastupidav sula galliumile kuni 1100 °C, kuid probleem võib tekkida seetõttu, et kvarts (ja enamik teisi klaase) on selle metalli poolt tugevalt märjaks. See tähendab, et gallium kleepub lihtsalt seestpoolt termomeetri seinte külge ja temperatuuri on võimatu teada saada. Teine probleem võib tekkida siis, kui termomeeter jahtub alla 28 kraadi. Kui gallium tahkub, käitub see nagu vesi – see paisub ja võib termomeetri lihtsalt seestpoolt lõhkuda. Noh, viimane põhjus, miks kõrge temperatuuriga galliumtermomeetrit nüüd väga harva leida võib, on tehnoloogia ja elektroonika areng. Pole saladus, et digitaalset termomeetrit on palju mugavam kasutada kui vedeltermomeetrit. Kaasaegsed temperatuuriregulaatorid, mis on komplekteeritud näiteks plaatina-plaatina-roodium termopaaridega, võimaldavad mõõta temperatuure vahemikus -200 kuni +1600°C täpsusega, mis pole vedeliktermomeetrite jaoks saavutatav. Lisaks võib termopaar asuda kontrollerist märkimisväärsel kaugusel.

Gallium moodustab madala sulamistemperatuuriga eutektilisi sulameid paljude metallidega, millest osa sulab toatemperatuurist madalamal temperatuuril.
Gallium-indium sulam sulab temperatuuril 15,7 ° C, see tähendab, et toatemperatuuril on see vedelik. Sellise sulami valmistamiseks pole vaja isegi metallide segu kuumutada kuni sulamiseni, piisab lihtsalt galliumi ja indiumi tükkide tihedast kokkupressimisest. Videol on näha, et kahe metalli kokkupuutepunktist (suur silinder on gallium, väike indium) hakkab tilkuma eutektilist sulamit.

Huvitava katse saab läbi viia mitte ainult galliumi sulatamisega, vaid ka tahkumisega. Esiteks on gallium üks väheseid aineid, mis tahkumisel paisub (täpselt nagu vesi), teiseks erineb sulametalli värvus tahke aine värvist.
Valage väike kogus vedelat galliumi klaasviaali ja asetage sellele väike tükk tahket galliumi (kristallimiseks mõeldud seeme, kuna gallium on võimeline ülejahtuma). Videol on selgelt näha, kuidas hakkavad kasvama metallikristallid (neil on sinakas toon, vastupidiselt hõbevalgele sulale). Mõne aja pärast lõhkeb paisuv gallium mulli.
Video keskosa (galliumi kristallide kasv) kiirendati kümme korda, nii et video ei olnud väga pikk.

Täpselt nagu elavhõbedat, saab ka sula galliumist valmistada “peksuvat südant”, kuigi tänu sellele, et gallium on rauast elektropositiivsem metall, töötab see vastupidiselt. Kui küüne ots puudutab sula galliumi tilka, siis see “levib” pindpinevuse vähenemise tõttu. Ja niipea, kui kontakt küünega katkeb, suureneb pindpinevus ja tilk koguneb uuesti, kuni see puudutab küünt.

Huvilised saavad alla laadida

Keemia

Gallium nr 31

Galliumi alarühm. Selle alarühma iga liikme sisaldus maakoores piki galliumi (4-10-4%) - indiumi (2-10-6) - talliumi (8-10-7) seeriat väheneb. Kõik kolm elementi on äärmiselt hajutatud ja nende leidmine teatud mineraalide kujul ei ole tüüpiline. Vastupidi, nende ühendite väikesed lisandid sisaldavad paljude metallide maake. Ga, In ja Ti saadakse jäätmetest selliste maakide töötlemine.
Vabas olekus on gallium, indium ja tallium hõbevalged metallid. Nende kõige olulisemaid konstante võrreldakse allpool:
Ga In Tl

Galliumi füüsikalised omadused

Tihedus, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Sulamistemperatuur, °C. . . 30 157 304
Keemistemperatuur, °C... 2200 2020 1475
Elektrijuhtivus (Hg = 1). . 2 11 6

Kõvaduse järgi gallium lähedal juhtima, In ja Ti - veelgi pehmem 6-13.
Kuivas õhus gallium ja indium ei muutu, ja tallium on kaetud halli oksiidkilega. Kuumutamisel ühinevad kõik kolm elementi energeetiliselt hapniku ja väävliga. Need interakteeruvad kloori ja broomiga tavatemperatuuril, kuid joodiga ainult kuumutamisel. Raua ümber pingereas paiknevad Ga, In ja Ti lahustuvad hapetes.14’ 15
Galliumi ja indiumi tavaline valents on kolm. Tallium annab derivaate, milles ta on kolme- ja monovalentne. 18
Galliumi ja selle analoogide oksiidid - valge Ga 2 O 3, kollane In203 ja pruun T1203 - on vees lahustumatud - vastavad hüdroksiidid E (OH) 3 (mida saab sooladest) on želatiinsed setted, vees praktiliselt lahustumatud, kuid hapetes lahustuv. Valge Ga ja In hüdroksiidid lahustuvad ka tugevate leeliste lahustes, moodustades aluminaatidega sarnaseid gallaate ja indaate. Seetõttu on need olemuselt amfoteersed ja happelised omadused on 1n(OH)3 puhul vähem väljendunud ja Ga(OH)3 puhul rohkem väljendunud kui Al(OH)3 puhul. Seega lahustub Ga(OH) 3 lisaks tugevatele leelistele ka tugevates NH 4 OH lahustes. Vastupidi, punakaspruun Ti(OH) 3 ei lahustu leelistes.
Ga" ja In" ioonid on värvitud, Ti" ioonid on kollaka värvusega. Enamiku neist toodetud hapete soolad lahustuvad vees hästi, kuid on tugevalt hüdrolüüsitud; Nõrkade hapete lahustuvatest sooladest läbivad paljud peaaegu täieliku hüdrolüüsi. Kui madalama valentsiga Ga ja In derivaadid ei ole neile tüüpilised, siis talliumi jaoks on kõige iseloomulikumad need ühendid, milles ta on monovalentne. Seetõttu on T13+ sooladel märgatavalt väljendunud oksüdeerivad omadused.

Talliumoksiid (T120) tekib elementide vastasmõju tulemusena kõrgel temperatuuril. See on must hügroskoopne pulber. Veega moodustab talliumoksiid kollase dilämmastikhüdraadi (T10H), mis kuumutamisel eraldub kergesti veest ja läheb tagasi T120-ks.
Talliumoksiidhüdraat lahustub vees hästi ja on tugev alus. Sellest moodustuvad soolad on enamasti värvitud ja
kristalliseeruda ilma veeta. Kloriid, bromiid ja jodiid on peaaegu lahustumatud, kuid mõned teised soolad on vees lahustuvad. Hüdrolüüsist tingitud meelevaldne TiOH ja nõrgad happed annavad lahuses leeliselise reaktsiooni. Tugevate oksüdeerivate ainete (näiteks kloorivesi) mõjul oksüdeerub ühevalentne tallium kolmevalentseks talliumiks.57-66
Elementide ja nende ühendite keemiliste omaduste poolest on galliumi alarühm paljuski sarnane germaaniumi alarühmaga, seega on Ge ja Ga puhul kõrgem valents stabiilsem, Pb ja T1 puhul madalam hüdroksiidide keemiline iseloom. on reas Ge-Sn-Pb ja Ga-In-Ti muutub samamoodi Mõnikord ilmnevad peenemad sarnasused, näiteks nii Pb kui Ti halogeniidi (Cl, Br, I) soolade vähene lahustuvus. Siiski on mõlema alarühma elementide vahel ka olulisi erinevusi (osaliselt nende erineva valentsi tõttu): Ga-hüdroksiidide ja selle analoogide happelisus on palju vähem väljendunud kui germaaniumi alarühma vastavate elementide oma; erinevalt PbF-st 2, talliumfluoriid on hästi lahustuv jne.

Galliumi toidulisandid

1. Kõik kolm vaadeldava alarühma liiget avastati spektroskoopi abil: 1 tallium - 1861, indium - 1863 ja gallium - 1875. Viimase neist elementidest ennustas ja kirjeldas D. I. Mendelejev 4 aastat enne selle avastamist (VI § 1). Looduslik gallium koosneb isotoopidest massinumbritega 69 (60,2%) ja 71 (39,8); indium-113 (4,3) ja 115 (95,7); tallium - 203 (29,5) ja 205 (70,5%).
2. Põhiseisundis on galliumi alamrühma elementide aatomid välise elektronkestade 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) struktuuriga ja monovalentsed, i Kolmevalentsete olekute ergastamine nõuab kulusid 108 (Ga) , 100 (In) või 129, (Ti ) kcal/g-aatomi kohta. Järjestikused ionisatsioonienergiad on 6,00; 20,51; 30,70 Ga puhul; 5,785; 18,86; 28,03 In: 6,106; 20,42; 29,8 eV T1 jaoks. Talliumi aatomi elektronafiinsus on hinnanguliselt 12 kcal/g-aatomi kohta.
3. Haruldane mineraalne galliit (CuGaS 2) on tuntud galliumi poolest. Selle elemendi jälgi leidub pidevalt tsingimaakides. Oluliselt suurtes kogustes seda: E (kuni 1,5%) leiti mõne söe tuhast. Galliumi tööstusliku tootmise peamiseks tooraineks on aga boksiit, mis sisaldab tavaliselt vähesel määral lisandeid (kuni 0,1%). Seda ekstraheeritakse elektrolüüsi teel leeliselistest vedelikest, mis on loodusliku boksiidi tehniliseks alumiiniumoksiidiks töötlemise vaheprodukt. Maailma aastane galliumi toodang on praegu vaid paar tonni, kuid seda saab oluliselt suurendada.
4. Indium saadakse peamiselt kõrvalsaadusena väävlimaakide Zn, Pb ja Cu komplekssel töötlemisel. Selle aastane ülemaailmne toodang ulatub mitmekümne tonnini.
5. Tallium on kontsentreeritud peamiselt püriidis (FeS2). Seetõttu on väävelhappe tootmisel tekkiv muda selle elemendi saamiseks hea tooraine. Talliumi aastane ülemaailmne toodang on väiksem kui indiumi oma, kuid ulatub ka kümnetesse tonnidesse.
6. Ga, In ja T1 vabas olekus isoleerimiseks kasutatakse kas nende soolade lahuste elektrolüüsi või oksiidide hõõgumist vesinikuvoolus. Metallide sulamis- ja aurustumissoojustel on järgmised väärtused: 1,3 ja 61 (Ga), 0,8 ja 54 (In), 1,0 ja 39 kcal/g-aatom (T1). Nende sublimatsioonisoojused (25 °C juures) on 65 (Ga), 57 (In) ja 43 kcal/g-aatomi kohta (T1). Paarides koosnevad kõik kolm elementi peaaegu eranditult monatoomilistest molekulidest.
7. Galliumi kristallvõre ei moodusta üksikud aatomid (nagu metallide puhul tavaliselt), vaid kaheaatomilised molekulid (rf = 2,48A). Seega kujutab see endast huvitavat juhtumit molekulaar- ja metallstruktuuride kooseksisteerimisest (III § 8). Ga2 molekulid säilivad ka vedelas galliumis, mille tihedus (6,1 g/cm) on suurem kui tahke metalli tihedus (analoogia vee ja vismutiga). Rõhu tõusuga kaasneb galliumi sulamistemperatuuri langus. Kõrge rõhu korral on lisaks tavapärasele modifikatsioonile (Gal) tuvastatud veel kahe vormi olemasolu. Kolmikpunktid (vedelfaasiga) asuvad Gall - Galli puhul temperatuuril 12 tuhat atm ja 3 °C ning Gall - Galli puhul temperatuuril 30 tuhat atm ja 45 °C.
8. Gallium on väga kalduvus hüpotermiale ja seda on olnud võimalik hoida vedelas olekus kuni -40 ° C. Ülejahutatud sulatise korduv kiire kristallimine võib olla galliumi puhastamise meetod. Väga puhtas olekus (99,999%) saadi see elektrolüütilise rafineerimise teel, samuti hoolikalt puhastatud GaCl3 redutseerimisel vesinikuga. Selle kõrge keemistemperatuur ja kuumutamisel üsna ühtlane paisumine muudavad galliumi väärtuslikuks materjaliks kõrgtemperatuuriliste termomeetrite täitmiseks. Vaatamata välisele sarnasusele elavhõbedaga on mõlema metalli vastastikune lahustuvus suhteliselt madal (vahemikus 10–95 °C varieerub see 2,4–6,1 aatomprotsenti Ga puhul Hg-s ja 1,3–3,8 aatomprotsenti Hg puhul Ga-s). . Erinevalt elavhõbedast ei lahusta vedel gallium leelismetalle ja niisutab hästi paljusid mittemetallilisi pindu. Eelkõige kehtib see klaasi kohta, kasutades galliumi, millele on võimalik saada peeglid, mis peegeldavad tugevalt valgust (samas on tõendeid, et väga puhas gallium, mis ei sisalda indiumi lisandeid, ei niisuta klaasi). Mõnikord kasutatakse raadioahelate kiireks tootmiseks galliumi sadestamist plastalusele. 88% Ga ja 12% Sn sulam sulab 15 °C juures ning mõned teised galliumi sisaldavad sulamid (näiteks 61,5% Bi, 37,2 - Sn ja 1,3 - Ga) on pakutud hambatäidiste jaoks. Need ei muuda oma mahtu temperatuuriga ja peavad hästi vastu. Galliumi saab kasutada ka vaakumtehnoloogia klappide hermeetikuna. Siiski tuleb meeles pidada, et kõrgel temperatuuril on see agressiivne nii klaasi kui ka paljude metallide suhtes.
9. Seoses galliumi tootmise laiendamise võimalusega muutub kiireloomuliseks selle elemendi ja selle ühendite assimilatsiooni (st praktikas omandamise) probleem, mis nõuab uuringuid, et leida valdkonnad nende ratsionaalseks kasutamiseks. Galliumi kohta on ülevaateartikkel ja monograafiad.
10. Indiumi kokkusurutavus on pisut kõrgem kui alumiiniumil (10 tuhande atm juures on maht 0,84 originaali). Rõhu suurenedes väheneb selle elektritakistus (70 tuhande atm juures algsest 0,5-ni) ja sulamistemperatuur tõuseb (65 tuhande atm juures kuni 400°C). Indium metallpulgad krõmpsuvad painutamisel nagu tinapulgad. See jätab paberile tumeda jälje. Indiumi oluline kasutusala on seotud germaaniumist vahelduvvoolualaldi valmistamisega (X § 6 lisa 15). Madala sulatavuse tõttu võib see toimida laagrites määrdeainena.
11. Väikese koguse indiumi lisamine vasesulamitesse suurendab oluliselt nende vastupidavust mereveele ning indiumi lisamine hõbedale suurendab selle läiget ja hoiab ära tuhmumise õhu käes. Indiumi lisamine suurendab hambaplommide sulamite tugevust. Teiste metallide elektrolüütiline katmine indiumiga kaitseb neid hästi korrosiooni eest. Indiumi sulam tinaga (1:1 massi järgi) joodab klaasi hästi klaasi või metalliga ning sulam 24% In ja 76% Ga sulab 16 °C juures. 47 °C juures sulavat sulamit 18,1% In koos 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn ja 8,2 - Cd kasutatakse meditsiiniliselt keerukate luumurdude korral (kipsi asemel). On olemas monograafia indiumi keemia kohta
12. Talliumi kokkusurutavus on ligikaudu sama, mis indiumil, kuid selle kohta on teada kaks allotroopset modifikatsiooni (kuusnurkne ja kuubikujuline), mille vaheline üleminekupunkt on 235 °C. Kõrge rõhu all tekib teine. Kõigi kolme vormi kolmikpunkt asub 37 tuhande atm ja 110 °C juures. See rõhk vastab metalli elektritakistuse järsule, ligikaudu 1,5-kordsele vähenemisele (mis 70 tuhande atm juures on umbes 0,3 normaalsest). Rõhul 90 tuhat atm sulab talliumi kolmas vorm 650 °C juures.
13. Talliumi kasutatakse peamiselt tina ja pliiga sulamite valmistamiseks, millel on kõrge happekindlus. Eelkõige talub 70% Pb, 20% Sn ja 10% T1 koostisega sulam hästi väävel-, vesinikkloriid- ja lämmastikhappe segude toimet. Talliumi kohta on olemas monograafia.
14. Gallium ja kompaktne indium on vee suhtes stabiilsed ning tallium hävib õhu juuresolekul aeglaselt pinnalt. Gallium reageerib lämmastikhappega aeglaselt, tallium aga väga jõuliselt. Vastupidi, väävelhape ja eriti vesinikkloriidhape lahustab kergesti Ga ja In, samas kui T1 interakteerub nendega palju aeglasemalt (tänu pinnale vähelahustuvate soolade kaitsekile moodustumisele). Tugevate leeliste lahused lahustavad kergesti galliumi, mõjuvad indiumile aeglaselt ja ei reageeri talliumiga. Gallium lahustub märgatavalt ka NH4OH-s. Kõigi kolme elemendi lenduvad ühendid värvivad värvitu leegi iseloomulikes värvides: Ga - silmale peaaegu nähtamatu tumelilla (L = 4171 A), In - tumesinine (L = 4511 A), T1 - smaragdroheline (A, = 5351) A).
15. Gallium ja indium ei tundu olevat mürgised. Vastupidi, tallium on väga mürgine ja selle toime sarnaneb Pb ja As toimega. See mõjutab närvisüsteemi, seedetrakti ja neere. Ägeda mürgistuse sümptomid ei ilmne kohe, vaid 12-20 tunni pärast. Aeglaselt areneva kroonilise mürgistuse korral (sh naha kaudu) täheldatakse peamiselt agitatsiooni ja unehäireid. Meditsiinis kasutatakse talliumi preparaate karvade eemaldamiseks (samblike jms jaoks). Talliumisoolad on leidnud kasutust helendavates kompositsioonides ainetena, mis pikendavad sära kestust. Samuti osutusid need heaks vahendiks hiirte ja rottide vastu.
16. Pingereas paikneb gallium Zn ja Fe vahel ning indium ja tallium Fe ja Sn vahel. Ga ja In üleminekud vastavalt skeemile E+3 + Ze = E vastavad normaalpotentsiaalidele: -0,56 ja -0,33 V (happelises keskkonnas) või -1,2 ja -1,0 V (aluselises keskkonnas). Tallium muudetakse hapete toimel monovalentsesse olekusse (normaalpotentsiaal -0,34 V). Üleminekut T1+3 + 2e = T1+ iseloomustab normaalne potentsiaal + 1,28 V happelises keskkonnas või +0,02 V aluselises keskkonnas.
17. Galliumi ja selle analoogide oksiidide E2O3 moodustumissoojused vähenevad reas 260 (Ga), 221 (In) ja 93 kcal/mol (T1). Õhus kuumutamisel oksüdeerub gallium praktiliselt ainult GaO-ks. Seetõttu saadakse Ga2O3 tavaliselt Ga(OH)3 dehüdreerimisel. Indium moodustab õhus kuumutamisel In2O3 ja tallium moodustab T12O3 ja T120 segu, milles on kõrgem oksiidisisaldus, mida madalam on temperatuur. Tallium võib osooni toimel oksüdeerida kuni T1203-ni.
18. E2O3 oksiidide lahustuvus hapetes suureneb piki Ga - In - Tl seeriat. Samas seerias väheneb elemendi sideme tugevus hapnikuga: Ga2O3 sulab 1795°C juures lagunemata, 1n203 muutub 1n304-ks alles üle 850°C ja peeneks purustatud T1203 hakkab hapnikku eraldama juba umbes 90° juures. C. Kuid T1203 täielikuks muutmiseks T120-ks on vaja palju kõrgemaid temperatuure. Hapniku liigse rõhu all sulab 1p203 temperatuuril 1910 °C ja T1203 temperatuuril 716 °C.
19. Oksiidide hüdratatsioonisoojused vastavalt skeemile E203 + ZH20 = 2E(OH)3 on +22 kcal (Ga), +1 (In) ja -45 (T1). Selle kohaselt suureneb vee hüdroksiidide abil eemaldamise lihtsus Ga-lt T1-le: kui Ga(OH)3 dehüdreerub täielikult ainult kaltsineerimisel, muutub T1(OH)3 T1203-ks isegi siis, kui see seisab vedeliku all, millest see välja voolab. oli isoleeritud.
20. Galliumisoolade happeliste lahuste neutraliseerimisel sadestub selle hüdroksiid ligikaudu pH vahemikus = 3-4. Värskelt sadestunud Ga(OH)3 lahustub hästi tugevates ammoniaagilahustes, kuid vananedes lahustuvus väheneb üha enam. Selle isoelektriline punkt on pH = 6,8 ja PR = 2 10-37. 1n(OH)3 puhul leiti, et PR = 1 10-31 ja T1(OH)3 puhul - 1 10-45.
21. Ga(OH)3 teise ja kolmanda dissotsiatsioonikonstandi jaoks vastavalt happelistele ja aluselistele tüüpidele määrati järgmised väärtused:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. S-P / NW = 4-10 12
Seega esindab galliumhüdroksiid ideaalsele amfoteersusele väga lähedast elektrolüüdi juhtu.

1. Galliumhüdroksiidide ja selle analoogide happeliste omaduste erinevus ilmneb selgelt nende koostoimel tugevate leeliste lahustega (NaOH, KOH). Galliumhüdroksiid lahustub kergesti, moodustades M-tüüpi gallaate, mis on stabiilsed nii lahuses kui ka tahkes olekus. Kuumutamisel kaotavad nad kergesti vett (120 °C juures Na-sool, 137 °C juures K-sool) ja muunduvad vastavateks veevabadeks MGa02 tüüpi sooladeks. Lahustest saadud kahevalentsed metallgallaadid (Ca, Sr) iseloomustavad teist tüüpi - M3 ■ 2H20, mis on samuti peaaegu lahustumatud. Need hüdrolüüsitakse täielikult vee toimel.
   Talliumhüdroksiid peptiseeruvad kergesti tugevate leeliste poolt (negatiivse sooli moodustumisega), kuid on neis lahustumatu ega tekita tallate. Kuivmeetodil (oksiidide sulatamisel vastavate karbonaatidega) saadi ME02 tüüpi derivaadid galliumi alarühma kõigi kolme elemendi jaoks. Talliumi puhul osutusid need aga oksiidide segudeks.
   1. Ga3+, In3* ja T13* ioonide efektiivsed raadiused on vastavalt 0,62, 0,92 ja 1,05 A. Vesikeskkonnas on neid ilmselt ümbritsetud vahetult kuue veemolekuliga. Sellised hüdreeritud ioonid dissotsieeruvad mõnevõrra vastavalt skeemile E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H ja nende dissotsiatsioonikonstandid on hinnanguliselt 3 ■ 10-3° (Ga) ja 2 10-4 (In) .
   2. Halogeniidsoolad Ga3+, In3* ja T13*’ on üldiselt sarnased vastavate A13* sooladega. Lisaks fluoriididele on need suhteliselt sulavad ja hästi lahustuvad mitte ainult vees, vaid ka mitmetes orgaanilistes lahustites. Värvitud on ainult kollased Gal3.

   Galliumi ("eka-alumiinium") olemasolu ja selle põhiomadused ennustas 1870. aastal D. I. Mendelejev. Elemendi avastati spektraalanalüüsiga Pürenee tsingi segust ja eraldas 1875. aastal prantsuse keemik P. E. Lecoq de Boisbaudran; Prantsusmaa (lat. Gallia) järgi nime saanud. Galliumi omaduste täpne kokkulangevus ennustatutega oli perioodilisuse tabeli esimene triumf.

   Looduses viibimine, saades:

   Koosneb kahest stabiilsest isotoobist massinumbritega 69 (60,5%) ja 71 (39,5%). Keskmine galliumisisaldus maakoores on suhteliselt kõrge, 1,5·10 -3 massiprotsenti, mis võrdub plii ja molübdeeni sisaldusega. Gallium on tüüpiline mikroelement. Ainus galliummineraal galliit CuGaS 2 on väga haruldane. Galliumi geokeemia on tihedalt seotud alumiiniumi geokeemiaga, mis tuleneb nende füüsikalis-keemiliste omaduste sarnasusest. Suurem osa galliumi litosfääris sisaldub alumiiniumi mineraalides. Galliumi sisaldus boksiidis ja nefeliinis on vahemikus 0,002–0,01%. Galliumi kontsentratsiooni suurenemist täheldatakse ka sfaleriitides (0,01–0,02%), kivisöes (koos germaaniumiga), aga ka mõnes rauamaagis. Hiinal, USA-l, Venemaal, Ukrainal ja Kasahstanis on märkimisväärsed galliumivarud.
   Galliumi peamine allikas on alumiiniumi tootmine. Boksiidi töötlemisel kontsentreeritakse gallium emalahuses pärast Al(OH) 3 eraldamist. Gallium eraldatakse sellistest lahustest elektrolüüsi teel elavhõbekatoodil. Pärast amalgaami veega töötlemist saadud leeliselisest lahusest sadestub Ga(OH) 3, mis lahustatakse leelises ja gallium eraldatakse elektrolüüsi teel.
   Leeliselise lahuse elektrolüüsil saadud vedel gallium, pestud vee ja hapetega (HCl, HNO 3), sisaldab 99,9-99,95% Ga. Puhtam metall saadakse vaakumsulatamisel, tsoonisulatamisel või sulatisest monokristalli tõmbamisel.

   Füüsikalised omadused:

   Metall on hõbevalge, pehme, raske. Galliumi eripäraks on vedela oleku lai valik (sulamistemperatuur 29,8°C, keemistemperatuur 2230°C) ja madal aururõhk temperatuuridel kuni 1100-1200°C. Tahke metalli tihedus on 5,904 g/cm 3 (20°C), mis on madalam kui vedelal metallil, seega võib kristalliseeruv gallium, nagu jäägi, purustada klaasampulli. Tahke galliumi erisoojusmaht on 376,7 J/(kg K).

   Keemilised omadused:

   Tavatemperatuuril õhus on gallium stabiilne. Üle 260°C toimub kuivas hapnikus aeglane oksüdeerumine (oksiidkile kaitseb metalli). Kloor ja broom reageerivad galliumiga külmas, jood - kuumutamisel. Temperatuuril üle 300 °C sula gallium interakteerub kõigi struktuursete metallide ja sulamitega (välja arvatud W), moodustades metallidevahelisi ühendeid.
   Rõhu all kuumutamisel reageerib gallium veega: 2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2
   Ga reageerib aeglaselt mineraalhapetega, vabastades vesiniku: 2Ga + 6HCl = 2GaCl 3 + 3H 2
   Samal ajal lahustub gallium aeglaselt väävel- ja vesinikkloriidhappes, kiiresti vesinikfluoriidhappes ja gallium on stabiilne külmas lämmastikhappes.
   Gallium lahustub aeglaselt kuumades leeliste lahustes. 2Ga + 6H2O + 2NaOH = 2Na + 3H2

   Kõige olulisemad ühendused:

   Galliumoksiid, Ga 2 O 3 - valge või kollane pulber, sulamistemperatuur 1795°C. Seda saadakse galliummetalli kuumutamisel õhus temperatuuril 260 °C või hapnikuatmosfääris või galliumnitraadi või -sulfaadi kaltsineerimisel. Esineb kahe modifikatsiooni kujul. Reageerib aeglaselt lahuses olevate hapete ja leelistega, millel on amfoteersed omadused:
   Galliumhüdroksiid, Ga(OH) 3 - sadeneb želeetaolise sademena kolmevalentse galliumi soolade lahuste töötlemisel leelismetallide hüdroksiidide ja karbonaatidega (pH 9,7). Võib saada kolmevalentsete galliumisoolade hüdrolüüsil.
   Sellel on amfoteersed, valdavalt happelised omadused; leelises lahustatuna moodustub see gallates(nt Na). Lahustub kontsentreeritud ammoniaagi ja kontsentreeritud ammooniumkarbonaadi lahuses ning keetmisel sadestub. Kuumutamisel saab galliumhüdroksiidi muundada GaOOH-ks, seejärel Ga 2 O 3 *H 2 O-ks ja lõpuks Ga 2 O 3-ks.
   Galliumi soolad. GaCl 3 - värvitud hügroskoopsed kristallid. sulamistemperatuur 78 °C, keemistemperatuur 215 °C Ga 2 (SO 4) 3 *18H 2 O - värvitu aine, vees hästi lahustuv, moodustab topeltsoolasid nagu maarja. Ga(NO 3) 3 * 8H 2 O - vees ja etanoolis lahustuvad värvitud kristallid
   Galliumsulfiid, Ga 2 S 3 - kollased kristallid või valge amorfne pulber sulamistemperatuuriga 1250°C, laguneb veega.
   Galliumhüdriidid saadakse organogalliumühenditest. Sarnaselt boor- ja alumiiniumhüdriididele: Ga 2 H 6 - digalaan, lenduv vedelik, sulamistemperatuur - 21,4 °C, keemistemperatuur 139 °C. x - polügallaan, valge tahke aine. Hüdriidid on ebastabiilsed ja lagunevad koos vesiniku vabanemisega.
   Liitiumganaat, Li saadakse eeterlahuses reaktsioonil 4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl
   Värvusetud kristallid, ebastabiilsed, hüdrolüüsivad veega, vabastades vesiniku.

   Rakendus:

   Galliumi saab kasutada tugevalt peegeldavate optiliste peeglite valmistamiseks.
   Gallium on suurepärane määrdeaine. Peaaegu väga olulised metalliliimid on loodud galliumi ja nikli, galliumi ja skandiumi baasil.
   Pooljuhtide omadustega galliumarseniid GaAs, aga ka GaP, GaSb on pooljuhtelektroonika jaoks paljulubavad materjalid. Neid saab kasutada kõrgtemperatuurilistes alaldites ja transistorites, päikesepatareides ja infrapunakiirguse vastuvõtjates.
   Galliumoksiid on osa olulistest granaatide rühma lasermaterjalidest - GSGG, YAG, ISGG jne.
   Gallium on kallis, 2005. aastal maksis tonn galliumi maailmaturul 1,2 miljonit USA dollarit ning selle metalli kõrge hinna ja samas suure vajaduse tõttu on väga oluline rajada selle täielik kaevandamine aastal. alumiiniumi tootmine ja kivisöe töötlemine vedelkütuses.
   

   Ivanov Aleksei
   HF Tjumeni Riiklik Ülikool, rühm 561.

   Gallium on keemiline element aatomnumbriga 31. See kuulub kergmetallide rühma ja on tähistatud sümboliga “Ga”. Gallium ei esine looduses puhtal kujul, kuid selle ühendeid leidub ebaolulistes kogustes boksiidis ja tsingimaakides. Gallium on pehme, plastiline, hõbedase värvi metall. Madalatel temperatuuridel on see tahkes olekus, kuid sulab toatemperatuurist mitte palju kõrgemal temperatuuril (29,8 °C). Allolevast videost näed, kuidas galliumlusikas kuuma tee sees sulab.

   

   1. Alates elemendi avastamisest 1875. aastal kuni pooljuhtide ajastu tulekuni kasutati galliumi peamiselt madala sulamistemperatuuriga sulamite loomiseks.

   

   2. Praegu kasutatakse mikroelektroonikas kogu galliumi.

   

   3. Galliumarseniidi, peamist kasutatavat elementühendit, kasutatakse mikrolaineahelates ja infrapunarakendustes.

   

   4. Sinise ja ultraviolettkiirguse vahemikus pooljuhtlaserite ja LED-ide loomisel kasutatakse galliumnitriidi vähem.

   

   5. Galliumil ei ole teadusele teadaolevat bioloogilist rolli. Kuid kuna galliumiühendid ja rauasoolad käituvad bioloogilistes süsteemides sarnaselt, asendavad galliumioonid sageli rauaioone meditsiinilistes rakendustes.

   

   6. Praegu on välja töötatud galliumi sisaldavad farmaatsia- ja radiofarmatseutikumid.

   

   
   .