فلز گالیوم که در دست ها ذوب می شود.

فلز گالیوم

گالیم عنصری از زیر گروه اصلی گروه سوم دوره چهارم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف با عدد اتمی 31 است. با نماد Ga (lat. Gallium) مشخص شده است. متعلق به گروه فلزات سبک است. ماده ساده گالیوم (شماره CAS: 7440-55-3) یک فلز نرم نرم به رنگ سفید نقره ای (طبق منابع دیگر، خاکستری روشن) با رنگ مایل به آبی است.

فلز گالیوم

گالیم: نقطه ذوب 29.76 درجه سانتی گراد

سمیت کم، می توانید بردارید و ذوب کنید!

مواد برای الکترونیک نیمه هادی

گالیم آرسنید GaAs

یک ماده امیدوارکننده برای الکترونیک نیمه هادی.

نیترید گالیوم

در ایجاد لیزرهای نیمه هادی و LED در محدوده آبی و فرابنفش استفاده می شود. نیترید گالیم دارای خواص شیمیایی و مکانیکی عالی است که در تمام ترکیبات نیترید معمولی است.

ایزوتوپ گالیوم-71

مهمترین ماده برای تشخیص نوترینوها است و در ارتباط با این موضوع، فناوری با یک وظیفه بسیار ضروری جداسازی ایزوتوپ از مخلوط طبیعی به منظور افزایش حساسیت آشکارسازهای نوترینو مواجه است. از آنجایی که محتوای 71Ga در مخلوط طبیعی ایزوتوپ ها حدود 39.9 درصد است، جداسازی یک ایزوتوپ خالص و استفاده از آن به عنوان آشکارساز نوترینو می تواند حساسیت تشخیص را 2.5 برابر افزایش دهد.

خواص شیمیایی

گالیم گران است، در سال 2005 یک تن گالیوم در بازار جهانی 1.2 میلیون دلار آمریکا قیمت داشت و به دلیل قیمت بالا و در عین حال تقاضای زیاد برای این فلز، استقرار استخراج کامل آن در تولید آلومینیوم بسیار مهم است. و پردازش زغال سنگ در سوخت مایع.

گالیم دارای تعدادی آلیاژ است که در دمای اتاق مایع هستند و یکی از آلیاژهای آن دارای نقطه ذوب 3 درجه سانتیگراد (In-Ga-Sn یوتکتیک) است، اما از طرف دیگر، گالیم (آلیاژها به میزان کمتر) بسیار تهاجمی به اکثر مواد ساختاری (ترک خوردن و فرسایش آلیاژها در دمای بالا). به عنوان مثال، در رابطه با آلومینیوم و آلیاژهای آن، گالیم یک کاهش دهنده قدرت قوی است (به کاهش قدرت جذب، اثر Rehbinder مراجعه کنید). این ویژگی گالیوم به وضوح توسط P. A. Rebinder و E. D. Shchukin در طول تماس آلومینیوم با گالیم یا آلیاژهای یوتکتیک آن (تردی فلز مایع) به وضوح نشان داده و مورد مطالعه قرار گرفت. به عنوان یک خنک کننده، گالیم بی اثر است و اغلب به سادگی غیرقابل قبول است.

گالیوم یک روان کننده عالی است

بر پایه گالیم و نیکل، گالیم و اسکاندیم، چسب های فلزی ساخته شده است که از نظر عملی بسیار مهم هستند.

فلز گالیوم نیز برای اندازه گیری دماهای بالا در دماسنج های کوارتز (به جای جیوه) پر می شود. این به این دلیل است که گالیم نقطه جوش بسیار بالاتری نسبت به جیوه دارد.

اکسید گالیوم بخشی از تعدادی از مواد لیزری مهم استراتژیک گروه گارنت - GSHG، YAG، ISGG و غیره است.

شاید معروف ترین خاصیت گالیم نقطه ذوب آن باشد که 29.76 درجه سانتیگراد است. این فلز دومین فلز قابل ذوب در جدول تناوبی (پس از جیوه) است. ذوب پذیری و همچنین سمیت کم گالیم فلزی، امکان گرفتن این عکس را فراهم کرده است. به هر حال، گالیم یکی از معدود فلزاتی است که با جامد شدن مذاب منبسط می شود (سایر فلزات Bi، Ge).

گالودنتی، یوتکتیک گالیم با قلع
فلز گالیوم سمیت کمی دارد، در یک زمان حتی از آن برای پر کردن (به جای پر کردن آمالگام) استفاده می شد. این کاربرد بر این اساس است که وقتی پودر مس با گالیم مذاب مخلوط می‌شود، خمیری به دست می‌آید که پس از چند ساعت (به دلیل تشکیل یک ترکیب بین فلزی) سفت می‌شود و پس از آن می‌تواند حرارت را تا 600 درجه بدون ذوب شدن تحمل کند. گالیم بسیار شکننده است (می تواند مانند شیشه شکسته شود).

بلورهای بزرگ گالیم
یکی دیگر از ویژگی های جالب گالیم، توانایی مذاب آن در فوق سرد شدن است. گالیم مذاب را می توان حدود 10-30 درجه زیر نقطه ذوب خود خنک کرد و مایع باقی می ماند، اما اگر یک تکه گالیم جامد یا یخ خشک را در چنین مذابی بیندازید، بلورهای بزرگ فوراً از آن شروع به رشد می کنند. در عکس - شمش جامد کننده گالیم. عکس به وضوح نشان می دهد که تبلور از سه مکان شروع شد و در همان زمان سه تک بلور بزرگ شروع به رشد کردند که سپس به هم رسیدند و یک شمش تشکیل دادند (این اتفاق حدود دو ساعت پس از تیراندازی رخ داد).

قاشق گالیوم
قاشق گالیمی خانگی. ویدئوی ذوب شدن این قاشق:

دماسنج گالیمی با دمای بالا دماسنج گالیمی کوارتز دماسنج گالیمی گالیوم در دماسنج
و در اینجا استفاده دیگری از گالیوم است.
گالیم در یک حالت مایع در محدوده دمایی بسیار وسیع قرار دارد و از نظر تئوری، دماسنج‌های گالیومی می‌توانند تا 2000 درجه دما را اندازه‌گیری کنند. برای اولین بار، استفاده از گالیوم به عنوان مایع دماسنجی مدت ها پیش پیشنهاد شد. دماسنج های گالیومی در حال حاضر دما را تا 1200 درجه اندازه گیری می کنند، اما اغلب برای یک فرد عادی امکان دیدن این دماسنج ها به صورت زنده در آزمایشگاه وجود ندارد.
چنین دماسنج هایی به دلایل مختلف به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند. اول اینکه، در دماهای بالا، گالیوم یک ماده بسیار تهاجمی است. در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتی گراد، تقریباً تمام فلزات به جز تنگستن و همچنین بسیاری از مواد دیگر را خورده می کند. کوارتز تا دمای 1100 درجه سانتیگراد در برابر گالیم مذاب مقاوم است، اما ممکن است مشکلی ایجاد شود زیرا کوارتز (و همچنین بسیاری از شیشه های دیگر) به شدت توسط این فلز مرطوب می شود. یعنی گالیم به سادگی از داخل به دیواره های دماسنج می چسبد و تشخیص دما غیرممکن خواهد بود. زمانی که دماسنج زیر 28 درجه خنک شود، مشکل دیگری ممکن است ایجاد شود. هنگامی که گالیم جامد می شود، مانند آب رفتار می کند - منبسط می شود و به سادگی می تواند دماسنج را از داخل بشکند. خوب، آخرین دلیلی که چرا دماسنج گالیمی با دمای بالا اکنون بسیار نادر است، توسعه فناوری و الکترونیک است. بر کسی پوشیده نیست که استفاده از دماسنج دیجیتال بسیار راحت تر از یک دماسنج مایع است. کنترل‌کننده‌های دما مدرن، به‌عنوان مثال، با ترموکوپل‌های پلاتین-پلاتین-رودیوم، اندازه‌گیری دما را در بازه 200- تا 1600+ درجه سانتی‌گراد با دقتی غیرقابل دسترس برای دماسنج‌های مایع ممکن می‌سازند. علاوه بر این، ترموکوپل ممکن است در فاصله قابل توجهی از کنترل کننده قرار گیرد.

گالیم با بسیاری از فلزات آلیاژهای یوتکتیک کم ذوب را تشکیل می دهد و برخی از آنها حتی در دمای کمتر از دمای اتاق ذوب می شوند.
آلیاژی از گالیم و ایندیم در دمای 15.7 درجه سانتیگراد ذوب می شود ، یعنی در دمای اتاق مایع است. برای تهیه چنین آلیاژی، حتی لازم نیست میله فلزی را گرم کنید تا ذوب شود، فقط کافی است قطعات گالیوم و ایندیم را محکم فشار دهید. این ویدئو نشان می دهد که از نقطه تماس دو فلز (یک استوانه بزرگ گالیم است، یک استوانه کوچک ایندیم است)، آلیاژ یوتکتیک شروع به چکیدن می کند.

یک آزمایش جالب را می توان نه تنها با ذوب، بلکه با انجماد گالیم نیز انجام داد. اولاً، گالیم یکی از معدود موادی است که هنگام جامد شدن منبسط می شود (درست مانند آب) و ثانیاً رنگ فلز مذاب کاملاً با رنگ جامد متفاوت است.
مقدار کمی گالیم مایع در یک ویال شیشه ای ریخته می شود و قطعه کوچکی از گالیم جامد در بالای آن قرار می گیرد (دانه برای تبلور، زیرا گالیم قادر به خنک شدن فوق العاده است). این ویدئو به وضوح نشان می‌دهد که چگونه کریستال‌های فلزی شروع به رشد می‌کنند (آنها بر خلاف مذاب سفید نقره‌ای، رنگ مایل به آبی دارند). پس از مدتی گالیم در حال انبساط حباب را می ترکاند.
قسمت میانی ویدیو (رشد کریستال های گالیوم) ده برابر سرعت داده شده تا ویدیو خیلی طولانی نباشد.

درست مانند جیوه، گالیم مذاب را می توان برای ساختن «قلب تپنده» استفاده کرد، اما به دلیل این که گالیم فلزی الکترومثبت تر از آهن است، برعکس عمل می کند. هنگامی که نوک ناخن با قطره ای از گالیم مذاب برخورد می کند، به دلیل کاهش کشش سطحی، "گسترش" می یابد. و به محض شکستن تماس با ناخن، کشش سطحی افزایش می یابد و قطره دوباره جمع می شود، تا زمانی که ناخن را لمس کند.

علاقه مندان می توانند دانلود کنند

علم شیمی

گالیوم شماره 31

زیر گروه گالیوم محتوای هر یک از اعضای این زیر گروه در پوسته زمین در سری گالیوم (4-10~4%) - ایندیم (2-10~6) - تالیم (8-10-7) در حال کاهش است. هر سه عنصر بسیار پراکنده هستند و به شکل مواد معدنی خاص برای آنها معمول نیست. برعکس، ناخالصی های جزئی ترکیبات آنها حاوی سنگ معدن بسیاری از فلزات است. Ga، In و Ti از ضایعات در طول فرآوری به دست می آیند. چنین سنگ معدنی
در حالت آزاد، گالیم، ایندیم و تالیم فلزاتی به رنگ سفید نقره ای هستند. مهم ترین ثابت های آنها در زیر مقایسه شده است:
Ga InTl

خواص فیزیکی گالیوم

چگالی، g/cjH3 5.9 7.3 11.9
نقطه ذوب، °С. . . 30 157 304
نقطه جوش، °С... . 2200 2020 1475
هدایت الکتریکی (Hg = 1) . . 2 11 6

با سختی گالیومنزدیک به برتری، In و Ti - حتی نرمتر 6-13.
گالیم و ایندیم در هوای خشک تغییر نمی کنندو تالیم با یک لایه خاکستری از اکسید پوشیده شده است. وقتی گرم می شود، هر سه عنصر به شدت با اکسیژن و گوگرد ترکیب می شوند. آنها با کلر و برم از قبل در دمای معمولی، با ید تنها زمانی که گرم می شوند، تعامل دارند. Ga، In و Ti که در یک سری ولتاژ نزدیک آهن قرار دارند در اسیدها محلول هستند. 14 '15
ظرفیت معمول گالیوم و ایندیم سه است. تالیم مشتقاتی می دهد که در آنها سه و یک ظرفیتی است. 18
اکسیدهای گالیم و آنالوگهای آن - سفید Ga 2 O 3، زرد 1p203 و قهوه ای T1203 - نامحلول در آب هستند - هیدروکسیدهای مربوطه E (OH) 3 (که می توان از نمکها به دست آورد) رسوبات ژلاتینی هستند که عملاً در آب نامحلول هستند. اما در اسیدها محلول است. هیدروکسیدهای سفید Ga و In نیز در محلولهای قلیایی قوی با تشکیل گالاتها و اینداتهای مشابه آلومیناتها محلول هستند. بنابراین آنها ویژگی آمفوتریک دارند و خواص اسیدی در 1p(OH) 3 کمتر و در Ga(OH) 3 نسبت به Al(OH) 3 قوی تر است. بنابراین، علاوه بر قلیاهای قوی، Ga (OH) 3 در محلول های قوی NH 4 OH محلول است. برعکس، Ti(OH) 3 قرمز-قهوه ای در قلیاها حل نمی شود.
یون های Ga"" و In" بی رنگ هستند، یون Ti" رنگی مایل به زرد دارد. نمک های اکثر اسیدهای تولید شده از آنها بسیار محلول در آب هستند، اما به شدت هیدرولیز می شوند. از نمک های محلول اسیدهای ضعیف، بسیاری از آنها تحت هیدرولیز تقریبا کامل قرار می گیرند. در حالی که مشتقات ظرفیت‌های پایین‌تر Ga و In برای آنها معمولی نیست، برای تالیم مشخص‌ترین دقیقاً ترکیباتی هستند که در آنها تک ظرفیتی است. بنابراین، نمک های T13+ خواص اکسید کننده قابل توجهی دارند.

اکسید تالیم (T120) در نتیجه برهمکنش عناصر در دماهای بالا ایجاد می شود. این یک پودر هیگروسکوپی سیاه رنگ است. اکسید تالیوم با آب، اکسید نیتروژن زرد (T10H) را تشکیل می دهد که با گرم شدن، به راحتی آب را جدا می کند و به T120 باز می گردد.
هیدرات اکسید تالیم بسیار محلول در آب است و یک پایه قوی است. نمک هایی که تشکیل می دهد بیشتر بی رنگ و
بدون آب متبلور می شود. کلرید، برمید و یدید تقریبا نامحلول هستند، اما برخی از نمک های دیگر در آب محلول هستند. TiOH خودسرانه و اسیدهای ضعیف در اثر هیدرولیز یک واکنش قلیایی در محلول ایجاد می کنند. تحت تأثیر عوامل اکسید کننده قوی (مثلاً آب کلر)، تالیم تک ظرفیتی به سه ظرفیتی اکسید می شود.57-66
از نظر خواص شیمیایی عناصر و ترکیبات آنها، زیرگروه گالیوم از بسیاری جهات شبیه به زیرگروه ژرمانیوم است، بنابراین برای Ge و Ga هرچه ظرفیت بالاتر پایدارتر باشد، برای سرب و T1 کمتر، مقدار شیمیایی است. ماهیت هیدروکسیدهای سری Ge-Sn-Pb و Ga-In-Ti از یک نوع تغییر می کند. گاهی اوقات ویژگی های شباهت ظریف تر ظاهر می شود، به عنوان مثال، حلالیت کم نمک های هالید (Cl, Br, I) از هر دو Pbn و Ti. با همه اینها، تفاوت های قابل توجهی بین عناصر هر دو زیر گروه وجود دارد (تا حدی به دلیل ظرفیت متفاوت آنها): ماهیت اسیدی هیدروکسیدهای Ga و آنالوگ های آن بسیار کمتر از عناصر مربوطه است. از زیر گروه ژرمانیوم، بر خلاف PbF 2، فلوراید تالیوم بسیار محلول است و غیره.

مکمل گالیوم

1. هر سه عضو زیرگروه مورد بررسی با استفاده از یک طیف‌سنجی کشف شدند: 1 تالیوم - در سال 1861، ایندیم - در سال 1863 و گالیوم - در سال 1875. آخرین مورد از این عناصر توسط D.I. Mendeleev 4 سال قبل از کشف آن پیش‌بینی و توصیف شد. 1). گالیم طبیعی از ایزوتوپ هایی با اعداد جرمی 69 (60.2%) و 71 (39.8) تشکیل شده است. indium-113 (4.3) و 115 (95.7); تالیم - 203 (29.5) و 205 (70.5٪).
2. در حالت پایه، اتم‌های عناصر زیرگروه گالیوم دارای ساختار لایه‌های الکترونی بیرونی 4s2 34p (Ga)، 5s25p (In)، 6s26p (Tl) هستند و i) kcal/g-atom یک ظرفیتی هستند. انرژی های یونیزاسیون متوالی 6.00 است. 20.51; 30.70 برای Ga; 5.785; 18.86; 28.03 برای در: 6.106; 20.42; 29.8 eV برای T1. میل ترکیبی اتم تالیم برای الکترون 12 کیلو کالری بر گرم اتم تخمین زده می شود.
3. برای گالیوم، گالیت معدنی کمیاب (CuGaS 2) شناخته شده است. ردپای این عنصر به طور مداوم در سنگ معدن روی یافت می شود. مقادیر قابل توجهی از آن: E (تا 1.5٪) در خاکستر برخی از زغال سنگ یافت شد. با این حال، ماده خام اصلی برای تولید صنعتی گالیم بوکسیت است که معمولاً حاوی ناخالصی های جزئی (تا 0.1٪) است. این ماده با الکترولیز از مایعات قلیایی استخراج می شود که محصول واسطه ای از فرآوری بوکسیت طبیعی به آلومینا تجاری هستند. اندازه تولید سالانه جهانی گالیوم هنوز چند تن تخمین زده می شود، اما می توان آن را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
4. ایندیم عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی در فرآوری پیچیده سنگ معدن های گوگرد روی، سرب و مس به دست می آید. تولید جهانی سالانه آن چند ده تن است.
5. تالیم عمدتاً در پیریت (FeS2) متمرکز شده است. بنابراین لجن تولید اسید سولفوریک ماده اولیه مناسبی برای به دست آوردن این عنصر می باشد. تولید سالانه جهانی تالیم کمتر از تولید هند است، اما در عین حال به ده ها تن می رسد.
6. برای جداسازی Ga، In و T1 در حالت آزاد، یا از الکترولیز محلول‌های نمک‌های آنها یا رشته‌ای اکسیدها در جریان هیدروژن استفاده می‌شود. گرمای ذوب و تبخیر فلزات دارای مقادیر زیر است: 1.3 و 61 (Ga)، 0.8 و 54 (In)، 1.0 و 39 کیلو کالری در گرم اتم (T1). گرمای تصعید آنها (در دمای 25 درجه سانتیگراد) 65 (Ga)، 57 (اینچ) و 43 کیلو کالری بر گرم اتم (T1) است. هر سه عنصر به صورت جفت تقریباً منحصراً از مولکول های تک اتمی تشکیل شده اند.
7. شبکه کریستالی گالیم توسط اتم های منفرد (مثل معمول برای فلزات) نیست، بلکه توسط مولکول های دو اتمی (rf = 2.48A) تشکیل می شود. بنابراین این یک مورد جالب از همزیستی ساختارهای مولکولی و فلزی است (بند 8 III). مولکول‌های Ga2 در گالیم مایع نیز حفظ می‌شوند که چگالی آن (6.1 گرم در سانتی‌متر) بیشتر از یک فلز جامد است (مشابهی با آب و بیسموت). افزایش فشار با کاهش نقطه ذوب گالیم همراه است. در فشارهای بالا، علاوه بر اصلاح معمول (گال)، وجود دو شکل دیگر از آن ثابت شده است. نقاط سه گانه (با فاز مایع) برای گال - گال در 12 هزار اتمسفر و 3 درجه سانتیگراد و برای گال - گال - در 30 هزار اتمسفر و 45 درجه سانتیگراد قرار دارند.
8. گالیم بسیار مستعد هیپوترمی است و می‌توان آن را در حالت مایع تا ۴۰- درجه سانتی‌گراد نگه داشت. تکرار مکرر تبلور سریع یک مذاب فوق سرد می تواند به عنوان روشی برای خالص سازی گالیم عمل کند. در حالت بسیار خالص (99.999٪)، همچنین با پالایش الکترولیتی، و همچنین با احیای هیدروژن GaCl3 با دقت خالص شده به دست آمد. نقطه جوش بالا و انبساط نسبتاً یکنواخت در هنگام حرارت دادن، گالیوم را به ماده ای ارزشمند برای پر کردن دماسنج های با دمای بالا تبدیل می کند. علیرغم شباهت ظاهری آن به جیوه، حلالیت متقابل هر دو فلز نسبتاً کم است (در محدوده 10 تا 95 درجه سانتیگراد، از 2.4 تا 6.1 درصد اتمی برای Ga در جیوه و از 1.3 تا 3.8 درصد اتمی برای جیوه به Ga متغیر است. ). بر خلاف جیوه، گالیم مایع فلزات قلیایی را حل نمی کند و بسیاری از سطوح غیرفلزی را به خوبی خیس می کند. به طور خاص، این امر در مورد شیشه صدق می کند، با استفاده از گالیوم که می توان آینه هایی را به دست آورد که به شدت نور را منعکس می کنند (با این حال، نشانه ای وجود دارد که گالیم بسیار خالص، که ناخالصی های ایندیوم ندارد، شیشه را خیس نمی کند). رسوب گالیم بر روی یک پایه پلاستیکی گاهی اوقات برای به دست آوردن سریع مدارهای رادیویی استفاده می شود. آلیاژ 88% Ga و 12% Sn در دمای 15 درجه سانتیگراد ذوب می شود و برخی از آلیاژهای دیگر حاوی گالیم (به عنوان مثال 61.5% Bi، 37.2% Sn و 1.3% Ga) برای پر کردن دندان پیشنهاد شده است. آنها حجم خود را با دما تغییر نمی دهند و به خوبی نگه می دارند. گالیوم همچنین می تواند به عنوان آب بند دریچه در فناوری خلاء استفاده شود. با این حال، باید در نظر داشت که در دماهای بالا هم نسبت به شیشه و هم به بسیاری از فلزات تهاجمی است.
9. در ارتباط با امکان گسترش تولید گالیوم، مشکل جذب (یعنی تسلط بر تمرین) این عنصر و ترکیبات آن مطرح می شود که نیاز به تحقیق برای یافتن مناطقی برای استفاده منطقی از آنها دارد. یک مقاله مروری و تک نگاری در مورد گالیوم وجود دارد.
10. تراکم پذیری ایندیم کمی بالاتر از آلومینیوم است (در 10 هزار اتمسفر، حجم 0.84 از اصلی است). با افزایش فشار، مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد (تا 0.5 مقدار اولیه در 70000 اتمسفر) و نقطه ذوب افزایش می یابد (تا 400 درجه سانتیگراد در 65000 اتمسفر). میله‌های ایندیم فلزی هنگام خم شدن، مانند اسپند، ترد می‌کنند. روی کاغذ، یک خط تیره به جا می گذارد. استفاده مهم از ایندیوم با ساخت یکسو کننده های AC ژرمانیوم مرتبط است (X § 6 add. 15). به دلیل ذوب پذیری می تواند نقش روان کننده را در یاتاقان ها ایفا کند.
11. وارد کردن مقدار کمی ایندیم به آلیاژهای مس مقاومت آنها را در برابر آب دریا بسیار افزایش می‌دهد و افزودن ایندیم به نقره درخشندگی آن را افزایش می‌دهد و از کدر شدن در هوا جلوگیری می‌کند. افزودن ایندیم باعث افزایش استحکام آلیاژهای پرکننده دندان می شود. پوشش الکترولیتی ایندیوم سایر فلزات به خوبی از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. آلیاژی از ایندیم با قلع (1:1 با جرم) شیشه را به خوبی با شیشه یا فلز لحیم می کند و آلیاژی از 24% In و 76% Ga در دمای 16 درجه سانتی گراد ذوب می شود. یک آلیاژ ذوب شده در دمای 47 درجه سانتیگراد 18.1% در با 41.0 - Bi، 22.1 - Pb، 10.6 - Sn و 8.2 - Cd در شکستگی های پیچیده استخوان (به جای گچ) کاربرد پزشکی پیدا می کند. یک تک نگاری در مورد شیمی ایندیوم وجود دارد
12. تراکم پذیری تالیم تقریباً مشابه ایندیم است ، اما دو تغییر آلوتروپیک (شش ضلعی و مکعبی) برای آن شناخته شده است که نقطه گذار بین آنها در 235 درجه سانتیگراد قرار دارد. تحت فشار بالا، یکی دیگر بوجود می آید. نقطه سه گانه هر سه شکل در 37 هزار اتمسفر و 110 درجه سانتیگراد قرار دارد. این فشار مربوط به کاهش ناگهانی حدود 1.5 برابر در مقاومت الکتریکی فلز است (که در 70 هزار اتمسفر حدود 0.3 برابر معمول است). تحت فشار 90000 اتمسفر، شکل سوم تالیم در دمای 650 درجه سانتیگراد ذوب می شود.
13. تالیم عمدتاً برای ساخت آلیاژهایی با قلع و سرب استفاده می شود که مقاومت اسیدی بالایی دارند. به طور خاص، ترکیب آلیاژ 70٪ سرب، 20٪ Sn و 10٪ T1 به خوبی در مقابل عمل مخلوط اسیدهای سولفوریک، هیدروکلریک و نیتریک مقاومت می کند. یک تک نگاری در مورد تالیم وجود دارد.
14. از نظر آب، گالیم و ایندیم فشرده پایدار هستند، در حالی که تالیم در حضور هوا به آرامی توسط آن از سطح تخریب می شود. گالیم با اسید نیتریک به آرامی واکنش می دهد، در حالی که تالیم بسیار شدید واکنش می دهد. برعکس، اسید سولفوریک و به خصوص هیدروکلریک به راحتی Ga و In را حل می کند، در حالی که T1 با آنها بسیار کندتر تعامل می کند (به دلیل تشکیل یک لایه محافظ از نمک های کم محلول در سطح). محلول های قلیایی قوی به راحتی گالیوم را حل می کنند، روی ایندیم به آرامی عمل می کنند و با تالیم واکنش نمی دهند. گالیم همچنین به طور قابل توجهی در NH4OH حل می شود. ترکیبات فرار هر سه عنصر شعله بی رنگ را در رنگ های مشخص رنگ می کنند: Ga - در بنفش تیره (L. \u003d 4171 A)، تقریباً برای چشم نامحسوس، در - در آبی تیره (L، \u003d 4511 A)، T1 - به رنگ سبز زمردی (A, \u003d \u003d 5351 A).
15. به نظر نمی رسد گالیوم و ایندیم سمی باشند. برعکس، تالیم بسیار سمی است و از نظر ماهیت عملی شبیه سرب و آس است. بر سیستم عصبی، دستگاه گوارش و کلیه ها تأثیر می گذارد. علائم مسمومیت حاد بلافاصله ظاهر نمی شود، اما پس از 12-20 ساعت. با ایجاد مسمومیت مزمن آهسته (از جمله از طریق پوست)، تحریک و اختلال خواب در درجه اول مشاهده می شود. در پزشکی از فرآورده های تالیم برای از بین بردن موها (برای گلسنگ و غیره) استفاده می شود. نمک های تالیوم در ترکیبات نورانی به عنوان موادی که مدت درخشش را افزایش می دهند کاربرد پیدا کرده اند. آنها همچنین ثابت کردند که درمان خوبی برای موش ها و موش ها هستند.
16. در سری ولتاژ، گالیم بین روی و آهن قرار دارد، در حالی که ایندیم و تالیم بین Fe و Sn قرار دارند. انتقال‌های Ga و In طبق طرح E + 3 + Ze = E با پتانسیل‌های نرمال مطابقت دارد: -0.56 و -0.33 V (در محیط اسیدی) یا -1.2 و -1.0 V (در یک محیط قلیایی). تالیم توسط اسیدها به حالت تک ظرفیتی (پتانسیل طبیعی -0.34 V) تبدیل می شود. انتقال T1 + 3 + 2e \u003d T1 + با پتانسیل طبیعی + 1.28 ولت در یک محیط اسیدی یا + 0.02 ولت - در یک محیط قلیایی مشخص می شود.
17. گرمای تشکیل اکسیدهای E203 گالیم و آنالوگ های آن در امتداد سری های 260 (Ga)، 221 (In) و 93 کیلو کالری در مول (T1) کاهش می یابد. هنگامی که در هوا گرم می شود، گالیم عملا فقط به GaO اکسید می شود. بنابراین، Ga203 معمولاً با آبگیری Ga (OH) h بدست می آید. ایندیم وقتی در هوا گرم می شود In2O3 را تشکیل می دهد و تالیم مخلوطی از T12O3 و T120 را تشکیل می دهد که هر چه محتوای اکسید بالاتر باشد دما کمتر می شود. تا T1203، تالیم می تواند با عمل ازن اکسید شود.
18. حلالیت اکسیدهای E2O3 در اسیدها در طول سری Ga - In - Tl افزایش می یابد. در همان سری، استحکام پیوند بین عنصر و اکسیژن کاهش می‌یابد: Ga2O3 در دمای 1795 درجه سانتی‌گراد بدون تجزیه ذوب می‌شود، ln203 تنها در بالای 850 درجه سانتی‌گراد به ln304 تبدیل می‌شود و T1203 ریز تقسیم شده شروع به جدا کردن اکسیژن در حدود 90 درجه می‌کند. سی. با این حال، دمای بسیار بالاتری برای تبدیل کامل T1203 به T120 مورد نیاز است. تحت فشار اضافی اکسیژن، In203 در دمای 1910 درجه سانتیگراد ذوب می شود، در حالی که T1203 در دمای 716 درجه سانتیگراد ذوب می شود.
19. گرمای هیدراتاسیون اکسیدها طبق طرح E2O3 + ZH20 = 2E(OH)3 +22 کیلو کالری (Ga)، +1 (In) و -45 (T1) است. بر این اساس، سهولت جدا شدن آب توسط هیدروکسیدها از Ga به T1 افزایش می‌یابد: اگر Ga(OH)3 فقط پس از کلسینه شدن کاملاً کم آب شود، T1(OH)3 حتی زمانی که زیر مایعی که از آن می‌ایستد به T1203 می‌رود. منزوی شد.
20. هنگامی که محلول های اسیدی نمک های گالیوم خنثی می شوند، هیدروکسید آن تقریباً در محدوده pH = 3-4 رسوب می کند. Ga(OH)3 تازه رسوب‌شده در محلول‌های آمونیاک قوی بسیار محلول است، اما با افزایش سن، حلالیت آن بیشتر و بیشتر کاهش می‌یابد. نقطه ایزوالکتریک آن در pH = 6.8 و PR = 2 10~37 قرار دارد. برای lp(OH)3، PR = 1 10-31، و برای T1(OH)3 - 110~45 پیدا شد.
21. مقادیر زیر برای ثابت تفکیک دوم و سوم Ga(OH)3 با توجه به انواع اسیدی و بازی تعیین شد:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2"2. Yu-P / Nz \u003d 4 -10 12
بنابراین، هیدروکسید گالیم موردی از الکترولیت است که بسیار نزدیک به آمفوتریسیته ایده آل است.

1. تفاوت در خواص اسیدی هیدروکسیدهای گالیوم و آنالوگ های آن به وضوح در هنگام تعامل با محلول های قلیایی قوی (NaOH، KOH) آشکار می شود. هیدروکسید گالیوم به آسانی حل می شود و گالات های نوع M را تشکیل می دهد که هم در محلول و هم در حالت جامد پایدار هستند. هنگام گرم شدن، آنها به راحتی آب را از دست می دهند (نمک Na - در 120، نمک K - در 137 درجه سانتیگراد) و به نمکهای بی آب مربوطه از نوع MGa02 منتقل می شوند. فلزات دو ظرفیتی (Ca, Sr) به دست آمده از محلول های گالات ها با نوع دیگری مشخص می شوند - M3 ■ 2H20 که تقریباً نامحلول هستند. آنها به طور کامل توسط آب هیدرولیز می شوند.
   هیدروکسید تالیم به راحتی توسط قلیاهای قوی (با تشکیل سل منفی) پپت می شود، اما در آنها نامحلول است و تالات نمی دهد. روش خشک (با همجوشی اکسیدها با کربناتهای مربوطه) مشتقات نوع ME02 برای هر سه عنصر زیرگروه گالیوم به دست آمد. با این حال، در مورد تالیم، آنها مخلوطی از اکسیدها بودند.
   1. شعاع موثر یون‌های Ga3+، In3* و T13* به ترتیب 0.62، 0.92 و 1.05 A است و در محیط آبی ظاهراً مستقیماً توسط شش مولکول آب احاطه شده‌اند. چنین یون های هیدراته تا حدودی بر اساس طرح E(OH2)a T * E (OH2)5 OH + H تفکیک می شوند و ثابت تفکیک آنها 3 ■ 10-3°(Ga) و 2 10-4 (In) تخمین زده می شود. .
   2. نمک های هالید Ga3+، In3* و T13*' به طور کلی شبیه نمک های مربوط به A13* هستند. علاوه بر فلورایدها، نه تنها در آب، بلکه در تعدادی از حلال های آلی نیز نسبتاً ذوب شده و به راحتی قابل حل هستند. از این میان فقط Gal3 زرد رنگ شده است

   وجود گالیم ("اکالومینیم") و خواص اصلی آن در سال 1870 توسط D.I. Mendeleev پیش بینی شد. این عنصر با تجزیه و تحلیل طیفی در ترکیب روی پیرنه کشف شد و در سال 1875 توسط شیمیدان فرانسوی P. E. Lecoq de Boisbaudran جدا شد. به نام فرانسه (lat. Gallia). همزمانی دقیق خواص گالیم با موارد پیش بینی شده، اولین پیروزی سیستم تناوبی بود.

   در طبیعت بودن، بدست آوردن:

   از دو ایزوتوپ پایدار با اعداد جرمی 69 (60.5%) و 71 (39.5%) تشکیل شده است. میانگین محتوای گالیوم در پوسته زمین نسبتاً زیاد است، 1.5·10-3 درصد وزنی، که برابر با محتوای سرب و مولیبدن است. گالیوم یک عنصر کمیاب معمولی است. تنها کانی گالیوم، گالیت CuGaS 2، بسیار نادر است. ژئوشیمی گالیم ارتباط نزدیکی با ژئوشیمی آلومینیوم دارد که به دلیل شباهت خواص فیزیکوشیمیایی آنهاست. بخش اصلی گالیوم در لیتوسفر در مواد معدنی آلومینیوم محصور شده است. محتوای گالیوم در بوکسیت و نفلین از 0.002 تا 0.01 درصد متغیر است. افزایش غلظت گالیم در اسفالریت ها (0.01-0.02٪)، در زغال سنگ سخت (همراه با ژرمانیوم) و همچنین در برخی از سنگ های آهن مشاهده می شود. چین، ایالات متحده آمریکا، روسیه، اوکراین و قزاقستان دارای ذخایر قابل توجهی از گالیوم هستند.
   منبع اصلی تولید گالیوم تولید آلومینیوم است. در طی فرآوری بوکسیت ها، گالیم پس از جداسازی Al(OH) 3 در مایعات مادر متمرکز می شود. گالیم با الکترولیز روی کاتد جیوه از چنین محلول هایی جدا می شود. از محلول قلیایی به دست آمده پس از تصفیه آمالگام با آب، Ga(OH) 3 رسوب می کند که در قلیایی حل می شود و گالیم با الکترولیز جدا می شود.
   گالیم مایع حاصل از الکترولیز یک محلول قلیایی، شسته شده با آب و اسیدها (Hcl, HNO 3)، حاوی 99.9-99.95٪ Ga است. فلز خالص تر از ذوب خلاء، ذوب منطقه ای یا با کشیدن یک بلور از مذاب به دست می آید.

   مشخصات فیزیکی:

   فلز نقره ای سفید، نرم، سنگین. ویژگی متمایز گالیوم فاصله زیاد حالت مایع (ذوب 29.8 درجه سانتیگراد، قاشق غذاخوری 2230 درجه سانتیگراد) و فشار بخار کم در دماهای 1100-1200 درجه سانتیگراد است. چگالی یک فلز جامد 5.904 گرم بر سانتی‌متر مکعب (20 درجه سانتی‌گراد) است که کمتر از چگالی فلز مایع است، بنابراین متبلور شدن گالیم، مانند یخ، می‌تواند یک آمپول شیشه‌ای را بشکند. ظرفیت گرمایی ویژه گالیم جامد 376.7 J/(kg K) است.

   خواص شیمیایی:

   گالیم در هوا در دمای معمولی پایدار است. بالاتر از 260 درجه سانتیگراد در اکسیژن خشک، اکسیداسیون آهسته مشاهده می شود (فیلم اکسید از فلز محافظت می کند). کلر و برم با گالیوم در سرما واکنش می دهند، ید - وقتی گرم می شود. گالیم مذاب در دمای بالای 300 درجه سانتیگراد با تمام فلزات و آلیاژهای ساختاری (به جز W) برهمکنش می‌کند و ترکیبات بین فلزی را تشکیل می‌دهد.
   وقتی که تحت فشار گرم می شود، گالیم با آب واکنش می دهد: 2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2
   Ga به آرامی با اسیدهای معدنی واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند: 2Ga + 6HCl = 2GaCl 3 + 3H 2
   در عین حال، گالیم به آرامی در اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک، به سرعت در اسید هیدروفلوئوریک حل می شود و گالیم در اسید نیتریک در سرما پایدار است.
   گالیم به آرامی در محلول های قلیایی داغ حل می شود. 2Ga + 6H 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

   مهمترین ارتباطات:

   اکسید گالیوم, Ga 2 O 3 - پودر سفید یا زرد، mp 1795 درجه سانتیگراد. با گرم کردن گالیم فلزی در هوا در دمای 260 درجه سانتیگراد یا در اتمسفر اکسیژن یا با کلسینه کردن نیترات یا سولفات گالیم به دست می آید. در قالب دو اصلاح وجود دارد. به آرامی با اسیدها و قلیاهای موجود در محلول واکنش می دهد و خواص آمفوتریک از خود نشان می دهد:
   هیدروکسید گالیوم, Ga (OH) 3 - هنگام تصفیه محلول های نمک های گالیم سه ظرفیتی با هیدروکسیدها و کربنات های فلزات قلیایی (pH 9.7) به شکل یک رسوب ژله مانند رسوب می کند. می توان با هیدرولیز نمک های گالیم سه ظرفیتی به دست آورد.
   هنگامی که در اشکال قلیایی حل می شود، آمفوتریک، با غلبه خاصی از خواص اسیدی را نشان می دهد. گالات ها(مثلا Na). در آمونیاک غلیظ و محلول کربنات آمونیوم غلیظ حل می شود و هنگام جوشاندن رسوب می کند. با حرارت دادن، هیدروکسید گالیوم را می توان به GaOOH، سپس به Ga 2 O 3 * H 2 O و در نهایت به Ga 2 O 3 تبدیل کرد.
   نمک های گالیوم. GaCl 3 - کریستال های رطوبت سنجی بی رنگ. mp 78 درجه سانتی گراد، قاشق غذاخوری 215 درجه سانتی گراد Ga 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O یک ماده بی رنگ و محلول در آب است که نمک های مضاعف از نوع آلوم را تشکیل می دهد. Ga(NO 3) 3 * 8H 2 O - کریستال های بی رنگ محلول در آب و اتانول
   سولفید گالیوم, Ga 2 S 3 - کریستالهای زرد یا پودر آمورف سفید با mp 1250 درجه سانتیگراد که توسط آب تجزیه می شود.
   هیدریدهای گالیوماز ترکیبات آلی گالیوم به دست می آید. مشابه هیدریدهای بور و آلومینیوم: Ga 2 H 6 - دیگالان، مایع فرار، ذوب - 21.4 درجه سانتیگراد، قاشق غذاخوری 139 درجه سانتیگراد. x - پلی گالان، جامد سفید. هیدریدها ناپایدار هستند، با آزاد شدن هیدروژن تجزیه می شوند.
   لیتیوم گالاناتلی در محلول اتر با واکنش 4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl به دست می آید.
   کریستال های بی رنگ، ناپایدار، با آب هیدرولیز می شود تا هیدروژن آزاد شود.

   کاربرد:

   از گالیوم می توان برای ساخت آینه های نوری استفاده کرد که بازتابش بالایی دارند.
   گالیوم یک روان کننده عالی است. بر اساس گالیم و نیکل، گالیم و اسکاندیم، عملاً چسب های فلزی بسیار مهمی ایجاد شده است.
   GaAs آرسنید گالیم، و همچنین GaP، GaSb، که دارای خواص نیمه هادی هستند، مواد امیدوار کننده ای برای الکترونیک نیمه هادی هستند. آنها را می توان در یکسو کننده ها و ترانزیستورهای با دمای بالا، پنل های خورشیدی و گیرنده های مادون قرمز استفاده کرد.
   اکسید گالیوم جزء مواد مهم لیزری گروه گارنت - GSHG، YAG، ISGG و غیره است.
   گالیم گران است، در سال 2005 یک تن گالیوم در بازار جهانی 1.2 میلیون دلار آمریکا قیمت داشت و به دلیل قیمت بالا و در عین حال تقاضای زیاد برای این فلز، استقرار استخراج کامل آن در تولید آلومینیوم بسیار مهم است. و پردازش زغال سنگ در سوخت مایع.
   

   ایوانف الکسی
   دانشگاه دولتی KhF تیومن، 561 گروه.

   گالیومیک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 31 است. این عنصر از گروه فلزات سبک است و با علامت "Ga" نشان داده می شود. گالیوم به صورت خالص در طبیعت یافت نمی شود، اما ترکیبات آن به مقدار ناچیزی در سنگ معدن بوکسیت و روی یافت می شود. گالیم فلزی نرم، انعطاف پذیر و نقره ای است. در دماهای پایین، در حالت جامد است، اما در حال حاضر در دمایی نه چندان بالاتر از دمای اتاق (29.8 درجه سانتیگراد) ذوب می شود. در ویدئوی زیر نحوه ذوب شدن یک قاشق گالیوم در یک فنجان چای داغ را مشاهده می کنید.

   

   1. از زمان کشف عنصر در سال 1875 تا ظهور عصر نیمه هادی ها، گالیوم عمدتاً برای ایجاد آلیاژهای کم ذوب استفاده می شد.

   

   2. در حال حاضر، تمام گالیوم در میکروالکترونیک استفاده می شود.

   

   3. آرسنید گالیم، ترکیب اصلی عنصر مورد استفاده، در مدارهای مایکروویو و کاربردهای مادون قرمز استفاده می شود.

   

   4. نیترید گالیوم کمتر در ایجاد لیزرهای نیمه هادی و ال ای دی در محدوده آبی و فرابنفش استفاده می شود.

   

   5. گالیم هیچ نقش بیولوژیکی شناخته شده ای برای علم ندارد. اما، از آنجایی که ترکیبات گالیوم و نمک‌های آهن در سیستم‌های بیولوژیکی مشابه رفتار می‌کنند، یون‌های گالیوم اغلب جایگزین یون‌های آهن در کاربردهای پزشکی می‌شوند.

   

   6. داروها و رادیوداروهای حاوی گالیوم در حال حاضر توسعه یافته اند.

   

   
   .