GAL to metal, który topi się w dłoniach.

Metal GAL

Gal jest pierwiastkiem głównej podgrupy trzeciej grupy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 31. Jest oznaczony symbolem Ga (łac. Gal). Należy do grupy metali lekkich. Prosta substancja gal (numer CAS: 7440-55-3) jest miękkim, ciągliwym metalem o srebrnobiałym (według innych źródeł jasnoszarym) kolorze z niebieskawym odcieniem.

Metal GAL

Gal: Temperatura topnienia 29,76 °C

Niska toksyczność, możesz go podnieść i stopić!

Materiał na elektronikę półprzewodnikową

Arsenek galu GaAs

Obiecujący materiał dla elektroniki półprzewodnikowej.

azotek galu

wykorzystywane do tworzenia laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym. Azotek galu ma doskonałe właściwości chemiczne i mechaniczne, typowe dla wszystkich związków azotkowych.

Izotop galu-71

jest najważniejszym materiałem do wykrywania neutrin i w związku z tym technologia stoi przed bardzo pilnym zadaniem wyizolowania tego izotopu z naturalnej mieszaniny w celu zwiększenia czułości detektorów neutrin. Ponieważ zawartość 71Ga w naturalnej mieszaninie izotopów wynosi około 39,9%, wyizolowanie czystego izotopu i zastosowanie go jako detektora neutrin może zwiększyć czułość detekcji 2,5-krotnie.

Właściwości chemiczne

Gal jest drogi, w 2005 roku na rynku światowym tona galu kosztowała 1,2 mln dolarów, a ze względu na wysoką cenę i jednocześnie duże zapotrzebowanie na ten metal bardzo ważne jest ustalenie jego całkowitego wydobycia w produkcja aluminium i przetwarzanie węgla na paliwo ciekłe.

Gal ma wiele stopów, które w temperaturze pokojowej są ciekłe, a jeden z jego stopów ma temperaturę topnienia 3 °C (eutektyka In-Ga-Sn), ale z drugiej strony gal (w mniejszym stopniu stopy) jest bardzo agresywny dla większości materiałów konstrukcyjnych (pękanie i erozja stopów w wysokich temperaturach). Na przykład w odniesieniu do aluminium i jego stopów gal jest silnym reduktorem wytrzymałości (patrz spadek wytrzymałości poprzez adsorpcję, efekt Rehbindera). Tę właściwość galu najwyraźniej wykazali i szczegółowo zbadali P. A. Rebinder i E. D. Shchukin podczas kontaktu aluminium z galem lub jego stopami eutektycznymi (kruchość ciekłego metalu). Jako chłodziwo gal jest nieskuteczny i często po prostu nie do przyjęcia.

Gal jest doskonałym środkiem smarnym

Bardzo ważne z praktycznego punktu widzenia kleje do metali stworzono na bazie galu i niklu, galu i skandu.

Galu metalicznego używa się również do wypełniania termometrów kwarcowych (zamiast rtęci) do pomiaru wysokich temperatur. Wynika to z faktu, że gal ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu do rtęci.

Tlenek galu wchodzi w skład szeregu strategicznie ważnych materiałów laserowych z grupy granatów - GSGG, YAG, ISGG itp.

Być może najbardziej znaną właściwością galu jest jego temperatura topnienia, która wynosi 29,76 °C. Jest to drugi najbardziej topliwy metal w układzie okresowym (po rtęci). Topliwość i niska toksyczność metalicznego galu umożliwiły wykonanie tego zdjęcia. Nawiasem mówiąc, gal jest jednym z niewielu metali, które rozszerzają się po zestaleniu stopu (pozostałe to Bi, Ge).

Gallodent, eutektyka galowo-cynowa
Gal metaliczny jest mało toksyczny, kiedyś używano go nawet do wykonywania wypełnień (zamiast amalgamatu). Zastosowanie to polega na tym, że po zmieszaniu proszku miedzi ze stopionym galem otrzymuje się pastę, która po kilku godzinach twardnieje (w wyniku tworzenia się związku międzymetalicznego) i może następnie wytrzymać ogrzewanie do 600 stopni bez topienia. Gal jest bardzo delikatny (można go rozbić jak szkło).

Duże kryształy galu
Inną interesującą cechą galu jest zdolność jego stopu do przechłodzenia. Stopiony gal można schłodzić do około 10-30 stopni poniżej jego temperatury topnienia i pozostanie on płynny, ale jeśli wrzucisz do takiego stopionego kawałka stałego galu lub suchego lodu, natychmiast zaczną z niego wyrastać duże kryształy. Zdjęcie przedstawia krzepnący wlewek galu. Na zdjęciu wyraźnie widać, że w trzech miejscach rozpoczęła się krystalizacja i jednocześnie zaczęły rosnąć trzy duże monokryształy, które następnie spotkały się i utworzyły wlewek (stało się to około dwie godziny po strzale).

Łyżka galowa
Domowa łyżka galu. Film przedstawiający topienie łyżki:

Wysokotemperaturowy termometr galowy Termometr kwarcowy galowy Gal w termometrze
Oto inne zastosowanie galu.
Gal występuje w stanie ciekłym w bardzo szerokim zakresie temperatur i teoretycznie termometry galowe mogą mierzyć temperatury do 2000 stopni. Zastosowanie galu jako cieczy termometrycznej po raz pierwszy zaproponowano dość dawno temu. Termometry galowe mierzą już temperatury do 1200 stopni, ale przeciętny człowiek nie często ma możliwość zobaczenia tych termometrów osobiście w laboratorium.
Takie termometry nie są powszechnie stosowane z kilku powodów. Po pierwsze, w wysokich temperaturach gal jest substancją bardzo agresywną. W temperaturach powyżej 500°C powoduje korozję prawie wszystkich metali z wyjątkiem wolframu, a także wielu innych materiałów. Kwarc jest odporny na działanie stopionego galu do temperatury 1100 ° C, ale może pojawić się problem, ponieważ kwarc (i większość innych szkieł) jest silnie zwilżany przez ten metal. Oznacza to, że gal po prostu przyklei się do ścianek termometru od wewnątrz i niemożliwe będzie określenie temperatury. Kolejny problem może pojawić się, gdy termometr ostygnie poniżej 28 stopni. Gal krzepnąc zachowuje się jak woda – rozszerza się i może po prostu rozerwać termometr od środka. Cóż, ostatnim powodem, dla którego wysokotemperaturowy termometr galowy można obecnie spotkać bardzo rzadko, jest rozwój technologii i elektroniki. Nie jest tajemnicą, że termometr cyfrowy jest znacznie wygodniejszy w użyciu niż termometr cieczowy. Nowoczesne regulatory temperatury, wyposażone m.in. w termopary platynowo-platynowo-rodowe, pozwalają mierzyć temperatury w zakresie od -200 do +1600°C z dokładnością nieosiągalną dla termometrów cieczowych. Dodatkowo termopara może być umieszczona w znacznej odległości od sterownika.

Gal tworzy niskotopliwe stopy eutektyczne z wieloma metalami, z których część topi się w temperaturach poniżej temperatury pokojowej.
Stop galu-indu topi się w temperaturze 15,7°C, czyli w temperaturze pokojowej jest cieczą. Aby przygotować taki stop, nie trzeba nawet podgrzewać mieszaniny metali aż do stopienia, wystarczy ciasno sprasować kawałki galu i indu. Film pokazuje, że z miejsca styku dwóch metali (duży cylinder to gal, mały to ind) zaczyna kapać stop eutektyczny.

Ciekawy eksperyment można przeprowadzić nie tylko przy topieniu, ale także zestalaniu galu. Po pierwsze, gal jest jedną z niewielu substancji, które po zestaleniu rozszerzają się (podobnie jak woda), a po drugie, kolor stopionego metalu znacznie różni się od koloru ciała stałego.
Wlej niewielką ilość ciekłego galu do szklanej fiolki i umieść na wierzchu mały kawałek stałego galu (zarodek krystalizacji, ponieważ gal może się przechłodzić). Film wyraźnie pokazuje, jak zaczynają rosnąć kryształy metalu (mają niebieskawy odcień, w przeciwieństwie do srebrzystobiałego stopu). Po pewnym czasie rozszerzający się gal pęka bańkę.
Środkowa część filmu (wzrost kryształów galu) została przyspieszona dziesięciokrotnie, dzięki czemu film nie był zbyt długi.

Podobnie jak rtęć, „bijące serce” można wykonać ze stopionego galu, chociaż gal jest metalem bardziej elektrododatnim niż żelazo, co powoduje jego działanie w odwrotny sposób. Kiedy czubek paznokcia dotyka kropli stopionego galu, „rozprzestrzenia się” w wyniku spadku napięcia powierzchniowego. Gdy tylko kontakt z paznokciem zostanie przerwany, napięcie powierzchniowe wzrasta, a kropla zbiera się ponownie, aż dotknie paznokcia.

Zainteresowani mogą pobrać

Chemia

Gal nr 31

Podgrupa galu. Zawartość każdego członka tej podgrupy w skorupie ziemskiej w szeregu gal (4-10~4%) - ind (2-10~6) - tal (8-10-7) maleje. Wszystkie trzy pierwiastki są niezwykle rozproszone i nie jest typowe dla nich występowanie w postaci niektórych minerałów. Wręcz przeciwnie, drobne zanieczyszczenia ich związków zawierają rudy wielu metali. Ga, In i Ti otrzymuje się z odpadów podczas przetwarzania takich rud.
W stanie wolnym gal, ind i tal są metalami srebrzystobiałymi. Poniżej porównano ich najważniejsze stałe:
Ga In Tl

Właściwości fizyczne galu

Gęstość, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Temperatura topnienia, °C. . . 30 157 304
Temperatura wrzenia, °C.... . 2200 2020 1475
Przewodność elektryczna (Hg = 1). . 2 11 6

Według twardości gal blisko ołowiu, In i Ti - jeszcze bardziej miękkie 6-13.
W suchym powietrzu gal i ind nie ulegają zmianie, a tal pokryty jest szarą warstwą tlenku. Po podgrzaniu wszystkie trzy pierwiastki energetycznie łączą się z tlenem i siarką. Oddziałują z chlorem i bromem w zwykłych temperaturach, ale z jodem dopiero po podgrzaniu. Znajdujące się w szeregu napięć wokół żelaza Ga, In i Ti są rozpuszczalne w kwasach.14’ 15
Zwykła wartościowość galu i indu wynosi trzy. Tal daje pochodne, w których jest trój- i jednowartościowy. 18
Tlenki galu i jego analogi - biały Ga 2 O 3, żółty In203 i brązowy T1203 - są nierozpuszczalne w wodzie - odpowiednie wodorotlenki E (OH) 3 (które można otrzymać z soli) to galaretowate osady, praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalny w kwasach. Białe wodorotlenki Ga i In są również rozpuszczalne w roztworach mocnych zasad, tworząc galusany i indakty podobne do glinianów. Mają zatem charakter amfoteryczny, a właściwości kwasowe są mniej wyraźne w 1n(OH) 3 i bardziej wyraźne w Ga(OH) 3 niż w Al(OH) 3. Zatem oprócz mocnych zasad Ga(OH) 3 jest rozpuszczalny w mocnych roztworach NH 4OH. Przeciwnie, czerwonobrązowy Ti(OH) 3 nie rozpuszcza się w alkaliach.
Jony Ga” i In” są bezbarwne, jon Ti” ma żółtawy kolor. Sole większości wytwarzanych z nich kwasów są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale ulegają silnej hydrolizie; Spośród rozpuszczalnych soli słabych kwasów wiele ulega prawie całkowitej hydrolizie. O ile pochodne o niższych wartościowościach Ga i In nie są dla nich typowe, o tyle dla talu najbardziej charakterystyczne są te związki, w których jest on jednowartościowy. Dlatego sole T13+ mają zauważalnie wyraźne właściwości utleniające.

Tlenek talu (T120) powstaje w wyniku oddziaływania pierwiastków w wysokich temperaturach. Jest to czarny, higroskopijny proszek. Z wodą tlenek talu tworzy żółty hydrat azotawy (T10H), który po podgrzaniu łatwo oddziela wodę i wraca do T120.
Hydrat tlenku talu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i jest mocną zasadą. Tworzące się sole są w większości bezbarwne i
krystalizować bez wody. Chlorki, bromki i jodki są prawie nierozpuszczalne, ale niektóre inne sole są rozpuszczalne w wodzie. Dowolny TiOH i słabe kwasy w wyniku hydrolizy dają w roztworze reakcję alkaliczną. Pod wpływem silnych utleniaczy (np. chlorowanej wody) tal jednowartościowy utlenia się do talu trójwartościowego.57-66
Podgrupa galu pod względem właściwości chemicznych pierwiastków i ich związków jest pod wieloma względami podobna do podgrupy germanu, zatem dla Ge i Ga wyższa wartościowość jest bardziej stabilna, dla Pb i T1 niższy charakter chemiczny wodorotlenków jest w szeregu Ge-Sn-Pb i Ga-In-Ti zmienia się w ten sam sposób.Czasami pojawiają się bardziej subtelne podobieństwa, na przykład niska rozpuszczalność soli halogenkowych (Cl, Br, I) zarówno Pb, jak i Ti. Istnieją jednak również istotne różnice pomiędzy pierwiastkami obu podgrup (częściowo ze względu na różną wartościowość): kwasowy charakter wodorotlenków Ga i jego analogów jest znacznie mniej wyraźny niż odpowiednich pierwiastków podgrupy germanu; w przeciwieństwie do PbF 2, fluorek talu jest dobrze rozpuszczalny itp.

Suplementy galu

1. Za pomocą spektroskopu odkryto wszystkich trzech członków rozpatrywanej podgrupy: 1 tal – w 1861 r., ind – w 1863 r. i gal – w 1875 r. Ostatni z tych pierwiastków przewidział i opisał D. I. Mendelejew na 4 lata przed jego odkryciem (VI § 1). Naturalny gal składa się z izotopów o liczbach masowych 69 (60,2%) i 71 (39,8); ind-113 (4,3) i 115 (95,7); tal - 203 (29,5) i 205 (70,5%).
2. W stanie podstawowym atomy pierwiastków podgrupy galu mają budowę zewnętrznych powłok elektronowych 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) i są jednowartościowe, tj. Wzbudzenie stanów trójwartościowych wymaga kosztów 108 (Ga) , 100 (In) lub 129, (Ti) kcal/g-atom. Kolejne energie jonizacji wynoszą 6,00; 20,51; 30,70 dla Ga; 5,785; 18,86; 28,03 dla In: 6,106; 20,42; 29,8 eV dla T1. Powinowactwo elektronowe atomu talu szacuje się na 12 kcal/g-atom.
3. Rzadki minerał galit (CuGaS 2) jest znany z galu. Ślady tego pierwiastka stale występują w rudach cynku. Wyraźnie duże jego ilości: E (do 1,5%) stwierdzono w popiele niektórych węgli. Jednak głównym surowcem do przemysłowej produkcji galu jest boksyt, który zwykle zawiera drobne zanieczyszczenia (do 0,1%). Pozyskiwany jest metodą elektrolizy z cieczy alkalicznych, które są produktem pośrednim przetwarzania naturalnego boksytu na tlenek glinu technicznego. Roczna światowa produkcja galu wynosi obecnie zaledwie kilka ton, ale można ją znacznie zwiększyć.
4. Ind otrzymywany jest głównie jako produkt uboczny podczas złożonej przeróbki rud siarki Zn, Pb i Cu. Jego roczna światowa produkcja wynosi kilkadziesiąt ton.
5. Tal koncentruje się głównie w pirycie (FeS2). Dlatego też osady poprodukcyjne kwasu siarkowego są dobrym surowcem do otrzymywania tego pierwiastka. Roczna światowa produkcja talu jest mniejsza niż indu, ale również sięga kilkudziesięciu ton.
6. Aby wyizolować Ga, In i T1 w stanie wolnym, stosuje się elektrolizę roztworów ich soli lub żarzenie tlenków w strumieniu wodoru. Ciepła topnienia i parowania metali mają wartości: 1,3 i 61 (Ga), 0,8 i 54 (In), 1,0 i 39 kcal/g-atom (T1). Ich ciepło sublimacji (w 25 °C) wynosi 65 (Ga), 57 (In) i 43 kcal/g-atom (T1). W parach wszystkie trzy pierwiastki składają się prawie wyłącznie z cząsteczek jednoatomowych.
7. Sieć krystaliczna galu składa się nie z pojedynczych atomów (jak to zwykle bywa w przypadku metali), ale z cząsteczek dwuatomowych (rf = 2,48A). Stanowi zatem interesujący przypadek współistnienia struktur molekularnych i metalicznych (III § 8). Cząsteczki Ga2 zakonserwowane są także w ciekłym galu, którego gęstość (6,1 g/cm3) jest większa od gęstości stałego metalu (analogicznie do wody i bizmutu). Wzrostowi ciśnienia towarzyszy spadek temperatury topnienia galu. Przy wysokich ciśnieniach, oprócz zwykłej modyfikacji (Gal), ustalono istnienie dwóch innych form. Punkty potrójne (z fazą ciekłą) leżą dla Gal - Gal w temperaturze 12 tysięcy atm i 3°C oraz dla Gal - Gall w 30 tysiącach atm i 45°C.
8. Gal jest bardzo podatny na hipotermię i udało się utrzymać go w stanie ciekłym do -40°C. Powtarzająca się szybka krystalizacja przechłodzonego stopu może służyć jako metoda oczyszczania galu. W stanie bardzo czystym (99,999%) otrzymano go poprzez rafinację elektrolityczną, a także redukcję starannie oczyszczonego GaCl3 wodorem. Wysoka temperatura wrzenia i dość równomierna rozszerzalność po podgrzaniu sprawiają, że gal jest cennym materiałem do wypełniania termometrów wysokotemperaturowych. Pomimo zewnętrznego podobieństwa do rtęci, wzajemna rozpuszczalność obu metali jest stosunkowo niska (w zakresie od 10 do 95°C waha się od 2,4 do 6,1 procent atomowych dla Ga w Hg i od 1,3 do 3,8 procent atomowych dla Hg w Ga). . W przeciwieństwie do rtęci, ciekły gal nie rozpuszcza metali alkalicznych i dobrze zwilża wiele powierzchni niemetalowych. W szczególności dotyczy to szkła, poprzez nałożenie galu, z którego można uzyskać lustra silnie odbijające światło (istnieją jednak dowody, że bardzo czysty gal, niezawierający zanieczyszczeń indowych, nie zwilża szkła). Czasami do szybkiego tworzenia obwodów radiowych stosuje się osadzanie galu na plastikowej podstawie. Do wypełnień dentystycznych zaproponowano stop zawierający 88% Ga i 12% Sn topiący się w temperaturze 15°C, a także inne stopy zawierające gal (na przykład 61,5% Bi, 37,2 - Sn i 1,3 - Ga). Nie zmieniają swojej objętości pod wpływem temperatury i dobrze się trzymają. Gal może być również stosowany jako uszczelniacz do zaworów w technologii próżniowej. Należy jednak mieć na uwadze, że w wysokich temperaturach jest agresywny zarówno w stosunku do szkła, jak i wielu metali.
9. W związku z możliwością rozszerzenia produkcji galu, problem asymilacji (czyli opanowania w praktyce) tego pierwiastka i jego związków staje się pilny, co wymaga badań w celu znalezienia obszarów dla ich racjonalnego wykorzystania. Istnieje artykuł poglądowy i monografie galu.
10. Ściśliwość indu jest nieco wyższa niż aluminium (przy 10 tysiącach atm objętość wynosi 0,84 oryginału). Wraz ze wzrostem ciśnienia maleje jego opór elektryczny (do 0,5 w stosunku do pierwotnego przy 70 tys. atm) i wzrasta temperatura topnienia (do 400°C przy 65 tys. atm). Pałeczki z metalu indowego chrzęszczą po zgięciu, podobnie jak cynowe. Pozostawia ciemny ślad na papierze. Ważne zastosowanie indu wiąże się z produkcją germanowych prostowników prądu przemiennego (X § 6 dodatek 15). Ze względu na niską topliwość może pełnić funkcję smaru w łożyskach.
11. Wprowadzenie niewielkiej ilości indu do stopów miedzi znacznie zwiększa ich odporność na wodę morską, a dodatek indu do srebra zwiększa jego połysk i zapobiega matowieniu na powietrzu. Dodatek indu zwiększa wytrzymałość stopów do wypełnień dentystycznych. Powłoka elektrolityczna innych metali indem dobrze chroni je przed korozją. Stop indu z cyną (wagowo 1:1) dobrze lutuje szkło ze szkłem lub metalem, a stop zawierający 24% In i 76% Ga topi się w temperaturze 16°C. Stop 18,1% In z 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn i 8,2 - Cd, topiący się w temperaturze 47 ° C, stosuje się w medycynie w przypadku złożonych złamań kości (zamiast gipsu). Istnieje monografia na temat chemii indu
12. Ściśliwość talu jest w przybliżeniu taka sama jak indu, ale znane są jego dwie modyfikacje alotropowe (sześciokątna i sześcienna), których punkt przejścia wynosi 235 ° C. Pod wysokim ciśnieniem powstaje kolejny. Punkt potrójny wszystkich trzech form leży przy 37 tysiącach atmosfer i 110°C. Ciśnienie to odpowiada nagłemu, około 1,5-krotnemu spadkowi rezystancji elektrycznej metalu (która przy 70 tysiącach atm. stanowi około 0,3 normalnej). Pod ciśnieniem 90 tysięcy atm. trzecia forma talu topi się w temperaturze 650°C.
13. Tal wykorzystywany jest głównie do produkcji stopów z cyną i ołowiem, które charakteryzują się dużą kwasoodpornością. W szczególności stop o składzie 70% Pb, 20% Sn i 10% T1 dobrze wytrzymuje działanie mieszanin kwasów siarkowego, solnego i azotowego. Istnieje monografia na temat talu.
14. Gal i ind zwarty są stabilne w stosunku do wody, a tal w obecności powietrza jest przez niego powoli niszczony z powierzchni. Gal reaguje z kwasem azotowym tylko powoli, ale tal reaguje bardzo energicznie. Przeciwnie, kwas siarkowy, a zwłaszcza kwas solny, łatwo rozpuszcza Ga i In, podczas gdy T1 oddziałuje z nimi znacznie wolniej (ze względu na tworzenie się ochronnego filmu trudno rozpuszczalnych soli na powierzchni). Roztwory mocnych zasad łatwo rozpuszczają gal, działają powoli na ind i nie reagują z talem. Gal rozpuszcza się również zauważalnie w NH4OH. Lotne związki wszystkich trzech pierwiastków barwią bezbarwny płomień na charakterystyczne kolory: Ga - prawie niewidoczny dla oka ciemnofioletowy (L = 4171 A), In - ciemnoniebieski (L = 4511 A), T1 - szmaragdowozielony (A, = 5351 A).
15. Gal i ind nie wydają się być trujące. Wręcz przeciwnie, tal jest silnie trujący, a jego działanie jest podobne do Pb i As. Wpływa na układ nerwowy, przewód pokarmowy i nerki. Objawy ostrego zatrucia nie pojawiają się natychmiast, ale po 12-20 godzinach. W przypadku powoli rozwijającego się przewlekłego zatrucia (w tym przez skórę) obserwuje się przede wszystkim pobudzenie i zaburzenia snu. W medycynie preparaty talu stosuje się do usuwania włosów (na porosty itp.). Sole talu znalazły zastosowanie w kompozycjach świetlistych jako substancje wydłużające czas trwania blasku. Okazały się również dobrym lekarstwem na myszy i szczury.
16. W szeregu napięć gal znajduje się pomiędzy Zn i Fe, natomiast ind i tal znajdują się pomiędzy Fe i Sn. Przejścia Ga i In według schematu E+3 + Ze = E odpowiadają potencjałom normalnym: -0,56 i -0,33 V (w środowisku kwaśnym) lub -1,2 i -1,0 V (w środowisku zasadowym). Tal pod wpływem kwasów przechodzi w stan jednowartościowy (potencjał normalny -0,34 V). Przejście T1+3 + 2e = T1+ charakteryzuje się potencjałem normalnym +1,28 V w środowisku kwaśnym lub +0,02 V w środowisku zasadowym.
17. Ciepła powstawania tlenków E2O3 galu i jego analogów maleją w szeregach 260 (Ga), 221 (In) i 93 kcal/mol (T1). Gal jest podgrzewany na powietrzu i praktycznie utlenia się tylko do GaO. Dlatego Ga2O3 otrzymuje się zwykle przez odwodnienie Ga(OH)3. Ind po podgrzaniu na powietrzu tworzy In2O3, a tal tworzy mieszaninę T12O3 i T120 o wyższej zawartości tlenku, im niższa temperatura. Tal można utlenić do T1203 pod wpływem ozonu.
18. Rozpuszczalność tlenków E2O3 w kwasach wzrasta wzdłuż szeregu Ga – In – Tl. W tej samej serii maleje siła wiązania pierwiastka z tlenem: Ga2O3 topi się w temperaturze 1795°C bez rozkładu, 1n203 przekształca się w 1n304 dopiero powyżej 850°C, a drobno rozdrobniony T1203 zaczyna odszczepiać tlen już przy około 90°C C. Jednak do całkowitego przekształcenia T1203 w T120 wymagane są znacznie wyższe temperatury. Pod nadmiernym ciśnieniem tlenu 1p203 topi się w temperaturze 1910°C, a T1203 w temperaturze 716°C.
19. Ciepła hydratacji tlenków według schematu E203 + ZH20 = 2E(OH)3 wynoszą +22 kcal (Ga), +1 (In) i -45 (T1). Zgodnie z tym łatwość usuwania wody przez wodorotlenki wzrasta od Ga do T1: jeśli Ga(OH)3 ulegnie całkowitemu odwodnieniu dopiero podczas kalcynacji, to T1(OH)3 przekształca się w T1203 nawet stojąc pod cieczą, z której pochodzi był izolowany.
20. Podczas neutralizacji kwaśnych roztworów soli galu jego wodorotlenek wytrąca się w przybliżeniu w zakresie pH = 3-4. Świeżo wytrącony Ga(OH)3 jest dobrze rozpuszczalny w mocnych roztworach amoniaku, jednak wraz z wiekiem rozpuszczalność coraz bardziej maleje. Jego punkt izoelektryczny leży przy pH = 6,8 i PR = 2 · 10 ~ 37. Dla 1n(OH)3 stwierdzono, że PR = 1 10-31, a dla T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Dla drugiej i trzeciej stałej dysocjacji Ga(OH)3 według typu kwasowego i zasadowego wyznaczono następujące wartości:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2„2. S-P / NW = 4 -10 12
Zatem wodorotlenek galu stanowi przypadek elektrolitu bardzo bliskiego idealnej amfoteryczności.

1. Różnica w kwasowych właściwościach wodorotlenków galu i jego analogów jest wyraźnie widoczna podczas interakcji z roztworami mocnych zasad (NaOH, KOH). Wodorotlenek galu łatwo rozpuszcza się, tworząc galusany typu M, które są stabilne zarówno w roztworze, jak i w stanie stałym. Po podgrzaniu łatwo tracą wodę (sól Na w temperaturze 120°C, sól K w temperaturze 137°C) i przekształcają się w odpowiednie bezwodne sole typu MGa02. Galusany metali dwuwartościowych (Ca, Sr) otrzymane z roztworów charakteryzują się innym rodzajem – M3 ▪ 2H2O, które również są prawie nierozpuszczalne. Są całkowicie hydrolizowane wodą.
   Wodorotlenek talu łatwo ulega peptyzacji przez mocne zasady (z utworzeniem zolu ujemnego), ale jest w nich nierozpuszczalny i nie tworzy talków. Metodą suchą (poprzez fuzję tlenków z odpowiednimi węglanami) otrzymano pochodne typu ME02 dla wszystkich trzech pierwiastków podgrupy galu. Natomiast w przypadku talu okazały się one mieszaninami tlenków.
   1. Efektywne promienie jonów Ga3+, In3* i T13* wynoszą odpowiednio 0,62, 0,92 i 1,05 A. W środowisku wodnym są one najwyraźniej bezpośrednio otoczone przez sześć cząsteczek wody. Takie uwodnione jony są w pewnym stopniu zdysocjowane według schematu E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, a ich stałe dysocjacji szacuje się na 3 ■ 10-3° (Ga) i 2 10-4 (In) .
   2. Sole halogenkowe Ga3+, In3* i T13*’ są ogólnie podobne do odpowiednich soli A13*. Oprócz fluorków są one stosunkowo topliwe i dobrze rozpuszczalne nie tylko w wodzie, ale także w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Malowane są tylko żółte Gal3.

   Istnienie galu („eka-aluminium”) i jego podstawowe właściwości przepowiedział w 1870 r. D.I. Mendelejew. Pierwiastek został odkryty metodą analizy spektralnej w pirenejskiej mieszance cynku i wyizolowany w 1875 roku przez francuskiego chemika PE Lecoq de Boisbaudran; nazwany na cześć Francji (łac. Gallia). Dokładna zbieżność właściwości galu z przewidywanymi była pierwszym triumfem układu okresowego.

   Będąc na łonie natury, otrzymując:

   Składa się z dwóch stabilnych izotopów o liczbach masowych 69 (60,5%) i 71 (39,5%). Średnia zawartość galu w skorupie ziemskiej jest stosunkowo wysoka i wynosi 1,5·10 -3% masowych, co równa się zawartości ołowiu i molibdenu. Gal jest typowym pierwiastkiem śladowym. Jedyny minerał galu, galit CuGaS 2, jest bardzo rzadki. Geochemia galu jest ściśle powiązana z geochemią aluminium, co wynika z podobieństwa ich właściwości fizykochemicznych. Większość galu w litosferze zawarta jest w minerałach glinu. Zawartość galu w boksycie i nefelinie waha się od 0,002 do 0,01%. Zwiększone stężenia galu obserwuje się także w sfalerytach (0,01-0,02%), w węglach kamiennych (wraz z germanem) oraz w niektórych rudach żelaza. Chiny, USA, Rosja, Ukraina i Kazachstan posiadają znaczne zasoby galu.
   Głównym źródłem galu jest produkcja aluminium. Podczas przetwarzania boksytu gal jest zagęszczany w ługach macierzystych po oddzieleniu Al(OH) 3 . Gal wyodrębnia się z takich roztworów metodą elektrolizy na katodzie rtęciowej. Z alkalicznego roztworu otrzymanego po potraktowaniu amalgamatu wodą wytrąca się Ga(OH) 3, który rozpuszcza się w alkaliach, a gal wyodrębnia się metodą elektrolizy.
   Ciekły gal otrzymywany przez elektrolizę roztworu zasadowego, przemytego wodą i kwasami (HCl, HNO 3), zawiera 99,9-99,95% Ga. Czystszy metal otrzymuje się przez topienie próżniowe, topienie strefowe lub przez wyciąganie monokryształu ze stopu.

   Właściwości fizyczne:

   Metal jest srebrzystobiały, miękki, ciężki. Cechą charakterystyczną galu jest szeroki zakres stanu ciekłego (temperatura topnienia 29,8°C, temperatura wrzenia 2230°C) i niska prężność par w temperaturach do 1100-1200°C. Gęstość stałego metalu wynosi 5,904 g/cm 3 (20°C) i jest niższa niż gęstość ciekłego metalu, zatem krystalizujący gal, podobnie jak lód, może rozbić szklaną ampułkę. Ciepło właściwe stałego galu wynosi 376,7 J/(kg·K).

   Właściwości chemiczne:

   W powietrzu w zwykłych temperaturach gal jest stabilny. Powyżej 260°C w suchym tlenie następuje powolne utlenianie (film tlenkowy chroni metal). Chlor i brom reagują z galem na zimno, jod - po podgrzaniu. Stopiony gal w temperaturach powyżej 300°C oddziałuje ze wszystkimi metalami i stopami konstrukcyjnymi (z wyjątkiem W), tworząc związki międzymetaliczne.
   Po podgrzaniu pod ciśnieniem gal reaguje z wodą: 2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2
   Ga reaguje powoli z kwasami mineralnymi, uwalniając wodór: 2Ga + 6HCl = 2GaCl 3 + 3H 2
   Jednocześnie gal rozpuszcza się powoli w kwasach siarkowym i solnym, szybko w kwasie fluorowodorowym, a gal jest stabilny na zimno w kwasie azotowym.
   Gal rozpuszcza się powoli w gorących roztworach alkalicznych. 2Ga + 6H 2O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

   Najważniejsze połączenia:

   Tlenek galu, Ga 2 O 3 - proszek biały lub żółty, temperatura topnienia 1795°C. Otrzymuje się go przez ogrzewanie galu metalicznego w powietrzu w temperaturze 260 ° C lub w atmosferze tlenu lub przez kalcynację azotanu lub siarczanu galu. Występuje w formie dwóch modyfikacji. Reaguje powoli z kwasami i zasadami w roztworze, wykazując właściwości amfoteryczne:
   Wodorotlenek galu, Ga(OH) 3 - wytrąca się w postaci galaretowatego osadu podczas traktowania roztworów soli trójwartościowego galu wodorotlenkami i węglanami metali alkalicznych (pH 9,7). Można go otrzymać przez hydrolizę soli trójwartościowego galu.
   Ma właściwości amfoteryczne z przewagą kwaśnych, po rozpuszczeniu w alkaliach tworzy galusany(np. Na). Rozpuszcza się w stężonym amoniaku i stężonym roztworze węglanu amonu i wytrąca się po zagotowaniu. Przez ogrzewanie wodorotlenek galu można przekształcić w GaOOH, następnie w Ga 2 O 3 *H 2 O i na koniec w Ga 2 O 3.
   Sole galu. GaCl 3 - bezbarwne higroskopijne kryształy. temperatura topnienia 78 °C, temperatura wrzenia 215 °C Ga 2 (SO 4) 3 *18H 2 O - bezbarwna substancja, dobrze rozpuszczalna w wodzie, tworzy sole podwójne, takie jak ałun. Ga(NO 3) 3 * 8H 2 O - bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie i etanolu
   Siarczek galu, Ga 2 S 3 - żółte kryształy lub biały bezpostaciowy proszek o temperaturze topnienia 1250°C, rozkłada się pod wpływem wody.
   Wodorki galu otrzymywany ze związków galu. Podobny do wodorków boru i glinu: Ga 2 H 6 - digallan, lotna ciecz, temperatura topnienia - 21,4 °C, temperatura wrzenia 139 °C. x - poligallan, białe ciało stałe. Wodorki są niestabilne i rozkładają się wraz z wydzieleniem wodoru.
   Galanian litu, Li otrzymuje się w roztworze eterowym w reakcji 4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl
   Bezbarwne kryształy, nietrwałe, hydrolizują z wodą wydzielając wodór.

   Aplikacja:

   Galu można używać do produkcji zwierciadeł optycznych o wysokim współczynniku odbicia.
   Gal jest doskonałym środkiem smarnym. Prawie bardzo ważne kleje do metali stworzono na bazie galu i niklu, galu i skandu.
   Arsenek galu GaAs, a także GaP, GaSb, które mają właściwości półprzewodnikowe, są obiecującymi materiałami dla elektroniki półprzewodnikowej. Można je stosować w prostownikach i tranzystorach wysokotemperaturowych, ogniwach słonecznych i odbiornikach promieniowania podczerwonego.
   Tlenek galu jest częścią ważnych materiałów laserowych z grupy granatów - GSGG, YAG, ISGG itp.
   Gal jest drogi, w 2005 roku na rynku światowym tona galu kosztowała 1,2 mln dolarów, a ze względu na wysoką cenę i jednocześnie duże zapotrzebowanie na ten metal bardzo ważne jest ustalenie jego całkowitego wydobycia w produkcja aluminium i przetwarzanie węgla na paliwo ciekłe.
   

   Iwanow Aleksiej
   Uniwersytet Państwowy HF Tiumeń, grupa 561.

   Gal to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 31. Należy do grupy metali lekkich i jest oznaczony symbolem „Ga”. Gal nie występuje w przyrodzie w czystej postaci, ale jego związki występują w znikomych ilościach w boksytach i rudach cynku. Gal jest miękkim, plastycznym metalem o srebrzystym kolorze. W niskich temperaturach jest w stanie stałym, ale topi się w temperaturze niewiele wyższej od temperatury pokojowej (29,8°C). Na poniższym filmie możesz zobaczyć, jak łyżka galu topi się w filiżance gorącej herbaty.

   

   1. Od odkrycia pierwiastka w 1875 r. aż do nadejścia ery półprzewodników gal był używany głównie do tworzenia stopów niskotopliwych.

   

   2. Obecnie cały gal jest stosowany w mikroelektronice.

   

   3. Arsenek galu, główny stosowany związek pierwiastkowy, jest stosowany w obwodach mikrofalowych i zastosowaniach w podczerwieni.

   

   4. Azotek galu jest rzadziej używany do tworzenia laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym.

   

   5. Nauka nie pełni żadnej roli biologicznej galu. Ponieważ jednak związki galu i sole żelaza zachowują się podobnie w układach biologicznych, jony galu często zastępują jony żelaza w zastosowaniach medycznych.

   

   6. Obecnie opracowano farmaceutyki i radiofarmaceutyki zawierające gal.

   

   
   .