Jeśli chodzi o pierwiastek o liczbie atomowej 31, większość czytelników pamięta jedynie, że jest to jeden z trzech pierwiastków przewidywanych i szczegółowo opisanych przez D.I. Mendelejewa i że gal jest metalem bardzo topliwym: ciepło dłoni wystarczy, aby zamienić go w ciecz.
Jednakże gal nie jest najbardziej topliwym z metali (nawet jeśli nie liczysz rtęci). Jego temperatura topnienia wynosi 29,75°C, a cez topi się w temperaturze 28,5°C; tylko cezu, jak każdego metalu alkalicznego, nie można wziąć w ręce, więc naturalnie łatwiej jest stopić gal w dłoni niż cez.
Celowo rozpoczęliśmy naszą opowieść o elemencie 31 od wspomnienia czegoś, co zna prawie każdy. Bo to „znane” wymaga wyjaśnienia. Wszyscy wiedzą, że gal został przepowiedziany przez Mendelejewa i odkryty przez Lecoqa de Boisbaudran, ale nie wszyscy wiedzą, jak doszło do tego odkrycia. Prawie wszyscy wiedzą, że gal jest topliwy, ale prawie nikt nie jest w stanie odpowiedzieć na pytanie, dlaczego jest topliwy.
Jak odkryto gal?
Francuski chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran przeszedł do historii jako odkrywca trzech nowych pierwiastków: galu (1875), samaru (1879) i dysprozu (1886). Pierwsze z tych odkryć przyniosło mu sławę.
W tamtym czasie był mało znany poza Francją. Miał 38 lat i zajmował się głównie badaniami spektroskopowymi. Lecoq de Boisbaudran był dobrym spektroskopistą, co ostatecznie doprowadziło do sukcesu: odkrył wszystkie trzy swoje pierwiastki za pomocą analizy widmowej.
W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkryto nową fioletową linię (długość fali 4170 Å). Nowa linia wskazywała na obecność nieznanego pierwiastka w minerale i, co naturalne, Lecoq de Boisbaudran dołożył wszelkich starań, aby wyizolować ten pierwiastek. Okazało się to trudne: zawartość nowego pierwiastka w rudzie wynosiła niecałe 0,1% i pod wieloma względami była podobna do cynku*. Po długich eksperymentach naukowcowi udało się uzyskać nowy pierwiastek, ale w bardzo małej ilości. Tak mały (poniżej 0,1 g), że Lecoq de Boisbaudrap nie był w stanie w pełni zbadać jego właściwości fizykochemicznych.
* Poniżej opisano sposób otrzymywania galu z mieszanki cynku.
Odkrycie galu – tak nowy pierwiastek nazwano na cześć Francji (Gallia to jego łacińska nazwa) – pojawiło się w sprawozdaniach Paryskiej Akademii Nauk.
Wiadomość tę przeczytał D.I. Mendelejewa i rozpoznał w galu eka-aluminium, co przepowiedział pięć lat wcześniej. Mendelejew natychmiast napisał do Paryża. „Metoda odkrywania i izolowania, a także kilka opisanych właściwości pozwalają nam wierzyć, że nowym metalem jest nic innego jak eka-aluminium” – czytamy w jego liście. Następnie powtórzył właściwości przewidziane dla tego pierwiastka. Co więcej, nie trzymając w rękach ziaren galu, nie widząc go osobiście, rosyjski chemik argumentował, że odkrywca pierwiastka się mylił, że gęstość nowego metalu nie może wynosić 4,7, jak pisał Lecoq de Boisbaudran: - musi być większa, około 5,9...6,0 g/cm 3!
Choć może się to wydawać dziwne, pierwszy z jego twierdzących, „umacniających” dowiedział się o istnieniu prawa okresowości dopiero z tego listu. Aby sprawdzić wyniki pierwszych eksperymentów, ponownie wyizolował i dokładnie oczyścił ziarna galu. Niektórzy historycy nauki uważają, że miało to na celu zhańbienie pewnego siebie rosyjskiego „przewidywacza”. Ale doświadczenie pokazało coś przeciwnego: odkrywca się mylił. Później napisał: „Nie ma chyba potrzeby podkreślać wyjątkowego znaczenia, jakie ma gęstość nowego pierwiastka dla potwierdzenia teoretycznych poglądów Mendelejewa”.
Pozostałe właściwości pierwiastka nr 31 przewidywane przez Mendelejewa pokrywały się niemal dokładnie z danymi eksperymentalnymi. „Przewidywania Mendelejewa spełniły się z niewielkimi odchyleniami: eka-aluminium zamieniło się w gal”. Tak Engels charakteryzuje to wydarzenie w „Dialektyce natury”.
Nie trzeba dodawać, że odkrycie pierwszego z pierwiastków przewidzianych przez Mendelejewa znacząco wzmocniło pozycję prawa okresowości.
Dlaczego gal jest topliwy?
Przewidując właściwości galu, Mendelejew uważał, że metal ten powinien być topliwy, ponieważ jego analogi w grupie - aluminium i ind - również nie są ogniotrwałe.
Jednak temperatura topnienia galu jest niezwykle niska, pięć razy niższa niż indu. Wyjaśnia to niezwykła struktura kryształów galu. Jego sieć krystaliczną tworzą nie pojedyncze atomy (jak w „normalnych” metalach), ale cząsteczki dwuatomowe. Cząsteczki Ga 2 są bardzo stabilne, zachowują się nawet po przejściu galu w stan ciekły. Jednak cząsteczki te są połączone ze sobą jedynie słabymi siłami van der Waalsa, a do zniszczenia ich wiązania potrzeba bardzo mało energii.
Niektóre inne właściwości pierwiastka nr 31 są związane z dwuatomowością cząsteczek. W stanie ciekłym gal jest gęstszy i cięższy niż w stanie stałym. Przewodność elektryczna ciekłego galu jest również większa niż galu stałego.
Zewnętrznie bardziej przypomina cynę: srebrzystobiały miękki metal, który nie utlenia się ani nie matowieje na powietrzu.
W większości właściwości chemicznych gal jest zbliżony do aluminium. Podobnie jak aluminium, atom galu ma trzy elektrony na swojej zewnętrznej orbicie. Podobnie jak aluminium, gal łatwo, nawet na zimno, reaguje z halogenami (z wyjątkiem jodu). Obydwa metale łatwo rozpuszczają się w kwasach siarkowym i solnym i oba reagują z zasadami, dając wodorotlenki amfoteryczne. Stałe dysocjacji reakcji
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
– ilości tego samego zamówienia.
Istnieją jednak różnice we właściwościach chemicznych galu i aluminium.
Gal ulega zauważalnemu utlenieniu suchym tlenem dopiero w temperaturach powyżej 260°C, a aluminium pozbawione ochronnej warstwy tlenkowej utlenia się tlenem bardzo szybko.
Wraz z wodorem gal tworzy wodorki podobne do wodorków boru. Aluminium może jedynie rozpuszczać wodór, ale nie może z nim reagować.
Gal jest również podobny do grafitu, kwarcu i wody.
Na graficie - ponieważ pozostawia szary ślad na papierze.
Dla kwarcu – anizotropia elektryczna i termiczna.
Wielkość oporu elektrycznego kryształów galu zależy od osi, wzdłuż której płynie prąd. Maksymalny stosunek do minimalnego wynosi 7, więcej niż w przypadku jakiegokolwiek innego metalu. To samo dotyczy współczynnika rozszerzalności cieplnej.
Jego wartości w kierunku trzech osi krystalograficznych (kryształy galu są rombowe) kształtują się w stosunku 31:16:11.
Gal jest podobny do wody pod tym względem, że gdy twardnieje, rozszerza się. Wzrost wolumenu jest zauważalny – 3,2%.
Już samo połączenie tych sprzecznych podobieństw mówi o wyjątkowej indywidualności elementu nr 31.
Dodatkowo posiada właściwości niespotykane w żadnym innym elemencie. Po stopieniu może pozostawać w stanie przechłodzonym przez wiele miesięcy w temperaturze poniżej swojej temperatury topnienia. Jest to jedyny metal, który w ogromnym zakresie temperatur od 30 do 2230°C pozostaje cieczą, a lotność jego par jest minimalna. Nawet w głębokiej próżni odparowuje zauważalnie dopiero w temperaturze 1000°C. Opary galu, w przeciwieństwie do metali stałych i ciekłych, są jednoatomowe. Przejście Ga 2 → 2Ga wymaga dużych ilości energii; To wyjaśnia trudność odparowania galu.
Duży zakres temperatur stanu ciekłego jest podstawą jednego z głównych zastosowań technicznych elementu nr 31.
Do czego służy gal?
Termometry galowe mogą zasadniczo mierzyć temperaturę w zakresie od 30 do 2230°C. Termometry galowe są teraz dostępne dla temperatur do 1200°C.
Element nr 31 służy do produkcji stopów niskotopliwych stosowanych w urządzeniach sygnalizacyjnych. Stop galu i indu topi się już w temperaturze 16°C. Jest to najbardziej topliwy ze wszystkich znanych stopów.
Jako pierwiastek grupy III, który zwiększa przewodnictwo „dziurowe” w półprzewodniku, gal (o czystości co najmniej 99,999%) jest stosowany jako dodatek do germanu i krzemu.
Związki międzymetaliczne galu z pierwiastkami grupy V - antymonem i arsenem - same mają właściwości półprzewodnikowe.
Dodatek galu do masy szklanej umożliwia otrzymanie szkieł o wysokim współczynniku załamania promieni świetlnych, a szkła na bazie Ga 2 O 3 dobrze przepuszczają promienie podczerwone.
Ciekły gal odbija 88% padającego na niego światła, gal stały odbija nieco mniej. Dlatego wykonują lustra galowe, które są bardzo łatwe w produkcji - powłokę galową można nakładać nawet pędzlem.
Czasami wykorzystuje się zdolność galu do dobrego zwilżania powierzchni stałych, zastępując rtęć w dyfuzyjnych pompach próżniowych. Takie pompy „utrzymują” próżnię lepiej niż pompy rtęciowe.
Podejmowano próby wykorzystania galu w reaktorach jądrowych, lecz wyniki tych prób trudno uznać za udane. Gal nie tylko dość aktywnie wychwytuje neutrony (przekrój poprzeczny wychwytu 2,71 bara), ale także reaguje w podwyższonych temperaturach z większością metali.
Gal nie stał się materiałem atomowym. To prawda, że jego sztuczny radioaktywny izotop 72 Ga (o okresie półtrwania wynoszącym 14,2 godziny) służy do diagnozowania raka kości. Chlorek i azotan galu-72 są adsorbowane przez guz, a wykrywając charakterystykę promieniowania tego izotopu, lekarze niemal dokładnie określają wielkość obcych formacji.
Jak widać, praktyczne możliwości elementu nr 31 są dość szerokie. Nie udało się jeszcze ich w pełni wykorzystać ze względu na trudność uzyskania galu – pierwiastka dość rzadkiego (1,5–10–3% masy skorupy ziemskiej) i bardzo rozproszonego. Znanych jest niewiele rodzimych minerałów galu. Jego pierwszy i najsłynniejszy minerał, galit CuGaS 2, został odkryty dopiero w 1956 roku. Później odkryto dwa kolejne minerały, już bardzo rzadkie.
Zazwyczaj gal występuje w cynku, aluminium, rudach żelaza, a także w węglu – jako drobne zanieczyszczenie. I co jest charakterystyczne: im większe jest to zanieczyszczenie, tym trudniej je wydobyć, ponieważ galu jest więcej w rudach metali (aluminium, cynk), które są do niego podobne pod względem właściwości. Większość ziemskiego galu zawarta jest w minerałach glinu.
Wydobywanie galu to kosztowna „przyjemność”. Dlatego pierwiastek nr 31 jest używany w mniejszych ilościach niż którykolwiek z jego sąsiadów w układzie okresowym.
Jest oczywiście możliwe, że nauka w najbliższej przyszłości odkryje w galu coś, co uczyni go absolutnie niezbędnym i niezastąpionym, jak to miało miejsce w przypadku innego pierwiastka przewidywanego przez Mendelejewa – germanu. Jeszcze 30 lat temu używano go jeszcze mniej niż galu i wtedy rozpoczęła się „era półprzewodników”…
Znalezienie wzorców
Właściwości galu przewidział D.I. Mendelejew pięć lat przed odkryciem tego pierwiastka. Genialny rosyjski chemik oparł swoje przewidywania na wzorach zmian właściwości w grupach układu okresowego. Jednak dla Lecoqa de Boisbaudrana odkrycie galu nie było szczęśliwym przypadkiem. Utalentowany spektroskopista już w 1863 roku odkrył prawidłowości w zmianach widm pierwiastków o podobnych właściwościach. Porównując widma indu i aluminium doszedł do wniosku, że pierwiastki te mogą mieć „brata”, którego linie wypełniłyby lukę w krótkofalowej części widma. To właśnie tej brakującej linii szukał i znalazł w widmie blendy cynkowej firmy Pierrefit.
Dla porównania przedstawiamy tabelę głównych właściwości przewidywanych przez D.I. Mendelejew eka-glin i gal odkrył Lecoq de Boisbaudran.
| Ekaaluminium | Gal |
| Masa atomowa około 68 | Masa atomowa 69,72 |
| Musi być niskotopliwy | Temperatura topnienia 29,75°C |
| Ciężar właściwy bliski 6,0 | Ciężar właściwy 5,9 (ciało stałe) i 6,095 (ciecz) |
| Objętość atomowa 11,5 | Objętość atomowa 11,8 |
| Nie powinien utleniać się na powietrzu | Lekko utlenia się tylko przy ogniu spirytusowo-czerwonym |
| W wysokich temperaturach powinien rozkładać wodę | W wysokich temperaturach rozkłada wodę |
| Formuły złożone: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3 | Formuły złożone: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3 |
| Powinien tworzyć ałun Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, ale trudniejszy niż aluminium | Tworzy ałun o składzie (NH 4) Ga(SO 4) 2 12H 2 O |
| Tlenek Ea 2 O 3 powinien łatwo ulegać redukcji i dać metal bardziej lotny niż Al, dlatego możemy spodziewać się, że ekaglin zostanie odkryty metodą analizy spektralnej | Gal można łatwo zredukować z tlenku poprzez kalcynację w strumieniu wodoru, co odkryto za pomocą analizy spektralnej |
Gra słów?
Niektórzy historycy nauki upatrują w nazwie pierwiastka nr 31 nie tylko patriotyzmu, ale także nieskromności jego odkrywcy. Powszechnie przyjmuje się, że słowo „gal” pochodzi od łacińskiego Gallia (Francja). Ale jeśli chcesz, w tym samym słowie możesz zobaczyć podpowiedź słowa „kogut”! Po łacinie „kogut” to gallus, a po francusku – le coq. Lecoqa de Boisbaudran?
W zależności od wieku
W minerałach gal często towarzyszy aluminium. Co ciekawe, stosunek tych pierwiastków w minerale zależy od czasu powstania minerału. W skaleniach na każde 120 tysięcy atomów glinu przypada jeden atom galu. W nefelinach, które powstały znacznie później, stosunek ten wynosi już 1:6000, a w jeszcze „młodszym” skamieniałym drewnie zaledwie 1:13.
Pierwszy patent
Pierwszy patent na zastosowanie galu uzyskano 60 lat temu. Chcieli zastosować element nr 31 w lampach łukowych.
Tłumi siarkę, broni się siarką
Zachodzi interesująca interakcja pomiędzy galem i kwasem siarkowym. Towarzyszy temu wydzielanie siarki elementarnej. W tym przypadku siarka otacza powierzchnię metalu i zapobiega jego dalszemu rozpuszczaniu. Jeśli umyjesz metal gorącą wodą, reakcja zostanie wznowiona i będzie kontynuowana, aż na galu wyrośnie nowa „skórka” siarki.
Zły wpływ
Ciekły gal reaguje z większością metali, tworząc stopy i związki międzymetaliczne o raczej niskich właściwościach mechanicznych. Dlatego kontakt z galem powoduje utratę wytrzymałości wielu materiałów konstrukcyjnych. Beryl jest najbardziej odporny na gal: w temperaturach do 1000°C skutecznie przeciwstawia się agresywności pierwiastka nr 31.
I tlenek też!
Drobne dodatki tlenku galu znacząco wpływają na właściwości tlenków wielu metali. Zatem domieszka Ga 2 O 3 do tlenku cynku znacznie zmniejsza jego zdolność spiekania. Ale rozpuszczalność cynku w takim tlenku jest znacznie większa niż w czystym cynku. Natomiast przewodność elektryczna dwutlenku tytanu gwałtownie spada po dodaniu Ga 2 O 3.
Jak zdobyć gal
Na świecie nie odkryto żadnych przemysłowych złóż rud galu. Dlatego gal należy ekstrahować z rud cynku i aluminium, które są w niego bardzo ubogie. Ponieważ skład rud i zawartość galu w nich nie są takie same, metody otrzymywania pierwiastka nr 31 są dość zróżnicowane. Jako przykład opowiemy, w jaki sposób gal jest ekstrahowany z blendy cynku – minerału, w którym po raz pierwszy odkryto ten pierwiastek.
W pierwszej kolejności wypala się mieszankę cynkową ZnS, a powstałe tlenki ługuje się kwasem siarkowym. Wraz z wieloma innymi metalami gal przechodzi do roztworu. W tym roztworze dominuje siarczan cynku - główny produkt, który należy oczyścić z zanieczyszczeń, w tym galu. Pierwszym etapem oczyszczania jest wytrącanie tzw. osadu żelaznego. Wraz ze stopniową neutralizacją kwaśnego roztworu osad ten wytrąca się. Zawiera około 10% aluminium, 15% żelaza i (co jest dla nas teraz najważniejsze) 0,05...0,1% galu. Aby wyekstrahować gal, osad ługuje się kwasem lub wodorotlenkiem sodu – wodorotlenek galu jest amfoteryczny. Metoda alkaliczna jest wygodniejsza, ponieważ w tym przypadku sprzęt może być wykonany z tańszych materiałów.
Pod wpływem zasad związki glinu i galu ulegają rozpuszczeniu. Po dokładnym zneutralizowaniu tego roztworu wytrąca się wodorotlenek galu. Ale część aluminium również wytrąca się. Dlatego osad ponownie rozpuszcza się, tym razem w kwasie solnym. Rezultatem jest roztwór chlorku galu, zanieczyszczony głównie chlorkiem glinu. Substancje te można oddzielić poprzez ekstrakcję. Dodaje się eter i w przeciwieństwie do AlCl3, GaCl3 prawie całkowicie przechodzi do rozpuszczalnika organicznego. Warstwy rozdziela się, eter oddestylowuje się, a powstały chlorek galu ponownie traktuje się stężoną sodą kaustyczną w celu wytrącenia i oddzielenia zanieczyszczeń żelaznych od galu. Z tego alkalicznego roztworu otrzymuje się metaliczny gal. Otrzymywany przez elektrolizę przy napięciu 5,5 V. Gal osadza się na miedzianej katodzie.
Gal i zęby
Gal był długo uważany za toksyczny. Dopiero w ostatnich dziesięcioleciach to błędne przekonanie zostało obalone. Niskotopliwy gal zainteresował dentystów. Już w 1930 roku po raz pierwszy zaproponowano zastąpienie galu rtęcią w kompozycjach do wypełnień dentystycznych. Dalsze badania zarówno w kraju, jak i za granicą potwierdziły perspektywy takiej wymiany. W stomatologii stosowane są już wypełnienia metalowe niezawierające rtęci (rtęć zastąpiona galem).
Pierwiastek chemiczny gal praktycznie nigdy nie występuje w przyrodzie w postaci wolnej. Występuje w domieszkach mineralnych, od których dość trudno go oddzielić. Gal uważany jest za substancję rzadką, niektóre jego właściwości nie zostały w pełni zbadane. Znajduje jednak zastosowanie w medycynie i elektronice. Co to jest za element? Jakie ma właściwości?
Czy gal jest metalem czy niemetalem?
Pierwiastek należy do trzynastej grupy czwartego okresu. Jej nazwa pochodzi od historycznego regionu Galii, którego częścią była Francja, ojczyzna odkrywcy żywiołu. Do oznaczenia tego używa się symbolu Ga.
Gal zaliczany jest do metali lekkich wraz z aluminium, indem, germanem, cyną, antymonem i innymi pierwiastkami. Jako substancja prosta jest krucha i miękka, ma srebrzystobiałą barwę z lekkim niebieskawym odcieniem.
Historia odkryć
Mendelejew „przewidział” gal, pozostawiając dla niego miejsce w trzeciej grupie układu okresowego (według przestarzałego systemu). W przybliżeniu nazwał jego masę atomową, a nawet przewidział, że pierwiastek zostanie odkryty spektroskopowo.
Kilka lat później metal odkrył Francuz Paul Emile Lecoq. W sierpniu 1875 roku naukowiec badał widmo ze złoża w Pirenejach i zauważył nowe fioletowe linie. Pierwiastek nazwano galem. Jego zawartość w tym minerale była niezwykle mała i firmie Lecoq udało się wyizolować zaledwie 0,1 grama. Odkrycie metalu było jednym z potwierdzeń słuszności przewidywań Mendelejewa.
Właściwości fizyczne
Gal metaliczny jest bardzo plastyczny i topliwy. W niskich temperaturach pozostaje w stanie stałym. Aby zamienić go w ciecz, wystarczy temperatura 29,76 stopnia Celsjusza lub 302,93 Calvina. Można go roztopić trzymając w dłoni lub zanurzając w gorącym płynie. Zbyt wysokie temperatury czynią go bardzo agresywnym: w temperaturze 500 stopni Celsjusza i wyższej może powodować korozję innych metali.
Sieć krystaliczna galu zbudowana jest z cząsteczek dwuatomowych. Są bardzo stabilne, ale słabo ze sobą połączone. Do przerwania ich połączenia potrzebna jest bardzo mała ilość energii, dlatego gal łatwo przechodzi w stan ciekły. Jest pięć razy bardziej topliwy niż ind.
W stanie ciekłym metal jest gęstszy i cięższy niż w stanie stałym. Ponadto lepiej przewodzi prąd. W normalnych warunkach jego gęstość wynosi 5,91 g/cm3. Metal wrze w temperaturze -2230 stopni Celsjusza. Po stwardnieniu rozszerza się o około 3,2%.
Właściwości chemiczne
Gal ma wiele właściwości chemicznych i jest podobny do aluminium, ale jest mniej aktywny i reakcje z nim przebiegają wolniej. Nie reaguje z powietrzem, natychmiast tworząc warstwę tlenkową, która zapobiega jego utlenianiu. Nie reaguje z wodorem, borem, krzemem, azotem i węglem.
Metal dobrze współdziała z prawie wszystkimi halogenami. Reaguje z jodem dopiero po podgrzaniu, z chlorem i bromem reaguje już w temperaturze pokojowej. W gorącej wodzie zaczyna wypierać wodór, tworzy sole z kwasami mineralnymi, a także uwalnia wodór.
Gal może tworzyć amalgamaty z innymi metalami. Jeśli ciekły gal zostanie upuszczony na solidny kawałek aluminium, zacznie w niego wnikać. Wnikając w sieć krystaliczną aluminium, ciekła substancja sprawi, że będzie ona krucha. Już po kilku dniach solidny metalowy blok można zmiażdżyć ręcznie bez większego wysiłku.
Aplikacja
W medycynie gal metaliczny stosowany jest w walce z nowotworami i hiperkalcemią, a także nadaje się do radioizotopowej diagnostyki nowotworów kości. Jednak leki zawierające tę substancję mogą powodować działania niepożądane, takie jak nudności i wymioty.
Gal metaliczny jest również stosowany w elektronice mikrofalowej. Stosowany jest do produkcji półprzewodników i diod LED, jako piezomateriał. Kleje do metali otrzymywane są ze stopu galu ze skandem lub niklem. W postaci stopowej z plutonem pełni rolę stabilizatora i jest stosowany w bombach nuklearnych.
Szkło z tym metalem ma wysoki współczynnik załamania światła, a jego tlenek Ga 2 O 3 pozwala szkłu przepuszczać promienie podczerwone. Czysty gal można wykorzystać do wykonania prostych luster, ponieważ dobrze odbija światło.
Obfitość i złoża galu
Gdzie mogę zdobyć gal? Metal można łatwo zamówić online. Jego koszt waha się od 115 do 360 dolarów za kilogram. Metal uważany jest za rzadki, jest bardzo rozproszony w skorupie ziemskiej i praktycznie nie tworzy własnych minerałów. Od 1956 roku odnaleziono wszystkie trzy.
Gal często występuje w cynku i żelazie, a jego zanieczyszczenia znajdują się w węglu, berylu, granatach, magnetycie, turmalinie, skaleniu, chlorytach i innych minerałach. Jego zawartość w przyrodzie wynosi średnio około 19 g/t.
Większość galu znajduje się w substancjach o zbliżonym składzie. Z tego powodu wydobycie go z nich jest trudne i kosztowne. Minerał tego metalu nazywany jest galitem i ma wzór CuGaS 2 . Zawiera także miedź i siarkę.
Wpływ na ludzi
Niewiele wiadomo na temat biologicznej roli metalu i jego wpływu na organizm ludzki. W układzie okresowym znajduje się obok najważniejszych dla nas pierwiastków (aluminium, żelazo, cynk, chrom). Istnieje opinia, że gal jako ultramikroelement wchodzi w skład krwi, przyspieszając jej przepływ i zapobiegając tworzeniu się skrzepów krwi.
Tak czy inaczej, niewielka ilość substancji zawarta jest w organizmie człowieka (10-6-10-5%). Gal przedostaje się do niego wraz z wodą i produktami rolno-spożywczymi. Jest zatrzymywany w tkance kostnej i wątrobie.
Gal metaliczny jest uważany za niskotoksyczny lub warunkowo toksyczny. W kontakcie ze skórą pozostają na niej drobne cząsteczki. Wygląda jak szara, brudna plama, którą można łatwo usunąć wodą. Substancja nie pozostawia oparzeń, jednak w niektórych przypadkach może powodować zapalenie skóry. Wiadomo, że wysoki poziom galu w organizmie powoduje zaburzenia w wątrobie, nerkach i układzie nerwowym, jednak wymaga to bardzo dużej ilości tego metalu.
Sformułował swoje prawo okresowe i sporządził układ okresowy; wiele metali nie było jeszcze znanych nauce.
Nie przeszkodziło to jednak chemikowi w zbudowaniu układu okresowego, pozostawiając puste komórki na pierwiastki jeszcze nie odkryte. Te „białe plamy” wkrótce zostały wypełnione. Jeden z tych elementów przewidzianych przez Mendelejewa zostanie dziś omówiony.
Poznaj gal, numer 31 w tabeli. Trzecia grupa to metal niskotopliwy, podobny pod względem właściwości do aluminium i krzemu. Mendelejew nie tylko wystarczająco szczegółowo opisał właściwości tego metalu, ale także wskazał jego masę atomową z niemal stuprocentową dokładnością.
Odkrycie i pochodzenie nazwy
Gal został odkryty i wyizolowany jako prosta substancja przez francuskiego chemika Paula Emile Lecoq de Boisbaudran. Stało się to w 1875 roku, kiedy naukowiec zbadał próbki blendy cynkowej przywiezionej z Pirenejów. Badania przeprowadzono za pomocą spektroskopii, a naukowiec zauważył w widmie rudy fioletową linię, wskazującą na obecność nieznanego pierwiastka w minerale.
Wyodrębnienie pierwiastka w czystej postaci wymagało dużo pracy, gdyż jego zawartość w rudzie wynosiła niecałe 0,1%. Ostatecznie Lecoqowi de Boisbaudranowi udało się pozyskać niecałe 0,1 grama czystej substancji i poddać go badaniom. Pierwiastek odkryty przez Francuza okazał się bardzo podobny we właściwościach do cynku.
Na kolejnym posiedzeniu Akademii Nauk w Paryżu, które odbyło się 20 września 1875 roku, odczytano list Lecoqa de Boisbaudran, w którym doniesiono o odkryciu nowego pierwiastka i badaniu jego właściwości. Chemik poinformował także, że nowo odkryty pierwiastek nazwał na cześć Francji, zgodnie z jego łacińską nazwą – Gallia.
Kiedy Mendelejew przeczytał opublikowany raport z tego odkrycia, zauważył, że opis właściwości nowego pierwiastka niemal dokładnie pokrywa się z przewidywanym przez niego wcześniej opisem eka-aluminium. Mendelejew nie zwlekał z poinformowaniem o tym Lecoqa de Boisbaudrana, wskazując, że gęstość nowego metalu została błędnie określona i powinna wynosić 5,9-6,0, a nie 4,7 g/cm3. Dokładna kontrola wykazała, że Mendelejew miał rację.
Wydobycie galu
W naturze gal nie tworzy dużych złóż. Niektóre minerały zawierają gal w stosunkowo dużych ilościach (jak na ten metal): granat, sfaleryt, turmalin, beryl, skalenie, nefelin.
Najbogatszym źródłem galu jest mineralny germanit, ruda złożona z siarczku miedzi, która może zawierać 0,5–0,7% galu. Ponadto gal uzyskuje się w wyniku przetwarzania boksytu i nefelinu. Metal ten można również otrzymać poprzez przeróbkę rud polimetalicznych i węgla.
Zanieczyszczony gal przemywa się wodą, następnie filtruje przez porowate płytki i ogrzewa w próżni w celu usunięcia lotnych zanieczyszczeń. Aby otrzymać gal o wysokiej czystości, stosuje się metody chemiczne (reakcje pomiędzy solami), elektrochemiczne (elektroliza roztworów) i fizyczne (rozkład).
Złoża, na których wydobywa się gal, zlokalizowane są głównie w Afryce Południowo-Zachodniej, a także w Rosji i niektórych krajach WNP.
Właściwości galu
Gal jest miękkim, plastycznym metalem o srebrzystym kolorze. W niskich temperaturach jest w stanie stałym, ale topi się w temperaturze nieco wyższej od temperatury pokojowej (29,8°C).
Ogólnie rzecz biorąc, jedną z cech galu jest szeroki zakres temperatur istnienia stanu ciekłego tego metalu (od 30 do 2230 °C). Właściwości chemiczne galu są zbliżone do właściwości aluminium. Ze względu na niską topliwość gal jest transportowany w plastikowych workach.
Przed pojawieniem się półprzewodników galu używano do tworzenia niskotopliwych stopów. Obecnie gal jest stosowany głównie w mikroelektronice jako część półprzewodników. Azotek galu wykorzystywany jest do wytwarzania laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym.
Gal jest doskonałym środkiem smarnym. Bardzo ważne z praktycznego punktu widzenia kleje do metali stworzono na bazie galu i niklu, galu i skandu. Gal metaliczny jest również używany do wypełniania termometrów kwarcowych do pomiaru wysokich temperatur, zastępując rtęć tym metalem. Wynika to z faktu, że gal ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu do rtęci.
Gal jest jednym z najdroższych metali. Tak więc w 2005 roku tona galu kosztowała na rynku światowym 1,2 miliona dolarów. Ze względu na wysoki koszt i duże zapotrzebowanie na ten metal, bardzo ważne jest ustalenie jego pełnej ekstrakcji przy produkcji aluminium i przetwarzaniu węgla na paliwo ciekłe.
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.
Jeśli chodzi o pierwiastek o liczbie atomowej 31, większość czytelników pamięta jedynie, że jest to jeden z trzech pierwiastków przewidywanych i szczegółowo opisanych przez D.I. Mendelejewa i że jest to metal bardzo topliwy: ciepło dłoni wystarczy, aby zamienić go w ciecz.
Celowo rozpoczęliśmy naszą opowieść o elemencie nr 31 od wspomnienia czegoś, co jest znane niemal każdemu. Bo to „znane” wymaga wyjaśnienia. Wszyscy wiedzą, że gal został przepowiedziany przez Mendelejewa i odkryty przez Lecoqa de Boisbaudran, ale nie wszyscy wiedzą, jak doszło do tego odkrycia. Prawie wszyscy wiedzą, że gal jest topliwy, ale prawie nikt nie jest w stanie odpowiedzieć na pytanie, dlaczego jest topliwy.
Jak odkryto gal?
Francuski chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran przeszedł do historii jako odkrywca trzech nowych pierwiastków: galu (1875), samaru (1879) i dysprozu (1886). Pierwsze z tych odkryć przyniosło mu sławę.
W tamtym czasie był mało znany poza Francją. Miał 38 lat i zajmował się głównie badaniami spektroskopowymi. Lecoq de Boisbaudran był dobrym spektroskopistą, co ostatecznie doprowadziło do sukcesu: odkrył wszystkie trzy swoje pierwiastki za pomocą analizy widmowej.
W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkryto nową fioletową linię (długość fali 4170A). Nowa linia wskazywała na obecność nieznanego pierwiastka w minerale i, co naturalne, Lecoq de Boisbaudran dołożył wszelkich starań, aby wyizolować ten pierwiastek. Okazało się to trudne: zawartość nowego pierwiastka w rudzie wynosiła niecałe 0,1% i pod wieloma względami była podobna do cynku. Po długich eksperymentach naukowcowi udało się uzyskać nowy pierwiastek, ale w bardzo małej ilości. Tak mały (mniej niż 0,1 g), że Lecoq de Boisbaudran nie był w stanie w pełni zbadać jego właściwości fizykochemicznych.
Odkrycie galu – tak nowy pierwiastek nazwano na cześć Francji (Gallia to jego łacińska nazwa) – pojawiło się w sprawozdaniach Paryskiej Akademii Nauk.
DI Mendelejew przeczytał tę wiadomość i rozpoznał gal jako eka-aluminium, co przepowiedział pięć lat wcześniej. Mendelejew natychmiast napisał do Paryża. „Metoda odkrywania i izolowania, a także kilka opisanych właściwości prowadzą nas do założenia, że nowy metal to nic innego jak eka-aluminium” – czytamy w jego liście. Następnie powtórzył właściwości przewidziane dla tego pierwiastka. Co więcej, nie trzymając w rękach ziaren galu, nie widząc go osobiście, rosyjski chemik argumentował, że odkrywca pierwiastka się mylił, że gęstość nowego metalu nie może być równa 4,7, jak pisał Lecoq de Boisbaudran, to powinna być większa, około 5,9-6,0 g/cm3.
Dziwne, ale istnienie okresowePierwsi z jego afirmatorów, „wzmacniaczy”, nauczyli się prawa dopiero z tego listu. Jeszcze raz podkreślił i starannieoczyszczonych ziaren galu, aby sprawdzić wyniki pierwszych eksperymentów. Niektórzy historycy nauki uważają, że miało to na celu zhańbienie pewnego siebie Rosjanina"urządzenie prognozujące". Ale doświadczenie pokazało coś przeciwnego: odkrywca się mylił. Później napisał: „Nie ma chyba potrzeby podkreślać wyjątkowego znaczenia, jakie ma gęstość nowego pierwiastka dla potwierdzenia teoretycznych poglądów Mendelejewa”.
Inne przewidywane przez Mendelejewa właściwości pierwiastka nr 31 również pokrywały się niemal dokładnie z danymi eksperymentalnymi: „Przewidywania Mendelejewa znalazły uzasadnienie w drobnych odchyleniach: eka-glin zamienił się w gal”. Tak Engels charakteryzuje to wydarzenie w „Dialektyce natury”.
Nie trzeba dodawać, że odkrycie pierwszego z elementów przewidzianych przez Mendelejewa znacznie się wzmocniłostanowiska prawa okresowości.
Czytasz artykuł na temat historii galu
