Om grundämnet med atomnummer 31 minns de flesta läsare bara att det är ett av de tre grundämnen som förutspåtts och beskrivits mest detaljerat av D.I. Mendeleev, och att gallium är en mycket smältbar metall: värmen från handflatan är tillräcklig för att förvandla den till vätska.
Gallium är dock inte den mest smältbara av metaller (även om du inte räknar kvicksilver). Dess smältpunkt är 29,75°C, och cesium smälter vid 28,5°C; bara cesium, som vilken alkalimetall som helst, kan inte tas i dina händer, så det är naturligtvis lättare att smälta gallium i handflatan än cesium.
Vi började medvetet vår berättelse om element 31 med att nämna något som nästan alla känner till. Eftersom detta "kända" kräver förklaring. Alla vet att gallium förutspåddes av Mendeleev och upptäcktes av Lecoq de Boisbaudran, men inte alla vet hur upptäckten inträffade. Nästan alla vet att gallium är smältbart, men nästan ingen kan svara på frågan varför det är smältbart.
Hur upptäcktes gallium?
Den franske kemisten Paul Emile Lecoq de Boisbaudran gick till historien som upptäckaren av tre nya grundämnen: gallium (1875), samarium (1879) och dysprosium (1886). Den första av dessa upptäckter gav honom berömmelse.
På den tiden var han föga känd utanför Frankrike. Han var 38 år gammal och ägnade sig främst åt spektroskopisk forskning. Lecoq de Boisbaudran var en bra spektroskopist, och detta ledde till slut till framgång: han upptäckte alla sina tre element genom spektralanalys.
År 1875 undersökte Lecoq de Boisbaudran spektrumet av zinkblandningar från Pierrefitte (Pyrenéerna). En ny violett linje (våglängd 4170 Å) upptäcktes i detta spektrum. Den nya linjen indikerade närvaron av ett okänt element i mineralet, och helt naturligt gjorde Lecoq de Boisbaudran allt för att isolera detta element. Detta visade sig vara svårt att göra: innehållet av det nya grundämnet i malmen var mindre än 0,1 %, och på många sätt liknade det zink*. Efter långa experiment lyckades forskaren få ett nytt element, men i en mycket liten mängd. Så liten (mindre än 0,1 g) att Lecoq de Boisbaudrap inte helt kunde studera dess fysikaliska och kemiska egenskaper.
* Hur gallium erhålls från zinkblandning beskrivs nedan.
Upptäckten av gallium - så här namngavs det nya elementet för att hedra Frankrike (Gallia är dess latinska namn) - dök upp i rapporterna från Paris Academy of Sciences.
Detta meddelande lästes av D.I. Mendeleev och erkänd i gallium eka-aluminium, som han hade förutspått fem år tidigare. Mendeleev skrev omedelbart till Paris. "Metoden för upptäckt och isolering, såväl som de få egenskaper som beskrivs, får oss att tro att den nya metallen är ingen mindre än eka-aluminium," sade hans brev. Han upprepade sedan egenskaperna som förutspåtts för det elementet. Dessutom, utan att någonsin hålla korn av gallium i sina händer, utan att se det personligen, hävdade den ryske kemisten att upptäckaren av grundämnet hade fel, att densiteten för den nya metallen inte kan vara lika med 4,7, som Lecoq de Boisbaudran skrev, - den måste vara större, ungefär 5,9...6,0 g/cm 3!
Hur konstigt det än kan tyckas, lärde den första av hans bekräftande, "stärkande" sig om existensen av den periodiska lagen först från detta brev. Han isolerade och renade återigen korn av gallium för att kontrollera resultaten av de första experimenten. Vissa vetenskapshistoriker tror att detta gjordes i syfte att vanära den självsäkra ryska "prediktorn". Men erfarenheten visade motsatsen: upptäckaren hade fel. Han skrev senare: "Det finns inget behov, tror jag, att påpeka den exceptionella betydelse som tätheten av ett nytt element har i förhållande till bekräftelsen av Mendeleevs teoretiska åsikter."
Andra egenskaper hos element nr 31 som förutspåtts av Mendeleev sammanföll nästan exakt med experimentdata. "Mendeleevs förutsägelser gick i uppfyllelse med mindre avvikelser: eka-aluminium förvandlades till gallium." Det är så Engels karaktäriserar denna händelse i "Dialectics of Nature".
Det behöver inte sägas att upptäckten av det första av de element som förutspåtts av Mendeleev stärkte den periodiska lagens position avsevärt.
Varför är gallium smältbart?
För att förutsäga galliums egenskaper trodde Mendeleev att denna metall borde vara smältbar, eftersom dess analoger i gruppen - aluminium och indium - inte heller är eldfasta.
Men smältpunkten för gallium är ovanligt låg, fem gånger lägre än för indium. Detta förklaras av den ovanliga strukturen hos galliumkristaller. Dess kristallgitter bildas inte av enskilda atomer (som i "normala" metaller), utan av diatomiska molekyler. Ga 2 molekyler är mycket stabila, de bevaras även när gallium överförs till flytande tillstånd. Men dessa molekyler är anslutna till varandra endast av svaga van der Waals-krafter, och mycket lite energi behövs för att förstöra deras bindning.
Vissa andra egenskaper hos element nr 31 är associerade med molekylernas diatomicitet. I flytande tillstånd är gallium tätare och tyngre än i fast tillstånd. Den elektriska ledningsförmågan hos flytande gallium är också högre än hos fast gallium.
Externt ser det mer ut som tenn: en silvervit mjuk metall, den oxiderar inte eller mattas i luften.
Och i de flesta kemiska egenskaper är gallium nära aluminium. Liksom aluminium har galliumatomen tre elektroner i sin yttre omloppsbana. Liksom aluminium reagerar gallium lätt, även i kyla, med halogener (förutom jod). Båda metallerna löses lätt i svavelsyra och saltsyra, och båda reagerar med alkalier och ger amfotära hydroxider. Reaktionsdissociationskonstanter
Ga(OH)3 → Ga3+ + 3OH –
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
– kvantiteter av samma beställning.
Det finns dock skillnader i de kemiska egenskaperna hos gallium och aluminium.
Gallium oxideras märkbart av torrt syre endast vid temperaturer över 260°C, och aluminium, om det berövas sin skyddande oxidfilm, oxideras av syre mycket snabbt.
Med väte bildar gallium hydrider som liknar borhydrider. Aluminium kan bara lösa upp väte, men inte reagera med det.
Gallium liknar också grafit, kvarts och vatten.
På grafit – eftersom det lämnar ett grått märke på pappret.
För kvarts – elektrisk och termisk anisotropi.
Storleken på det elektriska motståndet hos galliumkristaller beror på vilken axel strömmen flyter längs. Det maximala till lägsta förhållandet är 7, mer än någon annan metall. Detsamma gäller för termisk expansionskoefficient.
Dess värden i riktning mot tre kristallografiska axlar (galliumkristaller är rombiska) är i förhållandet 31:16:11.
Och gallium liknar vatten genom att när det hårdnar expanderar det. Volymökningen märks – 3,2 %.
Enbart kombinationen av dessa motsägelsefulla likheter talar om den unika individualiteten hos element nr 31.
Dessutom har den egenskaper som inte finns i något annat element. När den väl smält kan den förbli i ett underkylt tillstånd i många månader vid en temperatur under dess smältpunkt. Detta är den enda metallen som förblir en vätska i ett enormt temperaturområde från 30 till 2230°C, och flyktigheten hos dess ångor är minimal. Även i ett djupt vakuum avdunstar det märkbart först vid 1000°C. Galliumånga är, till skillnad från fasta och flytande metaller, monoatomisk. Ga 2 → 2Ga-övergången kräver stora mängder energi; Detta förklarar svårigheten med galliumavdunstning.
Det stora temperaturområdet för det flytande tillståndet är grunden för en av de viktigaste tekniska tillämpningarna av element nr 31.
Vad är gallium bra för?
Galliumtermometrar kan i princip mäta temperaturer från 30 till 2230°C. Galliumtermometrar finns nu för temperaturer upp till 1200°C.
Element nr 31 används för tillverkning av lågsmältande legeringar som används i signalanordningar. Gallium-indium-legeringen smälter redan vid 16°C. Detta är den mest smältbara av alla kända legeringar.
Som ett grupp III-element som förbättrar "hål"-konduktiviteten i en halvledare, används gallium (med en renhet på minst 99,999%) som tillsats till germanium och kisel.
Intermetalliska föreningar av gallium med grupp V-element - antimon och arsenik - har själva halvledaregenskaper.
Tillsatsen av gallium till glasmassan gör det möjligt att erhålla glas med ett högt brytningsindex för ljusstrålar, och glas baserade på Ga 2 O 3 överför infraröda strålar bra.
Flytande gallium reflekterar 88 % av ljuset som faller på den, fast gallium reflekterar något mindre. Därför gör de galliumspeglar som är väldigt lätta att tillverka – galliumbeläggningen kan till och med appliceras med en pensel.
Ibland används galliums förmåga att väta fasta ytor väl, vilket ersätter kvicksilver i diffusionsvakuumpumpar. Sådana pumpar "håller" vakuum bättre än kvicksilverpumpar.
Försök har gjorts att använda gallium i kärnreaktorer, men resultaten av dessa försök kan knappast anses vara framgångsrika. Gallium fångar inte bara ganska aktivt neutroner (fångningstvärsnitt 2,71 ladugårdar), det reagerar också vid förhöjda temperaturer med de flesta metaller.
Gallium blev inte ett atomärt material. Det är sant att dess artificiella radioaktiva isotop 72 Ga (med en halveringstid på 14,2 timmar) används för att diagnostisera skelettcancer. Gallium-72 klorid och nitrat adsorberas av tumören, och genom att detektera strålningen som är karakteristisk för denna isotop bestämmer läkare nästan exakt storleken på främmande formationer.
Som du kan se är de praktiska möjligheterna med element nr 31 ganska breda. Det har ännu inte varit möjligt att använda dem helt på grund av svårigheten att erhålla gallium - ett ganska sällsynt grundämne (1,5 10 -3% av vikten av jordskorpan) och mycket spritt. Få inhemska galliummineraler är kända. Dess första och mest kända mineral, gallit CuGaS 2, upptäcktes först 1956. Senare hittades ytterligare två mineraler, redan mycket sällsynta.
Vanligtvis finns gallium i zink, aluminium, järnmalm, såväl som i kol - som en mindre förorening. Och vad är karakteristiskt: ju större denna förorening är, desto svårare är det att utvinna den, eftersom det finns mer gallium i malmerna av de metaller (aluminium, zink) som liknar den i egenskaper. Huvuddelen av markbundet gallium finns i aluminiummineraler.
Att extrahera gallium är ett dyrt "nöje". Därför används element nr 31 i mindre kvantiteter än någon av dess grannar i det periodiska systemet.
Det är naturligtvis möjligt att vetenskapen inom en snar framtid kommer att upptäcka något i gallium som kommer att göra det absolut nödvändigt och oersättligt, vilket hände med ett annat element som förutspåtts av Mendeleev - germanium. För bara 30 år sedan användes det ännu mindre än gallium, och då började "halvledarnas era"...
Att hitta mönster
Egenskaperna hos gallium förutspåddes av D.I. Mendeleev fem år före upptäckten av detta element. Den briljanta ryske kemisten baserade sina förutsägelser på mönstren för förändringar i egenskaper över grupper av det periodiska systemet. Men för Lecoq de Boisbaudran var upptäckten av gallium ingen lycklig olycka. En begåvad spektroskopist, redan 1863 upptäckte han mönster i förändringarna i spektra av element med liknande egenskaper. Genom att jämföra spektra av indium och aluminium kom han till slutsatsen att dessa element kan ha en "bror" vars linjer skulle fylla tomrummet i kortvågsdelen av spektrumet. Det var just denna saknade linje som han letade efter och hittade i spektrumet av zinkblandning från Pierrefit.
För jämförelse presenterar vi en tabell över de viktigaste egenskaperna som förutspås av D.I. Mendeleev eka-aluminium och gallium upptäckt av Lecoq de Boisbaudran.
| Ekaalluminium | Gallium |
| Atomvikt ca 68 | Atomvikt 69,72 |
| Måste vara lågsmältande | Smältpunkt 29,75°C |
| Specifik vikt nära 6,0 | Specifik vikt 5,9 (fast) och 6,095 (flytande) |
| Atomvolym 11,5 | Atomvolym 11,8 |
| Bör inte oxidera i luft | Oxiderar lätt endast vid spritröd värme |
| Vid höga temperaturer bör det sönderdela vatten | Vid höga temperaturer bryter det ner vatten |
| Sammansatta formler: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3 | Sammansatta formler: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3 |
| Bör bilda alun Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, men svårare än aluminium | Bildar alun med sammansättningen (NH 4) Ga(SO 4) 2 12H 2 O |
| Oxiden Ea 2 O 3 bör lätt reduceras och producera en metall som är mer flyktig än Al, och därför kan vi förvänta oss att ekalaluminium kommer att upptäckas genom spektralanalys | Gallium reduceras lätt från sin oxid genom kalcinering i en ström av väte, upptäckt med spektralanalys |
En lek med ord?
Vissa vetenskapshistoriker ser i namnet på element nr 31 inte bara patriotism, utan också oberäkneligheten hos dess upptäckare. Det är allmänt accepterat att ordet "gallium" kommer från latinets Gallia (Frankrike). Men om du vill kan du i samma ord se en antydan om ordet "tupp"! Det latinska för "tupp" är gallus, och det franska är le coq. Lecoq de Boisbaudran?
Beroende på ålder
I mineraler följer ofta gallium med aluminium. Intressant nog beror förhållandet mellan dessa element i ett mineral på tidpunkten för bildningen av mineralet. I fältspat finns det en galliumatom för varje 120 tusen aluminiumatomer. I nefeliner, som bildades mycket senare, är detta förhållande redan 1:6000, och i ännu "yngre" förstenat trä är det bara 1:13.
Första patentet
Det första patentet för användning av gallium togs för 60 år sedan. De ville använda element nr 31 i ljusbågslampor.
Undertrycker svavel, försvarar sig med svavel
En intressant interaktion mellan gallium och svavelsyra uppstår. Det åtföljs av frisättningen av elementärt svavel. I detta fall omsluter svavel metallens yta och förhindrar dess ytterligare upplösning. Om du tvättar metallen med varmt vatten kommer reaktionen att återupptas och fortsätta tills en ny "hud" av svavel växer på galliumet.
Dåligt inflytande
Flytande gallium reagerar med de flesta metaller och bildar legeringar och intermetalliska föreningar med ganska låga mekaniska egenskaper. Det är därför kontakt med gallium gör att många konstruktionsmaterial tappar styrka. Beryllium är det mest resistenta mot gallium: vid temperaturer upp till 1000°C motstår det framgångsrikt aggressiviteten hos element nr 31.
Och oxid också!
Mindre tillsatser av galliumoxid påverkar avsevärt egenskaperna hos oxiderna hos många metaller. Sålunda minskar blandningen av Ga2O3 till zinkoxid avsevärt dess sintringsförmåga. Men lösligheten av zink i en sådan oxid är mycket större än i ren zink. Och titandioxidens elektriska ledningsförmåga sjunker kraftigt när Ga 2 O 3 tillsätts.
Hur man får gallium
Inga industriella fyndigheter av galliummalmer har hittats i världen. Därför måste gallium utvinnas från zink- och aluminiummalmer som är mycket fattiga på det. Eftersom sammansättningen av malmer och galliumhalten i dem inte är densamma, är metoderna för att erhålla grundämne nr 31 ganska varierande. Låt oss berätta, som ett exempel, hur gallium utvinns från zinkblandning, mineralet i vilket detta element först upptäcktes.
Först och främst bränns zinkblandningen ZnS, och de resulterande oxiderna lakas med svavelsyra. Tillsammans med många andra metaller går gallium i lösning. Zinksulfat dominerar i denna lösning - huvudprodukten som måste renas från föroreningar, inklusive gallium. Det första steget i reningen är utfällningen av det så kallade järnslammet. Med den gradvisa neutraliseringen av den sura lösningen faller detta slam ut. Den innehåller ca 10% aluminium, 15% järn och (vilket är viktigast för oss nu) 0,05...0,1% gallium. För att extrahera gallium lakas slammet med syra eller natriumhydroxid - galliumhydroxid är amfoter. Den alkaliska metoden är bekvämare, eftersom utrustningen i detta fall kan tillverkas av billigare material.
Under påverkan av alkali går aluminium- och galliumföreningar i lösning. När denna lösning försiktigt neutraliseras utfälls galliumhydroxid. Men en del av aluminiumet faller också ut. Därför löses fällningen igen, denna gång i saltsyra. Resultatet är en lösning av galliumklorid, förorenad övervägande med aluminiumklorid. Dessa ämnen kan separeras genom extraktion. Eter tillsätts och, till skillnad från AlCl3, passerar GaCl3 nästan fullständigt in i det organiska lösningsmedlet. Skikten separeras, etern avdestilleras och den resulterande galliumkloriden behandlas återigen med koncentrerad kaustiksoda för att fälla ut och separera järnföroreningen från galliumet. Galliummetall erhålls från denna alkaliska lösning. Erhålls genom elektrolys vid en spänning på 5,5 V. Gallium avsätts på en kopparkatod.
Galium och tänder
Gallium ansågs länge vara giftigt. Först under de senaste decennierna har denna missuppfattning motbevisats. Lågsmältande gallium har intresserade tandläkare. Redan 1930 föreslogs det först att ersätta gallium med kvicksilver i kompositioner för tandfyllningar. Ytterligare forskning både här och utomlands bekräftade utsikterna för en sådan ersättning. Kvicksilverfria metallfyllningar (kvicksilver ersatt av gallium) används redan inom tandvården.
Det kemiska grundämnet galium finns praktiskt taget aldrig i naturen i fri form. Det finns i mineralföroreningar, från vilka det är ganska svårt att separera. Gallium anses vara ett sällsynt ämne, några av dess egenskaper har inte studerats fullt ut. Det används dock inom medicin och elektronik. Vad är detta element? Vilka egenskaper har den?
Är gallium en metall eller en icke-metall?
Elementet tillhör den trettonde gruppen av den fjärde perioden. Det är uppkallat efter den historiska regionen Gallien, som Frankrike, hemlandet för upptäckaren av elementet, var en del av. Symbolen Ga används för att beteckna den.
Galium ingår i gruppen lättmetaller tillsammans med aluminium, indium, germanium, tenn, antimon och andra grundämnen. Som en enkel substans är den skör och mjuk och har en silvervit färg med en lätt blåaktig nyans.
Upptäcktshistoria
Mendeleev "förutspådde" gallium och lämnade en plats för det i den tredje gruppen av det periodiska systemet (enligt det föråldrade systemet). Han namngav ungefär dess atommassa och förutspådde till och med att grundämnet skulle upptäckas spektroskopiskt.
Några år senare upptäcktes metallen av fransmannen Paul Emile Lecoq. I augusti 1875 studerade en vetenskapsman ett spektrum från en fyndighet i Pyrenéerna och lade märke till nya violetta linjer. Grundämnet fick namnet galium. Innehållet i mineralet var extremt litet och Lecoq lyckades isolera endast 0,1 gram. Upptäckten av metallen var en av bekräftelserna på riktigheten av Mendeleevs förutsägelse.
Fysikaliska egenskaper
Galliummetall är mycket seg och smältbar. Vid låga temperaturer förblir den i fast tillstånd. För att förvandla det till vätska räcker det med en temperatur på 29,76 grader Celsius eller 302,93 Calvin. Du kan smälta den genom att hålla den i handen eller doppa den i en het vätska. För höga temperaturer gör det mycket aggressivt: vid 500 grader Celsius och uppåt kan det korrodera andra metaller.
Kristallgittret av galium bildas av diatomiska molekyler. De är mycket stabila, men svagt kopplade till varandra. För att bryta deras anslutning behövs en mycket liten mängd energi, så gallium blir lätt flytande. Det är fem gånger mer smältbart än indium.
I flytande tillstånd är metallen tätare och tyngre än i fast tillstånd. Dessutom leder den ström bättre. Under normala förhållanden är dess densitet 5,91 g/cm³. Metall kokar vid -2230 grader Celsius. När den härdat expanderar den cirka 3,2 %.
Kemiska egenskaper
I många kemiska egenskaper liknar gallium aluminium, men är mindre aktivt och reaktionerna med det är långsammare. Den reagerar inte med luft och bildar omedelbart en oxidfilm som förhindrar oxidation. Det reagerar inte på väte, bor, kisel, kväve och kol.
Metallen interagerar bra med nästan alla halogener. Det reagerar med jod endast vid upphettning, det reagerar med klor och brom även vid rumstemperatur. I varmt vatten börjar det tränga undan väte, bildar salter med mineralsyror och frigör även väte.
Galium kan bilda amalgamer med andra metaller. Om flytande gallium tappas på ett fast stycke aluminium kommer det att börja tränga in i det. Genom att invadera kristallgittret av aluminium kommer det flytande ämnet att göra det sprött. Efter bara några dagar kan ett massivt metallblock krossas för hand utan större ansträngning.
Ansökan
Inom medicinen används galiummetall för att bekämpa tumörer och hyperkalcemi, och är även lämplig för radioisotopdiagnostik av skelettcancer. Däremot kan läkemedel som innehåller ämnet orsaka biverkningar som illamående och kräkningar.
Galliummetall används också i mikrovågselektronik. Det används för tillverkning av halvledare och lysdioder, som ett piezomaterial. Metalllim erhålls från en legering av gallium med skandium eller nickel. När det är legerat med plutonium spelar det rollen som stabilisator och används i kärnvapenbomber.
Glas med denna metall har ett högt brytningsindex, och dess oxid Ga 2 O 3 tillåter glaset att sända infraröda strålar. Rent gallium kan användas för att göra enkla speglar eftersom det reflekterar ljuset bra.
Galiumöverflöd och avlagringar
Var kan jag få tag i gallium? Metall kan enkelt beställas online. Dess kostnad varierar från 115 till 360 dollar per kilogram. Metallen anses vara sällsynt, den är mycket spridd i jordskorpan och bildar praktiskt taget inte sina egna mineraler. Sedan 1956 har alla tre hittats.
Gallium finns ofta i zink och järn, dess föroreningar finns i kol, beryl, granat, magnetit, turmalin, fältspat, klorit och andra mineraler. I genomsnitt är dess innehåll i naturen cirka 19 g/t.
Mest galium finns i ämnen som är nära det i sammansättning. På grund av detta är det svårt och dyrt att utvinna det från dem. Metallens eget mineral kallas gallit med formeln CuGaS 2 . Den innehåller även koppar och svavel.
Påverkan på människor
Lite är känt om metallens biologiska roll och dess effekter på människokroppen. I det periodiska systemet finns det bredvid de grundämnen som är livsnödvändiga för oss (aluminium, järn, zink, krom). Det finns en åsikt att gallium, som ett ultramikroelement, är en del av blodet, påskyndar dess flöde och förhindrar bildandet av blodproppar.
På ett eller annat sätt finns en liten mängd av ämnet i människokroppen (10 -6 - 10 -5%). Galium kommer in i det tillsammans med vatten och jordbruksprodukter. Det hålls kvar i benvävnad och lever.
Galliummetall anses vara lågtoxisk eller villkorligt giftig. Vid kontakt med huden finns små partiklar kvar på den. Det ser ut som en grå smutsig fläck som lätt kan tas bort med vatten. Ämnet lämnar inga brännskador, men i vissa fall kan det orsaka dermatit. Det är känt att höga halter av galium i kroppen orsakar störningar i levern, njurarna och nervsystemet, men detta kräver en mycket stor mängd av metallen.
Han formulerade sin periodiska lag och sammanställde det periodiska systemet; många metaller var ännu inte kända för vetenskapen.
Detta hindrade dock inte kemisten från att bygga sitt periodiska system och lämnade tomma celler för element som ännu inte upptäckts. Dessa "tomma fläckar" fylldes snart. Ett av dessa element som förutspåtts av Mendeleev kommer att diskuteras i dag.
Möt gallium, nummer 31 i tabellen. Den tredje gruppen är en lågsmältande metall, som i egenskaper liknar aluminium och kisel. Mendeleev beskrev inte bara egenskaperna hos denna metall tillräckligt detaljerat, utan angav också dess atomvikt med nästan hundra procents noggrannhet.
Upptäckt och ursprung för namnet
Gallium upptäcktes och isolerades som ett enkelt ämne av den franske kemisten Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. Detta hände 1875, när vetenskapsmannen undersökte prover av zinkblandning från Pyrenéerna. Forskningen utfördes med spektroskopi och forskaren märkte en lila linje i malmens spektrum, vilket indikerar närvaron av ett okänt grundämne i mineralet.
Att isolera grundämnet i dess rena form krävde mycket arbete, eftersom dess innehåll i malmen var mindre än 0,1 %. Till slut lyckades Lecoq de Boisbaudran få fram mindre än 0,1 gram rent ämne och studera det. Grundämnet som upptäcktes av fransmannen visade sig vara mycket likt zink i egenskaper.
Vid nästa möte för vetenskapsakademin i Paris, som hölls den 20 september 1875, lästes ett brev från Lecoq de Boisbaudran, som rapporterade upptäckten av ett nytt grundämne och studiet av dess egenskaper. Kemisten rapporterade också att han döpte det nyupptäckta elementet till Frankrikes ära, enligt dess latinska namn - Gallia.
När Mendeleev läste den publicerade rapporten om denna upptäckt, noterade han att beskrivningen av egenskaperna hos det nya elementet nästan exakt sammanfaller med beskrivningen av eka-aluminium som han tidigare hade förutspått. Mendeleev var inte sen med att informera Lecoq de Boisbaudran om detta och påpekade att densiteten för den nya metallen bestämdes felaktigt och borde vara 5,9-6,0, och inte 4,7 g/cm3. En noggrann kontroll visade att Mendeleev hade rätt.
Galliumbrytning
I naturen bildar gallium inga stora avlagringar. Vissa mineraler innehåller gallium i relativt stora mängder (för denna metall): granat, sfalerit, turmalin, beryl, fältspat, nefelin.
Den rikaste källan till gallium är mineralet germanit, en malm som består av kopparsulfid som kan innehålla 0,5-0,7 % gallium. Dessutom erhålls gallium från bearbetning av bauxit och nefelin. Denna metall kan också erhållas genom att bearbeta polymetalliska malmer och kol.
Förorenat gallium tvättas med vatten, filtreras sedan genom porösa plattor och upphettas i vakuum för att avlägsna flyktiga föroreningar. För att erhålla gallium av hög renhet används kemiska (reaktioner mellan salter), elektrokemiska (elektrolys av lösningar) och fysikaliska (nedbrytnings) metoder.
De fyndigheter där gallium bryts finns huvudsakligen i sydvästra Afrika, samt i Ryssland och några av OSS-länderna.
Egenskaper hos gallium
Gallium är en mjuk, seg, silverfärgad metall. Vid låga temperaturer är den i fast tillstånd, men smälter vid en temperatur något över rumstemperatur (29,8°C).
I allmänhet är det breda temperaturintervallet för existensen av det flytande tillståndet för denna metall (från 30 till 2230 °C) en av egenskaperna hos gallium. De kemiska egenskaperna hos gallium ligger nära de hos aluminium. På grund av dess låga smältbarhet transporteras gallium i plastpåsar.
Före tillkomsten av halvledare användes gallium för att skapa lågsmältande legeringar. Idag används gallium främst i mikroelektronik som en del av halvledare. Galliumnitrid används för att skapa halvledarlasrar och lysdioder i det blå och ultravioletta området.
Gallium är ett utmärkt smörjmedel. Metalllim som är mycket viktiga rent praktiskt har skapats utifrån gallium och nickel, gallium och scandium. Galliummetall används också för att fylla kvartstermometrar för att mäta höga temperaturer, och ersätter kvicksilver med denna metall. Detta beror på att gallium har en betydligt högre kokpunkt jämfört med kvicksilver.
Gallium är en av de dyraste metallerna. Så 2005 kostade ett ton gallium 1,2 miljoner US-dollar på världsmarknaden. På grund av dess höga kostnad och det stora behovet av denna metall är det mycket viktigt att etablera dess fullständiga utvinning i aluminiumproduktion och bearbetning av kol till flytande bränsle.
GALLIUM är en metall som smälter i dina händer.
Metall GALLIUM
Gallium är ett element i huvudundergruppen av den tredje gruppen av den fjärde perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D.I. Mendeleev, med atomnummer 31. Det betecknas med symbolen Ga (lat. Gallium). Tillhör gruppen lättmetaller. Det enkla ämnet gallium (CAS-nummer: 7440-55-3) är en mjuk seg metall av silvervit (enligt andra källor, ljusgrå) färg med en blåaktig nyans.
Metall GALLIUM
Gallium: Smältpunkt 29,76 °C
Låg toxicitet, du kan plocka upp den och smälta den!
Material för halvledarelektronik
Galliumarsenid GaAs
Ett lovande material för halvledarelektronik.
Galliumnitrid
används vid skapandet av halvledarlasrar och lysdioder i det blå och ultravioletta området. Galliumnitrid har utmärkta kemiska och mekaniska egenskaper som är typiska för alla nitridföreningar.
Gallium-71 isotop
är det viktigaste materialet för att detektera neutriner och i samband med detta står tekniken inför en mycket akut uppgift att isolera denna isotop från en naturlig blandning för att öka känsligheten hos neutrinodetektorer. Eftersom innehållet av 71Ga i en naturlig blandning av isotoper är cirka 39,9 %, kan isoleringen av en ren isotop och dess användning som neutrinodetektor öka detektionskänsligheten med 2,5 gånger.
Kemiska egenskaper
Gallium är dyrt; 2005, på världsmarknaden, kostade ett ton gallium 1,2 miljoner US-dollar, och på grund av det höga priset och samtidigt det stora behovet av denna metall är det mycket viktigt att etablera dess fullständiga utvinning i aluminiumproduktion och bearbetning av kol i flytande bränsle.
Gallium har ett antal legeringar som är flytande vid rumstemperatur, och en av dess legeringar har en smältpunkt på 3 °C (In-Ga-Sn eutektisk), men å andra sidan är gallium (legeringar i mindre utsträckning) mycket aggressiv mot de flesta konstruktionsmaterial (sprickbildning och erosion av legeringar vid höga temperaturer). Till exempel, i förhållande till aluminium och dess legeringar, är gallium en kraftfull hållfasthetsreducerare (se adsorptionsminskning i styrka, Rehbinder-effekt). Denna egenskap hos gallium demonstrerades tydligast och studerades i detalj av P. A. Rebinder och E. D. Shchukin under kontakten av aluminium med gallium eller dess eutektiska legeringar (försprödning av flytande metall). Som kylvätska är gallium ineffektivt och ofta helt enkelt oacceptabelt.
Gallium är ett utmärkt smörjmedel
Metalllim som är mycket viktiga rent praktiskt har skapats utifrån gallium och nickel, gallium och scandium.
Galliummetall används också för att fylla kvartstermometrar (istället för kvicksilver) för att mäta höga temperaturer. Detta beror på att gallium har en betydligt högre kokpunkt jämfört med kvicksilver.
Galliumoxid är en del av ett antal strategiskt viktiga lasermaterial i granatgruppen - GSGG, YAG, ISGG, etc.
Om grundämnet med atomnummer 31 minns de flesta läsare bara att det är ett av de tre grundämnen som förutspåtts och beskrivits mest detaljerat av D.I. Mendeleev, och att det är en mycket smältbar metall: värmen från handflatan är tillräcklig för att förvandla den till vätska.
Vi började medvetet vår berättelse om element nr 31 med att nämna något som är känt för nästan alla. Eftersom detta "kända" kräver förklaring. Alla vet att gallium förutspåddes av Mendeleev och upptäcktes av Lecoq de Boisbaudran, men inte alla vet hur upptäckten inträffade. Nästan alla vet att gallium är smältbart, men nästan ingen kan svara på frågan varför det är smältbart.
Hur upptäcktes gallium?
Den franske kemisten Paul Emile Lecoq de Boisbaudran gick till historien som upptäckaren av tre nya grundämnen: gallium (1875), samarium (1879) och dysprosium (1886). Den första av dessa upptäckter gav honom berömmelse.
På den tiden var han föga känd utanför Frankrike. Han var 38 år gammal och ägnade sig främst åt spektroskopisk forskning. Lecoq de Boisbaudran var en bra spektroskopist, och detta ledde till slut till framgång: han upptäckte alla sina tre element genom spektralanalys.
År 1875 undersökte Lecoq de Boisbaudran spektrumet av zinkblandningar från Pierrefitte (Pyrenéerna). En ny violett linje (våglängd 4170A) upptäcktes i detta spektrum. Den nya linjen indikerade närvaron av ett okänt element i mineralet, och helt naturligt gjorde Lecoq de Boisbaudran allt för att isolera detta element. Detta visade sig vara svårt att göra: innehållet av det nya grundämnet i malmen var mindre än 0,1 %, och på många sätt liknade det zink. Efter långa experiment lyckades forskaren få ett nytt element, men i en mycket liten mängd. Så liten (mindre än 0,1 g) att Lecoq de Boisbaudran inte helt kunde studera dess fysikaliska och kemiska egenskaper.
Upptäckten av gallium - så här namngavs det nya elementet för att hedra Frankrike (Gallia är dess latinska namn) - dök upp i rapporterna från Paris Academy of Sciences.
D.I. Mendeleev läste detta meddelande och kände igen gallium som eka-aluminium, vilket han hade förutspått fem år tidigare. Mendeleev skrev omedelbart till Paris. "Metoden för upptäckt och isolering, såväl som de få egenskaper som beskrivs, får oss att anta att den nya metallen inte är något annat än eka-aluminium," stod det i hans brev. Han upprepade sedan egenskaperna som förutspåtts för det elementet. Den ryska kemisten, som aldrig höll galliumkorn i sina händer utan att se det personligen, hävdade att upptäckaren av grundämnet hade fel, att densiteten för den nya metallen inte kan vara lika med 4,7, som Lecoq de Boisbaudran skrev, det bör vara större, cirka 5,9-6,0 g/cm3.
Konstigt nog, men förekomsten av periodiskaDen första av dess bekräftare, "förstärkare", lärde sig lagen endast från detta brev. Han framhävde återigen och försiktigtrenade galliumkorn för att kontrollera resultaten av de första experimenten. Vissa vetenskapshistoriker tror att detta gjordes i syfte att vanära den självsäkra ryssen"prediktor". Men erfarenheten visade motsatsen: upptäckaren hade fel. Han skrev senare: "Det finns inget behov, tror jag, att påpeka den exceptionella betydelse som tätheten av ett nytt element har i förhållande till bekräftelsen av Mendeleevs teoretiska åsikter."
Andra egenskaper hos element nr 31 som förutspåtts av Mendeleev sammanföll också nästan exakt med experimentdata. "Mendeleevs förutsägelser motiverades med mindre avvikelser: eka-aluminium förvandlades till gallium." Det är så Engels karaktäriserar denna händelse i "Dialectics of Nature".
Onödigt att säga att upptäckten av det första av de element som förutspåtts av Mendeleev stärktes avsevärtden periodiska lagens ståndpunkter.
Du läser en artikel om ämnet galliumhistoria
