Про елемент з атомним номером 31 більшість читачів пам'ятають лише, що це один із трьох елементів, передбачених та найбільш докладно описаних Д.І. Менделєєвим, і що галій - дуже легкоплавкий метал: щоб перетворити його на рідину, достатньо тепла долоні.
Втім, галій - не легкоплавкий з металів (навіть якщо не рахувати ртуть). Його температура плавлення 29,75 ° C, а цезій плавиться при 28,5 ° C; тільки цезій, як і всякий лужний метал, до рук не візьмеш, тому на долоні, природно, галій розплавити легше, ніж цезій.
Заспівай розповідь про елемент №31 ми навмисне почали зі згадування у тому, що відомо багатьом. Тому що це «відоме» потребує пояснень. Всі знають, що галій пророкував Менделєєва, а відкритий Лекоком де Буабодраном, але далеко не всім відомо, як відбулося відкриття. Багато хто знає, що галій легкоплавкий, але майже ніхто не може відповісти на питання, чому він легкоплавкий.
Як було відкрито галій
Французький хімік Поль Еміль Лекок де Буабодран увійшов до історії як відкривач трьох нових елементів: галію (1875), самарію (1879) та диспрозію (1886). Перше із цих відкриттів принесло йому славу.
У той час поза Францією він був мало відомий. Йому було 38 років, він займався переважно спектроскопічними дослідженнями. Спектроскопіст Лекок де Буабодран був хорошим, і це, зрештою, призвело до успіху: всі три свої елементи він відкрив методом спектрального аналізу.
У 1875 р. Лекок де Буабодран досліджував спектр цинкової обманки, привезеної з Пьеррфита (Піренеї). У цьому спектрі і було виявлено нову фіолетову лінію (довжина хвилі 4170 Å). Нова лінія свідчила про присутність у мінералі невідомого елемента, і, звісно, Лекок де Буабодран доклав максимум зусиль, щоб цей елемент виділити. Зробити це виявилося непросто: вміст нового елемента в руді було менше 0,1%, і багато в чому він був подібний до цинку*. Після тривалих дослідів ученому вдалося отримати новий елемент, але в дуже невеликій кількості. Настільки невеликий (менше 0,1 г), що вивчити його фізичні та хімічні властивості Лекок де Буабодрап зміг далеко не повно.
* Про те, як отримують галій із цинкової обманки, розказано нижче.
Повідомлення про відкриття галію – так на честь Франції (Галія – її латинська назва) було названо новий елемент – з'явилося у доповідях Паризької академії наук.
Це повідомлення прочитав Д.І. Менделєєв і впізнав у галії передбачений ним п'ять років раніше екаалюміній. Менделєєв відразу написав у Париж. «Спосіб відкриття та виділення, а також деякі описані властивості змушують припускати, що новий метал не що інше, як екаалюміній», – йшлося у його листі. Потім він повторював передбачені для цього елемента властивості. Більше того, ніколи не тримаючи в руках крупинки галію, не бачачи його в очі, російський хімік стверджував, що першовідкривач елемента помилився, що щільність нового металу не може дорівнювати 4,7, як писав Лекок де Буабодран, - вона повинна бути більше, приблизно 5,9...6,0 г/см 3 !
Як це не дивно, але про існування періодичного закону перший з його ствердний, «зміцнювальний», дізнався лише з цього листа. Він ще раз виділив і ретельно очистив крихти галію, щоб перевірити результати перших дослідів. Деякі історики науки вважають, що робилося це з метою осоромити самовпевненого російського «провісника». Але досвід показав протилежне: помилився першовідкривач. Пізніше він писав: "Не потрібно, я думаю, вказувати на виняткове значення, яке має щільність нового елемента щодо підтвердження теоретичних поглядів Менделєєва".
Майже точно збіглися з даними досвіду та інші передбачені Менделєєвим властивості елемента №31. «Пророцтва Менделєєва виправдалися з незначними відхиленнями: екаалюміній перетворився на галій». Так характеризує цю подію Енгельс у «Діалектиці природи».
Чи треба говорити, що відкриття першого із передбачених Менделєєвим елементів значно зміцнило позиції періодичного закону.
Чому галій легкоплавок?
Передбачаючи властивості галію, Менделєєв вважав, що цей метал повинен бути легкоплавким, оскільки його аналоги по групі – алюміній та індій – теж не відрізняються тугоплавкістю.
Але температура плавлення галію незвичайно низька, у п'ять разів нижча, ніж у Індії. Пояснюється це незвичною будовою кристалів галію. Його кристалічні грати утворені не окремими атомами (як у «нормальних» металів), а двоатомними молекулами. Молекули Ga 2 дуже стійкі, вони зберігаються навіть при переведенні галію в рідкий стан. Але між собою ці молекули пов'язані лише слабкими вандерваальсовими силами, і для руйнування їхнього зв'язку потрібно зовсім небагато енергії.
З двоатомністю молекул пов'язані деякі властивості елемента №31. У рідкому стані галій щільніше і важче, ніж у твердому. Електропровідність рідкого галію також більша, ніж твердого.
Зовні - найбільше на олово: сріблясто-білий м'який метал, на повітрі він не окислюється і не тьмяніє.
А з більшості хімічних властивостей галій близький до алюмінію. Як і в алюмінію, на зовнішній орбіті атома галію три електрони. Як і алюміній, галій легко, навіть на холоді, взаємодіє з галогенами (крім йоду). Обидва метали легко розчиняються в сірчаній та соляній кислотах, обидва реагують із лугами та дають амфотерні гідроксиди. Константи дисоціації реакцій
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –
Н 3 GaО 3 → 3Н + + GaO 3–3
– величини одного порядку.
Є, однак, і відмінності у хімічних властивостях галію та алюмінію.
Сухим киснем галій помітно окислюється лише за температури вище 260°C, а алюміній, якщо позбавити його захисної плівки, окислюється киснем дуже швидко.
З воднем галій утворює гідриди, подібні до гідридів бору. Алюміній здатний тільки розчиняти водень, але не вступати з ним в реакцію.
А ще галій схожий на графіт, на кварц, воду.
На графіт – тим, що залишає сірий слід на папері.
На кварц – електричною та тепловою анізотропністю.
Розмір електричного опору кристалів галію залежить від цього, уздовж який осі проходить струм. Ставлення максимуму до мінімуму дорівнює 7 – більше, ніж будь-якого іншого металу. Те саме і з коефіцієнтом теплового розширення.
Величини його у напрямку трьох кристалографічних осей (кристали галію ромбічні) відносяться як 31:16:11.
А на воду галій схожий на те, що, затвердіючи, він розширюється. Приріст обсягу помітний – 3,2%.
Вже одне поєднання цих суперечливих подібностей свідчить про неповторну індивідуальність елемента №31.
Крім того, у нього є властивості, які не притаманні жодному елементу. Розплавлений він може багато місяців залишатися в переохолодженому стані при температурі нижче точки плавлення. Це єдиний з металів, який залишається рідиною у величезному інтервалі температур від 30 до 2230 ° C, причому леткість його пар мінімальна. Навіть у глибокому вакуумі він помітно випаровується лише за 1000°C. Пари галію на відміну від твердого та рідкого металу одноатомні. Перехід Ga 2 → 2Ga потребує великих витрат енергії; цим пояснюється труднощі випаровування галію.
Великий температурний інтервал рідкого стану – основа одного з основних технічних застосувань елемента №31.
На що галій придатний?
Галлієві термометри дозволяють в принципі виміряти температуру від 30 до 2230°C. Наразі випускаються галієві термометри для температур до 1200°C.
Елемент №31 йде виробництво легкоплавких сплавів, які у сигнальних пристроях. Сплав галію з індиєм плавиться вже за 16°C. Це найлегший з усіх відомих сплавів.
Як елемент III групи, що сприяє посиленню в напівпровіднику «діркової» провідності, галій (чистотою не менше 99,999%) застосовують як присадку до германію та кремнію.
Інтерметалеві сполуки галію з елементами V групи – сурмою та миш'яком – самі мають напівпровідникові властивості.
Добавка галію в скляну масу дозволяє отримати скла з високим коефіцієнтом заломлення світлових променів, а скла на основі Ga 2 O 3 добре пропускають інфрачервоні промені.
Рідкий галій відбиває 88% світла, що падає на нього, твердий - трохи менше. Тому роблять дуже прості у виготовленні дзеркала галлієві – галієве покриття можна наносити навіть пензлем.
Іноді використовують здатність галію добре змочувати тверді поверхні, замінюючи їм ртуть у дифузійних ваккумних насосах. Такі насоси краще "тримають" вакуум, ніж ртутні.
Були спроби застосувати галій в атомних реакторах, але навряд чи результати цих спроб вважатимуться успішними. Мало того, що галій досить активно захоплює нейтрони (перетин захоплення 2,71 барна), він ще реагує за підвищених температур з більшістю металів.
Галій не став атомним матеріалом. Щоправда, його штучний радіоактивний ізотоп 72 Ga (з періодом напіврозпаду 14,2 годин) застосовують для діагностики раку кісток. Хлорид і нітрат галію-72 адсорбуються пухлиною, і, фіксуючи характерне для цього ізотопу випромінювання, медики майже точно визначають розміри сторонніх утворень.
Як бачите, практичні можливості елемента №31 досить широкі. Використовувати їх повністю поки що не вдається через труднощі отримання галію – елемента досить рідкісного (1,5 10 –3 % ваги земної кори) і дуже розсіяного. Власних мінералів галію відомо небагато. Перший і найвідоміший його мінерал, галліт CuGaS 2 виявлено лише в 1956 р. Пізніше було знайдено ще два мінерали, зовсім рідкісні.
Зазвичай галій знаходять у цинкових, алюмінієвих, залізних рудах, а також у кам'яному вугіллі - як незначну домішку. І що характерно: чим більше ця домішка, тим важче її витягти, тому що галію більше в рудах тих металів (алюміній, цинк), які близькі йому за властивостями. Основна частина земного галію міститься у мінералах алюмінію.
Вилучення галію – «задоволення» дороге. Тому елемент №31 використовується у менших кількостях, ніж будь-який його сусід за періодичною системою.
Не виключено, звичайно, що наука найближчого майбутнього відкриє в галії щось таке, що він стане абсолютно необхідним і незамінним, як це сталося з іншим елементом, передбаченим Менделєєвим, – Німеччиною. Усього 30 років тому його застосовували ще менше, ніж галій, а потім почалася «ера напівпровідників».
Пошуки закономірностей
Властивості галію передбачені Д.І. Менделєєвим за п'ять років до відкриття цього елемента. Геніальний російський хімік будував свої прогнози на закономірностях зміни властивостей за групами періодичної системи. Але й для Лекока де Буабодрана відкриття галію був щасливою випадковістю. Талановитий спектроскопіст, ще в 1863 р. виявив закономірності у зміні спектрів близьких за властивостями елементів. Порівнюючи спектри індію та алюмінію, він дійшов висновку, що у цих елементів може бути «зібрат», лінії якого заповнили б пропуск у короткохвильовій частині спектру. Саме таку лінію він шукав і знайшов у спектрі цинкової обманки з Пьеррфита.
Наводимо порівняння таблицю основних властивостей, передбаченого Д.І. Менделєєвим екаалюмінію і відкритого Лекоком де Буабодраном галію.
| Екаалюміній | Галій |
| Атомна вага близько 68 | Атомна вага 69,72 |
| Повинен бути низькоплавким | Температура плавлення 29,75°C |
| Питома вага близька до 6,0 | Питома вага 5,9 (у твердому стані) та 6,095 (у рідкому) |
| Атомний об'єм 11,5 | Атомний об'єм 11,8 |
| Не повинен окислюватися на повітрі | Злегка окислюється тільки за духом червоного гартування |
| За високої температури повинен розкладати воду | При високій температурі розкладає воду |
| Формули з'єднань: ЕаСl 3 Еа 2 Про 3 , Еа 2 (SO 4) 3 | Формули з'єднань: GaCl 3 , Ga 3 Про 3 , Ga 2 (SO 4) 3 |
| Повинен утворювати галун Еа 2 (SO 4) 3 Ме 2 SO 4 · 24H 2 О, але важче, ніж алюміній | Утворює галун складу (NH 4) Ga(SO 4) 2 · 12H 2 O |
| Окис Еа 2 Про 3 повинен легко відновлюватися і давати метал летючіший, ніж Аl, а тому можна очікувати, що екаалюміній буде відкритий шляхом спектрального аналізу | Галій легко відновлюється з окису прожарюванням у струмі водню, відкритий за допомогою спектрального аналізу |
Ігра слів?
Деякі історики науки вбачають у назві елемента №31 як патріотизм, а й нескромність його первооткрывателя. Прийнято вважати, що слово "Галій" походить від латинського Gallia (Франція). Але за бажання в тому ж слові можна побачити натяк на слово «півень»! Латиною «півень» – gallus, французькою – le coq. Лекок де Буабодран?
Залежно від віку
У мінералах галій часто супроводжує алюміній. Цікаво, що співвідношення цих елементів у мінералі залежить від часу утворення мінералу. У польових шпатах один атом галію припадає на 120 тис. Атомів алюмінію. У нефелінах, що утворилися набагато пізніше, це співвідношення вже 1:6000, а в ще більш «молодій» деревині, що скам'яніла, - всього 1:13.
Перший патент
Перший патент застосування галію взятий 60 років тому. Елемент №31 хотіли використати у дугових електричних лампах.
Сірку витісняє, сіркою захищається
Цікаво відбувається взаємодія галію із сірчаною кислотою. Воно супроводжується виділенням елементарної сірки. При цьому сірка обволікає поверхню металу та перешкоджає його подальшому розчиненню. Якщо ж обмити метал гарячою водою, реакція відновиться, і йтиме доти, доки на галії не наросте нова «шкіра» із сірки.
Шкідливий вплив
Рідкий галій взаємодіє з більшістю металів, утворюючи сплави та інтерметалеві сполуки з досить низькими механічними властивостями. Саме тому зіткнення з галієм призводить багато конструкційних матеріалів до втрати міцності. Найбільш стійкий до дії галію берилій: при температурі до 1000°C успішно протистоїть агресивності елемента №31.
І окис теж!
Незначні добавки окису галію помітно впливають на властивості оксидів багатьох металів. Так, домішка Ga 2 O 3 до окису цинку значно зменшує її спекуваність. Зате розчинність цинку в такому оксиді набагато більша, ніж у чистому. А у двоокису титану при додаванні Ga2O3 різко падає електропровідність.
Як отримують галій
Промислові родовища галієвих руд у світі не знайдено. Тому галій доводиться витягувати з дуже небагатих ним цинкових та алюмінієвих руд. Оскільки склад руд та вміст у них галію неоднакові, способи одержання елемента №31 досить різноманітні. Розкажемо для прикладу, як витягують галій із цинкової обманки – мінералу, в якому цей елемент було виявлено вперше.
Насамперед, цинкову обманку ZnS обпалюють, а оксиди, що утворилися, вилуговують сірчаною кислотою. Разом з багатьма іншими металами галій перетворюється на розчин. Переважає у цьому розчині сульфат цинку – основний продукт, який треба очистити від домішок, у тому числі від галію. Перша стадія очищення - осадження так званого залізного шламу. При поступовій нейтралізації кислого розчину цей шлам випадає осад. У ньому виявляється близько 10% алюмінію, 15% заліза і (що нам зараз найважливіше) 0,05...0,1% галію. Для вилучення галію шлам вилуговують кислотою або їдким натром - гідроксид галію амфотерну. Лужний спосіб зручніший, оскільки в цьому випадку можна робити апаратуру з менш дорогих матеріалів.
Під дією лугу сполуки алюмінію та галію переходять у розчин. Коли цей розчин обережно нейтралізують, гідроксид галію випадає в осад. Але осад переходить і частина алюмінію. Тому осад розчиняють ще раз, тепер уже у соляній кислоті. Виходить розчин хлористого галію, забруднений переважно хлористим алюмінієм. Розділити ці речовини вдається екстракцією. Приливають ефір і, на відміну АlСl 3 , GaСl 3 майже повністю переходить в органічний розчинник. Шари поділяють, відганяють ефір, а отриманий хлорид галію ще раз обробляють концентрованим їдким натром, щоб перевести в осад і відокремити від галію домішка заліза. З цього лужного розчину одержують металевий галій. Отримують електролізом при напрузі 55 в. Облягають галій на мідному катоді.
Галій та зуби
Довгий час вважалося, що галій токсичний. Лише за останні десятиліття ця неправильна думка спростована. Легкоплавкий галій зацікавив стоматологів. Ще 1930 р. було вперше запропоновано замінити галієм ртуть у композиціях для пломбування зубів. Подальші дослідження і в нас, і за кордоном підтвердили перспективність такої заміни. Безртутні металеві пломби (ртуть замінена галієм) вже застосовують у стоматології.
Хімічний елемент галій мало зустрічається у природі у вільному вигляді. Він існує у домішках мінералів, від яких його досить складно відокремити. Галій вважається рідкісною речовиною, деякі її властивості не вивчені повністю. Проте він застосовується в медицині та електроніці. Що за елемент? Якими властивостями він має?
Галій – метал чи неметал?
В елемент відноситься до тринадцятої групи четвертого періоду. Він названий на честь історичної області – Галлії, частиною якої була Франція – батьківщина першовідкривача елемента. Для його позначення використовують символ Ga.
Галій входить у групу легких металів разом із алюмінієм, індієм, германієм, оловом, сурмою та інші елементами. Як проста речовина він є тендітним і м'яким, має сріблясто-білий колір з легким блакитним відтінком.
Історія відкриття
Менделєєв "передбачив" галій, залишивши йому місце у третій групі періодичної таблиці (за застарілою системою). Він назвав його атомну масу і навіть передбачив, що елемент буде відкритий спектроскопічно.
Вже за кілька років метал був виявлений французом Полем Емілем Лекоком. У серпні 1875 року вчений вивчав спектр із родовища в Піренеях і помітив нові фіолетові лінії. Елемент був названий галієм. Його вміст у мінералі було вкрай маленьким і Лекоку вдалося виділити лише 0,1 грама. Відкриття металу стало одним із підтверджень правильності передбачення Менделєєва.
Фізичні властивості
Метал галій дуже пластичний та легкоплавкий. За низьких температур він перебуває у твердому стані. Для перетворення його на рідину достатньо температури 29,76 градусів Цельсія або 302,93 за Кальвіном. Розплавити його можна, тримаючи в руці або опустивши в гарячу рідину. Занадто високі температури роблять його дуже агресивним: за 500 градусів за Цельсієм і вище він здатний роз'їдати інші метали.
Кристалічна решітка галію утворена двоатомними молекулами. Вони дуже стійкі, але між собою пов'язані слабко. Щоб порушити їх зв'язок, необхідно зовсім невелика кількість енергії, тому галій легко стає рідким. За легкоплавкістю він у п'ять разів перевершує індій.
У рідкому стані метал більш щільний і важкий, ніж у твердому. Крім того, він найкраще проводить електрику. За нормальних умов його густина становить 5,91 г/см³. Закипає метал при -2230 градусів за Цельсієм. При затвердінні він розширюється приблизно на 3,2%.
Хімічні властивості
За багатьма хімічними властивостями галій схожий на алюміній, але виявляє меншу активність та реакції з ним проходять повільніше. Він не вступає в реакцію з повітрям, моментально утворюючи оксидну плівку, яка запобігає його окисленню. Він не реагує на водень, бір, кремній, азот та вуглець.
Метал відмінно взаємодіє практично з будь-якими галогенами. З йодом вступає в реакцію лише при нагріванні, з хлором та бромом реагує навіть при кімнатній температурі. У гарячій воді він починає витісняти водень, з мінеральними кислотами утворює солі і вивільняє водень.
З іншими металами галій здатний створювати амальгами. Якщо рідкий галій капнути на твердий шмат алюмінію, він почне проникати в нього. Вторгаючись у кристалічну решітку алюмінію, рідка речовина зробить його крихкою. Вже за кілька днів твердий металевий брусок можна буде кришити руками, не докладаючи особливих зусиль.
Застосування
У медицині метал галій використовують для боротьби з пухлинами та гіперкальціємією, він також підходить для радіоізотопної діагностики раку кісток. Однак препарати, що містять речовину, можуть викликати побічні ефекти, наприклад, нудоту та блювання.
Застосування метал галій знаходить і в надчастотної електроніки. Його використовують для виготовлення напівпровідників та світлодіодів, як п'єзоматеріал. Зі сплаву галію зі скандією або нікелем виходять металеві клеї. У сплаві з плутонією він відіграє роль стабілізатора та застосовується у ядерних бомбах.
Скло з цим металом мають високий коефіцієнт заломлення променів, а його оксид Ga 2 O 3 дозволяє склу пропускати інфрачервоні промені. Чистий галій може використовуватися для виготовлення простих дзеркал, тому що добре відбиває світло.
Поширеність та родовища галію
Де взяти галію? Метал легко можна замовити в Інтернеті. Його вартість коливається від 115 до 360 доларів за кілограм. Метал вважається рідкісним, він дуже розсіяний у земній корі і мало утворює своїх мінералів. З 1956 їх було знайдено всі три.
Найчастіше галій знаходять у складі цинкових, залізних, його домішки виявляють у кам'яному вугіллі, берилі, гранаті, магнетиті, турмаліні, польовому шпаті, хлоритах та інших мінералах. У середньому його вміст у природі становить близько 19 г/т.
Найбільше галію міститься в речовинах, близьких до нього за складом. Через це його складно і дорого витягувати з них. Власний мінерал металу називається галліт із формулою CuGaS 2 . Він містить також мідь та сірку.
Вплив на людину
Про біологічну роль металу та його вплив на організм людини відомо мало. У періодичній таблиці він знаходиться поруч із елементами, які нам життєво необхідні (алюміній, залізо, цинк, хром). Існує думка, що як ультрамікроелемент галій входить до складу крові, прискорюючи її струм і запобігаючи утворенню тромбів.
Так чи інакше, невелика кількість речовини міститься в організмі людини (10 –6 – 10 –5 %). Галій надходить до нього разом із водою та сільськогосподарськими продуктами харчування. Він затримується в кістковій тканині та печінці.
Метал галій вважається малотоксичним чи умовно-токсичним. При контакті зі шкірою дрібні частинки залишаються у ньому. Це виглядає як сіра брудна пляма, яка легко забирається водою. Речовина не залишає опіків, але в окремих випадках може спричинити дерматит. Відомо, що високий вміст галію в організмі викликає порушення в печінці, нирках та нервовій системі, але для цього потрібна дуже велика кількість металу.
Сформулював свій періодичний закон і склав періодичну ж таблицю, багато металів були науці ще не відомі.
Це, втім, не завадило хіміку побудувати свою періодичну систему, залишивши порожні клітини ще не відкритих елементів. Ці "білі плями" незабаром були заповнені. Про один із таких передбачених Менделєєвим елементів і піде сьогодні мова.
Знайомтеся: галій, 31 номер у таблиці. Третя група, легкоплавкий метал, близький за властивостями до алюмінію та кремнію. Менделєєв як досить докладно описав властивості цього металу, а й майже зі стовідсотковою точністю вказав його атомний вагу.
Відкриття та походження назви
Галій був відкритий і виділений у вигляді речовини французьким хіміком Полем Емілем Лекоком де Буабодраном. Сталося це в 1875 році, вчений досліджував зразки цинкової обманки, привезені з Піренеїв. Дослідження проводилися методом спектроскопії та вчений помітив у спектрі руди фіолетову лінію, що свідчить про присутність у мінералі невідомого елемента.
Виділення елемента у чистому вигляді зажадало чимало праці, оскільки вміст його у руді було менше 0,1%. Зрештою, Лекоку де Буабодрану вдалося отримати менше 0,1 грама чистої речовини та дослідити її. Виявлений французом елемент за властивостями виявився багато в чому подібним до цинку.
На черговому засіданні Паризької академії наук, що відбулося 20 вересня 1875 року, було зачитано листа Лекока де Буабодрана, в якому повідомлялося про відкриття нового елемента та вивчення його властивостей. Також хімік повідомляв, що назвав нововідкритий елемент на честь Франції, за її латинською назвою – Галлія (Gallia).
Коли Менделєєв прочитав опубліковану доповідь, присвячену цьому відкриття, він зазначив, що опис властивостей нового елемента майже точно співпадає з описом передбаченого ним раніше екаалюмінію. Менделєєв не забарився повідомити про це Лекоку де Буабодрану, вказавши, що щільність нового металу визначена невірно і має бути 5,9-6,0, а не 4,7 г/см3. Ретельна перевірка показала правоту Менделєєва.
Видобуток галію
У природі галій великих родовищ не утворює. У деяких мінералах галій міститься відносно великих (для цього металу): гранат, сфалерит, турмалін, берил, польові шпати, нефелін.
Найбагатше джерело галію - мінерал германіт, руда, що складається з сульфіду міді, яка може містити 0,5-0,7% галію. Крім цього, галій отримують при переробці бокситу та нефеліну. Також цей метал можна отримати за допомогою переробки поліметалевих руд, вугілля.
Забруднений галій промивають водою, після цього фільтрують через пористі пластини та нагрівають у вакуумі для того, щоб видалити леткі домішки. Для отримання галію високої чистоти використовують хімічний (реакції між солями), електрохімічний (електроліз розчинів) та фізичний (розкладання) методи.
Родовища, на яких ведеться видобуток галію, знаходяться, головним чином у Південно-Західній Африці, а також у Росії та деяких країнах СНД.
Властивості галію
Галій – м'який пластичний метал сріблястого кольору. При низьких температурах знаходиться в твердому стані, але плавиться вже при температурі, що не набагато перевищує кімнатну (29,8 ° C).
Взагалі широкий температурний інтервал існування рідкого стану цього металу (від 30 до 2230 °C) є однією з особливостей галію. Хімічні властивості галію близькі до властивостей алюмінію. У зв'язку з легкоплавкістю перевезення галію здійснюється в поліетиленових пакетах.
До появи напівпровідників галій використовувався для створення легкоплавких сплавів. Сьогодні галій використовується, головним чином, в мікроелектроніці у складі напівпровідників. Нітрід галію використовується у створенні напівпровідникових лазерів та світлодіодів синього та ультрафіолетового діапазону.
Галій - чудовий мастильний матеріал. На основі галію та нікелю, галію та скандію створені дуже важливі в практичному плані металеві клеї. Металічним галієм заповнюють кварцові термометри для вимірювання високих температур, замінюючи цим металом ртуть. Це з тим, що галій має значно вищу температуру кипіння проти ртуттю.
Галій - один із найдорожчих металів. Так, у 2005 році на світовому ринку тонна галію коштувала 1,2 млн доларів США. У зв'язку з його високою вартістю та з великою потребою в цьому металі, дуже важливо налагодити його повне вилучення при алюмінієвому виробництві та переробці кам'яного вугілля на рідке паливо.
ГАЛІЙ метал який тане в руках.
Метал ГАЛІЙ
Галій - елемент головної підгрупи третьої групи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з атомним номером 31. Позначається символом Ga (лат. Gallium). Належить до групи легких металів. Проста речовина галій (CAS-номер: 7440-55-3) - м'який пластичний метал сріблясто-білого (за іншими даними світло-сірого) кольору із синюватим відтінком.
Метал ГАЛІЙ
Галій:Температура плавлення 29.76 °C
малотоксичний, можна взяти в руки та розплавити!
Матеріал для напівпровідникової електроніки
Арсенід Галія GaAs
Перспективний матеріал для напівпровідникової електроніки
Нітрід галію
використовується у створенні напівпровідникових лазерів та світлодіодів синього та ультрафіолетового діапазону. Нітрид галію має чудові хімічні та механічні властивості, типові для всіх нітридних сполук.
Ізотоп галій-71
є найважливішим матеріалом для реєстрації нейтрино і у зв'язку з цим перед технікою стоїть дуже актуальне завдання виділення цього ізотопу із природної суміші з метою підвищення чутливості детекторів нейтрино. Так як вміст 71Ga становить природної суміші ізотопів близько 39,9%, то виділення чистого ізотопу і використання його як детектор нейтрино здатне підвищити чутливість реєстрації в 2,5 рази.
Хімічні властивості
Галій доріг, у 2005 році на світовому ринку тонна галію коштувала 1,2 млн доларів США, і у зв'язку з високою ціною і водночас з великою потребою в цьому металі дуже важливо налагодити його повне вилучення при алюмінієвому виробництві та переробці кам'яного вугілля на рідке паливо.
Галій має ряд сплавів, рідких при кімнатній температурі, і один з його сплавів має температуру плавлення 3 ° C (евтектика In-Ga-Sn), але з іншого боку галій (сплави меншою мірою) дуже агресивний до більшості конструкційних матеріалів (розтріскування і розмивання сплавів за високої температури). Наприклад, по відношенню до алюмінію та його сплавів галій є потужним знижувачем міцності (див. адсорбційне зниження міцності, ефект Ребіндера). Цю властивість галію було яскраво продемонстровано і детально вивчено П. А. Ребіндером та Є. Д. Щукіним при контакті алюмінію з галієм або його евтектичними сплавами (рідкометалеве крихтіння). Як теплоносій галій малоефективний, а часто просто неприйнятний.
Галій - чудовий мастильний матеріал
На основі галію та нікелю, галію та скандію створені дуже важливі в практичному плані металеві клеї.
Металічним галієм заповнюють також кварцові термометри (замість ртуті) для вимірювання високих температур. Це з тим, що галій має значно вищу температуру кипіння проти ртуттю.
Оксид галію входить до складу низки стратегічно важливих лазерних матеріалів групи гранатів - ДСГГ, ІАГ, ІСГГ та ін.
Про елемент з атомним номером 31 більшість читачів пам'ятають лише, що це один із трьох елементів, передбачених та найбільш докладно описаних Д.І. Менделєєвим, і що - дуже легкоплавкий метал: щоб перетворити його на рідину, достатньо тепла долоні.
Свою розповідь про елемент № 31 ми навмисне розпочали зі згадки про те, що відомо майже всім. Тому що це «відоме» потребує пояснень. Всі знають, що галій пророкував Менделєєвим, а відкритий Лекоком де Буабодраном, але далеко не всім відомо, як відбулося відкриття. Багато хто знає, що галій легкоплавкий, але майже ніхто не може відповісти на питання, чому він легкоплавкий.
Як було відкрито галій
Французький хімік Поль Еміль Лекок де Буабодран увійшов до історії як відкривач трьох нових елементів: галію (1875), самарію (1879) та диспрозію (1886). Перше із цих відкриттів принесло йому славу.
У той час за межами Франції він був мало відомий. Йому було 38 років, він займався переважно спектроскопічними дослідженнями. Спектроскопіст Лекок де Буабодран був хорошим, і це зрештою призвело до успіху: всі три свої елементи він відкрив методом спектрального аналізу.
У 1875 р. Лекок де Буабодран досліджував спектр цинкової обманки, привезеної з Пьеррфита (Піренеї). У цьому спектрі і було виявлено нову фіолетову лінію (довжина хвилі 4170А). Нова лінія свідчила про присутність у мінералі невідомого елемента, і, звісно, Лекок де Буабодран доклав максимум зусиль, щоб цей елемент виділити. Зробити це виявилося непросто: вміст нового елемента в руді було менше 0,1%, і багато в чому він був подібний до цинку. Після тривалих дослідів ученому вдалося отримати новий елемент, але в дуже невеликій кількості. Настільки невеликому (менше 0,1 г), що вивчити його фізичні та хімічні властивості Лекок де Буабодран зміг далеко не повно.
Повідомлення про відкриття галію - так на честь Франції (Галія - її латинська назва) було названо новий елемент - з'явилося в доповідях Паризької академії наук.
Це повідомлення прочитав Д. І. Менделєєв і впізнав у галії передбачений ним п'ять років раніше екаалюміній. Менделєєв відразу написав у Париж. "Спосіб відкриття і виділення, а також деякі описані властивості змушують припускати, що новий метал не що інше, як екаалюміній", - говорилося в його листі. Потім він повторював передбачені для цього елемента властивості. Більше того, ніколи не тримаючи в руках крупинки галію, не бачачи його в очі, російський хімік стверджував, що першовідкривач елемента помилився, що щільність нового металу не може дорівнювати 4,7, як писав Лекок де Буабодран, вона повинна бути більшою, приблизно 5,9-6,0 г/см3.
Як це не дивно, але про існування періодичногозакону перший із його стверджувачів, «укріплювачів», дізнався лише з цього листа. Він ще раз виділив і ретельноочистив крихти галію, щоб перевірити результати перших дослідів. Деякі історики науки вважають, що робилося це з метою осоромити самовпевнену російську«провісника». Але досвід показав протилежне: помилився першовідкривач. Пізніше він писав: "Не потрібно, я думаю, вказувати на виняткове значення, яке має щільність нового елемента щодо підтвердження теоретичних поглядів Менделєєва".
Майже точно збіглися з даними досвіду та інші передбачені Менделєєвим властивості елемента № 31. «Пророцтва Менделєєва виправдалися з незначними відхиленнями: екаалюміній перетворився на галій». Так характеризує цю подію Енгельс у «Діалектиці природи».
Чи потрібно говорити, що відкриття першого із передбачених Менделєєвим елементів значно зміцнилопозиції періодичного закону.
Ви читаєте, стаття на тему галій історія
