Galiul este un metal care se topește în mâinile tale. Pentru toată lumea și orice Aplicație de galiu
El și-a formulat legea periodică și a alcătuit tabelul periodic multe metale nu erau încă cunoscute de știință.
Acest lucru, însă, nu l-a împiedicat pe chimist să-și construiască sistemul periodic, lăsând celule goale pentru elemente nedescoperite încă. Aceste „locuri goale” au fost în curând umplute. Unul dintre aceste elemente prezise de Mendeleev va fi discutat astăzi.
Faceți cunoștință cu galiu, numărul 31 în tabel. Al treilea grup este un metal cu punct de topire scăzut, cu proprietăți similare cu aluminiul și siliciul. Mendeleev nu numai că a descris proprietățile acestui metal în detaliu suficient, ci și-a indicat și greutatea atomică cu o precizie de aproape sută la sută.
Descoperirea și originea numelui
Galiul a fost descoperit și izolat ca substanță simplă de chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. Acest lucru s-a întâmplat în 1875, când omul de știință a examinat mostre de blende de zinc aduse din Pirinei. Cercetarea a fost efectuată folosind spectroscopie, iar omul de știință a observat o linie violetă în spectrul minereului, indicând prezența unui element necunoscut în mineral.
Izolarea elementului în forma sa pură a necesitat multă muncă, deoarece conținutul său în minereu era mai mic de 0,1%. În final, Lecoq de Boisbaudran a reușit să obțină mai puțin de 0,1 grame de substanță pură și să o studieze. Elementul descoperit de francez s-a dovedit a fi foarte asemănător ca proprietăți cu zincul.
La următoarea întâlnire a Academiei de Științe din Paris, care a avut loc la 20 septembrie 1875, a fost citită o scrisoare a lui Lecoq de Boisbaudran, care a raportat descoperirea unui nou element și studiul proprietăților acestuia. Chimistul a mai raportat că a numit elementul nou descoperit în onoarea Franței, după numele său latin - Gallia.
Când Mendeleev a citit raportul publicat despre această descoperire, a remarcat că descrierea proprietăților noului element coincide aproape exact cu descrierea eka-aluminiului pe care o prezisese anterior. Mendeleev nu a întârziat să informeze Lecoq de Boisbaudran despre acest lucru, subliniind că densitatea noului metal a fost determinată incorect și ar trebui să fie 5,9-6,0, și nu 4,7 g/cm3. O verificare amănunțită a arătat că Mendeleev avea dreptate.
Exploatarea galiului
În natură, galiul nu formează depozite mari. Unele minerale conțin galiu în cantități relativ mari (pentru acest metal): granat, sfalerit, turmalină, beril, feldspat, nefelină.
Cea mai bogată sursă de galiu este germanitul mineral, un minereu compus din sulfură de cupru care poate conține 0,5-0,7% galiu. În plus, galiul este obținut din prelucrarea bauxitei și a nefelinei. Acest metal poate fi obținut și prin prelucrarea minereurilor polimetalice și a cărbunelui.
Galiul contaminat este spălat cu apă, apoi filtrat prin plăci poroase și încălzit în vid pentru a îndepărta impuritățile volatile. Pentru a obține galiu de înaltă puritate, se folosesc metode chimice (reacții între săruri), electrochimice (electroliza soluțiilor) și fizice (descompunere).
Depozitele în care se extrage galiul sunt situate în principal în Africa de Sud-Vest, precum și în Rusia și unele dintre țările CSI.
Proprietățile galiului
Galiul este un metal moale, ductil, de culoare argintie. La temperaturi scăzute este în stare solidă, dar se topește la o temperatură puțin peste temperatura camerei (29,8°C).
În general, intervalul larg de temperatură de existență a stării lichide a acestui metal (de la 30 la 2230 °C) este una dintre caracteristicile galiului. Proprietățile chimice ale galiului sunt apropiate de cele ale aluminiului. Datorită fuzibilității sale scăzute, galiul este transportat în pungi de plastic.
Înainte de apariția semiconductorilor, galiul a fost folosit pentru a crea aliaje cu punct de topire scăzut. Astăzi, galiul este folosit în principal în microelectronică ca parte a semiconductorilor. Nitrura de galiu este folosită la crearea laserelor semiconductoare și a LED-urilor în gama albastră și ultravioletă.
Galiul este un lubrifiant excelent. Adezivii metalici care sunt foarte importanți din punct de vedere practic au fost creați pe bază de galiu și nichel, galiu și scandiu. Galiul metal este folosit și pentru a umple termometrele cu cuarț pentru măsurarea temperaturilor ridicate, înlocuind mercurul cu acest metal. Acest lucru se datorează faptului că galiul are un punct de fierbere semnificativ mai mare în comparație cu mercurul.
Galiul este unul dintre cele mai scumpe metale. Deci, în 2005, o tonă de galiu a costat 1,2 milioane de dolari SUA pe piața mondială. Datorită costului său ridicat și nevoii mari de acest metal, este foarte important să se stabilească extracția sa completă în producția de aluminiu și procesarea cărbunelui în combustibil lichid.
DEFINIȚIE
Galiu- treizeci și unu element al tabelului periodic. Denumire - Ga din latinescul „gallium”. Situat în a patra perioadă, grupa IIIA. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 31.
Galiul este un element rar și nu se găsește în natură în concentrații semnificative. Se obține în principal din concentrate de zinc după topirea zincului din acestea.
În stare liberă, galiul este un metal moale alb-argintiu (Fig. 1) cu un punct de topire scăzut. Este destul de stabil în aer, nu descompune apa, dar se dizolvă ușor în acizi și alcalii.
Orez. 1. Galiu. Aspect.
Masa atomică și moleculară a galiului
Masa moleculară relativă a unei substanțe (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare de 1/12 din masa unui atom de carbon, iar masa atomică relativă a unui element (A r) este de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 masa unui atom de carbon.
Deoarece galiul există în stare liberă sub formă de molecule monoatomice Ga, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 69.723.
Izotopi de galiu
Se știe că în natură galiul poate fi găsit sub formă de doi izotopi stabili 69 Ga (60,11%) și 71 Ga (39,89%). Numerele lor de masă sunt 69 și, respectiv, 71. Nucleul unui atom al izotopului de galiu 69 Ga conține treizeci și unu de protoni și treizeci și opt de neutroni, iar izotopul 71 Ga conține același număr de protoni și patruzeci de neutroni.
Există izotopi radioactivi artificiali instabili ai galiului cu numere de masă de la 56 la 86, precum și trei stări izomerice ale nucleelor, printre care cel mai longeviv izotop 67 Ga cu un timp de înjumătățire de 3,26 zile.
Ioni de galiu
La nivelul energetic exterior al atomului de galiu există trei electroni, care sunt de valență:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 .
Ca rezultat al interacțiunii chimice, galiul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:
Ga 0 -2e → Ga 2+ ;
Ga 0 -3e → Ga 3+ .
Moleculă și atom de galiu
În stare liberă, galiul există sub formă de molecule Ga monoatomice. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de galiu:
Aliaje de galiu
Prin adăugarea de galiu la aluminiu se obțin aliaje care pot fi ușor prelucrate la cald; Aliajele galiu-aur sunt folosite în protetica dentară și bijuterii.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
Exercițiu | Galiul natural are doi izotopi. Conținutul izotopului 71 Ga este de 36%. Găsiți un alt izotop dacă masa atomică relativă medie a elementului galiu este 69,72. Determinați numărul de neutroni din izotopul găsit. |
Soluţie | Fie numărul de masă al celui de-al doilea izotop de galiu să fie egal cu „x” - x Ga. Să determinăm conținutul celui de-al doilea izotop de galiu din natură: w(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64%. Masa atomică relativă medie a unui element chimic se calculează astfel: Ar = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; Prin urmare, al doilea izotop al galiului este 69 Ga. Numărul atomic al galiului este 31, ceea ce înseamnă că nucleul unui atom de galiu conține 31 de protoni și 31 de electroni, iar numărul de neutroni este egal cu: n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (numărul elementului) = 69 - 31 = 38. |
Răspuns | Izotopul 69 Ga, care conține 38 de neutroni și 31 de protoni. |
EXEMPLUL 2
Exercițiu | În ceea ce privește proprietățile sale chimice, galiul este similar cu un alt element - aluminiul. Pe baza acestei asemănări, scrieți formulele oxizilor și hidroxizilor care conțin galiu și, de asemenea, creați ecuații de reacție care caracterizează proprietățile chimice ale acestui element. |
Răspuns | Galiul, ca și aluminiul, este situat în grupa III a subgrupului principal al Tabelului Periodic D.I. Mendeleev. În compușii săi, ca și aluminiul, prezintă o stare de oxidare (+3). Galiul este caracterizat printr-un oxid (Ga 2 O 3) și un hidroxid (Ga(OH) 3), care prezintă proprietăți amfotere. Ga203 + 3Si02 = Ga2(Si03)3; |
Chimie
Galiu nr 31
Subgrupul galiului. Conținutul fiecărui membru al acestui subgrup în scoarța terestră de-a lungul seriei galiu (4-10~4%) - indiu (2-10~6) - taliu (8-10-7) scade. Toate cele trei „elemente sunt extrem de dispersate și nu este tipic ca ele să se găsească sub formă de anumite minerale. Dimpotrivă, impuritățile minore ale compușilor lor conțin minereuri din multe metale. Ga, In și Ti sunt obținute din deșeuri în timpul prelucrarea unor astfel de minereuri.
În stare liberă, galiul, indiul și taliul sunt metale alb-argintii. Cele mai importante constante ale acestora sunt comparate mai jos:
Ga In Tl
Proprietățile fizice ale galiului
Densitate, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Punct de topire, °C. . . 30 157 304
Punct de fierbere, °C... . 2200 2020 1475
Conductivitate electrică (Hg = 1). . 2 11 6
Prin duritate galiu aproape de conducere, In și Ti - și mai moale 6-13.
În aer uscat, galiul și indiul nu se schimbă, iar taliul este acoperit cu o peliculă de oxid gri. Când sunt încălzite, toate cele trei elemente se combină energetic cu oxigenul și sulful. Ele interacționează cu clorul și bromul la temperaturi obișnuite, dar cu iodul numai atunci când sunt încălzite. Situate în seria de tensiuni în jurul fierului, Ga, In și Ti sunt solubile în acizi.14’ 15
Valența obișnuită a galiului și indiului este de trei. Taliul dă derivați în care este tri- și monovalent. 18
Oxizii de galiu și analogii săi - alb Ga 2 O 3, galben In203 și maro T1203 - sunt insolubili în apă - hidroxizii corespunzători E (OH) 3 (care pot fi obținuți din săruri) sunt sedimente gelatinoase, practic insolubile în apă, dar solubil în acizi. Hidroxizii de Ga și In alb sunt, de asemenea, solubili în soluții de alcaline puternice cu formare de galați și indate similare cu aluminați. Prin urmare, sunt de natură amfoteră, iar proprietățile acide sunt mai puțin pronunțate în 1n(OH)3 și mai pronunțate în Ga(OH)3 decât în Al(OH)3. Astfel, pe lângă alcalii puternici, Ga(OH)3 este solubil în soluții puternice de NH4OH. Dimpotrivă, Ti(OH)3 roșu-brun nu se dizolvă în alcalii.
Ionii Ga" și In" sunt incolori, ionul Ti" are o culoare gălbuie. Sărurile majorității acizilor produse din acestea sunt foarte solubile în apă, dar sunt foarte hidrolizate; Dintre sărurile solubile ale acizilor slabi, multe suferă o hidroliză aproape completă. În timp ce derivații de valențe inferioare Ga și In nu sunt tipici pentru ei, pentru taliu sunt cei mai caracteristici acei compuși în care este monovalent. Prin urmare, sărurile T13+ au proprietăți oxidante vizibil pronunțate.
Oxidul de taliu (T120) se formează ca urmare a interacțiunii elementelor la temperaturi ridicate. Este o pulbere higroscopică neagră. Cu apă, oxidul de taliu formează hidrat de azot galben (T10H), care, atunci când este încălzit, desparte ușor apa și revine la T120.
Oxidul de taliu hidrat este foarte solubil în apă și este o bază puternică. Sărurile pe care le formează sunt în mare parte incolore și
se cristalizează fără apă. Clorura, bromura și iodura sunt aproape insolubile, dar unele alte săruri sunt solubile în apă. TiOH arbitrar și acizii slabi din cauza hidrolizei dau o reacție alcalină în soluție. Sub influența agenților oxidanți puternici (de exemplu, apa cu clor), taliul monovalent este oxidat la taliu trivalent.57-66.
În ceea ce privește proprietățile chimice ale elementelor și ale compușilor acestora, subgrupul galiu este în multe privințe similar cu subgrupul germaniu. Astfel, pentru Ge și Ga valența mai mare este mai stabilă, pentru Pb și T1, caracterul chimic al hidroxizilor este mai scăzut. este în seria Ge-Sn-Pb și Ga-In-Ti se modifică în același mod Uneori apar asemănări mai subtile, de exemplu, solubilitatea scăzută a sărurilor halogenuri (Cl, Br, I) atât ale Pb, cât și ale Ti. Cu toate acestea, există și diferențe semnificative între elementele ambelor subgrupe (parțial datorită valențelor lor diferite): natura acidă a hidroxizilor de Ga și a analogilor săi este mult mai puțin pronunțată decât cea a elementelor corespunzătoare ale subgrupului de germaniu, în contrast cu PbF; 2, fluorura de taliu este foarte solubilă etc.
Suplimente de galiu
- Toți cei trei membri ai subgrupului luat în considerare au fost descoperiți folosind un spectroscop: 1 taliu - în 1861, indiu - în 1863 și galiu - în 1875. Ultimul dintre aceste elemente a fost prezis și descris de D. I. Mendeleev cu 4 ani înainte de descoperirea sa (VI § 1). Galiul natural este compus din izotopi cu numere de masă 69 (60,2%) și 71 (39,8); indiu-113 (4,3) și 115 (95,7); taliu - 203 (29,5) și 205 (70,5%).
- În starea fundamentală, atomii elementelor subgrupului de galiu au structura unor învelișuri de electroni exterioare 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) și sunt monovalenti, i Excitarea stărilor trivalente necesită costuri de 108 (Ga) , 100 (In) sau 129, (Ti) kcal/g-atom. Energiile de ionizare consecutive sunt 6,00; 20,51; 30,70 pentru Ga; 5,785; 18,86; 28,03 pentru In: 6,106; 20,42; 29,8 eV pentru T1. Afinitatea electronică a atomului de taliu este estimată la 12 kcal/g-atom.
- Galita minerală rar (CuGaS 2) este cunoscută pentru galiu. Urme ale acestui element se găsesc constant în minereurile de zinc. Cantități semnificativ de mari din acesta: E (până la 1,5%) au fost găsite în cenușa unor cărbuni. Cu toate acestea, principala materie primă pentru producția industrială de galiu este bauxita, care conține de obicei impurități minore (până la 0,1%). Este extras prin electroliză din lichide alcaline, care sunt un produs intermediar al procesării bauxitei naturale în alumină tehnică. Producția globală anuală de galiu este în prezent de doar câteva tone, dar poate fi crescută semnificativ.
- Indiul este obținut în principal ca produs secundar în timpul procesării complexe a minereurilor de sulf Zn, Pb și Cu. Producția sa globală anuală se ridică la câteva zeci de tone.
- Taliul este concentrat în principal în pirit (FeS2). Prin urmare, nămolul din producția de acid sulfuric este o materie primă bună pentru obținerea acestui element. Producția globală anuală de taliu este mai mică decât cea de indiu, dar se ridică și la zeci de tone.
- Pentru a izola Ga, In și T1 în stare liberă, se utilizează fie electroliza soluțiilor sărurilor lor, fie incandescența oxizilor într-un curent de hidrogen. Căldura de fuziune și evaporare a metalelor au următoarele valori: 1,3 și 61 (Ga), 0,8 și 54 (In), 1,0 și 39 kcal/g-atom (T1). Căldura lor de sublimare (la 25 °C) este 65 (Ga), 57 (In) și 43 kcal/g-atom (T1). În perechi, toate cele trei elemente constau aproape exclusiv din molecule monoatomice.
- Rețeaua cristalină de galiu este formată nu din atomi individuali (cum este de obicei pentru metale), ci din molecule diatomice (rf = 2,48A). Reprezintă astfel un caz interesant de coexistență a structurilor moleculare și metalice (III § 8). Moleculele de Ga2 se păstrează și în galiu lichid, a cărui densitate (6,1 g/cm) este mai mare decât densitatea metalului solid (analogie cu apa și bismutul). O creștere a presiunii este însoțită de o scădere a temperaturii de topire a galiului. La presiuni mari, pe lângă modificarea obișnuită (Gal), s-a stabilit și existența altor două forme. Punctele triple (cu fază lichidă) se află pentru Gal - Gall la 12 mii atm și 3 °C, iar pentru Gall - Gall la 30 mii atm și 45 °C.
- Galiul este foarte predispus la hipotermie și a fost posibil să-l mențină în stare lichidă până la -40 ° C. Cristalizarea rapidă repetată a unei topituri suprarăcite poate servi ca metodă de purificare a galiului. În stare foarte pură (99,999%), a fost obținut prin rafinare electrolitică, precum și prin reducerea GaCl3 atent purificat cu hidrogen. Punctul său de fierbere ridicat și expansiunea destul de uniformă atunci când este încălzit fac din galiu un material valoros pentru umplerea termometrelor de înaltă temperatură. În ciuda asemănării sale externe cu mercurul, solubilitatea reciprocă a ambelor metale este relativ scăzută (în intervalul de la 10 la 95 ° C variază de la 2,4 la 6,1 procente atomice pentru Ga în Hg și de la 1,3 până la 3,8 procente atomice pentru Hg în Ga) . Spre deosebire de mercur, galiul lichid nu dizolvă metalele alcaline și umezește bine multe suprafețe nemetalice. În special, acest lucru se aplică sticlei, prin aplicarea de galiu la care se pot obține oglinzi care reflectă puternic lumina (totuși, există dovezi că galiul foarte pur, care nu conține impurități de indiu, nu umezește sticla). Depunerea de galiu pe o bază de plastic este uneori folosită pentru a produce rapid circuite radio. Un aliaj de 88% Ga și 12% Sn se topește la 15 °C și unele alte aliaje care conțin galiu (de exemplu, 61,5% Bi, 37,2 - Sn și 1,3 - Ga) au fost propuse pentru obturațiile dentare. Nu își schimbă volumul cu temperatura și țin bine. Galiul poate fi folosit și ca etanșant pentru supape în tehnologia vidului. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că la temperaturi ridicate este agresiv atât față de sticlă, cât și față de multe metale.
- În legătură cu posibilitatea extinderii producției de galiu, problema asimilării (adică stăpânirea prin practică) a acestui element și a compușilor săi devine urgentă, ceea ce necesită cercetări pentru a găsi zone pentru utilizarea lor rațională. Există un articol de recenzie și monografii despre galiu.
- Compresibilitatea indiului este puțin mai mare decât cea a aluminiului (la 10 mii atm volumul este de 0,84 din original). Odată cu creșterea presiunii, rezistența sa electrică scade (la 0,5 față de original la 70 mii atm) și temperatura de topire crește (până la 400°C la 65 mii atm). Bețișoarele din metal indiu se scrâșnesc când sunt îndoite, ca cele de tablă. Lasa o urma intunecata pe hartie. O utilizare importantă a indiului este asociată cu fabricarea redresoarelor de curent alternativ cu germaniu (X § 6 add. 15). Datorită fuzibilității sale scăzute, poate acționa ca lubrifiant în rulmenți.
- Introducerea unei cantități mici de indiu în aliajele de cupru crește foarte mult rezistența acestora la apa de mare, iar adăugarea de indiu la argint îi sporește strălucirea și previne pătarea în aer. Adăugarea de indiu conferă rezistență crescută aliajelor pentru obturații dentare. Acoperirea electrolitică a altor metale cu indiu le protejează bine de coroziune. Un aliaj de indiu cu staniu (1:1 în greutate) lipește bine sticla cu sticlă sau metal, iar un aliaj de 24% In și 76% Ga se topește la 16°C. Un aliaj de 18,1% In cu 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn și 8,2 - Cd, care se topește la 47 ° C, este utilizat medical pentru fracturile osoase complexe (în loc de ipsos). Există o monografie despre chimia indiului
- Compresibilitatea taliului este aproximativ aceeași cu cea a indiului, dar pentru acesta sunt cunoscute două modificări alotropice (hexagonale și cubice), punctul de tranziție între care se află la 235 °C. Sub presiune ridicată, apare altul. Punctul triplu al tuturor celor trei forme se află la 37 mii atm și 110 ° C. Această presiune corespunde unei scăderi bruște de aproximativ 1,5 ori a rezistenței electrice a metalului (care la 70 mii atm este de aproximativ 0,3 din normal). Sub o presiune de 90 mii atm, a treia formă de taliu se topește la 650 °C.
- Taliul este utilizat în principal pentru fabricarea aliajelor cu staniu și plumb, care au rezistență ridicată la acid. În special, un aliaj de compoziție 70% Pb, 20% Sn și 10% T1 rezistă bine la acțiunea amestecurilor de acizi sulfuric, clorhidric și azotic. Există o monografie despre taliu.
- Galiul și indiul compact sunt stabile în raport cu apa, iar taliul în prezența aerului este distrus încet de acesta de la suprafață. Galiul reacționează doar lent cu acidul azotic, dar taliul reacționează foarte energic. Dimpotrivă, acidul sulfuric, și mai ales clorhidric, dizolvă ușor Ga și In, în timp ce T1 interacționează cu ele mult mai lent (datorită formării unei pelicule protectoare de săruri puțin solubile la suprafață). Soluțiile de alcalii puternice dizolvă ușor galiul, acționează numai lent asupra indiului și nu reacţionează cu taliul. Galiul se dizolvă, de asemenea, vizibil în NH4OH. Compușii volatili ai tuturor celor trei elemente colorează flacăra incoloră în culori caracteristice: Ga - aproape invizibilă pentru ochi violet închis (L = 4171 A), In - albastru închis (L = 4511 A), T1 - verde smarald (A, = 5351). A).
- Galiul și indiul nu par a fi otrăvitoare. Dimpotrivă, taliul este foarte otrăvitor, iar acțiunea sa este similară cu Pb și As. Afectează sistemul nervos, tractul digestiv și rinichii. Simptomele intoxicației acute nu apar imediat, ci după 12-20 de ore. Cu otrăvirea cronică cu evoluție lentă (inclusiv prin piele), se observă în primul rând agitația și tulburările de somn. În medicină, preparatele cu taliu sunt folosite pentru îndepărtarea părului (pentru lichen etc.). Sărurile de taliu și-au găsit utilizare în compozițiile luminoase ca substanțe care măresc durata strălucirii. De asemenea, s-au dovedit a fi un remediu bun împotriva șoarecilor și șobolanilor.
- În seria de tensiune, galiul este situat între Zn și Fe, iar indiul și taliul sunt situate între Fe și Sn. Tranzițiile Ga și In conform schemei E+3 + Ze = E corespund potențialelor normale: -0,56 și -0,33 V (în mediu acid) sau -1,2 și -1,0 V (în mediu alcalin). Taliul este transformat de acizi în stare monovalentă (potenţial normal -0,34 V). Tranziția T1+3 + 2e = T1+ se caracterizează printr-un potențial normal de + 1,28 V în mediu acid sau +0,02 V în mediu alcalin.
- Căldura de formare a oxizilor E203 de galiu și analogii săi scad în seriile 260 (Ga), 221 (In) și 93 kcal/mol (T1). Când este încălzit în aer, galiul este practic oxidat doar la GaO. Prin urmare, Ga2O3 se obține de obicei prin deshidratarea Ga(OH)3. Indiul, când este încălzit în aer, formează In2O3, iar taliul formează un amestec de T12O3 și T120 cu un conținut mai mare de oxid mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută. Taliul poate fi oxidat până la T1203 prin acțiunea ozonului.
- Solubilitatea oxizilor de E2O3 în acizi crește de-a lungul seriei Ga - In - Tl. În aceeași serie, puterea legăturii elementului cu oxigenul scade: Ga2O3 se topește la 1795 ° C fără descompunere, 1n203 se transformă în 1n304 numai peste 850 ° C și T1203 mărunțit fin începe să despartă oxigenul deja la aproximativ 90 ° C. C. Cu toate acestea, sunt necesare temperaturi mult mai ridicate pentru a transforma complet T1203 în T120. Sub presiune în exces de oxigen, 1p203 se topește la 1910 °C și T1203 - la 716 °C.
- Căldura de hidratare a oxizilor conform schemei E203 + ZH20 = 2E(OH)3 sunt +22 kcal (Ga), +1 (In) și -45 (T1). În conformitate cu aceasta, ușurința eliminării apei prin hidroxizi crește de la Ga la T1: dacă Ga(OH)3 este complet deshidratat numai la calcinare, atunci T1(OH)3 se transformă în T1203 chiar și atunci când stă sub lichidul din care se află. a fost izolat.
- La neutralizarea soluțiilor acide de săruri de galiu, hidroxidul acestuia precipită aproximativ în intervalul pH = 3-4. Ga(OH)3 proaspăt precipitat este foarte solubil în soluții puternice de amoniac, dar pe măsură ce îmbătrânește, solubilitatea scade din ce în ce mai mult. Punctul său izoelectric se află la pH = 6,8 și PR = 2 10~37. Pentru 1n(OH)3 s-a constatat că PR = 1 10-31, iar pentru T1(OH)3 - 1 10~45.
- Pentru a doua și a treia constante de disociere a lui Ga(OH)3 în funcție de tipurile acide și bazice, s-au determinat următoarele valori:
H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2“2. S-P / NW = 4 -10 12
Astfel, hidroxidul de galiu reprezintă un caz de electrolit foarte apropiat de amfoteritatea ideală.
- Diferența dintre proprietățile acide ale hidroxidilor de galiu și analogii săi se manifestă în mod clar atunci când aceștia interacționează cu soluții de alcali puternici (NaOH, KOH). Hidroxidul de galiu se dizolvă ușor pentru a forma galați de tip M, care sunt stabili atât în soluție, cât și în stare solidă. Când sunt încălzite, pierd ușor apă (sare Na la 120, sare K la 137 °C) și se transformă în sărurile anhidre corespunzătoare de tip MGa02. Galații de metal divalent (Ca, Sr) obținuți din soluții se caracterizează printr-un alt tip - M3 ■ 2H20, care sunt de asemenea aproape insolubili. Ele sunt complet hidrolizate de apă.
Hidroxidul de taliu este ușor peptizat de alcalii puternici (cu formarea unui sol negativ), dar este insolubil în acestea și nu produce talați. Prin metoda uscată (prin topirea oxizilor cu carbonații corespunzători), s-au obținut derivați de tip ME02 pentru toate cele trei elemente ale subgrupului galiu. Cu toate acestea, în cazul taliului, acestea s-au dovedit a fi amestecuri de oxizi.- Razele efective ale ionilor Ga3+, In3* și T13* sunt de 0,62, 0,92 și, respectiv, 1,05 A într-un mediu apos, aparent sunt înconjurați direct de șase molecule de apă. Astfel de ioni hidratați sunt oarecum disociați conform schemei E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, iar constantele lor de disociere sunt estimate la 3 ■ 10-3° (Ga) și 2 10-4 (In) .
- Sărurile halogenură Ga3+, In3* și T13*’ sunt în general similare cu sărurile A13* corespunzătoare. Pe lângă fluoruri, acestea sunt relativ fuzibile și foarte solubile nu numai în apă, ci și într-o serie de solvenți organici. Numai cele galbene Gal3 sunt vopsite.
Despre elementul cu număr atomic 31, cei mai mulți cititori își amintesc doar că este unul dintre cele trei elemente prezise și descrise cel mai detaliat de D.I. Mendeleev, iar galiul este un metal foarte fuzibil: căldura palmei este suficientă pentru a o transforma în lichid.
Cu toate acestea, galiul nu este cel mai fuzibil dintre metale (chiar dacă nu numărați mercurul). Punctul său de topire este de 29,75°C, iar cesiul se topește la 28,5°C; numai cesiul, ca orice metal alcalin, nu poate fi luat în mâinile tale, așa că în mod natural este mai ușor să topești galiul în palmă decât cesiul.
Am început în mod deliberat povestea noastră despre elementul 31 menționând ceva pe care aproape toată lumea îl știe. Pentru că acest „cunoscut” necesită explicații. Toată lumea știe că galiul a fost prezis de Mendeleev și descoperit de Lecoq de Boisbaudran, dar nu toată lumea știe cum a avut loc descoperirea. Aproape toată lumea știe că galiul este fuzibil, dar aproape nimeni nu poate răspunde la întrebarea de ce este fuzibil.
Cum a fost descoperit galiul?
Chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran a intrat în istorie ca descoperitorul a trei elemente noi: galiu (1875), samariu (1879) și disproziu (1886). Prima dintre aceste descoperiri i-a adus faima.
Pe vremea aceea era puțin cunoscut în afara Franței. Avea 38 de ani și era implicat în principal în cercetări spectroscopice. Lecoq de Boisbaudran a fost un bun spectroscopist, iar acest lucru a condus în cele din urmă la succes: el și-a descoperit toate cele trei elemente prin analiză spectrală.
În 1875, Lecoq de Boisbaudran a examinat spectrul de blende de zinc aduse de la Pierrefitte (Pirinei). O nouă linie violetă (lungime de undă 4170 Å) a fost descoperită în acest spectru. Noua linie a indicat prezența unui element necunoscut în mineral și, în mod firesc, Lecoq de Boisbaudran a făcut toate eforturile pentru a izola acest element. Acest lucru s-a dovedit a fi dificil de realizat: conținutul noului element din minereu era mai mic de 0,1% și, în multe privințe, era similar cu zincul*. După îndelungi experimente, omul de știință a reușit să obțină un nou element, dar într-o cantitate foarte mică. Atât de mic (mai puțin de 0,1 g) încât Lecoq de Boisbaudrap nu a putut să-și studieze pe deplin proprietățile fizice și chimice.
* Cum se obține galiul din blenda de zinc este descris mai jos.
Descoperirea galiului - așa a fost numit noul element în onoarea Franței (Gallia este numele său latin) - a apărut în rapoartele Academiei de Științe din Paris.
Acest mesaj a fost citit de D.I. Mendeleev și recunoscut în galiu eka-aluminiu, pe care îl prezisese cu cinci ani mai devreme. Mendeleev a scris imediat Parisului. „Metoda de descoperire și izolare, precum și puținele proprietăți descrise, ne fac să credem că noul metal nu este altul decât eka-aluminiu”, a spus scrisoarea sa. Apoi a repetat proprietățile prezise pentru acel element. Mai mult decât atât, fără să țină vreodată boabe de galiu în mâini, fără să le vadă în persoană, chimistul rus a susținut că descoperitorul elementului s-a înșelat, că densitatea noului metal nu poate fi egală cu 4,7, așa cum a scris Lecoq de Boisbaudran, - trebuie sa fie mai mare, aproximativ 5,9...6,0 g/cm3!
Oricât de ciudat ar părea, primul dintre cei afirmativi, „întăritori” ai săi a aflat despre existența legii periodice doar din această scrisoare. A izolat din nou și a purificat cu grijă boabe de galiu pentru a verifica rezultatele primelor experimente. Unii istorici ai științei cred că acest lucru a fost făcut cu scopul de a dezonora „predictorul” rus încrezător în sine. Dar experiența a arătat contrariul: descoperitorul s-a înșelat. El a scris mai târziu: „Nu este nevoie, cred, să subliniem importanța excepțională pe care o are densitatea unui nou element în raport cu confirmarea opiniilor teoretice ale lui Mendeleev”.
Alte proprietăți ale elementului nr. 31 prezise de Mendeleev au coincis aproape exact cu datele experimentale. „Predicțiile lui Mendeleev s-au adeverit cu abateri minore: eka-aluminiu s-a transformat în galiu.” Așa caracterizează Engels acest eveniment în „Dialectica naturii”.
Inutil să spun că descoperirea primului dintre elementele prezise de Mendeleev a întărit semnificativ poziția legii periodice.
De ce este galiul fuzibil?
Prevăzând proprietățile galiului, Mendeleev a crezut că acest metal ar trebui să fie fuzibil, deoarece analogii săi din grup - aluminiu și indiu - nu sunt, de asemenea, refractari.
Dar punctul de topire al galiului este neobișnuit de scăzut, de cinci ori mai mic decât cel al indiului. Acest lucru se explică prin structura neobișnuită a cristalelor de galiu. Rețeaua sa cristalină nu este formată din atomi individuali (ca în metalele „normale”), ci din molecule diatomice. Moleculele Ga 2 sunt foarte stabile, ele se păstrează chiar și atunci când galiul este transferat în stare lichidă. Dar aceste molecule sunt conectate între ele doar prin forțe slabe van der Waals și este nevoie de foarte puțină energie pentru a le distruge legătura.
Alte proprietăți ale elementului nr. 31 sunt asociate cu diatomicitatea moleculelor. În stare lichidă, galiul este mai dens și mai greu decât în stare solidă. Conductivitatea electrică a galiului lichid este, de asemenea, mai mare decât cea a galiului solid.
În exterior, seamănă mai mult cu staniul: un metal moale alb-argintiu, nu se oxidează și nu se pătește în aer.
Și în majoritatea proprietăților chimice, galiul este aproape de aluminiu. La fel ca aluminiul, atomul de galiu are trei electroni pe orbita sa exterioară. La fel ca aluminiul, galiul reacționează ușor, chiar și la rece, cu halogenii (cu excepția iodului). Ambele metale se dizolvă ușor în acizi sulfuric și clorhidric și ambele reacționează cu alcalii și dau hidroxizi amfoteri. Constante de disociere a reacției
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
– cantități de aceeași comandă.
Există, totuși, diferențe în proprietățile chimice ale galiului și aluminiului.
Galiul este oxidat vizibil de oxigenul uscat numai la temperaturi peste 260°C, iar aluminiul, dacă este lipsit de pelicula de oxid protector, este oxidat de oxigen foarte repede.
Cu hidrogenul, galiul formează hidruri similare hidrurilor de bor. Aluminiul poate dizolva doar hidrogenul, dar nu poate reactiona cu acesta.
Galiul este, de asemenea, similar cu grafitul, cuarțul și apa.
Pe grafit - pentru că lasă o urmă gri pe hârtie.
Pentru cuarț – anizotropie electrică și termică.
Mărimea rezistenței electrice a cristalelor de galiu depinde de axa pe care curge curentul. Raportul maxim la minim este de 7, mai mult decât orice alt metal. Același lucru este valabil și pentru coeficientul de dilatare termică.
Valorile sale în direcția celor trei axe cristalografice (cristalele de galiu sunt rombice) sunt în raportul 31:16:11.
Și galiul este asemănător cu apa prin faptul că atunci când se întărește, se dilată. Creșterea volumului este vizibilă – 3,2%.
Doar combinația acestor asemănări contradictorii vorbește despre individualitatea unică a elementului nr. 31.
În plus, are proprietăți care nu se găsesc în niciun alt element. Odată topit, poate rămâne într-o stare suprarăcită timp de multe luni la o temperatură sub punctul său de topire. Acesta este singurul metal care rămâne lichid într-un interval uriaș de temperatură de la 30 la 2230°C, iar volatilitatea vaporilor săi este minimă. Chiar și într-un vid profund, se evaporă vizibil doar la 1000°C. Vaporii de galiu, spre deosebire de metalele solide și lichide, sunt monoatomici. Tranziția Ga 2 → 2Ga necesită cantități mari de energie; Aceasta explică dificultatea evaporării galiului.
Gama mare de temperatură a stării lichide stă la baza uneia dintre principalele aplicații tehnice ale elementului nr. 31.
La ce este bun galiul?
Termometrele cu galiu pot măsura în principiu temperaturi de la 30 la 2230°C. Termometrele cu galiu sunt acum disponibile pentru temperaturi de până la 1200°C.
Elementul nr. 31 este utilizat pentru producerea aliajelor cu punct de topire scăzut utilizate în dispozitivele de semnalizare. Aliajul galiu-indiu se topește deja la 16°C. Acesta este cel mai fuzibil dintre toate aliajele cunoscute.
Ca element de grupa III care îmbunătățește conductivitatea „găurii” într-un semiconductor, galiul (cu o puritate de cel puțin 99,999%) este utilizat ca aditiv la germaniu și siliciu.
Compușii intermetalici ai galiului cu elemente din grupa V - antimoniu și arsen - au ei înșiși proprietăți semiconductoare.
Adăugarea de galiu la masa sticlei face posibilă obținerea de ochelari cu un indice de refracție ridicat al razelor de lumină, iar ochelarii pe bază de Ga 2 O 3 transmit bine razele infraroșii.
Galiul lichid reflectă 88% din lumina incidentă pe el, galiul solid reflectă puțin mai puțin. Prin urmare, fac oglinzi de galiu care sunt foarte ușor de fabricat - acoperirea cu galiu poate fi aplicată chiar și cu o pensulă.
Uneori este folosită capacitatea galiului de a umezi bine suprafețele solide, înlocuind mercurul în pompele de vid cu difuzie. Astfel de pompe „rețin” vidul mai bine decât pompele cu mercur.
S-au făcut încercări de utilizare a galiului în reactoare nucleare, dar rezultatele acestor încercări cu greu pot fi considerate reușite. Galiul nu numai că captează destul de activ neutronii (captură secțiunea transversală 2,71 hambare), dar reacţionează la temperaturi ridicate cu majoritatea metalelor.
Galiul nu a devenit un material atomic. Adevărat, izotopul său radioactiv artificial 72 Ga (cu un timp de înjumătățire de 14,2 ore) este folosit pentru a diagnostica cancerul osos. Clorura și nitratul de galiu-72 sunt adsorbite de tumoare, iar prin detectarea radiației caracteristice acestui izotop, medicii determină aproape cu exactitate dimensiunea formațiunilor străine.
După cum puteți vedea, posibilitățile practice ale elementului nr. 31 sunt destul de largi. Nu s-a putut încă folosi în totalitate din cauza dificultății de a obține galiu - un element destul de rar (1,5 10 -3% din greutatea scoarței terestre) și foarte împrăștiat. Sunt cunoscute puține minerale native de galiu. Primul și cel mai faimos mineral al său, galita CuGaS 2, a fost descoperit abia în 1956. Ulterior, au mai fost găsite două minerale, deja foarte rare.
De obicei, galiul se găsește în zinc, aluminiu, minereuri de fier, precum și în cărbune - ca o impuritate minoră. Și ceea ce este caracteristic: cu cât această impuritate este mai mare, cu atât este mai dificil să o extragi, pentru că există mai mult galiu în minereurile acelor metale (aluminiu, zinc) care îi sunt asemănătoare ca proprietăți. Cea mai mare parte a galiului terestru este conținută în mineralele de aluminiu.
Extragerea galiului este o „plăcere” costisitoare. Prin urmare, elementul nr. 31 este folosit în cantități mai mici decât oricare dintre vecinii săi din tabelul periodic.
Este posibil, desigur, ca știința în viitorul apropiat să descopere ceva în galiu care să-l facă absolut necesar și de neînlocuit, așa cum sa întâmplat cu un alt element prezis de Mendeleev - germaniul. Cu doar 30 de ani în urmă, era folosit chiar mai puțin decât galiul, iar atunci a început „era semiconductorilor”...
Găsirea tiparelor
Proprietățile galiului au fost prezise de D.I. Mendeleev cu cinci ani înainte de descoperirea acestui element. Genialul chimist rus și-a bazat predicțiile pe modelele de modificări ale proprietăților între grupurile sistemului periodic. Dar pentru Lecoq de Boisbaudran, descoperirea galiului nu a fost un accident fericit. Un spectroscopist talentat, în 1863 a descoperit modele în modificările spectrelor elementelor cu proprietăți similare. Comparând spectrele indiului și aluminiului, el a ajuns la concluzia că aceste elemente ar putea avea un „frate” ale cărui linii ar umple golul din partea cu unde scurte a spectrului. Tocmai această linie lipsă a căutat-o și a găsit-o în spectrul blendei de zinc de la Pierrefit.
Pentru comparație, vă prezentăm un tabel cu principalele proprietăți prezise de D.I. Mendeleev eka-aluminiu și galiu descoperite de Lecoq de Boisbaudran.
Ekaaluminiu Galiu Greutate atomică aproximativ 68 Greutate atomică 69,72 Trebuie să se topească scăzut Punct de topire 29,75°C Greutate specifică aproape de 6,0 Greutate specifică 5,9 (solid) și 6,095 (lichid) Volumul atomic 11.5 Volumul atomic 11.8 Nu ar trebui să se oxideze în aer Se oxidează ușor numai la căldură roșu-spirit La temperaturi ridicate ar trebui să descompună apa La temperaturi ridicate descompune apa Formule compuse:
EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3Formule compuse:
GaCl3, Ga3O3, Ga2(SO4)3Ar trebui să formeze alaun Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, dar mai dificil decât aluminiul Formează alaun cu compoziția (NH4) Ga(SO4)2 12H2O Oxidul Ea 2 O 3 ar trebui să fie ușor redus și să producă un metal mai volatil decât Al și, prin urmare, ne putem aștepta ca ekaaluminiul să fie descoperit prin analiză spectrală Galiul este ușor redus din oxidul său prin calcinare într-un curent de hidrogen, descoperit prin analiza spectrală Un joc de cuvinte?
Unii istorici ai științei văd în numele elementului nr. 31 nu numai patriotism, ci și nemodestia descoperitorului său. Este general acceptat că cuvântul „galiu” provine din latinescul Gallia (Franța). Dar dacă doriți, puteți vedea în același cuvânt un indiciu al cuvântului „cocoș”! Latinul pentru „cocoș” este gallus, iar franceză este le coq. Lecoq de Boisbaudran?
In functie de varsta
În minerale, galiul însoțește adesea aluminiul. Interesant este că raportul acestor elemente într-un mineral depinde de timpul de formare a mineralului. În feldspați, există un atom de galiu la fiecare 120 de mii de atomi de aluminiu. În nefeline, care s-au format mult mai târziu, acest raport este deja de 1:6000, iar în lemnul pietrificat chiar „mai tânăr” este de doar 1:13.
Primul brevet
Primul brevet pentru utilizarea galiului a fost luat acum 60 de ani. Au vrut să folosească elementul nr. 31 în lămpile cu arc electric.
Suprimă sulful, se apără cu sulf
Are loc o interacțiune interesantă între galiu și acid sulfuric. Este însoțită de eliberarea de sulf elementar. În acest caz, sulful învelește suprafața metalului și împiedică dizolvarea lui ulterioară. Dacă spălați metalul cu apă fierbinte, reacția se va relua și va continua până când pe galiu crește o nouă „pielea” de sulf.
Influenta negativa
Galiul lichid reacționează cu majoritatea metalelor, formând aliaje și compuși intermetalici cu proprietăți mecanice destul de scăzute. Acesta este motivul pentru care contactul cu galiul face ca multe materiale structurale să își piardă rezistența. Beriliul este cel mai rezistent la galiu: la temperaturi de până la 1000°C, rezistă cu succes la agresivitatea elementului nr. 31.
Și oxid de asemenea!
Adăugările minore de oxid de galiu afectează în mod semnificativ proprietățile oxizilor multor metale. Astfel, amestecul de Ga 2 O 3 la oxid de zinc reduce semnificativ capacitatea sa de sinterizare. Dar solubilitatea zincului într-un astfel de oxid este mult mai mare decât în zincul pur. Și conductivitatea electrică a dioxidului de titan scade brusc atunci când se adaugă Ga 2 O 3.
Cum se obține galiu
Nu s-au găsit zăcăminte industriale de minereuri de galiu în lume. Prin urmare, galiul trebuie extras din minereurile de zinc și aluminiu care sunt foarte sărace în el. Deoarece compoziția minereurilor și conținutul de galiu din acestea nu sunt aceleași, metodele de obținere a elementului nr. 31 sunt destul de variate. Să vă spunem, ca exemplu, cum se extrage galiul din blenda de zinc, mineralul în care a fost descoperit pentru prima dată acest element.
În primul rând, se arde amestecul de zinc ZnS, iar oxizii rezultați sunt levigați cu acid sulfuric. Alături de multe alte metale, galiul intră în soluție. În această soluție predomină sulfatul de zinc - principalul produs care trebuie purificat de impurități, inclusiv galiu. Prima etapă a epurării este precipitarea așa-numitului nămol de fier. Odată cu neutralizarea treptată a soluției acide, acest nămol precipită. Conține aproximativ 10% aluminiu, 15% fier și (ceea ce este cel mai important pentru noi acum) 0,05...0,1% galiu. Pentru extragerea galiului, nămolul este levigat cu acid sau hidroxid de sodiu - hidroxidul de galiu este amfoter. Metoda alcalină este mai convenabilă, deoarece în acest caz echipamentul poate fi realizat din materiale mai puțin costisitoare.
Sub influența alcalinelor, compușii de aluminiu și galiu intră în soluție. Când această soluție este neutralizată cu atenție, hidroxidul de galiu precipită. Dar și o parte din aluminiu precipită. Prin urmare, precipitatul se dizolvă din nou, de data aceasta în acid clorhidric. Rezultă o soluție de clorură de galiu, contaminată predominant cu clorură de aluminiu. Aceste substanțe pot fi separate prin extracție. Se adaugă eter și, spre deosebire de AlCl3, GaCl3 trece aproape complet în solventul organic. Straturile sunt separate, eterul este distilat, iar clorura de galiu rezultată este din nou tratată cu sodă caustică concentrată pentru a precipita și a separa impuritățile de fier de galiu. Din această soluție alcalină se obține galiu metal. Obținut prin electroliză la o tensiune de 5,5 V. Galiul este depus pe un catod de cupru.
Galium și dinți
Galiul a fost mult timp considerat a fi toxic. Abia în ultimele decenii această concepție greșită a fost respinsă. Galiul cu punct de topire scăzut i-a interesat pe stomatologi. În 1930, s-a propus pentru prima dată înlocuirea galiului cu mercur în compozițiile pentru obturații dentare. Cercetările ulterioare atât aici, cât și în străinătate au confirmat perspectivele unei astfel de înlocuiri. Obturațiile metalice fără mercur (mercur înlocuit cu galiu) sunt deja folosite în stomatologie.
Galiu(lat. Galiu), Ga, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui D.I Mendeleev, număr de serie 31, masa atomică 69,72; metal moale alb-argintiu. Constă din doi izotopi stabili cu numere de masă 69 (60,5%) și 71 (39,5%).
Existența Galiului („eka-aluminiu”) și proprietățile sale de bază au fost prezise în 1870 de D.I. Elementul a fost descoperit prin analiză spectrală în blenda de zinc din Pirinei și izolat în 1875 de chimistul francez P. E. Lecoq de Boisbaudran; numit după Franța (lat. Gallia). Coincidența exactă a proprietăților Galiului cu cele prezise a fost primul triumf al sistemului periodic.
Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este relativ mare, 1,5·10 -3% din masă, ceea ce este egal cu conținutul de plumb și molibden. Galiul este un oligoelement tipic. Singurul mineral al galiului, galita CuGaS 2, este foarte rar. Geochimia galiului este strâns legată de geochimia aluminiului, ceea ce se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este conținută în minerale de aluminiu. Conținutul de galiu în bauxite și nefeline variază de la 0,002 la 0,01%. Concentrații crescute de galiu se observă și în sfalerite (0,01-0,02%), în cărbuni tari (împreună cu germaniul), precum și în unele minereuri de fier.
Proprietățile fizice ale galiului. Galiul are o rețea ortorombică (pseudo-tetragonală) cu parametrii a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Densitatea (g/cm3) a metalului solid este de 5,904 (20°C), metalul lichid este de 6,095 (29,8°C), adică la solidificare, volumul de galiu crește; temperatura de topire 29,8°C, temperatura de fierbere 2230°C. O caracteristică distinctivă a Galiului este o gamă largă de stare lichidă (2200°C) și presiunea scăzută a vaporilor la temperaturi de până la 1100-1200°C. Capacitatea termică specifică a galiului solid este de 376,7 J/(kg K), adică 0,09 cal/(g deg) în intervalul 0-24°C, a galiului lichid, respectiv, 410 J/(kg K). ), adică 0,098 cal/(g grad) în intervalul 29-100°C. Rezistivitatea electrică (ohm cm) a galiului solid este 53,4·10 -6 (0°C), lichid 27,2·10 -6 (30°C). Vâscozitate (poise = 0,1 n sec/m2): 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), tensiune superficială 0,735 n/m (735 dine/cm) (30°C în atmosferă de H2). Coeficienții de reflexie pentru lungimile de undă 4360Å și 5890Å sunt 75,6% și, respectiv, 71,3%. Secțiunea transversală a captării neutronilor termici este de 2,71 hambare (2,7·10 -28 m2).
Proprietățile chimice ale galiului. Galiul este stabil în aer la temperaturi obișnuite. Peste 260°C, în oxigenul uscat se observă oxidare lentă (filmul de oxid protejează metalul). Galiul se dizolvă lent în acid sulfuric și clorhidric, rapid în acid fluorhidric și este stabil la rece în acid azotic. Galiul se dizolvă lent în soluții alcaline fierbinți. Clorul și bromul reacţionează cu Galiul la rece, iodul - când sunt încălzite. Galiul topit la temperaturi peste 300° C interacționează cu toate metalele și aliajele structurale.
Cei mai stabili sunt compușii trivalenți ai galiului, care în multe privințe sunt similare ca proprietăți cu compușii chimici ai aluminiului. În plus, sunt cunoscuți compuși mono și divalenți. Oxidul superior Ga 2 O 3 este o substanță albă, insolubilă în apă. Hidroxidul corespunzător precipită din soluții de săruri de galiu sub formă de precipitat gelatinos alb. Are un caracter amfoter pronunțat. Când sunt dizolvați în alcalii, se formează galați (de exemplu, Na), când sunt dizolvați în acizi, se formează săruri de galiu: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 etc. Proprietățile acide ale hidroxidului de galiu sunt mai pronunțate decât cele ale hidroxid de aluminiu [Intervalul de eliberare al Al (OH) 3 se află în intervalul de pH = 10,6-4,1, iar Ga(OH) 3 în intervalul de pH = 9,7-3,4].
Spre deosebire de Al(OH) 3, hidroxidul de galiu se dizolvă nu numai în alcalii puternici, ci și în soluții de amoniac. Când este fiert, hidroxidul de galiu precipită din nou din soluția de amoniac.
Dintre sărurile de galiu, cele mai importante sunt clorura de GaCl3 (topită 78°C, fierbere 200°C) și sulfatul de Ga2(SO4)3. Acesta din urmă, cu sulfați de metale alcaline și amoniu, formează săruri duble de tip alaun, de exemplu (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. Galiul formează ferocianura Ga 4 3, care este slab solubilă în apă și diluată. acizi, care pot fi folosiți pentru a-l separa de Al și de o serie de alte elemente.
Obținerea Galiului. Principala sursă de obținere a Galiului este producția de aluminiu. La prelucrarea bauxitei folosind metoda Bayer, galiul este concentrat în lichidele mamă circulante după separarea Al(OH)3. Galiul este izolat din astfel de soluții prin electroliză la un catod de mercur. Din soluția alcalină obținută după tratarea amalgamului cu apă se precipită Ga(OH) 3 care se dizolvă în alcali și se izolează Galiul prin electroliză.
În metoda sodo-calcică de prelucrare a minereului de bauxită sau nefelină, Galiul este concentrat în ultimele fracții de sediment eliberate în timpul procesului de carbonizare. Pentru o îmbogățire suplimentară, precipitatul de hidroxid este tratat cu lapte de var. În acest caz, cea mai mare parte a Al rămâne în sediment, iar Galiul intră în soluție, din care se izolează concentratul de galiu (6-8% Ga 2 O 3) prin trecerea CO 2; acesta din urmă este dizolvat în alcali și galiul este izolat electrolitic.
Sursa de galiu poate fi, de asemenea, aliajul anod rezidual din procesul de rafinare al Al folosind metoda de electroliză cu trei straturi. În producția de zinc, sursele de galiu sunt sublimate (oxizi de Welz) formate în timpul procesării sterilului de leșiere a cendrii de zinc.
Galiul lichid obtinut prin electroliza unei solutii alcaline, spalat cu apa si acizi (HCl, HNO 3), contine 99,9-99,95% Ga. Un metal mai pur se obține prin topirea în vid, topirea zonei sau prin extragerea unui singur cristal din topitură.
Aplicarea Galiului. Cea mai promițătoare aplicație a galiului este sub formă de compuși chimici precum GaAs, GaP, GaSb, care au proprietăți semiconductoare. Ele pot fi utilizate în redresoare și tranzistoare de înaltă temperatură, celule solare și alte dispozitive în care efectul fotoelectric din stratul de blocare poate fi utilizat, precum și în receptoarele de radiații infraroșii. Galiul poate fi folosit pentru a face oglinzi optice care sunt foarte reflectorizante. Un aliaj de aluminiu cu galiu a fost propus în locul mercurului ca catod al lămpilor cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Se propune utilizarea galiului lichid și a aliajelor acestuia pentru fabricarea termometrelor de înaltă temperatură (600-1300°C) și a manometrelor. De interes este utilizarea galiului și aliajelor sale ca lichid de răcire în reactoarele nucleare de putere (acest lucru este împiedicat de interacțiunea activă a galiului la temperaturi de funcționare cu materialele structurale; aliajul eutectic Ga-Zn-Sn are un efect mai puțin corosiv decât purul). Galiu).