Jak powstaje gal? Gal jest ciekłym metalem

Średnia zawartość galu w skorupie ziemskiej wynosi 19 g/t. Gal jest typowym pierwiastkiem śladowym o podwójnym charakterze geochemicznym. Ze względu na podobieństwo swoich krystalicznych właściwości chemicznych do głównych pierwiastków skałotwórczych (Al, Fe itp.) oraz szeroką możliwość izomorfizmu z nimi, gal nie tworzy dużych akumulacji, pomimo znacznej liczby Clarke'a. Wyróżnia się następujące minerały o dużej zawartości galu: sfaleryt (0 – 0,1%), magnetyt (0 – 0,003%), kasyteryt (0 – 0,005%), granat (0 – 0,003%), beryl (0 – 0,003%) , turmalin (0 - 0,01%), spodumen (0,001 - 0,07%), flogopit (0,001 - 0,005%), biotyt (0 - 0,1%), muskowit (0 - 0,01%), serycyt ( 0 - 0,005%), lepidolit (0,001 – 0,03%), chloryt (0 – 0,001%), skalenie (0 – 0,01%), nefelin (0 – 0,1%), hekmanit (0,01 – 0,07%), natrolit (0 – 0,1%). Stężenie galu w wodzie morskiej wynosi 3,10–5 mg/l.

Miejsce urodzenia

Złoża galu znane są w Afryce Południowo-Zachodniej i krajach WNP

Otrzymywanie galu

W przypadku galu znany jest rzadki mineralny galit CuGaS2 (mieszanina miedzi i siarczku galu). Jego ślady stale spotyka się w sfalerycie, chalkopirycie i germanicie. Znacznie większe ilości (do 1,5%) stwierdzono w popiele niektórych węgli. Jednakże głównym źródłem galu są roztwory powstałe w wyniku produkcji tlenku glinu podczas przetwarzania boksytu (zwykle zawierającego drobne zanieczyszczenia (do 0,1%)) i nefelinu. Gal można również otrzymać w procesie przetwarzania rud polimetalicznych i węgla. Pozyskuje się go w procesie elektrolizy cieczy alkalicznych, które są produktem pośrednim przetwarzania naturalnego boksytu na techniczny tlenek glinu. Stężenie galu w zasadowym roztworze glinianu po rozkładzie w procesie Bayera: 100-150 mg/l, metodą spiekania: 50-65 mg/l. Stosując te metody, gal oddziela się od większości glinu poprzez karbonizację, koncentrując się w ostatniej frakcji osadu. Następnie wzbogacony osad traktuje się wapnem, gal przechodzi do roztworu, skąd w wyniku elektrolizy uwalnia się surowy metal. Zanieczyszczony gal przemywa się wodą, następnie filtruje przez porowate płytki i ogrzewa w próżni w celu usunięcia lotnych zanieczyszczeń. Aby otrzymać gal o wysokiej czystości, stosuje się metody chemiczne (reakcje pomiędzy solami), elektrochemiczne (elektroliza roztworów) i fizyczne (rozkład). W bardzo czystej postaci (99,999%) otrzymano go w procesie rafinacji elektrolitycznej, a także redukcji starannie oczyszczonego GaCl3 wodorem.

Właściwości fizyczne

Gal krystaliczny ma kilka modyfikacji polimorficznych, ale tylko jedna (I) jest stabilna termodynamicznie, ma sieć ortorombową (pseudotetragonalną) o parametrach a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Inne modyfikacje galu (β, γ, δ, ε) krystalizują z przechłodzonego rozproszonego metalu i są niestabilne. Przy podwyższonym ciśnieniu zaobserwowano dwie kolejne struktury polimorficzne galu II i III, posiadające odpowiednio sieć sześcienną i tetragonalną.

Gęstość galu w stanie stałym w temperaturze 20°C wynosi 5,904 g/cm3, ciekły gal (tmelt = 29,8°C) ma gęstość 6,095 g/cm3, czyli podczas krzepnięcia zwiększa się objętość galu . Gal wrze w temperaturze 2230°C. Jedną z cech galu jest szeroki zakres temperatur występowania w stanie ciekłym (od 30 do 2230°C), przy jednocześnie niskiej prężności par w temperaturach do 1100-1200°C. Ciepło właściwe stałego galu w zakresie temperatur T=0-24°C wynosi 376,7 J/kg K (0,09 cal/g st.), w stanie ciekłym w T=29-100°C - 410 J/kg K (0,098 cal/g stopnia).

Oporność elektryczna w stanie stałym i ciekłym wynosi odpowiednio 53,4·10−6 om·cm (w T=0 °C) i 27,2·10−6 om·cm (w T=30 °C). Lepkość ciekłego galu w różnych temperaturach wynosi 1,612 puazów w T=98°C i 0,578 puazów w T=1100°C. Napięcie powierzchniowe mierzone w temperaturze 30 °C w atmosferze wodoru wynosi 0,735 n/m. Współczynniki odbicia dla długości fali 4360 Å i 5890 Å wynoszą odpowiednio 75,6% i 71,3%.

Naturalny gal składa się z dwóch izotopów 69Ga (61,2%) i 71Ga (38,8%). Przekrój wychwytu neutronów termicznych wynosi dla nich odpowiednio 2,1·10−28 m² i 5,1·10−28 m².

Zastosowania galu

Arsenek galu GaAs jest obiecującym materiałem do zastosowań w elektronice półprzewodnikowej.
Azotek galu wykorzystywany jest do wytwarzania laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym. Azotek galu ma doskonałe właściwości chemiczne i mechaniczne, typowe dla wszystkich związków azotkowych.
Izotop galu-71 jest najważniejszym materiałem do wykrywania neutrin i w związku z tym technologia stoi przed bardzo pilnym zadaniem wyizolowania tego izotopu z naturalnej mieszaniny w celu zwiększenia czułości detektorów neutrin. Ponieważ zawartość 71Ga w naturalnej mieszaninie izotopów wynosi około 39,9%, wyizolowanie czystego izotopu i zastosowanie go jako detektora neutrin może zwiększyć czułość detekcji 2,5-krotnie.

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

Gal ma wiele stopów, które w temperaturze pokojowej są ciekłe, a jeden z jego stopów ma temperaturę topnienia 3 °C (eutektyka In-Ga-Sn), ale z drugiej strony gal (w mniejszym stopniu stopy) jest bardzo agresywny dla większości materiałów konstrukcyjnych (pękanie i erozja stopów w wysokich temperaturach). Na przykład w odniesieniu do aluminium i jego stopów gal jest silnym reduktorem wytrzymałości (patrz spadek wytrzymałości poprzez adsorpcję, efekt Rehbindera). Tę właściwość galu najwyraźniej wykazali i szczegółowo zbadali P. A. Rebinder i E. D. Shchukin podczas kontaktu aluminium z galem lub jego stopami eutektycznymi (kruchość ciekłego metalu). Ponadto zwilżenie aluminium warstwą ciekłego galu powoduje jego szybkie utlenianie, podobne do tego, co dzieje się w przypadku aluminium zmieszanego z rtęcią. Gal rozpuszcza w temperaturze topnienia około 1% aluminium, które dociera do zewnętrznej powierzchni folii, gdzie jest natychmiast utleniane przez powietrze. Warstwa tlenku na powierzchni cieczy jest niestabilna i nie chroni przed dalszym utlenianiem. W rezultacie ciekły stop galu nie jest stosowany jako interfejs termiczny pomiędzy elementem wytwarzającym ciepło (na przykład centralnym procesorem komputera) a aluminiowym radiatorem.

Jako chłodziwo gal jest nieskuteczny i często po prostu nie do przyjęcia.
Gal jest doskonałym środkiem smarnym. Bardzo ważne z praktycznego punktu widzenia kleje do metali stworzono na bazie galu i niklu, galu i skandu.
Gal metaliczny jest również używany do wypełniania termometrów kwarcowych (zamiast rtęci) do pomiaru wysokich temperatur. Wynika to z faktu, że gal ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu do rtęci.
Tlenek galu wchodzi w skład szeregu strategicznie ważnych materiałów laserowych z grupy granatów - GSGG, YAG, ISGG itp.

Rola biologiczna i cechy cyrkulacyjne galu

Nie pełni roli biologicznej.

Kontakt skóry z galem powoduje, że pozostają na niej bardzo małe, rozproszone cząsteczki metalu. Na zewnątrz wygląda jak szara plama.
Obraz kliniczny ostrego zatrucia: krótkotrwałe podniecenie, następnie letarg, zaburzenia koordynacji ruchów, adynamia, arefleksja, spowolnienie oddechu, zaburzenie jego rytmu. Na tym tle obserwuje się paraliż kończyn dolnych, po którym następuje śpiączka i śmierć. Narażenie inhalacyjne na aerozol zawierający gal w stężeniu 50 mg/m3 powoduje uszkodzenie nerek u ludzi, podobnie jak dożylne podanie 10-25 mg/kg soli galu. Obserwuje się białkomocz, azotemię i upośledzony klirens mocznika.
Ze względu na niską temperaturę topnienia wlewki galu zaleca się przewozić w workach polietylenowych, które są słabo zwilżone ciekłym galem.

Jeśli chodzi o pierwiastek o liczbie atomowej 31, większość czytelników pamięta jedynie, że jest to jeden z trzech pierwiastków przewidywanych i szczegółowo opisanych przez D.I. Mendelejewa i że gal jest metalem bardzo topliwym: ciepło dłoni wystarczy, aby zamienić go w ciecz.

Jednakże gal nie jest najbardziej topliwym z metali (nawet jeśli nie liczysz rtęci). Jego temperatura topnienia wynosi 29,75°C, a cez topi się w temperaturze 28,5°C; tylko cezu, jak każdego metalu alkalicznego, nie można wziąć w ręce, więc naturalnie łatwiej jest stopić gal w dłoni niż cez.

Celowo rozpoczęliśmy naszą opowieść o elemencie nr 31 od wspomnienia czegoś, co jest znane niemal każdemu. Bo to „znane” wymaga wyjaśnienia. Wszyscy wiedzą, że gal został przepowiedziany przez Mendelejewa i odkryty przez Lecoqa de Boisbaudran, ale nie wszyscy wiedzą, jak doszło do tego odkrycia. Prawie wszyscy wiedzą, że gal jest topliwy, ale prawie nikt nie jest w stanie odpowiedzieć na pytanie, dlaczego jest topliwy.

Jak odkryto gal?

Francuski chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran przeszedł do historii jako odkrywca trzech nowych pierwiastków: galu (1875), samaru (1879) i dysprozu (1886). Pierwsze z tych odkryć przyniosło mu sławę.

W tamtym czasie był mało znany poza Francją. Miał 38 lat i zajmował się głównie badaniami spektroskopowymi. Lecoq de Boisbaudran był dobrym spektroskopistą, co ostatecznie doprowadziło do sukcesu: odkrył wszystkie trzy swoje pierwiastki za pomocą analizy widmowej.

W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkryto nową fioletową linię (długość fali 4170 µ). Nowa linia wskazywała na obecność nieznanego pierwiastka w minerale i, co naturalne, Lecoq de Boisbaudran dołożył wszelkich starań, aby wyizolować ten pierwiastek. Okazało się to trudne: zawartość nowego pierwiastka w rudzie wynosiła niecałe 0,1% i pod wieloma względami była podobna do cynku*. Po długich eksperymentach naukowcowi udało się uzyskać nowy pierwiastek, ale w bardzo małej ilości. Tak mały (poniżej 0,1 g), że Lecoq de Boisbaudrap nie był w stanie w pełni zbadać jego właściwości fizykochemicznych.

Sposób otrzymywania galu z mieszanki cynku opisano poniżej.

Odkrycie galu – tak nowy pierwiastek nazwano na cześć Francji (Gallia to jego łacińska nazwa) – pojawiło się w sprawozdaniach Paryskiej Akademii Nauk.

Wiadomość tę przeczytał D.I. Mendelejewa i rozpoznał w galu eka-aluminium, co przepowiedział pięć lat wcześniej. Mendelejew natychmiast napisał do Paryża. „Metoda odkrywania i izolowania, a także kilka opisanych właściwości pozwalają nam wierzyć, że nowym metalem jest nic innego jak eka-aluminium” – czytamy w jego liście. Następnie powtórzył właściwości przewidziane dla tego pierwiastka. Co więcej, nie trzymając w rękach ziaren galu, nie widząc go osobiście, rosyjski chemik argumentował, że odkrywca pierwiastka się mylił, że gęstość nowego metalu nie może wynosić 4,7, jak pisał Lecoq de Boisbaudran: - musi być większa, około 5,9...6,0 g/cm 3!

Choć może się to wydawać dziwne, pierwszy z jego twierdzących, „umacniających” dowiedział się o istnieniu prawa okresowości dopiero z tego listu. Aby sprawdzić wyniki pierwszych eksperymentów, ponownie wyizolował i dokładnie oczyścił ziarna galu. Niektórzy historycy nauki uważają, że miało to na celu zhańbienie pewnego siebie rosyjskiego „przewidywacza”. Ale doświadczenie pokazało coś przeciwnego: odkrywca się mylił. Napisał później: „Nie ma chyba potrzeby podkreślać wyjątkowego znaczenia, jakie ma gęstość nowego pierwiastka dla potwierdzenia teoretycznych poglądów Mendelejewa”.

Pozostałe właściwości pierwiastka nr 31 przewidywane przez Mendelejewa pokrywały się niemal dokładnie z danymi eksperymentalnymi. „Przewidywania Mendelejewa spełniły się z niewielkimi odchyleniami: eka-aluminium zamieniło się w gal”. Tak Engels charakteryzuje to wydarzenie w „Dialektyce natury”.

Nie trzeba dodawać, że odkrycie pierwszego z pierwiastków przewidzianych przez Mendelejewa znacząco wzmocniło pozycję prawa okresowości.

Dlaczego gal jest topliwy?

Przewidując właściwości galu, Mendelejew uważał, że metal ten powinien być topliwy, ponieważ jego analogi w grupie - aluminium i ind - również nie są ogniotrwałe.

Jednak temperatura topnienia galu jest niezwykle niska, pięć razy niższa niż indu. Wyjaśnia to niezwykła struktura kryształów galu. Jego sieć krystaliczną tworzą nie pojedyncze atomy (jak w „normalnych” metalach), ale cząsteczki dwuatomowe. Cząsteczki Ga 2 są bardzo stabilne; zachowują się nawet po przejściu galu w stan ciekły. Jednak cząsteczki te są połączone ze sobą jedynie słabymi siłami van der Waalsa, a do zniszczenia ich wiązania potrzeba bardzo mało energii.

Niektóre inne właściwości pierwiastka nr 31 są związane z dwuatomowością cząsteczek. W stanie ciekłym gal jest gęstszy i cięższy niż w stanie stałym. Przewodność elektryczna ciekłego galu jest również większa niż galu stałego.

Jak wygląda gal?

Zewnętrznie - przede wszystkim przypomina cynę: srebrzystobiały miękki metal, na powietrzu nie utlenia się i nie matowieje.

W większości właściwości chemicznych gal jest zbliżony do aluminium. Podobnie jak aluminium, atom galu ma trzy elektrony na swojej zewnętrznej orbicie. Podobnie jak aluminium, gal łatwo, nawet na zimno, reaguje z halogenami (z wyjątkiem jodu). Obydwa metale łatwo rozpuszczają się w kwasach siarkowym i solnym i oba reagują z zasadami, dając wodorotlenki amfoteryczne. Stałe dysocjacji reakcji

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– ilości tego samego zamówienia.

Istnieją jednak różnice we właściwościach chemicznych galu i aluminium.

Gal ulega zauważalnemu utlenieniu suchym tlenem dopiero w temperaturach powyżej 260°C, a aluminium pozbawione ochronnej warstwy tlenkowej utlenia się tlenem bardzo szybko.

Wraz z wodorem gal tworzy wodorki podobne do wodorków boru. Aluminium może jedynie rozpuszczać wodór, ale nie może z nim reagować.

Gal jest również podobny do grafitu, kwarcu i wody.

Na graficie - bo zostawia szary ślad na papierze.

Dla kwarcu – anizotropia elektryczna i termiczna.

Wielkość oporu elektrycznego kryształów galu zależy od osi, wzdłuż której płynie prąd. Maksymalny stosunek do minimalnego wynosi 7, więcej niż w przypadku jakiegokolwiek innego metalu. To samo dotyczy współczynnika rozszerzalności cieplnej.

Jego wartości w kierunku trzech osi krystalograficznych (kryształy galu są rombowe) kształtują się w stosunku 31:16:11.

Gal jest podobny do wody pod tym względem, że gdy twardnieje, rozszerza się. Wzrost wolumenu jest zauważalny – 3,2%.

Już samo połączenie tych sprzecznych podobieństw mówi o wyjątkowej indywidualności elementu nr 31.

Dodatkowo posiada właściwości niespotykane w żadnym innym elemencie. Po stopieniu może pozostawać w stanie przechłodzonym przez wiele miesięcy w temperaturze poniżej swojej temperatury topnienia. Jest to jedyny metal, który w ogromnym zakresie temperatur pozostaje ciekły od 30 do 2230°C, a lotność jego par jest minimalna. Nawet w głębokiej próżni odparowuje zauważalnie dopiero w temperaturze 1000°C. Opary galu, w przeciwieństwie do metali stałych i ciekłych, są jednoatomowe. Przejście Ga 2 → 2Ga wymaga dużych ilości energii; To wyjaśnia trudność odparowania galu.

Duży zakres temperatur stanu ciekłego jest podstawą jednego z głównych zastosowań technicznych elementu nr 31.

Do czego służy gal?

Termometry galowe mogą zasadniczo mierzyć temperaturę w zakresie od 30 do 2230°C. Termometry galowe są teraz dostępne dla temperatur do 1200°C.

Element nr 31 służy do produkcji stopów niskotopliwych stosowanych w urządzeniach sygnalizacyjnych. Stop galu i indu topi się już w temperaturze 16°C. Jest to najbardziej topliwy ze wszystkich znanych stopów.

Jako pierwiastek grupy III, który zwiększa przewodnictwo „dziurowe” w półprzewodniku, gal (o czystości co najmniej 99,999%) jest stosowany jako dodatek do germanu i krzemu.

Międzymetaliczne związki galu z pierwiastkami grupy V - antymonem i arsenem - same w sobie mają właściwości półprzewodnikowe.

Dodatek galu do masy szklanej umożliwia otrzymanie szkieł o wysokim współczynniku załamania promieni świetlnych, a szkła na bazie Ga 2 O 3 dobrze przepuszczają promienie podczerwone.

Ciekły gal odbija 88% padającego na niego światła, gal stały odbija nieco mniej. Dlatego wytwarzają lustra galowe, które są bardzo łatwe w produkcji - powłokę galową można nakładać nawet pędzlem.

Czasami wykorzystuje się zdolność galu do dobrego zwilżania powierzchni stałych, zastępując rtęć w dyfuzyjnych pompach próżniowych. Takie pompy „utrzymują” próżnię lepiej niż pompy rtęciowe.

Podejmowano próby wykorzystania galu w reaktorach jądrowych, jednak wyniki tych prób trudno uznać za udane. Gal nie tylko dość aktywnie wychwytuje neutrony (przekrój poprzeczny wychwytu 2,71 barna), ale także reaguje w podwyższonych temperaturach z większością metali.

Gal nie stał się materiałem atomowym. To prawda, że ​​​​jego sztuczny radioaktywny izotop 72 Ga (o okresie półtrwania wynoszącym 14,2 godziny) służy do diagnozowania raka kości. Chlorek i azotan galu-72 są adsorbowane przez guz, a wykrywając charakterystykę promieniowania tego izotopu, lekarze niemal dokładnie określają wielkość obcych formacji.

Jak widać, praktyczne możliwości elementu nr 31 są dość szerokie. Nie udało się jeszcze ich w pełni wykorzystać ze względu na trudność uzyskania galu – pierwiastka dość rzadkiego (1,5–10–3% masy skorupy ziemskiej) i bardzo rozproszonego. Znanych jest niewiele rodzimych minerałów galu. Jego pierwszy i najsłynniejszy minerał, galit CuGaS 2, został odkryty dopiero w 1956 roku. Później odkryto dwa kolejne minerały, już bardzo rzadkie.

Zazwyczaj gal występuje w cynku, aluminium, rudach żelaza, a także w węglu – jako drobne zanieczyszczenie. I co jest charakterystyczne: im większe jest to zanieczyszczenie, tym trudniej je wydobyć, ponieważ galu jest więcej w rudach metali (aluminium, cynk), które są do niego podobne pod względem właściwości. Większość ziemskiego galu zawarta jest w minerałach glinu.

Gal

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

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

2. Obecnie cały gal jest stosowany w mikroelektronice.

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

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

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

6. Obecnie opracowano farmaceutyki i radiofarmaceutyki zawierające gal.

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

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

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

Łyżka galowa
Domowa łyżka galu. Film przedstawiający topienie łyżki:

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

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

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

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

Zainteresowani mogą pobrać

DEFINICJA

Gal- trzydziesty pierwszy element układu okresowego. Oznaczenie - Ga od łacińskiego „galu”. Znajduje się w czwartym okresie, grupa IIIA. Odnosi się do metali. Ładunek jądrowy wynosi 31.

Gal jest pierwiastkiem rzadkim i nie występuje w przyrodzie w znaczących stężeniach. Otrzymuje się go głównie z koncentratów cynku po wytopie z nich cynku.

W stanie wolnym gal jest srebrzystobiałym (ryc. 1) miękkim metalem o niskiej temperaturze topnienia. Jest dość stabilny na powietrzu, nie rozkłada wody, ale łatwo rozpuszcza się w kwasach i zasadach.

Ryż. 1. Gal. Wygląd.

Masa atomowa i cząsteczkowa galu

Względna masa cząsteczkowa substancji (M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla, a względna masa atomowa pierwiastka (A r) wynosi ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.

Ponieważ gal występuje w stanie wolnym w postaci jednoatomowych cząsteczek Ga, wartości jego mas atomowych i cząsteczkowych pokrywają się. Są one równe 69,723.

Izotopy galu

Wiadomo, że w naturze gal występuje w postaci dwóch stabilnych izotopów 69 Ga (60,11%) i 71 Ga (39,89%). Ich liczby masowe wynoszą odpowiednio 69 i 71. Jądro atomu izotopu galu 69 Ga zawiera trzydzieści jeden protonów i trzydzieści osiem neutronów, a izotop 71 Ga zawiera tę samą liczbę protonów i czterdzieści neutronów.

Istnieją sztuczne niestabilne radioaktywne izotopy galu o liczbach masowych od 56 do 86, a także trzy stany izomeryczne jąder, wśród których najdłużej żyjący izotop 67 Ga z okresem półtrwania wynoszącym 3,26 dnia.

Jony galu

Na zewnętrznym poziomie energetycznym atomu galu znajdują się trzy elektrony, które są wartościowością:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 .

W wyniku interakcji chemicznych gal oddaje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:

Ga 0-2e → Ga 2+ ;

Ga 0 -3e → Ga 3+ .

Cząsteczka i atom galu

W stanie wolnym gal występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ga. Oto niektóre właściwości charakteryzujące atom i cząsteczkę galu:

Stopy galu

Dodając gal do aluminium, otrzymuje się stopy, które można łatwo obrabiać na gorąco; Stopy galu i złota stosowane są w protetyce dentystycznej i biżuterii.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

PRZYKŁAD 2