Paano ginawa ang gallium? Ang Gallium ay isang likidong metal

Ang average na nilalaman ng gallium sa crust ng lupa ay 19 g/t. Ang Gallium ay isang tipikal na elemento ng bakas na may dalawahang geochemical na kalikasan. Dahil sa pagkakapareho ng mga katangian ng kristal na kemikal nito sa mga pangunahing elemento na bumubuo ng bato (Al, Fe, atbp.) At ang malawak na posibilidad ng isomorphism sa kanila, ang gallium ay hindi bumubuo ng malalaking akumulasyon, sa kabila ng makabuluhang halaga ng clarke. Ang mga sumusunod na mineral na may mataas na nilalaman ng gallium ay nakikilala: sphalerite (0 - 0.1%), magnetite (0 - 0.003%), cassiterite (0 - 0.005%), garnet (0 - 0.003%), beryl (0 - 0.003%) , tourmaline (0 - 0.01%), spodumene (0.001 - 0.07%), phlogopite (0.001 - 0.005%), biotite (0 - 0.1%), muscovite (0 - 0.01%), sericite ( 0 - 0.005%), lepidolite (0.001 - 0.03%), chlorite (0 - 0.001%), feldspars (0 - 0.01%), nepheline (0 - 0.1%), hecmanite (0.01 - 0.07%), natrolite (0 - 0.1%). Ang konsentrasyon ng gallium sa tubig dagat ay 3·10−5 mg/l.

Mga deposito

Ang mga deposito ng gallium ay kilala sa South-West Africa at sa mga bansang CIS

Pagkuha ng gallium

Para sa gallium, kilala ang bihirang mineral gallite CuGaS2 (halo-halong tanso at gallium sulfide). Ang mga bakas nito ay patuloy na matatagpuan sa sphalerite, chalcopyrite at germanite. Ang mas malaking dami (hanggang sa 1.5%) ay natagpuan sa abo ng ilang mga uling. Gayunpaman, ang pangunahing pinagmumulan ng gallium ay ang mga solusyon ng produksyon ng alumina sa panahon ng pagproseso ng bauxite (karaniwang naglalaman ng mga menor de edad na impurities (hanggang sa 0.1%)) at nepheline. Ang gallium ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng pagproseso ng polymetallic ores at karbon. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng mga alkaline na likido, na isang intermediate na produkto ng pagproseso ng natural na bauxite sa teknikal na alumina. Ang konsentrasyon ng gallium sa alkaline aluminate solution pagkatapos ng agnas sa proseso ng Bayer: 100-150 mg/l, sa pamamagitan ng paraan ng sintering: 50-65 mg/l. Sa pamamagitan ng mga pamamaraang ito, ang gallium ay nahihiwalay sa karamihan ng aluminyo sa pamamagitan ng carbonization, na tumutuon sa huling bahagi ng sediment. Pagkatapos ang enriched sediment ay ginagamot ng dayap, ang gallium ay napupunta sa solusyon, mula sa kung saan ang magaspang na metal ay inilabas ng electrolysis. Ang kontaminadong gallium ay hinuhugasan ng tubig, pagkatapos ay sinasala sa pamamagitan ng mga butas na plato at pinainit sa isang vacuum upang alisin ang mga pabagu-bagong dumi. Upang makakuha ng gallium na may mataas na kadalisayan, ginagamit ang mga kemikal (mga reaksyon sa pagitan ng mga asing-gamot), electrochemical (electrolysis ng mga solusyon) at pisikal (decomposition). Sa isang napakadalisay na anyo (99.999%), ito ay nakuha sa pamamagitan ng electrolytic refining, pati na rin sa pamamagitan ng pagbawas ng maingat na purified GaCl3 na may hydrogen.

Mga katangiang pisikal

Ang crystalline gallium ay may ilang polymorphic modification, ngunit isa lamang (I) ang thermodynamically stable, na mayroong orthorhombic (pseudo-tetragonal) na sala-sala na may mga parameter a = 4.5186 Å, b = 7.6570 Å, c = 4.5256 Å. Ang iba pang mga pagbabago ng gallium (β, γ, δ, ε) ay nag-kristal mula sa supercooled na dispersed na metal at hindi matatag. Sa mataas na presyon, dalawa pang polymorphic na istruktura ng gallium II at III ang naobserbahan, na mayroong, ayon sa pagkakabanggit, cubic at tetragonal lattices.

Ang density ng gallium sa solid state sa temperatura na 20 °C ay 5.904 g/cm³, ang likidong gallium (tmelt = 29.8 °C) ay may density na 6.095 g/cm³, iyon ay, kapag nagpapatigas, ang dami ng gallium ay tumataas. . Ang Gallium ay kumukulo sa 2230 °C. Ang isa sa mga tampok ng gallium ay ang malawak na hanay ng temperatura ng pagkakaroon ng estado ng likido (mula 30 hanggang 2230 °C), habang mayroon itong mababang presyon ng singaw sa mga temperatura hanggang sa 1100-1200 °C. Ang tiyak na kapasidad ng init ng solid gallium sa hanay ng temperatura T=0-24 °C ay 376.7 J/kg K (0.09 cal/g deg.), sa estadong likido sa T=29-100 °C - 410 J/ kg K (0.098 cal/g deg).

Ang electrical resistivity sa solid at liquid state ay katumbas ng, ayon sa pagkakabanggit, 53.4·10−6 ohm·cm (sa T=0 °C) at 27.2·10−6 ohm·cm (sa T=30 °C). Ang lagkit ng likidong gallium sa iba't ibang temperatura ay 1.612 poise sa T=98 °C at 0.578 poise sa T=1100 °C. Ang pag-igting sa ibabaw na sinusukat sa 30 °C sa isang hydrogen na kapaligiran ay 0.735 n/m. Ang mga reflectance para sa mga wavelength na 4360 Å at 5890 Å ay 75.6% at 71.3%, ayon sa pagkakabanggit.

Ang natural na gallium ay binubuo ng dalawang isotopes 69Ga (61.2%) at 71Ga (38.8%). Ang thermal neutron capture cross section para sa kanila ay 2.1·10−28 m² at 5.1·10−28 m², ayon sa pagkakabanggit.

Mga aplikasyon ng gallium

Ang Gallium arsenide GaAs ay isang promising material para sa semiconductor electronics.
Ang gallium nitride ay ginagamit sa paglikha ng mga semiconductor laser at LED sa asul at ultraviolet range. Ang Gallium nitride ay may mahusay na kemikal at mekanikal na katangian na tipikal ng lahat ng mga compound ng nitride.
Ang gallium-71 isotope ay ang pinakamahalagang materyal para sa pag-detect ng mga neutrino, at kaugnay nito, ang teknolohiya ay nahaharap sa isang napaka-kagyat na gawain ng paghiwalayin ang isotope na ito mula sa isang natural na pinaghalong upang mapataas ang sensitivity ng mga neutrino detector. Dahil ang nilalaman ng 71Ga sa isang natural na pinaghalong isotopes ay humigit-kumulang 39.9%, ang paghihiwalay ng isang purong isotope at ang paggamit nito bilang isang neutrino detector ay maaaring tumaas ang sensitivity ng pagtuklas ng 2.5 beses.

Ang Gallium ay mahal; noong 2005, sa pandaigdigang merkado, ang isang tonelada ng gallium ay nagkakahalaga ng 1.2 milyong dolyar ng US, at dahil sa mataas na presyo at sa parehong oras ang malaking pangangailangan para sa metal na ito, napakahalaga na maitatag ang kumpletong pagkuha nito sa produksyon ng aluminyo at pagproseso ng karbon sa likidong gasolina.

Ang gallium ay may ilang mga haluang metal na likido sa temperatura ng silid, at ang isa sa mga haluang metal nito ay may melting point na 3 °C (In-Ga-Sn eutectic), ngunit sa kabilang banda ang gallium (mga haluang metal sa mas maliit na lawak) ay napaka agresibo sa karamihan ng mga materyales sa istruktura (pag-crack at pagguho ng mga haluang metal sa mataas na temperatura). Halimbawa, may kaugnayan sa aluminyo at mga haluang metal nito, ang gallium ay isang malakas na pampababa ng lakas (tingnan ang pagbaba ng lakas ng adsorption, epekto ng Rehbinder). Ang pag-aari na ito ng gallium ay pinaka-malinaw na ipinakita at pinag-aralan nang detalyado ng P. A. Rebinder at E. D. Shchukin sa panahon ng pakikipag-ugnay ng aluminyo na may gallium o ang mga eutectic alloy nito (liquid metal embrittlement). Bilang karagdagan, ang pagbabasa ng aluminyo na may isang pelikula ng likidong gallium ay nagdudulot ng mabilis na oksihenasyon nito, katulad ng nangyayari sa aluminyo na pinagsama sa mercury. Natutunaw ng Gallium ang humigit-kumulang 1% ng aluminyo sa punto ng pagkatunaw nito, na umaabot sa panlabas na ibabaw ng pelikula, kung saan agad itong na-oxidize ng hangin. Ang oxide film sa isang likidong ibabaw ay hindi matatag at hindi nagpoprotekta laban sa karagdagang oksihenasyon. Bilang resulta, ang likidong gallium alloy ay hindi ginagamit bilang isang thermal interface sa pagitan ng isang heat-generating component (halimbawa, isang computer central processor) at isang aluminum radiator.

Bilang isang coolant, ang gallium ay hindi epektibo at kadalasan ay hindi katanggap-tanggap.
Ang Gallium ay isang mahusay na pampadulas. Ang mga metal adhesive na napakahalaga sa mga praktikal na termino ay nilikha batay sa gallium at nickel, gallium at scandium.
Ginagamit din ang gallium metal upang punan ang mga quartz thermometer (sa halip na mercury) upang sukatin ang mataas na temperatura. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang gallium ay may mas mataas na punto ng kumukulo kumpara sa mercury.
Ang Gallium oxide ay bahagi ng isang bilang ng mga madiskarteng mahalagang materyales ng laser ng pangkat ng garnet - GSGG, YAG, ISGG, atbp.

Biological na papel at mga tampok ng sirkulasyon ng gallium

Hindi gumaganap ng isang biological na papel.

Ang pakikipag-ugnay sa balat na may gallium ay humahantong sa katotohanan na ang mga ultra-maliit na dispersed particle ng metal ay nananatili dito. Sa panlabas, ito ay mukhang isang kulay-abo na lugar.
Klinikal na larawan ng talamak na pagkalason: panandaliang kaguluhan, pagkatapos ay pagkahilo, may kapansanan sa koordinasyon ng mga paggalaw, adynamia, areflexia, mabagal na paghinga, kaguluhan sa ritmo nito. Laban sa background na ito, ang paralisis ng mas mababang mga paa't kamay ay sinusunod, na sinusundan ng pagkawala ng malay at kamatayan. Ang pagkakalantad sa paglanghap sa isang aerosol na naglalaman ng gallium sa konsentrasyon na 50 mg/m³ ay nagdudulot ng pinsala sa bato sa mga tao, gayundin ang intravenous administration ng 10-25 mg/kg ng gallium salts. Proteinuria, azotemia, at kapansanan sa clearance ng urea ay nabanggit.
Dahil sa mababang punto ng pagkatunaw, ang mga gallium ingots ay inirerekomenda na dalhin sa mga polyethylene bag, na hindi gaanong nabasa ng likidong gallium.

Tungkol sa elementong may atomic number 31, natatandaan lamang ng karamihan sa mga mambabasa na ito ay isa sa tatlong elemento na hinulaang at inilarawan nang detalyado ni D.I. Mendeleev, at ang gallium na iyon ay isang napaka-fusible na metal: sapat na ang init ng palad para maging likido ito.

Gayunpaman, ang gallium ay hindi ang pinaka-fusible ng mga metal (kahit na hindi mo binibilang ang mercury). Ang punto ng pagkatunaw nito ay 29.75°C, at ang cesium ay natutunaw sa 28.5°C; ang cesium lamang, tulad ng anumang alkali metal, ay hindi maaaring makuha sa iyong mga kamay, kaya natural na mas madaling matunaw ang gallium sa iyong palad kaysa sa cesium.

Sinadya naming sinimulan ang aming kwento tungkol sa elemento Blg. 31 sa pamamagitan ng pagbanggit ng isang bagay na alam ng halos lahat. Dahil ang "kilala" na ito ay nangangailangan ng paliwanag. Alam ng lahat na ang gallium ay hinulaan ni Mendeleev at natuklasan ni Lecoq de Boisbaudran, ngunit hindi alam ng lahat kung paano nangyari ang pagtuklas. Alam ng halos lahat na ang gallium ay fusible, ngunit halos walang makakasagot sa tanong kung bakit ito fusible.

Paano natuklasan ang gallium?

Ang Pranses na chemist na si Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ay bumaba sa kasaysayan bilang ang nakatuklas ng tatlong bagong elemento: gallium (1875), samarium (1879) at dysprosium (1886). Ang una sa mga pagtuklas na ito ay nagdala sa kanya ng katanyagan.

Noong panahong iyon, hindi pa siya gaanong kilala sa labas ng France. Siya ay 38 taong gulang at pangunahing kasangkot sa spectroscopic research. Si Lecoq de Boisbaudran ay isang mahusay na spectroscopist, at ito sa huli ay humantong sa tagumpay: natuklasan niya ang lahat ng kanyang tatlong elemento sa pamamagitan ng spectral analysis.

Noong 1875, sinuri ng Lecoq de Boisbaudran ang spectrum ng zinc blende na dinala mula sa Pierrefitte (Pyrenees). Isang bagong violet na linya (wavelength 4170 Ǻ) ang natuklasan sa spectrum na ito. Ang bagong linya ay nagpahiwatig ng pagkakaroon ng isang hindi kilalang elemento sa mineral, at, medyo natural, ginawa ng Lecoq de Boisbaudran ang lahat ng pagsisikap na ihiwalay ang elementong ito. Ito ay naging mahirap gawin: ang nilalaman ng bagong elemento sa ore ay mas mababa sa 0.1%, at sa maraming paraan ito ay katulad ng zinc*. Pagkatapos ng mahabang eksperimento, nakuha ng siyentipiko ang isang bagong elemento, ngunit sa napakaliit na dami. Napakaliit (mas mababa sa 0.1 g) kaya hindi napag-aralan nang lubusan ng Lecoq de Boisbaudrap ang pisikal at kemikal na mga katangian nito.

Kung paano nakuha ang gallium mula sa zinc blende ay inilarawan sa ibaba.

Ang pagtuklas ng gallium - ito ay kung paano pinangalanan ang bagong elemento bilang parangal sa France (Gallia ang Latin na pangalan nito) - ay lumitaw sa mga ulat ng Paris Academy of Sciences.

Ang mensaheng ito ay binasa ni D.I. Mendeleev at kinilala sa gallium eka-aluminum, na hinulaan niya limang taon na ang nakalilipas. Agad na sumulat si Mendeleev sa Paris. "Ang paraan ng pagtuklas at paghihiwalay, pati na rin ang ilang mga katangian na inilarawan, ay humantong sa amin upang maniwala na ang bagong metal ay walang iba kundi ang eka-aluminum," sabi ng kanyang sulat. Pagkatapos ay inulit niya ang mga katangiang hinulaang para sa elementong iyon. Bukod dito, nang hindi kailanman humawak ng mga butil ng gallium sa kanyang mga kamay, nang hindi nakikita ito nang personal, ang Russian chemist ay nagtalo na ang nakatuklas ng elemento ay nagkakamali, na ang density ng bagong metal ay hindi maaaring katumbas ng 4.7, gaya ng isinulat ni Lecoq de Boisbaudran, - dapat itong mas malaki, humigit-kumulang 5.9...6.0 g/cm 3!

Bagama't tila kakaiba, ang una sa kanyang apirmatibo, "pagpapalakas" ay natutunan ang tungkol sa pagkakaroon ng pana-panahong batas mula lamang sa liham na ito. Muli niyang inihiwalay at maingat na nilinis ang mga butil ng gallium upang suriin ang mga resulta ng mga unang eksperimento. Ang ilang mga istoryador ng agham ay naniniwala na ito ay ginawa sa layuning kahihiyan ang tiwala sa sarili na "tagahula" ng Russia. Ngunit ipinakita ng karanasan ang kabaligtaran: ang nakatuklas ay nagkamali. Nang maglaon ay sumulat siya: "Sa palagay ko, hindi na kailangang ituro ang pambihirang kahalagahan na ang density ng isang bagong elemento ay may kaugnayan sa kumpirmasyon ng mga teoretikal na pananaw ni Mendeleev."

Ang iba pang mga katangian ng elemento Blg. 31 na hinulaang ni Mendeleev ay halos eksaktong kasabay ng pang-eksperimentong data. "Ang mga hula ni Mendeleev ay nagkatotoo na may maliliit na paglihis: ang eka-aluminum ay naging gallium." Ito ay kung paano inilarawan ni Engels ang kaganapang ito sa "Dialectics of Nature."

Hindi na kailangang sabihin, ang pagtuklas ng una sa mga elemento na hinulaang ni Mendeleev ay makabuluhang pinalakas ang posisyon ng pana-panahong batas.

Bakit fusible ang gallium?

Ang paghula sa mga katangian ng gallium, naniniwala si Mendeleev na ang metal na ito ay dapat na fusible, dahil ang mga analogue nito sa grupo - aluminyo at indium - ay hindi rin refractory.

Ngunit ang punto ng pagkatunaw ng gallium ay hindi pangkaraniwang mababa, limang beses na mas mababa kaysa sa indium. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang istraktura ng gallium crystals. Ang kristal na sala-sala nito ay nabuo hindi ng mga indibidwal na atomo (tulad ng sa "normal" na mga metal), ngunit sa pamamagitan ng mga molekulang diatomic. Ang mga molekula ng Ga 2 ay napakatatag; Ngunit ang mga molekulang ito ay konektado sa isa't isa lamang sa pamamagitan ng mahinang puwersa ng van der Waals, at napakakaunting enerhiya ang kailangan upang sirain ang kanilang bono.

Ang ilang iba pang mga katangian ng elemento No. 31 ay nauugnay sa diatomicity ng mga molekula. Sa likidong estado, ang gallium ay mas siksik at mas mabigat kaysa sa solidong estado. Ang electrical conductivity ng liquid gallium ay mas malaki din kaysa sa solid gallium.

Ano ang hitsura ng gallium?

Sa panlabas - higit sa lahat ay mukhang lata: isang kulay-pilak-puting malambot na metal sa hangin ay hindi ito nag-oxidize at hindi nabubulok.

At sa karamihan ng mga kemikal na katangian, ang gallium ay malapit sa aluminyo. Tulad ng aluminyo, ang gallium atom ay may tatlong electron sa panlabas na orbit nito. Tulad ng aluminyo, ang gallium ay madaling tumutugon sa mga halogens (maliban sa yodo), kahit na sa malamig. Ang parehong mga metal ay madaling matunaw sa sulfuric at hydrochloric acid, at parehong tumutugon sa alkalis at nagbibigay ng amphoteric hydroxides. Reaction dissociation constants

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– dami ng parehong pagkakasunud-sunod.

Gayunpaman, mayroong mga pagkakaiba sa mga kemikal na katangian ng gallium at aluminyo.

Ang gallium ay kapansin-pansing na-oxidize ng dry oxygen lamang sa mga temperaturang higit sa 260°C, at ang aluminyo, kung mawawalan ng protective oxide film nito, ay na-oxidize ng oxygen nang napakabilis.

Sa hydrogen, ang gallium ay bumubuo ng mga hydrides na katulad ng boron hydride. Ang aluminyo ay maaari lamang matunaw ang hydrogen, ngunit hindi tumutugon dito.

Ang gallium ay katulad din ng graphite, quartz, at tubig.

Sa grapayt - dahil nag-iiwan ito ng kulay abong marka sa papel.

Para sa kuwarts - electrical at thermal anisotropy.

Ang magnitude ng electrical resistance ng gallium crystals ay depende sa kung aling axis ang kasalukuyang dumadaloy. Ang maximum hanggang minimum na ratio ay 7, higit sa anumang iba pang metal. Ang parehong napupunta para sa koepisyent ng thermal expansion.

Ang mga halaga nito sa direksyon ng tatlong crystallographic axes (gallium crystals ay rhombic) ay nasa ratio na 31:16:11.

At ang gallium ay katulad ng tubig na kapag ito ay tumigas, ito ay lumalawak. Ang pagtaas ng volume ay kapansin-pansin - 3.2%.

Ang kumbinasyon ng mga magkasalungat na pagkakatulad na ito lamang ay nagsasalita ng natatanging indibidwalidad ng elemento Blg. 31.

Bilang karagdagan, mayroon itong mga katangian na hindi likas sa anumang elemento. Kapag natunaw, maaari itong manatili sa supercooled na estado sa loob ng maraming buwan sa temperaturang mas mababa sa punto ng pagkatunaw nito. Ito ang tanging metal na nananatiling likido sa isang malaking hanay ng temperatura mula 30 hanggang 2230°C, at ang pagkasumpungin ng mga singaw nito ay minimal. Kahit na sa isang malalim na vacuum, ito ay kapansin-pansing sumingaw lamang sa 1000°C. Ang singaw ng gallium, hindi katulad ng solid at likidong mga metal, ay monatomic. Ang paglipat ng Ga 2 → 2Ga ay nangangailangan ng malaking halaga ng enerhiya; Ipinapaliwanag nito ang kahirapan ng pagsingaw ng gallium.

Ang malaking hanay ng temperatura ng estado ng likido ay ang batayan ng isa sa mga pangunahing teknikal na aplikasyon ng elemento No. 31.

Ano ang mabuti para sa gallium?

Ang mga gallium thermometer sa prinsipyo ay maaaring sumukat ng mga temperatura mula 30 hanggang 2230°C. Available na ngayon ang mga gallium thermometer para sa mga temperatura hanggang sa 1200°C.

Ang Element No. 31 ay ginagamit para sa paggawa ng mga mababang-natutunaw na haluang metal na ginagamit sa mga aparato sa pagbibigay ng senyas. Ang gallium-indium alloy ay natutunaw na sa 16°C. Ito ang pinaka-fusible sa lahat ng kilalang haluang metal.

Bilang isang elemento ng pangkat III na nagpapahusay sa kondaktibiti ng "butas" sa isang semiconductor, ang gallium (na may kadalisayan ng hindi bababa sa 99.999%) ay ginagamit bilang isang additive sa germanium at silikon.

Ang mga intermetallic compound ng gallium na may mga elemento ng pangkat V - antimony at arsenic - mismo ay may mga katangian ng semiconductor.

Ang pagdaragdag ng gallium sa masa ng salamin ay ginagawang posible na makakuha ng mga baso na may mataas na refractive index ng mga light ray, at ang mga baso batay sa Ga 2 O 3 ay nagpapadala ng mga infrared ray nang maayos.

Ang likidong gallium ay sumasalamin sa 88% ng liwanag na insidente dito, ang solid gallium ay sumasalamin nang bahagya. Samakatuwid, gumagawa sila ng mga salamin ng gallium na napakadaling gawin—ang gallium coating ay maaari pang ilapat gamit ang isang brush.

Minsan ginagamit ang kakayahan ng gallium na mabasa nang mabuti ang mga solidong ibabaw, na pinapalitan ang mercury sa mga diffusion vacuum pump. Ang mga naturang bomba ay "humahawak" sa vacuum na mas mahusay kaysa sa mercury pump.

Ang mga pagtatangka ay ginawa na gumamit ng gallium sa mga nuclear reactor, ngunit ang mga resulta ng mga pagtatangka na ito ay halos hindi maituturing na matagumpay. Hindi lamang ang gallium ay aktibong kumukuha ng mga neutron (nakakakuha ng cross section 2.71 barns), ito rin ay tumutugon sa mataas na temperatura kasama ng karamihan sa mga metal.

Ang Gallium ay hindi naging isang atomic na materyal. Totoo, ang artipisyal na radioactive isotope na 72 Ga (na may kalahating buhay na 14.2 oras) ay ginagamit upang masuri ang kanser sa buto. Ang Gallium-72 chloride at nitrate ay na-adsorbed ng tumor, at sa pamamagitan ng pag-detect ng radiation na katangian ng isotope na ito, halos tumpak na tinutukoy ng mga doktor ang laki ng mga dayuhang pormasyon.

Tulad ng nakikita mo, ang mga praktikal na posibilidad ng elemento No. 31 ay medyo malawak. Hindi pa posible na gamitin ang mga ito nang lubusan dahil sa kahirapan sa pagkuha ng gallium - isang medyo bihirang elemento (1.5 10 -3% ng bigat ng crust ng lupa) at napakalat. Ilang katutubong gallium mineral ang kilala. Ang una at pinakatanyag na mineral nito, ang gallite CuGaS 2, ay natuklasan lamang noong 1956. Nang maglaon, dalawa pang mineral, na napakabihirang, ay natagpuan.

Karaniwan, ang gallium ay matatagpuan sa sink, aluminyo, iron ores, pati na rin sa karbon - bilang isang maliit na karumihan. At kung ano ang katangian: mas malaki ang karumihang ito, mas mahirap na kunin ito, dahil mayroong higit na gallium sa mga ores ng mga metal na iyon (aluminyo, sink) na katulad nito sa mga katangian. Ang bulk ng terrestrial gallium ay nakapaloob sa mga mineral na aluminyo.

Gallium

Gallium ay isang kemikal na elemento na may atomic number na 31. Ito ay kabilang sa grupo ng mga light metal at itinalaga ng simbolong "Ga". Ang gallium ay hindi nangyayari sa kalikasan sa dalisay nitong anyo, ngunit ang mga compound nito ay matatagpuan sa hindi gaanong dami sa bauxite at zinc ores. Ang Gallium ay isang malambot, ductile, kulay-pilak na metal. Sa mababang temperatura ito ay nasa solidong estado, ngunit natutunaw sa temperatura na hindi mas mataas kaysa sa temperatura ng silid (29.8°C). Sa video sa ibaba makikita mo kung paano natutunaw ang isang gallium na kutsara sa isang tasa ng mainit na tsaa.

1. Mula sa pagkatuklas ng elemento noong 1875 hanggang sa pagdating ng panahon ng semiconductor, ang gallium ay pangunahing ginamit upang lumikha ng mababang-natutunaw na mga haluang metal.

2. Sa kasalukuyan, ang lahat ng gallium ay ginagamit sa microelectronics.

3. Ang gallium arsenide, ang pangunahing sangkap na compound na ginamit, ay ginagamit sa mga microwave circuit at infrared na aplikasyon.

4. Hindi gaanong ginagamit ang gallium nitride sa paglikha ng mga semiconductor laser at LED sa blue at ultraviolet range.

5. Ang Gallium ay walang biyolohikal na papel na kilala sa agham. Ngunit, dahil ang mga gallium compound at iron salts ay kumikilos nang katulad sa mga biological system, kadalasang pinapalitan ng mga gallium ions ang mga iron ions sa mga medikal na aplikasyon.

6. Sa kasalukuyan, ang mga parmasyutiko at radiopharmaceutical na naglalaman ng gallium ay binuo.

Marahil ang pinakatanyag na pag-aari ng gallium ay ang punto ng pagkatunaw nito, na 29.76 °C. Ito ay ang pangalawang pinaka-fusible na metal sa periodic table (pagkatapos ng mercury). Ang fusibility at mababang toxicity ng gallium metal ay naging posible upang makuha ang litratong ito. Sa pamamagitan ng paraan, ang gallium ay isa sa ilang mga metal na lumalawak kapag natutunaw ang solidifies (ang iba ay Bi, Ge).

Gallodent, gallium-tin eutectic
Ang metal na gallium ay mababa ang lason; Ang application na ito ay batay sa katotohanan na kapag ang tansong pulbos ay hinaluan ng tinunaw na gallium, ang isang paste ay nakuha, na pagkatapos ng ilang oras ay tumigas (dahil sa pagbuo ng isang intermetallic compound) at pagkatapos ay makatiis ng pag-init hanggang sa 600 degrees nang hindi natutunaw. Ang gallium ay napakarupok (maaari itong basagin tulad ng salamin).

Malaking gallium crystals
Ang isa pang kawili-wiling tampok ng gallium ay ang kakayahan ng pagtunaw nito sa supercool. Ang natunaw na gallium ay maaaring palamigin sa humigit-kumulang 10-30 degrees sa ibaba ng punto ng pagkatunaw nito at ito ay mananatiling likido, ngunit kung magtapon ka ng isang piraso ng solidong gallium o tuyong yelo sa naturang pagkatunaw, ang malalaking kristal ay agad na magsisimulang tumubo mula dito. Ang larawan ay nagpapakita ng isang solidifying gallium ingot. Ang larawan ay malinaw na nagpapakita na ang pagkikristal ay nagsimula sa tatlong lugar, at sa parehong oras ang tatlong malalaking solong kristal ay nagsimulang lumaki, na pagkatapos ay nakilala at nabuo ang isang ingot (nangyari ito humigit-kumulang dalawang oras pagkatapos ng pagbaril).

Kutsara ng gallium
Galing sa bahay na kutsarang gallium. Video ng pagtunaw ng kutsarang ito:

High Temperature Gallium Thermometer Gallium Quartz Thermometer Gallium sa Thermometer
Narito ang isa pang gamit para sa gallium.
Ang Gallium ay nasa isang likidong estado sa isang napakalawak na hanay ng temperatura, at, sa teorya, ang mga gallium thermometer ay maaaring sumukat ng mga temperatura hanggang sa 2000 degrees. Ang paggamit ng gallium bilang isang thermometric na likido ay unang iminungkahi medyo matagal na ang nakalipas. Sinusukat na ng mga gallium thermometer ang mga temperatura hanggang 1200 degrees, ngunit ang karaniwang tao ay hindi madalas na nakikita nang personal ang mga thermometer na ito sa laboratoryo.
Ang ganitong mga thermometer ay hindi malawakang ginagamit para sa ilang kadahilanan. Una, sa mataas na temperatura, ang gallium ay isang napaka-agresibong sangkap. Sa temperaturang higit sa 500 °C, sinisira nito ang halos lahat ng metal maliban sa tungsten, pati na rin ang maraming iba pang materyales. Ang kuwarts ay lumalaban sa molten gallium hanggang sa 1100°C, ngunit maaaring magkaroon ng problema dahil sa katotohanan na ang quartz (at karamihan sa iba pang baso) ay nabasa nang husto ng metal na ito. Iyon ay, ang gallium ay mananatili lamang sa mga dingding ng thermometer mula sa loob, at imposibleng malaman ang temperatura. Ang isa pang problema ay maaaring lumitaw kapag ang thermometer ay lumalamig sa ibaba 28 degrees. Kapag tumigas ang gallium, kumikilos ito na parang tubig - lumalawak ito at maaaring masira lang ang thermometer mula sa loob. Buweno, ang huling dahilan kung bakit ang isang mataas na temperatura na gallium thermometer ay bihira na ngayong matagpuan ay ang pag-unlad ng teknolohiya at electronics. Hindi lihim na ang isang digital thermometer ay mas maginhawang gamitin kaysa sa isang likidong thermometer. Ang mga modernong temperature controller, na kumpleto sa, halimbawa, platinum-platinum-rhodium thermocouples, ay nagbibigay-daan sa iyong sukatin ang mga temperatura sa hanay mula -200 hanggang +1600°C na may katumpakan na hindi matamo para sa mga likidong thermometer. Bilang karagdagan, ang thermocouple ay maaaring matatagpuan sa isang malaking distansya mula sa controller.

Ang gallium ay bumubuo ng mga low-melting eutectic alloy na may maraming metal, na ang ilan ay natutunaw sa mga temperaturang mas mababa sa temperatura ng kuwarto.
Ang haluang metal ng gallium-indium ay natutunaw sa temperatura na 15.7°C, iyon ay, sa temperatura ng silid ito ay isang likido. Upang maghanda ng naturang haluang metal, hindi na kailangang painitin ang pinaghalong mga metal hanggang sa matunaw ito ay sapat na upang i-compress lamang ang mga piraso ng gallium at indium nang mahigpit. Ipinapakita ng video na mula sa punto ng pakikipag-ugnay ng dalawang metal (ang malaking silindro ay gallium, ang maliit ay indium), ang isang eutectic na haluang metal ay nagsisimulang tumulo.

Ang isang kagiliw-giliw na eksperimento ay maaaring isagawa hindi lamang sa pagtunaw, kundi pati na rin sa solidification ng gallium. Una, ang gallium ay isa sa ilang mga sangkap na lumalawak kapag solidified (tulad ng tubig), at pangalawa, ang kulay ng tinunaw na metal ay medyo iba sa kulay ng solid.
Ibuhos ang isang maliit na halaga ng likidong gallium sa isang glass vial at ilagay ang isang maliit na piraso ng solid gallium sa itaas (isang buto para sa crystallization, dahil ang gallium ay may kakayahang mag-supercooling). Malinaw na ipinapakita ng video kung paano nagsimulang tumubo ang mga metal na kristal (mayroon silang isang mala-bughaw na tint, sa kaibahan sa kulay-pilak-puting pagtunaw). Pagkaraan ng ilang oras, ang lumalawak na gallium ay sumabog sa bula.
Ang gitnang bahagi ng video (ang paglaki ng gallium crystals) ay binilisan ng sampung beses upang hindi masyadong mahaba ang video.

Tulad ng mercury, ang molten gallium ay maaaring gamitin upang gumawa ng "beating heart", bagaman dahil sa ang katunayan na ang gallium ay isang mas electropositive na metal kaysa sa bakal, ito ay gumagana sa kabaligtaran na paraan. Kapag ang dulo ng isang kuko ay dumampi sa isang patak ng tinunaw na gallium, ito ay "kumakalat" dahil sa pagbaba ng tensyon sa ibabaw. At sa sandaling maputol ang pagkakadikit sa kuko, tataas ang pag-igting sa ibabaw at muling nakolekta ang patak hanggang sa mahawakan nito ang kuko.

Maaaring mag-download ang mga interesado

DEPINISYON

Gallium- tatlumpu't unang elemento ng Periodic Table. Pagtatalaga - Ga mula sa Latin na "gallium". Matatagpuan sa ikaapat na yugto, pangkat IIIA. Tumutukoy sa mga metal. Ang nuclear charge ay 31.

Ang Gallium ay isang bihirang elemento at hindi nangyayari sa kalikasan sa anumang makabuluhang konsentrasyon. Ito ay nakuha pangunahin mula sa zinc concentrates pagkatapos ng smelting zinc mula sa kanila.

Sa malayang estado nito, ang gallium ay isang kulay-pilak-puti (Larawan 1) na malambot na metal na may mababang punto ng pagkatunaw. Ito ay medyo matatag sa hangin, hindi nabubulok ang tubig, ngunit madaling natutunaw sa mga acid at alkalis.

kanin. 1. Gallium. Hitsura.

Atomic at molekular na masa ng gallium

Ang relative molecular mass ng isang substance (M r) ay isang numerong nagpapakita kung gaano karaming beses ang mass ng isang partikular na molekula ay mas malaki kaysa sa 1/12 mass ng isang carbon atom, at ang relative atomic mass ng isang elemento (A r) ay kung gaano karaming beses ang average na masa ng mga atom ng isang elemento ng kemikal ay mas malaki kaysa sa 1/12 mass ng isang carbon atom.

Dahil ang gallium ay umiiral sa libreng estado sa anyo ng mga monatomic na molekula ng Ga, ang mga halaga ng atomic at molekular na masa nito ay nag-tutugma. Ang mga ito ay katumbas ng 69.723.

Isotopes ng gallium

Ito ay kilala na sa kalikasan gallium ay matatagpuan sa anyo ng dalawang matatag na isotopes 69 Ga (60.11%) at 71 Ga (39.89%). Ang kanilang mass number ay 69 at 71, ayon sa pagkakabanggit. Ang nucleus ng isang atom ng gallium isotope 69 Ga ay naglalaman ng tatlumpu't isang proton at tatlumpu't walong neutron, at ang isotope 71 Ga ay naglalaman ng parehong bilang ng mga proton at apatnapung neutron.

Mayroong mga artipisyal na hindi matatag na radioactive isotopes ng gallium na may mass number mula 56 hanggang 86, pati na rin ang tatlong isomeric na estado ng nuclei, kung saan ang pinakamahabang buhay na isotope na 67 Ga na may kalahating buhay na 3.26 araw.

Mga gallium ions

Sa panlabas na antas ng enerhiya ng gallium atom mayroong tatlong mga electron, na kung saan ay valence:

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

Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng kemikal, ibinibigay ng gallium ang mga valence electron nito, i.e. ang kanilang donor, at nagiging isang positibong sisingilin na ion:

Ga 0 -2e → Ga 2+ ;

Ga 0 -3e → Ga 3+ .

Molekyul at atom ng gallium

Sa malayang estado, ang gallium ay umiiral sa anyo ng mga molekulang monoatomic Ga. Narito ang ilang mga katangian na nagpapakilala sa gallium atom at molekula:

Mga haluang metal ng gallium

Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng gallium sa aluminyo, ang mga haluang metal ay nakuha na madaling maiinit; Ang gallium-gold alloys ay ginagamit sa dental prosthetics at alahas.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

HALIMBAWA 2