Галлий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Содержание 1 История 2 Происхождение названия 3 Нахождение в природе 4 Получение 5 Физические и химические свойства 6 Применение 7 Биологическая роль и особенности обращения 8 См. также 9 Ссылки 10 Литература

[править] История

Впервые существование этого элемента предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 на основании открытого им периодического закона. Он предсказал его плотность — 5,9 г/см³. В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран (Р. Е. Lecoq de Boisbaudran) выделил этот элемент из цинковых руд. Де Буабодран определил плотность галлия — 4,7 г/см³, что не соответствовало значению, предсказанному Менделеевым. Уточненное значение плотности галлия (5,904 г/см³) совпало с предсказанием Менделеева.

[править] Происхождение названия

Д. И. Менделеев назвал этот элемент эка-алюминием. Поль Эмиль Лекок де Буабодран назвал его в честь своей родины Франции, по её латинскому названию — Галлия (Gallia). Примечательно так же, что cимвол Франции — петух (по-французски — le coq), так что в названии элемента его первооткрыватель неявно увековечил и свою фамилию. Кроме того на латыни «петух» — gallus.

[править] Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,8·10^-30% по массе. Галлий относится к рассеянным элементам. В природе встречается в виде очень редких минералов: зенгеита Ga(OH)₃, галлита CuGaS₂ и других. Является спутником алюминия, цинка, германия, железа; содержится в сфалеритах, нефелине, натролите, бокситах, германите, в углях и железных рудах некоторых месторождений.

[править] Получение

Основной источник галлия — алюминатные растворы, получаемые при переработке глинозёма. После удаления большей части алюминия и многократного концентрирования образуется щелочной раствор, содержащий галлий и алюминий. Галлий выделяют электролизом этого раствора.

[править] Физические и химические свойства

Галлий — легкоплавкий светло серый металл с синеватым оттенком. Расплав галлия может находиться в жидком состоянии при температуре ниже температуры плавления (29,75 °C). Температура кипения — 2200 °C, это объясняется тем, что в жидком галлии плотная упаковка атомов с координационным числом 12. Для ее разрушения надо затратить много энергии.

Кристаллическая решетка образована двухатомными молекулами Ga₂, связанными между собой ван-дер-ваальсовыми силами, длина связи 0,244 нм.

Стандартный электродный потенциал пары Ga³⁺/Ga равен −0,53 В, Ga находится в электрохимическом ряду до водорода.

По химическим свойствам галлий сходен с алюминием. На воздухе Ga покрывается оксидной пленкой, предохраняющей от дальнейшего окисления. С мышьяком, фосфором, сурьмой образует арсенид, фосфид и антимонид галлия, с серой, селеном, теллуром — халькогениды. При нагревании Ga реагирует с кислородом. С хлором и бромом галлий взаимодействует при комнатной температуре, с иодом — при нагревании. Галогениды галлия образуют димеры Ge₂X₆.

Галлий образует полимерные гидриды:

4LiH + GaCl₃ = Li[GaH₄] + 3LiCl.

Устойчивость ионов падает в ряду BH₄^- → AlH₄^- → GaH₄^-. Ион BH₄^- устойчив в водном растворе, AlH₄^- и GaH₄^- быстро гидролизуются:

GaH₄- + 4H₂O = Ga(OH)₃ + OH^- + 4H₂^-.

При нагревании под давлением галлий реагирует с водой:

2Ga + 4H₂O = 2GaOOH + 3H₂^-.

С минеральными кислотами Ga медленно реагирует с выделением водорода:

2Ga + 6HCl = 2GaCl₃ + 3H₂↑.

Галлий растворяется в щелочах с образованием гидроксогаллатов:

2Ga + 6H₂O + 2NaOH = 2Na[Ga(OH)₄] + 3H₂↑.

Оксид и гидроксид галлия проявляют амфотерные свойства, хотя основные свойства у них по сравнению с алюминием усилены:

Ga₂O₃ + 6HCl = 2GaCl₂;

Ga₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Ge(OH)₄];

Ga₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaGaO₂ + CO₂.

При подщелачивании раствора какой-либо соли галлия выделяется гидроксид галлия переменного состава Ge₂O₃·xH₂O:

Ga(NO₃)₂ + 3NaOH = Ga(OH)₃ + 3NaNO₃.

При растворении Ga(OH)₃ и Ga₂O₃ в кислотах образуются аквакомплексы [Ga(H₂O)₆]³⁺, поэтому из водных растворов соли галлия выделяются в виде кристаллогидратов, например, хлорид галлия GaCl₃·6H₂O, галлийкалиевые квасцы KGa(SO₄)₂·12H₂O. Аквакомплексы галлия в растворах бесцветны.

[править] Применение

Арсенид галлия GaAs — перспективный материал для полупроводниковой электроники.

Изотоп галлий-71 является важнейшим материалом для регистрации нейтрино, и в этой связи перед техникой стоит весьма актуальная задача выделения этого изотопа из природной смеси в целях повышения чувствительности детекторов нейтрино. Так как содержание ⁷¹Ga составляет в природной смеси изотопов около 39,9 %, то выделение чистого изотопа и использование его в качестве детектора нейтрино способно повысить чувствительность регистрации в 2,5 раза.

Галлий дорог, в 2005 году на мировом рынке тонна галлия стоила 1,2 млн долларов США, и в связи с высокой ценой и в то же время с большой потребностью в этом металле очень важно наладить его полное извлечение при алюминиевом производстве и переработке каменных углей на жидкое топливо.

Галлий имеет ряд сплавов, жидких при комнатной температуре, и один из его сплавов имеет температуру плавления 3 °C, но с другой стороны галлий (сплавы в меньшей степени) весьма агрессивен к большинству конструкционных материалов (растрескивание и размывание сплавов при высокой температуре), и как теплоноситель он малоэффективен, а зачастую просто неприемлем.

Галлий — превосходный смазочный материал. На основе галлия и никеля, галлия и скандия созданы практически очень важные металлические клеи.

Оксид галлия входит в состав ряда стратегически важных лазерных материалов группы гранатов — ГСГГ,ИАГ,ИСГГ и др.

[править] Биологическая роль и особенности обращения

Не играет биологической роли.

Контакт кожи с галлием приводит к тому, что сверхмалые дисперсные частицы металла остаются на ней. Внешне это выглядит как серое пятно. Имелись сообщения о развитии дерматитов при контакте с галлием.

О токсичности галлия мало данных. Из-за низкой температуры плавления слитки галлий рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается жидким галлием.

[править] См. также

Категория:Соединения галлия

[править] Ссылки

• Галлий на Webelements
• Галлий в Популярной библиотеке химических элементов

Периодическая система элементов

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

*

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

[править] Литература

• Шека И. А, Чаус И. С, Мнтюрева Т. Т., Галлий, К., 1963;
• Еремин Н. И., Галлий, М., 1964;
• Рустамов П. Г., Халькогениды галлия, Баку, 1967;
• Дымов А. М., Савостин А. П., Аналитическая химия галлия, М., 1968;
• Иванова Р. В., Химия и технология галлия, М., 1973;
• Коган Б. И., Вершковская О. В., Славиковская И. М., Галлий. Геология, применение, экономика, М., 1973;
• Яценко С. П., Галлий. Взаимодействие с металлами, М., 1974;
• Процессы экстракции и сорбции в химической технологии галлия, Алма-Ата, 1985;
• Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. К. А. Большакова, 2 изд., т. 1, М., 1976, с. 223-44;
• Федоров П. И., Мохосоев М. В.. Алексеев Ф. П., Химия галлия, индия и таллия, Новосиб., 1977. П. И. Федоров.