Галлий

№31 Галлий

Галлий «тающий»

и «замерзающий»

в

См. также: Илья Леенсон: Химические элементы за 60 секунд

Существование галлия («экаалюминия») и основные его свойства были предсказаны в 1870 году Д. И. Менделеевым.

Элемент был открыт спектральным анализом в пиренейской цинковой обманке и выделен в 1875 году французским химиком П. Э. Лекоком де Буабодраном; назван в честь Франции (лат. Gallia). Точное совпадение свойств галлия с предсказанными было первым триумфом периодической системы.

Нахождение в природе, получение:

Состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 69 (60,5%) и 71 (39,5%). Среднее содержание галлия в земной коре относительно высокое, 1,5·10-3% по массе, что равно содержанию свинца и молибдена. Галлий — типичный рассеянный элемент. Единственный минерал галлия — галлит CuGaS2 очень редок.

Геохимия галлия тесно связана с геохимией алюминия, что обусловлено сходством их физико-химических свойств. Основная часть галлия в литосфере заключена в минералах алюминия. галлия в бокситах и нефелинах колеблется от 0,002 до 0,01%.

Повышенные концентрации галлия наблюдаются также в сфалеритах (0,01-0,02%), в каменных углях (вместе с германием), а также в некоторых железных рудах. Значительными запасами галлия обладают Китай, США, Россия, Украина, Казахстан.
Основной источник получения галлия — алюминиевое производство.

При переработке бокситов галлий концентрируется в маточных растворах после выделения Аl(ОН)3. Из таких растворов галлий выделяют электролизом на ртутном катоде. Из щелочного раствора, полученного после обработки амальгамы водой, осаждают Ga(OH)3, которую растворяют в щелочи и выделяют галлий электролизом.

Полученный электролизом щелочного раствора жидкий галлий, промытый водой и кислотами (НСl, HNO3), содержит 99,9-99,95% Ga. Более чистый металл получают плавкой в вакууме, зонной плавкой или вытягиванием монокристалла из расплава.

Физические свойства:

Металл серебристо-белого цвета, мягкий, тяжёлый. Отличительная особенность галлия — большой интервал жидкого состояния (tпл 29,8°C, tкип 2230°С) и низкое давление пара при температурах до 1100-1200°С.

Плотность твердого металла 5,904 г/см3 (20°С), ниже чем жидкого, поэтому кристаллизующийся галлий, подобно льду, может разорвать стеклянную ампулу. Удельная теплоемкость твердого галлия 376,7 дж/(кг·К).

Химические свойства:

На воздухе при обычной температуре галлий стоек. Выше 260°С в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (пленка оксида защищает металл). Хлор и бром реагируют с галлием на холоду, йод — при нагревании. Расплавленный галлий при температурах выше 300° С взаимодействует со всеми конструкционными металлами и сплавами (кроме W), образуя интерметаллические соединения.

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 При этом в серной и соляной кислотах галлий растворяется медленно, в плавиковой — быстро, в азотной кислоте на холоду галлий устойчив.

В горячих растворах щелочей галлий медленно растворяется.

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

Важнейшие соединения:

Оксид галлия, Ga2O3 — белый или жёлтый порошок, tпл 1795°C. Получают нагреванием металлического галлия на воздухе при 260 °C или в атмосфере кислорода, или прокаливанием нитрата или сульфата галлия. Существует в виде двух модификаций.

Медленно реагирует с кислотами и щелочами в растворе, проявляя амфотерные свойства:
Гидроксид галлия, Ga(OH)3 — выпадает в виде желеобразного осадка при обработке растворов солей трёхвалентного галлия гидроксидами и карбонатами щелочных металлов (pH 9,7). Можно получить гидролизом солей трёхвалентного галлия.

Проявляет амфотерные, с некоторым преобладанием кислотных, свойства, при растворении в щелочах образует галлаты (например, Na[Ga(OH)4]). Растворяется в концентрированном аммиаке и концентрированном растворе карбоната аммония, при кипячении осаждается.

Нагреванием гидроксид галлия можно перевести в GaOOH, затем в Ga2O3*H2O, и, наконец, в Ga2O3.
Соли галлия. GaCl3 — бесцветные гигроскопичные кристаллы. tпл 78 °C, tкип 215 °C Ga2(SO4)3*18H2O — бесцветное, хорошо растворимое в воде вещество, образует двойные соли типа квасцов.

Ga(NO3)3*8H2O — бесцветные, растворимые в воде и этаноле кристаллы
Сульфид галлия, Ga2S3 — жёлтые кристаллы или белый аморфный порошок с tпл 1250°C , разлагается водой.
Гидриды галлия получают исходя из галлийорганических соединений. Подобны гидридам бора, алюминия: Ga2H6 — дигаллан, летучая жидкость, tпл − 21,4 °C, tкип 139 °C.

[GaH3]x — полигаллан, белое твердое вещество. Гидриды неустойчивы, разлагаются с выделением водорода.
Галанат лития, Li[GaH4] получают в эфирном растворе реакцией 4LiH + GaCl3 = Li[GaH4] + 3LiCl
Бесцветные кристаллы, неустойчив, водой гидролизуется с выделением водорода.

Применение:

Галлий можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражательной способностью.Галлий — превосходный смазочный материал. На основе галлия и никеля, галлия и скандия созданы практически очень важные металлические клеи.

Арсенид галлия GaAs, а также GaP, GaSb, обладающие полупроводниковыми свойствами — перспективные материалы для полупроводниковой электроники. Они могут применяться в высокотемпературных выпрямителях и транзисторах, солнечных батареях а также в приемниках инфракрасного излучения.

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

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.

Иванов Алексей
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Источники: Википедия: Галлий
                    Сайт «Справочник химика»: Галлий .

КонТрен – Химия для школьников, студентов, учителей …подготовка к экзаменам и олимпиадам

     

Галлий

Галлий — это серебристо-серый металл с синеватым отливом, достаточно хрупкий. В природе в чистом виде он не встречается и является рассеянным элементом. Среднее содержание галлия в земной коре составляет 19 г/т.

Галлий содержится в минералах, преимущественно это сфалерит, магнетит, касситерит, гранат, берилл, турмалин, сподумен, флогопит, биотит, мусковит, серицит, лепидолит, хлорит, полевые шпаты, нефелин, гекманит и натролит. Достаточно редкий минерал галлит Cu­GaS₂ используют для выделения чистого галлия.

Кроме того, галлий может быть получен в качестве побочного продукта переработки бокситов.

Галлий плавится всего при 29,76 °C, поэтому он тает даже в руке. При температуре, близкой к комнатной, плавятся еще три металла: ртуть, цезий и рубидий. Но из-за высокой токсичности или реакционной способности их, в отличие от галлия, нельзя брать в руки.

Как был открыт галлий

Существование галлия было предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 на основании сформулированного им Периодического закона. Менделеев дал этому элементу название «экаалюминий» и предсказал у него такие свойства как плотность, температуру плавления. Также Менделеев предсказал:

• характер оксида,
• связь в соединениях с хлором.
• что металл будет медленно растворяться в кислотах и щелочах;
• он не будет реагировать с воздухом;
• оксид экаалюминия M₂O₃ должен реагировать с кислотами с образованием солей MX₃;
• что он должен образовывать основные соли;
• хлорид обладает большей летучестью, чем Zn­Cl₂;
• что этот элемент откроют с помощью спектроскопии.

Менделеев оказался Ностардамусом в химии: когда галлий был получен, все предсказанные ученым свойства подтвердились!

В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран изучал сфалерит с помощью спектроскопии и обнаружил две фиолетовые линии, принадлежащие новому элементу. Год спустя ученый выделил новый элемент с помощью электролиза.

Этот элемент Буабодран назвал в честь латинского названия Франции — Gal­lia. Существует легенда, что в это название ученый вкладывал и другой смысл. Лекок созвучно с французским le coq, т.е. «петух» (на латыни gal­lus).

[attention type=yellow]

Буабодран как бы ненароком увековечил свое имя в названии нового элемента.

[/attention]

Изучая полученный галлий, Буабодран определил, что плотность отличается от предсказанной Менделеевым. Когда Менделеев узнал об этом, то написал французскому коллеге с рекомендацией перепроверить результаты. И как оказалось, не напрасно: первые данные Буабодрана действительно были неверными.

Области применения галлия

Бóльшая часть добываемого галлия используется для производства полупроводников. Арсенид (GaAs) и нитрид галлия (GaN) используются в электронных компонентах многих устройств, для создания интегральных схем, высокопроизводительных процессоров, микроволновых усилителей.

Арсенид галлия используется в различных электрооптических инфракрасных приборах. Арсенид галлия-алюминия применяется для создания инфракрасных лазерных диодов высокой мощности. На основе нитрида галлия и нитрида индия-галлия производят синие и фиолетовые лазерные диоды.

Кстати, лазер на нитриде галлия применяется в приводах Blu-ray дисков.

Фотоэлементы на основе арсенида галлия, фосфида и арсенида индия-галлия установлены на космических спутниках и марсоходах.

Галлий имеет интересную особенность: он сильно понижает температуру плавления сплавов, в которых содержится. При этом температура опускается ниже, чем у каждого компонента сплава по отдельности (эвтектические составы). Так, сплав Галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова) имеет температуру плавления -19 °С и используется в некоторых термометрах вместо ртути.

Галлий применяется и в медицине. В целом металл характеризуется низкой токсичностью и не выполняет естественной биологической функции.

Поэтому препараты на основе галлия могут применяться при лечении и диагностике раковых заболеваний (изотопы галлий-67 и -68).

Также галлий используется при лечении некоторых бактериальных инфекций: ион Ga³⁺ замещает Fe³⁺ в метаболических путях дыхания бактерий, вызывая их гибель. Препараты на основе галлия могут применяться при лечении малярии.

Еще галлий помогает обнаружить нейтрино-частицы, исходящие от Солнца. Как правило, выявление таких частиц — это весьма сложный и трудоемкий процесс. Галлий в составе регистрационной смеси повышает чувствительность анализа, а соответственно, и помогает зафиксировать нейтрино.

Детекторы GALLEX Национальной лаборатории Гран-Сассо содержат 12,2 тонны галлия-71. Они улавливают нейтрино, исходящие от Солнца, и превращают его в радиоактивный изотоп, излучение которого можно зафиксировать.

[attention type=red]

Подобные исследования также проводят в Баксанской нейтринной обсерватории (Кабардино-Балкария), где нейтрино-детекторы содержат 5 тонн жидкого галлия.

[/attention]

По температуре плавления галлия можно проверять термометры! Эта величина — 302,9146 K (29,7646 °C) – признана стандартом Международного бюро мер и весов.

В 2007 году с помощью пучков ионов галлия толщиной 7 нм в Si­mon Fras­er Uni­ver­si­ty напечатали самую маленькую в мире книгу – Tee­ny Ted from Turnip Town. Книга получилась размером 0,07x 0,10 мм.

У галлия есть еще одно забавное применение: ложки из галлия, по виду не отличимые от алюминиевых, используют для фокуса с исчезающей ложкой. В горячем чае или кофе такая ложка попросту расплавится!

Источники:

Галлий (жидкий металл)

Тот, чьи знания на уроке химии оценивались на отлично, однозначно знает о существовании такого химического элемента из известной таблицы, как галлий. В 1875 году во время исследований в образцах цинка был выявлен новый химический элемент.

И хотя содержание его в руде было менее 1%, эта случайная «находка» стала довольно скоро знаменита благодаря своим уникальным возможностям. Что такое галлий стало известно и обычным людям, а после долгих исследований, элемент был внесен в таблицу Менделеева.

Металл галлий

Галлий — металл стального цвета, который при низких температурах находится в твердом состоянии. Однако, стоит температуре повыситься до 29 градусов, как металл начинает превращаться в жидкую субстанцию. Учитывая то, что температура тела человека выше 30 градусов, вы сможете наблюдать, как прямо в вашей ладони твердый галлий превращается в жидкий металл.

Но и тут свойства галлия не исчерпаны. Он выдерживает температуру до 2230 градусов, именно поэтому в производстве термометров для измерения высоких температур это самый подходящий материал. Сегодня галлий купить может каждый, кто желает воочию убедиться в свойствах этого необычного элемента No31 из таблицы Менделеева.

Галлий — это мягкий и хрупкий металл, который легко меняет форму, и встретить его в природе в чистом виде невозможно. Многие задаются вопросом, где взять галлий, ведь элемент этот добывается непростым путем, а значит и стоимость его должна быть довольно высока. Купить галлий в Москве и других городах России можно через интернет-магазин.

Gallium

Транспортировка элемента производится в специальных пластиковых пузырьках, так как металл может поменять сою форму несколько раз, пока доедет до пункта назначения. Однако далеко не все заказывают галлий для того, чтобы утолить свой интерес. Тот, кто знает, где используется галлий, уже давно смог найти ему применение и в быту.

Доступная температура плавления галлия позволяет наносить элемент на любую плоскость. Именно галлий Gallium Ga позволяет превратить простое стекло в зеркальную поверхность. Переверните зеркальце, и на обратной стороне вы увидите серебристое покрытие, это и есть этот элемент.

Зная, где купить галлий, вы легко сможете восстановить поверхность старых зеркал, устранить царапины и потемнения. Также покрытие используют при изготовлении витражей и поделок из прозрачного материала (пластика или стекла). Ну, а при добавлении металла непосредственно в состав стекла, можно получить отличный светоотражающий аксессуар.

Применение галлия нашло свое место и в стоматологии. Также это отличный материал для пожарной сигнализации. Вот почему она начинает срабатывать даже при отсутствии открытого огня. Резкое превышение комнатной температуры может послужить тревожным звоночком для такого устройства.

Нетоксичный элемент, безопасный для здоровья, с успехом используется в составе для пломбирования зубов. Однако, прямое взаимодействие металла с организмом человека будет губительно. Поэтому, купив жидкий металл галлий, соблюдайте все меры предосторожности и не используйте в качестве игрушки для детей.

Купить галлий металл стоит для проведения опытов на уроках химии. Преподаватель сможет разъяснить ученикам и наглядно доказать, что галлий, это элемент, способный менять свою форму и состояние. Цена галлия позволяет приобрести этот элемент для использования на уроках химии.

Ну и конечно, галлий — это прекрасный способ удивить и разыграть друзей, которые плохо учились в школе. Ведь в жидком состоянии металл очень похож на ртуть, но этот элемент не токсичен и при непродолжительном взаимодействии с кожей совершенно безопасен. Удивите друзей, показав, как твердый сплав превращается в жидкую массу в ваших ладонях.

Купить галлий в СПб можно только в интернет-магазине, ведь элемент не встретишь на прилавках. Сколько стоит галлий, известно не каждому и вы легко можете рассказать неосведомленным приятелям любую забавную выдуманную историю о том, как он у вас появился.

[attention type=green]

Для взрослых же это будет отличный повод рассказать своим детям, где применяется галлий и объяснить, как делается зеркальная поверхность из простого стекла. И пусть применение в быту и не велико, зато этот опыт с жидко-твердым металлом каждый школьник запомнит на всю жизнь.

[/attention]

Вес содержимого пластикового пузырька небольшой. В нем всего 20 грамм 99,9% галлия. Но для наглядного эксперимента вам больше и не нужно, а по невысокой цене купить галлий доступно каждому.

Жидкий металл Галлий. Особенности

• Продается в герметичной пластиковой упаковке;
• Станет прекрасным экспонатом для урока химии;
• Поможет восстановить зеркальную поверхность;
• Легко переходит из твердого в жидкое состояние и наоборот;
• Даст возможность воплотить все творческие фантазии в изготовлении витражей.

Зная, где можно купить галлий, вы сможете стать свидетелем простой, но в то же время загадочной реакции элемента. Капля жидкой субстанции в ладони будет выглядеть забавно, ведь металл не расплавляется до состояния воды, и может легко менять форму прямо в вашей руке. Не забывайте о мерах предосторожности во время использования этого волшебной субстанции. По невысокой цене купить металл галлий стоит всем, кто хочет подержать в руках маленький кусочек волшебного элемента.

Характеристики

• Материал: галлий 99,99%;
• Температура плавления: 29°C;
• Вес: 20 г.

Комплектация

• 1 х Галлий в герметичной пластиковой упаковке.

Галий — металл или неметалл?

Химический элемент галий практически не встречается в природе в свободном виде. Он существует в примесях минералов, от которых его достаточно сложно отделить. Галий считается редким веществом, некоторые его свойства не изучены полностью. Тем не менее он применяется в медицине и электронике. Что это за элемент? Какими свойствами он обладает?

Галий – металл или неметалл?

В периодической системе элемент относится к тринадцатой группе четвертого периода. Он назван в честь исторической области — Галлии, частью которой была Франция – родина первооткрывателя элемента. Для его обозначения используют символ Ga.

Галий входит в группу лёгких металлов вместе с алюминием, индием, германием, оловом, сурьмой и другими элементами. Как простое вещество он является хрупким и мягким, обладает серебристо-белым цветом с легким голубоватым оттенком.

История открытия

Менделеев «предсказал» галий, оставив для него место в третьей группе периодической таблицы (по устаревшей системе). Он приблизительно назвал его атомную массу и даже предугадал, что элемент будет открыт спектроскопически.

Уже через несколько лет металл был обнаружен французом Полем Эмилем Лекоком. В августе 1875 года учёный изучал спектр минерала сфалерита из месторождения в Пиренеях и заметил новые фиолетовые линии.

Элемент был назван галием. Его содержание в минерале было крайне маленьким и Лекоку удалось выделить всего 0,1 грамма. Открытие металла стало одним из подтверждений правильности предсказания Менделеева.

Физические свойства

Металл галий очень пластичный и легкоплавкий. При низких температурах он пребывает в твёрдом состоянии.

Для превращения его в жидкость достаточно температуры 29,76 градусов Цельсия или 302,93 по Кальвину. Расплавить его можно держа в руке или опустив в горячую жидкость.

Слишком высокие температуры делают его очень агрессивным: при 500 градусах по Цельсию и выше он способен разъедать другие металлы.

Кристаллическая решетка галия образована двухатомными молекулами. Они очень устойчивы, но между собой связаны слабо. Чтобы нарушить их связь, необходимо совсем небольшое количество энергии, поэтому галий без труда становится жидким. По легкоплавкости он в пять раз превосходит индий.

В жидком состоянии металл более плотный и тяжёлый, чем в твёрдом. Кроме того, он лучше проводит электричество. При нормальных условиях его плотность составляет 5,91 г/см³. Закипает металл при –2230 градусах по Цельсию. При затвердевании он расширяется примерно 3,2%.

Химические свойства

По многим химическим свойствам галий похож на алюминий, но проявляет меньшую активность и реакции с ним проходят медленнее. Он не вступает в реакцию с воздухом, моментально образуя оксидную плёнку, которая предотвращает его окисление. Он не реагирует на водород, бор, кремний, азот и углерод.

Металл отлично взаимодействует практически с любыми галогенами. С йодом вступает в реакцию только при нагревании, с хлором и бромом реагирует даже при комнатной температуре. В горячей воде он начинает вытеснять водород, с минеральными кислотами образует соли и тоже высвобождает водород.

С другими металлами галий способен создавать амальгамы. Если жидкий галий капнуть на твёрдый кусок алюминия, он начнёт проникать в него. Вторгаясь в кристаллическую решетку алюминия, жидкое вещество сделает его хрупким. Уже через несколько дней твёрдый металлический брусок можно будет крошить руками, не прилагая особых усилий.

Применение

В медицине металл галий используют для борьбы с опухолями и гиперкальциемией, он также подходит для радиоизотопной диагностики рака костей. Однако препараты, содержащие вещество, могут вызывать побочные эффекты, например, тошноту и рвоту.

Применение металл галий находит и в сверхчастотной электронике. Его используют для изготовления полупроводников и светодиодов, в качестве пьезоматериала. Из сплава галия со скандием или никелем получаются металлические клеи. В сплаве с плутонием он играет роль стабилизатора и применяется в ядерных бомбах.

Стёкла с этим металлом обладают высоким коэффициентом преломления лучей, а его оксид Ga2O3 позволяет стеклу пропускать инфракрасные лучи. Чистый галий может использоваться для изготовления простых зеркал, так как хорошо отражает свет.

Распространённость и месторождения галия

Где взять галий? Металл легко можно заказать в интернете. Его стоимость колеблется от 115 до 360 долларов за килограмм. Металл считается редким, он очень рассеян в земной коре и практически не образует собственных минералов. С 1956 году их было найдено все три.

Зачастую галий находят в составе цинковых, железных, алюминиевых руд. Его примеси обнаруживают в каменном угле, берилле, гранате, магнетите, турмалине, полевом шпате, хлоритах и других минералах. В среднем его содержание в природе составляет около 19 г/т.

Больше всего галия содержится в веществах, которые близки к нему по составу. Из-за этого его сложно и дорого из них извлекать. Собственный минерал металла называется галлит с формулой CuGaS2. Он содержит также медь и серу.

Влияние на человека

О биологической роли металла и его воздействии на организм человека известно мало. В периодической таблице он находится рядом с элементами, которые нам жизненно необходимы (алюминий, железо, цинк, хром). Существует мнение, что в качестве ультрамикроэлемента галий входит в состав крови, ускоряя её ток и предотвращая образование тромбов.

Так или иначе, небольшое количество вещества содержится в организме человека (10-6 – 10-5%). Галий поступает в него вместе с водой и сельскохозяйственными продуктами питания. Он задерживается в костной ткани и печени.

Металл галий считается малотоксичным или условно-токсичным. При контакте с кожей мелкие частички остаются на ней. Это выглядит как серое грязное пятно, которое легко убирается водой.

Вещество не оставляет ожогов, но в отдельных случаях может вызвать дерматит.

Известно, что высокое содержание галия в организме вызывает нарушения в печени, почках и нервной системе, но для этого нужно очень большое количество металла.