A gallium atomtömege. A gallium alkalmazásai

A gamlium D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos rendszere negyedik periódusa harmadik csoportjának fő alcsoportjának egyik eleme, 31-es rendszámmal. Ga szimbólummal jelölve (lat. Gallium). A könnyűfémek csoportjába tartozik. A gallium egyszerű anyag (CAS-szám: 7440-55-3) ezüstfehér (más források szerint világosszürke) színű, kékes árnyalatú lágy gömbgrafitos fém.

A gallium létezését D. I. Mengyelejev tudományosan megjósolta. Amikor 1869-ben létrehozta a kémiai elemek periodikus rendszerét, az általa felfedezett Periodikus Törvény alapján a harmadik csoportban üres helyeket hagyott az ismeretlen elemeknek - az alumínium és a szilícium analógjainak (eka-alumínium és eca-szilícium). Mengyelejev a szomszédos, jól tanulmányozott elemek tulajdonságai alapján meglehetősen pontosan leírta nemcsak a legfontosabb fizikai és kémiai tulajdonságokat, hanem a felfedezési módszert - a spektroszkópiát is. A Journal of the Russian Chemical Society 1871-ben megjelent cikkében Mengyelejev jelezte, hogy az eka-alumínium atomtömege megközelíti a 68-at, a fajsúlya pedig körülbelül 6 g/cm3. Fémes állapotban a fém olvadó lesz. gallium-hidrid-gallát

A galliumot hamarosan felfedezte, egyszerű anyagként izolálta és Paul Emile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus tanulmányozta. 1875-ben Lecoq de Boisbaudran megvizsgálta a Pierrefitte-ből (Pireneusok) hozott cinkkeverék spektrumát. Ebben a spektrumban egy új lila vonalat fedezett fel, ami egy ismeretlen elem jelenlétét jelzi az ásványban. Az elem izolálása jelentős nehézségekkel járt, mivel az új elem tartalma az ércben kevesebb, mint 0,1%. Ennek eredményeként a Lecoq de Boisbaudrannak sikerült 0,1 g-nál kisebb mennyiségben új elemet szereznie és tanulmányoznia. Az új elem tulajdonságai hasonlónak bizonyultak a cinkéhez.

1875. szeptember 20-án a Párizsi Tudományos Akadémia ülésén felolvasták Lecoq de Boisbaudran levelét egy új elem felfedezéséről és tulajdonságainak tanulmányozásáról. Nagy örömet okozott a hír az elem elnevezéséről Franciaország tiszteletére. Mengyelejev, miután egy közzétett jelentésből értesült a felfedezésről, felfedezte, hogy az új elem leírása szinte pontosan egybeesik az eka-alumínium általa korábban megjósolt leírásával. Erről levelet küldött Lecoq de Boisbaudrannak, jelezve, hogy az új fém sűrűségét rosszul határozták meg, és 5,9-6,0, és nem 4,7 g/cm3 között kell lennie. Az alapos ellenőrzés kimutatta, hogy Mengyelejevnek igaza volt, és erről maga Lecoq de Boisbaudran írt:

Azt hiszem... nem kell rámutatni arra a kivételes fontosságra, amelyet az új elem sűrűsége bír Mengyelejev elméleti nézeteinek megerősítésével

A gallium felfedezése, valamint a germánium és a szkandium későbbi felfedezése megerősítette a Periodikus Törvény pozícióját, egyértelműen bemutatva annak előrejelző képességét. Mengyelejev Lecoq de Boisbaudrannak nevezte az egyik „ a periodikus törvény erősítői».

A név eredete. Paul Emile Lecoq de Boisbaudran az elemet hazája, Franciaország tiszteletére nevezte el, annak latin nevéről - Gall ( Gallia).

Van egy dokumentálatlan legenda, amely szerint az elem nevében annak felfedezője implicit módon a vezetéknevét örökítette meg ( Lecoq). az elem latin neve ( Gallium) mássalhangzó gallus --„kakas” (lat.). Figyelemre méltó, hogy ez a kakas le coq(francia) Franciaország szimbóluma

A természetben lenni. A földkéreg átlagos galliumtartalma 19 g/t. A gallium tipikus nyomelem, kettős geokémiai természettel. Kristálykémiai tulajdonságainak a főbb kőzetképző elemekkel (Al, Fe stb.) való hasonlósága és a velük való izomorfizmus széles lehetősége miatt a gallium a jelentős clarke érték ellenére nem képez nagy felhalmozódást. A következő magas galliumtartalmú ásványokat különböztetjük meg: szfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kasszirit (0 - 0,005%), gránát (0 - 0,003%), berill (0 - 0,003%) ), turmalin (0-0,01%), spodumen (0,001-0,07%), flogopit (0,001-0,005%), biotit (0-0,1%), muszkovit (0-0,01%), szericit (0-0,005%) ), lepidolit (0,001 - 0,03%), klorit (0 - 0,001%), földpátok (0 - 0,01%), nefelin (0 - 0,1%), hecmanit (0,01 - 0,07%), natrolit (0 -- 0,1%). A gallium koncentrációja a tengervízben 3·10 ?5 mg/l. Születési hely

A gallium lelőhelyek Délnyugat-Afrikában, Oroszországban és a FÁK-országokban ismertek.

Nyugta. A gallium legerősebb potenciális forrása a timföldgyártási megoldások a bauxit és a nefelin feldolgozása során. A lúgos aluminát oldat galliumkoncentrációja a Bayer-eljárásban történt bomlás után: 100--150 mg/l, szinterezési módszerrel: 50--65 mg/l. Ezekkel a módszerekkel a galliumot karbonizálással választják el az alumínium nagy részétől, és az üledék utolsó frakciójában koncentrálódnak. Ezután a dúsított üledéket mésszel kezelik, a gallium oldódik, ahonnan elektrolízissel szabadul fel a durva fém. A gallium polifémes ércek és szén feldolgozásával nyerhető. A szennyezett galliumot vízzel mossuk, majd porózus lemezeken szűrjük és vákuumban melegítjük az illékony szennyeződések eltávolítására. A nagy tisztaságú gallium előállításához kémiai (sók közötti reakciók), elektrokémiai (oldatok elektrolízise) és fizikai (bomlási) módszereket alkalmaznak.

Fizikai tulajdonságok. A kristályos galliumnak számos polimorf módosulata van, de csak egy (I) termodinamikailag stabil, ortorombikus (pszeudo-tetragonális) rácsával a = 4,5186 A, b = 7,6570 A, c = 4,5256 A paraméterekkel. A gallium egyéb módosulatai (c, d, e, f) túlhűtött diszpergált fémből kristályosodnak ki, és instabilak. Megemelt nyomáson a gallium II és III két további polimorf szerkezetét figyelték meg, amelyek köbös, illetve tetragonális rácsokkal rendelkeznek. A gallium sűrűsége szilárd állapotban T=20 °C hőmérsékleten 5,904 g/cm?, a folyékony gallium T=29,8 °C-on 6,095 g/cm?, azaz megszilárdulva a térfogat a gallium mennyisége nő. A gallium olvadáspontja valamivel magasabb, mint a szobahőmérséklet, és egyenlő Olvad.=29,8 °C, a gallium forr Forraljuk fel.=2230 °C.

A gallium egyik sajátossága a folyékony halmazállapotú létezés széles hőmérsékleti tartománya (30-2230 °C), míg gőznyomása 1100-1200 °C-ig alacsony. A szilárd gallium fajlagos hőkapacitása a T=0--24 °C hőmérséklet-tartományban 376,7 J/kg·K (0,09 cal/g·deg), folyékony állapotban T=29--100 °C-on - - 410 J/kg K (0,098 cal/g fok).

Az elektromos ellenállás szilárd és folyékony halmazállapotban rendre 53,4 × 10 × 6 ohm × cm (T=0 °C-on), illetve 27,2 × 10 × 6 ohm × cm (T=30 °C-on). A folyékony gallium viszkozitása különböző hőmérsékleteken 1,612 poise T=98 °C-on és 0,578 poise T=1100 °C-on. A 30 °C-on mért felületi feszültség hidrogénatmoszférában 0,735 n/m. A 4360 A és 5890 A hullámhosszok visszaverődési együtthatói 75,6%, illetve 71,3%.

A természetes gallium két izotópból áll: 69 Ga (61,2%) és 71 Ga (38,8%). A termikus neutronbefogás keresztmetszete számukra 2,1·10?28 m? és 5,1·10-28 m?

Kémiai tulajdonságok. A gallium kémiai tulajdonságai közel állnak az alumíniuméhoz. A fém felületén a levegőben képződő oxidfilm megvédi a galliumot a további oxidációtól.

A gallium reakcióba lép forró vízzel:

Túlhevített gőzzel (350 °C) reagálva GaOOH vegyület (gallium-oxid-hidrát vagy metagallinsav) keletkezik:

A gallium ásványi savakkal reagálva hidrogént szabadít fel és sókat képez:

A lúgokkal, valamint a kálium- és nátrium-karbonátokkal képzett reakciótermékek Ga(OH)-ionokat tartalmazó hidroxogallátok 4 ? és Ga(OH) 6 3?

A gallium reagál halogénekkel: a reakció klórral és fluorral szobahőmérsékleten megy végbe, brómmal - már 35 ° C-on (körülbelül 20 ° C - gyulladással), a jóddal való kölcsönhatás melegítéskor kezdődik.

A gallium nem lép kölcsönhatásba hidrogénnel, szénnel, nitrogénnel, szilíciummal és bórral.

Magas hőmérsékleten a gallium különféle anyagokat képes elpusztítani, és hatása erősebb, mint bármely más fém olvadéka. Így a grafit és a wolfram ellenáll a galliumolvadék hatásának 800 °C-ig, az alundum és a berillium-oxid BeO - 1000 °C-ig, a tantál, a molibdén és az inóbium 400-450 °C-ig.

A legtöbb fémnél a gallium gallidokat képez, kivéve a bizmutot, valamint a cink, a szkandium és a titán alcsoportjába tartozó fémeket. Az egyik Gallides V3Ga A szupravezető állapotba való átmenet hőmérséklete meglehetősen magas, 16,8 K.

A gallium hidrid-gallátokat képez:

Az ionok stabilitása a sorozatban csökken BH4 ? > AlH4 ? > GaH4? . És ő BH4? vizes oldatban stabil, AlH4? És GaH4? gyorsan hidrolizál:

Amikor a Ga(OH) 3 feloldódik és Ga2O3 A savakban 3+ vízkomplexek képződnek, ezért a vizes oldatokból galliumsókat kristályos hidrátok, például gallium-klorid formájában izolálnak. GaCl3*6H2O, gallium kálium timsó KGa( SO4)2 *12H2O. Az oldatokban lévő gallium aqua komplexek színtelenek.

Alapvető kapcsolatok. Ga2H6 -- illékony folyadék, tpl-21,4 °C, felforraljuk 139 °C. Lítiummal vagy tallium-hidriddel éteres szuszpenzióban vegyületeket képez LiGaH4És TlGaH4. Tetrametil-digallán trietil-aminnal való kezelésével keletkezik. Vannak banánkötések, mint a diboránban

Ga 2 O3 -- fehér vagy sárga por, tpl 1795 °C. Két módosítás formájában létezik. b-Ga2O3 -- színtelen trigonális kristályok, sűrűsége 6,48 g/cm2, vízben gyengén oldódik, savakban oldódik. V-Ga2O3 -- színtelen monoklin kristályok, sűrűsége 5,88 g/cm2, vízben, savakban és lúgokban gyengén oldódik. A galliumfémet levegőn 260 °C-on vagy oxigénatmoszférában hevítve, vagy gallium-nitrát vagy -szulfát kalcinálásával nyerik. DH° 298 (ford.)-1089,10 kJ/mol; ДG° 298 (ford.)>998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol·K.

Alkalmazás. A gallium-arzenid GaAs ígéretes anyag a félvezető elektronikában.

A gallium-nitridet félvezető lézerek és LED-ek létrehozására használják kék és ultraibolya tartományban. A gallium-nitrid kiváló kémiai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek minden nitridvegyületre jellemzőek.

A gallium-71 izotóp a neutrínók kimutatásának legfontosabb anyaga, és e tekintetben a technológiának nagyon sürgető feladat előtt kell állnia, hogy ezt az izotópot természetes keverékből izolálja a neutrínódetektorok érzékenységének növelése érdekében. Mivel egy természetes izotópkeverékben a 71 Ga-tartalom körülbelül 39,9%, a tiszta izotóp izolálása és neutrínódetektorként való alkalmazása 2,5-szeresére növelheti a detektálási érzékenységet.

A gallium drága, 2005-ben a világpiacon egy tonna gallium 1,2 millió dollárba került, és a fém magas ára és egyben nagy igénye miatt nagyon fontos a teljes kitermelésének megteremtése alumínium előállítása és szén folyékony tüzelőanyagban történő feldolgozása.

A galliumnak számos olyan ötvözete van, amelyek szobahőmérsékleten folyékonyak, és az egyik ötvözete 3 °C olvadáspontú (In-Ga-Sn eutektikus), másrészt a gallium (kisebb mértékben ötvözetek) nagyon agresszív a legtöbb szerkezeti anyaggal szemben (az ötvözetek repedése és eróziója magas hőmérsékleten). Például az alumíniummal és ötvözeteivel kapcsolatban a gallium erős szilárdságcsökkentő (lásd: adszorpciós szilárdságcsökkenés, Rehbinder-effektus). A galliumnak ezt a tulajdonságát a legvilágosabban P. A. Rebinder és E. D. Shchukin mutatta be és tanulmányozta részletesen az alumínium galliummal vagy eutektikus ötvözeteivel való érintkezése során (folyékony fém ridegség). Hűtőfolyadékként a gallium nem hatékony és gyakran egyszerűen elfogadhatatlan.

A gallium kiváló kenőanyag. A gyakorlatban nagyon fontos fémragasztókat gallium és nikkel, gallium és szkandium alapúak alkották.

A gallium fémet kvarc hőmérők töltésére is használják (higany helyett) a magas hőmérséklet mérésére. Ez annak köszönhető, hogy a gallium forráspontja lényegesen magasabb a higanyhoz képest.

A gallium-oxid a gránátcsoport számos stratégiailag fontos lézeranyagának része - GSGG, YAG, ISGG stb.

Biológiai szerep és kezelési jellemzők. Nem játszik biológiai szerepet. A bőr galliummal való érintkezése azt a tényt eredményezi, hogy a fém ultra-kis diszpergált részecskéi maradnak rajta. Kívülről úgy néz ki, mint egy szürke folt.

Az akut mérgezés klinikai képe: rövid ideig tartó izgalom, majd letargia, mozgáskoordináció zavara, adynámia, areflexia, lassú légzés, ritmuszavar. Ennek fényében az alsó végtagok bénulása, majd kóma, halálozás figyelhető meg. 50 mg/m koncentrációjú galliumtartalmú aeroszol belélegzése? emberben vesekárosodást okoz, akárcsak 10-25 mg/kg galliumsó intravénás beadása. Proteinuria, azotemia és károsodott karbamid-clearance figyelhető meg.

Az alacsony olvadáspont miatt a gallium tuskót polietilén zacskókban javasolt szállítani, amelyeket a folyékony gallium rosszul nedvesít.

Gallium(lat. gallium), ga, D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének III. csoportjába tartozó kémiai elem, 31. sorszám, atomtömeg 69,72; ezüstös-fehér puha fém. Két stabil izotópból áll, amelyek tömegszáma 69 (60,5%) és 71 (39,5%).

Az alumínium („eka-aluminium”) létezését és alapvető tulajdonságait D. I. Mengyelejev 1870-ben jósolta meg. Az elemet spektrális elemzéssel fedezték fel pireneusi cinkkeverékben, és 1875-ben P. E. Lecoq de Boisbaudran francia kémikus izolálta; Franciaországról (lat. gallia) nevezték el. A geológia tulajdonságainak pontos egybeesése az előrejelzettekkel volt a periodikus rendszer első diadala.

A földkéreg átlagos hidrogéntartalma viszonylag magas, 1,5–10–30 tömeg%, ami megegyezik az ólom és molibdén tartalommal. G. tipikus szórt elem. A G. - galdite cugas 2 egyetlen ásványa nagyon ritka. A geológia geokémiája szorosan összefügg a geokémiával alumínium, ami fizikai-kémiai tulajdonságaik hasonlóságából adódik. A litoszférában található arany legnagyobb részét alumínium ásványok tartalmazzák. A bauxitokban és nefelinekben a G.-tartalom 0,002 és 0,01% között van. Megnövekedett germániumkoncentráció figyelhető meg a szfaleritekben (0,01-0,02%), a kőszénben (a germániummal együtt), valamint egyes vasércekben is.

Fizikai és kémiai tulajdonságok. G.-nak van egy rombikus (pszeudo-tetragonális) rácsa a paraméterekkel A= 4,5197A, b= 7,6601a, c = 4,5257A. Sűrűség. ( g/cm3) szilárd fém 5,904 (20 °C), folyékony fém 6,095 (29,8 °C), azaz a megszilárdulás során a gáz térfogata megnő; t pl 29,8 °C, t kip 2230 °C. A szénhidrogének megkülönböztető jellemzője a folyékony halmazállapot széles tartománya (2200 °C) és az alacsony gőznyomás 1100-1200 °C-ig. Szilárd anyag fajhőkapacitása G. 376.7 j/(kg K) , azaz 0,09 cal/(g jégeső) 0-24°C tartományban, folyékony, illetve 410 j /(kg K.), azaz 0,098 cal/(g jégeső) 29-100°C tartományban. Elektromos ellenállás ( ohm cm) szilárd G. 53,4-10 -6 (0 °C), folyékony 27,2 × 10 -6 (30 °C). Viszkozitás ( egyensúly = 0,1 n mp/m 2) : 1,612 (98°С), 0,578 (1100°С), felületi feszültség 0,735 n/m (735 dyn/cm) (30 °C víz atmoszférában). A 4360A és 5890A hullámhosszok visszaverődési együtthatói 75,6%, illetve 71,3%. Termikus neutronbefogás keresztmetszete 2,71 barn (2,7 10 -28 m 2) .

Levegőben normál hőmérsékleten a G. stabil. 260°C felett lassú oxidáció figyelhető meg száraz oxigénben (az oxidfilm védi a fémet). A G. kénsavban és sósavban lassan, hidrogén-fluoridban gyorsan oldódik, salétromsavban hidegen stabil. G. forró lúgos oldatokban lassan oldódik. A klór és a bróm hidegben hidrogénnel, melegítéskor oxigénnel reagál. Az olvadt gáz 300°C feletti hőmérsékleten kölcsönhatásba lép az összes szerkezeti fémmel és ötvözettel.

A legstabilabbak a háromértékű alumíniumvegyületek, amelyek sok tekintetben hasonlóak az alumínium kémiai vegyületeihez. Ezen kívül ismertek egy- és kétértékű vegyületek. Magasabb oxid g a 2 o 3 - fehér anyag, vízben nem oldódik. A megfelelő hidroxid a sósav sóinak oldataiból fehér zselatinos csapadék formájában válik ki. Kifejezetten amfoter jellege van. Lúgokban oldva gallátok (például na) képződnek, savakban oldva - alumínium sói: ga 2 (s0 4) 3, gacl 3 stb. Az alumínium-hidroxid savas tulajdonságai kifejezettebbek, mint az alumíniumé hidroxid [az A1(OH) 3 izolálási intervallum a ph = 10,6-4,1, a ca(oh) 3 pedig a ph = 9,7-3,4 tartományban van].

Az a1(oh) 3-tól eltérően a G.-hidroxid nemcsak erős lúgokban, hanem ammóniaoldatokban is oldódik. Forrás közben az ammóniaoldatból ismét G-hidroxid válik ki.

A hidroxid sói közül a legfontosabb a gac1 3 ( t pl 78°С, t kip 200°C) és ga 2 szulfát (tehát 4) 3. Ez utóbbi kettős sókat, például timsót képez alkálifém- és ammónium-szulfátokkal, például (nh 4) ga(so 4) 2 -12h 2 o.G. ga 4 3 ferrocianidot képez, amely vízben és híg savakban gyengén oldódik, amellyel elválasztható az al-tól és számos más elemtől.

Átvétel és jelentkezés. Az alumíniumgyártás fő forrása az alumíniumgyártás. A bauxit Bayer módszerrel történő feldolgozásakor az Al(OH)3 elválasztása után a keringő anyalúgokban a hidroklorid koncentrálódik. G.-t higanykatódon végzett elektrolízissel izolálják az ilyen oldatokból. Az amalgám vizes kezelése után kapott lúgos oldatból ga(oh) 3 válik ki, amelyet lúgban oldanak és elektrolízissel izolálnak.

A bauxit vagy nefelinérc nátron-mész feldolgozási módszerében a hidrogén a karbonizáció során felszabaduló üledék utolsó frakcióiban koncentrálódik. További dúsítás céljából a hidroxid csapadékot mésztejjel kezelik. Ebben az esetben az a1 nagy része az üledékben marad, és a gallium oldatba megy át, amelyből co 2 átengedésével galliumkoncentrátumot (6-8% ga 2 o 3) izolálnak; ez utóbbit lúgban oldják, és a gázt elektrolitikusan izolálják.

A gázforrás lehet a háromrétegű elektrolízises eljárással végzett a1 finomítási eljárás maradék anódötvözete is. A cink előállítása során a cink forrásai a cink salak kilúgozási zagy feldolgozása során keletkező szublimációk (Welz-oxidok).

Lúgos oldat elektrolízisével nyert, vízzel és savakkal (hc1, hno3) mosott folyékony gáz 99,9-99,95% ga-t tartalmaz. Vákuumos olvasztással, zónaolvasztással vagy az olvadékból egykristályt húzva tisztább fémet kapunk.

G. ipari felhasználása még nem terjedt el. Az alumíniumgyártás során a szénhidrogének melléktermék-termelésének lehetséges mértéke még mindig jelentősen meghaladja a fém iránti keresletet. A gáz legígéretesebb alkalmazása a kémiai vegyületek, például a gáz, a rés és a gázb formájában, amelyek félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek. Használhatók magas hőmérsékletű egyenirányítókban és tranzisztorokban, napelemekben és egyéb olyan eszközökben, ahol a blokkolórétegben a fotoelektromos hatás alkalmazható, valamint infravörös sugárzás vevőkben. A G. nagy fényvisszaverő képességgel jellemezhető optikai tükrök gyártására használható. Az orvostudományban használt ultraibolya sugárzást sugárzó lámpák katódjaként higany helyett alumínium és hidroxid ötvözetet javasoltak. Magas hőmérsékletű hőmérők (600-1300°C) és nyomásmérők gyártásához cseppfolyós gáz és ötvözeteinek felhasználása javasolt. Érdekes a gáz és ötvözeteinek folyékony hűtőközegként való felhasználása erősáramú atomreaktorokban (ezt hátráltatja a gáz aktív kölcsönhatása üzemi hőmérsékleten a szerkezeti anyagokkal; az eutektikus ga-zn-sn ötvözet kevésbé korrozív hatású, mint a tiszta gáz).

Megvilágított.: Sheka I. A., Chaus I. S., Mityureva T. T., Galliy, K., 1963; Eremin N.I., Galliy, M., 1964; Elikman A.N., Kerin O.E., Samsonov G.V., Metallurgy of ritka fémek, 2. kiadás, M., 1964; einecke E., das gallium, lpz., .

A. N. Zelikman.

absztrakt letöltés

A gallium D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos rendszere negyedik periódusa harmadik csoportjának fő alcsoportjának egyik eleme, 31-es rendszámmal. Ga szimbólummal jelölve (lat. Gallium). A könnyűfémek csoportjába tartozik. Az egyszerű anyag, a gallium lágy, gömbölyű, ezüstfehér színű, kékes árnyalatú fém.

Atomszám - 31

Atomtömeg - 69,723

Sűrűség, kg/m³ - 5910

Olvadáspont, °C - 29,8

Hőkapacitás, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektronegativitás - 1,8

Kovalens sugár, Å - 1,26

1. ionizáció potenciál, eV - 6,00

A gallium felfedezésének története

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus három új elem felfedezőjeként vonult be: a gallium (1875), a szamárium (1879) és a diszprózium (1886). E felfedezések közül az első meghozta neki a hírnevet.

Akkoriban Franciaországon kívül kevéssé ismerték. 38 éves volt, és elsősorban spektroszkópiai kutatásokkal foglalkozott. Lecoq de Boisbaudran jó spektroszkópia volt, és ez végül sikerhez vezetett: spektrális elemzéssel fedezte fel mindhárom elemét.

1875-ben Lecoq de Boisbaudran megvizsgálta a Pierrefitte-ből (Pireneusok) hozott cinkkeverék spektrumát. Ebben a spektrumban egy új lila vonalat fedeztek fel. Az új vonal egy ismeretlen elem jelenlétét jelezte az ásványban, és természetesen a Lecoq de Boisbaudran mindent megtett ennek az elemnek az elkülönítésére. Ez nehezen kivitelezhetőnek bizonyult: az új elem tartalma az ércben kevesebb, mint 0,1%, és sok tekintetben hasonlított a cinkhez*. Hosszas kísérletek után a tudósnak sikerült új elemet szereznie, de nagyon kis mennyiségben. Olyan kicsi (kevesebb, mint 0,1 g), hogy a Lecoq de Boisbaudran nem tudta teljes mértékben tanulmányozni fizikai és kémiai tulajdonságait.

A gallium felfedezése - így nevezték el az új elemet Franciaország tiszteletére (Gallia a latin neve) - megjelent a Párizsi Tudományos Akadémia beszámolóiban.

Ezt az üzenetet D.I. Mengyelejev és galliumban felismerte az eka-alumíniumot, amit öt évvel korábban megjósolt. Mengyelejev azonnal írt Párizsnak. „A felfedezés és az elkülönítés módszere, valamint a leírt néhány tulajdonság arra enged következtetni, hogy az új fém nem más, mint az eka-alumínium” – áll a levelében. Ezután megismételte az elemre megjósolt tulajdonságokat. Ráadásul anélkül, hogy galliumszemeket tartott volna a kezében, anélkül, hogy személyesen látta volna, az orosz kémikus azzal érvelt, hogy az elem felfedezője tévedett, és az új fém sűrűsége nem lehet egyenlő 4,7-tel, ahogy Lecoq de Boisbaudran írta. - nagyobbnak kell lennie, megközelítőleg 5,9...6,0 g/cm 3! A tapasztalat azonban az ellenkezőjét mutatta: a felfedező tévedett. A Mengyelejev által megjósolt első elem felfedezése jelentősen megerősítette a periodikus törvény pozícióját.

Lelet Galliaa természetben

A földkéreg átlagos galliumtartalma 19 g/t. A gallium tipikus nyomelem, kettős geokémiai természettel. A gallium egyetlen ásványa, a gallit CuGaS 2 nagyon ritka. A gallium geokémiája szorosan összefügg az alumínium geokémiájával, ami fizikai-kémiai tulajdonságaik hasonlóságából adódik. A litoszférában található gallium nagy részét alumínium ásványok tartalmazzák. Kristálykémiai tulajdonságainak a főbb kőzetképző elemekkel (Al, Fe stb.) való hasonlósága és a velük való izomorfizmus széles lehetősége miatt a gallium a jelentős clarke érték ellenére nem képez nagy felhalmozódást. A következő magas galliumtartalmú ásványokat különböztetjük meg: szfalerit (0 – 0,1%), magnetit (0 – 0,003%), kasszirit (0 – 0,005%), gránát (0 – 0,003%), berill (0 – 0,003%) , turmalin (0-0,01%), spodumen (0,001-0,07%), flogopit (0,001-0,005%), biotit (0-0,1%), muszkovit (0-0,01%), szericit (0-0,005%), lepidolit (0,001 – 0,03%), klorit (0 – 0,001%), földpátok (0 – 0,01%), nefelin (0 – 0,1%), hecmanit (0,01 – 0,07%), natrolit (0 – 0,1%).

Fizikai tulajdonságok Gallia

A gallium talán leghíresebb tulajdonsága az olvadáspontja, amely 29,76 °C. Ez a második legolvadékonyabb fém a periódusos rendszerben (a higany után). Ez lehetővé teszi a fém megolvasztását, miközben a kezében tartja. A gallium azon kevés fémek egyike, amelyek az olvadék megszilárdulásakor kitágulnak (a többi a Bi, Ge).

A kristályos galliumnak számos polimorf módosulata van, de csak egy (I) termodinamikailag stabil, ortorombikus (pszeudo-tetragonális) rácsával a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å paraméterekkel. A gallium egyéb módosulatai (β, γ, δ, ε) túlhűtött diszpergált fémből kristályosodnak ki és instabilak. Megemelt nyomáson a gallium II és III két további polimorf szerkezetét figyelték meg, amelyek köbös, illetve tetragonális rácsokkal rendelkeznek.

A gallium sűrűsége szilárd állapotban T=20 °C hőmérsékleten 5,904 g/cm³.

A gallium egyik jellemzője a folyékony halmazállapotú létezés széles hőmérsékleti tartománya (30-2230 °C), míg gőznyomása 1100÷1200 °C-ig alacsony. A szilárd gallium fajlagos hőkapacitása a T=0–24 °C hőmérséklet-tartományban 376,7 J/kg K (0,09 cal/g deg.), folyékony állapotban T=29÷100 °C-on - 410 J/kg. K (0,098 cal/g fok).

Az elektromos ellenállás szilárd és folyékony halmazállapotban rendre 53,4·10–6 ohm·cm (T=0 °C-on), illetve 27,2·10–6 ohm·cm (T=30 °C-on). A folyékony gallium viszkozitása különböző hőmérsékleteken 1,612 poise T=98 °C-on és 0,578 poise T=1100 °C-on. A 30 °C-on hidrogénatmoszférában mért felületi feszültség 0,735 n/m. A 4360 Å és 5890 Å hullámhosszúságú reflexiók 75,6%, illetve 71,3%.

A természetes gallium két izotópból áll: 69 Ga (61,2%) és 71 Ga (38,8%). A termikus neutronbefogás keresztmetszete 2,1·10–28 m², illetve 5,1·10–28 m².

A gallium alacsony toxikus elem. Az alacsony olvadási hőmérséklet miatt a gallium tuskót ajánlatos polietilén zacskóban szállítani, amelyet az olvadt gallium rosszul nedvesít. Egy időben a fémet még tömések készítésére is használták (amalgám helyett). Ez az alkalmazás azon alapul, hogy a rézport olvadt galliummal összekeverve pasztát kapunk, amely néhány óra múlva megkeményedik (intermetallikus vegyület képződése miatt), majd olvadás nélkül kibírja a 600 fokos felmelegedést.

Magas hőmérsékleten a gallium nagyon agresszív anyag. 500 °C feletti hőmérsékleten a volfrám kivételével szinte minden fémet korrodál, valamint sok más anyagot is. A kvarc 1100 °C-ig ellenáll az olvadt galliumnak, de probléma merülhet fel abból a tényből adódóan, hogy a kvarcot (és a legtöbb más üveget) erősen nedvesíti ez a fém. Vagyis a gallium egyszerűen a kvarc falaihoz tapad.

Kémiai tulajdonságok Gallia

A gallium kémiai tulajdonságai közel állnak az alumíniuméhoz. A fém felületén a levegőben képződő oxidfilm megvédi a galliumot a további oxidációtól. Nyomás alatt hevítve a gallium vízzel reagál, és a reakció szerint GaOOH vegyületet képez:

2Ga + 4H 2O = 2GaOOH + 3H 2.

A gallium ásványi savakkal reagálva hidrogént szabadít fel és sókat képez, és a reakció még szobahőmérséklet alatt is végbemegy:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

A lúgokkal, valamint a kálium- és nátrium-karbonátokkal való reakció termékei Ga(OH) 4 - és esetleg Ga(OH) 6 3 - és Ga(OH) 2 - ionokat tartalmazó hidroxogallátok:

2Ga + 6H 2O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

A gallium reakcióba lép a halogénekkel: a klórral és a fluorral szobahőmérsékleten, a brómmal - már -35 °C-on (kb. 20 °C-on - gyulladással) a reakció, a jóddal hevítéskor kezdődik a kölcsönhatás.

A gallium nem lép kölcsönhatásba hidrogénnel, szénnel, nitrogénnel, szilíciummal és bórral.

Magas hőmérsékleten a gallium különféle anyagokat képes elpusztítani, és hatása erősebb, mint bármely más fém olvadéka. Így a grafit és a volfrám 800 °C-ig ellenáll a galliumolvadéknak, az alundum és a berillium-oxid BeO - 1000 °C-ig, a tantál, a molibdén és a nióbium 400÷450 °C-ig.

A legtöbb fémnél a gallium gallidokat képez, kivéve a bizmutot, valamint a cink, a szkandium és a titán alcsoportjába tartozó fémeket. Az egyik V 3 Ga gallidnak meglehetősen magas, 16,8 K-os átmeneti hőmérséklete van a szupravezető állapotba.

A gallium polimer hidrideket képez:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Az ionok stabilitása csökken a BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - sorozatban. A BH 4 ion vizes oldatban stabil, az AlH 4 és a GaH 4 gyorsan hidrolizálódik:

GaH 4 - + 4H 2 O = Ga(OH) 3 + OH - + 4H 2 -

Amikor a Ga(OH) 3 és Ga 2 O 3 savakban feloldódik, 3+ vízkomplexek képződnek, ezért a vizes oldatokból galliumsókat izolálnak kristályos hidrátok formájában, például gallium-klorid GaCl 3 * 6H 2 O, gallium-kálium timsó KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Érdekes kölcsönhatás lép fel a gallium és a kénsav között. Ez elemi kén felszabadulásával jár. Ebben az esetben a kén beburkolja a fém felületét, és megakadályozza további feloldódását. Ha forró vízzel mossa le a fémet, a reakció folytatódik, és addig tart, amíg a galliumon új kén „bőr” nem nő.

Alapvető kapcsolatok Gallia

Ga2H6- illékony folyadék, olvadáspont -21,4 °C, forráspont 139 °C. Lítiummal vagy tallium-hidráttal készült éteres szuszpenzióban LiGaH 4 és TlGaH 4 vegyületet képez. Tetrametil-digallán trietil-aminnal való kezelésével keletkezik. Vannak banánkötések, mint a diboránban

Ga2O3- fehér vagy sárga por, olvadáspontja 1795 °C. Két módosítás formájában létezik. α- Ga 2 O 3 - színtelen trigonális kristályok, sűrűsége 6,48 g/cm³, vízben gyengén oldódik, savakban oldódik. β- Ga 2 O 3 - színtelen monoklin kristályok, sűrűsége 5,88 g/cm³, vízben, savakban és lúgokban gyengén oldódik. A galliumfémet levegőn 260 °C-on vagy oxigénatmoszférában hevítve, vagy gallium-nitrát vagy -szulfát kalcinálásával nyerik. ΔH° 298 (minta) –1089,10 kJ/mol; ΔG° 298 (minta) –998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Amfoter tulajdonságokkal rendelkeznek, bár az alumíniumhoz képest az alapvető tulajdonságok jobbak:

Ga 2 O 3 + 6HCl = 2GaCl 2 Ga 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na Ga 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaGaO 2 + CO 2

Ga(OH)3- zselészerű csapadék formájában kihullik, ha háromértékű galliumsók oldatait alkálifém-hidroxidokkal és -karbonátokkal kezelik (pH 9,7). Tömény ammóniában és tömény ammónium-karbonát oldatban oldódik, forraláskor kicsapódik. Melegítéssel a gallium-hidroxid GaOOH-vá, majd Ga 2 O 3 *H 2 O-vá, végül Ga 2 O 3 -dá alakítható. Háromértékű gallium sók hidrolízisével állítható elő.

GaF 3- Fehér por. t olvadáspont >1000 °C, t forráspont 950 °C, sűrűség - 4,47 g/cm³. Vízben kevéssé oldódik. Ismeretes a GaF 3 ·3H 2 O kristályos hidrát, amelyet gallium-oxid fluor atmoszférában történő hevítésével állítanak elő.

GaCl3- színtelen higroszkópos kristályok. t olvadáspont 78 °C, forráspont t 215 °C, sűrűség - 2,47 g/cm³. Vízben jól oldjuk fel. Vizes oldatokban hidrolizál. Közvetlenül az elemekből nyert. Szerves szintézisekben katalizátorként használják.

GaBr 3- színtelen higroszkópos kristályok. t olvadáspont 122 °C, t forráspont 279 °C sűrűség - 3,69 g/cm³. Vízben oldódik. Vizes oldatokban hidrolizál. Kissé oldódik ammóniában. Közvetlenül az elemekből nyert.

GaI 3- higroszkópos világossárga tűk. t olvadáspont 212 °C, t forráspont 346 °C, sűrűség - 4,15 g/cm³. Meleg vízzel hidrolizál. Közvetlenül az elemekből nyert.

GaS 3- sárga kristályok vagy fehér amorf por, olvadáspontja 1250 °C, sűrűsége 3,65 g/cm3. Kölcsönhatásba lép a vízzel és teljesen hidrolizálódik. A gallium kénnel vagy kénhidrogénnel való reagáltatásával nyerik.

Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- színtelen, vízben jól oldódó anyag. A gallium, oxidja és hidroxidja kénsavval való reagáltatásával nyerik. Könnyen timsót képez alkálifém- és ammónium-szulfátokkal, például KGa(SO 4) 2 12H 2 O-val.

Ga(NO3)38H2O- vízben és etanolban oldódó színtelen kristályok. Melegítéskor gallium(III)-oxidot képezve lebomlik. Salétromsav gallium-hidroxid hatására nyerik.

Gallium beszerzése

A gallium beszerzésének fő forrása az alumíniumgyártás. A bauxit Bayer-módszerrel történő feldolgozásakor az Al(OH) 3 elválasztása után a gallium a keringő anyalúgokban koncentrálódik. Az ilyen oldatokból a galliumot higanykatódos elektrolízissel izolálják. Az amalgám vizes kezelése után kapott lúgos oldatból Ga(OH) 3 csapódik ki, amelyet lúgban oldanak, és elektrolízissel galliumot izolálnak.

A bauxit vagy nefelinérc nátron-mész feldolgozási módszerében a gallium a karbonizációs folyamat során felszabaduló üledék utolsó frakcióiban koncentrálódik. További dúsítás céljából a hidroxid csapadékot mésztejjel kezelik. Ebben az esetben az Al nagy része az üledékben marad, és a gallium oldatba megy, amiből CO 2 átengedésével galliumkoncentrátumot (6-8% Ga 2 O 3) izolálnak; ez utóbbit lúgban oldják, és a galliumot elektrolitikusan izolálják.

A gallium forrása lehet a háromrétegű elektrolízis módszerrel végzett alumínium-finomítási eljárásból származó maradék anódötvözet is. A cink előállítása során a gallium forrásai a cink salak kioldódási zagy feldolgozása során keletkező szublimátok (Welz-oxidok).

A lúgos oldat elektrolízisével nyert, vízzel és savakkal (HCl, HNO 3) mosott folyékony gallium 99,9-99,95% Ga-t tartalmaz. Vákuumos olvasztással, zónaolvasztással vagy az olvadékból egykristályt húzva tisztább fémet kapunk.

A gallium alkalmazásai

A gallium-arzenid GaAs ígéretes anyag a félvezető elektronikában.

A félvezetők „lyuk” vezetőképességét fokozó III. csoportba tartozó elemként a galliumot (legalább 99,999%-os tisztaságú) használják germánium és szilícium adalékaként. A gallium intermetallikus vegyületei az V. csoportba tartozó elemekkel - antimon és arzén - maguk is félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.

A gallium üvegmasszához való hozzáadása lehetővé teszi magas fénytörési indexű üvegek előállítását, a Ga 2 O 3 alapú üvegek pedig jól áteresztik az infravörös sugarakat.

A folyékony gallium a ráeső fény 88%-át, a szilárd gallium valamivel kevesebbet. Ezért nagyon egyszerűen gyártható galliumtükröket készítenek – a galliumbevonat akár ecsettel is felvihető.

A galliumnak számos olyan ötvözete van, amelyek szobahőmérsékleten folyékonyak, és az egyik ötvözete 3 °C olvadáspontú, másrészt viszont a gallium (kisebb mértékben ötvözetek) meglehetősen agresszív a legtöbb szerkezeti anyaggal szemben (repedés). és az ötvözetek eróziója magas hőmérsékleten), és Hűtőfolyadékként hatástalan és gyakran egyszerűen elfogadhatatlan.

A galliumot atomreaktorokban próbálták alkalmazni, de ezeknek a kísérleteknek az eredményei aligha tekinthetők sikeresnek. A gallium nemcsak eléggé aktívan befogja a neutronokat (2,71 barn keresztmetszetet rögzít), hanem magas hőmérsékleten is reagál a legtöbb fémmel.

A gallium nem lett atomi anyag. Igaz, mesterséges radioaktív izotópját, a 72 Ga-t (felezési ideje 14,2 óra) csontrák diagnosztizálására használják. A gallium-72-kloridot és a nitrátot a daganat adszorbeálja, és az erre az izotópra jellemző sugárzás kimutatásával az orvosok szinte pontosan meghatározzák az idegen képződmények méretét.

A gallium kiváló kenőanyag. Szinte nagyon fontos fémragasztókat hoztak létre gallium és nikkel, gallium és szkandium alapúak.

A gallium-oxid számos stratégiailag fontos lézeranyag összetevője.

Galliumtermelés a világon

Világtermelése nem haladja meg az évi kétszáz tonnát. Két nemrégiben felfedezett lelőhely kivételével - 2001-ben a Gold Canyonban, Nevada államban, 2005-ben pedig Belső-Mongóliában, Kínában - a gallium ipari koncentrációban sehol a világon nem található. (Utóbbi lelőhelyen 958 ezer tonna gallium jelenlétét állapították meg a szénben - ez a világ galliumkészletének megduplázódása).

A világ galliumkészlete csak bauxitban a becslések szerint meghaladja az 1 millió tonnát, az említett kínai lelőhely pedig 958 ezer tonna galliumot tartalmaz szénben – ez megduplázza a világ galliumkészletét).

Nem sok galliumtermelő létezik. A gallium piac egyik vezetője a GEO Gallium. Fő kapacitásai 2006-ig egy Stade-i (Németország) üzemből álltak, ahol évente körülbelül 33 tonnát bányásznak, egy Salindres-i, 20 tonna/év feldolgozó üzem (Franciaország) és egy Pinjarra-i (Nyugat-Ausztrália) - potenciál (de nem vezették be) építésbe) 50 tonna/év kapacitásig.

2006-ban az első számú gyártó pozíciója meggyengült - a Stade vállalatot az angol MCP és az amerikai Recapture Metals megvásárolta.

A japán Dowa Mining cég a világ egyetlen előállítója a cink-koncentrátumokból, mint a cinkgyártás melléktermékéből származó elsődleges galliumnak. A Dowa Mining teljes nyersanyag-kapacitását 20 tonna/évre becsülik, Kazahsztánban pedig a pavlodari Kazahsztáni Alumínium vállalat teljes kapacitása 20 tonna/év.

Kína a gallium igen komoly szállítójává vált. Kínában 3 nagy elsődleges galliumgyártó működik – a Geatwall Aluminium Co. (15 tonna/év), Shandong Alumíniumgyár (kb. 6 tonna/év) és Guizhou Alumíniumgyár (max. 6 tonna/év). Számos koprodukció is készült. A Sumitomo Chemical akár 40 tonna/év kapacitású vegyesvállalatokat hozott létre Kínában. Az amerikai AXT cég közös vállalatot hozott létre a Beijing JiYa semiconductor Material Co.-val a legnagyobb kínai alumíniumipari vállalattal, a Shanxi Aluminium Factory-val. akár 20 tonna/év termelékenységgel.

Gallium termelés Oroszországban

Oroszországban a galliumtermelés szerkezetét az alumíniumipar kialakulása határozza meg. Az egyesülést bejelentő két vezető csoport, a Russian Aluminium és a SUAL a timföldfinomítókban létrehozott galliumgyárak tulajdonosai.

„Orosz alumínium”: Nyikolajevszkij timföldfinomító Ukrajnában (klasszikus Bayer hidrokémiai módszer a trópusi bauxit feldolgozására, a telephely kapacitása - akár 12 tonna gallium/év) és az oroszországi Achinsk timföldfinomító (feldolgozás nefelin nyersanyagok szinterezésével - urtitok). Kiya-Shaltyrskoye lelőhely, Krasznojarszk Terület, telephely kapacitása – 1,5 tonna gallium/év).

"SUAL": Kamensk-Uralsky kapacitások (Bayer szinterezési technológia az észak-uráli bauxitérc régió bauxitjához, a telephely kapacitása - akár 2 tonna gallium/év), a boksitogorszki timföldfinomítóban (a leningrádi régió bauxitját dolgozza fel szinterezési módszer, kapacitás - 5 tonna gallium / év, jelenleg molygolyóval) és "Pikalevsky Alumina" (a murmanszki régió apatit-nefelin ércéből nefelin koncentrátumokat dolgoz fel szinterezéssel, telephely kapacitása - 9 tonna gallium / év). Összességében a Rusal és a SUAL összes vállalkozása több mint 20 tonna/év termelésére képes.

A tényleges termelés alacsonyabb - 2005-ben például 8,3 tonna galliumot exportáltak Oroszországból és 13,9 tonna galliumot a Nikolaev timföldfinomítóból Ukrajnából.

Az anyag elkészítésekor a Kvar cég információit használták fel.

A cikk tartalma

GALLIUM(Gallium) Ga, a periódusos rendszer 13. (IIIa) csoportjának kémiai eleme, rendszáma 31, atomtömege 69,72. A külső elektronhéj konfigurációja 4s 2 4p 1. A galliumnak 29 izotópja ismert 56 Ga-tól 84 Ga-ig. Közöttük van két stabil - 69 Ga és 71 Ga. A természetes gallium csak stabil izotópokból áll - 69 Ga (60,108%) és 71 Ga (39,892%). A vegyületek legstabilabb oxidációs állapota: +3.

Az elem felfedezésének története.

Elmondhatjuk, hogy a gallium felfedezése kétszer történt. Az első alkalommal a derült elme és a csodálatos intuíció játéka volt, a második pedig az elszántság és a kitartás következménye, ami tizenöt év szakadatlan keresés után meghozta gyümölcsét. A 13. csoport három ritka eleme közül a gallium a legelterjedtebb - a földkéregben ennek tartalma egy nagyságrenddel nagyobb, mint a tallium, és két nagyságrenddel nagyobb az indiumnál. Ironikus módon azonban megjósolták, majd tíz évvel később fedezték fel, mint kevésbé gyakori szomszédai. Az indiumot és a talliumot véletlenül fedezték fel - 1861-ben Crookes szelént keresett és talliumot talált, 1863-ban pedig Reich és Richter talliumot keresett és indiumot talált. A galliumot megjósolták, majd szándékosan keresték... mindössze tizenöt évig.

Az egész 1859-ben kezdődött, amikor Paul Émile (másik François) Lecoq de Boisbaudran (1838–1912) az általa továbbfejlesztett Kirchhoff-spektroszkóppal ásványokat kezdett vizsgálni, hogy ismeretlen elemeket fedezzen fel bennük.

1863-ban egy bizonyos mintázatot vett észre a háromértékű elemek spektrális sávjainak változásában az egyik elemről a másikra való mozgás során, de az alumínium és az indium között rés volt, ezért feltételezték, hogy kell lennie egy másik elemnek, amelynek spektrális emissziós vonalai. köztes pozíciót kell elfoglalnia. Ugyanebben az évben családja anyagi támogatásának köszönhetően saját laboratóriumot kapott, és folytatta a kutatást, amelyet az emissziós spektrum sávjainak az elemek atomtömegétől való függésére vonatkozó saját elképzelése támogat. A keresés sokáig sikertelen volt, mivel elmondása szerint kis mennyiségű anyaggal operált. 1868-ban Boisbaudran laboratóriuma nagy mennyiségű cinkkeveréket (szfalerit) kapott, amelyet a Pireneusokban található Pierrefite bányából hoztak.

Eközben 1869-ben Szentpéterváron D. I. Mengyelejev jelentést nyújtott be az Orosz Kémiai Társaságnak egy elem fizikai-kémiai tulajdonságai és atomtömege közötti kapcsolatról. Március 6-án N. A. Menshutkin felolvasott egy jelentést Mengyelejev nevében, amely különösen azt mondta, hogy „... sok ismeretlen egyszerű test felfedezésére számíthatunk, például alumíniumhoz és szilíciumhoz hasonló elemekre 65-75.” 1871. január 7-én, az Orosz Kémiai Társaság ülésén egy kiegészítést tettek arról, hogy „a páros sorok III. csoportjában a 3. sorból hiányzik a cink melletti elem, ezért atomtömege 68”. Ezt az elemet nevezték el ekaalumínium, feltételezett kémiai tulajdonságainak és az alumínium tulajdonságainak hasonlósága miatt.

1874 februárjában Boisbaudran ötvenkét kilogramm szfalerit feldolgozását kezdte el, és 1875. augusztus 27-én fehér anyagot kapott, amikor a szfalerit feldolgozásából származó koncentrátum cinkfóliával érintkezett. A csapadékot sósavban feloldjuk, majd feleslegben lévő ammóniavízzel ismét kicsapjuk az oldatból, és a kapott szűrletet bepároljuk. A kapott „ammóniumsót” ezután forrásban lévő vízben feloldottuk. Boisbaudran az így kapott oldatot egy Bunsen-égő lángjába vezette, de nem észlelt új vonalakat a spektrumban. Valószínűleg soha nem járt volna sikerrel, ha nem jött rá, hogy oxigén-hidrogén lángot és elektromos ívet használ az anyag elpárologtatására. A műszer betekintő ablakában egy halvány ibolya színű vonalat látott, amelynek hullámhossza 4172 Å, és nem volt kétséges, hogy ez a vonal korábban ismeretlen elemhez tartozik. A következő kísérletben Boisbaudran a szulfidok hidrogén-szulfiddal történő ismételt kicsapásával koncentrálta az elemet, majd sósavval történő kezelés után a kapott oldatot elektromos ívbe vezette. A nézetablak most egyértelműen egy 4172Å-nél lévő vonalat mutatott, és egy másik, gyengébb és korábban nem észlelt lila vonalat 4033Å hullámhosszal.

Boisbaudran az elemet galliumnak nevezte el szülőföldje, Franciaország (latinul: Gallia) tiszteletére. Van egy másik, meglehetősen anekdotikus változata az elem nevének. A tény az, hogy a latin " gallus"ugyanazt jelenti, mint a francia" le coq", nevezetesen a kakas. Mert a Lecoq a Boisbaudrans nemesi család része volt, feltételezhető, hogy az új elemet a családról nevezték el.

Boisbaudran megbecsülte a tesztoldat-cseppben lévő gallium hozzávetőleges mennyiségét, amely 0,01 mg-nak bizonyult. Körülbelül két hét elteltével 2-3 mg gallium-kloridot tudott koncentrálni cink-kloriddal keverve. 1875. szeptember végén Párizsban gratulációkat fogadott egy új elem felfedezéséhez. A Párizsi Tudományos Akadémián tett jelentése előtt kísérletsorozatot kellett végeznie a fémes gallium előállítására és tulajdonságainak meghatározására. Charles Adolphe Wurtz laboratóriuma volt a legjobban felszerelt az összes akkori Párizsban (az épület a mai napig fennmaradt). 1875 novemberében Boisbaudrannak itt sikerült először kis mennyiségű galliumfémet nyernie az ammóniakomplex oldatának elektrolízisével. 1875 decemberében 3,4 mg fémet mutatott be a párizsi tudományos elitnek, és hamarosan jelentést is készített a Tudományos Akadémián. A publikált munka rámutatott a gallium néhány tulajdonságára: atomsúly, sűrűség (hibásan meghatározott), olvadáspont és néhány más.

Egy idő után Szentpéterváron D. I. Mengyelejev megismerkedett a gallium felfedezéséről szóló üzenettel, és 1875. november 15-én üzenetet küldött a „Francia Tudományos Akadémia jegyzeteinek” címére, hogy a felfedezett elem eka-alumínium. korábban megjósolta, és fajsúlyának körülbelül 6-nak kell lennie, nem pedig 4,7-nek, ahogy azt Boisbaudran határozta meg. Mengyelejev örült, mert a francia tudós volt az első, aki felfedezte az általa megjósolt elemek egyikét, és ezzel bebizonyította a periodikus törvény helyességét.

1876-ban Boisbaudrannak 435 kg érc feldolgozása után 650 mg tiszta galliumot sikerült előállítania. Valójában kiderült, hogy az általa eredetileg meghatározott fémsűrűséget alábecsülték, mivel a vizsgált gallium mennyisége kicsi volt, és maga a fém szennyeződésekkel volt szennyezett. A cikkben Az új fémről - galliumról 1877-ben jelent meg az Annales de Chimie-ben » (10. kötet (1877) 100–141. o.) Boisbaudran ezt írta: „Végül az általam eredetileg kapott hat tiszta galliummintát egy teljesen homogén tuskóba egyesítettem. Fajsúlya 5,935 volt. Mengyelejev jóslata pontosan megerősített. Az eredeti besorolása által megjósolt számos hipotetikus elem között úgy tűnik, van egy galliumnak megfelelő... Be kell vallanom, hogy nem is ismertem Mengyelejev hipotetikus elemének leírását. Hozzáteszem még azt is, hogy tudatlanságom kedvezett nekem abban az értelemben, hogy késéseket tapasztaltam volna, ha galliumot kerestem volna az ammóniacsapadékban, nem pedig az oldatban... ami már kevés galliumot tartalmazott. Az alacsony olvadáspont szintén nem egyeztethető össze azzal, amit az elmélet előre jelez. Így Mengyelejev hipotézisének megdönthetetlen érdeme ellenére az új fém egyes reakciói és tulajdonságai merőben eltérnek az elmélet által megjósoltoktól... Ezért számomra úgy tűnik, hogy sem Mengyelejev számításai, sem a saját hipotézisem nem vezettek volna a galliumra vonatkozó ismeretek megszerzéséhez. hosszú ideig, ha nem egy sajátos kísérleti módszerem miatt, amelyet követtem.” Valójában Mengyelejevnek írt üzenetében Boisbaudran udvariasan, de ugyanakkor határozottan egyértelművé tette, hogy az ő spektrális módszere, és nem az orosz tudós előrejelzése vezetett a gallium felfedezéséhez. Boisbaudrannak meg kell jegyezni, hogy a módszer kísérleti tervezését akkoriban valóban a legmagasabb szintre vitte, és Kirchhoffal és Bunsennel együtt joggal tartják a spektrális elemzés megalapozójának. Szolgálatait Franciaország legmagasabb kitüntetésével, a Becsületlégióval és a Londoni Chemical Society Davy-éremmel ismerték el. Ugyanakkor el kell ismerni, hogy a francia kutató nem akarta értékelni az orosz tudós érdemeit, aki egyáltalán nem tartotta igényt a gallium felfedezésének elsőbbségére, és akinek nagy általánosítása összehasonlíthatatlanul nagyobb léptékű esemény volt. és jelentőségük, mint egy egyedi kémiai elem felfedezése. Az alábbiakban egy táblázat található, amely összehasonlítja Mengyelejev számításait és Boisbaudran adatait egy egyszerű anyagra vonatkozóan.

A természetben lenni.

A gallium tipikus nyomelem, néha a ritkaságnak is besorolják. Clarke (a földkéreg átlagos tartalmának számszerű becslése) a gallium a földkéregben meglehetősen nagy, és 1,5 10 -3% (tömeg). Így tartalma magasabb, mint a molibdén, a bizmut, a wolfram, a higany és néhány egyéb olyan elem, amelyeket nem szoktak ritkaságnak minősíteni. A gallium kalkofil és litofil tulajdonságokkal rendelkezik, ezért különféle típusú lerakódásokban található. A gallium jelentős koncentrációban nem fordul elő, átlagos tartalma a hordozó ásványokban nem haladja meg a századszázalékot. A 20. század közepéig. Úgy vélték, hogy a gallium nem képezi saját ásványait, és csak 1956-ban számolt be Ramdorff arról, hogy a saját gallium ásványt Tsumeb (Namíbia) és Kipushi (Zaire Köztársaság) városai közelében lévő lelőhelyek érceiben találták meg. Ennek a rendkívül ritka ásványnak az összetételét Strunz, Geyer és Zelinger határozta meg. Kiderült, hogy réz és gallium-szulfid - CuGaS 2, az úgynevezett gallit keveréke. Szfalerittel, kalkopirittel, germanittal és néhány más szulfid ásványokkal együtt fordul elő. A gallit szürke fémes fényű és erősen polírozott. A természetben a gallium általában a periódusos rendszerben legközelebbi szomszédaihoz - alumíniumhoz, cinkhez és germániumhoz - gravitál. A gallium hasonló kémiai tulajdonságai, ionos sugarai és ionizációs potenciálja miatt az alumínium állandó kísérője. A cink és a gallium atomi sugarának hasonlósága meghatározza kölcsönös helyettesítésük lehetőségét a természetben. A fluorit-szulfid lerakódásokból származó szfaleritek (0,01–0,1% Ga) különösen gazdagok galliumban. A gallium fő forrása a bauxit (hidratált alumínium-oxid). Érdekes, hogy a bauxitérceket, függetlenül elhelyezkedésüktől és származási jellemzőiktől, a gallium állandóan egyenletes eloszlása jellemzi bennük - 0,002–0,006%. A Hibini-hegység apatit-nefelin ércéből származó nefelin jelentős mennyiségben (0,01–0,04%) galliumot tartalmaz. A gallium számos más ásványban is megtalálható (az átlagos tartalom megadva): szfalerit (ZnS) - 0,001%, pirit (FeS 2) - 0,001%, germanit (Cu 3 GeS 4) - 1,85%, cirkon (ZrSiO 4) - 0,001 –0,005%, spodumen (LiAlSi 2 O 6) – 0,001–0,07% stb. Ezenkívül egyes széneknél (főleg Angliában) megnövekedett galliumtartalmat találtak. Az ilyen szenek égéséből származó füstpor legfeljebb 1,5% galliumot tartalmaz.

A világ fő galliumkészletei bauxitlelőhelyekhez kapcsolódnak, amelyek készletei olyan nagyok, hogy hosszú évtizedekig nem fogynak ki. A bauxitban található gallium nagy része azonban a termelési kapacitás hiánya miatt nem elérhető, amelynek mennyiségét gazdasági okok szabják meg. A gallium tényleges készleteit nehéz megbecsülni. Az amerikai szakértők szerint A Geological Surveys a bauxitlelőhelyekhez kapcsolódó galliumkészlete 1 millió tonnát tesz ki. Kína, az USA, Oroszország, Ukrajna és Kazahsztán jelentős galliumtartalékokkal rendelkezik.

Gallium termelés és piac.

A gallium olyan nyomelem, amely az alumínium és a cink állandó kísérője, így előállítása mindig alumínium vagy szulfid polifémes (főleg cink) ércek feldolgozásához kötődik. A gallium cinkkoncentrátumokból történő kinyerése jellemzően sok nehézséggel jár, ami a fém magas költségét okozza, ezért több évtizede a galliumtermelés fő forrása (95%) az alumíniumipar hulladéka, és a részaránya. az ún. a komplex hulladékfeldolgozás (a cink, indium és germánium kitermelésével együtt) a termelési kapacitás mintegy 5%-át teszi ki. Ezen kívül léteznek technológiák a gallium kinyerésére az égéstermékek porából és a szénégetésből származó hamuból, valamint ezek kokszolási hulladékából.

A mellékterméknek számító gallium kinyerésének módszereit úgy választják meg, hogy ne zavarják az alumíniumgyártás technológiai sémáját. Az alumíniumércek feldolgozására két módszer létezik - a Bayer-módszer, amely az alumínium keringető (azaz újrahasznosított) lúgos oldatokkal történő autokláv extrakciójából áll, valamint a bauxit vagy nefelinérc szódával történő szinterezésének módszere, amelyet vízzel történő kilúgozás követ. A gallium mindkét feldolgozási eljárásban az alumíniumhoz hasonlóan viselkedik, és kilúgozáskor oldható hidroxo-komplex formájában oldódik.

Mindkét folyamat második szakasza az aluminát oldat lebontása, ahol a gallium eloszlik a csapadék és az oldat között. Az aluminát oldatok lebontásának három fő módja van - keverés alumínium-hidroxid magjával (spontán bomlás), szén-dioxid áteresztése (karbonizáció) és kalcium-oxid hatása (mész módszer). A gallium-hidroxid savassági állandója valamivel magasabb, mint az alumínium-hidroxidé, ezért karbonizációs és spontán kicsapásos módszereknél a gallium nagy része oldatban marad. Szenesedési körülmények között a kezdeti időszakban csak Al(OH) 3 csapódik ki. A visszamaradó oldatot bepároljuk, és kioldjuk.

Mivel a lúgos oldatot alumínium kinyerésére használják, a gallium felhalmozódik benne. A galliumtartalmú keringtető oldatot addig használjuk kilúgozáshoz, amíg a gallium-hidroxid jelentős mennyiségben nem kezd együtt kicsapódni Al(OH) 3 -al. A frakcionált karbonizációs módszert gyakran használják, amikor a CO 2 áthaladásának kezdeti szakaszában tiszta Al(OH) 3 rakódik le, a végső szakaszban pedig NaGa(OH) 2 CO 3 ·H 2 -vel dúsított nátrium-alumínium-karbonát csapadék. O gallokarbonát Ezt a csapadékot általában primer galliumkoncentrátumnak tekintik (0,2–0,5% Ga 2 O 3 -ot tartalmaz), amelyet azután vizes lúgban feloldanak, majd a keletkezett oldatot elektrolízissel végzik. A karbonizációs módszert általában szinterezési módszerrel alkalmazzák üzemekben, ez a Bayer-eljárásban nem kívánatos, mivel megváltoztatja a keringető oldatok összetételét.

Napjainkban a Bayer módszerrel működő gyárak amalgám módszerrel választják el a galliumfémet az aluminát oldatoktól, forgó higanykatód segítségével. A gallium (1%) felhalmozódása után a katód anyagában a keletkező amalgámot forró nátrium-hidroxid-oldattal lebontják. A galliumot elektrolízissel választják el a kapott oldattól.

Az ilyen módszerekkel nyert gallium számos elemet tartalmaz észrevehető szennyeződésekként (néha akár 5%), mint például alumínium, cink, higany, magnézium, vas, ón, ólom és mások. A félvezető anyagok gyártása során csak nagy tisztaságú fémet (99,9999% és magasabb) használnak, ezért speciális mélytisztítási módszereket fejlesztettek ki.

A tisztítás legegyszerűbb módja a porózus válaszfalon történő szűrés, amely azon alapul, hogy a gallium olvadáspontjához közeli hőmérsékleten a benne lévő szennyeződések nagy része mikroszuszpendált állapotban van, és a szűrőn visszamarad (tartalom Zn, Si, Cu 0,0001-0,001 %-ra csökken. Az ólomtól és a cinktől így nem lehet megszabadulni.

Egy másik tisztítási módszer a sav-bázis kezelés, amely a gallium savakban és lúgokban való alacsony hőmérsékleten való lassú oldódásán alapul, amelynél a szennyeződések egy része (Al, Mg, Zn - HCl-val és Cu-val kezelve, Fe, Ni, stb. - HNO 3 hatására, lúg hatására - Zn, Ti, Pb) oldódik. Sav-bázis kezeléssel 99,99%-os tisztaságú galliumot kapunk.

Az amalgám tisztítási módszer a gallium higanyban való feloldásán alapul 300°C-on. A későbbi hűtés során a gallium leválik, és sok szennyeződés mikrokristályok formájában (majd kiszűrve) lebeg a felületére, vagy a higanyban marad.

A gallium illékony szennyeződésektől (Zn, Hg, Cd és oldott gázok) való tisztítása vákuumban, 900-1300°C-on történik.

Elektrolitikus finomítással szinte teljesen megszabadulhatunk az ólomtól, réztől és részben vastól. Ehhez az előzetes tisztításon átesett galliumot a legtisztább nátrium-hidroxid-oldatban feloldják, és a kapott lúgos oldatot elektrolízisnek vetik alá (a katód tiszta olvadt gallium). Az eredmény egy 99,999%-os tisztaságú fém.

A gallium mélytisztítására kristályfizikai módszereket alkalmaznak - zónaolvasztás, Czochralski extrakció az olvadékból és frakcionált kristályosítás. Ez utóbbi módszer a maga egyszerűségében vonzó: a megolvadt fémbe híg sósavréteg alatt egy magot visznek be, és addig kristályosítanak, amíg az eredeti fémmennyiség 10%-a folyékony állapotban marad. Ebben az esetben szinte minden szennyeződés koncentrálódik a maradék folyadékban. 5-10 ciklus után a kapott fém 99,9999%-os tisztaságú. Általában 99,999% fémet vetnek alá ennek a tisztítási módszernek.

A különböző üzemekben a primer gallium termelésére vonatkozó adatokat gyakran osztályozzák, így az éves termelési mennyiséget nehéz megbecsülni. Az amerikai szakértők szerint A Geological Surveys 2004-ben 69 tonna elsődleges galliumot állított elő, ugyanannyit, mint 2003-ban. Az elsődleges gallium fő termelői Kína, Németország, Japán, Kazahsztán és Ukrajna. Kisebb, de még mindig jelentős mennyiségű galliumot termelnek Oroszországban, Magyarországon és Szlovákiában. Az Egyesült Államokban nincs elsődleges fémgyártás. A világ nagy tisztaságú galliumtermelése 2004-ben 86 tonna volt. Ez a szám a másodlagos galliumot tartalmazza. A nagy tisztaságú gallium gyártásában vezető szerepet tölt be Franciaország, Japán, az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság. Az elsődleges gallium előállítására szolgáló ipari kapacitást 2004-ben 165 tonnára, a nagy tisztaságú galliumot 140 tonnára, a másodlagos galliumot 68 tonnára becsülték.

A finomított gallium fő fogyasztói az USA és Japán. A gallium piaca instabil. 2004-ben az USA-ban a 99,99%-os fém ára 250–325 dollár/kg, a 99,9999%-os fém – 350 dollár/kg, a 99,99999%-os fém – 550 dollár/kg tartományban volt.

Egy egyszerű anyag tulajdonságai.

A gallium egy ezüstös-fehér fém, amelyet a levegőben vékony oxidréteg von be. Sűrűsége 5907 kg/m 3 (20° C), az olvadt gallium nehezebb - 6095 kg/m 3 (29,80° C). A gallium az egyik legolvadékonyabb fém (a higany és a cézium után), olvadáspontja 29,76 °C, de ez jelentősen függ a nyomástól - 12 000 atmoszférán már csak 2,55 ° C. A tiszta gallium hajlamos a túlhűtésre, és tartósítható olvadt állapotban hosszú ideig 0 °C-on, néha (például nátrium-oleát alkoholos oldatában diszpergálva) és –40 °C-on. A beoltáskor gyors kristályosodás következik be. A gallium forráspontja (2204°C) magasabb, mint a legtöbb könnyűfémé, így rendkívül széles a folyadékfázis létezési tartománya, az összes fém közül csak az ón mutat ilyen jelenséget. A gallium nagyon puha, Mohs-keménysége 1,5, ezért dörzsöléskor sötétszürke színt hagy a papíron, és könnyen megkarcolja a köröm. Szobahőmérsékleten elég műanyag. A gallium a higannyal ellentétben jól nedvesíti az üveget és sok más anyagot, kivéve a polietilént, ezért tárolására és szállítására polietilén tartályokat használnak. Magas hőmérsékleten a folyékony gallium nagyon agresszív, és sok anyagot erősebben korrodál, mint bármely más olvadt fém. Például a "Pyrex" vegyszerálló üveget már 500°C-on, a grafitot 800°C-on, az alundumot 1000°C-on korrodálja. A fémek közül a galliummal szemben legellenállóbb a volfrám (300°C-ig), molibdén és nióbium (400°C-ig), tantál (450°C-ig), berillium (1000°C-ig).

A gallium egyedülálló szerkezettel rendelkezik. Ortogonális rendszerben kristályosodik (a görög sýn - együtt és gõdnia - szögből - a kristályok osztályozása egységcelláik szimmetriája szerint). A gallium szerkezete hasonló a kristályos jód szerkezetéhez, és Ga 2 pszeudomolekulákból áll. A bennük lévő galliumatomok távolsága 2,44 Å, és a pszeudomolekulában minden egyes atomot még hat távolabbi atom vesz körül, amelyek (párokban) 2,70 Å, 2,73 Å és 2,79 Å távolságra helyezkednek el. Olvadt állapotban a Ga 2 molekulák megmaradnak. A folyékony gallium szerkezete hatszögletű és szorosan záródó, de találhatók benne rosszul rendezett, lánc jellegű régiók is. Gázhalmazállapotában a gallium főként atomokból áll.

Normál körülmények között a levegőben a gallium az alumíniumhoz hasonlóan fénytelenné válik, és vékony oxidréteggel borítja be, ami megakadályozza további oxidációját. Oxigénben vagy levegőben vörös hőre hevítve enyhén oxidálódik. Nedves levegőben az oxidáció gyorsabban megy végbe. Az oxigént nem tartalmazó víznek még forrásponton sincs hatása a galliumra. Azonban oxigén jelenlétében, különösen autoklávban 300 °C-on, a gallium észrevehetően oxidálódik:

4Ga + 2H2O + 3O2 = 4GaO(OH).

A gallium lassan oldódik híg ásványi savakban alacsony hőmérsékleten. Tömény savakban vagy magasabb hőmérsékleten az oldódási folyamat sokkal gyorsabb:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

2Ga + 6H 2SO 4 = Ga 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O (hevítéskor)

Ga + 4HNO 3 = Ga (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Forró lúgos oldatokban a gallium hidrogén felszabadulásával és hidroxo-komplexek képződésével oldódik fel:

2Ga + 6NaOH + 6H2O = 2Na3 + 3H2.

A halogének, a jód kivételével, már hidegben is könnyen kölcsönhatásba lépnek a galliummal:

2Ga + 3X 2 = 2GaX 3 (X = F, Cl, Br).

Melegítéskor a gallium kénnel egyesül:

2Ga + 3S = Ga 2S 3.

A gallium nem lép reakcióba hidrogénnel és nitrogénnel, ha ammónia atmoszférában 900°C feletti hőmérsékletre hevítjük, nitridet képez:

2Ga + 2NH3 = 2GaN + 3H 2.

A gallium-arzenid és alkalmazása.

Az előállított gallium szinte teljes mennyisége (95%) arzeniddá alakul.

Gallium-arzenid A GaAs sötétszürke kristályos anyag, lila árnyalattal. A gallium-arzenid, mint a legtöbb A III B V típusú vegyület, izostrukturális a ZnS-sfalerittel, ellenáll a víznek, a lúgoknak és a levegőnek, és nehezen bontható kén- és sósavval.

GaAs + 3HCl = GaCl 3 + AsH 3

A kristályos gallium-arzenidet először 1954-ben szintetizálták, és azonnal felfedezték, hogy félvezető. Különféle adalékanyagokkal történő adalékolásával elektronikus és lyukas vezetőképességű kristályokat lehet előállítani (a félvezetők szerkezetének sávelméletéről és adalékolásáról, TRANZISZTOROS, FÉLVEZETŐ ELEKTRONIKUS ESZKÖZÖK). A gallium-arzenid sávszélessége 1,43 eV (összehasonlításképpen a szilícium 1,17 eV), vagyis tipikus félvezető. A szilíciumhoz hasonlóan a gallium-arzenidet is különféle félvezető eszközök készítésére használják. A gallium-arzenid alapú integrált áramkörök a megtermelt gallium akár 40%-át fogyasztják. A GaAs chipek hozzávetőlegesen egy nagyságrenddel drágábbak, mint a szilícium chipek (ez az egykristályok előállításának nehézségéből adódik), de jóval nagyobb a teljesítményük.A nagy sebességű integrált áramkörökben jelenleg nincs alternatívája az arzenidnek, míg más területeken más anyagokkal helyettesíthető. Jelenleg fejlesztik a vegyes Si-GaAs chipek létrehozására szolgáló technológiát, amely lehetővé teszi a nagy sebesség elérését viszonylag alacsony költség mellett.

Nem sokkal a gallium-arzenid szintézise után felfedezték, hogy ez a vegyület más érdekes és fontos tulajdonságokkal is rendelkezik, amelyek néha felülmúlják a versenyt más félvezető anyagokkal. A sávszélessége megközelíti az 1,5 eV-ot, ami optimálisnak tekinthető a napenergia elektromos energiává alakításához. A gallium-arzenid fotovoltaikus cellák (napelemek) hatásfoka eléri a 24%-ot, ami jelentősen meghaladja a legjobb szilícium fotovoltaikus konverterek eredményeit.

Széles körben használják az elektromos energiát elektromágneses sugárzássá alakító félvezetőket. A gallium-arzenidben először a félvezetőkben fedezték fel az elektromos áram hatására bekövetkező fénykibocsátás jelenségét, ami 1962-ben egy félvezető lézer létrehozásához vezetett. Az ilyen típusú lézerek működési elve a vezetési elektronok és lyukak rekombinációján alapul. A gallium-arzenidben (a szilíciummal ellentétben) szinte minden rekombinációs esemény fénykvantum kibocsátását eredményezi. Alacsony elektron-lyuk párok keletkezési sebessége (pumpálás) esetén a sugárzási rekombináció spontán módon megy végbe; ezt a hatást félvezető fényforrásokban - fénykibocsátó diódákban (LED) használják.

1963-ban a gallium-arzenid új felhasználási területet kapott. John Gunn amerikai fizikus (szül. 1928) megállapította, hogy a gallium-arzenid kristályra adott, bizonyos nagyságú állandó elektromos feszültség hatására az elektromos áram nagyfrekvenciás oszcillációit generálja. Ez a hatás annak a ténynek köszönhető, hogy a gallium-arzenidre jellemző áram-feszültségnek van egy leeső szakasza, amelyben a differenciálellenállás negatív. A Gunn-effektuson alapuló eszközök elektromágneses oszcillációk generálására és erősítésére szolgálnak, impulzus üzemmódban több kW, folyamatos üzemmódban pedig több száz mW teljesítményű 100 MHz-től 100 GHz-ig terjedő frekvencián, valamint magas rezgések létrehozására. -elektronikai eszközök sebességelemei.

Jelenleg a nagy tisztaságú gallium-arzenid egykristályait hagyományos kristálytermesztési módszerekkel állítják elő (Czochralski szerint). Epitaxiális módszereket alkalmaznak adalékolt gallium-arzenid egykristályos rétegeinek előállítására. Az epitaxia az egyik kristály irányított növekedése a másikon. A félvezető nanotechnológiában különösen elterjedt a molekuláris nyaláb epitaxiás (MBE) módszere és a fém-szerves vegyületekből a filmek leválasztása (metalorganic vapor phase epitaxy, MOVPE). A gallium-arzenid szintézise a MOVPE módszerrel gázfázisban történik, trimetil-gallium és arzin kölcsönhatásával hidrogénatmoszférában:

(CH 3) 3 Ga + AsH 3 = GaAs + 3CH 4 (H 2, 700 ° C)

A molekuláris nyaláb epitaxia kristályok termesztése ultranagy vákuumban olyan atomok és molekulák nyalábjai segítségével, amelyek a növekvő vegyület összetevői. Ez a módszer lehetővé teszi adalék atomok kristályba való bejuttatását, tartalmuk és térfogateloszlásuk szigorú ellenőrzését, valamint nanoméretű szerkezetek felépítését a felületen, amelyek a hagyományos (mikroáramkörök) és kvantum (kvantumkutak, szálak) legújabb félvezető elemeinek létrehozásához szükségesek. és pontok) elektronika.

A gallium biológiai szerepe.

A galliumnak az emberek és állatok életében betöltött szerepéről szinte semmit sem tudunk. Némileg érdekes az a hipotézis, amely a gallium angliai szénlelőhelyekben való felhalmozódásának okairól szól, miszerint ez biológiai folyamatok következménye. A galliumról úgy tartják, hogy fontos szerepet játszik a gomba normális növekedésében Aspergillus, amely szorosan összefügg a penicillint termelő penészgombával. Ezenkívül a gallium elengedhetetlen egy kis mocsári növény életében Lemna kiskorú.

Jurij Krutyakov

Irodalom:

Ivanova R.V. A gallium kémiája és technológiája. M., „Kohászat”, 1973
Ritka és nyomelemek kémiája és technológiája, 1. köt. Alatt. szerk. K.A.Bolshakova. M., 1976
Fedorov P.I., Mohosoev M.V., Alekseev F.P. A gallium, az indium és a tallium kémiája. Novoszibirszk: „Tudomány”, 1977
A kémiai elemek népszerű könyvtára. Alatt. szerk. Petryanova-Sokolova I.V. M., 1983
Beljavszkij V.I. A félvezető nanotechnológia fizikai alapjai. SOZH, 1998. 10. sz
MINKET. Földrajzi felmérés. Gallium. Ásványok Évkönyve – 2003
MINKET. Földtani Szolgálat, Ásványi árucikk-összefoglalók. Gallium 2005. január

Gallium

GALLIUM-ÉN; m.[a lat. Gallia - Franciaország] Vegyi elem (Ga), puha, olvadó, ezüstös-fehér fém (félvezetők gyártásához használják).

Gallium

(lat. Gallium), a periódusos rendszer III. csoportjának kémiai eleme. A Galliából származó név Franciaország latin neve. Ezüst-fehér olvadó ( t pl 29,77 °C) fém; tömör fém sűrűsége (g/cm 3) 5,904, folyadék 6,095; t hőmérséklet 2205°C. Levegőben kémiailag ellenálló. A természetben elterjedt, Al-lal együtt találták meg. Főleg (97%) félvezető anyagok (GaAs, GaSb, GaP, GaN) gyártásában használják őket.

GALLIUM

GALLIUM (lat. Gallium, Gallia szóból - Franciaország latin neve), Ga (értsd: „gallium”), egy kémiai elem, 31-es rendszámmal, atomtömege 69,723.
A természetes gallium két izotópból áll: 69 Ga (61,2 tömeg%) és 71 Ga (38,8%). 4. külső elektronréteg konfiguráció s 2 p 1 . Oxidációs állapot +3, +1 (I, III vegyérték).
Az elemek periódusos rendszerének IIIA csoportjában található, a 4. periódusban.
Az atom sugara 0,1245 nm, a Ga 3+ ioné 0,062 nm. A szekvenciális ionizációs energiák 5,998, 20,514, 30,71, 64,2 és 89,8 eV. Elektronegativitás Pauling szerint (cm. PAULING Linus) 1,6.
A felfedezés története
Ennek az elemnek a létezését először D. I. Mengyelejev jósolta meg (cm. MENDELEJEV Dmitrij Ivanovics) 1871-ben az általa felfedezett periodikus törvény alapján. Ekaaluminiumnak nevezte. 1875-ben P. E. Lecoq de Boisbaudran (cm. LECOQ DE BOISBAUDRAN (Paul Emile) cinkércekből izolált galliumot.
De Boisbaudran a gallium sűrűségét 4,7 g/cm3-ben határozta meg, ami nem felelt meg a D. I. Mengyelejev által megjósolt 5,9 g/cm3 értéknek. A galliumsűrűség finomított értéke (5,904 g/cm3) egybeesett Mengyelejev előrejelzésével.
A természetben lenni
A földkéreg tartalma 1,8·10–3 tömegszázalék. A gallium nyomelem. A természetben nagyon ritka ásványok formájában fordul elő: zengeit Ga(OH) 3, gallit CuGaS 2 és mások. Egy alumínium műhold (cm. ALUMÍNIUM), cink (cm. CINK (kémiai elem), Németország (cm. GERMÁNIUM), mirigy (cm. VAS); szfaleritekben találhatók (cm. SZFALERIT), nefelin (cm. NEPHELIN) natrolit, bauxit, (cm. BOXIT) germanitban, egyes lelőhelyek szénjében és vasércében.
Nyugta
A gallium fő forrása az alumínium-oxid feldolgozása során nyert aluminát oldatok. Az Al nagy részének eltávolítása és ismételt betöményítés után Ga és Al tartalmú lúgos oldat képződik. A galliumot ebből az oldatból elektrolízissel izolálják.
Fizikai és kémiai tulajdonságok
A gallium alacsony olvadáspontú világosszürke fém, kékes árnyalattal. Az olvadt Ga az olvadáspont (29,75 °C) alatti hőmérsékleten folyékony halmazállapotú lehet. A forráspont 2200 °C, ez azzal magyarázható, hogy a folyékony galliumban 12 koordinációs számmal sűrű atomtömb található. Ennek elpusztításához sok energiát kell elkölteni.
A stabil a-módosítás kristályrácsát kétatomos Ga 2 molekulák alkotják, amelyeket van der Waals erők kapcsolnak össze (cm. INTERMOLEKULÁRIS KÖLCSÖNHATÁS), kötés hossza 0,244 nm.
A Ga 3+ /Ga pár standard elektródpotenciálja –0,53 V, Ga a hidrogén előtti elektrokémiai sorozatban van (cm. HIDROGÉN).
A gallium kémiai tulajdonságai hasonlóak az alumíniuméhoz.
A levegőben a Ga-t oxidfilm borítja, amely megvédi a további oxidációtól. Arzénnal (cm. ARZÉN), foszfor (cm. FOSZFOR), antimon (cm. ANTIMON) kénnel gallium-arzenidet, foszfidot és antimonidot képez (cm. KÉN), szelén (cm. SZELÉN), tellúr (cm. TELLÚR)- kalkogenidek. Melegítéskor a Ga reakcióba lép az oxigénnel (cm. OXIGÉN). Klórral (cm. KLÓR)és bróm (cm. BRÓM) a gallium szobahőmérsékleten reagál a jóddal (cm. IOD)- melegítéskor. A gallium-halogenidek Ge 2 x 6 dimereket alkotnak.
A gallium polimer hidrideket képez:
4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.
Az ionok stabilitása csökken a BH 4 – - AlH 4 – - GaH 4 – sorozatban. A BH 4 ion vizes oldatban stabil, az AlH 4 és a GaH 4 gyorsan hidrolizálódik:
GaH 4 – + 4H 2 O = Ga(OH) 3 + OH – + 4H 2
Nyomás alatt hevítve a Ga reakcióba lép vízzel:
2Ga + 4H 2O = 2GaOOH + 3H 2
A Ga lassan reagál ásványi savakkal, és hidrogént szabadít fel:
2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2
A gallium lúgokban oldódik, hidroxogallátokat képezve:
2Ga + 6H 2O + 2NaOH = 2Na + 3H 2
A gallium-oxid és -hidroxid amfoter tulajdonságokkal rendelkezik, bár alapvető tulajdonságaik jobbak az Al-hoz képest:
Ga 2 O 3 + 6HCl = 2GaCl 2,
Ga 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na
Ga 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaGaO 2 + CO 2
Ha bármely galliumsó oldatát lúgosítják, változó összetételű Ge 2 O 3 gallium-hidroxid szabadul fel x H2O:
Ga(NO 3) 2 + 3NaOH = Ga(OH) 3 Ї + 3NaNO 3
Ga(OH) 3 és Ga 2 O 3 savakban való feloldásakor 3+ vízkomplexek keletkeznek, ezért a vizes oldatokból galliumsókat izolálnak kristályos hidrátok formájában, például gallium-klorid GaCl 3 6H 2 O, gallium káliumtimsó KGa(SO 4) 2 12H 2 O. Az oldatokban lévő gallium aqua komplexek színtelenek.
Alkalmazás
Az iparilag előállított gallium körülbelül 97%-át félvezető tulajdonságokkal rendelkező vegyületek, például gallium-arzenid GaAs előállítására használják. A gallium fémet a rádióelektronikában kerámia és fém alkatrészek „hidegforrasztására”, Ge és Si adalékolására, optikai tükrök gyártására használják. A Ga helyettesítheti a Hg-t az elektromos egyenirányítókban. A reaktorok sugárzóköreiben gallium és indium eutektikus ötvözetét használják.
A kezelés jellemzői
A gallium alacsony toxikus elem. Az alacsony olvadáspont miatt a Ga tuskót polietilén zacskóban javasolt szállítani, amelyet a folyékony gallium rosszul nedvesít.

enciklopédikus szótár. 2009 .

Szinonimák:

Nézze meg, mi a "Gallium" más szótárakban:

Fém, egy egyszerű test, amelynek létezését Mengyelejev előre látta, és Lecoq de Boubaudran fedezte fel. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Chudinov A.N., 1910. A GALLIUM egy lebomló ásvány, kék-fehér színű; szilárd,…… Orosz nyelv idegen szavak szótára

- (Gallium), Ga, a periódusos rendszer III. csoportjába tartozó kémiai elem, 31 rendszám, 69,72 atomtömeg; fém. A galliumot P. Lecoq de Boisbaudran francia kémikus fedezte fel 1875-ben... Modern enciklopédia

Ga (lat. Gallium * a. gallium; n. Gallium; f. gallium; i. galio), vegyi. eleme a III. csoport periodikus. Mengyelejev rendszer, at. n. 31, at. m, 69,73. Két stabil izotópból áll: 69Ga (61,2%) és 71Ga (38,8%). 1870-ben jósolta D.I....... Földtani enciklopédia

gallium- Én, m. gallium m. Lat. Franciaország nevei, ahol 1875-ben fedezte fel Lecoq de Boisbaudran vegyész. ES. Vegyi elem, puha, olvadó, ezüstös-fehér fém; higany helyett nyomásmérők gyártásához és magas hőmérsékletű... ... Az orosz nyelv gallicizmusainak történeti szótára

Gallium- (Gallium), Ga, a periódusos rendszer III. csoportjába tartozó kémiai elem, 31 rendszám, 69,72 atomtömeg; fém. A galliumot P. Lecoq de Boisbaudran francia kémikus fedezte fel 1875-ben. Illusztrált enciklopédikus szótár