Галлий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 31 и условным обозначением Ga. Галлий в свободном виде представляет собой относительно мягкий серебристый металл, который в жидком состоянии приобретает серебристо-белый цвет.
Открытие
Галий как химический элемент был открыт относительно недавно. Его существование предсказал русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев в 1871 году и назвал его «экаалюминием» из-за его положения в периодической таблице химических элементов. Так же русский химик предсказал, что данный химический элемент будет открыт с помощью спектроскопии и какие характеристики будет иметь.
Уже спустя 4 года в 1875 году научное открытие совершил фпанцузский ученый Франсуа Лекок де Буабодран. При изучении спектроскопического излучения минерала сфалерита химик обнаружил две фиолетовые линии, которые характерны для данного химического элемента. Позднее в этом же ( 1875 ) году Лекок получил чистый элемент методом электролиза гидроксида галлия в растворе гидроксида калия .
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 29,7646 ° С |
| Точка кипения | 2403°С |
| Плотность при Н.У. | 5,907 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 1.5 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 5,59 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 256 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 25,860 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 11,8 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 31 |
| Атомная масса | 69.723 |
| Электронная конфигурация | 3d104s24p1 |
| Радиус атома | 141 пм |
| Ковалентный радиус | 126 пм |
| Степени окисления | +1, +3 |
| Радиус иона | 62 пм |
| Электроотрицательность | 1.81 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 578,7 кДж/моль |
| Изотопы | ⁶⁶Ga; ⁶⁷Ga; ⁶⁸Ga; ⁶⁹Ga; ⁷⁰Ga; ⁷¹Ga; ⁷²Ga; ⁷³Ga; |
Интересное:
Добыча и производство
Коммерческое производство галлия осуществляется исключительно в виде побочного продукта при производстве других металлов. Главным источником по праву считается боксит, который является главной коммерческой рудой алюминия, но небольшие количества добываются из сульфидных цинковых руд.
Во время переработки бокситов в глинозем в процессе Байера при производстве алюминия, галлий накапливается в растворе гидроксида натрия . Из этого раствора гидроксида натрия галлий может извлекаться разными способами. Самым известным является использование ионообменной смолы. Эффективность процесса извлечения критически зависит от концентрации галлия в составе боксита. При типичной концентрации исходного сырья в 50 частей на миллион извлекается всего около 15% содержащегося в руде галлия. Оставшаяся часть попадает в потоки красного шлама и гидроксида алюминия. Галлий извлекается из ионообменной смолы в растворе и электролиз дает металлический химический элемент. Для использования галлия в полупроводниках его необходимо дополнительно очищать до чистоты выше 99% с помощью зонной плавки или извлечения монокристаллов из расплава по процессу Чохральского.
Ежегодно этими методами производится около 400 тонн очищеного химического элемента из которых около 200 тонн с чистотой свыше 99%. Лидером по мировому производству галлия является Китай, который по оценкам международного общества производит около 98% от общего объема. Другими странами производящими галлий являются Россия, Япония, Южная Корея, Словакия, Великобритания и США.
Интересное:
Применение
Применение такого химического элемента как галлий не смотря на его редкость и относительно высокую цену достаточно разнообразное и широкое. Около 97% от общего объема производимого галлия используется для производства полупроводниковой продукции.
В частности наибольшую коммерческую ценность представляют соединения галлия с химическими элементами 5-й основной группы таблицы Д.И. Менделеева, а особенно арсенида галлия. Арсенид галлия в связи с глобальными изменениями политики государств в отношении выбросов и развития зеленой энергетики набирает огромную популярность, так как является основным компонентом при производстве светодиодов и солнечных энергетических элементов. Так же галлий является важным компонентом при легировании кремния, который впоследствие используется для создания высокопроизводительных чипов. По скромным оценкам на вышеперечисленные нужды уходит около 90% всего добываемого галлия.
Другими интересными применениями галлия являются сплавы на его основе. В числе таковых является сплав Galinstan, который имеет большой температурный диапазон при котором состав является жидким, что позволяет использовать его в качестве жидкости в высокотемпературных термометрах. Плутоний, который используется в сердечниках ядерного оружия, стабилизируется в δ-фазе и обработавыется путем легирования галлием, чтобы избежать побочных ядерных превращений. Благодаря низкому пороговому значению захвата нейтрино, составляющему всего 233,2 кэВ, галлий пригоден в качестве детекторного материала для обнаружения солнечных нейтрино, которые уже успешно использовались на практике.
Соли галлия-67, такие как цитрат галлия и нитрат галлия, используются в качестве радиофармацевтических агентов в ядерной медицинской визуализации, известной как галлиевое сканирование. Используется радиоактивный изотоп 67 Ga, а соединение или соль галлия не важны. Тело обрабатывает Ga3+ многими способами, как если бы это был Fe3+, и ион связывается (и концентрируется) в областях воспаления, таких как инфекция, и в областях быстрого деления клеток. Это позволяет визуализировать такие места методами ядерного сканирования. Галлий используется в качестве добавки в мазь скольжения для лыж и других материалов с низким коэффициентом трения.
Интересное:
Безопасность
Металлический галлий не является токсичным веществом, но некоторые его соединения могут представлять опасность для человеческого здоровья. В млкодисперсном состоянии он способен раздражать кожу, глаза и дыхательные пути. Соединения нитрат галлия(III) Ga(NO 3)3 и оксид галлия(III) Ga2O3 имеют значения пероральной летальной дозы LD50 в граммовом диапазоне: 4,360 г/кг для нитрата и 10 г/кг для оксида. Таким образом, галлий является малотоксичным веществом и по утверждению мирового научного сообщества не играет никакой роли в организме человека в качестве микроэлемента.