Gallium-termometre lar i prinsippet måle temperaturer fra 30 til 2230 ° C. Gallium-termometre er nå tilgjengelige for temperaturer opp til 1200 ° C.
Element nr. 31 går til produksjon av lavtsmeltende legeringer som brukes i signalutstyr. En legering av gallium og indium smelter allerede ved 16 ° C. Dette er den mest smeltbare av alle kjente legeringer.
Som et element i gruppe III, som bidrar til å forbedre "hull"-ledningsevnen i en halvleder, (renhet ikke mindre enn 99,999%) brukes som et tilsetningsstoff til germanium og silisium.
Intermetalliske forbindelser av gallium med elementer fra V-gruppen - antimon og arsen - har i seg selv halvlederegenskaper.
Tilsetning av gallium til glassmassen gjør det mulig å få glass med høy brytningsindeks for lysstråler, og glass basert på Ga2O3 overfører infrarøde stråler godt.
Væske reflekterer 88% av lyset som faller på den, fast - litt mindre. Derfor er galliumspeil veldig enkle å produsere - et galliumbelegg kan til og med påføres med en børste.
Noen ganger brukes galliums evne til å fukte faste overflater, og erstatter det i diffusjonsvakuumpumper. Slike pumper "holder" vakuumet bedre enn kvikksølvpumper.
Det er gjort forsøk på å bruke det i atomreaktorer, men resultatene av disse forsøkene kan neppe anses som vellykkede. Ikke bare fanger gallium ganske aktivt nøytroner (fangetverrsnitt på 2,71 fjøs), det reagerer også ved høye temperaturer med de fleste metaller.
Gallium ble ikke et atommateriale. Riktignok brukes dens kunstige radioaktive isotop 72Ga (med en halveringstid på 14,2 timer) til å diagnostisere beinkreft. Gallium-72 klorid og nitrat adsorberes av svulsten, og ved å fikse strålingen som er karakteristisk for denne isotopen, bestemmer leger nesten nøyaktig størrelsen på fremmede formasjoner.
Som du ser er de praktiske mulighetene til element nr. 31 ganske brede. Det har ennå ikke vært mulig å bruke dem helt på grunn av vanskelighetene med å få tak i gallium, et grunnstoff som er ganske sjeldent (1,5-10-3% av vekten av jordskorpen) og svært spredt.
Få innfødte mineraler av gallium er kjent. Dets første og mest kjente mineral, gallitt CuGaS2, ble oppdaget først i 1956. Senere ble ytterligere to mineraler, ganske sjeldne, funnet.
Vanligvis finnes gallium i sink, aluminium, jernmalm, så vel som i kull - som en ubetydelig urenhet. Og hva er karakteristisk: jo mer denne urenheten er, jo vanskeligere er det å utvinne den, fordi det er mer gallium i malmene til de metallene ( , ) som er nær den i egenskaper. Hoveddelen av terrestrisk gallium er innelukket i aluminiummineraler.
Utvinning av gallium er en kostbar "fornøyelse". Derfor brukes element nummer 31 i mindre mengder enn noen av naboene i det periodiske systemet.
Det er selvfølgelig mulig at vitenskapen i nær fremtid vil oppdage noe i gallium som vil gjøre det absolutt nødvendig og uerstattelig, slik det skjedde med et annet grunnstoff forutsagt av Mendeleev, germanium.
SØK ETTER REGELMESSIGHETER. Egenskapene til gallium ble forutsagt av D. I. Mendeleev fem år før oppdagelsen av dette elementet. Den geniale russiske kjemikeren bygde sine spådommer på mønstrene for endringer i egenskaper etter grupper av det periodiske systemet. Men for Lecoq de Boisbaudran var heller ikke oppdagelsen av gallium en lykkelig ulykke. En talentfull spektroskopist oppdaget så tidlig som i 1863 regelmessigheter i endringen i spektra av grunnstoffer med lignende egenskaper. Ved å sammenligne spektrene til indium og aluminium kom han til den konklusjon at disse elementene kan ha en "bror" hvis linjer ville fylle gapet i den kortbølgelengde delen av spekteret. Det var denne manglende linjen han lette etter og fant i spekteret av sinkblanding fra Pierrfit.
ORDLEK? Ifølge hvilken vitenskapshistorikere ser i navnet til element nr. 31 ikke bare patriotisme, men også indiskresjonen til dets oppdager. Det er vanlig å tro at ordet "gallium" kommer fra det latinske Gallia (Frankrike). Men hvis du ønsker, kan du i samme ord se et hint av ordet "hane" 1 På latin er "hane" gallus, på fransk - le coq. Lecoq de Boisbaudran?
AVHENGIG AV ALDER, I mineraler følger ofte gallium med aluminium. Interessant nok avhenger forholdet mellom disse elementene i mineralet av tidspunktet for dannelsen av mineralet. I feltspat faller ett atom gallium på 120 tusen aluminiumatomer. I nefeliner dannet mye senere, er dette forholdet allerede 1:6000, og i enda "yngre" forsteinet tre - bare 1:13.
FØRSTE PATENT. Det første patentet for bruk av gallium ble tatt helt på begynnelsen av 1900-tallet. Element nummer 31 ønsket å brukes i lysbuelamper.
SVOLVET ERSTATTER, SVOLVET BESKYTTER. Interessant nok oppstår interaksjonen mellom gallium og svovelsyre. Det er ledsaget av frigjøring av elementært svovel. Samtidig omslutter det overflaten av metallet og forhindrer dets videre oppløsning. Hvis metallet vaskes med varmt vann, vil reaksjonen fortsette og fortsette til en ny "hud" av svovel vokser på galliumet.
DÅRLIG INNFLYTELSE. Flytende gallium interagerer med de fleste metaller, og danner intermetalliske forbindelser med ganske lave mekaniske egenskaper. Det er derfor kontakt med gallium fører til at mange konstruksjonsmaterialer taper styrke. Den mest motstandsdyktige mot virkningen av gallium: ved temperaturer opp til 1000 ° C motstår den med suksess aggressiviteten til element nr. 31.
OG OKSID OGSÅ! Ubetydelige tilsetninger av galliumoksid påvirker merkbart egenskapene til oksider av mange metaller. Således reduserer blandingen av Ga2O3 til sinkoksid sintringskapasiteten betydelig. Men sink i et slikt oksid er mye mer enn i ren. Og i titandioksid, når Ga2O3 tilsettes, synker den elektriske ledningsevnen kraftig.
HVORDAN GALLIUM FÅR. Industrielle forekomster av galliummalm i verden er ikke funnet. Derfor må gallium utvinnes fra sink- og aluminiummalm, som er svært fattig på det.
Siden innholdet av gallium i dem ikke er det samme, er metodene for å oppnå element nr. 31 ganske forskjellige. La oss for eksempel fortelle deg hvordan gallium utvinnes fra sinkblanding - mineralet som dette elementet ble funnet i først.
Først av alt avfyres sinkblanding ZnS, og de resulterende utvaskes med svovelsyre. Sammen med mangegallium går i løsning med andre metaller. Sinksulfat dominerer i denne løsningen - hovedproduktet, som må renses fra urenheter, inkludert gallium. Første etapperengjøring - avsetning av det såkalte jernslammet. Med gradvis nøytralisering av den sure løsningen vil dette slammet utfelles. 13 viser det seg å være ca 10 % aluminium, 15 % jern og (som er viktigst foreløpig) 0,05-0,1 % gallium. For å utvinne gallium utvaskes slammet med sur eller kaustisk soda - amfotert galliumhydroksid. Den alkaliske metoden er mer praktisk, siden det i dette tilfellet er mulig å lage utstyr fra rimeligere materialer.
Under påvirkning av alkali går aluminium- og galliumforbindelser i løsning. Når denne løsningen er forsiktig nøytralisert, utfelles galliumhydroksid. Men en del av aluminiumet faller også ut. Derfor løses bunnfallet igjen, nå i saltsyre. Det viser seg en løsning av galliumklorid, hovedsakelig forurenset med aluminiumklorid. Disse kan separeres ved ekstraksjon. Eter helles i og, i motsetning til AlCl3, går GaCl3 nesten fullstendig over i det organiske løsningsmidlet. Lagene separeres, eteren destilleres av, og det resulterende galliumklorid behandles igjen med konsentrert kaustisk soda for å utfelle og separere jernurenheten fra gallium. Fra denne alkaliske løsningen oppnås metallisk gallium. Oppnådd ved elektrolyse ved en spenning på 5,5 V. Gallium avsettes på en kobberkatode.
Det kjemiske elementet gallium finnes praktisk talt ikke i naturen i fri form. Det finnes i urenheter av mineraler, som det er vanskelig å skille det fra. Gallium regnes som et sjeldent stoff, noen av egenskapene er ikke fullt ut forstått. Imidlertid brukes det i medisin og elektronikk. Hva er dette elementet? Hvilke egenskaper har den?
Gallium - metall eller ikke-metall?
Grunnstoffet tilhører den trettende gruppen av den fjerde perioden. Den er oppkalt etter den historiske regionen - Gallia, som Frankrike var en del av - fødestedet til oppdageren av elementet. Symbolet Ga brukes for å betegne det.
Gallium er inkludert i gruppen av lettmetaller sammen med aluminium, indium, germanium, tinn, antimon og andre grunnstoffer. Som et enkelt stoff er det skjørt og mykt, har en sølvhvit farge med en lett blåaktig fargetone.
Oppdagelseshistorie
Mendeleev "spådde" gallium, og etterlot et sted for det i den tredje gruppen av det periodiske systemet (i henhold til det utdaterte systemet). Han kalte grovt dens atommasse og spådde til og med at grunnstoffet ville bli oppdaget spektroskopisk.
Noen år senere ble metallet oppdaget av franskmannen Paul Emile Lecoq. I august 1875 studerte en forsker spekteret fra en forekomst i Pyreneene og la merke til nye lilla linjer. Grunnstoffet ble kalt gallium. Innholdet i mineralet var ekstremt lite og Lecoq klarte å isolere bare 0,1 gram. Oppdagelsen av metallet var en av bekreftelsene på riktigheten av Mendeleevs spådom.
Fysiske egenskaper
Galliummetall er svært formbart og smeltbart. Ved lave temperaturer er den i fast tilstand. For å gjøre det om til en væske er en temperatur på 29,76 grader Celsius eller 302,93 Calvin tilstrekkelig. Du kan smelte den ved å holde den i hånden eller slippe den i en varm væske. For høye temperaturer gjør den veldig aggressiv: ved 500 grader Celsius og over er den i stand til å korrodere andre metaller.
Krystallgitteret til gallium er dannet av diatomiske molekyler. De er veldig stabile, men svakt sammenkoblet. Det tar svært lite energi å bryte bindingen deres, så gallium blir flytende uten problemer. Det er fem ganger mer smeltbart enn indium.
I flytende tilstand er metallet tettere og tyngre enn i fast tilstand. I tillegg leder den strøm bedre. Under normale forhold er dens tetthet 5,91 g/cm³. Metallet koker ved -2230 grader Celsius. Når den er størknet, utvider den seg med omtrent 3,2 %.
Kjemiske egenskaper
I mange kjemiske egenskaper ligner gallium på aluminium, men viser mindre aktivitet og reaksjoner med det er langsommere. Den reagerer ikke med luft, og danner umiddelbart en oksidfilm som forhindrer oksidering. Det reagerer ikke på hydrogen, bor, silisium, nitrogen og karbon.
Metallet samhandler godt med nesten alle halogener. Det reagerer med jod bare når det varmes opp; det reagerer med klor og brom selv ved romtemperatur. I varmt vann begynner det å fortrenge hydrogen, danner salter med mineralsyrer og frigjør også hydrogen.
Med andre metaller er gallium i stand til å danne amalgamer. Hvis flytende gallium slippes på et solid stykke aluminium, vil det begynne å trenge inn i det. Invaderer krystallgitteret av aluminium, vil det flytende stoffet gjøre det sprøtt. I løpet av få dager kan en solid metallstang knuses for hånd, uten stor innsats.
applikasjon
I medisin brukes galliummetall for å bekjempe svulster og hyperkalsemi, det er også egnet for radioisotopdiagnose av beinkreft. Imidlertid kan preparater som inneholder stoffet forårsake bivirkninger som kvalme og oppkast.
Galliummetall brukes også i mikrobølgeelektronikk. Det brukes til fremstilling av halvledere og lysdioder, som et piezomateriale. Metalllim er oppnådd fra en legering av gallium med skandium eller nikkel. I en legering med plutonium spiller den rollen som en stabilisator og brukes i atombomber.
Glass med dette metallet har en høy brytningsindeks, og oksidet Ga 2 O 3 lar glasset overføre infrarøde stråler. Rent gallium kan brukes til å lage enkle speil, da det reflekterer lyset godt.
Distribusjon og forekomster av gallium
Hvor får man tak i gallium? Metall kan enkelt bestilles på nett. Prisen varierer fra 115 til 360 dollar per kilo. Metallet regnes som sjeldent, det er svært spredt i jordskorpen og danner praktisk talt ikke sine egne mineraler. Siden 1956 har alle tre blitt funnet.
Ofte finnes gallium i sammensetningen av sink, jern, Dens urenheter finnes i kull, beryl, granat, magnetitt, turmalin, feltspat, kloritt og andre mineraler. I gjennomsnitt er innholdet i naturen omtrent 19 g/t.
Mest gallium finnes i stoffer som er nær det i sammensetning. På grunn av dette er det vanskelig og dyrt å trekke ut dem. Metallets eget mineral kalles gallitt med formelen CuGaS 2 . Den inneholder også kobber og svovel.
Påvirkning på en person
Lite er kjent om den biologiske rollen til metallet og dets effekter på menneskekroppen. I det periodiske systemet er det ved siden av grunnstoffene som er livsviktige for oss (aluminium, jern, sink, krom). Det er en oppfatning at gallium som et ultramikroelement er en del av blodet, akselererer strømmen og forhindrer dannelsen av blodpropper.
På en eller annen måte er en liten mengde av stoffet inneholdt i menneskekroppen (10 -6 - 10 -5%). Gallium kommer inn i det sammen med vann og landbruksmat. Det henger igjen i beinvevet og leveren.
Galliummetall regnes som lite giftig eller betinget giftig. Ved kontakt med huden forblir små partikler på den. Det ser ut som en grå skitten flekk som lett fjernes med vann. Stoffet etterlater ikke brannskader, men kan i noen tilfeller gi dermatitt. Det er kjent at et høyt innhold av gallium i kroppen gir lidelser i lever, nyrer og nervesystem, men dette krever svært mye metall.
Av grunnstoffet med atomnummer 31 husker de fleste lesere bare at det er ett av de tre grunnstoffene som er forutsagt og beskrevet mest detaljert av D.I. Mendeleev, og at gallium er et veldig smeltbart metall: for å gjøre det om til en væske, er varmen fra håndflaten nok.
Gallium er imidlertid ikke det mest smeltbare av metaller (selv om du ikke teller kvikksølv). Smeltepunktet er 29,75°C, mens cesium smelter ved 28,5°C; bare cesium, som ethvert alkalimetall, kan du ikke ta i hendene, derfor er det naturlig nok lettere å smelte gallium enn cesium i håndflaten.
Syng en historie om element #31, vi startet bevisst med å nevne noe som er kjent for nesten alle. Fordi dette "kjente" trenger litt forklaring. Alle vet at gallium ble spådd av Mendeleev og oppdaget av Lecoq de Boisbaudran, men ikke alle vet hvordan funnet skjedde. Nesten alle vet at gallium er smeltbart, men nesten ingen kan svare på spørsmålet hvorfor det er smeltbart.
Hvordan ble gallium oppdaget?
Den franske kjemikeren Paul Emile Lecoq de Boisbaudran gikk ned i historien som oppdageren av tre nye grunnstoffer: gallium (1875), samarium (1879) og dysprosium (1886). Den første av disse oppdagelsene ga ham berømmelse.
På den tiden, utenfor Frankrike, var han lite kjent. Han var 38 år gammel, han var hovedsakelig engasjert i spektroskopisk forskning. Lecoq de Boisbaudran var en god spektroskopist, og dette førte til slutt til suksess: han oppdaget alle tre elementene hans ved spektralanalyse.
I 1875 undersøkte Lecoq de Boisbaudran spekteret av sinkblanding hentet fra Pierrefitte (Pyreneene). Det var i dette spekteret at en ny fiolett linje (bølgelengde 4170 Å) ble oppdaget. Den nye linjen indikerte tilstedeværelsen av et ukjent element i mineralet, og ganske naturlig gjorde Lecoq de Boisbaudran alt for å isolere dette elementet. Dette var ikke lett å gjøre: Innholdet av det nye grunnstoffet i malmen var mindre enn 0,1 %, og på mange måter lignet det på sink*. Etter lange eksperimenter klarte forskeren å få et nytt element, men i en svært liten mengde. Så liten (mindre enn 0,1 g) at Lecoq de Boisbaudrap ikke fullt ut kunne studere dens fysiske og kjemiske egenskaper.
* Hvordan gallium oppnås fra sinkblanding er beskrevet nedenfor.
Kunngjøringen om oppdagelsen av gallium - så til ære for Frankrike (Gallia - dets latinske navn) ble et nytt element kalt - dukket opp i rapportene fra Paris Academy of Sciences.
Denne meldingen ble lest av D.I. Mendeleev gjenkjente ekaaluminum, som han hadde spådd fem år tidligere, i gallium. Mendeleev skrev umiddelbart til Paris. "Oppdagelses- og isolasjonsmetoden, så vel som de få egenskapene som er beskrevet, antyder at det nye metallet ikke er noe mer enn ekaaluminum," heter det i brevet hans. Den gjentok deretter de forutsagte egenskapene for det elementet. Den russiske kjemikeren, som aldri holdt et galliumkorn i hendene uten å se det i øynene hans, hevdet dessuten at oppdageren av grunnstoffet tok feil, at tettheten til det nye metallet ikke kan være lik 4,7, som Lecoq de Boisbaudran skrev. ,- det må være mer om 5,9...6,0 g/cm3!
Merkelig som det kan virke, men de første av hans bekreftende, "styrkende" lærte om eksistensen av den periodiske loven bare fra dette brevet. Han isolerte og renset galliumkornene omhyggelig for å verifisere resultatene fra de første eksperimentene. Noen vitenskapshistorikere mener at dette ble gjort for å skamme den selvsikre russiske "prediktoren". Men erfaringen har vist det motsatte: oppdageren tok feil. Senere skrev han: "Det er ikke nødvendig, tror jeg, å påpeke den eksepsjonelle betydningen som tettheten av et nytt element har i forhold til bekreftelsen av Mendeleevs teoretiske synspunkter."
De andre egenskapene til element nr. 31 forutsagt av Mendeleev falt nesten nøyaktig sammen med de eksperimentelle dataene. "Mendeleevs spådommer gikk i oppfyllelse med mindre avvik: ekaaluminum ble til gallium." Slik karakteriserer Engels denne hendelsen i Dialectics of Nature.
Unødvendig å si at oppdagelsen av det første elementet forutsagt av Mendeleev styrket posisjonen til den periodiske loven betydelig.
Hvorfor er gallium smeltbart?
For å forutsi egenskapene til gallium, mente Mendeleev at dette metallet skulle være smeltbart, siden dets analoger i gruppen - aluminium og indium - heller ikke skiller seg i ildfasthet.
Men smeltepunktet for gallium er uvanlig lavt, fem ganger lavere enn for indium. Dette forklares av den uvanlige strukturen til galliumkrystaller. Krystallgitteret er ikke dannet av individuelle atomer (som i "normale" metaller), men av diatomiske molekyler. Ga 2 molekyler er veldig stabile; de bevares selv når gallium omdannes til flytende tilstand. Men disse molekylene er bare koblet til hverandre av svake van der Waals-krefter, og det trengs veldig lite energi for å bryte forbindelsen deres.
Noen flere egenskaper ved element nr. 31 er assosiert med diatomisiteten til molekyler. I flytende tilstand er gallium tettere og tyngre enn i fast tilstand. Den elektriske ledningsevnen til flytende gallium er også større enn for fast gallium.
Utad - mest av alt på tinn: et sølvhvitt mykt metall, det oksiderer ikke og anløper ikke i luften.
Og i de fleste kjemiske egenskaper er gallium nær aluminium. I likhet med aluminium er det tre elektroner i den ytre banen til et galliumatom. Som aluminium, interagerer gallium lett, selv i kulde, med halogener (unntatt jod). Begge metaller løses lett opp i svovelsyre og saltsyre, begge reagerer med alkalier og gir amfotere hydroksyder. Dissosiasjonskonstanter for reaksjoner
Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -
H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3
er mengder av samme rekkefølge.
Det er imidlertid forskjeller i de kjemiske egenskapene til gallium og aluminium.
Med tørt oksygen blir gallium merkbart oksidert bare ved temperaturer over 260 ° C, og aluminium, hvis det er fratatt sin beskyttende oksidfilm, oksideres av oksygen veldig raskt.
Med hydrogen danner gallium hydrider som ligner på borhydrider. Aluminium kan derimot bare løse opp hydrogen, men ikke reagere med det.
Og gallium ligner grafitt, kvarts, vann.
På grafitt - den som etterlater et grått merke på papiret.
På kvarts - elektrisk og termisk anisotropi.
Den elektriske motstanden til galliumkrystaller avhenger av hvilken akse strømmen flyter langs. Forholdet mellom maksimum og minimum er 7 - mer enn noe annet metall. Det samme gjelder for termisk ekspansjonskoeffisient.
Dens verdier i retning av tre krystallografiske akser (rhombiske galliumkrystaller) er relatert til 31:16:11.
Og gallium ligner på vann ved at det utvider seg når det stivner. Økningen i volum er merkbar - 3,2%.
Allerede én kombinasjon av disse motstridende likhetene taler om den unike individualiteten til element nr. 31.
I tillegg har den egenskaper som ikke er iboende i noe element. Smeltet kan det forbli underkjølt i mange måneder under smeltepunktet. Det er det eneste metallet som forblir en væske over et bredt temperaturområde fra 30 til 2230 °C, og dets dampflyktighet er minimal. Selv i høyvakuum fordamper den bare merkbart ved 1000°C. Galliumdamp, i motsetning til faste og flytende metaller, er monoatomiske. Ga 2 → 2Ga-overgangen krever mye energi; dette forklarer vanskeligheten med å fordampe gallium.
Det store temperaturområdet til den flytende tilstanden er grunnlaget for en av de viktigste tekniske bruksområdene til element nr. 31.
Hva er gallium bra for?
Galliumtermometre gjør det i prinsippet mulig å måle temperaturer fra 30 til 2230°C. Galliumtermometre er nå tilgjengelig for temperaturer opp til 1200°C.
Element nr. 31 går til produksjon av lavtsmeltende legeringer som brukes i signalutstyr. En legering av gallium og indium smelter allerede ved 16°C. Det er den mest smeltbare av alle kjente legeringer.
Som et element i gruppe III, som bidrar til å forbedre "hull"-ledningsevnen i en halvleder, brukes gallium (med en renhet på minst 99,999%) som et tilsetningsstoff til germanium og silisium.
Intermetalliske forbindelser av gallium med elementer fra V-gruppen - antimon og arsen - har i seg selv halvlederegenskaper.
Tilsetning av gallium til glassmassen gjør det mulig å få glass med høy brytningsindeks for lysstråler, og glass basert på Ga 2 O 3 overfører infrarøde stråler godt.
Flytende gallium reflekterer 88% av lyset som faller på det, fast - litt mindre. Derfor er galliumspeil veldig enkle å produsere - et galliumbelegg kan til og med påføres med en børste.
Noen ganger brukes galliums evne til å fukte faste overflater godt, og erstatter kvikksølv i diffusjonsvakuumpumper. Slike pumper "holder" vakuumet bedre enn kvikksølvpumper.
Det er gjort forsøk på å bruke gallium i atomreaktorer, men resultatene av disse forsøkene kan neppe anses som vellykkede. Ikke bare fanger gallium ganske aktivt nøytroner (fangetverrsnitt på 2,71 fjøs), det reagerer også ved høye temperaturer med de fleste metaller.
Gallium ble ikke et atommateriale. Riktignok brukes dens kunstige radioaktive isotop 72 Ga (med en halveringstid på 14,2 timer) til å diagnostisere beinkreft. Gallium-72 klorid og nitrat adsorberes av svulsten, og ved å fikse strålingen som er karakteristisk for denne isotopen, bestemmer leger nesten nøyaktig størrelsen på fremmede formasjoner.
Som du ser er de praktiske mulighetene til element nr. 31 ganske brede. Det har ennå ikke vært mulig å bruke dem helt på grunn av vanskeligheten med å få tak i gallium, et ganske sjeldent grunnstoff (1,5 10 -3 % av vekten av jordskorpen) og svært spredt. Få innfødte mineraler av gallium er kjent. Dets første og mest kjente mineral, gallitt CuGaS 2, ble oppdaget først i 1956. Senere ble det funnet ytterligere to mineraler, som allerede var ganske sjeldne.
Vanligvis finnes gallium i sink, aluminium, jernmalm, så vel som i kull - som en ubetydelig urenhet. Og det som er karakteristisk: Jo mer denne urenheten er, jo vanskeligere er det å utvinne den, fordi det er mer gallium i malmene til de metallene (aluminium, sink) som er nær den i egenskaper. Hoveddelen av terrestrisk gallium er innelukket i aluminiummineraler.
Utvinning av gallium er en kostbar "fornøyelse". Derfor brukes element #31 i mindre mengder enn noen av naboene i det periodiske systemet.
Det er selvfølgelig mulig at vitenskapen i nær fremtid vil oppdage noe i gallium som vil gjøre det absolutt nødvendig og uerstattelig, slik det skjedde med et annet grunnstoff forutsagt av Mendeleev, germanium. For bare 30 år siden ble det brukt enda mindre enn gallium, og så begynte "halvledernes æra" ...
Søk etter mønstre
Egenskapene til gallium ble forutsagt av D.I. Mendeleev fem år før oppdagelsen av dette elementet. Den geniale russiske kjemikeren bygde sine spådommer på mønstrene for endringer i egenskaper etter grupper av det periodiske systemet. Men for Lecoq de Boisbaudran var heller ikke oppdagelsen av gallium en lykkelig ulykke. En talentfull spektroskopist oppdaget så tidlig som i 1863 regelmessigheter i endringen i spektra av grunnstoffer med lignende egenskaper. Ved å sammenligne spektrene til indium og aluminium kom han til den konklusjon at disse elementene kan ha en "bror" hvis linjer ville fylle gapet i den kortbølgelengde delen av spekteret. Det var denne manglende linjen han lette etter og fant i spekteret av sinkblanding fra Pierrfit.
Til sammenligning presenterer vi en tabell over hovedegenskapene spådd av D.I. Mendeleev ekaaluminum og gallium oppdaget av Lecoq de Boisbaudran.
| Ekaalaluminium | Gallium |
| Atomvekt ca 68 | Atomvekt 69,72 |
| Må være lavtsmeltende | Smeltepunkt 29,75°C |
| Egenvekt nær 6,0 | Egenvekt 5,9 (fast) og 6,095 (flytende) |
| Atomvolum 11,5 | Atomvolum 11,8 |
| Må ikke oksidere i luft | Litt oksidert kun ved spritrød varme |
| Bør dekomponere vann ved høy temperatur | Spalter vann ved høy temperatur |
| Sammensatte formler: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3 | Sammensatte formler: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3 |
| Skal danne alun Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O, men vanskeligere enn aluminium | Danner alunsammensetning (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O |
| Oksydet Ea 2 O 3 bør lett reduseres og gi et metall som er mer flyktig enn Al, og derfor kan det forventes at eka aluminium vil bli oppdaget ved spektralanalyse. | Gallium reduseres lett fra oksid ved kalsinering i en strøm av hydrogen, oppdaget ved hjelp av spektralanalyse |
Ordspill?
Noen vitenskapshistorikere ser i navnet til element nr. 31 ikke bare patriotisme, men også indiskresjonen til dets oppdager. Det er generelt akseptert at ordet "gallium" kommer fra det latinske Gallia (Frankrike). Men hvis du ønsker, kan du i samme ord se et hint av ordet "hane"! På latin er "hane" gallus, på fransk - le coq. Lecoq de Boisbaudran?
Avhengig av alder
I mineraler følger ofte gallium med aluminium. Interessant nok avhenger forholdet mellom disse elementene i mineralet av tidspunktet for dannelsen av mineralet. I feltspat faller ett atom gallium på 120 tusen aluminiumatomer. I nefeliner dannet mye senere, er dette forholdet allerede 1:6000, og i enda "yngre" forsteinet tre er det bare 1:13.
Første patent
Det første patentet for bruk av gallium ble tatt for 60 år siden. Element nr. 31 ønsket brukt i lysbuelamper.
Fortrenger svovel, forsvarer seg med svovel
Samspillet mellom gallium og svovelsyre er interessant. Det er ledsaget av frigjøring av elementært svovel. I dette tilfellet omslutter svovel overflaten av metallet og forhindrer dets videre oppløsning. Hvis metallet imidlertid vaskes med varmt vann, vil reaksjonen fortsette og fortsette til en ny "hud" av svovel vokser på galliumet.
Dårlig innflytelse
Flytende gallium interagerer med de fleste metaller, og danner legeringer og intermetalliske forbindelser med ganske lave mekaniske egenskaper. Det er derfor kontakt med gallium fører til at mange konstruksjonsmaterialer taper styrke. Beryllium er den mest motstandsdyktige mot virkningen av gallium: ved temperaturer opp til 1000 ° C motstår det med suksess aggressiviteten til element nr. 31.
Og oksid også!
Ubetydelige tilsetninger av galliumoksid påvirker merkbart egenskapene til oksider av mange metaller. Så blandingen av Ga 2 O 3 til sinkoksid reduserer sintringen betydelig. Men løseligheten av sink i et slikt oksid er mye større enn i ren. Og i titandioksid, når Ga 2 O 3 tilsettes, synker den elektriske ledningsevnen kraftig.
Hvordan oppnås gallium
Industrielle forekomster av galliummalm er ikke funnet i verden. Derfor må gallium utvinnes fra sink- og aluminiummalm, som er svært fattig på det. Siden sammensetningen av malmene og innholdet av gallium i dem ikke er det samme, er metodene for å oppnå element nr. 31 ganske forskjellige. For eksempel vil vi fortelle deg hvordan gallium utvinnes fra sinkblanding, et mineral der dette elementet først ble oppdaget.
Først av alt brennes sinkblanding ZnS, og de resulterende oksidene utvaskes med svovelsyre. Sammen med mange andre metaller går gallium i løsning. Sinksulfat dominerer i denne løsningen - hovedproduktet som må renses fra urenheter, inkludert gallium. Det første trinnet i rensingen er utfellingen av det såkalte jernslammet. Med den gradvise nøytraliseringen av den sure løsningen, utfelles dette slammet. Den inneholder ca 10% aluminium, 15% jern og (som er viktigst for oss nå) 0,05 ... 0,1% gallium. For å utvinne gallium utvaskes slammet med sur eller kaustisk soda - amfotert galliumhydroksid. Den alkaliske metoden er mer praktisk, siden det i dette tilfellet er mulig å lage utstyr fra rimeligere materialer.
Under påvirkning av alkali går aluminium- og galliumforbindelser i løsning. Når denne løsningen er forsiktig nøytralisert, utfelles galliumhydroksid. Men en del av aluminiumet faller også ut. Derfor løses bunnfallet igjen, nå i saltsyre. Det viser seg en løsning av galliumklorid, hovedsakelig forurenset med aluminiumklorid. Disse stoffene kan separeres ved ekstraksjon. Eter helles i og, i motsetning til AlCl 3, går GaCl 3 nesten fullstendig over i det organiske løsningsmidlet. Lagene separeres, eteren destilleres av, og det resulterende galliumklorid behandles igjen med konsentrert kaustisk soda for å utfelle og separere jernurenheten fra gallium. Fra denne alkaliske løsningen oppnås metallisk gallium. Oppnådd ved elektrolyse ved en spenning på 5,5 V. Gallium avsettes på en kobberkatode.
gallium og tenner
I lang tid ble gallium antatt å være giftig. Først de siste tiårene har denne misoppfatningen blitt tilbakevist. Lavsmeltende galliuminteresserte tannleger. Tilbake i 1930 ble det først foreslått å erstatte kvikksølv med gallium i tannfyllingssammensetninger. Videre studier både her og i utlandet bekreftet løftet om en slik erstatning. Kvikksølvfrie metallfyllinger (kvikksølv erstattet av gallium) brukes allerede i tannlegen.
I naturen vil det ikke være mulig å finne store forekomster, siden det rett og slett ikke danner dem. I de fleste tilfeller kan den finnes i malmmineraler eller germanitt, hvor den sannsynligvis finner fra 0,5 til 0,7 % av dette metallet. Det er også verdt å nevne at gallium også kan oppnås under bearbeiding av nefelin, bauxitt, polymetallisk malm eller kull. Først oppnås et metall, som gjennomgår behandling: vask med vann, filtrering og oppvarming. Og for å få dette metallet av høy kvalitet, brukes spesielle kjemiske reaksjoner. Et stort nivå av galliumutvinning kan observeres i afrikanske land, nemlig i sørøst, Russland og andre regioner.
Når det gjelder egenskapene til dette metallet, er fargen sølv, og ved lave temperaturforhold kan det forbli i fast tilstand, men det vil ikke være vanskelig for det å smelte hvis temperaturen til og med overstiger romtemperatur. Siden dette metallet er nær aluminium i sine egenskaper, transporteres det i spesialpakker.
Bruk av gallium
Relativt nylig ble gallium brukt i produksjonen av lavtsmeltende legeringer. Men i dag kan den finnes i mikroelektronikk, hvor den brukes med halvledere. Også dette materialet er godt som smøremiddel. Hvis gallium brukes sammen eller scandium, kan metalllim av utmerket kvalitet oppnås. I tillegg kan metallisk gallium i seg selv brukes som fyllstoff i kvartstermometre, siden det har et høyere kokepunkt enn kvikksølv.
I tillegg er det kjent at gallium brukes i produksjon av elektriske lamper, oppretting av signalsystemer for og sikringer. Dette metallet kan også finnes i optiske enheter, spesielt for å forbedre deres reflekterende egenskaper. Gallium brukes også i legemidler eller radiofarmasøytiske midler.
Men samtidig er dette metallet et av de dyreste, og det er veldig viktig i produksjon av aluminium og prosessering av kull for brensel for å etablere sin høykvalitets utvinning, fordi det unike naturlige galliumet i dag har blitt ganske mye brukes på grunn av sine unike egenskaper.
Det har ennå ikke vært mulig å syntetisere grunnstoffet, selv om nanoteknologi gir håp til forskere som jobber med gallium.
Han formulerte sin periodiske lov og kompilerte det periodiske systemet, mange metaller var ennå ikke kjent for vitenskapen.
Dette forhindret imidlertid ikke kjemikeren i å bygge sitt periodiske system, og etterlot tomme celler for grunnstoffer som ennå ikke er oppdaget. Disse "blanke flekkene" ble snart fylt. Et av slike elementer spådd av Mendeleev vil bli diskutert i dag.
Møt: gallium, nummer 31 i tabellen. Den tredje gruppen er et lavtsmeltende metall, som i egenskaper ligner aluminium og silisium. Mendeleev beskrev ikke bare egenskapene til dette metallet i tilstrekkelig detalj, men indikerte også dets atomvekt med nesten 100% nøyaktighet.
Oppdagelsen og opprinnelsen til navnet
Gallium ble oppdaget og isolert som et enkelt stoff av den franske kjemikeren Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. Det skjedde i 1875, da forskeren studerte prøver av sinkblanding hentet fra Pyreneene. Studiene ble utført ved spektroskopi, og forskeren la merke til en lilla linje i spekteret av malmen, som indikerer tilstedeværelsen av et ukjent grunnstoff i mineralet.
Isoleringen av grunnstoffet i sin rene form krevde mye arbeid, siden innholdet i malmen var mindre enn 0,1 %. Til slutt klarte Lecoq de Boisbaudran å få tak i mindre enn 0,1 gram rent stoff og studere det. Grunnstoffet som ble oppdaget av franskmannen viste seg i mange henseender å være lik sink i egenskaper.
På det neste møtet i Paris Academy of Sciences, holdt den 20. september 1875, ble et brev fra Lecoq de Boisbaudran lest opp, som rapporterte om oppdagelsen av et nytt grunnstoff og studiet av dets egenskaper. Kjemikeren rapporterte også at han kalte det nyoppdagede elementet til ære for Frankrike, i henhold til dets latinske navn - Gallia (Gallia).
Da Mendeleev leste den publiserte rapporten om denne oppdagelsen, bemerket han at beskrivelsen av egenskapene til det nye elementet falt nesten nøyaktig sammen med beskrivelsen av ekaaluminum han tidligere hadde spådd. Mendeleev var ikke sen med å rapportere dette til Lecoq de Boisbaudran, og påpekte at tettheten til det nye metallet ble bestemt feil og burde være 5,9-6,0, ikke 4,7 g/cm3. En grundig sjekk viste at Mendeleev hadde rett.
Galliumutvinning
I naturen danner ikke gallium store forekomster. I noen mineraler er gallium inneholdt i relativt store (for dette metallet): granat, sfaleritt, turmalin, beryl, feltspat, nefelin.
Den rikeste kilden til gallium er mineralet germanitt, en malm som består av kobbersulfid som kan inneholde 0,5-0,7 % gallium. I tillegg oppnås gallium under bearbeiding av bauxitt og nefelin. Dette metallet kan også oppnås ved å behandle polymetalliske malmer, kull.
Det forurensede galliumet vaskes med vann, filtreres deretter gjennom porøse plater og varmes opp under vakuum for å fjerne flyktige urenheter. For å oppnå gallium med høy renhet, brukes kjemiske (reaksjoner mellom salter), elektrokjemiske (elektrolyse av løsninger) og fysiske (dekomponering) metoder.
Forekomstene der det utvinnes gallium ligger hovedsakelig i Sørvest-Afrika, samt i Russland og i noen av CIS-landene.
egenskapene til gallium
Gallium er et mykt, duktilt, sølvfarget metall. Ved lave temperaturer er den i fast tilstand, men smelter allerede ved en temperatur litt høyere enn romtemperatur (29,8 ° C).
Generelt er et bredt temperaturområde for eksistensen av en flytende tilstand av dette metallet (fra 30 til 2230 ° C) en av egenskapene til gallium. De kjemiske egenskapene til gallium er nær de til aluminium. På grunn av smeltbarheten utføres transport av gallium i plastposer.
Før fremkomsten av halvledere ble gallium brukt til å lage lavtsmeltende legeringer. I dag brukes gallium hovedsakelig i mikroelektronikk som en del av halvledere. Galliumnitrid brukes til å lage halvlederlasere og lysdioder i det blå og ultrafiolette området.
Gallium er et utmerket smøremiddel. På grunnlag av gallium og nikkel, gallium og scandium er det laget metalllim som er svært viktige rent praktisk. Galliummetall brukes også til å fylle kvartstermometre for måling av høye temperaturer, og erstatter kvikksølv med dette metallet. Dette er fordi gallium har et mye høyere kokepunkt enn kvikksølv.
Gallium er et av de dyreste metallene. Så i 2005 kostet et tonn gallium 1,2 millioner amerikanske dollar på verdensmarkedet. På grunn av de høye kostnadene og det store behovet for dette metallet, er det svært viktig å etablere fullstendig utvinning i aluminiumproduksjon og prosessering av kull for flytende brensel.