Zastosowanie galu. Gal - metal czy niemetal? Jak otrzymuje się gal

Gal

GAL-I; m.[od łac. Gallia - Francja] Pierwiastek chemiczny (Ga), miękki, topliwy metal srebrzysty biały kolor(stosowany w produkcji półprzewodników).

Gal

(łac. gal), pierwiastek chemiczny Grupa III układ okresowy. Nazwa pochodzi od Gallia, łacińskiej nazwy Francji. Srebrzystobiały topliwy ( t temperatura topnienia 29,77ºC) metal; gęstość (g / cm 3) stałego metalu 5,904, cieczy 6,095; t temperatura 2205ºC. Chemicznie odporny na powietrze. Rozproszony w przyrodzie, spotykany razem z Al. Stosowane są głównie (97%) do produkcji materiałów półprzewodnikowych (GaAs, GaSb, GaP, GaN).

GAL

GALLIUM (łac. Gallium, od Gallia - łacińska nazwa Francji), Ga (czytaj „gal”), pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 31, masie atomowej 69,723.
Naturalny gal składa się z dwóch izotopów 69 Ga (61,2% wagowych) i 71 Ga (38,8%). Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej 4 s 2 p 1. Stopień utlenienia wynosi +3, +1 (wartościowości I, III).
Znajduje się w grupie IIIA układu okresowego pierwiastków, w 4 okresie.
Promień atomu wynosi 0,1245 nm, promień jonu Ga 3+ wynosi 0,062 nm. Energie jonizacji sekwencyjnej 5,998, 20,514, 30,71, 64,2 i 89,8 eV. Elektroujemność według Paulinga (cm. PAULING Linus) 1,6.
Historia odkrycia
Po raz pierwszy istnienie tego pierwiastka przewidział D. I. Mendelejew (cm. MENDELEEW Dmitrij Iwanowicz) w 1871 r. na podstawie odkrytego przez niego prawa okresowego. Nazwał go ekaaluminium. W 1875 PE Lecoq de Boisbaudran (cm. Lecoq de Boisbaudran Paul Emil) izolowany gal z rud cynku.
De Boisbaudran określił gęstość galu - 4,7 g / cm 3, co nie odpowiadało wartości przewidywanej przez D. I. Mendelejewa wynoszącej 5,9 g / cm 3. Doprecyzowana wartość gęstości galu (5,904 g/cm3) pokrywała się z przewidywaniami Mendelejewa.
Będąc w naturze
Treść w skorupa Ziemska 1,8 10-3% wagowych. Gal jest pierwiastkiem śladowym. Występuje w przyrodzie w postaci bardzo rzadkich minerałów: zengeitu Ga(OH) 3 , gallitu CuGaS 2 i innych. Jest towarzyszem aluminium (cm. ALUMINIUM), cynk (cm. CYNK (pierwiastek chemiczny)), Niemcy (cm. GERMAN), gruczoł (cm.ŻELAZO); występuje w sfalerycie (cm. sfaleryt), nefelin (cm. NEFELIN), trolit, boksyt, (cm. BOXYTY) germanit, w węglach i rudach żelaza niektórych złóż.
Paragon fiskalny
Głównym źródłem galu są roztwory glinianów otrzymywane podczas przetwarzania tlenku glinu. Po usunięciu większości Al i powtórnym zatężeniu powstaje alkaliczny roztwór zawierający Ga i Al. Gal jest izolowany przez elektrolizę tego roztworu.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Gal to niskotopliwy jasnoszary metal z niebieskawym odcieniem. Stopiony Ga może być w stanie ciekłym w temperaturze poniżej temperatury topnienia (29,75°C). Temperatura wrzenia wynosi 2200 ° C, wynika to z faktu, że w ciekłym galu występuje gęste upakowanie atomów o liczbie koordynacyjnej 12. Zniszczenie go wymaga dużo energii.
Sieć krystaliczna stabilnej modyfikacji a jest utworzona przez dwuatomowe cząsteczki Ga 2 związane ze sobą siłami van der Waalsa (cm. INTERAKCJE MIĘDZYCZĄSTECZKOWE), długość wiązania 0,244 nm.
Standardowy potencjał elektrody pary Ga 3+ /Ga wynosi –0,53V, Ga jest w szeregu elektrochemicznym aż do wodoru (cm. WODÓR).
Za pomocą właściwości chemiczne gal jest podobny do aluminium.
W powietrzu Ga jest pokryty warstwą tlenku, która zapobiega dalszemu utlenianiu. Z arszenikiem (cm. ARSEN), fosfor (cm. FOSFOR), antymon (cm. ANTYMON) tworzy arsenek galu, fosforek i antymonek z siarką (cm. SIARKA), selen (cm. SELEN), tellur (cm. TELLUR)- chalkogenki. Po podgrzaniu Ga reaguje z tlenem (cm. TLEN). Z chlorem (cm. CHLOR) i bromu (cm. BROM) gal reaguje w temperaturze pokojowej z jodem (cm. jod)- po podgrzaniu. Halogenki galu tworzą dimery Ge 2 X 6.
Gal tworzy wodorki polimerowe:
4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.
Stabilność jonowa maleje w szeregu BH 4 – - AlH 4 – - GaH 4 – . Jon BH 4 - stabilny w roztworze wodnym, AlH 4 - i GaH 4 - szybko hydrolizują:
GaH 4 - + 4H 2 O \u003d Ga (OH) 3 + OH - + 4H 2
Po podgrzaniu pod ciśnieniem Ga reaguje z wodą:
2Ga + 4H2O = 2GaOOH + 3H2
Z kwasami mineralnymi Ga powoli reaguje z wydzielaniem wodoru:
2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2
Gal rozpuszcza się w alkaliach, tworząc hydroksygalany:
2Ga + 6H2O + 2NaOH = 2Na + 3H2
Tlenek i wodorotlenek galu wykazują właściwości amfoteryczne, chociaż ich główne właściwości są ulepszone w porównaniu z Al:
Ga2O3 + 6HCl \u003d 2GaCl2,
Ga2O3 + 2NaOH + 3H2O \u003d 2Na
Ga2O3 + Na2CO3 \u003d 2NaGaO2 + CO2
Kiedy roztwór dowolnej soli galu jest alkalizowany, uwalnia się wodorotlenek galu o zmiennym składzie Ge 2 O 3 x H2O:
Ga (NO 3) 2 + 3NaOH \u003d Ga (OH) 3 Ї + 3NaNO 3
Gdy Ga (OH) 3 i Ga 2 O 3 rozpuszczają się w kwasach, powstają kompleksy wodne 3+, dlatego sole galu są izolowane z roztworów wodnych w postaci krystalicznych hydratów, na przykład chlorek galu GaCl 3 · 6H 2 O, ałun potasowo-galowy KGa (SO 4) 2 · 12H 2 O. Wodne kompleksy galu w roztworach są bezbarwne.
Wniosek
Około 97% galu produkowanego przez przemysł jest wykorzystywane do otrzymywania związków o właściwościach półprzewodnikowych, np. arsenku galu GaAs. Gal metaliczny jest używany w elektronice radiowej do „lutowania na zimno” części ceramicznych i metalowych, do domieszkowania Ge i Si oraz do otrzymywania zwierciadeł optycznych. Ga może zastąpić Hg w prostownikach prąd elektryczny. W obwodach promieniowania reaktorów stosuje się eutektyczny stop galu z indem.
Cechy krążenia
Gal jest pierwiastkiem o niskiej toksyczności. Ze względu na niską temperaturę topnienia wlewki Ga zaleca się transportować w workach polietylenowych, które są słabo zwilżane ciekłym galem.

słownik encyklopedyczny. 2009 .

Synonimy:

Zobacz, czym jest „Gal” w innych słownikach:

Metal, proste ciało, którego istnienie przewidział Mendelejew, a które odkrył Lecoq de Bouaubaudran. Słownik słów obcych zawartych w języku rosyjskim. Chudinov A.N., 1910. GAL jest nierozkładalnym minerałem o niebiesko-białym kolorze; solidny,… … Słownik obcych słów języka rosyjskiego

- (Gal), Ga, pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego, liczba atomowa 31, masa atomowa 69,72; metal. Gal został odkryty przez francuskiego chemika P. Lecoqa de Boisbaudran w 1875 roku ... Współczesna encyklopedia

Ga (łac. Gallium * a. gal; n. Gall; f. gal; i. galio), chem. pierwiastek grupy III okresowy. Systemy Mendelejewa, godz. n. 31, godz. m. 69,73. Składa się z dwóch stabilnych izotopów 69Ga (61,2%) i 71Ga (38,8%). Przepowiedziane w 1870 roku przez D. I. ... ... Encyklopedia geologiczna

gal- I, m. gal m. od łac. nazwa Francji, gdzie została odkryta w 1875 roku przez chemika Lecoq de Boisbaudran. ES. Pierwiastek chemiczny, miękki, topliwy srebrzystobiały metal; używany zamiast rtęci do produkcji manometrów i wysokotemperaturowych ... ... Słownik historyczny galicyzmów języka rosyjskiego

Gal- (Gal), Ga, pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego, liczba atomowa 31, masa atomowa 69,72; metal. Gal został odkryty przez francuskiego chemika P. Lecoqa de Boisbaudran w 1875 roku. ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

Gaml jest elementem głównej podgrupy trzeciej grupy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 31. Jest oznaczony symbolem Ga (łac. Gal). Należy do grupy metali lekkich. Prosta substancja gal (numer CAS: 7440-55-3) to miękki, ciągliwy metal o srebrno-białym (według innych źródeł jasnoszarym) kolorze z niebieskawym odcieniem.

Wkrótce odkryto gal, wyizolowany w formie prosta substancja i badał francuski chemik Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkrył nową fioletową linię, wskazującą na obecność nieznanego pierwiastka w minerale. Wyodrębnienie pierwiastka wiązało się z dużymi trudnościami, gdyż zawartość nowego pierwiastka w rudzie była mniejsza niż 0,1%. W rezultacie Lecoqowi de Boisbaudran udało się pozyskać nowy pierwiastek w ilości mniejszej niż 0,1 gi przebadać go. Właściwości nowego pierwiastka okazały się zbliżone do cynku.

20 września 1875 roku na posiedzeniu paryskiej Akademii Nauk odczytano list od Lecoqa de Boisbaudran o odkryciu nowego pierwiastka i zbadaniu jego właściwości. Burzę zachwytu wywołała wiadomość o nazwie elementu na cześć Francji. Mendelejew, dowiedziawszy się o odkryciu z opublikowanego raportu, stwierdził, że opis nowego pierwiastka prawie dokładnie pokrywa się z przewidywanym przez niego wcześniej opisem ekaaluminium. Wysłał w tej sprawie list do Lecoqa de Boisbaudran, wskazując, że gęstość nowego metalu została nieprawidłowo określona i powinna wynosić 5,9-6,0, a nie 4,7 g/cm 3 . Dokładne sprawdzenie wykazało, że Mendelejew miał rację, o czym pisał sam Lecoq de Boisbaudran:

Myślę, że… nie ma potrzeby podkreślać wyjątkowego znaczenia, jakie ma gęstość nowego pierwiastka w odniesieniu do potwierdzenia teoretycznych poglądów Mendelejewa

Odkrycie galu i późniejsze odkrycia germanu i skandu umocniły tę pozycję Prawo okresowe, wyraźnie wykazując jego potencjał predykcyjny. Mendelejew nazwał Lecoqa de Boisbaudran jednym z „ wzmocnienia prawa okresowego».

Pochodzenie nazwy. Paul Emile Lecoq de Boisbaudran nazwał ten pierwiastek na cześć swojej ojczyzny, Francji, zgodnie z jego łacińską nazwą - Gaul ( Galia).

Istnieje nieudokumentowana legenda, że w imieniu pierwiastka jego odkrywca pośrednio uwiecznił swoje nazwisko ( Lecoq). Łacińska nazwa elementu ( Gal) spółgłoska gallus-„kogut” (łac.). Warto zauważyć, że jest to kogut le coq(francuski) jest symbolem Francji

Odnalezienie w naturze. Średnia zawartość galu w skorupie ziemskiej wynosi 19 g/t. Gal jest typowym pierwiastkiem śladowym o podwójnym charakterze geochemicznym. Ze względu na bliskość swoich właściwości krystaliczno-chemicznych z głównymi pierwiastkami skałotwórczymi (Al, Fe itp.) oraz szerokie możliwości izomorfizmu z nimi, gal nie tworzy dużych spiętrzeń, pomimo znacznej wartości clarke'a. Wyróżnia się następujące minerały o wysokiej zawartości galu: sfaleryt (0 - 0,1%), magnetyt (0 - 0,003%), kasyteryt (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beryl (0 - - 0,003%) %), turmalin (0 - 0,01%), spodumen (0,001 - 0,07%), flogopit (0,001 - 0,005%), biotyt (0 - 0,1%), muskowit (0 - 0,01%), serycyt (0 - 0,005%) %), lepidolit (0,001 - 0,03%), chloryt (0 - 0,001%), skaleń (0 - 0,01%), nefelin (0 - 0,1%), hekmanit (0,01 - 0,07%), natrolit (0 - 0,1%). Stężenie galu w wodzie morskiej wynosi 3,10,5 mg/l. Miejsce urodzenia

Złoża galu są znane w południowo-zachodniej Afryce, Rosji i krajach WNP.

Paragon fiskalny. Najpotężniejszym potencjalnym źródłem pozyskiwania galu są rozwiązania produkcji tlenku glinu podczas przetwarzania boksytu i nefelinu. Stężenie galu w alkalicznym roztworze glinianu po rozkładzie w procesie Bayera: 100--150 mg/l, według metody spiekania: 50--65 mg/l. Zgodnie z tymi metodami gal jest oddzielany od większości glinu przez karbonizację, koncentrując się w ostatniej frakcji osadu. Następnie wzbogacony osad traktuje się wapnem, gal przechodzi do roztworu, skąd surowy metal jest uwalniany przez elektrolizę. Gal można uzyskać poprzez przetwarzanie rud polimetalicznych, węgla. Zanieczyszczony gal przemywa się wodą, następnie filtruje przez porowate płytki i ogrzewa pod zmniejszonym ciśnieniem w celu usunięcia lotnych zanieczyszczeń. Do uzyskania galu o wysokiej czystości stosuje się metody chemiczne (reakcje między solami), elektrochemiczne (elektroliza roztworów) oraz fizyczne (rozkład).

właściwości fizyczne. Krystaliczny gal ma kilka modyfikacji polimorficznych, jednak tylko jedna (I) jest stabilna termodynamicznie, mając sieć rombową (pseudotetragonalną) o parametrach a = 4,5186 A, b = 7,6570 A, c = 4,5256 A. Inne modyfikacje galu (c, d, e, f) krystalizują z przechłodzonego rozproszonego metalu i są niestabilne. Przy podwyższonym ciśnieniu zaobserwowano jeszcze dwie polimorficzne struktury galu II i III, mające odpowiednio sieci sześcienne i tetragonalne. Gęstość galu w stanie stałym w temperaturze T = 20°C wynosi 5,904 g/cm³, ciekły gal w temperaturze T = 29,8°C ma gęstość 6,095 g/cm², czyli objętość galu wzrasta podczas krzepnięcia. Temperatura topnienia galu jest nieco wyższa niż temperatura pokojowa i jest równa Tpl.\u003d 29,8 ° C, gal wrze w temp Tbp.=2230°C.

Jedną z cech galu jest szeroki zakres temperatur istnienia stanu ciekłego (od 30 do 2230°C), przy czym ma on niską prężność par w temperaturach do 1100-1200°C. Ciepło właściwe stałego galu w zakresie temperatur T=0-24°C wynosi 376,7 J/kg K (0,09 cal/g°C), w stanie ciekłym przy T=29-100°C -- 410 J/kg K (0,098 cal/g°).

Oporność elektryczna w stanie stałym i ciekłym wynosi odpowiednio 53,4 10 ± 6 omów cm (przy T=0°C) i 27,2 10 ± 6 omów cm (przy T=30°C). Lepkość ciekłego galu w różnych temperaturach wynosi 1,612 puazów w T=98°C i 0,578 puazów w T=1100°C. Napięcie powierzchniowe zmierzone w temperaturze 30°C w atmosferze wodoru wynosi 0,735 N/m. Współczynniki odbicia dla długości fal 4360 A i 5890 A wynoszą odpowiednio 75,6% i 71,3%.

Naturalny gal składa się z dwóch izotopów 69 Ga (61,2%) i 71 Ga (38,8%). Przekrój poprzeczny wychwytu neutronów termicznych wynosi 2,1 10 −28 m? i 5,1 x 10 x 28 m2, odpowiednio.

Właściwości chemiczne. Właściwości chemiczne galu są zbliżone do właściwości aluminium. Warstwa tlenku utworzona na powierzchni metalu w powietrzu chroni gal przed dalszym utlenianiem.

Gal reaguje z gorącą wodą:

W reakcji z przegrzaną parą wodną (350 ° C) powstaje związek GaOOH (hydrat tlenku galu lub kwas metagalusowy):

Gal oddziałuje z kwasami mineralnymi z wydzielaniem wodoru i tworzeniem soli:

Produktami reakcji z alkaliami oraz węglanami potasu i sodu są hydroksygalany zawierające jony Ga(OH). 4 ? i Ga(OH) 6 3?

Gal reaguje z halogenami: reakcja z chlorem i fluorem zachodzi w temperaturze pokojowej, z bromem – już w temperaturze ~ 35°C (około 20°C – z zapłonem), oddziaływanie z jodem rozpoczyna się po podgrzaniu.

Gal nie wchodzi w interakcje z wodorem, węglem, azotem, krzemem i borem.

W wysokich temperaturach gal może niszczyć różne materiały, a jego działanie jest silniejsze niż stopienie jakiegokolwiek innego metalu. I tak grafit i wolfram są odporne na topnienie galu do 800°C, alund i tlenek berylu BeO do 1000°C, tantal, molibden i iniob do 400-450°C.

W przypadku większości metali gal tworzy galusy, z wyjątkiem bizmutu, a także metale z podgrup cynku, skandu i tytanu. Jeden z galusów V3Ga ma raczej wysoką temperaturę przejścia w stan nadprzewodzący wynoszącą 16,8 K.

Gal tworzy wodorodogalany:

Stabilność jonów maleje w szeregu BH4 ? > AlH4 ? > GaH4? . I on BH4? stabilny w roztworze wodnym AlH4? oraz GaH4? szybko hydrolizowane:

Podczas rozpuszczania Ga(OH) 3 i Ga2O3 W kwasach powstają kompleksy wodne 3+, dlatego sole galu są izolowane z roztworów wodnych w postaci krystalicznych hydratów, np. chlorku galu GaCl3*6H2O, ałun potasowo-galowy KGa( SO4)2 *12H2O. Aquakompleksy galu w roztworach są bezbarwne.

Podstawowe połączenia. Ga2H6 -- lotna ciecz, tpl?21,4°C, gotować 139°C. W zawiesinie eterowej z wodorkiem litu lub talu tworzy związki LiGaH4 oraz TlGaH4. Powstaje w wyniku traktowania tetrametylodigallanu trietyloaminą. Istnieją wiązania bananowe, jak w diboranie

Ga 2 O3 -- biały lub żółty proszek tpl 1795°C. Występuje w postaci dwóch modyfikacji. b-Ga2O3 -- bezbarwne kryształy trygonalne o gęstości 6,48 g/cm3, trudno rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w kwasach. w-Ga2O3 -- bezbarwne jednoskośne kryształy o gęstości 5,88 g/cm2, słabo rozpuszczalne w wodzie, kwasach i zasadach. Otrzymywany przez ogrzewanie metalicznego galu w powietrzu w temperaturze 260 °C lub w atmosferze tlenu lub przez kalcynację azotanu lub siarczanu galu. DH° 298 (przyp.)≤ 1089,10 kJ/mol; ĘG° 298 (przyp.)>998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol K.

Wniosek. Arsenek galu GaAs jest obiecującym materiałem dla elektroniki półprzewodnikowej.

Azotek galu jest używany do tworzenia laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym. Azotek galu ma doskonałe właściwości chemiczne i mechaniczne typowe dla wszystkich związków azotku.

Izotop galu-71 jest najważniejszym materiałem do wykrywania neutrin iw związku z tym przed techniką stoi bardzo pilne zadanie wydzielenia tego izotopu z naturalnej mieszaniny w celu zwiększenia czułości detektorów neutrin. Ponieważ zawartość 71 Ga w naturalnej mieszaninie izotopów wynosi około 39,9%, wyizolowanie czystego izotopu i zastosowanie go jako detektora neutrin może zwiększyć czułość detekcji 2,5-krotnie.

Gal jest drogi, w 2005 r. tona galu kosztowała na rynku światowym 1,2 mln USD, a ze względu na wysoką cenę i jednocześnie duże zapotrzebowanie na ten metal bardzo ważne jest, aby doprowadzić do jego całkowitego wydobycia w produkcji aluminium i przetwórstwa węgla na paliwa płynne.

Gal ma wiele stopów, które są ciekłe w temperaturze pokojowej, a jeden z jego stopów ma temperaturę topnienia 3 ° C (eutektyka In-Ga-Sn), ale z drugiej strony gal (stopy w mniejszym stopniu) jest bardzo agresywny w stosunku do większości materiałów konstrukcyjnych (pękanie i erozja stopów w wysokiej temperaturze). Na przykład, w odniesieniu do aluminium i jego stopów, gal jest silnym reduktorem wytrzymałości (patrz redukcja siły adsorpcji, efekt Rehbindera). Ta właściwość galu została najwyraźniej wykazana i szczegółowo zbadana przez PA Rebindera i ED Shchukina podczas kontaktu aluminium z galem lub jego stopami eutektycznymi (kruchość ciekłego metalu). Jako czynnik chłodzący gal jest nieskuteczny, a często po prostu niedopuszczalny.

Gal jest doskonałym smarem. Na bazie galu i niklu, galu i skandu powstały kleje do metali, które są bardzo ważne pod względem praktycznym.

Metaliczny gal jest również wypełniany termometrami kwarcowymi (zamiast rtęci) w celu pomiaru wysokich temperatur. Dzieje się tak, ponieważ gal ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia niż rtęć.

Tlenek galu jest częścią wielu strategicznie ważnych materiałów laserowych z grupy granatów - GSHG, YAG, ISGG itp.

Biologiczna rola i cechy leczenia. Nie gra rola biologiczna. Kontakt skóry z galem powoduje, że pozostają na niej bardzo drobne rozproszone cząsteczki metalu. Na zewnątrz wygląda jak szara plama.

Obraz kliniczny ostrego zatrucia: krótkotrwałe pobudzenie, następnie letarg, zaburzenia koordynacji ruchowej, adynamia, arefleksja, spowolnienie oddechu, zaburzenie jego rytmu. Na tym tle obserwuje się porażenie kończyn dolnych, następnie śpiączkę, śmierć. Narażenie inhalacyjne na aerozol zawierający gal w stężeniu 50 mg/m? powoduje uszkodzenie nerek u ludzi, jak również dożylne podanie 10-25 mg/kg soli galu. Odnotowuje się białkomocz, azotemię, zaburzenia klirensu mocznika.

Ze względu na niską temperaturę topnienia wlewki galowe zaleca się przewozić w workach polietylenowych, które są słabo zwilżane ciekłym galem.

Gal jest elementem głównej podgrupy trzeciej grupy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 31. Jest oznaczony symbolem Ga (łac. Gal). Należy do grupy metali lekkich. Prosta substancja gal (numer CAS: 7440-55-3) to miękki, ciągliwy metal o srebrno-białym (według innych źródeł jasnoszarym) kolorze z niebieskawym odcieniem.

Historia

Istnienie galu zostało naukowo przewidziane przez DI Mendelejewa. Tworząc w 1869 r. układ okresowy pierwiastków chemicznych na podstawie odkrytego przez siebie prawa okresowości, pozostawił wolne miejsca w trzeciej grupie dla nieznanych pierwiastków – analogów glinu i krzemu (ekaglinu i ekakrzemu). Mendelejew, opierając się na właściwościach sąsiednich, dobrze przebadanych pierwiastków, dość dokładnie opisał nie tylko najważniejsze właściwości fizyczne i chemiczne, ale także metodę odkrycia - spektroskopię. W szczególności w artykule w „Journal of the Russian Chemical Society” z 1871 roku Mendelejew wskazał, że masa atomowa ekaglinu była bliska 68, a ciężar właściwy około 6 g/cm3. W stanie metalicznym metal będzie topliwy.
Wkrótce odkryto gal, wyizolowany jako prosta substancja i zbadany przez francuskiego chemika Paula Emile Lecoq de Boisbaudran. W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkrył nową fioletową linię, wskazującą na obecność nieznanego pierwiastka w minerale. Wyodrębnienie pierwiastka wiązało się z dużymi trudnościami, gdyż zawartość nowego pierwiastka w rudzie była mniejsza niż 0,1%. W rezultacie Lecoqowi de Boisbaudran udało się pozyskać nowy pierwiastek w ilości mniejszej niż 0,1 gi przebadać go. Właściwości nowego pierwiastka okazały się zbliżone do cynku.
20 września 1875 roku na posiedzeniu paryskiej Akademii Nauk odczytano list od Lecoqa de Boisbaudran o odkryciu nowego pierwiastka i zbadaniu jego właściwości. Burzę zachwytu wywołała wiadomość o nazwie elementu na cześć Francji. Mendelejew, dowiedziawszy się o odkryciu z opublikowanego raportu, stwierdził, że opis nowego pierwiastka prawie dokładnie pokrywa się z przewidywanym przez niego wcześniej opisem ekaaluminium. Wysłał w tej sprawie list do Lecoqa de Boisbaudran, wskazując, że gęstość nowego metalu została nieprawidłowo określona i powinna wynosić 5,9-6,0, a nie 4,7 g/cm3. Dokładne sprawdzenie wykazało, że Mendelejew miał rację, a sam Lecoq de Boisbaudran pisał o tym: „Myślę… nie ma potrzeby podkreślać wyjątkowego znaczenia, jakie ma gęstość nowego pierwiastka w odniesieniu do potwierdzenia teoretycznych poglądów Mendelejewa”
Odkrycie galu, a wkrótce potem odkrycia germanu i skandu wzmocniły pozycję prawa okresowości, wyraźnie pokazując jego potencjał prognostyczny. Mendelejew nazwał Lecoqa de Boisbaudran jednym z „wzmacniaczy prawa okresowości”.

pochodzenie nazwy

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran nazwał pierwiastek na cześć swojej ojczyzny, Francji, od jej łacińskiej nazwy - Gallia (Gallia).
Istnieje nieudokumentowana legenda, że w imieniu pierwiastka jego odkrywca pośrednio uwiecznił swoje nazwisko (Lecoq). Łacińska nazwa pierwiastka (Gal) jest zgodna z gallusem - „kogutem” (łac.). Warto zauważyć, że to kogut le coq) (francuski) jest symbolem Francji.

Paragon fiskalny

Najpotężniejszym potencjalnym źródłem pozyskiwania galu są rozwiązania produkcji tlenku glinu podczas przetwarzania boksytu i nefelinu. Stężenie galu w alkalicznym roztworze glinianu po rozkładzie w procesie Bayera: 100-150 mg/l, według metody spiekania: 50-65 mg/l. Zgodnie z tymi metodami gal jest oddzielany od większości glinu przez karbonizację, koncentrując się w ostatniej frakcji osadu. Następnie wzbogacony osad traktuje się wapnem, gal przechodzi do roztworu, skąd surowy metal jest uwalniany przez elektrolizę. Gal można uzyskać poprzez przetwarzanie rud polimetalicznych, węgla. Zanieczyszczony gal przemywa się wodą, następnie filtruje przez porowate płytki i ogrzewa pod zmniejszonym ciśnieniem w celu usunięcia lotnych zanieczyszczeń. Do uzyskania galu o wysokiej czystości stosuje się metody chemiczne (reakcje między solami), elektrochemiczne (elektroliza roztworów) oraz fizyczne (rozkład).

Gal(łac. gal), ga, pierwiastek chemiczny grupy III układu okresowego D. I. Mendelejewa, numer seryjny 31, masa atomowa 69,72; srebrzystobiały miękki metal. Składa się z dwóch stabilnych izotopów o liczbach masowych 69 (60,5%) i 71 (39,5%).

Istnienie aluminium („ekaaluminium”) i jego główne właściwości przewidział w 1870 r. D. I. Mendelejew. Pierwiastek został odkryty przez analizę widmową w pirenejskiej blendzie cynku i wyizolowany w 1875 roku przez francuskiego chemika PE Lecoq de Boisbaudran; nazwany na cześć Francji (łac. gallia). Dokładna zbieżność właściwości G. z przewidywanymi była pierwszym triumfem układu okresowego.

Średnia zawartość wodoru w skorupie ziemskiej jest stosunkowo wysoka, 1,5-10-30% wagowych, co odpowiada zawartości ołowiu i molibdenu. G. jest typowym elementem rozproszonym. Jedyny minerał G. - gallit cugas 2 jest bardzo rzadki. Geochemia geochemii jest ściśle związana z geochemią aluminium, co wynika z podobieństwa ich właściwości fizykochemicznych. Główna część litosfery w litosferze jest zawarta w minerałach glinu. Zawartość G. w boksycie i nefelinie waha się od 0,002 do 0,01%. Podwyższone stężenia wodoru obserwuje się także w sfalerycie (0,01-0,02%), węglu (wraz z germanem), a także w niektórych rudach żelaza.

Fizyczne i chemiczne właściwości. G. ma siatkę rombową (pseudo-tetragonalną) z parametrami a= 4,5197A, b= 7,6601a, do = 4.5257A. Gęstość. ( g/cm 3) stały metal 5,904 (20 ° C), ciecz 6,095 (29,8 ° C), to znaczy podczas krzepnięcia zwiększa się objętość G.; t pl 29,8°С, kiepsko 2230°С. Charakterystyczną cechą G. jest duży zakres stanu ciekłego (2200°C) oraz niska prężność par w temperaturach do 1100-1200°C. Ciepło właściwe ciała stałego G. 376,7 j/(kg K) , czyli 0,09 cal/(d stopnie) w zakresie 0-24°C, ciecz odpowiednio 410 j /(kg K.), czyli 0,098 cal/(g stopnie) w zakresie 29-100°C. Specyficzny opór elektryczny ( om cm) ciało stałe G. 53,4-10 -6 (0 ° C), ciecz 27,2 10 -6 (30 ° C). Lepkość ( opanowanie = 0,1 n sek / m 2) : 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), napięcie powierzchniowe 0,735 n/m (735 dyn/cm) (30 °С w atmosferze h 2). Współczynniki odbicia dla długości fal 4360A i 5890A wynoszą odpowiednio 75,6% i 71,3%. Przekrój poprzeczny wychwytu neutronów termicznych 2,71 barna (2,7 · 10 -28 m 2) .

W powietrzu o normalnej temperaturze G. jest odporny. Powyżej 260°C w suchym tlenie obserwuje się powolne utlenianie (warstwa tlenku chroni metal). G. rozpuszcza się powoli w kwasie siarkowym i chlorowodorowym, szybko w kwasie fluorowodorowym, a G. jest stabilny w kwasie azotowym na zimno. G. rozpuszcza się powoli w gorących roztworach zasad. Chlor i brom reagują z H. na zimno, a od - po podgrzaniu. Roztopiony wodór w temperaturze powyżej 300°C oddziałuje ze wszystkimi metalami konstrukcyjnymi i stopami.

Najbardziej stabilne są trójwartościowe związki glinu, które pod wieloma względami mają podobne właściwości do związków chemicznych glinu. Ponadto znane są związki jedno- i dwuwartościowe. Wyższy tlenek g a 2 o 3 - substancja biała, nierozpuszczalna w wodzie. Odpowiadający mu wodorotlenek wytrąca się z roztworów kwasu chlorowodorowego w postaci białego galaretowatego osadu. Ma wyraźny charakter amfoteryczny. Po rozpuszczeniu w alkaliach powstają galusany (na przykład na), po rozpuszczeniu w kwasach G. sole: ga 2 (s0 4) 3, gacl 3 itd. Właściwości kwasowe Wodorotlenek G. jest bardziej wyraźny niż wodorotlenek glinu [przedział uwalniania A1(OH) 3 mieści się w zakresie ph = 10,6-4,1, a ca (oh) 3 w zakresie ph = 9,7-3,4].

W przeciwieństwie do a1(oh) 3 wodorotlenek wodoru rozpuszcza się nie tylko w mocnych zasadach, ale także w roztworach amoniaku. Podczas wrzenia wodorotlenek G ponownie wytrąca się z roztworu amoniaku.

Z soli G. najwyższa wartość mieć chlorek gac1 3 ( t pl 78°С, bela 200°C) i siarczan ga 2 (so 4) 3 . Ostatni z siarczanami metale alkaliczne a amon tworzy sole podwójne typu ałunu, na przykład (nh 4) ga (so 4) 2 -12h 2 o.G. tworzy żelazocyjanek ga 4 3, słabo rozpuszczalny w wodzie i rozcieńczonych kwasach, który można wykorzystać do oddzielenia go od al i wielu innych pierwiastków.

Odbiór i wniosek. Głównym źródłem produkcji aluminium jest produkcja aluminium. G. podczas przetwarzania boksytów metodą Bayera zatęża się w krążących ługach macierzystych po wydzieleniu Al(OH)s. G. jest izolowany z takich roztworów przez elektrolizę na katodzie rtęciowej. Ga(oh)3 wytrąca się z alkalicznego roztworu otrzymanego po potraktowaniu amalgamatu wodą, którą rozpuszcza się w alkaliach i hydrolizę wyodrębnia się przez elektrolizę.

W metodzie sodowo-wapniowej przerobu boksytu lub rudy nefelinowej kwas solny zatęża się w ostatnich frakcjach osadów uwalnianych podczas karbonizacji. W celu dodatkowego wzbogacenia osad wodorotlenków traktuje się mlekiem wapiennym. Jednocześnie większość a1 pozostaje w osadzie, a gal przechodzi do roztworu, z którego poprzez przepuszczanie co2 wyodrębnia się koncentrat galu (6-8% ga 2 o 3); ten ostatni rozpuszcza się w alkaliach, a wodór oddziela się elektrolitycznie.

Źródłem uwodornienia może być również pozostały stop anodowy z procesu rafinacji a1 metodą elektrolizy trójwarstwowej. W produkcji cynku źródłem cynku są sublimaty (tlenki Weltza) powstające podczas przetwarzania ługowanych odpadów poflotacyjnych z żużli cynkowych.

Ciecz G. otrzymana przez elektrolizę roztworu alkalicznego, przemytego wodą i kwasami (hc1, hnoz), zawiera 99,9-99,95% ga. Czystszy metal uzyskuje się przez topienie próżniowe, topienie strefowe lub wyciąganie pojedynczego kryształu ze stopu.

G. nie ma jeszcze szerokiego zastosowania przemysłowego. Potencjalnie możliwe skale incydentalnego wytwarzania wodoru przy produkcji aluminium wciąż znacznie przekraczają zapotrzebowanie na ten metal. Najbardziej obiecującym zastosowaniem uwodornienia są związki chemiczne typu gaas, gap i gasb, które mają właściwości półprzewodnikowe. Mogą być stosowane w wysokotemperaturowych prostownikach i tranzystorach, ogniwach słonecznych i innych urządzeniach, w których można wykorzystać efekt fotoelektryczny w warstwie blokującej, a także w odbiornikach promieniowania podczerwonego. G. może być stosowany do produkcji zwierciadeł optycznych, które charakteryzują się wysokim współczynnikiem odbicia. Stop aluminium z wodorem został zaproponowany zamiast rtęci jako katoda do lamp promieniowania ultrafioletowego stosowanych w medycynie. Zaproponowano zastosowanie ciekłego chlorowodorku i jego stopów do produkcji termometrów wysokotemperaturowych (600–1300°C) i manometrów. Interesujące jest zastosowanie wodoru i jego stopów jako ciekłego chłodziwa w reaktorach jądrowych (utrudnia to aktywne oddziaływanie wodoru w temperaturach roboczych z materiałami konstrukcyjnymi; stop eutektyczny gaz-zn-sn ma mniejsze działanie korozyjne niż czysty wodór).

Oświetlony.: Sheka I.A., Chaus I.S., Mityureva TT, Gaul, K., 1963; Eremin NI, Gallium, M., 1964; Zelikman AN, Kerin O.E., Samsonov G.V., Metalurgia metali rzadkich, wyd. 2, M., 1964; einecke E., das gal, lpz., .

AN Zelikman.

pobierz streszczenie

Pierwiastek chemiczny gal praktycznie nie występuje w naturze w postaci wolnej. Występuje w domieszkach minerałów, od których trudno go oddzielić. Gal jest uważany za rzadką substancję, niektóre jego właściwości nie są w pełni poznane. Znajduje jednak zastosowanie w medycynie i elektronice. Co to jest ten element? Jakie ma właściwości?

Gal - metal czy niemetal?

Pierwiastek należy do trzynastej grupy czwartego okresu. Swoją nazwę zawdzięcza historycznemu regionowi – Galii, której częścią była Francja – miejscu narodzin odkrywcy pierwiastka. Symbol Ga służy do jego oznaczenia.

Gal zalicza się do metali lekkich wraz z aluminium, indem, germanem, cyną, antymonem i innymi pierwiastkami. Jako prosta substancja jest krucha i miękka, ma srebrzystobiały kolor z lekkim niebieskawym odcieniem.

Historia odkrycia

Mendelejew „przepowiedział” gal, zostawiając dla niego miejsce w trzeciej grupie układu okresowego (według przestarzałego systemu). Z grubsza nazwał jego masę atomową, a nawet przewidział, że pierwiastek zostanie odkryty spektroskopowo.

Kilka lat później metal odkrył Francuz Paul Emile Lecoq. W sierpniu 1875 roku naukowiec badał widmo złoża w Pirenejach i zauważył nowe fioletowe linie. Pierwiastek nazwano galem. Jego zawartość w minerale była niezwykle mała, a Lecoqowi udało się wyizolować zaledwie 0,1 grama. Odkrycie metalu było jednym z potwierdzeń słuszności przewidywań Mendelejewa.

Właściwości fizyczne

Metaliczny gal jest bardzo plastyczny i topliwy. W niskich temperaturach jest w stanie stałym. Aby zamienić go w ciecz, wystarczy temperatura 29,76 stopni Celsjusza lub 302,93 Calvina. Możesz go stopić, trzymając go w dłoni lub wrzucając do gorącego płynu. Zbyt wysokie temperatury czynią go bardzo agresywnym: w temperaturze 500 stopni Celsjusza i powyżej może powodować korozję innych metali.

Sieć krystaliczna galu jest utworzona przez cząsteczki dwuatomowe. Są bardzo stabilne, ale słabo ze sobą połączone. Do zerwania ich wiązania potrzeba bardzo mało energii, więc gal bez trudu staje się płynny. Jest pięć razy bardziej topliwy niż ind.

W stanie ciekłym metal jest gęstszy i cięższy niż w stanie stałym. Ponadto lepiej przewodzi prąd. W normalnych warunkach jego gęstość wynosi 5,91 g/cm³. Metal wrze w temperaturze -2230 stopni Celsjusza. Po zestaleniu rozszerza się o około 3,2%.

Właściwości chemiczne

Pod wieloma właściwościami chemicznymi gal jest podobny do aluminium, ale wykazuje mniejszą aktywność i wolniejsze reakcje z nim. Nie reaguje z powietrzem, natychmiast tworząc film tlenkowy, który zapobiega jego utlenianiu. Nie reaguje z wodorem, borem, krzemem, azotem i węglem.

Metal dobrze współdziała z prawie każdym halogenem. Reaguje z jodem tylko po podgrzaniu, reaguje z chlorem i bromem nawet w temperaturze pokojowej. W gorącej wodzie zaczyna wypierać wodór, tworzy sole z kwasami mineralnymi, a także uwalnia wodór.

Z innymi metalami gal może tworzyć amalgamaty. Jeśli ciekły gal upuści się na solidny kawałek aluminium, zacznie w niego wnikać. Wnikając w sieć krystaliczną aluminium, płynna substancja sprawi, że stanie się ona krucha. W ciągu kilku dni solidny metalowy pręt można zgnieść ręcznie, bez większego wysiłku.

Wniosek

W medycynie gal metaliczny wykorzystywany jest do zwalczania nowotworów i hiperkalcemii, nadaje się również do diagnostyki radioizotopowej nowotworów kości. Jednak preparaty zawierające tę substancję mogą powodować działania niepożądane, takie jak nudności i wymioty.

Metaliczny gal jest również używany w elektronice mikrofalowej. Jest używany do produkcji półprzewodników i diod LED, jako materiał piezoelektryczny. Kleje do metali otrzymywane są ze stopu galu ze skandem lub niklem. W stopie z plutonem pełni rolę stabilizatora i jest stosowany w bombach atomowych.

Okulary z tym metalem mają wysoki współczynnik załamania promieni, a jego tlenek Ga 2 O 3 pozwala szkłu przepuszczać promienie podczerwone. Z czystego galu można wykonać proste lustra, ponieważ dobrze odbija światło.

Dystrybucja i złoża galu

Skąd wziąć gal? Metal można łatwo zamówić online. Jego koszt waha się od 115 do 360 dolarów za kilogram. Metal jest uważany za rzadki, jest bardzo rozproszony w skorupie ziemskiej i praktycznie nie tworzy własnych minerałów. Od 1956 roku znaleziono wszystkie trzy.

Często gal znajduje się w składzie cynku, żelaza. Jego zanieczyszczenia znajdują się w węglu, berylu, granacie, magnetycie, turmalinie, skaleniu, chlorytach i innych minerałach. Średnio jego zawartość w przyrodzie wynosi około 19 g/t.

Większość galu znajduje się w substancjach o zbliżonym do niego składzie. Z tego powodu wydobycie z nich jest trudne i kosztowne. Własny minerał metalu nazywany jest gallitem o wzorze CuGaS 2 . Zawiera również miedź i siarkę.

Wpływ na osobę

Niewiele wiadomo na temat biologicznej roli metalu i jego wpływu na organizm ludzki. W układzie okresowym znajduje się obok pierwiastków nam niezbędnych (aluminium, żelazo, cynk, chrom). Istnieje opinia, że jako ultramikroelement gal wchodzi w skład krwi, przyspieszając jej przepływ i zapobiegając tworzeniu się skrzepów krwi.

Tak czy inaczej, niewielka ilość substancji jest zawarta w ludzkim ciele (10 -6 - 10 -5%). Gal dostaje się do niego wraz z wodą i żywnością rolniczą. Utrzymuje się w tkance kostnej i wątrobie.

Gal metaliczny jest uważany za mało toksyczny lub warunkowo toksyczny. W kontakcie ze skórą pozostają na niej małe cząsteczki. Wygląda jak szara brudna plama, którą łatwo usunąć wodą. Substancja nie powoduje oparzeń, ale w niektórych przypadkach może powodować zapalenie skóry. Wiadomo, że wysoki poziom galu w organizmie powoduje uszkodzenie wątroby, nerek i system nerwowy, ale wymaga to bardzo dużej ilości metalu.