Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий
Вакансии для химиков

Галлий

Галлий (лат. Gallium), Ga, химический элемент III группы периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 31, атомная масса 69,72; серебристо-белый мягкий металл. Состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 69 (60,5% ) и 71 (39,5%).

  Существование галлия («экаалюминия») и основные его свойства были предсказаны в 1870 Д. И. Менделеевым. Элемент был открыт спектральным анализом в пиренейской цинковой обманке и выделен в 1875 французским химиком П. Э. Лекоком де Буабодраном; назван в честь Франции (лат. Gallia). Точное совпадение свойств галлия с предсказанными было первым триумфом периодической системы.

  Среднее содержание галлия в земной коре относительно высокое, 1,5-10-30% по массе, что равно содержанию свинца и молибдена. Галлий — типичный рассеянный элемент. Единственный минерал галлия — галдит CuGaS2 очень редок. Геохимия галлия тесно связана с геохимией алюминия, что обусловлено сходством их физико-химических свойств. Основная часть галлия в литосфере заключена в минералах алюминия. Содержание галлия в бокситах и нефелинах колеблется от 0,002 до 0,01%. Повышенные концентрации галлия наблюдаются также в сфалеритах (0,01—0,02% ), в каменных углях (вместе с германием), а также в некоторых железных рудах.

  Физические и химические свойства. Галлий имеет ромбическую (псевдотетрагональную) решётку с параметрами а = 4,5197А, b = 7,6601A, с = 4.5257А. Плотность. (г/см3) твёрдого металла 5,904 (20°С), жидкого 6,095 (29,8°С), т. е при затвердевании объём галлия увеличивается; tпл 29,8°С, tkип 2230°С. Отличительная особенность галлия — большой интервал жидкого состояния (2200° С) и низкое давление пара при температурах до 1100—1200°С. Удельная теплоёмкость твёрдого галлия 376,7 дж/ (кг·К), т. е. 0,09 кал/ (г •град) в интервале 0—24°С, жидкого соответственно 410дж /(кг•К.), то есть 0,098 кал/(г·град) в интервале 29—100°С. Удельное электрическое сопротивление (ом·см) твёрдого галлия 53,4-10-6 (0°С), жидкого 27,2·10-6 (30°С). Вязкость (пуаз = 0,1 н· сек/м2): 1,612(98°С), 0,578 (1100°С), поверхностное натяжение 0,735 н/м (735 дин/см) (30 °С в атмосфере H2). Коэффициенты отражения для длин волн 4360А и 5890А соответственно равны 75,6% и 71,3%. Сечение захвата тепловых нейтронов 2,71 барна (2,7·10-28м2).

  На воздухе при обычной температуре галлий стоек. Выше 260° С в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (плёнка окиси защищает металл). В серной и соляной кислотах галлий растворяется медленно, в плавиковой — быстро, в азотной кислоте на холоду галлий устойчив. В горячих растворах щелочей галлий медленно растворяется. Хлор и бром реагируют с галлием на холоду, иод — при нагревании. Расплавленный галлий при температурах выше 300° С взаимодействует со всеми конструкционными металлами и сплавами.

  Наиболее устойчивы трёхвалентные соединения галлия, которые во многом близки по свойствам химическим соединениям алюминия. Кроме того, известны одно- и двухвалентные соединения. Высший окисел Ga2O3 вещество белого цвета, нерастворимое в воде. Соответствующая ему гидроокись осаждается из растворов солей галлия в виде белого студенистого осадка. Она имеет ярко выраженный амфотерный характер. При растворении в щелочах образуются галлаты (например, Na[Ga(OH)4]), при растворении в кислотахсоли галлия: Ga2(S04)3, GaCl3 и др. Кислотные свойства у гидроокиси галлия выражены сильнее, чем у гидроокиси алюминия [интервал выделения А1(ОН)3 лежит в пределах pH = 10,6—4,1, а Ca(OH)3 в пределах pH = 9,7—3,4].

  В отличие от A1(OH)3, гидроокись галлия растворяется не только в сильных щелочах, но и в растворах аммиака. При кипячении из аммиачного раствора вновь выпадает гидроокись галлия.

  Из солей галлия наибольшее значение имеют хлорид GaC13 (t пл 78°С, t кип 200°С) и сульфат Ga2(SO4)3.  Последний с сульфатами щелочных металлов и аммония образует двойные соли типа квасцов, например (NH4) Ga(SO4)2-12H2O. Галлий образует малорастворимый в воде и разбавленных кислотах ферроцианид Ga4[Fe(CN)6]3, что может быть использовано для его отделения от Al и ряда др. элементов.

  Получение и применение. Основной источник получения галлия — алюминиевое производство. Галлий при переработке бокситов по способу Байера концентрируется в оборотных маточных растворах после выделения А1(ОН)з. Из таких растворов галлий выделяют электролизом на ртутном катоде. Из щелочного раствора, полученного после обработки амальгамы водой, осаждают Ga(OH)3, которую растворяют в щёлочи и выделяют галлий электролизом.

  При содово-известковом способе переработки бокситовой или нефелиновой руды галлий концентрируется в последних фракциях осадков, выделяемых в процессе карбонизации. Для дополнительного обогащения осадок гидроокисей обрабатывают известковым молоком. При этом большая часть A1 остаётся в осадке, а галлий переходит в раствор, из которого пропусканием CO2 выделяют галлиевый концентрат (6—8% Ga2O3); последний растворяют в щёлочи и выделяют галлий электролитически.

  Источником галлия может служить также остаточный анодный сплав процесса рафинирования A1 по методу трёхслойного электролиза. В производстве цинка источниками галлия являются возгоны(вельц-окислы), образующиеся при переработке хвостов выщелачивания цинковых огарков.

  Полученный электролизом щелочного раствора жидкий галлий, промытый водой и кислотами (HC1, HNOз), содержит 99,9—99,95% Ga. Более чистый металл получают плавкой в вакууме, зонной плавкой или вытягиванием монокристалла из расплава.

  Широкого промышленного применения галлий пока не имеет. Потенциально возможные масштабы попутного получения галлия в производстве алюминия до сих пор значительно превосходят спрос на металл. Наиболее перспективно применение галлия в виде химических соединений типа GaAs, GaP, GaSb, обладающих полупроводниковыми свойствами. Они могут применяться в высокотемпературных выпрямителях и транзисторах, солнечных батареях и др. приборах, где может быть использован фотоэффект в запирающем слое, а также в приёмниках инфракрасного излучения. Галлий можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражательной способностью. Сплав алюминия с галлием предложен вместо ртути в качестве катода ламп ультрафиолетового излучения, применяемых в медицине. Жидкий галлий и его сплавы предложено использовать для изготовления высокотемпературных термометров (600—1300° С) и манометров. Представляет интерес применение галлия и его сплавов в качестве жидкого теплоносителя в энергетических ядерных реакторах (этому мешает активное взаимодействие галлия при рабочих температурах с конструкционными материалами; эвтектический сплав Ga—Zn—Sn оказывает меньшее коррозионное действие, чем чистый галлий ).

 

  Лит.: Шека И. А., Чаус И. С., Митюрева Т. Т., Галлий, К., 1963; Еремин Н. И., Галлий, М., 1964; 3еликман А. Н., К рейн О. Е., Самсонов Г. В., Металлургия редких металлов, 2 изд., М., 1964; Einecke Е., Das Gallium, Lpz., [1937].

  А. Н. Зеликман.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн