Le gallium est un élément du sous-groupe principal du troisième groupe de la quatrième période du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleïev, de numéro atomique 31. Désigné par le symbole Ga (lat. Gallium). Appartient au groupe des métaux légers. La substance simple, le gallium, est un métal mou et ductile de couleur blanc argenté avec une teinte bleuâtre.

Numéro atomique - 31

Masse atomique - 69,723

Densité, kg/m³ - 5910

Point de fusion, °C - 29,8

Capacité thermique, kJ/(kg °C) - 0,331

Électronégativité - 1,8

Rayon covalent, Å - 1,26

1ère ionisation potentiel, eV - 6,00

Histoire de la découverte du gallium

Le chimiste français Paul Emile Lecoq de Boisbaudran est entré dans l'histoire comme le découvreur de trois nouveaux éléments : le gallium (1875), le samarium (1879) et le dysprosium (1886). La première de ces découvertes lui valut la renommée.

A cette époque, il était peu connu hors de France. Il avait 38 ans et se consacrait principalement à la recherche spectroscopique. Lecoq de Boisbaudran était un bon spectroscopiste, et cela a finalement conduit au succès : il a découvert ses trois éléments par analyse spectrale.

En 1875, Lecoq de Boisbaudran examine le spectre de la blende de zinc rapportée de Pierrefitte (Pyrénées). Une nouvelle raie violette a été découverte dans ce spectre. La nouvelle ligne indique la présence d'un élément inconnu dans le minéral et, tout naturellement, Lecoq de Boisbaudran s'efforce d'isoler cet élément. Cela s'est avéré difficile à réaliser : la teneur du nouvel élément dans le minerai était inférieure à 0,1 %, et à bien des égards, elle était similaire au zinc*. Après de longues expériences, le scientifique a réussi à obtenir un nouvel élément, mais en très petite quantité. Si petite (moins de 0,1 g) que Lecoq de Boisbaudran n'a pas pu étudier pleinement ses propriétés physiques et chimiques.

La découverte du gallium - c'est ainsi que le nouvel élément a été nommé en l'honneur de la France (Gallia est son nom latin) - est apparue dans les rapports de l'Académie des sciences de Paris.

Ce message a été lu par D.I. Mendeleïev a ainsi reconnu le gallium eka-aluminium, qu'il avait prédit cinq ans plus tôt. Mendeleïev écrivit aussitôt à Paris. "La méthode de découverte et d'isolement, ainsi que les quelques propriétés décrites, nous laissent penser que le nouveau métal n'est autre que l'eka-aluminium", indique sa lettre. Il a ensuite répété les propriétés prédites pour cet élément. D'ailleurs, sans jamais tenir des grains de gallium dans ses mains, sans le voir en personne, le chimiste russe affirmait que le découvreur de l'élément s'était trompé, que la densité du nouveau métal ne pouvait être égale à 4,7, comme l'écrivait Lecoq de Boisbaudran : - elle doit être supérieure, environ 5,9...6,0 g/cm 3 ! Mais l'expérience a montré le contraire : le découvreur s'est trompé. La découverte du premier élément prédit par Mendeleïev a considérablement renforcé la position de la loi périodique.

La teneur moyenne en gallium de la croûte terrestre est de 19 g/t. Le gallium est un oligoélément typique à double nature géochimique. Le seul minéral du gallium, la gallite CuGaS 2, est très rare. La géochimie du gallium est étroitement liée à la géochimie de l'aluminium, en raison de la similitude de leurs propriétés physico-chimiques. La majeure partie du gallium dans la lithosphère est contenue dans les minéraux d'aluminium. En raison de la similitude de ses propriétés chimiques cristallines avec les principaux éléments formant la roche (Al, Fe, etc.) et de la large possibilité d'isomorphisme avec eux, le gallium ne forme pas de grandes accumulations, malgré la valeur Clarke importante. On distingue les minéraux suivants à haute teneur en gallium : sphalérite (0 - 0,1%), magnétite (0 - 0,003%), cassitérite (0 - 0,005%), grenat (0 - 0,003%), béryl (0 - 0,003%) , tourmaline (0 – 0,01 %), spodumène (0,001 – 0,07 %), phlogopite (0,001 – 0,005 %), biotite (0 – 0,1 %), muscovite (0 – 0,01 %), séricite (0 – 0,005 %), lépidolite (0,001 – 0,03 %), chlorite (0 – 0,001 %), feldspaths (0 – 0,01 %), néphéline (0 – 0,1 %), hecmanite (0,01 – 0,07 %), natrolite (0 – 0,1 %).

La propriété la plus connue du gallium est peut-être son point de fusion, qui est de 29,76 °C. C'est le deuxième métal le plus fusible du tableau périodique (après le mercure). Cela vous permet de faire fondre du métal tout en le tenant dans votre main. Le gallium est l'un des rares métaux qui se dilatent lorsque la masse fondue se solidifie (les autres sont Bi, Ge).

Le gallium cristallin a plusieurs modifications polymorphes, mais une seule (I) est thermodynamiquement stable, ayant un réseau orthorhombique (pseudo-tétragonal) avec des paramètres a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. D'autres modifications du gallium (β, γ, δ, ε) cristallisent à partir d'un métal dispersé en surfusion et sont instables. À pression élevée, deux autres structures polymorphes de gallium II et III ont été observées, ayant respectivement des réseaux cubiques et tétragonaux.

La densité du gallium à l'état solide à une température de T=20 °C est de 5,904 g/cm³.

L'une des caractéristiques du gallium est la large plage de températures d'existence de l'état liquide (de 30 à 2 230 °C), tandis qu'il présente une faible pression de vapeur à des températures allant jusqu'à 1 100 ÷ 1 200 °C. La capacité thermique spécifique du gallium solide dans la plage de température T=0÷24 °C est de 376,7 J/kg K (0,09 cal/g deg.), à l'état liquide à T=29÷100 °C - 410 J/kg. K (0,098 cal/g deg).

La résistivité électrique à l'état solide et liquide est égale respectivement à 53,4.10−6 ohm.cm (à T=0 °C) et 27,2.10−6 ohm.cm (à T=30 °C). La viscosité du gallium liquide à différentes températures est de 1,612 poises à T=98 °C et de 0,578 poises à T=1 100 °C. La tension superficielle mesurée à 30 °C dans une atmosphère d'hydrogène est de 0,735 n/m. Les réflectances pour les longueurs d'onde 4360 Å et 5890 Å sont respectivement de 75,6 % et 71,3 %.

Le gallium naturel est constitué de deux isotopes 69 Ga (61,2 %) et 71 Ga (38,8 %). Leur section efficace de capture des neutrons thermiques est respectivement de 2,1·10−28 m² et de 5,1·10−28 m².

Le gallium est un élément peu toxique. En raison de la faible température de fusion, il est recommandé de transporter les lingots de gallium dans des sacs en polyéthylène, mal mouillés par le gallium fondu. À une certaine époque, le métal était même utilisé pour fabriquer des obturations (au lieu d’amalgames). Cette application est basée sur le fait que lorsque de la poudre de cuivre est mélangée avec du gallium fondu, on obtient une pâte qui durcit après quelques heures (en raison de la formation d'un composé intermétallique) et peut alors résister à une chaleur jusqu'à 600 degrés sans fondre.

À haute température, le gallium est une substance très agressive. À des températures supérieures à 500 °C, il corrode presque tous les métaux à l'exception du tungstène, ainsi que de nombreux autres matériaux. Le quartz résiste au gallium fondu jusqu'à 1 100 °C, mais un problème peut survenir du fait que le quartz (et la plupart des autres verres) sont fortement mouillés par ce métal. Autrement dit, le gallium collera simplement aux parois du quartz.

Les propriétés chimiques du gallium sont proches de celles de l'aluminium. Le film d'oxyde formé à la surface du métal dans l'air protège le gallium d'une oxydation ultérieure. Lorsqu'il est chauffé sous pression, le gallium réagit avec l'eau, formant le composé GaOOH selon la réaction :

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

Le gallium réagit avec les acides minéraux pour libérer de l'hydrogène et former des sels, et la réaction se produit même en dessous de la température ambiante :

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Les produits de la réaction avec les alcalis et les carbonates de potassium et de sodium sont des hydroxogallates contenant des ions Ga(OH) 4 - et éventuellement Ga(OH) 6 3 - et Ga(OH) 2 - :

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

Le gallium réagit avec les halogènes : la réaction avec le chlore et le fluor se produit à température ambiante, avec le brome - déjà à −35 °C (environ 20 °C - avec allumage), l'interaction avec l'iode commence lorsqu'il est chauffé.

Le gallium n'interagit pas avec l'hydrogène, le carbone, l'azote, le silicium et le bore.

À haute température, le gallium est capable de détruire divers matériaux et son effet est plus puissant que la fusion de tout autre métal. Ainsi, le graphite et le tungstène résistent à la fusion du gallium jusqu'à 800 °C, l'alundum et l'oxyde de béryllium BeO jusqu'à 1000 °C, le tantale, le molybdène et le niobium résistent jusqu'à 400÷450 °C.

Avec la plupart des métaux, le gallium forme des gallides, à l'exception du bismuth, ainsi que des métaux des sous-groupes du zinc, du scandium et du titane. L'un des gallides V 3 Ga a une température de transition assez élevée vers l'état supraconducteur de 16,8 K.

Le gallium forme des hydrures de polymères :

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

La stabilité des ions diminue dans la série BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . L'ion BH 4 est stable en solution aqueuse, AlH 4 et GaH 4 sont rapidement hydrolysés :

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

Lorsque Ga(OH) 3 et Ga 2 O 3 sont dissous dans des acides, des complexes aquatiques 3+ se forment, donc les sels de gallium sont isolés des solutions aqueuses sous forme d'hydrates cristallins, par exemple le chlorure de gallium GaCl 3 * 6H 2 O, alun de potassium et de gallium KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Une interaction intéressante se produit entre le gallium et l’acide sulfurique. Elle s'accompagne de la libération de soufre élémentaire. Dans ce cas, le soufre enveloppe la surface du métal et empêche sa dissolution ultérieure. Si vous lavez le métal à l’eau chaude, la réaction reprendra et se poursuivra jusqu’à ce qu’une nouvelle « peau » de soufre se développe sur le gallium.

• Ga2H6- liquide volatil, point de fusion −21,4 °C, point d'ébullition 139 °C. En suspension éthérée avec de l'hydrate de lithium ou de thallium, il forme les composés LiGaH 4 et TlGaH 4 . Formé en traitant le tétraméthyldigallane avec de la triéthylamine. Il y a des obligations bananes, comme le diborane

• Ga2O3- poudre blanche ou jaune, point de fusion 1795 °C. Existe sous la forme de deux modifications. α- Ga 2 O 3 - cristaux trigonaux incolores d'une densité de 6,48 g/cm³, légèrement solubles dans l'eau, solubles dans les acides. β- Ga 2 O 3 - cristaux monocliniques incolores d'une densité de 5,88 g/cm³, légèrement solubles dans l'eau, les acides et les alcalis. Il est obtenu en chauffant le gallium métallique dans l'air à 260 °C ou dans une atmosphère d'oxygène, ou par calcination du nitrate ou du sulfate de gallium. ΔH° 298 (échantillon) -1089,10 kJ/mol ; ΔG° 298 (échantillon) -998,24 kJ/mol ; S° 298 84,98 J/mol*K. Ils présentent des propriétés amphotères, bien que les propriétés de base, par rapport à l'aluminium, soient améliorées :

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- tombe sous forme de précipité gélatineux lors du traitement de solutions de sels de gallium trivalents avec des hydroxydes et des carbonates de métaux alcalins (pH 9,7). Se dissout dans l'ammoniaque concentrée et la solution concentrée de carbonate d'ammonium et précipite lorsqu'il est bouilli. En chauffant, l'hydroxyde de gallium peut être converti en GaOOH, puis en Ga 2 O 3 *H 2 O, et enfin en Ga 2 O 3. Peut être obtenu par hydrolyse de sels de gallium trivalent.

• GaF3- Poudre blanche. t fondre >1000 °C, t bouillir 950 °C, densité - 4,47 g/cm³. Légèrement soluble dans l'eau. On connaît l'hydrate cristallin GaF 3.3H 2 O. Il est obtenu en chauffant de l'oxyde de gallium dans une atmosphère de fluor.

• GaCl3- des cristaux hygroscopiques incolores. fondre à 78 °C, bouillir à 215 °C, densité - 2,47 g/cm³. Dissolvons bien dans l'eau. S'hydrolyse dans les solutions aqueuses. Obtenu directement à partir des éléments. Utilisé comme catalyseur dans les synthèses organiques.

• GaBr3- des cristaux hygroscopiques incolores. fondre à 122 °C, bouillir à 279 °C, densité - 3,69 g/cm³. Se dissout dans l'eau. S'hydrolyse dans les solutions aqueuses. Légèrement soluble dans l'ammoniaque. Obtenu directement à partir des éléments.

• GaI 3- des aiguilles jaune clair hygroscopiques. fondre à 212 °C, bouillir à 346 °C, densité - 4,15 g/cm³. S'hydrolyse avec de l'eau tiède. Obtenu directement à partir des éléments.

• GaS3- cristaux jaunes ou poudre amorphe blanche ayant un point de fusion de 1250 °C et une densité de 3,65 g/cm³. Il interagit avec l'eau et est complètement hydrolysé. Il est obtenu en faisant réagir le gallium avec du soufre ou du sulfure d'hydrogène.

• Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- substance incolore et hautement soluble dans l'eau. Il est obtenu en faisant réagir le gallium, son oxyde et son hydroxyde avec de l'acide sulfurique. Il forme facilement de l'alun avec des sulfates de métaux alcalins et d'ammonium, par exemple KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

• Ga(NON 3) 3 8H 2 O- cristaux incolores solubles dans l'eau et l'éthanol. Lorsqu'il est chauffé, il se décompose pour former de l'oxyde de gallium (III). Il est obtenu par action de l'acide nitrique sur l'hydroxyde de gallium.

La principale source d’obtention du gallium est la production d’aluminium. Lors du traitement de la bauxite selon la méthode Bayer, le gallium est concentré dans les liqueurs mères en circulation après la séparation de Al(OH) 3 . Le gallium est isolé de ces solutions par électrolyse à une cathode de mercure. De la solution alcaline obtenue après traitement de l'amalgame avec de l'eau, Ga(OH) 3 est précipité, qui est dissous dans un alcali et le Gallium est isolé par électrolyse.

Dans la méthode sodo-calcique de traitement du minerai de bauxite ou de néphéline, le gallium est concentré dans les dernières fractions de sédiments libérées lors du processus de carbonisation. Pour un enrichissement supplémentaire, le précipité d'hydroxyde est traité avec du lait de chaux. Dans ce cas, la majeure partie de l'Al reste dans le sédiment et le gallium passe en solution, à partir de laquelle le concentré de gallium (6-8 % Ga 2 O 3) est isolé par passage de CO 2 ; ce dernier est dissous dans un alcali et le gallium est isolé électrolytiquement.

La source de gallium peut également être l’alliage anodique résiduel provenant du processus de raffinage de l’aluminium utilisant la méthode d’électrolyse à trois couches. Dans la production de zinc, les sources de gallium sont des sublimés (oxydes de Welz) formés lors du traitement des résidus de lixiviation des cendres de zinc.

Le gallium liquide obtenu par électrolyse d'une solution alcaline, lavé avec de l'eau et des acides (HCl, HNO 3), contient 99,9-99,95 % de Ga. Un métal plus pur est obtenu par fusion sous vide, fusion de zone ou en extrayant un monocristal de la masse fondue.

Applications du gallium

L'arséniure de gallium GaAs est un matériau prometteur pour l'électronique à semi-conducteurs.

Le nitrure de gallium est utilisé dans la création de lasers à semi-conducteurs et de LED dans la gamme bleue et ultraviolette. Le nitrure de gallium possède d'excellentes propriétés chimiques et mécaniques typiques de tous les composés nitrurés.

En tant qu'élément du groupe III qui améliore la conductivité des « trous » dans un semi-conducteur, le gallium (d'une pureté d'au moins 99,999 %) est utilisé comme additif au germanium et au silicium. Les composés intermétalliques du gallium avec les éléments du groupe V - l'antimoine et l'arsenic - ont eux-mêmes des propriétés semi-conductrices.

L'isotope du gallium-71 est le matériau le plus important pour détecter les neutrinos et, à cet égard, la technologie est confrontée à une tâche très urgente consistant à isoler cet isotope du mélange naturel afin d'augmenter la sensibilité des détecteurs de neutrinos. Étant donné que la teneur en 71 Ga dans un mélange naturel d'isotopes est d'environ 39,9 %, l'isolement d'un isotope pur et son utilisation comme détecteur de neutrinos peuvent augmenter la sensibilité de détection de 2,5 fois.

L'ajout de gallium à la masse de verre permet d'obtenir des verres à indice de réfraction des rayons lumineux élevé, et les verres à base de Ga 2 O 3 transmettent bien les rayons infrarouges.

Le gallium est cher ; en 2005, sur le marché mondial, une tonne de gallium coûtait 1,2 million de dollars américains, et en raison du prix élevé et en même temps du grand besoin de ce métal, il est très important d'établir son extraction complète dans production d'aluminium et transformation du charbon en combustible liquide.

Le gallium liquide réfléchit 88 % de la lumière incidente, le gallium solide en réfléchit un peu moins. Par conséquent, ils fabriquent des miroirs au gallium très faciles à fabriquer - le revêtement au gallium peut même être appliqué avec un pinceau.

Le gallium possède un certain nombre d'alliages liquides à température ambiante, et l'un de ses alliages a un point de fusion de 3 °C, mais d'un autre côté, le gallium (les alliages dans une moindre mesure) est assez agressif pour la plupart des matériaux de structure (fissuration et érosion des alliages à haute température), et En tant que liquide de refroidissement, il est inefficace et souvent tout simplement inacceptable.

Des tentatives ont été faites pour utiliser le gallium dans des réacteurs nucléaires, mais les résultats de ces tentatives peuvent difficilement être considérés comme un succès. Non seulement le gallium capture assez activement les neutrons (section efficace de capture de 2,71 granges), mais il réagit également à des températures élevées avec la plupart des métaux.

Le gallium n'est pas devenu un matériau atomique. Certes, son isotope radioactif artificiel 72 Ga (avec une demi-vie de 14,2 heures) est utilisé pour diagnostiquer le cancer des os. Le chlorure et le nitrate de gallium-72 sont adsorbés par la tumeur et, en détectant le rayonnement caractéristique de cet isotope, les médecins déterminent presque avec précision la taille des formations étrangères.

Le gallium est un excellent lubrifiant. Des adhésifs métalliques presque très importants ont été créés à base de gallium et de nickel, de gallium et de scandium.

Le gallium métallique est également utilisé pour remplir des thermomètres à quartz (au lieu du mercure) afin de mesurer des températures élevées. Cela est dû au fait que le gallium a un point d’ébullition nettement plus élevé que le mercure.

L'oxyde de gallium est un composant d'un certain nombre de matériaux laser d'importance stratégique.

Production de gallium dans le monde

Sa production mondiale ne dépasse pas deux cents tonnes par an. À l’exception de deux gisements récemment découverts – en 2001 à Gold Canyon, Nevada, États-Unis et en 2005 en Mongolie intérieure, Chine – le gallium n’est trouvé en concentration industrielle nulle part dans le monde. (Dans ce dernier gisement, la présence de 958 000 tonnes de gallium dans le charbon a été établie - cela représente le double des ressources mondiales de gallium).

Les ressources mondiales de gallium dans la bauxite seule sont estimées à plus d'un million de tonnes, et le gisement mentionné en Chine contient 958 000 tonnes de gallium dans le charbon, soit le double des ressources mondiales de gallium).

Il n’existe pas beaucoup de producteurs de gallium. L'un des leaders sur le marché du gallium est GEO Gallium. Ses principales capacités jusqu'en 2006 étaient constituées d'une usine à Stade (Allemagne), où sont extraites environ 33 tonnes par an, d'une usine à Salindres, traitant 20 tonnes/an (France) et à Pinjarra (Australie occidentale) - potentiel (mais non introduit en construction) capacité jusqu'à 50 tonnes/an.

En 2006, la position du constructeur n°1 s'affaiblit : l'entreprise Stade est rachetée par l'anglais MCP et l'américain Recapture Metals.

La société japonaise Dowa Mining est le seul producteur mondial de gallium primaire à partir de concentrés de zinc, un sous-produit de la production de zinc. La capacité totale de production de matières premières de Dowa Mining est estimée à 20 tonnes/an. Au Kazakhstan, l'entreprise Aluminium of Kazakhstan à Pavlodar a une capacité totale allant jusqu'à 20 tonnes/an.

La Chine est devenue un très sérieux fournisseur de gallium. Il existe 3 grands producteurs de gallium primaire en Chine : Geatwall Aluminum Co. (jusqu'à 15 tonnes/an), l'usine d'aluminium du Shandong (environ 6 tonnes/an) et l'usine d'aluminium du Guizhou (jusqu'à 6 tonnes/an). Il existe également un certain nombre de coproductions. Sumitomo Chemical a créé des coentreprises en Chine d'une capacité allant jusqu'à 40 tonnes/an. La société américaine AXT a créé une coentreprise Beijing JiYa semiconductor Material Co. avec la plus grande entreprise chinoise d'aluminium, Shanxi Aluminum Factory. avec une productivité allant jusqu'à 20 tonnes/an.

Production de gallium en Russie

En Russie, la structure de la production de gallium est déterminée par la formation de l'industrie de l'aluminium. Les deux principaux groupes qui ont annoncé la fusion, Russian Aluminium et SUAL, sont propriétaires de sites de gallium créés dans les raffineries d'alumine.

«Aluminium russe» : raffinerie d'alumine Nikolaevsky en Ukraine (méthode hydrochimique classique Bayer pour le traitement de la bauxite tropicale, capacité du site - jusqu'à 12 tonnes de gallium/an) et raffinerie d'alumine d'Achinsk en Russie (traitement par frittage de matières premières néphélines - urtites du Gisement Kiya-Shaltyrskoye, territoire de Krasnoïarsk, capacité du site – 1,5 tonne de gallium/an).

"SUAL": Capacités à Kamensk-Uralsky (technologie de frittage Bayer pour la bauxite de la région du minerai de bauxite du nord de l'Oural, capacité du site - jusqu'à 2 tonnes de gallium / an), à la raffinerie d'alumine de Boksitogorsk (traite la bauxite de la région de Léningrad par méthode de frittage, capacité - 5 tonnes de gallium/an, actuellement mise en veilleuse) et "Pikalevsky Alumina" (traite par frittage des concentrés de néphéline à partir de minerais d'apatite-néphéline de la région de Mourmansk, capacité du site - 9 tonnes de gallium/an). Au total, toutes les entreprises de Rusal et SUAL peuvent produire plus de 20 tonnes/an.

La production réelle est inférieure - par exemple, en 2005, 8,3 tonnes de gallium ont été exportées de Russie et 13,9 tonnes de gallium de la raffinerie d'alumine de Nikolaev d'Ukraine.

Lors de la préparation du matériel, les informations de la société Kvar ont été utilisées.

Les thermomètres au gallium permettent, en principe, de mesurer des températures de 30 à 2230°C. Des thermomètres au gallium sont désormais produits pour des températures allant jusqu'à 1200°C.

L'élément n° 31 est utilisé pour la production d'alliages à bas point de fusion utilisés dans les dispositifs de signalisation. L'alliage du gallium et de l'indium fond déjà à 16°C. C'est le plus fusible de tous les alliages connus.

En tant qu'élément du groupe III qui améliore la conductivité des « trous » dans un semi-conducteur (avec une pureté d'au moins 99,999 %), il est utilisé comme additif au germanium et au silicium.

Les composés intermétalliques du gallium avec les éléments du groupe V - l'antimoine et l'arsenic - ont eux-mêmes des propriétés semi-conductrices.

L'ajout de gallium à la masse de verre permet d'obtenir des verres à indice de réfraction des rayons lumineux élevé, et les verres à base de Ga2O3 transmettent bien les rayons infrarouges.

Le liquide reflète 88 % de la lumière qui lui tombe dessus, le solide - un peu moins. C’est pourquoi ils fabriquent des miroirs au gallium très faciles à fabriquer : le revêtement en gallium peut même être appliqué au pinceau.

Parfois, la capacité du gallium à bien mouiller les surfaces solides est utilisée, le remplaçant dans les pompes à vide à diffusion. De telles pompes « maintiennent » mieux le vide que les pompes à mercure.

Des tentatives ont été faites pour l'utiliser dans des réacteurs nucléaires, mais les résultats de ces tentatives peuvent difficilement être considérés comme un succès. Non seulement le gallium capture assez activement les neutrons (section efficace de capture de 2,71 granges), mais il réagit également à des températures élevées avec la plupart des métaux.

Le gallium n'est pas devenu un matériau atomique. Certes, son isotope radioactif artificiel 72Ga (avec une demi-vie de 14,2 heures) est utilisé pour diagnostiquer le cancer des os. Le chlorure et le nitrate de gallium-72 sont adsorbés par la tumeur et, en détectant le rayonnement caractéristique de cet isotope, les médecins déterminent presque avec précision la taille des formations étrangères.

Comme vous pouvez le constater, les possibilités pratiques de l'élément n°31 sont assez larges. Il n'est pas encore possible de les utiliser pleinement en raison de la difficulté d'obtenir du gallium - un élément assez rare (1,5-10-3% du poids de la croûte terrestre) et très dispersé.

Peu de minéraux de gallium natifs sont connus. Son premier et le plus célèbre minéral, la gallite CuGaS2, n'a été découvert qu'en 1956. Plus tard, deux autres minéraux, déjà très rares, ont été découverts.

En règle générale, le gallium se trouve dans le zinc, l'aluminium, les minerais de fer, ainsi que dans le charbon, en tant qu'impureté mineure. Et ce qui est caractéristique : plus cette impureté est grosse, plus il est difficile de l'extraire, car il y a plus de gallium dans les minerais de ces métaux (,), qui lui sont similaires en propriétés. La majeure partie du gallium terrestre est contenue dans les minéraux d’aluminium.

Extraire le gallium est un « plaisir » coûteux. Par conséquent, l’élément numéro 31 est utilisé en plus petites quantités que n’importe lequel de ses voisins du tableau périodique.

Il est bien sûr possible que la science découvre dans un avenir proche quelque chose dans le gallium qui le rendra absolument nécessaire et irremplaçable, comme cela s'est produit avec un autre élément prédit par Mendeleïev - le germanium.

RECHERCHE DE RÉGULARITÉS. Les propriétés du gallium ont été prédites par D.I. Mendeleev cinq ans avant la découverte de cet élément. Le brillant chimiste russe a basé ses prédictions sur les modèles de changements de propriétés dans les groupes du système périodique. Mais pour Lecoq de Boisbaudran, la découverte du gallium n’est pas un heureux hasard. Spectroscopiste talentueux, il a découvert en 1863 des modèles de changements dans les spectres d'éléments ayant des propriétés similaires. En comparant les spectres de l'indium et de l'aluminium, il est arrivé à la conclusion que ces éléments pourraient avoir un « frère » dont les raies combleraient le vide dans la partie des ondes courtes du spectre. C'est précisément cette ligne manquante qu'il a recherchée et trouvée dans la gamme des blendes de zinc de Pierrefit.

JEU DE MOTS ? Selon lequel les historiens des sciences voient au nom de l'élément n°31 non seulement le patriotisme, mais aussi l'impudeur de son découvreur. Il est communément admis que le mot « gallium » vient du latin Gallia (France). Mais si vous le souhaitez, dans le même mot, vous pouvez voir une allusion au mot « coq » 1 En latin « coq » est gallus, en français - le coq. Lecoq de Boisbaudran ?

SELON L'ÂGE, le gallium accompagne souvent l'aluminium dans les minéraux. Il est intéressant de noter que le rapport de ces éléments dans un minéral dépend du moment de la formation du minéral. Dans les feldspaths, il y a un atome de gallium pour 120 000 atomes d’aluminium. Dans les néphélines, qui se sont formées beaucoup plus tard, ce rapport est déjà de 1:6000, et dans le bois pétrifié encore « plus jeune », il n'est que de 1:13.

PREMIER BREVET. Le premier brevet pour l'utilisation du gallium a été déposé au tout début du 20e siècle. Ils voulaient utiliser l'élément n°31 dans les lampes à arc électrique.

LE SOUFRE EST REMPLACE, LE GRIS EST DÉFENDU PAR LE SOUFRE. L'interaction du gallium avec l'acide sulfurique se produit de manière intéressante. Elle s'accompagne de la libération de soufre élémentaire. En même temps, il enveloppe la surface du métal et empêche sa dissolution ultérieure. Si vous lavez le métal avec de l'eau chaude, la réaction reprendra et se poursuivra jusqu'à ce qu'une nouvelle « peau » de soufre se développe sur le gallium.

MAUVAISE INFLUENCE. Le gallium liquide interagit avec la plupart des métaux, formant des composés intermétalliques aux propriétés mécaniques plutôt faibles. C’est pourquoi le contact avec le gallium fait perdre de la résistance à de nombreux matériaux structurels. Le plus résistant à l'action du gallium : à des températures allant jusqu'à 1000°C, il résiste avec succès à l'agressivité de l'élément n°31.

ET OXYDE AUSSI ! Des ajouts mineurs d'oxyde de gallium affectent considérablement les propriétés des oxydes de nombreux métaux. Ainsi, le mélange de Ga2O3 à l'oxyde de zinc réduit considérablement sa capacité de frittage. Mais il y a beaucoup plus de zinc dans un tel oxyde que dans l'oxyde pur. Et la conductivité électrique du dioxyde de titane chute fortement lorsque du Ga2O3 est ajouté.

COMMENT EST OBTENU LE GALLIUM. Aucun gisement industriel de minerais de gallium n'a été découvert dans le monde. Le gallium doit donc être extrait des minerais de zinc et d’aluminium qui en sont très pauvres.

La teneur en gallium n'étant pas la même, les méthodes d'obtention de l'élément n°31 sont assez variées. Laissez-nous vous raconter par exemple comment le gallium est extrait de la blende de zinc, le minéral dans lequel cet élément a été découvert. d'abord.

Tout d'abord, la mélange de zinc ZnS est cuit et ceux qui en résultent sont lessivés avec de l'acide sulfurique. Avec beaucoupd'autres métaux, le gallium entre en solution. Le sulfate de zinc prédomine dans cette solution - le principal produit qui doit être purifié des impuretés, dont le gallium. Première étapenettoyage - sédimentation de ce qu'on appelle les boues de fer. Avec la neutralisation progressive de la solution acide, ces boues précipitent. 13, il s'avère qu'il contient environ 10 % d'aluminium, 15 % de fer et (ce qui est le plus important pour nous maintenant) 0,05 à 0,1 % de gallium. Pour extraire le gallium, les boues sont lessivées avec de l'acide ou de l'hydroxyde de sodium - l'hydroxyde de gallium est amphotère. La méthode alcaline est plus pratique car dans ce cas, l'équipement peut être fabriqué à partir de matériaux moins coûteux.

Sous l'influence des alcalis, les composés d'aluminium et de gallium entrent en solution. Lorsque cette solution est soigneusement neutralisée, l'hydroxyde de gallium précipite. Mais une partie de l’aluminium précipite également. Le précipité est donc à nouveau dissous, cette fois dans l'acide chlorhydrique. Le résultat est une solution de chlorure de gallium, contaminée principalement par du chlorure d'aluminium. Ceux-ci peuvent être séparés par extraction. De l'éther est ajouté et, contrairement à AlCl3, GaCl3 passe presque entièrement dans le solvant organique. Les couches sont séparées, l'éther est distillé et le chlorure de gallium résultant est à nouveau traité avec de la soude caustique concentrée pour précipiter et séparer l'impureté de fer du gallium. Le gallium métallique est obtenu à partir de cette solution alcaline. Obtenu par électrolyse sous une tension de 5,5 V. Le gallium est déposé sur une cathode de cuivre.

Chimie

Gallium n°31

Sous-groupe du gallium. La teneur de chaque membre de ce sous-groupe dans la croûte terrestre le long de la série gallium (4-10~4%) - indium (2-10~6) - thallium (8-10-7) diminue. Les trois éléments sont extrêmement dispersés et il n'est pas courant qu'ils se trouvent sous la forme de certains minéraux. Au contraire, des impuretés mineures de leurs composés contiennent des minerais de nombreux métaux. Ga, In et Ti sont obtenus à partir de déchets pendant le traitement de ces minerais.
À l’état libre, le gallium, l’indium et le thallium sont des métaux blanc argenté. Leurs constantes les plus importantes sont comparées ci-dessous :
Ga En Tl

Propriétés physiques du gallium

Densité, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Point de fusion, °C. . . 30 157 304
Point d'ébullition, °C... . 2200 2020 1475
Conductivité électrique (Hg = 1). . 2 11 6

Par dureté gallium proche du plomb, In et Ti - encore plus doux 6-13.
Dans l'air sec, le gallium et l'indium ne changent pas, et le thallium est recouvert d'un film d'oxyde gris. Lorsqu'ils sont chauffés, les trois éléments se combinent énergétiquement avec l'oxygène et le soufre. Ils interagissent avec le chlore et le brome aux températures ordinaires, mais avec l'iode uniquement lorsqu'ils sont chauffés. Situés dans la série de tension autour du fer, Ga, In et Ti sont solubles dans les acides.14’ 15
La valence habituelle du gallium et de l'indium est de trois. Le thallium donne des dérivés dans lesquels il est tri- et monovalent. 18
Les oxydes de gallium et ses analogues - Ga 2 O 3 blanc, In203 jaune et T1203 brun - sont insolubles dans l'eau - les hydroxydes correspondants E (OH) 3 (qui peuvent être obtenus à partir de sels) sont des sédiments gélatineux, pratiquement insolubles dans l'eau, mais soluble dans les acides. Les hydroxydes de Ga et In blancs sont également solubles dans des solutions d'alcalis forts avec formation de gallates et d'indates similaires aux aluminates. Ils sont donc de nature amphotère et les propriétés acides sont moins prononcées dans 1n(OH) 3, et plus prononcées dans Ga(OH) 3 que dans Al(OH) 3. Ainsi, en plus des alcalis forts, Ga(OH) 3 est soluble dans les solutions fortes de NH 4 OH. Au contraire, le Ti(OH) 3 rouge-brun ne se dissout pas dans les alcalis.
Les ions Ga" et In" sont incolores, l'ion Ti" a une couleur jaunâtre. Les sels de la plupart des acides produits à partir d'eux sont hautement solubles dans l'eau, mais sont fortement hydrolysés ; Parmi les sels solubles d’acides faibles, beaucoup subissent une hydrolyse presque complète. Bien que les dérivés de valences inférieures Ga et In ne leur soient pas typiques, pour le thallium, ce sont les composés dans lesquels il est monovalent qui sont les plus caractéristiques. Par conséquent, les sels T13+ ont des propriétés oxydantes sensiblement prononcées.

Suppléments de gallium

1. Les trois membres du sous-groupe considéré ont été découverts à l'aide d'un spectroscope : 1 thallium - en 1861, indium - en 1863 et gallium - en 1875. Le dernier de ces éléments a été prédit et décrit par D. I. Mendeleev 4 ans avant sa découverte (VI § 1). Le gallium naturel est composé d'isotopes de numéros de masse 69 (60,2 %) et 71 (39,8) ; indium-113 (4,3) et 115 (95,7); thallium - 203 (29,5) et 205 (70,5%).
2. Dans l'état fondamental, les atomes des éléments du sous-groupe du gallium ont la structure des couches électroniques externes 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) et sont monovalents, i L'excitation des états trivalents nécessite des coûts de 108 (Ga) , 100 (In) ou 129, (Ti ) kcal/g-atome. Les énergies d'ionisation consécutives sont de 6,00 ; 20h51 ; 30,70 pour Ga ; 5,785 ; 18,86 ; 28.03 pour In : 6.106 ; 20h42 ; 29,8 eV pour T1. L'affinité électronique de l'atome de thallium est estimée à 12 kcal/g-atome.
3. La gallite minérale rare (CuGaS 2) est connue pour le gallium. Des traces de cet élément sont constamment retrouvées dans les minerais de zinc. Des quantités significativement importantes : E (jusqu'à 1,5 %) ont été trouvées dans les cendres de certains charbons. Cependant, la principale matière première pour la production industrielle de gallium est la bauxite, qui contient généralement des impuretés mineures (jusqu'à 0,1 %). Elle est extraite par électrolyse de liquides alcalins, qui sont un produit intermédiaire de la transformation de la bauxite naturelle en alumine technique. La production mondiale annuelle de gallium n’est actuellement que de quelques tonnes, mais elle pourrait être considérablement augmentée.
4. L'indium est obtenu principalement comme sous-produit lors du traitement complexe des minerais de soufre Zn, Pb et Cu. Sa production mondiale annuelle s'élève à plusieurs dizaines de tonnes.
5. Le thallium est concentré principalement en pyrite (FeS2). Les boues issues de la production d’acide sulfurique constituent donc une bonne matière première pour obtenir cet élément. La production mondiale annuelle de thallium est inférieure à celle de l'indium, mais s'élève également à plusieurs dizaines de tonnes.
6. Pour isoler Ga, In et T1 à l'état libre, on utilise soit l'électrolyse de solutions de leurs sels, soit l'incandescence des oxydes dans un courant d'hydrogène. Les chaleurs de fusion et d'évaporation des métaux ont les valeurs suivantes : 1,3 et 61 (Ga), 0,8 et 54 (In), 1,0 et 39 kcal/g-atome (T1). Leurs températures de sublimation (à 25 °C) sont de 65 (Ga), 57 (In) et 43 kcal/g-atome (T1). Par paires, les trois éléments sont constitués presque exclusivement de molécules monoatomiques.
7. Le réseau cristallin du gallium n'est pas formé d'atomes individuels (comme c'est habituel pour les métaux), mais de molécules diatomiques (rf = 2,48A). Il représente ainsi un cas intéressant de coexistence de structures moléculaires et métalliques (III § 8). Les molécules de Ga2 sont également conservées dans le gallium liquide dont la densité (6,1 g/cm) est supérieure à la densité du métal solide (analogie avec l'eau et le bismuth). Une augmentation de la pression s'accompagne d'une diminution de la température de fusion du gallium. Aux hautes pressions, outre la modification habituelle (Gal), l'existence de deux autres formes a été établie. Les points triples (avec phase liquide) se situent pour Gal - Gall à 12 000 atm et 3 °C, et pour Gall - Gall à 30 000 atm et 45 °C.
8. Le gallium est très sujet à l'hypothermie, et il a été possible de le maintenir à l'état liquide jusqu'à -40°C. La cristallisation rapide et répétée d'une masse fondue surfondue peut servir de méthode de purification du gallium. A l’état très pur (99,999 %), il a été obtenu par affinage électrolytique, ainsi que par réduction de GaCl3 soigneusement purifié avec de l’hydrogène. Son point d’ébullition élevé et son expansion assez uniforme lorsqu’il est chauffé font du gallium un matériau précieux pour remplir les thermomètres à haute température. Malgré sa similitude externe avec le mercure, la solubilité mutuelle des deux métaux est relativement faible (dans la plage de 10 à 95 ° C, elle varie de 2,4 à 6,1 pour cent atomiques pour Ga dans Hg et de 1,3 à 3,8 pour cent atomiques pour Hg dans Ga) . Contrairement au mercure, le gallium liquide ne dissout pas les métaux alcalins et mouille bien de nombreuses surfaces non métalliques. Cela s'applique en particulier au verre, en appliquant du gallium sur lequel on peut obtenir des miroirs qui réfléchissent fortement la lumière (cependant, il est prouvé que le gallium très pur, qui ne contient pas d'impuretés d'indium, ne mouille pas le verre). Le dépôt de gallium sur un support plastique est parfois utilisé pour réaliser rapidement des circuits radio. Un alliage de 88 % Ga et 12 % Sn fond à 15 °C, et certains autres alliages contenant du gallium (par exemple, 61,5 % Bi, 37,2 - Sn et 1,3 - Ga) ont été proposés pour les obturations dentaires. Ils ne changent pas de volume avec la température et résistent bien. Le gallium peut également être utilisé comme produit d'étanchéité pour les vannes de la technologie du vide. Cependant, il convient de garder à l'esprit qu'à haute température, il est agressif envers le verre et de nombreux métaux.
9. En lien avec la possibilité d'étendre la production de gallium, le problème de l'assimilation (c'est-à-dire la maîtrise pratique) de cet élément et de ses composés devient urgent, ce qui nécessite des recherches pour trouver des domaines pour leur utilisation rationnelle. Il existe un article de synthèse et des monographies sur le gallium.
10. La compressibilité de l'indium est légèrement supérieure à celle de l'aluminium (à 10 000 atm, le volume est de 0,84 de celui d'origine). Avec l'augmentation de la pression, sa résistance électrique diminue (à 0,5 par rapport à l'original à 70 000 atm) et la température de fusion augmente (jusqu'à 400°C à 65 000 atm). Les bâtons de métal indium craquent lorsqu'ils sont pliés, comme ceux en étain. Cela laisse une marque sombre sur le papier. Une utilisation importante de l'indium est associée à la fabrication de redresseurs à courant alternatif au germanium (X § 6 add. 15). En raison de sa faible fusibilité, il peut agir comme lubrifiant dans les roulements.
11. L'introduction d'une petite quantité d'indium dans les alliages de cuivre augmente considérablement leur résistance à l'eau de mer, et l'ajout d'indium à l'argent améliore son éclat et empêche le ternissement à l'air. L'ajout d'indium confère une résistance accrue aux alliages destinés aux obturations dentaires. Le revêtement électrolytique d'autres métaux avec de l'indium les protège bien de la corrosion. Un alliage d'indium et d'étain (1:1 en poids) soude bien le verre au verre ou au métal, et un alliage de 24 % d'In et 76 % de Ga fond à 16°C. Un alliage de 18,1% In avec 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn et 8,2 - Cd, fondant à 47°C, est utilisé médicalement pour les fractures osseuses complexes (à la place du plâtre). Il existe une monographie sur la chimie de l'indium
12. La compressibilité du thallium est approximativement la même que celle de l'indium, mais on lui connaît deux modifications allotropiques (hexagonale et cubique), dont le point de transition se situe à 235 °C. Sous haute pression, une autre apparaît. Le point triple des trois formes se situe à 37 000 atm et 110°C. Cette pression correspond à une diminution brusque d'environ 1,5 fois la résistance électrique du métal (qui, à 70 000 atm, équivaut à environ 0,3 de la normale). Sous une pression de 90 000 atm, la troisième forme du thallium fond à 650 °C.
13. Le thallium est principalement utilisé pour la fabrication d'alliages à base d'étain et de plomb, qui présentent une résistance élevée aux acides. En particulier, un alliage de composition 70% Pb, 20% Sn et 10% T1 résiste bien à l'action des mélanges d'acides sulfurique, chlorhydrique et nitrique. Il existe une monographie sur le thallium.
14. Le gallium et l'indium compact sont stables par rapport à l'eau et le thallium en présence d'air est lentement détruit par celui-ci depuis la surface. Le gallium ne réagit que lentement avec l'acide nitrique, mais le thallium réagit très vigoureusement. Au contraire, l'acide sulfurique, et surtout chlorhydrique, dissout facilement Ga et In, tandis que T1 interagit avec eux beaucoup plus lentement (en raison de la formation d'un film protecteur de sels peu solubles en surface). Les solutions d'alcalis forts dissolvent facilement le gallium, n'agissent que lentement sur l'indium et ne réagissent pas avec le thallium. Le gallium se dissout également sensiblement dans NH4OH. Les composés volatils des trois éléments colorent la flamme incolore dans des couleurs caractéristiques : Ga - presque invisible à l'œil violet foncé (L = 4171 A), In - bleu foncé (L = 4511 A), T1 - vert émeraude (A, = 5351 UN).
15. Le gallium et l'indium ne semblent pas toxiques. Au contraire, le thallium est très toxique et son action est similaire à celle du Pb et de l’As. Elle affecte le système nerveux, le tube digestif et les reins. Les symptômes d'intoxication aiguë n'apparaissent pas immédiatement, mais après 12 à 20 heures. En cas d'intoxication chronique à évolution lente (y compris par voie cutanée), on observe principalement une agitation et des troubles du sommeil. En médecine, les préparations de thallium sont utilisées pour l'épilation (pour le lichen, etc.). Les sels de thallium ont été utilisés dans les compositions lumineuses en tant que substances augmentant la durée de la lueur. Ils se sont également révélés être un bon remède contre les souris et les rats.
16. Dans la série de tension, le gallium est situé entre Zn et Fe, et l'indium et le thallium sont situés entre Fe et Sn. Les transitions Ga et In selon le schéma E+3 + Ze = E correspondent à des potentiels normaux : -0,56 et -0,33 V (en milieu acide) ou -1,2 et -1,0 V (en milieu alcalin). Le thallium est converti par les acides à l'état monovalent (potentiel normal -0,34 V). La transition T1+3 + 2e = T1+ est caractérisée par un potentiel normal de + 1,28 V en milieu acide ou de +0,02 V en milieu alcalin.
17. Les chaleurs de formation des oxydes E2O3 du gallium et de ses analogues diminuent dans les séries 260 (Ga), 221 (In) et 93 kcal/mol (T1). Lorsqu'il est chauffé dans l'air, le gallium n'est pratiquement oxydé qu'en GaO. Par conséquent, Ga2O3 est généralement obtenu en déshydratant Ga(OH)3. L'indium, lorsqu'il est chauffé dans l'air, forme In2O3 et le thallium forme un mélange de T12O3 et T120 avec une teneur plus élevée en oxyde supérieur, plus la température est basse. Le thallium peut être oxydé jusqu'à T1203 par l'action de l'ozone.
18. La solubilité des oxydes E2O3 dans les acides augmente le long de la série Ga - In - Tl. Dans la même série, la force de liaison de l'élément avec l'oxygène diminue : Ga2O3 fond à 1795°C sans décomposition, 1n203 se transforme en 1n304 seulement au-dessus de 850°C, et le T1203 finement broyé commence à se séparer de l'oxygène déjà à environ 90°C. C. Cependant, des températures beaucoup plus élevées sont nécessaires pour convertir complètement le T1203 en T120. Sous une pression excessive d'oxygène, le 1p203 fond à 1910 °C et le T1203 à 716 °C.
19. Les chaleurs d'hydratation des oxydes selon le schéma E203 + ZH20 = 2E(OH)3 sont +22 kcal (Ga), +1 (In) et -45 (T1). Conformément à cela, la facilité d'élimination de l'eau par les hydroxydes augmente de Ga à T1 : si Ga(OH)3 n'est complètement déshydraté que lors de la calcination, alors T1(OH)3 se transforme en T1203 même lorsqu'il se trouve sous le liquide à partir duquel il était isolé.
20. Lors de la neutralisation de solutions acides de sels de gallium, son hydroxyde précipite approximativement dans la plage de pH = 3-4. Le Ga(OH)3 fraîchement précipité est très soluble dans les solutions d’ammoniaque forte, mais à mesure qu’il vieillit, la solubilité diminue de plus en plus. Son point isoélectrique se situe à pH = 6,8 et PR = 2 10~37. Pour 1n(OH)3, il a été trouvé que PR = 1 10-31 et pour T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Pour les deuxième et troisième constantes de dissociation de Ga(OH)3 selon les types acide et basique, les valeurs suivantes ont été déterminées :

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. SP / NW = 4 -10 12
Ainsi, l’hydroxyde de gallium représente un cas d’électrolyte très proche de l’amphotéricité idéale.

1. La différence dans les propriétés acides des hydroxydes de gallium et de leurs analogues se manifeste clairement lorsqu'ils interagissent avec des solutions d'alcalis forts (NaOH, KOH). L'hydroxyde de gallium se dissout facilement pour former des gallates de type M, stables à la fois en solution et à l'état solide. Lorsqu'ils sont chauffés, ils perdent facilement de l'eau (sel de Na à 120, sel de K à 137 °C) et se transforment en sels anhydres correspondants de type MGa02. Les gallates de métaux divalents (Ca, Sr) obtenus à partir de solutions sont caractérisés par un autre type - M3 ■ 2H20, qui sont également presque insolubles. Ils sont complètement hydrolysés par l'eau.
   L'hydroxyde de thallium est facilement peptisé par les alcalis forts (avec formation d'un sol négatif), mais y est insoluble et ne produit pas de tallates. Par voie sèche (par fusion des oxydes avec les carbonates correspondants), des dérivés de type ME02 ont été obtenus pour les trois éléments du sous-groupe du gallium. Cependant, dans le cas du thallium, il s’agissait de mélanges d’oxydes.
   1. Les rayons effectifs des ions Ga3+, In3* et T13* sont respectivement de 0,62, 0,92 et 1,05 A. Dans un environnement aqueux, ils sont apparemment directement entourés de six molécules d’eau. Ces ions hydratés sont quelque peu dissociés selon le schéma E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, et leurs constantes de dissociation sont estimées à 3 ■ 10-3° (Ga) et 2 10-4 (In). .
   2. Les sels halogénures Ga3+, In3* et T13*' sont généralement similaires aux sels A13* correspondants. Outre les fluorures, ils sont relativement fusibles et hautement solubles non seulement dans l'eau, mais également dans un certain nombre de solvants organiques. Seuls les Gal3 jaunes sont peints.

   Il ne sera pas possible de trouver de gros gisements dans la nature, car ils ne sont tout simplement pas formés. Dans la plupart des cas, on le trouve dans les minerais ou les minéraux de germanite, où il y a une chance de trouver de 0,5 à 0,7 % de ce métal. Il convient également de mentionner que le gallium peut également être obtenu en traitant de la néphéline, de la bauxite, des minerais polymétalliques ou du charbon. On obtient tout d'abord le métal qui subit un traitement : lavage à l'eau, filtration et chauffage. Et pour obtenir ce métal de haute qualité, des réactions chimiques spéciales sont utilisées. Un niveau élevé de production de gallium peut être observé dans les pays africains, notamment dans le sud-est, en Russie et dans d’autres régions.

   Quant aux propriétés de ce métal, sa couleur est argentée, et à basse température il peut rester à l'état solide, mais il ne lui sera pas difficile de fondre si la température est même légèrement supérieure à la température ambiante. Étant donné que ce métal a des propriétés similaires à celles de l'aluminium, il est transporté dans des emballages spéciaux.

   Utilisations du gallium

   Relativement récemment, le gallium était utilisé dans la production d'alliages à bas point de fusion. Mais on le retrouve aujourd’hui en microélectronique, où il est utilisé avec les semi-conducteurs. Ce matériau est également efficace comme lubrifiant. Si le gallium ou le scandium sont utilisés ensemble, des adhésifs métalliques d'excellente qualité peuvent être obtenus. De plus, le gallium métallique lui-même peut être utilisé comme charge dans les thermomètres à quartz, car il a un point d'ébullition plus élevé que le mercure.

   De plus, on sait que le gallium est utilisé dans la production de lampes électriques, la création de systèmes de signalisation et de fusibles. Ce métal peut également être retrouvé dans les instruments optiques, notamment pour améliorer leurs propriétés réfléchissantes. Le gallium est également utilisé dans les produits pharmaceutiques ou radiopharmaceutiques.

   Mais en même temps, ce métal est l'un des plus chers, et il est très important d'en établir une extraction de haute qualité lors de la production d'aluminium et du traitement du charbon comme combustible, car le gallium naturel unique est désormais largement utilisé en raison de ses propriétés uniques. .

   Il n'a pas encore été possible de synthétiser cet élément, même si les nanotechnologies donnent de l'espoir aux scientifiques travaillant avec le gallium.

   DÉFINITION

   Gallium- trente et unième élément du tableau périodique. Désignation - Ga du latin "gallium". Situé en quatrième période, groupe IIIA. Fait référence aux métaux. La charge nucléaire est de 31.

   Le gallium est un élément rare et n’est présent dans la nature qu’à des concentrations significatives. Il est obtenu principalement à partir de concentrés de zinc après fusion du zinc.

   À l’état libre, le gallium est un métal mou blanc argenté (Fig. 1) avec un point de fusion bas. Il est assez stable dans l'air, ne décompose pas l'eau, mais se dissout facilement dans les acides et les alcalis.

   Riz. 1. Gallium. Apparence.

   Masse atomique et moléculaire du gallium

   La masse moléculaire relative d'une substance (M r) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et la masse atomique relative d'un élément (A r) est combien de fois la masse moyenne des atomes d'un élément chimique est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

   Puisque le gallium existe à l'état libre sous forme de molécules monoatomiques de Ga, les valeurs de ses masses atomique et moléculaire coïncident. Ils sont égaux à 69,723.

   Isotopes du gallium

   On sait que dans la nature, le gallium peut être trouvé sous la forme de deux isotopes stables 69 Ga (60,11 %) et 71 Ga (39,89 %). Leurs nombres de masse sont respectivement 69 et 71. Le noyau d'un atome de l'isotope du gallium 69 Ga contient trente et un protons et trente-huit neutrons, et l'isotope 71 Ga contient le même nombre de protons et quarante neutrons.

   Il existe des isotopes radioactifs artificiels instables du gallium avec des nombres de masse de 56 à 86, ainsi que trois états isomères de noyaux, parmi lesquels l'isotope 67 Ga à la durée de vie la plus longue avec une demi-vie de 3,26 jours.

   Ions gallium

   Au niveau d'énergie externe de l'atome de gallium, il y a trois électrons, qui sont de valence :

   1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 .

   À la suite d'une interaction chimique, le gallium cède ses électrons de valence, c'est-à-dire est leur donneur, et se transforme en un ion chargé positivement :

   Ga 0 -2e → Ga 2+ ;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   Molécule et atome de gallium

   À l’état libre, le gallium existe sous forme de molécules monoatomiques de Ga. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de gallium :

   Alliages de gallium

   En ajoutant du gallium à l'aluminium, on obtient des alliages qui peuvent être facilement travaillés à chaud ; Les alliages gallium-or sont utilisés dans les prothèses dentaires et les bijoux.

   Exemples de résolution de problèmes

   EXEMPLE 1

   Exercice	Le gallium naturel possède deux isotopes. La teneur en isotope 71 Ga est de 36 %. Trouvez un autre isotope si la masse atomique relative moyenne de l’élément gallium est de 69,72. Déterminez le nombre de neutrons dans l’isotope trouvé.
   Solution	Soit le nombre de masse du deuxième isotope du gallium égal à « x » - x Ga. Déterminons la teneur du deuxième isotope du gallium dans la nature : w(x Ga) = 100 % - w(71 Ga) = 100 % - 36 % = 64 %. La masse atomique relative moyenne d’un élément chimique est calculée comme suit : Ar = / 100% ; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x ; Par conséquent, le deuxième isotope du gallium est le 69 Ga. Le numéro atomique du gallium est 31, ce qui signifie que le noyau d'un atome de gallium contient 31 protons et 31 électrons, et le nombre de neutrons est égal à : n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (numéro d'élément) = 69 - 31 = 38.
   Répondre	Isotope 69 Ga, contenant 38 neutrons et 31 protons.

   EXEMPLE 2

   Exercice	En termes de propriétés chimiques, le gallium est similaire à un autre élément - l'aluminium. Sur la base de cette similitude, notez les formules des oxydes et des hydroxydes contenant du gallium, et créez également des équations de réaction qui caractérisent les propriétés chimiques de cet élément.
   Répondre	Le gallium, comme l'aluminium, se situe dans le groupe III du sous-groupe principal du tableau périodique D.I. Mendeleïev. Dans ses composés, comme l'aluminium, il présente un état d'oxydation (+3). Le gallium est caractérisé par un oxyde (Ga 2 O 3) et un hydroxyde (Ga(OH) 3), qui présentent des propriétés amphotères. Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;