גליום הוא יסוד של תת-הקבוצה העיקרית של הקבוצה השלישית של התקופה הרביעית של המערכת המחזורית של יסודות כימיים של D.I. מנדלייב, עם מספר אטומי 31. מסומן בסמל Ga (lat. גליום). שייך לקבוצת המתכות הקלות. החומר הפשוט גליום הוא מתכת רכה וגמישה בצבע לבן כסוף עם גוון כחלחל.

מספר אטומי - 31

מסה אטומית - 69.723

צפיפות, ק"ג/מ"ר - 5910

נקודת התכה, מעלות צלזיוס - 29.8

קיבולת חום, kJ/(ק"ג מעלות צלזיוס) - 0.331

אלקטרוני שליליות - 1.8

רדיוס קוולנטי, Å - 1.26

יינון ראשון פוטנציאל, eV - 6.00

היסטוריה של גילוי גליום

הכימאי הצרפתי פול אמיל לקוק דה בויסבאודרן נכנס להיסטוריה כמגלה שלושה יסודות חדשים: גליום (1875), סמריום (1879) ודיספרוסיום (1886). הראשון מבין התגליות הללו הביא לו תהילה.

באותה תקופה הוא לא היה מוכר מחוץ לצרפת. הוא היה בן 38 ועסק בעיקר במחקר ספקטרוסקופי. Lecoq de Boisbaudran היה ספקטרוסקופיסט טוב, וזה הוביל בסופו של דבר להצלחה: הוא גילה את כל שלושת היסודות שלו על ידי ניתוח ספקטרלי.

בשנת 1875, Lecoq de Boisbaudran בחן את הספקטרום של תערובת אבץ שהובאה מפיירפיט (פירנאים). בספקטרום זה התגלה קו סגול חדש. הקו החדש הצביע על נוכחות של יסוד לא ידוע במינרל, ובאופן טבעי, Lecoq de Boisbaudran עשה כל מאמץ לבודד יסוד זה. זה התברר כקשה לביצוע: תכולת היסוד החדש בעפרה הייתה פחות מ-0.1%, ובמובנים רבים היא הייתה דומה לאבץ*. לאחר ניסויים ממושכים, המדען הצליח להשיג יסוד חדש, אך בכמות קטנה מאוד. כל כך קטן (פחות מ-0.1 גרם) שלקוק דה בויסבאודרן לא הצליח לחקור במלואו את התכונות הפיזיקליות והכימיות שלו.

גילוי הגליום - כך נקרא היסוד החדש לכבוד צרפת (גליה הוא שמה הלטיני) - הופיע בדיווחים של האקדמיה למדעים של פריז.

הודעה זו נקראה על ידי D.I. מנדלייב וזיהה בגליום אקה-אלומיניום, אותו חזה חמש שנים קודם לכן. מנדלייב כתב מיד לפריז. "שיטת הגילוי והבידוד, כמו גם המאפיינים המעטים שתוארו, מביאים אותנו להאמין שהמתכת החדשה היא לא אחרת מאשר אקה-אלומיניום", נכתב במכתבו. לאחר מכן הוא חזר על המאפיינים החזויים עבור אותו אלמנט. יתרה מכך, מבלי להחזיק אי פעם גרגרי גליום בידיו, מבלי לראות זאת בעצמו, הכימאי הרוסי טען שמגלה היסוד טעה, שצפיפות המתכת החדשה אינה יכולה להיות שווה ל-4.7, כפי שכתב לקוק דה בויסבאודרן, - זה חייב להיות גדול יותר, בערך 5.9...6.0 גרם/ס"מ 3! אבל הניסיון הראה את ההיפך: המגלה טעה. גילוי היסוד הראשון שחזה מנדלייב חיזק באופן משמעותי את מעמדו של החוק המחזורי.

תכולת הגליום הממוצעת בקרום כדור הארץ היא 19 גרם/ט. גליום הוא יסוד קורט טיפוסי בעל אופי גיאוכימי כפול. המינרל היחיד של גליום, gallite CuGaS 2, נדיר מאוד. הגיאוכימיה של גליום קשורה קשר הדוק לגיאוכימיה של האלומיניום, הנובעת מהדמיון בין התכונות הפיזיקליות-כימיות שלהם. החלק העיקרי של גליום בליתוספירה כלול במינרלים מאלומיניום. בשל הדמיון של תכונותיו הכימיות הגבישיות עם היסודות העיקריים היוצרים סלע (Al, Fe וכו') והאפשרות הרחבה של איזומורפיזם איתם, גליום אינו יוצר הצטברויות גדולות, למרות ערך הקלרק המשמעותי. ניתן להבחין במינרלים הבאים עם תכולת גליום גבוהה: ספלריט (0 – 0.1%), מגנטיט (0 – 0.003%), קסטיריט (0 – 0.005%), נופך (0 – 0.003%), בריל (0 – 0.003%) , טורמלין (0 – 0.01%), ספודומן (0.001 – 0.07%), פלוגופיט (0.001 – 0.005%), ביוטייט (0 – 0.1%), מוסקוביט (0 – 0.01%), סריסיט (0 – 0.005%), לפידוליט (0.001 – 0.03%), כלוריט (0 – 0.001%), פלדספארים (0 – 0.01%), נפלין (0 – 0.1%), הקמניט (0.01 – 0.07%), נאטרוליט (0 – 0.1%).

אולי התכונה המפורסמת ביותר של גליום היא נקודת ההיתוך שלו, שהיא 29.76 מעלות צלזיוס. זוהי המתכת השנייה הכי מתכלה בטבלה המחזורית (אחרי כספית). זה מאפשר לך להמיס מתכת בזמן שאתה מחזיק אותה ביד. גליום היא אחת המתכות הבודדות שמתרחבות כשההמסה מתמצקת (האחרות הן Bi, Ge).

לגליום גבישי יש כמה שינויים פולימורפיים, אבל רק אחד (I) יציב מבחינה תרמודינמית, בעל סריג אורתורומבי (פסאודו-טטראגונל) עם פרמטרים a = 4.5186 Å, b = 7.6570 Å, c = 4.5256 Å. שינויים אחרים של גליום (β, γ, δ, ε) מתגבשים ממתכת מפוזרת מקוררת-על ואינם יציבים. בלחץ מוגבר, נצפו שני מבנים פולימורפיים נוספים של גליום II ו-III, בעלי סריג מעוקב וטטראגונל בהתאמה.

הצפיפות של גליום במצב מוצק בטמפרטורה של T=20 מעלות צלזיוס היא 5.904 גרם/ס"מ³.

אחת התכונות של גליום היא טווח הטמפרטורות הרחב של קיום המצב הנוזלי (מ-30 עד 2230 מעלות צלזיוס), בעוד שיש לו לחץ אדים נמוך בטמפרטורות של עד 1100÷1200 מעלות צלזיוס. קיבולת החום הסגולית של גליום מוצק בטווח הטמפרטורות T=0÷24°C היא 376.7 J/kg K (0.09 cal/g deg.), במצב נוזלי ב-T=29÷100°C - 410 J/kg. K (0.098 קלוריות/גרם מעלות).

ההתנגדות החשמלית במצב מוצק ונוזל שווה, בהתאמה, 53.4·10−6 אוהם·ס"מ (ב-T=0°C) ו-27.2·10−6 אוהם·ס"מ (ב-T=30°C). הצמיגות של גליום נוזלי בטמפרטורות שונות היא 1.612 poise ב-T=98°C ו-0.578 poise ב-T=1100°C. מתח פני השטח הנמדד ב-30 מעלות צלזיוס באווירת מימן הוא 0.735 n/m. ההחזרים עבור אורכי גל 4360 Å ו-5890 Å הם 75.6% ו-71.3%, בהתאמה.

גליום טבעי מורכב משני איזוטופים 69 Ga (61.2%) ו-71 Ga (38.8%). חתך לכידת נויטרונים תרמי עבורם הוא 2.1·10−28 מ"ר ו-5.1·10−28 מ"ר, בהתאמה.

גליום הוא יסוד נמוך רעיל. בשל טמפרטורת ההיתוך הנמוכה, מומלץ להעביר מטילי גליום בשקיות פוליאתילן, אשר נרטבות בצורה גרועה על ידי גליום מותך. פעם, המתכת אפילו שימשה לייצור סתימות (במקום אמלגם). יישום זה מבוסס על העובדה שכאשר מערבבים אבקת נחושת עם גליום מותך, מתקבלת משחה, אשר לאחר מספר שעות מתקשה (עקב היווצרות תרכובת בין-מתכתית) ולאחר מכן יכולה לעמוד בחימום עד 600 מעלות ללא נמס.

בטמפרטורות גבוהות, גליום הוא חומר אגרסיבי מאוד. בטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס, הוא משחית כמעט את כל המתכות מלבד טונגסטן, כמו גם חומרים רבים אחרים. הקוורץ עמיד בפני גליום מותך עד 1100 מעלות צלזיוס, אך יכולה להיווצר בעיה בשל העובדה שהקוורץ (ורוב הכוסות האחרות) נרטבים מאוד על ידי מתכת זו. כלומר, גליום פשוט יידבק לקירות הקוורץ.

התכונות הכימיות של גליום קרובות לאלו של האלומיניום. סרט התחמוצת הנוצר על פני המתכת באוויר מגן על גליום מפני חמצון נוסף. בחימום בלחץ, גליום מגיב עם מים ויוצר את התרכובת GaOOH בהתאם לתגובה:

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

גליום מגיב עם חומצות מינרליות כדי לשחרר מימן וליצור מלחים, והתגובה מתרחשת אפילו מתחת לטמפרטורת החדר:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

תוצרי התגובה עם אלקליות ואשלגן ונתרן קרבונטים הם הידרוקסוגלטים המכילים Ga(OH) 4 - ואולי, Ga(OH) 6 3 - ו- Ga(OH) 2 - יוני:

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

גליום מגיב עם הלוגנים: התגובה עם כלור ופלואור מתרחשת בטמפרטורת החדר, עם ברום - כבר ב-35 מעלות צלזיוס (כ-20 מעלות צלזיוס - עם הצתה), אינטראקציה עם יוד מתחילה בחימום.

גליום אינו יוצר אינטראקציה עם מימן, פחמן, חנקן, סיליקון ובור.

בטמפרטורות גבוהות, גליום מסוגל להרוס חומרים שונים והשפעתו חזקה יותר מהמסה של כל מתכת אחרת. לפיכך, גרפיט וטונגסטן עמידים להמסת גליום עד 800 מעלות צלזיוס, אלונדום ובריליום אוקסיד BeO - עד 1000 מעלות צלזיוס, טנטלום, מוליבדן וניוביום עמידים עד 400÷450 מעלות צלזיוס.

ברוב המתכות, גליום יוצר גלידים, למעט ביסמוט, וכן מתכות מתת-הקבוצות של אבץ, סקנדיום וטיטניום. לאחד מהגלידים של V 3 Ga יש טמפרטורת מעבר גבוהה למדי למצב מוליך-על של 16.8 K.

גליום יוצר הידרידים פולימרים:

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.

יציבות היונים יורדת בסדרה BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . יון BH 4 יציב בתמיסה מימית, AlH 4 ו- GaH 4 עוברים הידרוליזה במהירות:

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

כאשר Ga(OH) 3 ו- Ga 2 O 3 מומסים בחומצות, נוצרים קומפלקסים אקווה 3+, ולכן מלחי גליום מבודדים מתמיסות מימיות בצורה של הידרטים גבישיים, למשל, גליום כלוריד GaCl 3 * 6H 2 O, גליום אשלגן אלום KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

מתרחשת אינטראקציה מעניינת בין גליום לחומצה גופרתית. זה מלווה בשחרור של גופרית יסודית. במקרה זה, גופרית עוטפת את פני המתכת ומונעת פירוק נוסף שלה. אם תשטוף את המתכת במים חמים, התגובה תתחדש ותמשיך עד שיצמח "עור" חדש של גופרית על הגאליום.

• Ga2H6- נוזל נדיף, נקודת התכה −21.4 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה 139 מעלות צלזיוס. בתרחיף אתרי עם הידרט ליתיום או תליום הוא יוצר את התרכובות LiGaH 4 ו- TlGaH 4. נוצר על ידי טיפול ב-tetramethyldigallane עם triethylamine. יש קשרי בננה, כמו בדיבורן

• Ga2O3- אבקה לבנה או צהובה, נקודת התכה 1795 מעלות צלזיוס. קיים בצורה של שני שינויים. α- Ga 2 O 3 - גבישים טריגונליים חסרי צבע עם צפיפות של 6.48 גרם/ס"מ³, מסיסים מעט במים, מסיסים בחומצות. β- Ga 2 O 3 - גבישים מונוקליניים חסרי צבע עם צפיפות של 5.88 גרם/ס"מ³, מסיסים מעט במים, חומצות ואלקליות. זה מתקבל על ידי חימום מתכת גליום באוויר ב-260 מעלות צלזיוס או באווירת חמצן, או על ידי סידוד גליום חנקתי או סולפט. ΔH° 298(דגימה) −1089.10 קילו ג'ל/מול; ΔG° 298(דגימה) −998.24 קילו-ג'יי/מול; S° 298 84.98 J/mol*K. הם מציגים תכונות אמפוטריות, אם כי התכונות הבסיסיות, בהשוואה לאלומיניום, משופרות:

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- נושר בצורה של משקע דמוי ג'לי כאשר מטפלים בתמיסות של מלחי גליום תלת-ערכיים עם הידרוקסידים וקרבונטים של מתכות אלקליות (pH 9.7). מתמוסס בתמיסת אמוניה מרוכזת ותמיסת אמוניום פחמתי מרוכזת, ומשקע בעת רתיחה. על ידי חימום ניתן להמיר גליום הידרוקסיד ל- GaOOH, לאחר מכן ל- Ga 2 O 3 * H 2 O, ולבסוף ל- Ga 2 O 3. ניתן להשיג על ידי הידרוליזה של מלחי גליום תלת ערכיים.

• GaF 3- אבקה לבנה. לא נמס מעל 1000 מעלות צלזיוס, לא רותח ב-950 מעלות צלזיוס, צפיפות - 4.47 גרם/ס"מ³. מסיס מעט במים. ידוע הידראט גבישי GaF 3 ·3H 2 O. הוא מתקבל על ידי חימום תחמוצת גליום באווירת פלואור.

• GaCl3- גבישים היגרוסקופיים חסרי צבע. t להמיס 78 מעלות צלזיוס, להרתיח t 215 מעלות צלזיוס, צפיפות - 2.47 גרם / ס"מ³. בואו נתמוסס היטב במים. הידרוליזה בתמיסות מימיות. הושג ישירות מהאלמנטים. משמש כזרז בסינתזות אורגניות.

• GaBr 3- גבישים היגרוסקופיים חסרי צבע. לא להמיס 122 מעלות צלזיוס, לא להרתיח בצפיפות של 279 מעלות צלזיוס - 3.69 גרם/ס"מ³. מתמוסס במים. הידרוליזה בתמיסות מימיות. מסיס מעט באמוניה. הושג ישירות מהאלמנטים.

• GaI 3- מחטים צהובות בהירות היגרוסקופיות. לא להמיס ב-212 מעלות צלזיוס, לא להרתיח ב-346 מעלות צלזיוס, צפיפות - 4.15 גרם/ס"מ³. מבצע הידרוליזה במים חמים. הושג ישירות מהאלמנטים.

• GaS 3- גבישים צהובים או אבקה אמורפית לבנה עם נקודת התכה של 1250 מעלות צלזיוס וצפיפות של 3.65 גרם/ס"מ³. הוא יוצר אינטראקציה עם מים ועובר הידרוליזה מלאה. זה מתקבל על ידי תגובה של גליום עם גופרית או מימן גופרתי.

• Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- חומר חסר צבע, מסיס מאוד במים. הוא מתקבל על ידי תגובה של גליום, תחמוצתו והידרוקסיד עם חומצה גופרתית. זה יוצר בקלות אלום עם סולפטים של מתכות אלקליות ואמוניום, למשל, KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

• Ga(NO 3) 3 8H 2 O- גבישים חסרי צבע המסיסים במים ובאתנול. כאשר הוא מחומם, הוא מתפרק ליצירת תחמוצת גליום (III). זה מתקבל על ידי הפעולה של חומצה חנקתית על גליום הידרוקסיד.

המקור העיקרי להשגת גליום הוא ייצור אלומיניום. בעת עיבוד בוקסיט בשיטת באייר, גליום מרוכז בשחי האם במחזור לאחר הפרדת Al(OH) 3 . גליום מבודד מתמיסות כאלה על ידי אלקטרוליזה בקתודה כספית. מהתמיסה הבסיסית המתקבלת לאחר טיפול באמלגם במים, משקע Ga(OH) 3, המומס באלקלי וגליום מבודד באמצעות אלקטרוליזה.

בשיטת סודה-ליים לעיבוד עפרות בוקסיט או נפלין, גליום מרוכז בשברי המשקעים האחרונים המשתחררים בתהליך הפחממה. להעשרה נוספת, משקע ההידרוקסיד מטופל בחלב ליים. במקרה זה, רוב האל נשאר במשקע, וגליום נכנס לתמיסה, ממנה מבודד רכז גליום (6-8% Ga 2 O 3) על ידי מעבר CO 2; האחרון מומס באלקלי וגליום מבודד אלקטרוליטי.

מקור הגליום יכול להיות גם סגסוגת האנודה השיורית מתהליך הזיקוק Al בשיטת האלקטרוליזה התלת-שכבתית. בהפקת אבץ, מקורות הגאליום הם סובלימטים (תחמוצות וולז) הנוצרות במהלך עיבוד זנבות שטיפת אבץ.

גלייום נוזלי המתקבל באלקטרוליזה של תמיסה אלקלית, שטוף במים וחומצות (HCl, HNO 3), מכיל 99.9-99.95% Ga. מתכת טהורה יותר מתקבלת על ידי התכה בוואקום, המסת אזור, או על ידי הוצאת גביש בודד מההמסה.

יישומים של גליום

Gallium arsenide GaAs הוא חומר מבטיח לאלקטרוניקה מוליכים למחצה.

גליום ניטריד משמש ליצירת לייזרים מוליכים למחצה ונוריות LED בטווח הכחול והאולטרה סגול. לגליום ניטריד תכונות כימיות ומכניות מצוינות האופייניות לכל תרכובות הניטריד.

כיסוד קבוצה III המשפר את מוליכות "חור" במוליך למחצה, גליום (עם טוהר של לפחות 99.999%) משמש כתוסף לגרמניום ולסיליקון. לתרכובות בין-מתכתיות של גליום עם יסודות מקבוצה V - אנטימון וארסן - בעצמן יש תכונות מוליכים למחצה.

האיזוטופ גליום-71 הוא החומר החשוב ביותר לגילוי נייטרינו, ובעניין זה עומדת בפני הטכנולוגיה משימה דחופה ביותר של בידוד איזוטופ זה מתערובת טבעית על מנת להגביר את הרגישות של גלאי נייטרינו. מאחר שתכולת 71 Ga בתערובת טבעית של איזוטופים היא כ-39.9%, הבידוד של איזוטופ טהור והשימוש בו כגלאי נייטרינו יכולים להגביר את רגישות הגילוי פי 2.5.

תוספת גליום למסת הזכוכית מאפשרת לקבל משקפיים בעלי מקדם שבירה גבוה של קרני אור, וזכוכיות המבוססות על Ga 2 O 3 מעבירות היטב קרני אינפרא אדום.

גליום הוא יקר; בשנת 2005, בשוק העולמי, עלתה טונה של גליום 1.2 מיליון דולר, ובשל המחיר הגבוה ובמקביל הצורך הגדול במתכת זו, חשוב מאוד לבסס את המיצוי המלא שלה. ייצור ועיבוד אלומיניום של פחם בדלק נוזלי.

גליום נוזלי מחזיר 88% מהאור הנכנס עליו, גליום מוצק מחזיר מעט פחות. לכן הם מייצרים מראות גליום שקל מאוד לייצר - את ציפוי הגליום ניתן אפילו למרוח עם מברשת.

לגאליום יש מספר סגסוגות שהן נוזליות בטמפרטורת החדר, ולאחת הסגסוגות שלה יש נקודת התכה של 3 מעלות צלזיוס, אך מצד שני, גליום (סגסוגות במידה פחותה) די אגרסיבי לרוב החומרים המבניים (פיצוח). ושחיקה של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה), וכנוזל קירור, זה לא יעיל ולעתים קרובות פשוט לא מקובל.

נעשו ניסיונות להשתמש בגליום בכורים גרעיניים, אך התוצאות של ניסיונות אלה בקושי יכולים להיחשב מוצלחים. לא רק שגליום לוכד נויטרונים באופן פעיל למדי (חתך רוחב 2.71 אסמים), הוא גם מגיב בטמפרטורות גבוהות עם רוב המתכות.

גליום לא הפך לחומר אטומי. נכון, האיזוטופ הרדיואקטיבי המלאכותי שלו 72 Ga (עם זמן מחצית חיים של 14.2 שעות) משמש לאבחון סרטן העצמות. גליום-72 כלוריד וניטראט נספגים על ידי הגידול, ועל ידי זיהוי הקרינה האופיינית לאיזוטופ זה, הרופאים קובעים באופן כמעט מדויק את גודלן של תצורות זרות.

גליום הוא חומר סיכה מצוין. דבקי מתכת כמעט חשובים נוצרו על בסיס גליום וניקל, גליום וסקנדיום.

מתכת גליום משמשת גם למילוי מדי חום קוורץ (במקום כספית) למדידת טמפרטורות גבוהות. זאת בשל העובדה שלגליום יש נקודת רתיחה גבוהה משמעותית בהשוואה לכספית.

תחמוצת גליום היא מרכיב של מספר חומרי לייזר חשובים מבחינה אסטרטגית.

ייצור גליום בעולם

הייצור העולמי שלה אינו עולה על מאתיים טון בשנה. למעט שני מרבצים שהתגלו לאחרונה - בשנת 2001 בקניון הזהב, נבאדה, ארה"ב וב-2005 במונגוליה הפנימית, סין - גליום אינו נמצא בריכוזים תעשייתיים בשום מקום בעולם. (בפקדון האחרון נקבעה נוכחות של 958 אלף טון גליום בפחם - זוהי הכפלה של משאבי הגליום בעולם).

משאבי הגליום בעולם בבוקסיט בלבד מוערכים במעל 1 מיליון טון, והמשקע הנזכר בסין מכיל 958 אלף טון של גליום בפחם - הכפלה של משאבי הגליום בעולם).

אין הרבה יצרני גליום. אחד המובילים בשוק הגליום הוא GEO Gallium. היכולות העיקריות שלו עד 2006 כללו מפעל בסטאד (גרמניה), שבו כורים כ-33 טון בשנה, מפעל ב-Salindres, עיבוד 20 טון לשנה (צרפת) וב-Pinjarra (מערב אוסטרליה) - פוטנציאל (אך לא הוצג). לבנייה) קיבולת של עד 50 טון לשנה.

בשנת 2006 נחלש מעמדה של היצרן מספר 1 - מפעל הסטאד נרכש על ידי ה-MCP האנגלית ו-Recapture Metals האמריקאית.

החברה היפנית Dowa Mining היא היצרנית היחידה בעולם של גליום ראשוני מתרכיזי אבץ כתוצר לוואי של ייצור אבץ. הקיבולת המלאה של חומר ראשוני של כריית דאווה מוערכת עד 20 טון לשנה. בקזחסטן, למפעל האלומיניום של קזחסטן בפבלודר קיבולת מלאה של עד 20 טון לשנה.

סין הפכה לספקית רצינית מאוד של גליום. ישנם 3 יצרנים גדולים של גליום ראשוני בסין - Geatwall Aluminum Co. (עד 15 טון לשנה), מפעל האלומיניום של שאנדונג (כ-6 טון לשנה) ומפעל האלומיניום של גוויג'ואו (עד 6 טון לשנה). יש גם מספר קופרודוקציות. Sumitomo Chemical הקימה מיזמים משותפים בסין עם קיבולת של עד 40 טון לשנה. חברת AXT האמריקאית יצרה מיזם משותף Beijing JiYa semiconductor Material Co. עם מפעל האלומיניום הסיני הגדול ביותר Shanxi Aluminum Factory. עם פרודוקטיביות של עד 20 טון לשנה.

ייצור גליום ברוסיה

ברוסיה, המבנה של ייצור גליום נקבע על ידי היווצרות תעשיית האלומיניום. שתי הקבוצות המובילות שהכריזו על המיזוג, Russian Aluminum ו-SUAL, הן הבעלים של אתרי גליום שנוצרו בבתי זיקוק לאלומינה.

"אלומיניום רוסי": בית הזיקוק ניקולייבסקי לאלומינה באוקראינה (שיטת באייר ההידרוכימית הקלאסית לעיבוד בוקסיט טרופי, קיבולת אתר - עד 12 טון גליום לשנה) ובית זיקוק אלומינה אצ'ינסק ברוסיה (עיבוד על ידי סינון של חומרי גלם נפילין - אורטיטים של מרבץ Kiya-Shaltyrskoye, טריטוריית קרסנויארסק, קיבולת האתר - 1.5 טון גליום לשנה).

"SUAL": קיבולות בקמנסק-אורלסקי (טכנולוגיית ה-Bayer-sintering עבור בוקסיט של אזור עפרות הבוקסיט בצפון אורל, קיבולת אתר - עד 2 טון גליום לשנה), בבית הזיקוק לאלומינה בוקסיטגורסק (מעבד בוקסיט של אזור לנינגרד על ידי שיטת סינטר, קיבולת - 5 טון גליום לשנה, כיום נפטלין) ו-"Pikalevsky Alumina" (מעבד תרכיז נפלין מעפרות אפטיט-נפלין של אזור מורמנסק על ידי סינטר, קיבולת אתר - 9 טון גליום / שנה). בסך הכל, כל המפעלים של Rusal ו-SUAL יכולים לייצר מעל 20 טון בשנה.

הייצור בפועל נמוך יותר - לדוגמה, בשנת 2005 יצאו מרוסיה 8.3 טון גליום ו-13.9 טון גליום מבית הזיקוק של ניקולייב אלומינה מאוקראינה.

בעת הכנת החומר נעשה שימוש במידע של חברת Kvar.

מדי חום של גליום מאפשרים, באופן עקרוני, למדוד טמפרטורות מ-30 עד 2230 מעלות צלזיוס. מדי חום של גליום מיוצרים כעת לטמפרטורות של עד 1200 מעלות צלזיוס.

אלמנט מס' 31 משמש לייצור סגסוגות בהתכה נמוכה המשמשות בהתקני איתות. הסגסוגת של גליום עם אינדיום נמסה כבר ב-16 מעלות צלזיוס. זוהי הסגסוגת המתמזגת ביותר מכל הסגסוגות הידועות.

כיסוד קבוצה III המשפר את מוליכות "חור" במוליך למחצה (עם טוהר של לפחות 99.999%), הוא משמש כתוסף לגרמניום ולסיליקון.

לתרכובות בין-מתכתיות של גליום עם יסודות מקבוצה V - אנטימון וארסן - בעצמן יש תכונות מוליכים למחצה.

תוספת גליום למסת הזכוכית מאפשרת להשיג משקפיים בעלי מקדם שבירה גבוה של קרני אור, ומשקפיים המבוססים על Ga2O3 מעבירים היטב קרני אינפרא אדום.

נוזל מחזיר 88% מהאור הנופל עליו, מוצק - קצת פחות. זו הסיבה שהם מייצרים מראות גליום שקל מאוד לייצר - את ציפוי הגליום ניתן אפילו ליישם עם מברשת.

לפעמים נעשה שימוש ביכולת של גליום להרטיב היטב משטחים מוצקים, ומחליף אותו במשאבות ואקום דיפוזיה. משאבות כאלה "מחזיקות" ואקום טוב יותר ממשאבות כספית.

נעשו ניסיונות להשתמש בו בכורים גרעיניים, אך התוצאות של הניסיונות הללו בקושי יכולים להיחשב מוצלחים. לא רק שגליום לוכד נויטרונים באופן פעיל למדי (חתך רוחב 2.71 אסמים), הוא גם מגיב בטמפרטורות גבוהות עם רוב המתכות.

גליום לא הפך לחומר אטומי. נכון, האיזוטופ הרדיואקטיבי המלאכותי שלו 72Ga (עם זמן מחצית חיים של 14.2 שעות) משמש לאבחון סרטן העצמות. גליום-72 כלוריד וניטראט נספגים על ידי הגידול, ועל ידי זיהוי הקרינה האופיינית לאיזוטופ זה, הרופאים קובעים באופן כמעט מדויק את גודלן של תצורות זרות.

כפי שניתן לראות, האפשרויות המעשיות של אלמנט מס' 31 רחבות למדי. עדיין לא ניתן להשתמש בהם לחלוטין בשל הקושי להשיג גליום - יסוד נדיר למדי (1.5-10-3% ממשקל קרום כדור הארץ) ומפוזר מאוד.

ידועים מעט מינרלים מקוריים של גליום. המינרל הראשון והמפורסם ביותר שלו, gallite CuGaS2, התגלה רק בשנת 1956. מאוחר יותר, נמצאו שני מינרלים נוספים, שכבר נדירים מאוד.

בדרך כלל, גליום נמצא באבץ, אלומיניום, עפרות ברזל, כמו גם בפחם - כטומאה מינורית. ומה מאפיין: ככל שהטומאה הזו גדולה יותר, כך קשה יותר לחלץ אותה, כי יש יותר גליום בעפרות של אותן מתכות (,), הדומות לה בתכונותיהן. עיקר הגליום הארצי כלול במינרלי אלומיניום.

מיצוי גליום הוא "תענוג" יקר. לכן, אלמנט מספר 31 משמש בכמויות קטנות יותר מכל שכניו בטבלה המחזורית.

ייתכן, כמובן, שהמדע בעתיד הקרוב יגלה משהו בגליום שיהפוך אותו להכרחי ובלתי ניתן להחלפה, כפי שקרה עם יסוד אחר שחזה מנדלייב - גרמניום.

מחפש תקינות. תכונותיו של גליום נחזה על ידי D.I. מנדלייב חמש שנים לפני גילוי יסוד זה. הכימאי הרוסי המבריק ביסס את תחזיותיו על דפוסי השינויים בתכונות על פני קבוצות של המערכת המחזורית. אבל עבור Lecoq de Boisbaudran, גילוי הגליום לא היה תאונה משמחת. ספקטרוסקופ מוכשר, עוד ב-1863 גילה דפוסים בשינויים בספקטרום של יסודות בעלי תכונות דומות. בהשוואה בין הספקטרום של אינדיום ואלומיניום, הוא הגיע למסקנה שליסודות אלו עשוי להיות "אח" שהקווים שלו ימלאו את הפער בחלק הקצר של הספקטרום. בדיוק את הקו החסר הזה הוא חיפש ומצא בספקטרום של תערובת האבץ מבית פיירפיט.

משחק מילים? לפיו היסטוריונים של המדע רואים בשם יסוד מס' 31 לא רק פטריוטיות, אלא גם את חוסר הצניעות של מגלהו. מקובל להאמין שהמילה "גליום" מגיעה מהמילה הלטינית Gallia (צרפת). אבל אם תרצו, באותה מילה תוכלו לראות רמז למילה "תרנגול" 1 בלטינית "תרנגול" הוא gallus, בצרפתית - le coq. לקוק דה בויסבאודרן?

בהתאם לגיל, גליום לרוב מלווה את האלומיניום במינרלים. מעניין שהיחס בין יסודות אלו במינרל תלוי בזמן היווצרות המינרל. ב-feldspars יש אטום גליום אחד לכל 120 אלף אטומי אלומיניום. בנפלינים, שנוצרו הרבה יותר מאוחר, היחס הזה הוא כבר 1:6000, ובעץ מאובן אפילו "צעיר יותר" הוא רק 1:13.

פטנט ראשון. הפטנט הראשון לשימוש בגליום נלקח ממש בתחילת המאה ה-20. הם רצו להשתמש באלמנט מס' 31 במנורות קשת חשמלית.

גופרית מוחלפת, אפור מוגן על ידי גופרית. האינטראקציה של גליום עם חומצה גופרתית מתרחשת בצורה מעניינת. זה מלווה בשחרור של גופרית יסודית. יחד עם זאת, הוא עוטף את פני המתכת ומונע את פירוקה הנוסף. אם תשטוף את המתכת במים חמים, התגובה תתחדש ותמשיך עד שיצמח "עור" חדש של גופרית על הגאליום.

השפעה רעה. גליום נוזלי יוצר אינטראקציה עם רוב המתכות, ויוצר תרכובות בין-מתכתיות בעלות תכונות מכניות נמוכות למדי. זו הסיבה שמגע עם גליום גורם לחומרים מבניים רבים לאבד חוזק. העמיד ביותר בפני פעולת גליום: בטמפרטורות של עד 1000 מעלות צלזיוס, הוא מתנגד בהצלחה לתוקפנות של אלמנט מס' 31.

וגם אוקסיד! תוספות קלות של תחמוצת גליום משפיעות באופן משמעותי על תכונות התחמוצות של מתכות רבות. לפיכך, התערובת של Ga2O3 לתחמוצת אבץ מפחיתה משמעותית את יכולת הסינטר שלה. אבל בתחמוצת כזו יש הרבה יותר אבץ מאשר בתחמוצת טהורה. והמוליכות החשמלית של טיטניום דו חמצני יורדת בחדות כאשר מוסיפים Ga2O3.

כיצד מתקבל גליום. לא נמצאו מרבצים תעשייתיים של עפרות גליום בעולם. לכן יש להפיק גליום מעפרות אבץ ואלומיניום שדלים בו מאוד.

מכיוון שתכולת הגליום בהם אינה זהה, השיטות להשגת יסוד מס' 31 מגוונות למדי. תנו לנו לספר לכם, למשל, כיצד מופק גליום מתערובת אבץ, המינרל שבו התגלה יסוד זהראשון.

קודם כל, תערובת האבץ ZnS נורה, ואת אלה המתקבלים שוטפים עם חומצה גופרתית. ביחד עם רביםמתכות אחרות, גליום נכנס לתמיסה. אבץ סולפט שולט בתמיסה זו - המוצר העיקרי שיש לטהר מזיהומים, כולל גליום. במה ראשונהניקוי - שקיעה של מה שנקרא בוצת ברזל. עם נטרול הדרגתי של התמיסה החומצית, בוצה זו משקעת. 13 מסתבר שזה כ-10% אלומיניום, 15% ברזל ו(מה שהכי חשוב לנו עכשיו) 0.05-0.1% גליום. כדי להפיק גליום, הבוצה מושטפת עם חומצה או נתרן הידרוקסיד - גליום הידרוקסיד הוא אמפוטרי. השיטה האלקלינית נוחה יותר, שכן במקרה זה ניתן לייצר את הציוד מחומרים פחות יקרים.

בהשפעת אלקלי, אלומיניום ותרכובות גליום נכנסות לתמיסה. כאשר תמיסה זו מנוטרלת בזהירות, גליום הידרוקסיד משקע. אבל גם חלק מהאלומיניום נופל. לכן, המשקע מומס שוב, הפעם בחומצה הידרוכלורית. התוצאה היא תמיסה של גליום כלוריד, המזוהמת בעיקר באלומיניום כלוריד. ניתן להפריד אותם על ידי מיצוי. מוסיפים אתר ובניגוד ל-AlCl3, GaCl3 עובר כמעט לחלוטין לממס האורגני. השכבות מופרדות, האתר מזוקק, והגליום כלוריד שנוצר מטופל שוב בסודה קאוסטית מרוכזת כדי לזרז ולהפריד את טומאת הברזל מהגליום. מתכת גליום מתקבלת מתמיסה אלקלית זו. מתקבל על ידי אלקטרוליזה במתח של 5.5 V. גליום מושקע על קתודה נחושת.

כִּימִיָה

גליום מס' 31

תת קבוצת גליום. התוכן של כל חבר בתת-קבוצה זו בקרום כדור הארץ לאורך סדרת גליום (4-10~4%) - אינדיום (2-10~6) - תליום (8-10-7) יורד. כל שלושת היסודות מפוזרים בצורה קיצונית, ולא אופייני להם להימצא בצורת מינרלים מסוימים. להיפך, זיהומים קלים של תרכובותיהם מכילים עפרות של מתכות רבות. גא, אין ו-Ti מתקבלים מפסולת במהלך עיבוד עפרות כאלה.
במצב חופשי, גליום, אינדיום ותליום הם מתכות כסופים-לבן. הקבועים החשובים ביותר שלהם מושווים להלן:
Ga In Tl

תכונות פיזיקליות של גליום

צפיפות, g/cjH3 5.9 7.3 11.9
נקודת התכה, מעלות צלזיוס. . . 30 157 304
נקודת רתיחה, מעלות צלזיוס... . 2200 2020 1475
מוליכות חשמלית (Hg = 1). . 2 11 6

לפי קשיות גליוםקרוב להובלה, אין וטי - רך עוד יותר 6-13.
באוויר יבש, גליום ואינדיום אינם משתנים, ותליום מכוסה בסרט תחמוצת אפור. בחימום, כל שלושת היסודות מתחברים אנרגטית עם חמצן וגופרית. הם מקיימים אינטראקציה עם כלור וברום בטמפרטורות רגילות, אך עם יוד רק כאשר הם מחוממים. ממוקם בטווח המתח סביב ברזל, Ga, In ו-Ti מסיסים בחומצות.14' 15
הערכיות הנורמלית של גליום ואינדיום היא שלוש. תליום נותן נגזרות שבהן הוא תלת וחד ערכי. 18
תחמוצות גליום והאנלוגים שלו - Ga 2 O 3 לבן, In203 צהוב ו-T1203 חום - אינם מסיסים במים - ההידרוקסידים המקבילים E (OH) 3 (שניתן להשיג ממלחים) הם משקעים ג'לטינים, כמעט בלתי מסיסים במים, אבל מסיס בחומצות. White Ga ו-In hydroxides מסיסים גם בתמיסות של אלקליות חזקות עם היווצרות של גלטים ואינדאטים הדומים לאלומינטים. לכן, הם אמפוטריים בטבעם, והתכונות החומציות בולטות פחות ב-1n(OH) 3, ויותר בולטות ב-Ga(OH) 3 מאשר ב-Al(OH) 3. לפיכך, בנוסף לבסיסים חזקים, Ga(OH) 3 מסיס בתמיסות חזקות של NH 4 OH. להיפך, Ti(OH) 3 אדום-חום אינו מתמוסס באלקליות.
יוני Ga" ו-In" חסרי צבע, ליון Ti" יש צבע צהבהב. המלחים של רוב החומצות המופקות מהם מסיסים מאוד במים, אך עוברים הידרוליזה גבוהה; מבין המלחים המסיסים של חומצות חלשות, רבים עוברים הידרוליזה כמעט מלאה. בעוד שנגזרות של ערכיות נמוכות יותר Ga ו-In אינן אופייניות להן, עבור תליום אלו התרכובות שבהן הוא חד ערכי האופייניים ביותר. לכן, למלחי T13+ יש תכונות חמצון בולטות באופן ניכר.

תוספי גליום

1. כל שלושת חברי תת-הקבוצה הנבדקת התגלו באמצעות ספקטרוסקופ: 1 תליום - בשנת 1861, אינדיום - בשנת 1863 וגאליום - בשנת 1875. האחרון ביסודות אלה נחזה ותואר על ידי D. I. Mendeleev 4 שנים לפני גילויו (VI § 1). גליום טבעי מורכב מאיזוטופים בעלי המסה 69 (60.2%) ו-71 (39.8); אינדיום-113 (4.3) ו-115 (95.7); תליום - 203 (29.5) ו-205 (70.5%).
2. במצב היסוד, לאטומים של יסודות מתת-קבוצת גליום יש מבנה של קליפות אלקטרונים חיצוניות 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) והם חד ערכיים, i עירור של מצבים תלת ערכיים דורש עלויות של 108 (Ga) , 100 (In) או 129, (Ti ) קק"ל/ג-אטום. אנרגיות יינון רצופות הן 6.00; 20.51; 30.70 לגא; 5.785; 18.86; 28.03 עבור ב: 6.106; 20.42; 29.8 eV עבור T1. זיקת האלקטרונים של אטום התליום מוערכת ב-12 קק"ל/ג-אטום.
3. המינרל הנדיר גליט (CuGaS 2) ידוע בגליום. עקבות של יסוד זה נמצאים כל הזמן בעפרות אבץ. כמויות גדולות משמעותית ממנו: E (עד 1.5%) נמצאו באפר של כמה גחלים. עם זאת, חומר הגלם העיקרי לייצור תעשייתי של גליום הוא בוקסיט, המכיל לרוב זיהומים קלים (עד 0.1%). הוא מופק על ידי אלקטרוליזה מנוזלים אלקליים, שהם תוצר ביניים של עיבוד בוקסיט טבעי לאלומינה טכנית. הייצור הגלובלי השנתי של גליום הוא כיום רק כמה טונות, אך ניתן להגדילו באופן משמעותי.
4. אינדיום מתקבל בעיקר כתוצר לוואי במהלך העיבוד המורכב של עפרות גופרית Zn, Pb ו-Cu. הייצור הגלובלי השנתי שלו מסתכם בכמה עשרות טונות.
5. התליום מרוכז בעיקר בפיריט (FeS2). לכן, בוצה מייצור חומצה גופרתית היא חומר גלם טוב להשגת יסוד זה. הייצור הגלובלי השנתי של תליום קטן מזה של אינדיום, אך גם מסתכם בעשרות טונות.
6. כדי לבודד את Ga, In ו-T1 במצב חופשי, משתמשים באלקטרוליזה של תמיסות המלחים שלהם או בליבון של התחמוצות בזרם מימן. לחום של היתוך ואידוי מתכות יש את הערכים הבאים: 1.3 ו-61 (Ga), 0.8 ו-54 (In), 1.0 ו-39 קק"ל/ג-אטום (T1). חום הסובלימציה שלהם (ב-25 מעלות צלזיוס) הם 65 (Ga), 57 (In) ו-43 קק"ל/ג-אטום (T1). בזוגות, כל שלושת היסודות מורכבים כמעט אך ורק ממולקולות מונטומיות.
7. סריג הגביש של גליום נוצר לא על ידי אטומים בודדים (כפי שמקובל למתכות), אלא על ידי מולקולות דו-אטומיות (rf = 2.48A). לכן הוא מייצג מקרה מעניין של דו-קיום של מבנים מולקולריים ומתכתיים (III § 8). מולקולות Ga2 נשמרות גם בגליום נוזלי, שצפיפותו (6.1 גרם/ס"מ) גדולה מצפיפות המתכת המוצקה (אנלוגיה עם מים וביסמוט). עלייה בלחץ מלווה בירידה בטמפרטורת ההיתוך של גליום. בלחצים גבוהים, בנוסף לשינוי הרגיל (גל), נקבע קיומן של שתי צורות נוספות. נקודות משולשות (עם פאזה נוזלית) נמצאות עבור Gal - Gall ב-12 אלף אטמוספירה ו-3 מעלות צלזיוס, ועבור Gall - Gall ב-30 אלף אטמוספירה ו-45 מעלות צלזיוס.
8. גליום נוטה מאוד להיפותרמיה, וניתן היה לשמור אותו במצב נוזלי עד -40 מעלות צלזיוס. התגבשות מהירה חוזרת ונשנית של התכה מקוררת-על יכולה לשמש שיטה לטיהור גליום. במצב טהור מאוד (99.999%), הוא הושג על ידי זיקוק אלקטרוליטי, כמו גם על ידי הפחתת GaCl3 מטוהרת בקפידה עם מימן. נקודת הרתיחה הגבוהה שלו והתרחבותו האחידה למדי בחימום הופכים את גליום לחומר בעל ערך למילוי מדי חום בטמפרטורה גבוהה. למרות הדמיון החיצוני שלה לכספית, המסיסות ההדדית של שתי המתכות נמוכה יחסית (בטווח שבין 10 ל-95 מעלות צלזיוס היא נעה בין 2.4 ל-6.1 אחוז אטומי עבור Ga ב-Hg ומ-1.3 ל-3.8 אחוז אטומי עבור Hg ב-Ga) . בניגוד לכספית, גליום נוזלי אינו ממיס מתכות אלקליות ומרטיב היטב משטחים לא מתכתיים רבים. בפרט, זה חל על זכוכית, על ידי מריחת גליום שניתן להשיג עליהן מראות המחזירות אור חזק (עם זאת, יש עדויות לכך שגליום טהור מאוד, שאינו מכיל זיהומי אינדיום, אינו מרטיב זכוכית). השקעת גליום על בסיס פלסטיק משמשת לעתים לייצור מהיר של מעגלי רדיו. סגסוגת של 88% Ga ו-12% Sn נמסה ב-15 מעלות צלזיוס, וכמה סגסוגות אחרות המכילות גליום (לדוגמה, 61.5% Bi, 37.2 - Sn ו-1.3 - Ga) הוצעו עבור סתימות שיניים. הם אינם משנים את נפחם עם הטמפרטורה ומחזיקים מעמד היטב. גליום יכול לשמש גם כחומר איטום לשסתומים בטכנולוגיית ואקום. עם זאת, יש לזכור כי בטמפרטורות גבוהות הוא אגרסיבי גם כלפי זכוכית וגם כלפי מתכות רבות.
9. בקשר לאפשרות להרחיב את ייצור הגליום, בעיית ההטמעה (כלומר, שליטה באמצעות תרגול) של יסוד זה ותרכובותיו הופכת לדחופה, מה שמצריך מחקר כדי למצוא אזורים לשימוש רציונלי שלהם. יש מאמר סקירה ומונוגרפיות על גליום.
10. כושר הדחיסה של אינדיום גבוה מעט מזו של אלומיניום (ב-10 אלף אטמוספירה הנפח הוא 0.84 מהמקור). עם הגדלת הלחץ, ההתנגדות החשמלית שלו יורדת (ל-0.5 מהמקור ב-70 אלף אטמוספירה) וטמפרטורת ההיתוך עולה (עד 400 מעלות צלזיוס ב-65 אלף אטמוספירה). מקלות מתכת אינדיום מתכווצים כשהם מכופפים, כמו פח. זה משאיר סימן כהה על הנייר. שימוש חשוב באינדיום קשור לייצור של מיישרי זרם חילופין גרמניום (X § 6 הוספה 15). בשל יכולת ההתמזגות הנמוכה שלו, הוא יכול לשמש כחומר סיכה במיסבים.
11. הכנסת כמות קטנה של אינדיום לסגסוגות נחושת מגבירה מאוד את עמידותם למי ים, והוספת אינדיום לכסף משפרת את הברק שלו ומונעת הכתמה באוויר. תוספת אינדיום מעניקה חוזק מוגבר לסגסוגות לסתימות שיניים. ציפוי אלקטרוליטי של מתכות אחרות באינדיום מגן עליהן היטב מפני קורוזיה. סגסוגת של אינדיום עם בדיל (1:1 במשקל) מלחימה זכוכית היטב לזכוכית או למתכת, וסגסוגת של 24% In ו-76% Ga נמסה ב-16 מעלות צלזיוס. סגסוגת של 18.1% In עם 41.0 - Bi, 22.1 - Pb, 10.6 - Sn ו-8.2 - Cd, הנמסה ב-47 מעלות צלזיוס, משמשת רפואית לשברים מורכבים בעצמות (במקום גבס). יש מונוגרפיה על הכימיה של אינדיום
12. כושר הדחיסה של תליום זהה לזו של אינדיום, אך ידועים בו שני שינויים אלוטרופיים (משושים וקוביים), שנקודת המעבר ביניהם נמצאת ב-235 מעלות צלזיוס. בלחץ גבוה מתעורר עוד אחד. הנקודה המשולשת של כל שלוש הצורות נמצאת ב-37 אלף אטמוספירה ו-110 מעלות צלזיוס. לחץ זה מתאים לירידה פתאומית של פי 1.5 בערך בהתנגדות החשמלית של המתכת (שב-70 אלף אטמוספירה היא בערך 0.3 מהנורמה). תחת לחץ של 90 אלף אטם, הצורה השלישית של תליום נמסה ב-650 מעלות צלזיוס.
13. התליום משמש בעיקר לייצור סגסוגות עם פח ועופרת, בעלות עמידות גבוהה לחומצות. בפרט, סגסוגת בהרכב של 70% Pb, 20% Sn ו-10% T1 עמידה היטב בפעולת תערובות של חומצות גופרית, הידרוכלוריות וחנקתיות. יש מונוגרפיה על תליום.
14. גליום ואינדיום קומפקטי יציבים ביחס למים, ותליום בנוכחות אוויר נהרס על ידו באיטיות מפני השטח. גליום מגיב רק לאט עם חומצה חנקתית, אבל תליום מגיב בעוצמה רבה. להיפך, חומצה גופרתית, ובמיוחד הידרוכלורית, ממיסה בקלות את Ga ו-In, בעוד ש-T1 מתקשר איתם הרבה יותר לאט (עקב היווצרות סרט מגן של מלחים מסיסים בקושי על פני השטח). תמיסות של אלקליות חזקות ממיסות בקלות גליום, פועלות רק באיטיות על אינדיום ואינן מגיבות עם תליום. גליום גם מתמוסס בצורה ניכרת ב-NH4OH. תרכובות נדיפות של כל שלושת היסודות צובעות את הלהבה חסרת הצבע בצבעים אופייניים: Ga - כמעט בלתי נראה לעין סגול כהה (L = 4171 A), In - כחול כהה (L = 4511 A), T1 - ירוק אזמרגד (A, = 5351 א).
15. נראה כי גליום ואינדיום אינם רעילים. להיפך, התליום רעיל מאוד, ופעולתו דומה ל-Pb ו-As. זה משפיע על מערכת העצבים, מערכת העיכול והכליות. תסמינים של הרעלה חריפה אינם מופיעים מיד, אלא לאחר 12-20 שעות. עם הרעלה כרונית המתפתחת באיטיות (כולל דרך העור), תסיסה והפרעות שינה נצפות בעיקר. ברפואה משתמשים בתכשירי תליום להסרת שיער (לחזזיות וכו'). מלחי תליום מצאו שימוש בקומפוזיציות זוהרות כחומרים המגדילים את משך הזוהר. הם גם התבררו כתרופה טובה נגד עכברים וחולדות.
16. בסדרת המתח, גליום נמצא בין Zn ל-Fe, ואינדיום ותליום נמצאים בין Fe ל-Sn. מעברי Ga ו-In לפי הסכמה E+3 + Ze = E תואמים לפוטנציאלים נורמליים: -0.56 ו-0.33 V (במדיום חומצי) או -1.2 ו-1.0 V (במדיום בסיסי). תליום הופך על ידי חומצות למצב חד ערכי (פוטנציאל נורמלי -0.34 V). המעבר T1+3 + 2e = T1+ מאופיין בפוטנציאל תקין של + 1.28 V בסביבה חומצית או +0.02 V בסביבה בסיסית.
17. חום ההיווצרות של תחמוצות E2O3 של גליום והאנלוגים שלו יורדים בסדרות 260 (Ga), 221 (In) ו-93 קק"ל/מול (T1). כאשר מחומם באוויר, גליום מתחמצן למעשה רק ל-GaO. לכן, Ga2O3 מתקבל בדרך כלל על ידי ייבוש של Ga(OH)3. אינדיום, כאשר מחומם באוויר, יוצר In2O3, ותליום יוצר תערובת של T12O3 ו-T120 עם תכולה גבוהה יותר של תחמוצת גבוהה יותר, ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר. ניתן לחמצן תליום עד T1203 על ידי פעולת האוזון.
18. המסיסות של תחמוצות E2O3 בחומצות עולה לאורך סדרת Ga - In - Tl. באותה סדרה, עוצמת הקשר של היסוד עם חמצן פוחתת: Ga2O3 נמס ב-1795°C ללא פירוק, 1n203 הופך ל-1n304 רק מעל 850°C, ו-T1203 מרוסק דק מתחיל להתפצל חמצן כבר בערך ב-90° ג. עם זאת, נדרשות טמפרטורות גבוהות בהרבה כדי להמיר לחלוטין את T1203 ל-T120. בלחץ חמצן עודף, 1p203 נמס ב-1910 מעלות צלזיוס, ו-T1203 - ב-716 מעלות צלזיוס.
19. חום ההידרציה של תחמוצות לפי הסכימה E203 + ZH20 = 2E(OH)3 הם +22 קק"ל (Ga), +1 (In) ו-45 (T1). בהתאם לכך, הקלות בסילוק המים על ידי הידרוקסידים עולה מ-Ga ל-T1: אם Ga(OH)3 מתייבש לחלוטין רק עם הסתיידות, אז T1(OH)3 הופך ל-T1203 גם כשהוא עומד מתחת לנוזל ממנו הוא עומד. היה מבודד.
20. בעת נטרול תמיסות חומציות של מלחי גליום, ההידרוקסיד שלו משקע בערך בטווח ה-pH = 3-4. Ga(OH)3 שירד טרי מסיס מאוד בתמיסות אמוניה חזקות, אך ככל שהוא מזדקן, המסיסות פוחתת יותר ויותר. הנקודה האיזואלקטרית שלו נמצאת ב-pH = 6.8, ו-PR = 2 10~37. עבור 1n(OH)3 נמצא ש-PR = 1 10-31, ועבור T1(OH)3 - 1 10~45.
21. עבור קבועי הדיסוציאציה השני והשלישי של Ga(OH)3 עבור סוגים חומציים ובסיסיים, נקבעו הערכים הבאים:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. S-P / NW = 4 -10 12
לפיכך, גליום הידרוקסיד מייצג מקרה של אלקטרוליט קרוב מאוד לאמפוטריות אידיאלית.

1. ההבדל בתכונות החומציות של גליום הידרוקסידים והאנלוגים שלה בא לידי ביטוי בבירור כאשר הם מקיימים אינטראקציה עם תמיסות של אלקליות חזקות (NaOH, KOH). גליום הידרוקסיד מתמוסס בקלות ויוצר גלטים מסוג M, שהם יציבים הן בתמיסה והן במצב מוצק. כאשר הם מחוממים, הם מאבדים בקלות מים (מלח Na ב-120, מלח K ב-137 מעלות צלזיוס) והופכים למלחים מימיים מתאימים מסוג MGa02. גלאטי מתכת דו ערכיים (Ca, Sr) המתקבלים מתמיסות מאופיינים בסוג אחר - M3 ■ 2H20, שגם הם כמעט בלתי מסיסים. הם עוברים הידרוליזה מלאה על ידי מים.
   תליום הידרוקסיד מופרז בקלות על ידי אלקליות חזקות (עם היווצרות סול שלילי), אך אינו מסיס בהם ואינו מייצר טלאטים. בשיטה יבשה (על ידי מיזוג תחמוצות עם הקרבונטים המתאימים), התקבלו נגזרות מסוג ME02 עבור כל שלושת היסודות של תת-קבוצת הגאליום. עם זאת, במקרה של תליום, התברר שהם תערובות של תחמוצות.
   1. הרדיוסים האפקטיביים של יוני Ga3+, In3* ו-T13* הם 0.62, 0.92 ו-1.05 A, בהתאמה. בסביבה מימית, הם כנראה מוקפים ישירות בשש מולקולות מים. יונים הלחוזים כאלה מפורקים במידה מסוימת לפי הסכימה E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, וקבועי הניתוק שלהם נאמדים ב-3 ■ 10-3° (Ga) ו-2 10-4 (In) .
   2. מלחי ההלידים Ga3+, In3* ו-T13*' דומים בדרך כלל למלחי A13* המקבילים. בנוסף לפלואורידים, הם מתיכים יחסית ומסיסים מאוד לא רק במים, אלא גם במספר ממיסים אורגניים. רק ה-Gal3 הצהובים צבועים.

   לא ניתן יהיה למצוא מרבצים גדולים בטבע, מכיוון שהוא פשוט לא יוצר אותם. ברוב המקרים ניתן למצוא אותו במינרלים של עפרות או גרמניט, שם יש סיכוי למצוא בין 0.5 ל-0.7% ממתכת זו. ראוי גם להזכיר כי ניתן להשיג גליום גם על ידי עיבוד נפילין, בוקסיט, עפרות פולי מתכתיות או פחם. ראשית מתקבלת המתכת שעוברת עיבוד: כביסה במים, סינון וחימום. וכדי להשיג מתכת זו באיכות גבוהה, נעשה שימוש בתגובות כימיות מיוחדות. ניתן לראות רמה גבוהה של ייצור גליום במדינות אפריקה, במיוחד בדרום מזרח, רוסיה ואזורים אחרים.

   באשר לתכונותיה של מתכת זו, צבעה הוא כסף, ובטמפרטורות נמוכות היא יכולה להישאר במצב מוצק, אך לא יקשה עליה להתמוסס אם הטמפרטורה גבוהה אפילו מעט מטמפרטורת החדר. מאחר שמתכת זו דומה בתכונותיה לאלומיניום, היא מועברת באריזות מיוחדות.

   שימושים של גליום

   יחסית לאחרונה, גליום שימש לייצור סגסוגות נמסות. אבל היום אפשר למצוא אותו במיקרואלקטרוניקה, שם משתמשים בו עם מוליכים למחצה. חומר זה טוב גם כחומר סיכה. אם משתמשים בגליום או סקנדיום ביחד, אז ניתן להשיג דבקי מתכת באיכות מעולה. בנוסף, מתכת גליום עצמה יכולה לשמש כחומר מילוי במדחום קוורץ, שכן יש לה נקודת רתיחה גבוהה יותר מאשר כספית.

   בנוסף, ידוע שגליום משמש לייצור מנורות חשמליות, יצירת מערכות אותות ונתיכים. ניתן למצוא מתכת זו גם במכשירים אופטיים, בפרט, כדי לשפר את התכונות הרפלקטיביות שלהם. גליום משמש גם בתרופות או רדיו-פרמצבטיקה.

   אך יחד עם זאת, מתכת זו היא אחת היקרות ביותר, וחשוב מאוד לבסס ממנה מיצוי איכותי בעת ייצור אלומיניום ועיבוד פחם לדלק, מכיוון שגליום טבעי ייחודי נמצא כיום בשימוש נרחב בשל תכונותיו הייחודיות. .

   עדיין לא ניתן היה לסנתז את היסוד, למרות שננוטכנולוגיה נותנת תקווה למדענים העובדים עם גליום.

   הַגדָרָה

   גליום- אלמנט שלושים ואחד של הטבלה המחזורית. ייעוד - Ga מהלטינית "גליום". ממוקם בתקופה הרביעית, קבוצת IIIA. מתייחס למתכות. המטען הגרעיני הוא 31.

   גליום הוא יסוד נדיר ואינו מופיע בטבע בשום ריכוז משמעותי. הוא מתקבל בעיקר מתרכיזי אבץ לאחר התכת אבץ מהם.

   במצבו החופשי, גליום הוא מתכת כסוף-לבנה (איור 1) רכה עם נקודת התכה נמוכה. הוא די יציב באוויר, אינו מפרק מים, אך מתמוסס בקלות בחומצות ובאלקליות.

   אורז. 1. גליום. מראה חיצוני.

   מסה אטומית ומולקולרית של גליום

   המסה המולקולרית היחסית של חומר (M r) היא מספר המראה כמה פעמים המסה של מולקולה נתונה גדולה מ-1/12 מסה של אטום פחמן, והמסה האטומית היחסית של יסוד (A r) היא כמה פעמים המסה הממוצעת של אטומים של יסוד כימי גדולה מ-1/12 מסה של אטום פחמן.

   מכיוון שגליום קיים במצב חופשי בצורה של מולקולות Ga מונוטומיות, ערכי המסה האטומית והמולקולרית שלו עולים בקנה אחד. הם שווים ל-69.723.

   איזוטופים של גליום

   ידוע שבטבע ניתן למצוא גליום בצורה של שני איזוטופים יציבים 69 Ga (60.11%) ו-71 Ga (39.89%). מספרי המסה שלהם הם 69 ו-71, בהתאמה. הגרעין של אטום של איזוטופ גליום 69 Ga מכיל שלושים ואחד פרוטונים ושלושים ושמונה נויטרונים, והאיזוטופ 71 Ga מכיל אותו מספר של פרוטונים וארבעים נויטרונים.

   ישנם איזוטופים רדיואקטיביים מלאכותיים לא יציבים של גליום עם מספרי מסה מ-56 עד 86, כמו גם שלושה מצבים איזומריים של גרעינים, ביניהם האיזוטופ 67 Ga בעל החיים הארוך ביותר עם זמן מחצית חיים של 3.26 ימים.

   יוני גליום

   ברמת האנרגיה החיצונית של אטום הגליום ישנם שלושה אלקטרונים, שהם ערכיות:

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

   כתוצאה מאינטראקציה כימית, גליום מוותר על אלקטרוני הערכיות שלו, כלומר. הוא התורם שלהם, והופך ליון טעון חיובי:

   Ga 0 -2e → Ga 2+ ;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   מולקולת גליום ואטום

   במצב חופשי, גליום קיים בצורה של מולקולות Ga חד-אטומיות. להלן כמה תכונות המאפיינות את האטום והמולקולה של גליום:

   סגסוגות גליום

   על ידי הוספת גליום לאלומיניום מתקבלות סגסוגות הניתנות לעיבוד חם בקלות; סגסוגות זהב-גליום משמשות בתותבות דנטליות ותכשיטים.

   דוגמאות לפתרון בעיות

   דוגמה 1

   תרגיל	לגליום טבעי יש שני איזוטופים. התוכן של איזוטופ 71 Ga הוא 36%. מצא איזוטופ אחר אם המסה האטומית הממוצעת הממוצעת של היסוד גליום היא 69.72. קבע את מספר הנייטרונים באיזוטופ שנמצא.
   פִּתָרוֹן	תן למספר המסה של איזוטופ הגאליום השני להיות שווה ל- "x" - x Ga. הבה נקבע את התוכן של איזוטופ הגליום השני בטבע: w(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64%. המסה האטומית הממוצעת הממוצעת של יסוד כימי מחושבת כך: Ar = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; לכן, האיזוטופ השני של גליום הוא 69 Ga. המספר האטומי של גליום הוא 31, כלומר הגרעין של אטום גליום מכיל 31 פרוטונים ו-31 אלקטרונים, ומספר הנייטרונים שווה ל: n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (מספר יסוד) = 69 - 31 = 38.
   תשובה	איזוטופ 69 Ga, המכיל 38 נויטרונים ו-31 פרוטונים.

   דוגמה 2

   תרגיל	מבחינת תכונותיו הכימיות, גליום דומה ליסוד אחר – אלומיניום. על סמך הדמיון הזה, רשום את הנוסחאות של תחמוצות והידרוקסידים המכילים גליום, וגם צור משוואות תגובה המאפיינות את התכונות הכימיות של יסוד זה.
   תשובה	גליום, כמו אלומיניום, ממוקם בקבוצה III של תת-הקבוצה הראשית של הטבלה המחזורית D.I. מנדלייב. בתרכובות שלו, כמו אלומיניום, הוא מציג מצב חמצון (+3). גליום מאופיין בתחמוצת אחת (Ga 2 O 3) והידרוקסיד אחד (Ga(OH) 3), המציגים תכונות אמפוטריות. Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;