갈륨은 원자 번호 31인 D.I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 네 번째 기간의 세 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 기호는 Ga(lat. 갈륨). 경금속 그룹에 속합니다. 갈륨 단체는 푸르스름한 색조를 띠는 은백색의 부드럽고 연성 금속입니다.

원자 번호 - 31

원자 질량 - 69.723

밀도, kg/m² - 5910

녹는점, °C - 29.8

열용량, kJ/(kg °C) - 0.331

전기 음성도 - 1.8

공유결합 반경, Å - 1.26

1차 이온화 잠재력, eV - 6.00

갈륨 발견의 역사

프랑스 화학자 Paul Emile Lecoq de Boisbaudran은 갈륨(1875), 사마륨(1879) 및 디스프로슘(1886)이라는 세 가지 새로운 원소의 발견자로 역사상 기록되었습니다. 이 발견 중 첫 번째 발견은 그에게 명성을 가져다주었습니다.

그 당시 그는 프랑스 밖에서는 거의 알려지지 않았습니다. 그는 38세였으며 주로 분광학 연구에 종사했습니다. Lecoq de Boisbaudran은 훌륭한 분광학자였으며 이것이 궁극적으로 성공으로 이어졌습니다. 그는 스펙트럼 분석을 통해 세 가지 요소를 모두 발견했습니다.

1875년 Lecoq de Boisbaudran은 Pierrefitte(피레네 산맥)에서 가져온 아연 혼합물의 스펙트럼을 조사했습니다. 이 스펙트럼에서 새로운 보라색 선이 발견되었습니다. 새로운 선은 광물에 알려지지 않은 원소가 존재한다는 것을 나타냈으며, 당연히 Lecoq de Boisbaudran은 이 원소를 분리하기 위해 모든 노력을 기울였습니다. 이는 실행하기 어려운 것으로 드러났습니다. 광석에 포함된 새로운 원소의 함량은 0.1% 미만이었고 여러 면에서 아연*과 유사했습니다. 오랜 실험 끝에 과학자는 새로운 요소를 얻었지만 그 양은 매우 적었습니다. 너무 작아서(0.1g 미만) Lecoq de Boisbaudran은 물리적, 화학적 특성을 완전히 연구할 수 없었습니다.

갈륨의 발견(이것이 프랑스를 기리기 위해 새로운 원소의 이름이 붙여진 방식입니다(Gallia는 라틴어 이름입니다))은 파리 과학 아카데미의 보고서에 나타났습니다.

이 메시지는 D.I님이 읽었습니다. 멘델레예프는 5년 전에 예측했던 갈륨 에카-알루미늄을 발견했습니다. Mendeleev는 즉시 파리에 편지를 썼습니다. “발견 및 분리 방법과 설명된 몇 가지 특성을 통해 우리는 새로운 금속이 다름 아닌 에카-알루미늄이라고 믿게 되었습니다.”라고 그의 편지는 말했습니다. 그런 다음 그는 해당 요소에 대해 예측된 특성을 반복했습니다. 더욱이 갈륨 알갱이를 손에 쥐지도 않고 직접 보지도 않은 채 러시아 화학자는 원소 발견자가 틀렸다고 주장했으며 새로운 금속의 밀도는 Lecoq de Boisbaudran이 쓴 것처럼 4.7과 같을 수 없다고 주장했습니다. - 대략 5.9...6.0 g/cm 3 이상이어야 합니다! 그러나 경험은 그 반대를 보여주었습니다. 발견자는 착각했습니다. 멘델레예프가 예측한 첫 번째 원소의 발견은 주기법칙의 입지를 크게 강화했습니다.

지각의 평균 갈륨 함량은 19g/t입니다. 갈륨은 이중 지구화학적 특성을 지닌 전형적인 미량원소입니다. 갈륨의 유일한 광물인 갈라이트 CuGaS 2는 매우 드뭅니다. 갈륨의 지구화학은 알루미늄의 지구화학과 밀접한 관련이 있는데, 이는 알루미늄의 물리화학적 특성이 유사하기 때문입니다. 암석권에 있는 갈륨의 주요 부분은 알루미늄 광물에 포함되어 있습니다. 주요 암석 형성 원소(Al, Fe 등)와 결정 화학적 특성의 유사성 및 이들과의 광범위한 동형 가능성으로 인해 갈륨은 상당한 클라크 값에도 불구하고 큰 축적을 형성하지 않습니다. 갈륨 함량이 높은 다음과 같은 광물이 구분됩니다: 섬아연석(0 – 0.1%), 자철석(0 – 0.003%), 석석(0 – 0.005%), 석류석(0 – 0.003%), 베릴(0 – 0.003%) , 토르말린(0 – 0.01%), 스포듀민(0.001 – 0.07%), 금운모(0.001 – 0.005%), 흑운모(0 – 0.1%), 백운모(0 – 0.01%), 견운모(0 – 0.005%), 나비석 (0.001 – 0.03%), 녹니석(0 – 0.001%), 장석(0 – 0.01%), 네펠린(0 – 0.1%), 헥마나이트(0.01 – 0.07%), 나트로라이트(0 – 0.1%).

아마도 갈륨의 가장 유명한 특성은 녹는점(29.76°C)일 것입니다. 주기율표에서 수은 다음으로 가용성이 두 번째로 높은 금속입니다. 이를 통해 손에 쥐고 있는 동안 금속을 녹일 수 있습니다. 갈륨은 용융물이 응고될 때 팽창하는 몇 안 되는 금속 중 하나입니다(다른 금속은 Bi, Ge입니다).

결정질 갈륨은 여러 가지 다형성 변형을 가지지만, 매개변수 a = 4.5186 Å, b = 7.6570 Å, c = 4.5256 Å인 사방정계(유사-사각형) 격자를 갖는 단 하나(I)만이 열역학적으로 안정합니다. 갈륨의 다른 변형(β, γ, δ, ε)은 과냉각 분산 금속에서 결정화되어 불안정합니다. 높은 압력에서 갈륨 II 및 III의 두 가지 다형성 구조가 각각 입방형 격자와 정방형 격자를 갖는 것으로 관찰되었습니다.

T=20°C의 온도에서 고체 상태의 갈륨 밀도는 5.904g/cm3입니다.

갈륨의 특징 중 하나는 액체 상태로 존재할 수 있는 온도 범위가 넓다는 것(30~2230°C)과 동시에 최대 1100~1200°C의 온도에서는 증기압이 낮다는 것입니다. 온도 범위 T=0~24 °C에서 고체 갈륨의 비열 용량은 376.7 J/kg K (0.09 cal/g deg.)이고, T=29~100 °C - 410 J/ kg의 액체 상태에서 K(0.098cal/g도).

고체 및 액체 상태의 전기 저항률은 각각 53.4·10−6 ohm·cm(T=0°C에서) 및 27.2·10−6 ohm·cm(T=30°C에서)입니다. 다양한 온도에서 액체 갈륨의 점도는 T=98°C에서 1.612poise이고 T=1100°C에서 0.578poise입니다. 30°C, 수소 대기에서 측정된 표면 장력은 0.735n/m입니다. 파장 4360Å과 5890Å에 대한 반사율은 각각 75.6%와 71.3%입니다.

천연 갈륨은 69 Ga(61.2%)와 71 Ga(38.8%) 두 가지 동위원소로 구성됩니다. 이들에 대한 열중성자 포획 단면적은 각각 2.1·10−28m² 및 5.1·10−28m²입니다.

갈륨은 독성이 낮은 원소입니다. 용융 온도가 낮기 때문에 용융 갈륨에 잘 젖지 않는 폴리에틸렌 백에 갈륨 잉곳을 운반하는 것이 좋습니다. 한때 금속은 충전재(아말감 대신)를 만드는 데 사용되기도 했습니다. 이 적용은 구리 분말을 용융된 갈륨과 혼합하면 페이스트가 얻어지고 몇 시간 후에 경화되고(금속간 화합물의 형성으로 인해) 녹지 않고 최대 600도까지 가열을 견딜 수 있다는 사실을 기반으로 합니다.

고온에서 갈륨은 매우 공격적인 물질입니다. 500°C 이상의 온도에서는 텅스텐을 제외한 거의 모든 금속과 기타 많은 재료를 부식시킵니다. 석영은 최대 1100°C의 용융 갈륨에 내성이 있지만 석영(및 대부분의 다른 유리)이 이 금속에 많이 젖어 있다는 사실로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 즉, 갈륨은 단순히 석영 벽에 달라붙을 것입니다.

갈륨의 화학적 성질은 알루미늄의 화학적 성질과 유사합니다. 공기 중의 금속 표면에 형성된 산화막은 갈륨이 더 이상 산화되지 않도록 보호합니다. 압력 하에서 가열하면 갈륨은 물과 반응하여 다음 반응에 따라 GaOOH 화합물을 형성합니다.

2Ga + 4H2O = 2GaOOH + 3H 2.

갈륨은 무기산과 반응하여 수소를 방출하고 염을 형성하며 반응은 실온 이하에서도 발생합니다.

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

알칼리와 탄산칼륨, 탄산나트륨과의 반응 생성물은 Ga(OH) 4 - 및 Ga(OH) 6 3 - 및 Ga(OH) 2 - 이온을 포함하는 수산화갈산염입니다.

2Ga + 6H2O + 2NaOH = 2Na + 3H2

갈륨은 할로겐과 반응합니다. 염소 및 불소와의 반응은 실온에서 브롬과 함께 발생합니다. 이미 -35 °C (약 20 °C - 점화 시)에서 가열되면 요오드와의 상호 작용이 시작됩니다.

갈륨은 수소, 탄소, 질소, 규소 및 붕소와 상호 작용하지 않습니다.

고온에서 갈륨은 다양한 물질을 파괴할 수 있으며 그 효과는 다른 금속을 녹이는 것보다 강력합니다. 따라서 흑연과 텅스텐은 최대 800°C까지 갈륨 용융에 저항하고, 알런덤과 베릴륨 산화물 BeO는 최대 1000°C까지, 탄탈륨, 몰리브덴 및 니오븀은 최대 400~450°C까지 저항합니다.

대부분의 금속에서 갈륨은 비스무트를 제외하고 아연, 스칸듐 및 티타늄 하위 그룹의 금속을 제외하고 갈라이드를 형성합니다. V 3 Ga 갈라이드 중 하나는 16.8K의 초전도 상태로의 전이 온도가 다소 높습니다.

갈륨은 고분자 수소화물을 형성합니다.

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.

BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - 계열에서는 이온의 안정성이 감소합니다. BH 4 이온은 수용액에서 안정적이며 AlH 4 및 GaH 4는 빠르게 가수분해됩니다.

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

Ga(OH) 3 및 Ga 2 O 3가 산에 용해되면 아쿠아 복합체 3+가 형성되므로 갈륨 염은 염화 갈륨 GaCl 3 * 6H 2 O와 같은 결정성 수화물 형태로 수용액에서 분리됩니다. 갈륨 칼륨 명반 KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

갈륨과 황산 사이에 흥미로운 상호작용이 발생합니다. 이는 원소 황의 방출을 동반합니다. 이 경우 황은 금속 표면을 감싸서 금속이 더 이상 용해되는 것을 방지합니다. 뜨거운 물로 금속을 세척하면 반응이 재개되어 갈륨에 새로운 황 "껍질"이 자랄 때까지 계속됩니다.

• Ga2H6- 휘발성 액체, 녹는점 -21.4 °C, 끓는점 139 °C. 리튬 또는 탈륨 수화물이 함유된 에테르 현탁액에서는 LiGaH 4 및 TlGaH 4 화합물을 형성합니다. 테트라메틸디갈란을 트리에틸아민으로 처리하여 형성됩니다. 디보란처럼 바나나 결합이 있습니다.

• Ga2O3- 흰색 또는 노란색 분말, 융점 1795 °C. 두 가지 수정 형태로 존재합니다. α- Ga 2 O 3 - 밀도가 6.48 g/cm3인 무색 삼각 결정으로 물에 약간 용해되고 산에 용해됩니다. β- Ga 2 O 3 - 밀도가 5.88 g/cm3인 무색 단사정 결정으로 물, 산 및 알칼리에 약간 용해됩니다. 갈륨 금속을 공기 중에서 260°C 또는 산소 분위기에서 가열하거나 질산갈륨 또는 황산갈륨을 하소하여 얻습니다. ΔH° 298(샘플) -1089.10 kJ/mol; ΔG° 298(샘플) -998.24 kJ/mol; S° 298 84.98 J/mol*K. 알루미늄에 비해 기본 특성이 향상되었지만 양쪽성 특성을 나타냅니다.

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- 3가 갈륨염 용액을 알칼리 금속의 수산화물 및 탄산염(pH 9.7)으로 처리하면 젤리 같은 침전 형태로 떨어집니다. 농축암모니아 및 농축탄산암모늄용액에 녹고, 끓이면 침전된다. 가열하면 수산화 갈륨은 GaOOH로 변환된 다음 Ga 2 O 3 *H 2 O로, 마지막으로 Ga 2 O 3로 변환될 수 있습니다. 3가 갈륨염을 가수분해하여 얻을 수 있습니다.

• GaF 3- 백색 분말. 녹는점 >1000 °C, 끓는점 950 °C, 밀도 - 4.47 g/cm3. 물에 약간 용해됩니다. GaF 3 ·3H 2 O 결정성 수화물은 불소 분위기에서 산화 갈륨을 가열하여 얻어지는 것으로 알려져 있습니다.

• GaCl3- 무색 흡습성 결정. 녹는점은 78°C, 끓는점은 215°C, 밀도는 2.47g/cm3입니다. 물에 잘 풀어보자. 수용액에서 가수분해됩니다. 요소에서 직접 얻습니다. 유기 합성의 촉매제로 사용됩니다.

• GaBr 3- 무색 흡습성 결정. 122°C에서 녹고, 279°C에서 끓입니다. 밀도 - 3.69g/cm3. 물에 용해됩니다. 수용액에서 가수분해됩니다. 암모니아에 약간 용해됩니다. 요소에서 직접 얻습니다.

• 갈리아 3- 흡습성 밝은 노란색 바늘. 녹는점은 212°C, 끓는점은 346°C, 밀도는 4.15g/cm3입니다. 따뜻한 물로 가수분해됩니다. 요소에서 직접 얻습니다.

• 가스 3- 녹는점 1250°C, 밀도 3.65g/cm3의 노란색 결정 또는 흰색 무정형 분말입니다. 물과 상호작용하여 완전히 가수분해됩니다. 갈륨을 황이나 황화수소와 반응시켜 얻습니다.

• Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- 무색의 물에 잘 녹는 물질. 갈륨, 그 산화물 및 수산화물을 황산과 반응시켜 얻습니다. KGa(SO 4) 2 12H 2 O와 같은 알칼리 금속 및 암모늄의 황산염으로 명반을 쉽게 형성합니다.

• Ga(NO3)38H2O- 물과 에탄올에 용해되는 무색의 결정이다. 가열하면 분해되어 산화갈륨(III)을 형성합니다. 수산화 갈륨에 질산을 작용시켜 얻습니다.

갈륨을 얻는 주요 원천은 알루미늄 생산입니다. Bayer 방법을 사용하여 보크사이트를 처리할 때 갈륨은 Al(OH) 3 분리 후 순환 모액에 농축됩니다. 갈륨은 수은 음극에서 전기분해를 통해 이러한 용액으로부터 분리됩니다. 아말감을 물로 처리한 후 얻은 알칼리성 용액에서 Ga(OH)3가 침전되고 이를 알칼리에 용해시키고 전기분해를 통해 갈륨을 분리한다.

보크사이트 또는 하석광석을 처리하는 소다석회 방법에서 갈륨은 탄화 과정에서 방출되는 퇴적물의 마지막 부분에 농축됩니다. 추가 농축을 위해 수산화물 침전물을 석회유로 처리합니다. 이 경우 대부분의 Al은 퇴적물에 남아 있고 갈륨은 용액에 들어가고 CO 2를 통과시켜 갈륨 정광(6-8% Ga 2 O 3)이 분리됩니다. 후자는 알칼리에 용해되고 갈륨은 전해적으로 분리됩니다.

갈륨 공급원은 3층 전기분해 방법을 사용하는 Al 정련 공정에서 발생하는 잔류 양극 합금일 수도 있습니다. 아연 생산에서 갈륨 공급원은 아연 콘크리트 침출 광미 처리 중에 형성된 승화물(Welz 산화물)입니다.

물과 산(HCl, HNO3)으로 세척하고 알칼리 용액을 전기분해하여 얻은 액체 갈륨에는 99.9-99.95% Ga가 포함되어 있습니다. 더 순수한 금속은 진공 용융, 구역 용융 또는 용융물에서 단결정을 끌어내어 얻습니다.

갈륨의 응용

갈륨비소 GaAs는 반도체 전자공학에 유망한 재료입니다.

갈륨 질화물은 청색 및 자외선 범위의 반도체 레이저 및 LED를 만드는 데 사용됩니다. 갈륨 질화물은 모든 질화물 화합물의 전형적인 우수한 화학적, 기계적 특성을 가지고 있습니다.

반도체의 "정공" 전도성을 향상시키는 III족 원소인 갈륨(순도 99.999% 이상)은 게르마늄과 실리콘의 첨가제로 사용됩니다. V족 원소(안티몬 및 비소)를 포함하는 갈륨의 금속간 화합물 자체는 반도체 특성을 갖습니다.

갈륨-71 동위원소는 중성미자 검출에 가장 중요한 물질로, 중성미자 검출기의 감도를 높이기 위해서는 이 동위원소를 천연 혼합물로부터 분리하는 기술이 매우 시급한 과제에 직면해 있다. 천연 동위원소 혼합물 중 71Ga의 함량은 약 39.9%이므로 순수 동위원소를 분리해 중성미자 검출기로 활용하면 검출 감도를 2.5배 높일 수 있다.

유리 덩어리에 갈륨을 첨가하면 광선의 굴절률이 높은 유리를 얻을 수 있으며 Ga ​​2 O 3 기반 유리는 적외선을 잘 투과시킵니다.

갈륨은 2005년에 세계 시장에서 1톤당 미화 120만 달러에 달했으며, 높은 가격과 동시에 이 금속에 대한 수요가 크기 때문에 갈륨의 완전한 추출을 확립하는 것이 매우 중요합니다. 액체 연료에서 석탄의 알루미늄 생산 및 가공.

액체 갈륨은 입사되는 빛의 88%를 반사하고, 고체 갈륨은 약간 덜 반사합니다. 따라서 그들은 제조가 매우 쉬운 갈륨 거울을 만듭니다. 갈륨 코팅은 브러시를 사용해도 적용할 수 있습니다.

갈륨에는 실온에서 액체인 여러 가지 합금이 있으며 그 합금 중 하나의 융점은 3°C입니다. 반면에 갈륨(낮은 수준의 합금)은 대부분의 구조 재료(균열)에 매우 공격적입니다. 고온에서 합금 침식) 냉각수로는 효과가 없으며 종종 수용할 수 없습니다.

원자로에 갈륨을 사용하려는 시도가 있었지만 이러한 시도의 결과는 거의 성공적이라고 간주할 수 없습니다. 갈륨은 중성자를 적극적으로 포착할 뿐만 아니라(단면적 2.71 barn 포착) 높은 온도에서 대부분의 금속과 반응합니다.

갈륨은 원자 물질이 되지 않았습니다. 사실, 인공 방사성 동위원소인 72Ga(반감기가 14.2시간)가 골암 진단에 사용되는 것은 사실입니다. 갈륨-72 염화물과 질산염은 종양에 흡수되며, 이 동위원소의 방사선 특성을 감지함으로써 의사는 이물질의 크기를 거의 정확하게 결정합니다.

갈륨은 우수한 윤활제입니다. 거의 매우 중요한 금속 접착제는 갈륨과 니켈, 갈륨 및 스칸듐을 기반으로 만들어졌습니다.

갈륨 금속은 또한 고온을 측정하기 위해 (수은 대신) 석영 온도계를 채우는 데에도 사용됩니다. 이는 갈륨이 수은에 비해 끓는점이 상당히 높기 때문입니다.

산화갈륨은 전략적으로 중요한 여러 레이저 재료의 구성 요소입니다.

세계의 갈륨 생산

세계 생산량은 연간 200톤을 초과하지 않습니다. 2001년 미국 네바다 주 골드 캐니언과 2005년 중국 내몽고에서 최근 발견된 두 매장지를 제외하면 갈륨은 세계 어느 곳에서도 산업 현장에서 발견되지 않습니다. (후자의 매장지에서는 석탄에 958,000톤의 갈륨이 존재하는 것으로 확인되었습니다. 이는 세계 갈륨 자원의 두 배입니다.)

보크사이트의 세계 갈륨 자원은 100만 톤을 초과하는 것으로 추산되며, 중국의 언급된 매장량에는 석탄에 958,000 톤의 갈륨이 포함되어 있습니다. 이는 세계 갈륨 자원의 두 배입니다.

갈륨 생산업체는 많지 않습니다. 갈륨 시장의 리더 중 하나는 GEO Gallium입니다. 2006년까지의 주요 생산 능력은 연간 약 33톤이 채굴되는 Stade(독일) 공장, 연간 20톤을 처리하는 Salindres 공장(프랑스) 및 Pinjarra(서호주)에 있는 공장으로 구성되었습니다. 잠재성(그러나 도입되지는 않음) 건설) 용량은 최대 50톤/년입니다.

2006년에는 1위 제조업체의 입지가 약화되었습니다. Stade 기업은 영국 MCP와 American Recapture Metals에 인수되었습니다.

일본 회사 Dowa Mining은 아연 생산의 부산물인 아연 정광에서 1차 갈륨을 생산하는 세계 유일의 생산업체입니다. Dowa Mining의 주요 자재 전체 생산 능력은 연간 최대 20톤으로 추산됩니다. 카자흐스탄의 Pavlodar에 있는 카자흐스탄 알루미늄 기업의 전체 생산 능력은 최대 20톤/년입니다.

중국은 매우 중요한 갈륨 공급국이 되었습니다. 중국에는 3개의 대규모 갈륨 생산업체가 있습니다 - Geatwall Aluminium Co. (최대 15톤/년), 산둥 알루미늄 공장(약 6톤/년) 및 구이저우 알루미늄 공장(최대 6톤/년). 공동제작도 많다. Sumitomo Chemical은 중국에 연간 최대 40톤의 생산 능력을 갖춘 합작 회사를 설립했습니다. 미국 회사 AXT는 중국 최대 알루미늄 기업인 Shanxi Aluminium Factory와 합작 투자 회사인 Beijing JiYa Semiconductor Material Co.를 설립했습니다. 연간 최대 20톤의 생산성을 자랑합니다.

러시아의 갈륨 생산

러시아에서는 갈륨 생산 구조가 알루미늄 산업의 형성에 따라 결정됩니다. 합병을 발표한 두 주요 그룹인 Russian Aluminium과 SUAL은 알루미나 정제소에서 생성된 갈륨 부지의 소유자입니다.

"러시아 알루미늄": 우크라이나의 Nikolaevsky Alumina Refinery(열대 보크사이트 처리를 위한 고전적인 Bayer 수력화학 방법, 현장 용량 - 연간 최대 12톤의 갈륨) 및 러시아의 Achinsk Alumina Refinery(네펠린 원료의 소결에 의한 처리 - Kiya-Shaltyrskoye 광상, 크라스노야르스크 영토, 부지 용량 – 연간 갈륨 1.5톤).

"SUAL": Kamensk-Uralsky의 용량(북 우랄 보크사이트 광석 지역의 보크사이트를 위한 바이엘 소결 기술, 현장 용량 - 연간 갈륨 최대 2톤), Boksitogorsk 알루미나 정유소(레닌그라드 지역의 보크사이트를 다음과 같이 처리) 소결 방법, 용량 - 갈륨 5톤/년, 현재 좀약) 및 "Pikalevsky Alumina"(무르만스크 지역의 인회석-네펠린 광석에서 나온 네펠린 정광을 소결로 처리, 현장 용량 - 갈륨 9톤/년). 전체적으로 Rusal과 SUAL의 모든 기업은 연간 20톤 이상을 생산할 수 있습니다.

실제 생산량은 더 낮습니다. 예를 들어 2005년에는 러시아에서 8.3톤의 갈륨이 수출되었고 우크라이나의 Nikolaev Alumina Refinery에서는 13.9톤의 갈륨이 수출되었습니다.

자료를 준비할 때 Kvar 회사의 정보를 사용했습니다.

갈륨 온도계는 원칙적으로 30~2230°C의 온도를 측정할 수 있습니다. 현재 갈륨 온도계는 최대 1200°C까지 생산됩니다.

요소 번호 31은 신호 장치에 사용되는 저융점 합금 생산에 사용됩니다. 갈륨과 인듐의 합금은 이미 16°C에서 녹습니다. 이것은 알려진 모든 합금 중에서 가장 가용성입니다.

반도체의 "정공" 전도성을 향상시키는 III족 원소(순도 99.999% 이상)로 게르마늄 및 실리콘의 첨가제로 사용됩니다.

V족 원소(안티몬 및 비소)를 포함하는 갈륨의 금속간 화합물 자체는 반도체 특성을 갖습니다.

유리 덩어리에 갈륨을 첨가하면 광선의 굴절률이 높은 유리를 얻을 수 있으며 Ga2O3 기반 유리는 적외선을 잘 투과시킵니다.

액체는 그 위에 떨어지는 빛의 88%를 반사하며, 고체는 약간 적습니다. 이것이 바로 제조가 매우 쉬운 갈륨 거울을 만드는 이유입니다. 갈륨 코팅은 브러시로도 적용할 수 있습니다.

때로는 고체 표면을 잘 적시는 갈륨의 능력이 사용되어 확산 진공 펌프로 대체됩니다. 이러한 펌프는 수은 펌프보다 진공을 더 잘 "유지"합니다.

이를 원자로에 사용하려는 시도가 있었지만 이러한 시도의 결과는 거의 성공적이라고 간주할 수 없습니다. 갈륨은 중성자를 적극적으로 포착할 뿐만 아니라(단면적 2.71 barn 포착) 높은 온도에서 대부분의 금속과 반응합니다.

갈륨은 원자 물질이 되지 않았습니다. 사실, 인공 방사성 동위원소 72Ga(반감기 14.2시간)가 골암 진단에 사용됩니다. 갈륨-72 염화물과 질산염은 종양에 흡수되며, 이 동위원소의 방사선 특성을 감지함으로써 의사는 이물질의 크기를 거의 정확하게 결정합니다.

보시다시피 요소 번호 31의 실제 가능성은 상당히 넓습니다. 다소 희귀한 원소(지각 중량의 1.5-10-3%)이고 매우 흩어져 있는 갈륨을 얻기가 어렵기 때문에 아직 완전히 사용하는 것은 불가능합니다.

천연 갈륨 광물은 거의 알려져 있지 않습니다. 최초이자 가장 유명한 광물인 갈라이트 CuGaS2는 1956년에야 발견되었습니다. 나중에 이미 매우 희귀한 두 가지 광물이 더 발견되었습니다.

일반적으로 갈륨은 아연, 알루미늄, 철광석 및 석탄에서 미량 불순물로 발견됩니다. 그리고 특징은 무엇입니까? 이 불순물이 클수록 추출하기가 더 어렵습니다. 왜냐하면 특성이 유사한 금속 (,)의 광석에 더 많은 갈륨이 있기 때문입니다. 육상 갈륨의 대부분은 알루미늄 광물에 포함되어 있습니다.

갈륨을 추출하는 것은 값비싼 “즐거움”입니다. 따라서 원소 번호 31은 주기율표의 이웃 원소보다 적은 양으로 사용됩니다.

물론, 가까운 미래에 과학이 갈륨에서 멘델레예프가 예측한 또 다른 원소인 게르마늄에서 일어난 것처럼 갈륨을 절대적으로 필요하고 대체할 수 없게 만드는 무언가를 발견할 가능성이 있습니다.

규정 검색. 갈륨의 특성은 이 원소가 발견되기 5년 전에 D.I. Mendeleev에 의해 예측되었습니다. 뛰어난 러시아 화학자는 주기율표 그룹에 걸친 특성 변화 패턴에 기초하여 예측을 했습니다. 그러나 Lecoq de Boisbaudran에게 갈륨의 발견은 행복한 우연이 아니었습니다. 재능 있는 분광학자인 그는 1863년에 유사한 특성을 가진 원소의 스펙트럼 변화 패턴을 발견했습니다. 인듐과 알루미늄의 스펙트럼을 비교하여 그는 이러한 원소에 스펙트럼의 단파장 부분의 간격을 메울 선이 있는 "형제"가 있을 수 있다는 결론에 도달했습니다. 그가 Pierrfit의 아연 혼합물 스펙트럼에서 찾고 발견한 것은 바로 이 누락된 선이었습니다.

워드 플레이? 과학사가들은 31번 요소의 이름으로 애국심뿐 아니라 그 발견자의 겸손함도 본다. 일반적으로 갈륨(gallium)이라는 단어는 라틴어 갈리아(프랑스)에서 유래한 것으로 알려져 있습니다. 그러나 원한다면 같은 단어에서 "rooster"라는 단어의 힌트를 볼 수 있습니다. 1 라틴어로 "rooster"는 프랑스어로 gallus, le coq입니다. 르코크 드 부아보드랑?

시대에 따라 갈륨은 종종 광물에 알루미늄을 동반합니다. 흥미롭게도 광물 내 이러한 원소의 비율은 광물이 형성되는 시기에 따라 달라집니다. 장석에는 알루미늄 원자 12만 개당 갈륨 원자 1개가 있습니다. 훨씬 나중에 형성된 네펠린에서는 이 비율이 이미 1:6000이고, 심지어 "더 어린" 석화목에서도 이 비율은 1:13에 불과합니다.

첫 번째 특허. 갈륨 사용에 대한 최초의 특허는 20세기 초에 취득되었습니다. 그들은 전기 아크 램프에 31번 원소를 사용하기를 원했습니다.

유황은 대체되고 회색은 유황으로 보호됩니다. 갈륨과 황산의 상호작용은 흥미롭게 발생합니다. 이는 원소 황의 방출을 동반합니다. 동시에 금속 표면을 감싸서 금속이 더 이상 용해되는 것을 방지합니다. 뜨거운 물로 금속을 세척하면 반응이 재개되어 갈륨에 황의 새로운 "껍질"이 자랄 때까지 계속됩니다.

유해한 영향. 액체 갈륨은 대부분의 금속과 상호작용하여 기계적 성질이 다소 낮은 금속간 화합물을 형성합니다. 이것이 갈륨과 접촉하면 많은 구조 재료의 강도가 떨어지는 이유입니다. 갈륨 작용에 가장 강한 저항력: 최대 1000°C의 온도에서 31번 원소의 공격성을 성공적으로 저항합니다.

그리고 산화물도요! 산화 갈륨을 소량 첨가하면 많은 금속 산화물의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 Ga2O3를 산화아연에 혼합하면 소결능력이 크게 저하됩니다. 그러나 이러한 산화물에는 순수한 산화물보다 아연이 훨씬 더 많습니다. 그리고 Ga2O3를 첨가하면 이산화티타늄의 전기전도도가 급격하게 떨어진다.

갈륨을 얻는 방법. 갈륨 광석의 산업 매장지는 세계에서 발견되지 않았습니다. 따라서 갈륨은 함량이 매우 낮은 아연과 알루미늄 광석에서 추출해야 합니다.

갈륨 함량이 동일하지 않기 때문에 31번 원소를 얻는 방법은 상당히 다양합니다. 예를 들어 갈륨이 발견된 광물인 아연 혼합물에서 갈륨을 추출하는 방법을 알려드리겠습니다.첫 번째.

우선, 아연 혼합물인 ZnS를 소성하고, 생성된 아연을 황산으로 침출시킨다. 다수와 함께다른 금속, 갈륨은 용액에 들어갑니다. 이 용액에서는 황산 아연이 우세합니다. 이는 갈륨을 포함한 불순물로부터 정제해야 하는 주요 제품입니다. 첫 단계청소 - 소위 철 슬러지의 침전. 산성 용액이 점진적으로 중화되면서 이 슬러지가 침전됩니다. 13 그것은 약 10% 알루미늄, 15% 철, 그리고 (현재 우리에게 가장 중요한) 0.05-0.1% 갈륨으로 밝혀졌습니다. 갈륨을 추출하기 위해 슬러지는 산이나 가성소다로 침출됩니다. 수산화갈륨은 양쪽성입니다. 알칼리 방법이 더 편리합니다. 이 경우 장비를 덜 비싼 재료로 만들 수 있기 때문입니다.

알칼리의 영향으로 알루미늄과 갈륨 화합물이 용액에 들어갑니다. 이 용액을 조심스럽게 중화시키면 수산화갈륨이 침전된다. 그러나 일부 알루미늄도 침전됩니다. 따라서 침전물은 이번에는 염산에 다시 용해됩니다. 그 결과 주로 염화알루미늄으로 오염된 염화갈륨 용액이 생성됩니다. 추출을 통해 분리할 수 있습니다. 에테르를 첨가하면 AlCl3와 달리 GaCl3는 거의 완전히 유기 용매에 흡수됩니다. 층을 분리하고 에테르를 증류 제거한 후 생성된 염화갈륨을 다시 한번 농축 가성소다로 처리하여 갈륨에서 철 불순물을 침전 및 분리합니다. 갈륨 금속은 이 알칼리성 용액에서 얻어집니다. 5.5V의 전압에서 전기분해하여 얻습니다. 갈륨은 구리 음극에 증착됩니다.

화학

갈륨 31호

갈륨 하위 그룹. 갈륨(4-10~4%) - 인듐(2-10~6) - 탈륨(8-10-7) 계열을 따라 지각에서 이 하위 그룹의 각 구성원의 함량이 감소합니다. 세 가지 "원소는 모두 극도로 분산되어 있으며 특정 광물의 형태로 발견되는 것이 일반적이지 않습니다. 반대로 해당 화합물의 경미한 불순물에는 많은 금속 광석이 포함되어 있습니다. Ga, In 및 Ti는 폐기물에서 얻습니다. 그러한 광석의 가공.
자유 상태에서 갈륨, 인듐, 탈륨은 은백색 금속입니다. 가장 중요한 상수는 아래에서 비교됩니다.
가인틀

갈륨의 물리적 성질

밀도, g/cjH3 5.9 7.3 11.9
녹는점, ℃ . . 30 157 304
끓는점, °C... . 2200 2020 1475
전기 전도도(Hg = 1). . 2 11 6

경도별 갈륨납, In 및 Ti에 가깝고 6-13보다 더 부드럽습니다.
건조한 공기에서는 갈륨과 인듐이 변하지 않습니다., 탈륨은 회색 산화막으로 덮여 있습니다. 가열되면 세 가지 요소 모두 산소 및 황과 에너지적으로 결합됩니다. 그들은 이미 상온에서 염소 및 브롬과 상호 작용하고 가열될 때만 요오드와 상호 작용합니다. 철 주위의 전압 계열에 위치한 Ga, In 및 Ti는 산에 용해됩니다.14' 15
갈륨과 인듐의 정상 원자가는 3입니다. 탈륨은 3가 및 1가인 유도체를 제공합니다. 18
갈륨 산화물 및 그 유사체 - 백색 Ga 2 O 3, 황색 In203 및 갈색 T1203 - 물에 불용성 - 상응하는 수산화물 E (OH) 3 (염에서 얻을 수 있음)은 젤라틴 퇴적물이며 물에 실질적으로 불용성이지만 산에 용해. 백색 Ga 및 In 수산화물은 알루미네이트와 유사한 갈레이트 및 인데이트를 형성하는 강알칼리 용액에도 용해됩니다. 따라서 이들은 본질적으로 양쪽성이고 1n(OH) 3 의 산성 특성은 덜 두드러지며 Ga(OH) 3 의 산성 특성은 Al(OH) 3 의 산성 특성보다 더 강합니다. 따라서 강알칼리 외에도 Ga(OH)3는 NH4OH의 강용액에 용해됩니다. 반대로 적갈색의 Ti(OH)3는 알칼리에 녹지 않습니다.
Ga" 및 In" 이온은 무색이며, Ti" 이온은 황색을 띕니다. 이들로부터 생성된 대부분의 산의 염은 물에 잘 녹지만 가수분해도가 높습니다. 약산의 용해성 염 중 다수는 거의 완전한 가수분해를 겪습니다. 원자가가 낮은 Ga와 In의 유도체는 일반적이지 않지만, 탈륨의 경우 가장 특징적인 것은 1가 화합물입니다. 따라서 T13+ 염은 눈에 띄게 뚜렷한 산화 특성을 가지고 있습니다.

갈륨 보충제

1. 고려 중인 하위 그룹의 세 구성원은 모두 분광기를 사용하여 발견되었습니다. 1 탈륨 - 1861년, 인듐 - 1863년, 갈륨 - 1875년. 이 원소 중 마지막 원소는 발견 4년 전 D. I. Mendeleev에 의해 예측되고 설명되었습니다(VI § 1). 천연 갈륨은 질량수가 69(60.2%)와 71(39.8)인 동위원소로 구성됩니다. 인듐-113(4.3) 및 115(95.7); 탈륨 - 203(29.5) 및 205(70.5%).
2. 바닥 상태에서 갈륨 하위 그룹 원소의 원자는 외부 전자 껍질 4s2 34p(Ga), 5s25p(In), 6s26p(Tl)의 구조를 가지며 1가입니다. i 3가 상태의 여기에는 108(Ga)의 비용이 필요합니다. , 100(In) 또는 129,(Ti) kcal/g-원자. 연속 이온화 에너지는 6.00입니다. 20.51; Ga의 경우 30.70; 5.785; 18.86; In의 경우 28.03: 6.106; 20.42; T1의 경우 29.8eV입니다. 탈륨 원자의 전자 친화력은 12 kcal/g-atom으로 추정됩니다.
3. 희귀 광물 갈라이트(CuGaS 2)는 갈륨으로 알려져 있습니다. 이 원소의 흔적은 아연 광석에서 끊임없이 발견됩니다. 상당히 많은 양의 E(최대 1.5%)가 일부 석탄의 재에서 발견되었습니다. 그러나 갈륨의 산업 생산을 위한 주요 원료는 보크사이트이며 일반적으로 약간의 불순물(최대 0.1%)을 포함합니다. 이는 천연 보크사이트를 공업용 알루미나로 가공하는 중간 생성물인 알칼리성 액체로부터 전기분해에 의해 추출됩니다. 갈륨의 연간 전 세계 생산량은 현재 몇 톤에 불과하지만 크게 증가할 수 있습니다.
4. 인듐은 황광석인 Zn, Pb, Cu의 복잡한 가공 과정에서 주로 부산물로 얻어집니다. 연간 전 세계 생산량은 수십 톤에 이릅니다.
5. 탈륨은 주로 황철석(FeS2)에 농축되어 있습니다. 따라서 황산 생산 시 발생하는 슬러지는 이 원소를 얻기 위한 좋은 원료입니다. 탈륨의 연간 전 세계 생산량은 인듐보다 적지만 그 양은 수십 톤에 이릅니다.
6. 자유 상태에서 Ga, In 및 T1을 분리하기 위해 염 용액의 전기 분해 또는 수소 흐름에서 산화물의 백열이 사용됩니다. 금속의 융해열 및 증발열은 1.3 및 61(Ga), 0.8 및 54(In), 1.0 및 39kcal/g-원자(T1) 값을 갖습니다. 승화열(25°C에서)은 65(Ga), 57(In) 및 43 kcal/g-원자(T1)입니다. 쌍을 이루는 세 가지 요소는 모두 거의 단원자 분자로만 구성됩니다.
7. 갈륨의 결정 격자는 개별 원자(금속의 일반적인 경우)가 아니라 이원자 분자(rf = 2.48A)로 형성됩니다. 따라서 이는 분자 구조와 금속 구조의 공존에 대한 흥미로운 사례를 나타냅니다(III § 8). Ga2 분자는 또한 액체 갈륨에 보존되며, 그 밀도(6.1g/cm2)는 고체 금속의 밀도(물 및 비스무트와 유사)보다 높습니다. 압력이 증가하면 갈륨의 용융 온도가 감소합니다. 고압에서는 일반적인 변형(Gal) 외에도 두 가지 다른 형태의 존재가 확인되었습니다. 삼중점(액상 포함)은 Gal - Gall이 12,000atm 및 3°C에 있고 Gall - Gall이 30,000atm 및 45°C에 있습니다.
8. 갈륨은 저체온증에 걸리기 쉬우며, -40℃까지 액체 상태로 유지하는 것이 가능해졌습니다. 과냉각된 용융물의 반복적이고 빠른 결정화는 갈륨을 정제하는 방법으로 사용될 수 있습니다. 매우 순수한 상태(99.999%)로 전기분해 정제와 조심스럽게 정제된 GaCl3를 수소로 환원시켜 얻은 것입니다. 높은 끓는점과 가열 시 상당히 균일한 팽창으로 인해 갈륨은 고온 온도계를 채우는 데 유용한 재료가 됩니다. 수은과의 외부 유사성에도 불구하고 두 금속의 상호 용해도는 상대적으로 낮습니다 (10 ~ 95 ° C 범위에서 Hg의 Ga는 2.4 ~ 6.1 원자 퍼센트, Ga의 Hg는 1.3 ~ 3.8 원자 퍼센트로 다양합니다) . 수은과 달리 액체 갈륨은 알칼리 금속을 용해하지 않으며 많은 비금속 표면을 잘 적십니다. 특히 유리에 갈륨을 적용하면 빛을 강하게 반사하는 거울을 얻을 수 있습니다(그러나 인듐 불순물을 포함하지 않는 매우 순수한 갈륨은 유리를 젖지 않는다는 증거가 있습니다). 무선 회로를 신속하게 생산하기 위해 플라스틱 베이스에 갈륨을 증착하는 방법이 가끔 사용됩니다. 88% Ga와 12% Sn의 합금은 15°C에서 녹으며 일부 다른 갈륨 함유 합금(예: 61.5% Bi, 37.2 - Sn 및 1.3 - Ga)이 치과용 충전재로 제안되었습니다. 온도에 따라 부피가 변하지 않으며 잘 유지됩니다. 갈륨은 진공 기술의 밸브 밀봉제로도 사용할 수 있습니다. 그러나 고온에서는 유리와 많은 금속 모두에 공격적이라는 점을 명심해야 합니다.
9. 갈륨 생산 확대 가능성과 관련하여, 이 원소와 그 화합물의 동화(즉, 실습에 의한 숙달) 문제가 시급해졌으며, 이를 위해서는 합리적 사용 분야를 찾기 위한 연구가 필요합니다. 갈륨에 대한 리뷰 기사와 논문이 있습니다.
10. 인듐의 압축률은 알루미늄의 압축률보다 약간 높습니다(10,000atm에서 부피는 원래의 0.84입니다). 압력이 증가함에 따라 전기 저항은 감소하고(70,000atm에서 원래 값보다 0.5로) 용융 온도는 증가합니다(65,000atm에서 최대 400°C). 인듐 금속 막대는 구부러지면 주석 막대처럼 부서집니다. 종이에 어두운 자국이 남습니다. 인듐의 중요한 용도는 게르마늄 교류 정류기(X § 6 add. 15)의 제조와 관련이 있습니다. 가용성이 낮기 때문에 베어링의 윤활제 역할을 할 수 있습니다.
11. 구리 합금에 소량의 인듐을 첨가하면 해수에 대한 저항성이 크게 향상되고, 은에 인듐을 첨가하면 광택이 향상되고 공기 중에서 변색되는 것을 방지할 수 있습니다. 인듐을 첨가하면 치과용 충전재용 합금의 강도가 향상됩니다. 인듐으로 다른 금속을 전해 코팅하면 부식으로부터 잘 보호됩니다. 인듐과 주석(중량비 1:1)의 합금은 유리를 유리나 금속에 잘 납땜하며, In 24%와 Ga 76% 합금은 16°C에서 녹습니다. 41.0 - Bi, 22.1 - Pb, 10.6 - Sn 및 8.2 - Cd가 포함된 18.1% In 합금은 47°C에서 녹으며 (석고 대신) 복잡한 뼈 골절에 의학적으로 사용됩니다. 인듐의 화학에 관한 논문이 있습니다.
12. 탈륨의 압축률은 인듐의 압축률과 거의 동일하지만 두 가지 동소체 변형(육각형 및 입방체)이 알려져 있으며 그 사이의 전이점은 235°C입니다. 높은 압력에서는 또 다른 압력이 발생합니다. 세 가지 형태 모두의 삼중점은 37,000atm 및 110°C에 있습니다. 이 압력은 금속의 전기 저항(70,000atm에서 정상의 약 0.3임)이 약 1.5배의 급격한 감소에 해당합니다. 9만 기압의 압력 하에서 세 번째 형태의 탈륨은 650°C에서 녹습니다.
13. 탈륨은 내산성이 높은 주석 및 납 합금 제조에 주로 사용됩니다. 특히 Pb 70%, Sn 20%, T1 10%로 구성된 합금은 황산, 염산, 질산 혼합물의 작용을 잘 견딥니다. 탈륨에 관한 논문이 있습니다.
14. 갈륨과 소형 인듐은 물에 대해 안정적이며, 탈륨은 공기가 존재할 때 표면에서 천천히 파괴됩니다. 갈륨은 질산과 천천히 반응하지만 탈륨은 매우 격렬하게 반응합니다. 반대로 황산, 특히 염산은 Ga와 In을 쉽게 용해시키는 반면 T1은 표면에 난용성 염의 보호막이 형성되기 때문에 훨씬 더 천천히 상호 작용합니다. 강알칼리 용액은 갈륨을 쉽게 용해시키고 인듐에는 천천히 작용하며 탈륨과는 반응하지 않습니다. 갈륨은 NH4OH에도 눈에 띄게 용해됩니다. 세 가지 원소 모두의 휘발성 화합물은 무색 불꽃을 특유의 색상으로 물들입니다. Ga - 눈에 거의 보이지 않는 진한 보라색(L = 4171 A), In - 진한 파란색(L = 4511 A), T1 - 에메랄드 그린(A, = 5351) ㅏ).
15. 갈륨과 인듐은 독성이 없는 것으로 보입니다. 이에 반해 탈륨은 독성이 강하고 그 작용은 Pb, As와 유사하다. 이는 신경계, 소화관 및 신장에 영향을 미칩니다. 급성 중독의 증상은 즉시 나타나지 않고 12~20시간 후에 나타납니다. 천천히 진행되는 만성 중독 (피부를 통한 중독 포함)으로 인해 주로 동요 및 수면 장애가 관찰됩니다. 의학에서는 탈륨 제제가 제모(이끼류 등)에 사용됩니다. 탈륨 염은 발광 지속 시간을 증가시키는 물질로서 발광 조성물에 사용되는 것으로 나타났습니다. 그들은 또한 생쥐와 쥐에 대한 좋은 치료법으로 밝혀졌습니다.
16. 전압 계열에서 갈륨은 Zn과 Fe 사이에 위치하고, 인듐과 탈륨은 Fe와 Sn 사이에 위치합니다. E+3 + Ze = E 방식에 따른 Ga 및 In 전이는 정상 전위에 해당합니다: -0.56 및 -0.33V(산성 매질에서) 또는 -1.2 및 -1.0V(알칼리성 매질에서). 탈륨은 산에 의해 1가 상태(정상 전위 -0.34V)로 전환됩니다. 전이 T1+3 + 2e = T1+는 산성 환경에서 +1.28V, 알칼리성 환경에서 +0.02V의 정상 전위를 특징으로 합니다.
17. 갈륨 산화물 E2O3 및 그 유사체의 형성 열은 260(Ga), 221(In) 및 93 kcal/mol(T1) 계열에서 감소합니다. 공기 중에서 가열하면 갈륨은 실제로 GaO로만 산화됩니다. 따라서 Ga2O3는 일반적으로 Ga(OH)3를 탈수시켜 얻는다. 인듐은 공기 중에서 가열되면 In2O3를 형성하고, 탈륨은 T12O3와 T120의 혼합물을 형성하며 더 높은 산화물 함량이 높을수록 온도가 낮아집니다. 탈륨은 오존의 작용으로 T1203까지 산화될 수 있습니다.
18. 산에서 E2O3 산화물의 용해도는 Ga - In - Tl 계열을 따라 증가합니다. 동일한 계열에서 원소와 산소의 결합 강도는 감소합니다. Ga2O3는 분해 없이 1795°C에서 녹고, 1n203은 850°C 이상에서만 1n304로 변환되며, 잘게 분쇄된 T1203은 이미 약 90°에서 산소를 분리하기 시작합니다. 씨. 그러나 T1203을 T120으로 완전히 변환하려면 훨씬 더 높은 온도가 필요합니다. 과도한 산소 압력 하에서 1p203은 1910°C에서 녹고 T1203은 716°C에서 녹습니다.
19. E203 + ZH20 = 2E(OH)3 방식에 따른 산화물의 수화열은 +22 kcal(Ga), +1(In) 및 -45(T1)입니다. 이에 따라 수산화물에 의한 물 제거의 용이성은 Ga에서 T1으로 증가합니다. Ga(OH)3가 소성 시에만 완전히 탈수되면 T1(OH)3는 액체 아래에 있을 때에도 T1203으로 변환됩니다. 격리되었습니다.
20. 갈륨염의 산성 용액을 중화할 때 수산화물은 대략 pH 범위 = 3-4에서 침전됩니다. 갓 침전된 Ga(OH)3는 강한 암모니아 용액에 잘 녹지만, 시간이 지날수록 용해도는 점점 감소합니다. 등전점은 pH = 6.8, PR = 2 · 10~37에 있습니다. 1n(OH)3의 경우 PR = 1·10-31이고, T1(OH)3의 경우 - 1·10~45인 것으로 나타났습니다.
21. 산성 및 염기성 유형에 따른 Ga(OH)3의 두 번째 및 세 번째 해리상수에 대해 다음 값이 결정되었습니다.

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. S-P / NW = 4 -10 12
따라서 수산화갈륨은 이상적인 양쪽성에 매우 가까운 전해질의 경우를 나타낸다.

1. 갈륨 수산화물과 그 유사체의 산성 특성의 차이는 강알칼리 용액(NaOH, KOH)과 상호 작용할 때 명확하게 나타납니다. 수산화 갈륨은 쉽게 용해되어 용액과 고체 상태 모두에서 안정한 M형 갈레이트를 형성합니다. 가열되면 쉽게 물을 잃고(120°C의 Na염, 137°C의 K염) MGaO2 유형의 해당 무수염으로 변환됩니다. 용액에서 얻은 2가 금속 갈산염(Ca, Sr)은 또 다른 유형인 M3 ■ 2H20을 특징으로 하며 이 역시 거의 불용성입니다. 그들은 물에 의해 완전히 가수분해됩니다.
   수산화탈륨은 강알칼리(음성 졸 형성)에 의해 쉽게 해교되지만 강알칼리에 불용성이며 탈레이트를 생성하지 않습니다. 건식 방법(산화물을 해당 탄산염과 융합)을 통해 갈륨 하위군의 세 가지 원소 모두에 대해 ME02 유형의 파생물을 얻었습니다. 그러나 탈륨의 경우에는 산화물의 혼합물인 것으로 밝혀졌다.
   1. Ga3+, In3* 및 T13* 이온의 유효 반경은 각각 0.62, 0.92 및 1.05A입니다. 수성 환경에서 이들은 6개의 물 분자로 직접 둘러싸여 있습니다. 이러한 수화된 이온은 E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H 방식에 따라 다소 해리되며, 해리 상수는 3 ■ 10-3°(Ga) 및 2 · 10-4(In)으로 추정됩니다. .
   2. 할라이드 염 Ga3+, In3* 및 T13*'는 일반적으로 해당 A13* 염과 유사합니다. 불화물 외에도 물뿐만 아니라 다양한 유기 용매에도 상대적으로 가용성이며 용해도가 높습니다. 노란색 Gal3만 도색되어 있습니다.

   단순히 형성되지 않기 때문에 자연에서 큰 퇴적물을 찾는 것은 불가능합니다. 대부분의 경우, 이는 광석이나 게르마나이트 광물에서 발견될 수 있으며, 이 금속의 0.5~0.7%를 발견할 가능성이 있습니다. 갈륨은 네펠린, 보크사이트, 다금속 광석 또는 석탄을 가공하여 얻을 수도 있다는 점도 언급할 가치가 있습니다. 먼저, 물로 세척하고, 여과하고, 가열하는 가공을 거친 금속을 얻습니다. 그리고 고품질의 이 금속을 얻기 위해서는 특별한 화학 반응이 사용됩니다. 아프리카 국가, 특히 남동부, 러시아 및 기타 지역에서 높은 수준의 갈륨 생산을 볼 수 있습니다.

   이 금속의 성질은 색이 은색이고 저온에서는 고체 상태를 유지할 수 있지만 온도가 상온보다 약간 높으면 녹는 것이 어렵지 않습니다. 이 금속은 알루미늄과 특성이 유사하기 때문에 특수 패키지로 운송됩니다.

   갈륨의 용도

   비교적 최근에는 저융점 합금 생산에 갈륨이 사용되었습니다. 그러나 오늘날에는 반도체와 함께 사용되는 마이크로 전자 공학에서 볼 수 있습니다. 이 물질은 윤활제로도 좋습니다. 갈륨이나 스칸듐을 함께 사용하면 우수한 품질의 금속접착제를 얻을 수 있습니다. 또한 갈륨 금속 자체는 수은보다 끓는점이 높기 때문에 석영 온도계의 충전재로 사용할 수 있습니다.

   또한 갈륨은 전기 램프 생산, 신호 시스템 및 퓨즈 생성에 사용되는 것으로 알려져 있습니다. 이 금속은 특히 반사 특성을 향상시키기 위해 광학 기기에서도 찾을 수 있습니다. 갈륨은 의약품이나 방사성 의약품에도 사용됩니다.

   그러나 동시에 이 금속은 가장 비싼 금속 중 하나이며 알루미늄을 생산하고 연료용 석탄을 처리할 때 고품질 추출을 확립하는 것이 매우 중요합니다. 왜냐하면 고유한 천연 갈륨이 이제 고유한 특성으로 인해 널리 사용되기 때문입니다. .

   나노기술이 갈륨을 연구하는 과학자들에게 희망을 주지만 아직 원소를 합성하는 것은 불가능했습니다.

   정의

   갈륨- 주기율표의 31번째 요소. 명칭 - Ga는 라틴어 "갈륨"에서 유래했습니다. 네 번째 기간, IIIA 그룹에 위치합니다. 금속을 나타냅니다. 핵전하는 31이다.

   갈륨은 희귀한 원소이며 자연에서 상당한 농도로 발생하지 않습니다. 주로 아연을 제련한 후 아연 정광에서 얻습니다.

   자유 상태에서 갈륨은 녹는점이 낮은 은백색(그림 1)의 부드러운 금속입니다. 공기 중에서 매우 안정적이고 물을 분해하지 않지만 산과 알칼리에 쉽게 용해됩니다.

   쌀. 1. 갈륨. 모습.

   갈륨의 원자 및 분자 질량

   물질의 상대 분자 질량(M r)은 주어진 분자의 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 몇 배나 큰지를 나타내는 숫자이며, 원소의 상대 원자 질량(A r)은 화학 원소의 평균 원자 질량이 탄소 원자의 1/12 질량보다 몇 배 더 큰지.

   갈륨은 단원자 Ga 분자의 형태로 자유 상태로 존재하기 때문에 원자 질량과 분자 질량의 값이 일치합니다. 69.723과 같습니다.

   갈륨 동위원소

   자연계에서 갈륨은 두 가지 안정 동위원소인 69 Ga(60.11%)와 71 Ga(39.89%)의 형태로 발견될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 그들의 질량수는 각각 69와 71입니다. 갈륨 동위원소 69 Ga의 원자핵은 31개의 양성자와 38개의 중성자를 포함하고, 동위원소 71 Ga는 같은 수의 양성자와 40개의 중성자를 포함합니다.

   질량수가 56에서 86까지인 인공적으로 불안정한 갈륨 방사성 동위원소와 핵의 세 가지 이성질체 상태가 있으며, 그중 반감기가 3.26일인 가장 오래 지속되는 동위원소인 67Ga가 있습니다.

   갈륨 이온

   갈륨 원자의 외부 에너지 준위에는 원자가인 3개의 전자가 있습니다.

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

   화학적 상호작용의 결과로 갈륨은 원자가 전자를 포기합니다. 기증자이며 양전하를 띤 이온으로 변합니다.

   Ga0-2e → Ga2+;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   갈륨 분자와 원자

   자유 상태에서 갈륨은 단원자 Ga 분자의 형태로 존재합니다. 갈륨 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.

   갈륨 합금

   알루미늄에 갈륨을 첨가하면 쉽게 열간 가공할 수 있는 합금이 얻어집니다. 갈륨-금 합금은 치과 보철물과 보석류에 사용됩니다.

   문제 해결의 예

   실시예 1

   운동	천연 갈륨에는 두 개의 동위원소가 있습니다. 71Ga 동위원소의 함량은 36%이다. 갈륨 원소의 평균 상대 원자 질량이 69.72라면 다른 동위원소를 찾으세요. 발견된 동위원소의 중성자 수를 결정합니다.
   해결책	두 번째 갈륨 동위원소의 질량수를 "x" - x Ga와 같다고 가정합니다. 자연에서 두 번째 갈륨 동위원소의 함량을 결정해 보겠습니다. w(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64%. 화학 원소의 평균 상대 원자 질량은 다음과 같이 계산됩니다. Ar = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; 따라서 갈륨의 두 번째 동위원소는 69 Ga입니다. 갈륨의 원자 번호는 31입니다. 이는 갈륨 원자의 핵이 31개의 양성자와 31개의 전자를 포함하고 중성자의 수는 다음과 같다는 것을 의미합니다. n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N(원소 번호) = 69 - 31 = 38.
   답변	38개의 중성자와 31개의 양성자를 포함하는 동위원소 69 Ga.

   실시예 2

   운동	화학적 성질 측면에서 갈륨은 다른 원소인 알루미늄과 유사합니다. 이러한 유사성을 바탕으로 갈륨을 포함하는 산화물과 수산화물의 공식을 작성하고 이 원소의 화학적 특성을 특성화하는 반응식을 작성하십시오.
   답변	갈륨은 알루미늄과 마찬가지로 주기율표 D.I의 주요 하위 그룹 III 그룹에 위치합니다. 멘델레예프. 알루미늄과 같은 화합물에서는 산화 상태(+3)를 나타냅니다. 갈륨은 양쪽성 특성을 나타내는 하나의 산화물(Ga 2 O 3)과 하나의 수산화물(Ga(OH) 3)을 특징으로 합니다. Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;