Gal jest pierwiastkiem głównej podgrupy trzeciej grupy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 31. Oznaczony symbolem Ga (łac. Gal). Należy do grupy metali lekkich. Prosta substancja gal jest miękkim, ciągliwym metalem o srebrzystobiałym kolorze z niebieskawym odcieniem.

Liczba atomowa - 31

Masa atomowa - 69,723

Gęstość, kg/m3 - 5910

Temperatura topnienia, °C - 29,8

Pojemność cieplna, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektroujemność - 1,8

Promień kowalencyjny, Å - 1,26

Pierwsza jonizacja potencjał, eV - 6,00

Historia odkrycia galu

Francuski chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran przeszedł do historii jako odkrywca trzech nowych pierwiastków: galu (1875), samaru (1879) i dysprozu (1886). Pierwsze z tych odkryć przyniosło mu sławę.

W tamtym czasie był mało znany poza Francją. Miał 38 lat i zajmował się głównie badaniami spektroskopowymi. Lecoq de Boisbaudran był dobrym spektroskopistą, co ostatecznie doprowadziło do sukcesu: odkrył wszystkie trzy swoje pierwiastki za pomocą analizy widmowej.

W 1875 roku Lecoq de Boisbaudran zbadał widmo blendy cynkowej przywiezionej z Pierrefitte (Pireneje). W tym widmie odkryto nową fioletową linię. Nowa linia wskazywała na obecność nieznanego pierwiastka w minerale i, co naturalne, Lecoq de Boisbaudran dołożył wszelkich starań, aby wyizolować ten pierwiastek. Okazało się to trudne: zawartość nowego pierwiastka w rudzie wynosiła niecałe 0,1% i pod wieloma względami była podobna do cynku*. Po długich eksperymentach naukowcowi udało się uzyskać nowy pierwiastek, ale w bardzo małej ilości. Tak mały (poniżej 0,1 g), że Lecoq de Boisbaudran nie był w stanie w pełni zbadać jego właściwości fizykochemicznych.

Odkrycie galu – tak nowy pierwiastek nazwano na cześć Francji (Gallia to jego łacińska nazwa) – pojawiło się w sprawozdaniach Paryskiej Akademii Nauk.

Wiadomość tę przeczytał D.I. Mendelejewa i rozpoznał w galu eka-aluminium, co przepowiedział pięć lat wcześniej. Mendelejew natychmiast napisał do Paryża. „Metoda odkrywania i izolowania, a także kilka opisanych właściwości pozwalają nam sądzić, że nowym metalem jest nic innego jak eka-aluminium” – czytamy w jego liście. Następnie powtórzył właściwości przewidziane dla tego pierwiastka. Co więcej, nie trzymając w rękach ziaren galu, nie widząc go osobiście, rosyjski chemik argumentował, że odkrywca pierwiastka się mylił, że gęstość nowego metalu nie może wynosić 4,7, jak pisał Lecoq de Boisbaudran: - musi być większa, około 5,9...6,0 g/cm 3! Ale doświadczenie pokazało coś przeciwnego: odkrywca się mylił. Odkrycie pierwszego pierwiastka przewidywanego przez Mendelejewa znacznie wzmocniło pozycję prawa okresowości.

Średnia zawartość galu w skorupie ziemskiej wynosi 19 g/t. Gal jest typowym pierwiastkiem śladowym o podwójnym charakterze geochemicznym. Jedyny minerał galu, galit CuGaS 2, jest bardzo rzadki. Geochemia galu jest ściśle powiązana z geochemią aluminium, co wynika z podobieństwa ich właściwości fizykochemicznych. Główna część galu w litosferze zawarta jest w minerałach glinu. Ze względu na podobieństwo swoich krystalicznych właściwości chemicznych do głównych pierwiastków skałotwórczych (Al, Fe itp.) oraz szeroką możliwość izomorfizmu z nimi, gal nie tworzy dużych akumulacji, pomimo znacznej liczby Clarke'a. Wyróżnia się następujące minerały o dużej zawartości galu: sfaleryt (0 – 0,1%), magnetyt (0 – 0,003%), kasyteryt (0 – 0,005%), granat (0 – 0,003%), beryl (0 – 0,003%) , turmalin (0 – 0,01%), spodumen (0,001 – 0,07%), flogopit (0,001 – 0,005%), biotyt (0 – 0,1%), muskowit (0 – 0,01%), serycyt (0 – 0,005%), lepidolit (0,001 – 0,03%), chloryt (0 – 0,001%), skalenie (0 – 0,01%), nefelin (0 – 0,1%), hekmanit (0,01 – 0,07%), natrolit (0 – 0,1%).

Być może najbardziej znaną właściwością galu jest jego temperatura topnienia, która wynosi 29,76 °C. Jest to drugi najbardziej topliwy metal w układzie okresowym (po rtęci). Dzięki temu możesz topić metal trzymając go w dłoni. Gal jest jednym z niewielu metali, które rozszerzają się po zestaleniu stopu (pozostałe to Bi, Ge).

Gal krystaliczny ma kilka modyfikacji polimorficznych, ale tylko jedna (I) jest stabilna termodynamicznie, ma sieć ortorombową (pseudotetragonalną) o parametrach a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Inne modyfikacje galu (β, γ, δ, ε) krystalizują z przechłodzonego rozproszonego metalu i są niestabilne. Pod podwyższonym ciśnieniem zaobserwowano dwie kolejne struktury polimorficzne galu II i III, posiadające odpowiednio sieć sześcienną i tetragonalną.

Gęstość galu w stanie stałym w temperaturze T=20°C wynosi 5,904 g/cm3.

Jedną z cech galu jest szeroki zakres temperatur występowania stanu ciekłego (od 30 do 2230°C), przy jednoczesnej niskiej prężności par w temperaturach do 1100-1200°C. Ciepło właściwe stałego galu w zakresie temperatur T=0 24°C wynosi 376,7 J/kg K (0,09 cal/g st.), w stanie ciekłym w temperaturze T=29 ÷ 100°C - 410 J/kg K (0,098 cal/g stopnia).

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

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

Gal jest pierwiastkiem mało toksycznym. Ze względu na niską temperaturę topnienia wlewki galu zaleca się przewozić w workach polietylenowych, które są słabo zwilżone stopionym galem. Kiedyś z metalu robiono nawet plomby (zamiast amalgamatu). Zastosowanie to polega na tym, że po zmieszaniu proszku miedzi ze stopionym galem otrzymuje się pastę, która po kilku godzinach twardnieje (w wyniku tworzenia się związku międzymetalicznego) i może następnie wytrzymać ogrzewanie do 600 stopni bez topienia.

W wysokich temperaturach gal jest substancją bardzo agresywną. W temperaturach powyżej 500°C powoduje korozję prawie wszystkich metali z wyjątkiem wolframu, a także wielu innych materiałów. Kwarc jest odporny na działanie stopionego galu do 1100 ° C, ale może pojawić się problem, ponieważ kwarc (i większość innych szkieł) jest silnie zwilżany przez ten metal. Oznacza to, że gal po prostu przyklei się do ścianek kwarcu.

Właściwości chemiczne galu są zbliżone do właściwości aluminium. Film tlenkowy utworzony na powierzchni metalu w powietrzu chroni gal przed dalszym utlenianiem. Po podgrzaniu pod ciśnieniem gal reaguje z wodą, tworząc związek GaOOH zgodnie z reakcją:

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

Gal reaguje z kwasami mineralnymi, uwalniając wodór i tworząc sole, a reakcja zachodzi nawet poniżej temperatury pokojowej:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Produktami reakcji z zasadami oraz węglanami potasu i sodu są hydroksygallany zawierające jony Ga(OH) 4 - i ewentualnie Ga(OH) 6 3 - i Ga(OH) 2 - jony:

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

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

Gal nie oddziałuje z wodorem, węglem, azotem, krzemem i borem.

W wysokich temperaturach gal jest w stanie niszczyć różne materiały, a jego działanie jest silniejsze niż stopienie jakiegokolwiek innego metalu. Zatem grafit i wolfram są odporne na stopiony gal do 800°C, alund i tlenek berylu BeO do 1000°C, tantal, molibden i niob są odporne do 400÷450°C.

W przypadku większości metali gal tworzy galidy, z wyjątkiem bizmutu, a także metale z podgrup cynku, skandu i tytanu. Jeden z gallidów V 3 Ga ma dość wysoką temperaturę przejścia do stanu nadprzewodzącego wynoszącą 16,8 K.

Gal tworzy wodorki polimerów:

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.

Stabilność jonów maleje w szeregu BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . Jon BH 4 jest stabilny w roztworze wodnym, AlH 4 i GaH 4 szybko ulegają hydrolizie:

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

Kiedy Ga(OH) 3 i Ga 2 O 3 rozpuszczają się w kwasach, tworzą się kompleksy wodne 3+, dlatego sole galu izoluje się z roztworów wodnych w postaci krystalicznych hydratów, na przykład chlorek galu GaCl 3 * 6H 2 O, ałun galowo-potasowy KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Zachodzi interesująca interakcja pomiędzy galem i kwasem siarkowym. Towarzyszy temu wydzielanie siarki elementarnej. W tym przypadku siarka otacza powierzchnię metalu i zapobiega jego dalszemu rozpuszczaniu. Jeśli umyjesz metal gorącą wodą, reakcja zostanie wznowiona i będzie kontynuowana, aż na galu wyrośnie nowa „skórka” siarki.

• Ga2H6- ciecz lotna, temperatura topnienia -21,4°C, temperatura wrzenia 139°C. W eterycznej zawiesinie z hydratem litu lub talu tworzy związki LiGaH 4 i TlGaH 4 . Powstaje w wyniku działania tetrametylodigallanu trietyloaminą. Istnieją wiązania bananowe, jak w diboranie

• Ga2O3- proszek biały lub żółty, temperatura topnienia 1795°C. Występuje w formie dwóch modyfikacji. α- Ga 2 O 3 - bezbarwne kryształy trójkątne o gęstości 6,48 g/cm3, słabo rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w kwasach. β- Ga 2 O 3 - bezbarwne, jednoskośne kryształy o gęstości 5,88 g/cm3, słabo rozpuszczalne w wodzie, kwasach i zasadach. Otrzymuje się go przez ogrzewanie galu metalicznego w powietrzu w temperaturze 260 ° C lub w atmosferze tlenu lub przez kalcynację azotanu lub siarczanu galu. ΔH° 298 (próbka) -1089,10 kJ/mol; ΔG° 298 (próbka) -998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Wykazują właściwości amfoteryczne, chociaż podstawowe właściwości w porównaniu do aluminium są ulepszone:

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- wypada w postaci galaretowatego osadu podczas traktowania roztworów soli trójwartościowego galu wodorotlenkami i węglanami metali alkalicznych (pH 9,7). Rozpuszcza się w stężonym amoniaku i stężonym roztworze węglanu amonu i wytrąca się po zagotowaniu. Przez ogrzewanie wodorotlenek galu można przekształcić w GaOOH, następnie w Ga 2 O 3 *H 2 O i na koniec w Ga 2 O 3. Można go otrzymać przez hydrolizę soli trójwartościowego galu.

• GaF 3- Biały proszek. t topnienia >1000°C, t wrzenia 950°C, gęstość - 4,47 g/cm3. Słabo rozpuszczalny w wodzie. Znany jest krystaliczny hydrat GaF 3 · 3H 2 O. Otrzymuje się go przez ogrzewanie tlenku galu w atmosferze fluoru.

• GaCl3- bezbarwne higroskopijne kryształy. t topnienia 78°C, wrzenia t 215°C, gęstość - 2,47 g/cm3. Rozpuśćmy się dobrze w wodzie. Hydrolizuje w roztworach wodnych. Otrzymywany bezpośrednio z pierwiastków. Stosowany jako katalizator w syntezach organicznych.

• GaBr 3- bezbarwne higroskopijne kryształy. t topnienia 122°C, t wrzenia 279°C gęstość - 3,69 g/cm3. Rozpuszcza się w wodzie. Hydrolizuje w roztworach wodnych. Słabo rozpuszczalny w amoniaku. Otrzymywany bezpośrednio z pierwiastków.

• Gal 3- higroskopijne jasnożółte igły. t topnienia 212°C, t wrzenia 346°C, gęstość - 4,15 g/cm3. Hydrolizuje pod wpływem ciepłej wody. Otrzymywany bezpośrednio z pierwiastków.

• Gaz 3- żółte kryształy lub biały bezpostaciowy proszek o temperaturze topnienia 1250°C i gęstości 3,65 g/cm3. Oddziałuje z wodą i ulega całkowitej hydrolizie. Otrzymuje się go w reakcji galu z siarką lub siarkowodorem.

• Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- bezbarwna, dobrze rozpuszczalna w wodzie substancja. Otrzymuje się go w reakcji galu, jego tlenku i wodorotlenku z kwasem siarkowym. Łatwo tworzy ałun z siarczanami metali alkalicznych i amonem, na przykład KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

• Ga(NO 3) 3 8H 2 O- bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie i etanolu. Po podgrzaniu rozkłada się, tworząc tlenek galu (III). Otrzymuje się go przez działanie kwasu azotowego na wodorotlenek galu.

Głównym źródłem pozyskiwania galu jest produkcja aluminium. Podczas przetwarzania boksytu metodą Bayera gal jest zagęszczany w krążących ługach macierzystych po oddzieleniu Al(OH) 3 . Gal wyodrębnia się z takich roztworów metodą elektrolizy na katodzie rtęciowej. Z alkalicznego roztworu otrzymanego po potraktowaniu amalgamatu wodą wytrąca się Ga(OH) 3, który rozpuszcza się w alkaliach, a gal wyodrębnia się metodą elektrolizy.

W metodzie sodowo-wapniowej przetwarzania boksytu lub rudy nefelinowej gal jest skoncentrowany w ostatnich frakcjach osadu uwolnionego w procesie karbonizacji. W celu dodatkowego wzbogacenia osad wodorotlenku traktuje się mlekiem wapiennym. W tym przypadku większość Al pozostaje w osadzie, a gal przechodzi do roztworu, z którego poprzez przepuszczanie CO2 wyodrębnia się koncentrat galu (6-8% Ga 2 O 3); ten ostatni rozpuszcza się w zasadach, a gal oddziela się elektrolitycznie.

Źródłem galu może być również resztkowy stop anodowy z procesu rafinacji Al metodą elektrolizy trójwarstwowej. W produkcji cynku źródłami galu są sublimaty (tlenki Welza) powstałe podczas przetwarzania odpadów poflotacyjnych z ługowania żużla cynkowego.

Ciekły gal otrzymywany przez elektrolizę roztworu alkalicznego, przemytego wodą i kwasami (HCl, HNO 3), zawiera 99,9-99,95% Ga. Czystszy metal otrzymuje się przez topienie próżniowe, topienie strefowe lub przez wyciąganie monokryształu ze stopu.

Zastosowania galu

Arsenek galu GaAs jest obiecującym materiałem do zastosowań w elektronice półprzewodnikowej.

Azotek galu wykorzystywany jest do wytwarzania laserów półprzewodnikowych i diod LED w zakresie niebieskim i ultrafioletowym. Azotek galu ma doskonałe właściwości chemiczne i mechaniczne, typowe dla wszystkich związków azotkowych.

Jako pierwiastek grupy III, który zwiększa przewodnictwo „dziurowe” w półprzewodniku, gal (o czystości co najmniej 99,999%) jest stosowany jako dodatek do germanu i krzemu. Związki międzymetaliczne galu z pierwiastkami grupy V - antymonem i arsenem - same mają właściwości półprzewodnikowe.

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

Dodatek galu do masy szklanej umożliwia otrzymanie szkieł o wysokim współczynniku załamania promieni świetlnych, a szkła na bazie Ga 2 O 3 dobrze przepuszczają promienie podczerwone.

Gal jest drogi; w 2005 roku na rynku światowym tona galu kosztowała 1,2 mln dolarów, a ze względu na wysoką cenę i jednocześnie duże zapotrzebowanie na ten metal, bardzo ważne jest ustalenie jego całkowitego wydobycia w produkcja aluminium i przetwarzanie węgla na paliwo ciekłe.

Ciekły gal odbija 88% padającego na niego światła, gal stały odbija nieco mniej. Dlatego wytwarzają lustra galowe, które są bardzo łatwe w produkcji - powłokę galową można nakładać nawet pędzlem.

Gal ma szereg stopów, które w temperaturze pokojowej są ciekłe, a jeden z jego stopów ma temperaturę topnienia 3°C, ale z drugiej strony gal (w mniejszym stopniu stopy) jest dość agresywny w stosunku do większości materiałów konstrukcyjnych (pękanie i erozja stopów w wysokiej temperaturze) oraz Jako chłodziwo jest nieskuteczne i często po prostu niedopuszczalne.

Podejmowano próby wykorzystania galu w reaktorach jądrowych, jednak wyniki tych prób trudno uznać za udane. Gal nie tylko dość aktywnie wychwytuje neutrony (przekrój poprzeczny wychwytu 2,71 barna), ale także reaguje w podwyższonych temperaturach z większością metali.

Gal nie stał się materiałem atomowym. To prawda, że ​​​​jego sztuczny radioaktywny izotop 72 Ga (o okresie półtrwania wynoszącym 14,2 godziny) służy do diagnozowania raka kości. Chlorek i azotan galu-72 są adsorbowane przez guz, a wykrywając charakterystykę promieniowania tego izotopu, lekarze niemal dokładnie określają wielkość obcych formacji.

Gal jest doskonałym środkiem smarnym. Prawie bardzo ważne kleje do metali stworzono na bazie galu i niklu, galu i skandu.

Gal metaliczny jest również używany do wypełniania termometrów kwarcowych (zamiast rtęci) do pomiaru wysokich temperatur. Wynika to z faktu, że gal ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia w porównaniu do rtęci.

Tlenek galu jest składnikiem wielu strategicznie ważnych materiałów laserowych.

Produkcja galu na świecie

Jego światowa produkcja nie przekracza dwustu ton rocznie. Z wyjątkiem dwóch niedawno odkrytych złóż – w 2001 r. w Gold Canyon w Nevadzie w USA i w 2005 r. w Mongolii Wewnętrznej w Chinach – gal nie występuje nigdzie na świecie w stężeniach przemysłowych. (W tym ostatnim złożu stwierdzono obecność 958 tys. ton galu w węglu – oznacza to podwojenie światowych zasobów galu).

Szacuje się, że światowe zasoby galu w samych boksytach przekraczają 1 milion ton, a wspomniane złoże w Chinach zawiera 958 tysięcy ton galu w węglu – co podwaja światowe zasoby galu).

Nie ma wielu producentów galu. Jednym z liderów na rynku galu jest firma GEO Gallium. Jej główne moce produkcyjne do 2006 roku obejmowały zakład w Stade (Niemcy), gdzie wydobywa się około 33 ton rocznie, zakład w Salindres przerabiający 20 ton/rok (Francja) oraz w Pinjarra (Australia Zachodnia) – potencjał (ale nie wprowadzony) w budownictwie) wydajność do 50 ton/rok.

W 2006 roku pozycja producenta nr 1 osłabła – przedsiębiorstwo Stade zostało zakupione przez angielską firmę MCP i amerykańską firmę Recapture Metals.

Japońska firma Dowa Mining jest jedynym na świecie producentem galu pierwotnego z koncentratów cynku, będącego produktem ubocznym produkcji cynku. Pełną zdolność produkcyjną Dowa Mining w zakresie surowca pierwotnego szacuje się na 20 ton/rok. W Kazachstanie przedsiębiorstwo Aluminium of Kazakhstan w Pawłodarze dysponuje pełną zdolnością produkcyjną na poziomie 20 ton/rok.

Chiny stały się bardzo poważnym dostawcą galu. W Chinach jest trzech dużych producentów galu pierwotnego – Geatwall Aluminium Co. (do 15 ton/rok), Shandong Aluminium Plant (około 6 ton/rok) i Guizhou Aluminium Plant (do 6 ton/rok). Istnieje również wiele koprodukcji. Sumitomo Chemical utworzyła w Chinach spółki joint venture o wydajności do 40 ton/rok. Amerykańska firma AXT utworzyła spółkę joint venture Beijing JiYa semiconductor Material Co. z największym chińskim przedsiębiorstwem aluminiowym Shanxi Aluminium Factory. o wydajności do 20 ton/rok.

Produkcja galu w Rosji

W Rosji strukturę produkcji galu determinuje rozwój przemysłu aluminiowego. Dwie wiodące grupy, które ogłosiły fuzję, Russian Aluminium i SUAL, są właścicielami zakładów galu powstających w rafineriach tlenku glinu.

„Russian Aluminium”: Rafineria Aluminy Nikolaevsky na Ukrainie (klasyczna metoda hydrochemiczna firmy Bayer do przetwarzania boksytu tropikalnego, wydajność zakładu - do 12 ton galu / rok) i Rafineria Alumina Achinsk w Rosji (przetwarzanie poprzez spiekanie surowców nefelinowych - urtytów Złoże Kiya-Shaltyrskoye, Terytorium Krasnojarskie, wydajność złoża – 1,5 tony galu/rok).

„SUAL”: Zdolności w Kamensku-Uralskim (technologia spiekania Bayera dla boksytu z regionu rud boksytu Północnego Uralu, wydajność zakładu - do 2 ton galu / rok), w rafinerii tlenku glinu Boksitogorsk (przetwarza boksyt z regionu Leningradu przez metoda spiekania, wydajność – 5 ton galu/rok, obecnie wstrzymana na mole) i „Pikalevsky Alumina” (przetwarza koncentraty nefelinowe z rud apatytowo-nefelinowych z regionu Murmańska poprzez spiekanie, wydajność zakładu – 9 ton galu/rok). W sumie wszystkie przedsiębiorstwa Rusal i SUAL mogą wyprodukować ponad 20 ton/rok.

Rzeczywista produkcja jest niższa – np. w 2005 roku wyeksportowano 8,3 ton galu z Rosji i 13,9 ton galu z Rafinerii Tlenku Glinu w Nikołajewie z Ukrainy.

Przygotowując materiał wykorzystano informacje firmy Kvar.

Termometry galowe pozwalają w zasadzie mierzyć temperatury od 30 do 2230°C. Obecnie produkowane są termometry galowe do temperatur do 1200°C.

Element nr 31 służy do produkcji stopów niskotopliwych stosowanych w urządzeniach sygnalizacyjnych. Stop galu z indem topi się już w temperaturze 16°C. Jest to najbardziej topliwy ze wszystkich znanych stopów.

Jako pierwiastek grupy III poprawiający przewodnictwo „dziurowe” w półprzewodniku (o czystości co najmniej 99,999%), stosowany jest jako dodatek do germanu i krzemu.

Związki międzymetaliczne galu z pierwiastkami grupy V - antymonem i arsenem - same mają właściwości półprzewodnikowe.

Dodatek galu do masy szklanej umożliwia otrzymanie szkieł o wysokim współczynniku załamania promieni świetlnych, a szkła na bazie Ga2O3 dobrze przepuszczają promienie podczerwone.

Ciecz odbija 88% padającego na nią światła, ciało stałe - trochę mniej. Dlatego wykonują lustra galowe, które są bardzo łatwe w produkcji - powłokę galową można nakładać nawet pędzlem.

Czasami wykorzystuje się zdolność galu do dobrego zwilżania powierzchni stałych, zastępując go w dyfuzyjnych pompach próżniowych. Takie pompy „utrzymują” próżnię lepiej niż pompy rtęciowe.

Podejmowano próby wykorzystania go w reaktorach jądrowych, jednak rezultaty tych prób trudno uznać za udane. Gal nie tylko dość aktywnie wychwytuje neutrony (przekrój poprzeczny wychwytu 2,71 barna), ale także reaguje w podwyższonych temperaturach z większością metali.

Gal nie stał się materiałem atomowym. To prawda, że ​​​​jego sztuczny radioaktywny izotop 72Ga (o okresie półtrwania wynoszącym 14,2 godziny) służy do diagnozowania raka kości. Chlorek i azotan galu-72 są adsorbowane przez guz, a wykrywając charakterystykę promieniowania tego izotopu, lekarze niemal dokładnie określają wielkość obcych formacji.

Jak widać, praktyczne możliwości elementu nr 31 są dość szerokie. Nie jest jeszcze możliwe ich pełne wykorzystanie ze względu na trudność uzyskania galu - pierwiastka dość rzadkiego (1,5-10-3% masy skorupy ziemskiej) i bardzo rozproszonego.

Znanych jest niewiele rodzimych minerałów galu. Jego pierwszy i najsłynniejszy minerał, galit CuGaS2, został odkryty dopiero w 1956 roku. Później odkryto dwa kolejne minerały, już bardzo rzadkie.

Zazwyczaj gal występuje w cynku, aluminium, rudach żelaza, a także w węglu – jako drobne zanieczyszczenie. I co charakterystyczne: im większe jest to zanieczyszczenie, tym trudniej je wydobyć, ponieważ galu jest więcej w rudach tych metali (,), które są do niego podobne pod względem właściwości. Większość ziemskiego galu zawarta jest w minerałach glinu.

Wydobywanie galu to kosztowna „przyjemność”. Dlatego pierwiastek numer 31 jest używany w mniejszych ilościach niż którykolwiek z jego sąsiadów w układzie okresowym.

Jest oczywiście możliwe, że nauka w najbliższej przyszłości odkryje w galu coś, co uczyni go absolutnie niezbędnym i niezastąpionym, jak to miało miejsce w przypadku innego pierwiastka przewidywanego przez Mendelejewa – germanu.

WYSZUKIWANIE PRAWIDŁOWOŚCI. Właściwości galu przepowiedział D.I. Mendelejew na pięć lat przed odkryciem tego pierwiastka. Genialny rosyjski chemik oparł swoje przewidywania na wzorach zmian właściwości w grupach układu okresowego. Jednak dla Lecoqa de Boisbaudrana odkrycie galu nie było szczęśliwym przypadkiem. Utalentowany spektroskopista już w 1863 roku odkrył prawidłowości w zmianach widm pierwiastków o podobnych właściwościach. Porównując widma indu i aluminium doszedł do wniosku, że pierwiastki te mogą mieć „brata”, którego linie wypełniłyby lukę w krótkofalowej części widma. To właśnie tej brakującej linii szukał i znalazł w widmie blendy cynkowej firmy Pierrefit.

GRA SŁÓW? Według której historycy nauki widzą w nazwie pierwiastka nr 31 nie tylko patriotyzm, ale także nieskromność jego odkrywcy. Powszechnie uważa się, że słowo „gal” pochodzi od łacińskiego słowa Gallia (Francja). Ale jeśli chcesz, w tym samym słowie możesz zobaczyć podpowiedź słowa „kogut” 1. Po łacinie „kogut” to gallus, po francusku - le coq. Lecoqa de Boisbaudran?

W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU gal często towarzyszy aluminium w minerałach. Co ciekawe, stosunek tych pierwiastków w minerale zależy od czasu powstania minerału. W skaleniach na każde 120 tysięcy atomów glinu przypada jeden atom galu. W nefelinach, które powstały znacznie później, stosunek ten wynosi już 1:6000, a w jeszcze „młodszym” skamieniałym drewnie zaledwie 1:13.

PIERWSZY PATENT. Pierwszy patent na zastosowanie galu uzyskano już na początku XX wieku. Chcieli zastosować element nr 31 w lampach łukowych.

SIARKA ZASTĘPUJE, SZARY JEST BRONIONY PRZEZ SIARKĘ. Ciekawie zachodzi oddziaływanie galu z kwasem siarkowym. Towarzyszy temu wydzielanie siarki elementarnej. Jednocześnie otula powierzchnię metalu i zapobiega jego dalszemu rozpuszczaniu. Jeśli umyjesz metal gorącą wodą, reakcja zostanie wznowiona i będzie kontynuowana, aż na galu wyrośnie nowa „skórka” siarki.

ZŁY WPŁYW. Ciekły gal oddziałuje z większością metali, tworząc związki międzymetaliczne o raczej niskich właściwościach mechanicznych. Dlatego kontakt z galem powoduje utratę wytrzymałości wielu materiałów konstrukcyjnych. Najbardziej odporny na działanie galu: w temperaturach do 1000°C skutecznie wytrzymuje agresywność pierwiastka nr 31.

I TLENEK TEŻ! Drobne dodatki tlenku galu znacząco wpływają na właściwości tlenków wielu metali. Zatem domieszka Ga2O3 do tlenku cynku znacznie zmniejsza jego zdolność spiekania. Ale w takim tlenku jest znacznie więcej cynku niż w czystym tlenku. Przewodność elektryczna dwutlenku tytanu gwałtownie spada po dodaniu Ga2O3.

JAK POZYSKAĆ ​​GAL. Na świecie nie odkryto żadnych przemysłowych złóż rud galu. Dlatego gal należy ekstrahować z rud cynku i aluminium, które są w niego bardzo ubogie.

Ponieważ zawartość galu w nich nie jest taka sama, metody otrzymywania pierwiastka nr 31 są dość zróżnicowane. Opowiedzmy na przykład, jak gal jest ekstrahowany z blendy cynku, minerału, w którym odkryto ten pierwiastek Pierwszy.

W pierwszej kolejności wypala się mieszankę cynkową ZnS, a powstałą ługuje kwasem siarkowym. Razem z wielomainnych metali, gal przechodzi do roztworu. W tym roztworze dominuje siarczan cynku - główny produkt, który należy oczyścić z zanieczyszczeń, w tym galu. Pierwszy etapczyszczenie - sedymentacja tzw. osadu żelaznego. Wraz ze stopniową neutralizacją kwaśnego roztworu osad ten wytrąca się. 13 okazuje się, że zawiera około 10% aluminium, 15% żelaza i (co jest dla nas teraz najważniejsze) 0,05-0,1% galu. Aby wyekstrahować gal, osad ługuje się kwasem lub wodorotlenkiem sodu – wodorotlenek galu jest amfoteryczny. Metoda alkaliczna jest wygodniejsza, ponieważ w tym przypadku sprzęt może być wykonany z tańszych materiałów.

Pod wpływem zasad związki glinu i galu ulegają rozpuszczeniu. Po dokładnym zneutralizowaniu tego roztworu wytrąca się wodorotlenek galu. Ale część aluminium również wytrąca się. Dlatego osad ponownie rozpuszcza się, tym razem w kwasie solnym. Rezultatem jest roztwór chlorku galu, zanieczyszczony głównie chlorkiem glinu. Można je oddzielić przez ekstrakcję. Dodaje się eter i w przeciwieństwie do AlCl3, GaCl3 prawie całkowicie przechodzi do rozpuszczalnika organicznego. Warstwy rozdziela się, eter oddestylowuje się, a powstały chlorek galu ponownie traktuje się stężoną sodą kaustyczną w celu wytrącenia i oddzielenia zanieczyszczeń żelaznych od galu. Z tego alkalicznego roztworu otrzymuje się metaliczny gal. Otrzymywany przez elektrolizę przy napięciu 5,5 V. Gal osadza się na miedzianej katodzie.

Chemia

Gal nr 31

Podgrupa galu. Zawartość każdego członka tej podgrupy w skorupie ziemskiej w szeregu gal (4-10~4%) - ind (2-10~6) - tal (8-10-7) maleje. Wszystkie trzy pierwiastki są niezwykle rozproszone i nie jest typowe dla nich występowanie w postaci niektórych minerałów. Wręcz przeciwnie, drobne zanieczyszczenia ich związków zawierają rudy wielu metali. Ga, In i Ti otrzymuje się z odpadów podczas przetwarzania takich rud.
W stanie wolnym gal, ind i tal są metalami srebrzystobiałymi. Poniżej porównano ich najważniejsze stałe:
Ga In Tl

Właściwości fizyczne galu

Gęstość, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Temperatura topnienia, °C. . . 30 157 304
Temperatura wrzenia, °C.... . 2200 2020 1475
Przewodność elektryczna (Hg = 1). . 2 11 6

Według twardości gal blisko ołowiu, In i Ti - jeszcze bardziej miękkie 6-13.
W suchym powietrzu gal i ind nie ulegają zmianie, a tal pokryty jest szarą warstwą tlenku. Po podgrzaniu wszystkie trzy pierwiastki energetycznie łączą się z tlenem i siarką. Oddziałują z chlorem i bromem w zwykłych temperaturach, ale z jodem tylko po podgrzaniu. Znajdujące się w szeregu napięć wokół żelaza Ga, In i Ti są rozpuszczalne w kwasach.14’ 15
Normalna wartościowość galu i indu wynosi trzy. Tal daje pochodne, w których jest trój- i jednowartościowy. 18
Tlenki galu i jego analogi - biały Ga 2 O 3, żółty In203 i brązowy T1203 - są nierozpuszczalne w wodzie - odpowiednie wodorotlenki E (OH) 3 (które można otrzymać z soli) to galaretowate osady, praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalny w kwasach. Białe wodorotlenki Ga i In są również rozpuszczalne w roztworach mocnych zasad, tworząc galusany i indakty podobne do glinianów. Mają zatem charakter amfoteryczny, a właściwości kwasowe są mniej wyraźne w 1n(OH) 3 i bardziej wyraźne w Ga(OH) 3 niż w Al(OH) 3. Zatem oprócz mocnych zasad Ga(OH) 3 jest rozpuszczalny w mocnych roztworach NH 4OH. Przeciwnie, czerwonobrązowy Ti(OH) 3 nie rozpuszcza się w alkaliach.
Jony Ga” i In” są bezbarwne, jon Ti” ma żółtawy kolor. Sole większości wytwarzanych z nich kwasów są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale ulegają silnej hydrolizie; Spośród rozpuszczalnych soli słabych kwasów wiele ulega prawie całkowitej hydrolizie. O ile pochodne o niższych wartościowościach Ga i In nie są dla nich typowe, o tyle dla talu najbardziej charakterystyczne są te związki, w których jest on jednowartościowy. Dlatego sole T13+ mają zauważalnie wyraźne właściwości utleniające.

Suplementy galu

1. Za pomocą spektroskopu odkryto wszystkich trzech członków rozpatrywanej podgrupy: 1 tal – w 1861 r., ind – w 1863 r. i gal – w 1875 r. Ostatni z tych pierwiastków przewidział i opisał D. I. Mendelejew na 4 lata przed jego odkryciem (VI § 1). Naturalny gal składa się z izotopów o liczbach masowych 69 (60,2%) i 71 (39,8); ind-113 (4,3) i 115 (95,7); tal - 203 (29,5) i 205 (70,5%).
2. W stanie podstawowym atomy pierwiastków podgrupy galu mają budowę zewnętrznych powłok elektronowych 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) i są jednowartościowe, tj. Wzbudzenie stanów trójwartościowych wymaga kosztów 108 (Ga) , 100 (In) lub 129, (Ti) kcal/g-atom. Kolejne energie jonizacji wynoszą 6,00; 20,51; 30,70 dla Ga; 5,785; 18,86; 28,03 dla In: 6,106; 20,42; 29,8 eV dla T1. Powinowactwo elektronowe atomu talu szacuje się na 12 kcal/g-atom.
3. Rzadki minerał galit (CuGaS 2) jest znany z galu. Ślady tego pierwiastka stale występują w rudach cynku. Wyraźnie duże jego ilości: E (do 1,5%) stwierdzono w popiele niektórych węgli. Jednak głównym surowcem do przemysłowej produkcji galu jest boksyt, który zwykle zawiera drobne zanieczyszczenia (do 0,1%). Pozyskiwany jest metodą elektrolizy z cieczy alkalicznych, które są produktem pośrednim przetwarzania naturalnego boksytu na techniczny tlenek glinu. Roczna światowa produkcja galu wynosi obecnie zaledwie kilka ton, ale można ją znacznie zwiększyć.
4. Ind otrzymywany jest głównie jako produkt uboczny podczas złożonej przeróbki rud siarki Zn, Pb i Cu. Jego roczna światowa produkcja wynosi kilkadziesiąt ton.
5. Tal koncentruje się głównie w pirycie (FeS2). Dlatego też osady poprodukcyjne kwasu siarkowego są dobrym surowcem do otrzymywania tego pierwiastka. Roczna światowa produkcja talu jest mniejsza niż indu, ale również sięga kilkudziesięciu ton.
6. Aby wyizolować Ga, In i T1 w stanie wolnym, stosuje się elektrolizę roztworów ich soli lub żarzenie tlenków w strumieniu wodoru. Ciepła topnienia i parowania metali mają wartości: 1,3 i 61 (Ga), 0,8 i 54 (In), 1,0 i 39 kcal/g-atom (T1). Ich ciepło sublimacji (w 25 °C) wynosi 65 (Ga), 57 (In) i 43 kcal/g-atom (T1). W parach wszystkie trzy pierwiastki składają się prawie wyłącznie z cząsteczek jednoatomowych.
7. Sieć krystaliczna galu nie jest zbudowana z pojedynczych atomów (jak to zwykle bywa w przypadku metali), ale z cząsteczek dwuatomowych (rf = 2,48A). Stanowi zatem interesujący przypadek współistnienia struktur molekularnych i metalicznych (III § 8). Cząsteczki Ga2 zakonserwowane są także w ciekłym galu, którego gęstość (6,1 g/cm3) jest większa od gęstości stałego metalu (analogicznie do wody i bizmutu). Wzrostowi ciśnienia towarzyszy spadek temperatury topnienia galu. Przy wysokich ciśnieniach, oprócz zwykłej modyfikacji (Gal), ustalono istnienie dwóch innych form. Punkty potrójne (z fazą ciekłą) leżą dla Gal - Gall przy 12 tysiącach atm. i 3°C oraz dla Gall - Gall przy 30 tys. atm. i 45°C.
8. Gal jest bardzo podatny na hipotermię i udało się utrzymać go w stanie ciekłym do -40°C. Powtarzająca się szybka krystalizacja przechłodzonego stopu może służyć jako metoda oczyszczania galu. W stanie bardzo czystym (99,999%) otrzymano go poprzez rafinację elektrolityczną, a także redukcję starannie oczyszczonego GaCl3 wodorem. Wysoka temperatura wrzenia i dość równomierna rozszerzalność po podgrzaniu sprawiają, że gal jest cennym materiałem do wypełniania termometrów wysokotemperaturowych. Pomimo zewnętrznego podobieństwa do rtęci, wzajemna rozpuszczalność obu metali jest stosunkowo niska (w zakresie od 10 do 95°C waha się od 2,4 do 6,1 procent atomowych dla Ga w Hg i od 1,3 do 3,8 procent atomowych dla Hg w Ga). . W przeciwieństwie do rtęci, ciekły gal nie rozpuszcza metali alkalicznych i dobrze zwilża wiele powierzchni niemetalowych. W szczególności dotyczy to szkła, poprzez nałożenie galu, z którego można uzyskać lustra silnie odbijające światło (istnieją jednak dowody, że bardzo czysty gal, niezawierający zanieczyszczeń indowych, nie zwilża szkła). Czasami do szybkiego tworzenia obwodów radiowych stosuje się osadzanie galu na plastikowej podstawie. Do wypełnień dentystycznych zaproponowano stop zawierający 88% Ga i 12% Sn topiący się w temperaturze 15°C, a także inne stopy zawierające gal (na przykład 61,5% Bi, 37,2 - Sn i 1,3 - Ga). Nie zmieniają swojej objętości pod wpływem temperatury i dobrze się trzymają. Gal może być również stosowany jako uszczelniacz do zaworów w technologii próżniowej. Należy jednak mieć na uwadze, że w wysokich temperaturach jest agresywny zarówno w stosunku do szkła, jak i wielu metali.
9. W związku z możliwością rozszerzenia produkcji galu, problem asymilacji (czyli opanowania przez praktykę) tego pierwiastka i jego związków staje się pilny, co wymaga badań w celu znalezienia obszarów dla ich racjonalnego wykorzystania. Istnieje artykuł poglądowy i monografie galu.
10. Ściśliwość indu jest nieco wyższa niż aluminium (przy 10 tysiącach atm objętość wynosi 0,84 oryginału). Wraz ze wzrostem ciśnienia maleje jego opór elektryczny (do 0,5 w stosunku do pierwotnego przy 70 tys. atm.) i wzrasta temperatura topnienia (do 400°C przy 65 tys. atm.). Metalowe pałeczki indu chrupią po zgięciu, podobnie jak pałeczki blaszane. Pozostawia ciemny ślad na papierze. Ważne zastosowanie indu wiąże się z produkcją germanowych prostowników prądu przemiennego (X § 6 dodatek 15). Ze względu na niską topliwość może pełnić funkcję smaru w łożyskach.
11. Wprowadzenie niewielkiej ilości indu do stopów miedzi znacznie zwiększa ich odporność na wodę morską, a dodatek indu do srebra zwiększa jego połysk i zapobiega matowieniu na powietrzu. Dodatek indu zwiększa wytrzymałość stopów do wypełnień dentystycznych. Powłoka elektrolityczna innych metali indem dobrze chroni je przed korozją. Stop indu z cyną (wagowo 1:1) dobrze lutuje szkło ze szkłem lub metalem, a stop zawierający 24% In i 76% Ga topi się w temperaturze 16°C. Stop 18,1% In z 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn i 8,2 - Cd, topiący się w temperaturze 47 ° C, jest stosowany medycznie w przypadku złożonych złamań kości (zamiast gipsu). Istnieje monografia na temat chemii indu
12. Ściśliwość talu jest w przybliżeniu taka sama jak indu, ale znane są jego dwie modyfikacje alotropowe (sześciokątna i sześcienna), których punkt przejścia wynosi 235 ° C. Pod wysokim ciśnieniem powstaje kolejny. Punkt potrójny wszystkich trzech form leży przy 37 tysiącach atmosfer i 110°C. Ciśnienie to odpowiada nagłemu, około 1,5-krotnemu spadkowi rezystancji elektrycznej metalu (która przy 70 tysiącach atm. stanowi około 0,3 normalnej). Pod ciśnieniem 90 tys. atm. trzecia forma talu topi się w temperaturze 650°C.
13. Tal wykorzystywany jest głównie do produkcji stopów z cyną i ołowiem, które charakteryzują się dużą kwasoodpornością. W szczególności stop o składzie 70% Pb, 20% Sn i 10% T1 dobrze wytrzymuje działanie mieszanin kwasów siarkowego, solnego i azotowego. Istnieje monografia na temat talu.
14. Gal i ind zwarty są stabilne w stosunku do wody, a tal w obecności powietrza jest przez niego powoli niszczony z powierzchni. Gal reaguje z kwasem azotowym tylko powoli, ale tal reaguje bardzo energicznie. Przeciwnie, kwas siarkowy, a zwłaszcza kwas solny, łatwo rozpuszcza Ga i In, podczas gdy T1 oddziałuje z nimi znacznie wolniej (ze względu na tworzenie się ochronnego filmu trudno rozpuszczalnych soli na powierzchni). Roztwory mocnych zasad łatwo rozpuszczają gal, działają powoli na ind i nie reagują z talem. Gal rozpuszcza się również zauważalnie w NH4OH. Lotne związki wszystkich trzech pierwiastków barwią bezbarwny płomień na charakterystyczne kolory: Ga - prawie niewidoczny dla oka ciemnofioletowy (L = 4171 A), In - ciemnoniebieski (L = 4511 A), T1 - szmaragdowozielony (A, = 5351 A).
15. Gal i ind nie wydają się być trujące. Wręcz przeciwnie, tal jest silnie trujący, a jego działanie jest podobne do Pb i As. Wpływa na układ nerwowy, przewód pokarmowy i nerki. Objawy ostrego zatrucia nie pojawiają się natychmiast, ale po 12-20 godzinach. W przypadku powoli rozwijającego się przewlekłego zatrucia (w tym przez skórę) obserwuje się przede wszystkim pobudzenie i zaburzenia snu. W medycynie preparaty talu stosuje się do usuwania włosów (na porosty itp.). Sole talu znalazły zastosowanie w kompozycjach świetlistych jako substancje wydłużające czas trwania blasku. Okazały się również dobrym lekarstwem na myszy i szczury.
16. W szeregu napięć gal znajduje się pomiędzy Zn i Fe, natomiast ind i tal znajdują się pomiędzy Fe i Sn. Przejścia Ga i In według schematu E+3 + Ze = E odpowiadają potencjałom normalnym: -0,56 i -0,33 V (w środowisku kwaśnym) lub -1,2 i -1,0 V (w środowisku zasadowym). Tal pod wpływem kwasów przechodzi w stan jednowartościowy (potencjał normalny -0,34 V). Przejście T1+3 + 2e = T1+ charakteryzuje się potencjałem normalnym +1,28 V w środowisku kwaśnym lub +0,02 V w środowisku zasadowym.
17. Ciepła powstawania tlenków E2O3 galu i jego analogów maleją w szeregach 260 (Ga), 221 (In) i 93 kcal/mol (T1). Gal jest podgrzewany na powietrzu i praktycznie utlenia się tylko do GaO. Dlatego Ga2O3 otrzymuje się zwykle przez odwodnienie Ga(OH)3. Ind po podgrzaniu na powietrzu tworzy In2O3, a tal tworzy mieszaninę T12O3 i T120 o wyższej zawartości tlenku, im niższa temperatura. Tal można utlenić do T1203 pod wpływem ozonu.
18. Rozpuszczalność tlenków E2O3 w kwasach wzrasta wzdłuż szeregu Ga – In – Tl. W tej samej serii maleje siła wiązania pierwiastka z tlenem: Ga2O3 topi się w temperaturze 1795°C bez rozkładu, 1n203 przekształca się w 1n304 dopiero powyżej 850°C, a drobno rozdrobniony T1203 zaczyna odszczepiać tlen już przy około 90°C C. Jednak do całkowitego przekształcenia T1203 w T120 wymagane są znacznie wyższe temperatury. Pod nadmiernym ciśnieniem tlenu 1p203 topi się w temperaturze 1910°C, a T1203 w temperaturze 716°C.
19. Ciepła hydratacji tlenków według schematu E203 + ZH20 = 2E(OH)3 wynoszą +22 kcal (Ga), +1 (In) i -45 (T1). Zgodnie z tym łatwość usuwania wody przez wodorotlenki wzrasta od Ga do T1: jeśli Ga(OH)3 ulegnie całkowitemu odwodnieniu dopiero podczas kalcynacji, to T1(OH)3 przekształca się w T1203 nawet stojąc pod cieczą, z której pochodzi był izolowany.
20. Podczas neutralizacji kwaśnych roztworów soli galu jego wodorotlenek wytrąca się w przybliżeniu w zakresie pH = 3-4. Świeżo wytrącony Ga(OH)3 jest dobrze rozpuszczalny w mocnych roztworach amoniaku, jednak wraz z wiekiem rozpuszczalność coraz bardziej maleje. Jego punkt izoelektryczny leży przy pH = 6,8 i PR = 2 · 10 ~ 37. Dla 1n(OH)3 stwierdzono, że PR = 1 10-31, a dla T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Dla drugiej i trzeciej stałej dysocjacji Ga(OH)3 według typu kwasowego i zasadowego wyznaczono następujące wartości:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2„2. S-P / NW = 4 -10 12
Zatem wodorotlenek galu stanowi przypadek elektrolitu bardzo bliskiego idealnej amfoteryczności.

1. Różnica w kwasowych właściwościach wodorotlenków galu i jego analogów jest wyraźnie widoczna podczas interakcji z roztworami mocnych zasad (NaOH, KOH). Wodorotlenek galu łatwo rozpuszcza się, tworząc galusany typu M, które są stabilne zarówno w roztworze, jak i w stanie stałym. Po podgrzaniu łatwo tracą wodę (sól Na w temperaturze 120°C, sól K w temperaturze 137°C) i przekształcają się w odpowiednie bezwodne sole typu MGa02. Galusany metali dwuwartościowych (Ca, Sr) otrzymane z roztworów charakteryzują się innym rodzajem – M3 ▪ 2H2O, które również są prawie nierozpuszczalne. Są całkowicie hydrolizowane wodą.
   Wodorotlenek talu łatwo ulega peptyzacji przez mocne zasady (z utworzeniem zolu ujemnego), ale jest w nich nierozpuszczalny i nie tworzy talków. Metodą suchą (poprzez fuzję tlenków z odpowiednimi węglanami) otrzymano pochodne typu ME02 dla wszystkich trzech pierwiastków podgrupy galu. Natomiast w przypadku talu okazały się one mieszaninami tlenków.
   1. Efektywne promienie jonów Ga3+, In3* i T13* wynoszą odpowiednio 0,62, 0,92 i 1,05 A. W środowisku wodnym są one najwyraźniej bezpośrednio otoczone przez sześć cząsteczek wody. Takie uwodnione jony są w pewnym stopniu zdysocjowane według schematu E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, a ich stałe dysocjacji szacuje się na 3 ■ 10-3° (Ga) i 2 10-4 (In) .
   2. Sole halogenkowe Ga3+, In3* i T13*’ są ogólnie podobne do odpowiednich soli A13*. Oprócz fluorków są one stosunkowo topliwe i dobrze rozpuszczalne nie tylko w wodzie, ale także w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Malowane są tylko żółte Gal3.

   W naturze nie będzie można znaleźć dużych złóż, ponieważ po prostu ich nie tworzy. W większości przypadków można go spotkać w rudach lub minerałach germanitowych, gdzie jest szansa na znalezienie od 0,5 do 0,7% tego metalu. Warto również wspomnieć, że gal można otrzymać także poprzez przeróbkę nefelinu, boksytu, rud polimetalicznych czy węgla. W pierwszej kolejności otrzymuje się metal, który poddaje się obróbce: przemywaniu wodą, filtrowaniu i podgrzewaniu. Aby uzyskać wysoką jakość tego metalu, stosuje się specjalne reakcje chemiczne. Wysoki poziom produkcji galu można zaobserwować w krajach Afryki, szczególnie na południowym wschodzie, w Rosji i innych regionach.

   Jeśli chodzi o właściwości tego metalu, jego kolor jest srebrzysty, a w niskich temperaturach może pozostać w stanie stałym, ale nie będzie mu trudno się stopić, jeśli temperatura będzie choćby nieco wyższa niż temperatura pokojowa. Ponieważ metal ten ma podobne właściwości do aluminium, jest transportowany w specjalnych opakowaniach.

   Zastosowania galu

   Stosunkowo niedawno gal zaczęto stosować do produkcji stopów niskotopliwych. Ale dziś można go znaleźć w mikroelektronice, gdzie jest stosowany w półprzewodnikach. Materiał ten jest również dobry jako smar. Jeśli galu lub skandu użyje się razem, można uzyskać doskonałej jakości kleje do metali. Ponadto sam gal metaliczny może być stosowany jako wypełniacz w termometrach kwarcowych, ponieważ ma wyższą temperaturę wrzenia niż rtęć.

   Ponadto wiadomo, że gal wykorzystuje się do produkcji lamp elektrycznych, tworzenia układów sygnałowych i bezpieczników. Metal ten można również znaleźć w przyrządach optycznych, w szczególności w celu poprawy ich właściwości odblaskowych. Gal jest również stosowany w farmaceutykach i radiofarmaceutykach.

   Ale jednocześnie metal ten jest jednym z najdroższych i bardzo ważne jest zapewnienie jego wysokiej jakości ekstrakcji podczas produkcji aluminium i przetwarzania węgla na paliwo, ponieważ unikalny naturalny gal jest obecnie szeroko stosowany ze względu na swoje unikalne właściwości .

   Nie udało się jeszcze zsyntetyzować tego pierwiastka, choć nanotechnologia daje nadzieję naukowcom pracującym z galem.

   DEFINICJA

   Gal- trzydziesty pierwszy element układu okresowego. Oznaczenie - Ga od łacińskiego „galu”. Znajduje się w czwartym okresie, grupa IIIA. Odnosi się do metali. Ładunek jądrowy wynosi 31.

   Gal jest pierwiastkiem rzadkim i nie występuje w przyrodzie w znaczących stężeniach. Otrzymywany jest głównie z koncentratów cynku po wytopie z nich cynku.

   W stanie wolnym gal jest srebrzystobiałym (ryc. 1) miękkim metalem o niskiej temperaturze topnienia. Jest dość stabilny na powietrzu, nie rozkłada wody, ale łatwo rozpuszcza się w kwasach i zasadach.

   Ryż. 1. Gal. Wygląd.

   Masa atomowa i cząsteczkowa galu

   Względna masa cząsteczkowa substancji (M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla, a względna masa atomowa pierwiastka (A r) wynosi ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.

   Ponieważ w stanie wolnym gal występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ga, wartości jego mas atomowych i cząsteczkowych pokrywają się. Są one równe 69,723.

   Izotopy galu

   Wiadomo, że w naturze gal występuje w postaci dwóch stabilnych izotopów 69 Ga (60,11%) i 71 Ga (39,89%). Ich liczby masowe wynoszą odpowiednio 69 i 71. Jądro atomu izotopu galu 69 Ga zawiera trzydzieści jeden protonów i trzydzieści osiem neutronów, a izotop 71 Ga zawiera tę samą liczbę protonów i czterdzieści neutronów.

   Istnieją sztuczne niestabilne radioaktywne izotopy galu o liczbach masowych od 56 do 86, a także trzy stany izomeryczne jąder, wśród których najdłużej żyjący izotop 67 Ga z okresem półtrwania wynoszącym 3,26 dnia.

   Jony galu

   Na zewnętrznym poziomie energetycznym atomu galu znajdują się trzy elektrony, które są wartościowością:

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

   W wyniku interakcji chemicznych gal oddaje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:

   Ga 0-2e → Ga 2+ ;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   Cząsteczka i atom galu

   W stanie wolnym gal występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ga. Oto niektóre właściwości charakteryzujące atom i cząsteczkę galu:

   Stopy galu

   Dodając gal do aluminium, otrzymuje się stopy, które można łatwo obrabiać na gorąco; Stopy galu i złota stosowane są w protetyce dentystycznej i biżuterii.

   Przykłady rozwiązywania problemów

   PRZYKŁAD 1

   Ćwiczenia	Naturalny gal ma dwa izotopy. Zawartość izotopu 71 Ga wynosi 36%. Znajdź inny izotop, jeśli średnia względna masa atomowa pierwiastka galu wynosi 69,72. Określ liczbę neutronów w znalezionym izotopie.
   Rozwiązanie	Niech liczba masowa drugiego izotopu galu będzie równa „x” - x Ga. Określmy zawartość drugiego izotopu galu w przyrodzie: w(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64%. Średnią względną masę atomową pierwiastka chemicznego oblicza się jako: Ar = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; Dlatego drugim izotopem galu jest 69 Ga. Liczba atomowa galu wynosi 31, co oznacza, że ​​jądro atomu galu zawiera 31 protonów i 31 elektronów, a liczba neutronów jest równa: n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (numer elementu) = 69 - 31 = 38.
   Odpowiedź	Izotop 69 Ga, zawierający 38 neutronów i 31 protonów.

   PRZYKŁAD 2

   Ćwiczenia	Pod względem właściwości chemicznych gal jest podobny do innego pierwiastka – aluminium. Na podstawie tego podobieństwa zapisz wzory tlenków i wodorotlenków zawierających gal, a także utwórz równania reakcji charakteryzujące właściwości chemiczne tego pierwiastka.
   Odpowiedź	Gal, podobnie jak aluminium, znajduje się w III grupie głównej podgrupy układu okresowego D.I. Mendelejew. W swoich związkach, podobnie jak aluminium, wykazuje stopień utlenienia (+3). Gal charakteryzuje się jednym tlenkiem (Ga 2 O 3) i jednym wodorotlenkiem (Ga(OH) 3), które wykazują właściwości amfoteryczne. Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;