Gálium je prvkom hlavnej podskupiny tretej skupiny štvrtej periódy periodického systému chemických prvkov D.I. Mendelejeva s atómovým číslom 31. Označuje sa symbolom Ga (lat. Gálium). Patrí do skupiny ľahkých kovov. Jednoduchá látka gálium je mäkký, tvárny kov striebristo bielej farby s modrastým nádychom.

Atómové číslo - 31

Atómová hmotnosť - 69,723

Hustota, kg/m³ - 5910

Teplota topenia, °C - 29,8

Tepelná kapacita, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektronegativita - 1,8

Kovalentný polomer, Å - 1,26

1. ionizácia potenciál, eV - 6,00

História objavu gália

Francúzsky chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran sa zapísal do dejín ako objaviteľ troch nových prvkov: gália (1875), samária (1879) a dysprózia (1886). Prvý z týchto objavov mu priniesol slávu.

V tom čase bol mimo Francúzska málo známy. Mal 38 rokov a zaoberal sa predovšetkým spektroskopickým výskumom. Lecoq de Boisbaudran bol dobrý spektroskopista a to nakoniec viedlo k úspechu: všetky tri svoje prvky objavil spektrálnou analýzou.

V roku 1875 Lecoq de Boisbaudran skúmal spektrum zinkovej zmesi privezenej z Pierrefitte (Pyrénées). V tomto spektre bola objavená nová fialová čiara. Nová línia naznačovala prítomnosť neznámeho prvku v minerále a, celkom prirodzene, Lecoq de Boisbaudran vynaložil maximálne úsilie na izoláciu tohto prvku. Ukázalo sa, že je to ťažké: obsah nového prvku v rude bol nižší ako 0,1 % av mnohých ohľadoch bol podobný zinku*. Po zdĺhavých experimentoch sa vedcom podarilo získať nový prvok, no vo veľmi malom množstve. Tak malé (menej ako 0,1 g), že Lecoq de Boisbaudran nebol schopný úplne študovať jeho fyzikálne a chemické vlastnosti.

Objav gália – tak bol nový prvok pomenovaný na počesť Francúzska (Gallia je jeho latinský názov) – sa objavil v správach Parížskej akadémie vied.

Túto správu prečítal D.I. Mendelejev a rozpoznal v gálium eka-hliník, ktorý predpovedal päť rokov predtým. Mendelejev okamžite napísal do Paríža. "Spôsob objavovania a izolácie, ako aj niekoľko opísaných vlastností, nás vedie k presvedčeniu, že nový kov nie je nič iné ako eka-hliník," uvádza sa v liste. Potom zopakoval vlastnosti predpovedané pre tento prvok. Navyše, bez toho, aby niekedy držal zrnká gália v rukách, bez toho, aby to osobne videl, ruský chemik tvrdil, že objaviteľ prvku sa mýlil, že hustota nového kovu nemôže byť rovná 4,7, ako napísal Lecoq de Boisbaudran, - musí byť väčšia, približne 5,9...6,0 g/cm 3! Skúsenosti však ukázali opak: objaviteľ sa mýlil. Objav prvého prvku predpovedaného Mendelejevom výrazne posilnil postavenie periodického zákona.

Priemerný obsah gália v zemskej kôre je 19 g/t. Gálium je typickým stopovým prvkom dvojakej geochemickej povahy. Jediný minerál gália, galit CuGaS 2, je veľmi vzácny. Geochémia gália úzko súvisí s geochémiou hliníka, čo je spôsobené podobnosťou ich fyzikálno-chemických vlastností. Hlavná časť gália v litosfére je obsiahnutá v mineráloch hliníka. Vzhľadom na podobnosť svojich kryštalochemických vlastností s hlavnými horninotvornými prvkami (Al, Fe atď.) a širokú možnosť izomorfizmu s nimi netvorí gálium napriek významnej clarkovej hodnote veľké akumulácie. Rozlišujú sa tieto minerály s vysokým obsahom gália: sfalerit (0 - 0,1 %), magnetit (0 - 0,003 %), kassiterit (0 - 0,005 %), granát (0 - 0,003 %), beryl (0 - 0,003 %) , turmalín (0 – 0,01 %), spodumen (0,001 – 0,07 %), flogopit (0,001 – 0,005 %), biotit (0 – 0,1 %), muskovit (0 – 0,01 %), sericit (0 – 0,005 %), lepidolit (0,001 – 0,03 %), chloritan (0 – 0,001 %), živce (0 – 0,01 %), nefelín (0 – 0,1 %), hekmanit (0,01 – 0,07 %), natrolit (0 – 0,1 %).

Azda najznámejšou vlastnosťou gália je jeho teplota topenia, ktorá je 29,76 °C. Je to druhý najtaviteľný kov v periodickej tabuľke (po ortuti). To vám umožní roztaviť kov, zatiaľ čo ho držíte v ruke. Gálium je jedným z mála kovov, ktoré sa pri tuhnutí taveniny rozťahujú (ostatné sú Bi, Ge).

Kryštalické gálium má niekoľko polymorfných modifikácií, ale iba jedna (I) je termodynamicky stabilná, má ortorombickú (pseudotetragonálnu) mriežku s parametrami a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Iné modifikácie gália (β, γ, δ, ε) kryštalizujú z podchladeného rozptýleného kovu a sú nestabilné. Pri zvýšenom tlaku boli pozorované ďalšie dve polymorfné štruktúry gália II a III, ktoré mali kubické a tetragonálne mriežky.

Hustota gália v pevnom stave pri teplote T=20 °C je 5,904 g/cm³.

Jednou z vlastností gália je široký teplotný rozsah existencie kvapalného skupenstva (od 30 do 2230 °C), pričom má nízky tlak pár pri teplotách do 1100÷1200 °C. Merná tepelná kapacita pevného gália v teplotnom rozsahu T=0÷24 °C je 376,7 J/kg K (0,09 cal/g stup.), v kvapalnom stave pri T=29÷100 °C - 410 J/kg K (0,098 cal/g deg).

Elektrický odpor v tuhom a kvapalnom skupenstve je rovný 53,4·10-6 ohm·cm (pri T=0 °C) a 27,2·10-6 ohm·cm (pri T=30 °C). Viskozita kvapalného gália pri rôznych teplotách je 1,612 poise pri T=98 °C a 0,578 poise pri T=1100 °C. Povrchové napätie merané pri 30 °C vo vodíkovej atmosfére je 0,735 n/m. Odrazy pre vlnové dĺžky 4360 Á a 5890 Á sú 75,6 % a 71,3 %.

Prírodné gálium pozostáva z dvoch izotopov 69 Ga (61,2 %) a 71 Ga (38,8 %). Prierez záchytu tepelných neutrónov pre ne je 2,1·10-28 m² a 5,1·10-28 m².

Gálium je málo toxický prvok. Vzhľadom na nízku teplotu tavenia sa odporúča prepravovať gálium ingoty v polyetylénových vreciach, ktoré sú zle zmáčané roztaveným gálium. Kedysi sa z kovu dokonca vyrábali výplne (namiesto amalgámových). Táto aplikácia je založená na skutočnosti, že keď sa medený prášok zmieša s roztaveným gálium, získa sa pasta, ktorá po niekoľkých hodinách vytvrdne (vzhľadom na tvorbu intermetalickej zlúčeniny) a potom bez roztavenia vydrží zahriatie až na 600 stupňov.

Pri vysokých teplotách je gálium veľmi agresívna látka. Pri teplotách nad 500 °C koroduje takmer všetky kovy okrem volfrámu, ako aj mnohé iné materiály. Kremeň je odolný voči roztavenému gáliu do 1100 °C, ale problém môže nastať v dôsledku skutočnosti, že kremeň (a väčšina iných skiel) je týmto kovom veľmi zmáčaný. To znamená, že gálium sa jednoducho prilepí na steny kremeňa.

Chemické vlastnosti gália sú blízke vlastnostiam hliníka. Oxidový film vytvorený na povrchu kovu vo vzduchu chráni gálium pred ďalšou oxidáciou. Pri zahrievaní pod tlakom gálium reaguje s vodou a vytvára zlúčeninu GaOOH podľa reakcie:

2Ga + 4H20 = 2GaOOH + 3H2.

Gálium reaguje s minerálnymi kyselinami za uvoľnenia vodíka a tvorby solí a reakcia prebieha aj pri teplote nižšej ako je izbová teplota:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Produkty reakcie s alkáliami a uhličitanmi draselnými a sodnými sú hydroxogaláty obsahujúce ióny Ga(OH) 4 - a prípadne Ga(OH) 6 3 - a Ga(OH) 2 -:

2Ga + 6H20 + 2NaOH = 2Na + 3H 2

Gálium reaguje s halogénmi: reakcia s chlórom a fluórom prebieha pri izbovej teplote, s brómom - už pri -35 °C (asi 20 °C - vznietením), interakcia s jódom začína pri zahriatí.

Gálium neinteraguje s vodíkom, uhlíkom, dusíkom, kremíkom a bórom.

Pri vysokých teplotách je gálium schopné ničiť rôzne materiály a jeho účinok je silnejší ako tavenina akéhokoľvek iného kovu. Grafit a volfrám sú teda odolné voči tavenine gália do 800 °C, alundu a oxidu berýlia BeO - do 1000 °C, tantal, molybdén a niób sú odolné do 400÷450 °C.

S väčšinou kovov tvorí gálium galidy, s výnimkou bizmutu, ako aj kovy podskupín zinku, skandia a titánu. Jeden z gallidov V 3 Ga má pomerne vysokú teplotu prechodu do supravodivého stavu 16,8 K.

Gálium tvorí polymérne hydridy:

4LiH + GaCl3 = Li + 3LiCl.

Stabilita iónov klesá v rade BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . Ión BH4 je stabilný vo vodnom roztoku, AlH4 a GaH4 sa rýchlo hydrolyzujú:

GaH4- + 4H20 = Ga(OH)3 + OH - + 4H2-

Pri rozpustení Ga(OH) 3 a Ga 2 O 3 v kyselinách vznikajú akvakomplexy 3+, preto sa soli gália izolujú z vodných roztokov vo forme kryštalických hydrátov, napríklad chlorid gália GaCl 3 * 6H 2 O, gálium kamenec draselný KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Dochádza k zaujímavej interakcii medzi gáliom a kyselinou sírovou. Je sprevádzané uvoľňovaním elementárnej síry. V tomto prípade síra obaľuje povrch kovu a zabraňuje jeho ďalšiemu rozpúšťaniu. Ak kov umyjete horúcou vodou, reakcia sa obnoví a bude pokračovať, kým na gáliu nenarastie nová „koža“ síry.

• Ga2H6- prchavá kvapalina, bod topenia −21,4 °C, bod varu 139 °C. V éterickej suspenzii s hydrátom lítia alebo tália tvorí zlúčeniny LiGaH4 a TlGaH4. Vzniká reakciou tetrametyldigalánu s trietylamínom. Existujú banánové väzby, ako v diborane

• Ga2O3- biely alebo žltý prášok, bod topenia 1795 °C. Existuje vo forme dvoch modifikácií. α- Ga 2 O 3 - bezfarebné trigonálne kryštály s hustotou 6,48 g/cm³, málo rozpustné vo vode, rozpustné v kyselinách. β- Ga 2 O 3 - bezfarebné jednoklonné kryštály s hustotou 5,88 g/cm³, málo rozpustné vo vode, kyselinách a zásadách. Získava sa zahrievaním kovového gália na vzduchu pri 260 °C alebo v kyslíkovej atmosfére alebo kalcináciou dusičnanu alebo síranu gália. AH° 298 (vzorka) -1089,10 kJ/mol; AG° 298 (vzorka) -998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Vykazujú amfotérne vlastnosti, aj keď základné vlastnosti sú v porovnaní s hliníkom vylepšené:

Ga203 + 6HCl = 2GaCl2Ga203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na Ga203 + Na2C03 = 2NaGaO2 + CO2

• Ga(OH)3- vypadáva vo forme rôsolovitej zrazeniny pri spracovaní roztokov solí trojmocného gália s hydroxidmi a uhličitanmi alkalických kovov (pH 9,7). Rozpúšťa sa v koncentrovanom amoniaku a koncentrovanom roztoku uhličitanu amónneho a pri varení sa vyzráža. Zahrievaním sa hydroxid gália môže premeniť na GaOOH, potom na Ga203*H20 a nakoniec na Ga203. Môže sa získať hydrolýzou solí trojmocného gália.

• GaF 3- Biely prášok. t topenie >1000 °C, tvar 950 °C, hustota - 4,47 g/cm³. Mierne rozpustný vo vode. Známy je kryštalický hydrát GaF 3 · 3H 2 O. Získava sa zahrievaním oxidu gália vo fluórovej atmosfére.

• GaCl3- bezfarebné hygroskopické kryštály. t topenia 78 °C, varu t 215 °C, hustota - 2,47 g/cm³. Necháme dobre rozpustiť vo vode. Hydrolyzuje vo vodných roztokoch. Získané priamo z prvkov. Používa sa ako katalyzátor pri organických syntézach.

• GaBr 3- bezfarebné hygroskopické kryštály. t topenie 122 °C, t var 279 °C hustota - 3,69 g/cm³. Rozpúšťa sa vo vode. Hydrolyzuje vo vodných roztokoch. Mierne rozpustný v amoniaku. Získané priamo z prvkov.

• Gal 3- hygroskopické svetložlté ihly. t topenia 212 °C, t varu 346 °C, hustota - 4,15 g/cm³. Hydrolyzuje teplou vodou. Získané priamo z prvkov.

• Plyn 3- žlté kryštály alebo biely amorfný prášok s teplotou topenia 1250 °C a hustotou 3,65 g/cm³. Interaguje s vodou a je úplne hydrolyzovaný. Získava sa reakciou gália so sírou alebo sírovodíkom.

• Ga2(S04)318H20- bezfarebná, vo vode dobre rozpustná látka. Získava sa reakciou gália, jeho oxidu a hydroxidu s kyselinou sírovou. Ľahko tvorí kamenec so síranmi alkalických kovov a amóniom, napríklad KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

• Ga(N03)38H20- bezfarebné kryštály rozpustné vo vode a etanole. Pri zahrievaní sa rozkladá za vzniku oxidu gália (III). Získava sa pôsobením kyseliny dusičnej na hydroxid gálium.

Hlavným zdrojom získavania gália je výroba hliníka. Pri spracovaní bauxitu Bayerovou metódou sa po oddelení Al(OH) 3 koncentruje gálium do cirkulujúcich matečných lúhov. Gálium sa z takýchto roztokov izoluje elektrolýzou na ortuťovej katóde. Z alkalického roztoku získaného po úprave amalgámu vodou sa vyzráža Ga(OH) 3, ktorý sa rozpustí v alkálii a elektrolýzou sa izoluje gálium.

Pri sodnovápenatom spôsobe spracovania bauxitovej alebo nefelínovej rudy sa gálium koncentruje v posledných frakciách sedimentu uvoľnených počas procesu karbonizácie. Na ďalšie obohatenie sa zrazenina hydroxidu spracuje vápenným mliekom. V tomto prípade väčšina Al zostáva v sedimente a gálium prechádza do roztoku, z ktorého sa izoluje koncentrát gália (6-8 % Ga 2 O 3) prechodom CO 2; ten sa rozpustí v alkálii a gálium sa izoluje elektrolyticky.

Zdrojom gália môže byť aj zvyšková anódová zliatina z procesu rafinácie Al metódou trojvrstvovej elektrolýzy. Pri výrobe zinku sú zdrojom gália sublimáty (Welzove oxidy) vznikajúce pri spracovaní hlušiny z lúhovania zinkovej škváry.

Kvapalné gálium získané elektrolýzou alkalického roztoku, premyté vodou a kyselinami (HCl, HNO 3), obsahuje 99,9-99,95 % Ga. Čistejší kov sa získava vákuovým tavením, zónovým tavením alebo ťahaním jedného kryštálu z taveniny.

Aplikácie gália

Arzenid gália GaAs je sľubným materiálom pre polovodičovú elektroniku.

Nitrid gália sa používa pri výrobe polovodičových laserov a LED diód v modrej a ultrafialovej oblasti. Nitrid gália má vynikajúce chemické a mechanické vlastnosti typické pre všetky nitridové zlúčeniny.

Ako prvok skupiny III, ktorý zvyšuje „dierovú“ vodivosť v polovodiči, sa gálium (s čistotou najmenej 99,999 %) používa ako prísada do germánia a kremíka. Samotné intermetalické zlúčeniny gália s prvkami skupiny V - antimón a arzén - majú polovodičové vlastnosti.

Izotop gália-71 je najdôležitejším materiálom na detekciu neutrín a v tomto smere stojí technológia pred veľmi naliehavou úlohou izolovať tento izotop z prírodnej zmesi, aby sa zvýšila citlivosť detektorov neutrín. Keďže obsah 71 Ga v prírodnej zmesi izotopov je asi 39,9 %, izolácia čistého izotopu a jeho použitie ako detektora neutrín môže zvýšiť citlivosť detekcie 2,5-krát.

Prídavok gália do sklenenej hmoty umožňuje získať sklá s vysokým indexom lomu svetelných lúčov a sklá na báze Ga 2 O 3 dobre prepúšťajú infračervené lúče.

Gálium je drahé, v roku 2005 stála na svetovom trhu tona gália 1,2 milióna amerických dolárov a pre vysokú cenu a zároveň veľkú potrebu tohto kovu je veľmi dôležité zaviesť jeho kompletnú ťažbu v r. výroba hliníka a spracovanie uhlia na kvapalné palivo.

Kvapalné gálium odráža 88% svetla dopadajúceho naň, pevné gálium odráža o niečo menej. Vyrábajú preto gálové zrkadlá, ktoré sú veľmi jednoduché na výrobu - gálový povlak sa dá dokonca nanášať štetcom.

Gálium má množstvo zliatin, ktoré sú pri izbovej teplote tekuté a jedna z jeho zliatin má bod topenia 3 °C, no na druhej strane je gálium (zliatiny v menšej miere) dosť agresívne voči väčšine konštrukčných materiálov (praskanie a erózia zliatin pri vysokej teplote) a Ako chladivo je neúčinné a často jednoducho neprijateľné.

Boli urobené pokusy použiť gálium v ​​jadrových reaktoroch, ale výsledky týchto pokusov možno len ťažko považovať za úspešné. Gálium nielenže celkom aktívne zachytáva neutróny (prierez zachytáva 2,71 stodoly), ale pri zvýšených teplotách tiež reaguje s väčšinou kovov.

Gálium sa nestalo atómovým materiálom. Pravda, jeho umelý rádioaktívny izotop 72 Ga (s polčasom rozpadu 14,2 hodiny) sa používa na diagnostiku rakoviny kostí. Chlorid a dusičnan gálium-72 sú adsorbované nádorom a detekciou žiarenia charakteristického pre tento izotop lekári takmer presne určujú veľkosť cudzích útvarov.

Gálium je vynikajúce mazivo. Takmer veľmi dôležité kovové lepidlá boli vytvorené na báze gália a niklu, gália a skandia.

Kovové gálium sa používa aj na plnenie kremenných teplomerov (namiesto ortuti) na meranie vysokých teplôt. Je to spôsobené tým, že gálium má výrazne vyšší bod varu v porovnaní s ortuťou.

Oxid gália je súčasťou mnohých strategicky dôležitých laserových materiálov.

Výroba gália vo svete

Jeho svetová produkcia nepresahuje dvesto ton ročne. S výnimkou dvoch nedávno objavených ložísk – v roku 2001 v Gold Canyone, Nevada, USA a v roku 2005 vo Vnútornom Mongolsku v Číne – sa gálium nenachádza v priemyselných koncentráciách nikde na svete. (V poslednom uvedenom ložisku bola zistená prítomnosť 958 tis. ton gália v uhlí – ide o zdvojnásobenie svetových zásob gália).

Svetové zásoby gália v samotnom bauxite sa odhadujú na viac ako 1 milión ton a spomínané ložisko v Číne obsahuje 958 tisíc ton gália v uhlí – čo je dvojnásobok svetových zásob gália).

Výrobcov gália nie je veľa. Jedným z lídrov na trhu s gálom je GEO Gallium. Jeho hlavné kapacity do roku 2006 tvorili závod v Stade (Nemecko), kde sa ťaží asi 33 ton ročne, závod v Salindres, ktorý spracúva 20 ton/rok (Francúzsko) a v Pinjarre (Západná Austrália) – potenciál (ale nezavedený do výstavby) kapacita do 50 ton/rok.

V roku 2006 sa pozícia výrobcu č.1 oslabila - podnik Stade kúpili anglický MCP a americký Recapture Metals.

Japonská spoločnosť Dowa Mining je jediným svetovým výrobcom primárneho gália zo zinkových koncentrátov ako vedľajšieho produktu pri výrobe zinku. Celková kapacita pre primárny materiál Dowa Mining sa odhaduje do 20 ton/rok.V Kazachstane má podnik Aluminium of Kazakhstan v Pavlodare plnú kapacitu do 20 ton/rok.

Čína sa stala veľmi vážnym dodávateľom gália. V Číne sú 3 veľkí výrobcovia primárneho gália – Geatwall Aluminium Co. (do 15 ton/rok), Shandong Aluminium Plant (asi 6 ton/rok) a Guizhou Aluminium Plant (do 6 ton/rok). Existuje aj množstvo koprodukcií. Sumitomo Chemical založila v Číne spoločné podniky s kapacitou až 40 ton/rok. Americká spoločnosť AXT vytvorila spoločný podnik Beijing JiYa semiconductor Material Co. s najväčším čínskym hliníkovým podnikom Shanxi Aluminium Factory. s produktivitou do 20 ton/rok.

Výroba gália v Rusku

V Rusku je štruktúra výroby gália určená vytvorením hliníkového priemyslu. Dve vedúce skupiny, ktoré oznámili fúziu, Russian Aluminium a SUAL, sú vlastníkmi gálových lokalít vytvorených v rafinériách oxidu hlinitého.

„Ruský hliník“: Nikolaevsky Alumina Rafinery na Ukrajine (klasická Bayerova hydrochemická metóda na spracovanie tropického bauxitu, kapacita areálu – do 12 ton gália/rok) a Achinsk Alumina Rafinery v Rusku (spracovanie spekaním nefelínových surovín – urtitov Ložisko Kiya-Shaltyrskoye, Krasnojarské územie, kapacita lokality – 1,5 tony gália/rok).

„SUAL“: Kapacity v Kamensku-Uralskom (technológia Bayerovho spekania bauxitu v oblasti bauxitovej rudy Severného Uralu, kapacita lokality - do 2 ton gália / rok), v rafinérii oxidu hlinitého v Boksitogorsku (spracúva bauxit z Leningradskej oblasti do r. metóda spekania, kapacita - 5 ton gália / rok, v súčasnosti zakonzervovaná) a "Pikalevsky Alumina" (spracúva koncentráty nefelínov z apatito-nefelínových rúd oblasti Murmansk spekaním, kapacita lokality - 9 ton gália / rok). Celkovo môžu všetky podniky Rusal a SUAL vyrobiť viac ako 20 ton ročne.

Skutočná produkcia je nižšia - napríklad v roku 2005 sa z Ruska vyviezlo 8,3 tony gália a z Ukrajiny 13,9 tony gália z rafinérie oxidu hlinitého Nikolaev.

Pri príprave materiálu boli použité informácie z firmy Kvar.

Gálové teplomery umožňujú v princípe merať teploty od 30 do 2230°C. Gálium teplomery sa dnes vyrábajú pre teploty do 1200°C.

Prvok č.31 sa používa na výrobu nízkotaviteľných zliatin používaných v signalizačných zariadeniach. Zliatina gália s indiom sa topí už pri 16 °C. Je to najtavnejšia zo všetkých známych zliatin.

Ako prvok skupiny III, ktorý zvyšuje „dierovú“ vodivosť v polovodiči (s čistotou najmenej 99,999 %), sa používa ako prísada do germánia a kremíka.

Samotné intermetalické zlúčeniny gália s prvkami skupiny V - antimón a arzén - majú polovodičové vlastnosti.

Prídavok gália do sklenenej hmoty umožňuje získať sklá s vysokým indexom lomu svetelných lúčov a sklá na báze Ga2O3 dobre prepúšťajú infračervené lúče.

Kvapalina odráža 88% svetla, ktoré na ňu dopadá, pevné - o niečo menej. Preto vyrábajú gálové zrkadlá, ktoré sa veľmi ľahko vyrábajú – gálový povlak sa dá dokonca nanášať štetcom.

Niekedy sa využíva schopnosť gália dobre zmáčať pevné povrchy a nahrádza ho v difúznych vývevách. Takéto čerpadlá „držia“ vákuum lepšie ako ortuťové čerpadlá.

Uskutočnili sa pokusy použiť ho v jadrových reaktoroch, no výsledky týchto pokusov možno len ťažko považovať za úspešné. Gálium nielenže celkom aktívne zachytáva neutróny (prierez zachytáva 2,71 stodoly), ale pri zvýšených teplotách tiež reaguje s väčšinou kovov.

Gálium sa nestalo atómovým materiálom. Pravda, jeho umelý rádioaktívny izotop 72Ga (s polčasom rozpadu 14,2 hodiny) sa používa na diagnostiku rakoviny kostí. Chlorid a dusičnan gálium-72 sú adsorbované nádorom a detekciou žiarenia charakteristického pre tento izotop lekári takmer presne určujú veľkosť cudzích útvarov.

Ako vidíte, praktické možnosti prvku č.31 sú pomerne široké. Zatiaľ ich nie je možné úplne využiť pre náročnosť získavania gália – dosť vzácneho prvku (1,5-10-3% hmotnosti zemskej kôry) a veľmi rozptýleného.

Je známych málo pôvodných minerálov gália. Jeho prvý a najznámejší minerál, galit CuGaS2, bol objavený až v roku 1956. Neskôr sa našli ďalšie dva minerály, už veľmi vzácne.

Gálium sa zvyčajne nachádza v zinku, hliníku, železných rudách, ako aj v uhlí - ako menšia nečistota. A čo je charakteristické: čím väčšia je táto nečistota, tým je ťažšie ju extrahovať, pretože v rudách tých kovov (,), ktoré sú jej vlastnosťami podobné, je viac gália. Väčšina pozemského gália je obsiahnutá v hliníkových mineráloch.

Ťažba gália je drahé „potešenie“. Preto sa prvok číslo 31 používa v menších množstvách ako ktorýkoľvek z jeho susedov v periodickej tabuľke.

Je samozrejme možné, že veda v blízkej budúcnosti objaví v gáliu niečo, čo ho urobí absolútne nevyhnutným a nenahraditeľným, ako sa to stalo v prípade iného prvku predpovedaného Mendelejevom – germánia.

HĽADANIE PRAVIDEL. Vlastnosti gália predpovedal D. I. Mendelejev päť rokov pred objavením tohto prvku. Brilantný ruský chemik založil svoje predpovede na vzorcoch zmien vlastností naprieč skupinami periodického systému. Ale pre Lecoqa de Boisbaudran nebol objav gália šťastnou náhodou. Talentovaný spektroskopista už v roku 1863 objavil vzory v zmenách spektier prvkov s podobnými vlastnosťami. Porovnaním spektier india a hliníka dospel k záveru, že tieto prvky môžu mať „brata“, ktorého čiary by vyplnili medzeru v krátkovlnnej časti spektra. Bol to presne tento chýbajúci rad, ktorý hľadal a našiel v spektre zinkovej zmesi od Pierrefit.

SLOVÁ HRA? Podľa ktorej historici vedy vidia v názve prvku č.31 nielen vlastenectvo, ale aj neskromnosť jeho objaviteľa. Všeobecne sa verí, že slovo „gálium“ pochádza z latinského Gallia (Francúzsko). Ale ak chcete, v tom istom slove môžete vidieť náznak slova „kohút“ 1 Po latinsky „kohút“ je gallus, vo francúzštine - le coq. Lecoq de Boisbaudran?

V ZÁVISLOSTI OD VEKU gálium často sprevádza hliník v mineráloch. Zaujímavé je, že pomer týchto prvkov v minerále závisí od času vzniku minerálu. V živcoch pripadá jeden atóm gália na každých 120 tisíc atómov hliníka. V nefelínoch, ktoré vznikli oveľa neskôr, je tento pomer už 1:6000 a v ešte „mladšom“ skamenelom dreve je to len 1:13.

PRVÝ PATENT. Prvý patent na použitie gália bol prijatý na samom začiatku 20. storočia. V elektrických oblúkových lampách chceli použiť prvok č.31.

SÍRA JE NAHRADENÁ, SIVÁ BRÁNIA SÍRA. Zaujímavo dochádza k interakcii gália s kyselinou sírovou. Je sprevádzané uvoľňovaním elementárnej síry. Zároveň obaľuje povrch kovu a zabraňuje jeho ďalšiemu rozpúšťaniu. Ak kov umyjete horúcou vodou, reakcia sa obnoví a bude pokračovať, kým na gáliu nenarastie nová „koža“ síry.

ZLÝ VPLYV. Kvapalné gálium interaguje s väčšinou kovov a vytvára intermetalické zlúčeniny s pomerne nízkymi mechanickými vlastnosťami. To je dôvod, prečo kontakt s gáliom spôsobuje stratu pevnosti mnohých konštrukčných materiálov. Najodolnejšie voči pôsobeniu gália: pri teplotách do 1000°C úspešne odoláva agresivite prvku č.31.

AJ OXID! Menšie prísady oxidu gália výrazne ovplyvňujú vlastnosti oxidov mnohých kovov. Prímes Ga2O3 do oxidu zinočnatého teda výrazne znižuje jeho spekaciu schopnosť. Ale v takomto oxide je oveľa viac zinku ako v čistom oxide. A elektrická vodivosť oxidu titaničitého prudko klesá, keď sa pridá Ga2O3.

AKO SA GÁLIUM ZÍSKAVA. Vo svete neboli nájdené žiadne priemyselné ložiská gálových rúd. Gálium sa preto musí získavať zo zinkových a hliníkových rúd, ktoré sú naň veľmi chudobné.

Keďže obsah gália v nich nie je rovnaký, spôsoby získania prvku č. 31 sú dosť rôznorodé. Povedzme si napríklad, ako sa získava gálium zo zmesi zinku, minerálu, v ktorom bol tento prvok objavený najprv.

Najskôr sa vypáli zinková zmes ZnS a vzniknuté sa vylúhujú kyselinou sírovou. Spolu s mnohýmiiné kovy, gálium prechádza do roztoku. V tomto roztoku prevláda síran zinočnatý - hlavný produkt, ktorý sa musí čistiť od nečistôt vrátane gália. Prvé štádiumčistenie - sedimentácia takzvaného železného kalu. Postupnou neutralizáciou kyslého roztoku sa tento kal vyzráža. 13 sa ukazuje, že je to asi 10% hliníka, 15% železa a (čo je pre nás teraz najdôležitejšie) 0,05-0,1% gália. Na extrakciu gália sa kal lúhuje kyselinou alebo hydroxidom sodným - hydroxid gália je amfotérny. Alkalická metóda je vhodnejšia, pretože v tomto prípade môže byť zariadenie vyrobené z lacnejších materiálov.

Pod vplyvom alkálií prechádzajú zlúčeniny hliníka a gália do roztoku. Keď sa tento roztok opatrne zneutralizuje, vyzráža sa hydroxid gália. Ale časť hliníka sa tiež vyzráža. Preto sa zrazenina opäť rozpustí, tentoraz v kyseline chlorovodíkovej. Výsledkom je roztok chloridu gália, kontaminovaný prevažne chloridom hlinitým. Tie je možné oddeliť extrakciou. Pridá sa éter a na rozdiel od AlCl3 GaCl3 takmer úplne prechádza do organického rozpúšťadla. Vrstvy sa oddelia, éter sa oddestiluje a výsledný chlorid gália sa ešte raz spracuje s koncentrovaným hydroxidom sodným, aby sa vyzrážala a oddelila železná nečistota od gália. Kovové gálium sa získava z tohto alkalického roztoku. Získava sa elektrolýzou pri napätí 5,5 V. Gálium je nanesené na medenej katóde.

Chémia

Gálium č. 31

Gálium podskupina. Obsah každého člena tejto podskupiny v zemskej kôre pozdĺž série gálium (4-10~4%) - indium (2-10~6) - tálium (8-10-7) klesá. Všetky tri "prvky sú extrémne rozptýlené a nie je pre ne typické, že sa vyskytujú vo forme niektorých minerálov. Naopak, drobné nečistoty ich zlúčenín obsahujú rudy mnohých kovov. Ga, In a Ti sa získavajú z odpadu pri spracovanie takýchto rúd.
Vo voľnom stave sú gálium, indium a tálium strieborno-biele kovy. Ich najdôležitejšie konštanty sú porovnané nižšie:
Ga In Tl

Fyzikálne vlastnosti gália

Hustota, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Teplota topenia, °C. . . 30 157 304
Bod varu, °C... . 2200 2020 1475
Elektrická vodivosť (Hg = 1). . 2 11 6

Podľa tvrdosti gálium blízko olova, In a Ti - ešte mäkšie 6-13.
V suchom vzduchu sa gálium a indium nemenia a tálium je pokryté sivým oxidovým filmom. Pri zahrievaní sa všetky tri prvky energeticky spájajú s kyslíkom a sírou. Pri bežných teplotách interagujú s chlórom a brómom, ale s jódom iba pri zahrievaní. Nachádza sa v napäťových radoch okolo železa, Ga, In a Ti sú rozpustné v kyselinách.14’ 15
Obvyklá valencia gália a india je tri. Tálium poskytuje deriváty, v ktorých je tri- a monovalentné. 18
Oxidy gália a jeho analógy - biely Ga 2 O 3, žltý In203 a hnedý T1203 - sú vo vode nerozpustné - zodpovedajúce hydroxidy E (OH) 3 (ktoré možno získať zo solí) sú želatínové sedimenty, prakticky nerozpustné vo vode, ale rozpustný v kyselinách. Hydroxidy White Ga a In sú rozpustné aj v roztokoch silných alkálií s tvorbou galátov a indátov podobných hlinitanom. Majú teda amfotérny charakter a kyslé vlastnosti sú menej výrazné v 1n(OH) 3 a výraznejšie v Ga(OH) 3 ako v Al(OH) 3. Ga(OH) 3 je teda okrem silných alkálií rozpustný v silných roztokoch NH 4 OH. Naopak červenohnedý Ti(OH) 3 sa v zásadách nerozpúšťa.
Ióny Ga" a In" sú bezfarebné, ión Ti" má žltkastú farbu. Soli väčšiny z nich vyrobených kyselín sú vysoko rozpustné vo vode, ale sú vysoko hydrolyzované; Z rozpustných solí slabých kyselín mnohé podliehajú takmer úplnej hydrolýze. Kým deriváty nižších valencií Ga a In nie sú pre nich typické, pre tálium sú najcharakteristickejšie tie zlúčeniny, v ktorých je jednomocné. Preto majú soli T13+ zreteľne výrazné oxidačné vlastnosti.

Gáliové doplnky

1. Všetci traja členovia uvažovanej podskupiny boli objavení pomocou spektroskopu: 1 tálium - v roku 1861, indium - v roku 1863 a gálium - v roku 1875. Posledný z týchto prvkov predpovedal a opísal D. I. Mendelejev 4 roky pred jeho objavením (VI § 1). Prírodné gálium je zložené z izotopov s hmotnostnými číslami 69 (60,2 %) a 71 (39,8); indium-113 (4,3) a 115 (95,7); tálium - 203 (29,5) a 205 (70,5 %).
2. Atómy prvkov podskupiny gália majú v základnom stave štruktúru vonkajších elektrónových obalov 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) a sú monovalentné, i Excitácia trojmocných stavov si vyžaduje náklady 108 (Ga) 100 (In) alebo 129 (Ti) kcal/g-atóm. Po sebe idúce ionizačné energie sú 6,00; 20,51; 30,70 pre Ga; 5,785; 18,86; 28,03 pre In: 6,106; 20,42; 29,8 eV pre T1. Elektrónová afinita atómu tália sa odhaduje na 12 kcal/g-atóm.
3. Vzácny minerál gallit (CuGaS 2) je známy pre gálium. Stopy tohto prvku sa neustále nachádzajú v zinkových rudách. Značne veľké množstvo: E (až 1,5 %) sa našlo v popole niektorých uhlia. Hlavnou surovinou pre priemyselnú výrobu gália je však bauxit, ktorý zvyčajne obsahuje menšie nečistoty (do 0,1 %). Extrahuje sa elektrolýzou z alkalických kvapalín, ktoré sú medziproduktom spracovania prírodného bauxitu na technický oxid hlinitý. Ročná celosvetová produkcia gália je v súčasnosti len niekoľko ton, ale môže sa výrazne zvýšiť.
4. Indium sa získava najmä ako vedľajší produkt pri komplexnom spracovaní sírnych rúd Zn, Pb a Cu. Jeho ročná celosvetová produkcia dosahuje niekoľko desiatok ton.
5. Tálium je koncentrované hlavne v pyrite (FeS2). Preto je kal z výroby kyseliny sírovej dobrou surovinou na získanie tohto prvku. Ročná celosvetová produkcia tália je nižšia ako produkcia india, ale tiež predstavuje desiatky ton.
6. Na izoláciu Ga, In a T1 vo voľnom stave sa používa buď elektrolýza roztokov ich solí, alebo žeravenie oxidov v prúde vodíka. Teploty topenia a vyparovania kovov majú tieto hodnoty: 1,3 a 61 (Ga), 0,8 a 54 (In), 1,0 a 39 kcal/g-atóm (T1). Ich sublimačné teplo (pri 25 °C) je 65 (Ga), 57 (In) a 43 kcal/g-atóm (T1). V pároch všetky tri prvky pozostávajú takmer výlučne z monatomických molekúl.
7. Kryštálovú mriežku gália netvoria jednotlivé atómy (ako je obvyklé u kovov), ale dvojatómové molekuly (rf = 2,48A). Predstavuje tak zaujímavý prípad koexistencie molekulárnych a kovových štruktúr (III § 8). Molekuly Ga2 sú zachované aj v tekutom gáliu, ktorého hustota (6,1 g/cm) je väčšia ako hustota pevného kovu (analóga s vodou a bizmutom). Zvýšenie tlaku je sprevádzané znížením teploty topenia gália. Pri vysokých tlakoch sa okrem bežnej modifikácie (Gal) preukázala existencia ďalších dvoch foriem. Trojité body (s kvapalnou fázou) ležia pre Gal - Gall pri 12 tisíc atm a 3 °C a pre Gall - Gall pri 30 tisíc atm a 45 °C.
8. Gálium je veľmi náchylné na podchladenie a podarilo sa ho udržať v tekutom stave až do -40 °C. Opakovaná rýchla kryštalizácia podchladenej taveniny môže slúžiť ako metóda na čistenie gália. Vo veľmi čistom stave (99,999 %) bol získaný elektrolytickou rafináciou, ako aj redukciou starostlivo vyčisteného GaCl3 vodíkom. Jeho vysoký bod varu a pomerne rovnomerná expanzia pri zahrievaní robí z gália cenný materiál na plnenie vysokoteplotných teplomerov. Napriek vonkajšej podobnosti s ortuťou je vzájomná rozpustnosť oboch kovov relatívne nízka (v rozmedzí od 10 do 95 °C sa pohybuje od 2,4 do 6,1 atómových percent pre Ga v Hg a od 1,3 do 3,8 atómových percent pre Hg v Ga) . Na rozdiel od ortuti tekuté gálium nerozpúšťa alkalické kovy a dobre zmáča mnohé nekovové povrchy. Týka sa to najmä skla aplikovaním gália, na ktorom možno získať zrkadlá silne odrážajúce svetlo (existujú však dôkazy, že veľmi čisté gálium, ktoré neobsahuje nečistoty india, nezmáča sklo). Nanášanie gália na plastovú základňu sa niekedy používa na rýchlu výrobu rádiových obvodov. Zliatina 88 % Ga a 12 % Sn sa topí pri 15 °C a niektoré ďalšie zliatiny obsahujúce gálium (napríklad 61,5 % Bi, 37,2 - Sn a 1,3 - Ga) boli navrhnuté pre zubné výplne. Teplotou nemenia svoj objem a dobre držia. Gálium je možné použiť aj ako tesniaci prostriedok pre ventily vo vákuovej technike. Treba si však uvedomiť, že pri vysokých teplotách je agresívny ako na sklo, tak aj na mnohé kovy.
9. V súvislosti s možnosťou rozšírenia výroby gália sa stáva naliehavým problém asimilácie (t.j. praktického zvládnutia) tohto prvku a jeho zlúčenín, čo si vyžaduje výskum na nájdenie oblastí pre ich racionálne využitie. Existuje prehľadný článok a monografie o gáliu.
10. Stlačiteľnosť india je o niečo vyššia ako u hliníka (pri 10 000 atm je objem 0,84 pôvodného). S rastúcim tlakom klesá jeho elektrický odpor (na 0,5 z pôvodného pri 70 tis. atm) a zvyšuje sa teplota topenia (až 400°C pri 65 tis. atm). Kovové paličky india pri ohýbaní chrumkajú ako plechové. Na papieri zanecháva tmavú stopu. Významné využitie india je spojené s výrobou germániových usmerňovačov striedavého prúdu (X § 6 dodatok 15). Vďaka nízkej taviteľnosti môže pôsobiť ako mazivo v ložiskách.
11. Zavedenie malého množstva india do zliatin medi výrazne zvyšuje ich odolnosť voči morskej vode a pridanie india do striebra zvyšuje jeho lesk a zabraňuje zakaleniu na vzduchu. Prídavok india dodáva zliatinám na zubné výplne zvýšenú pevnosť. Elektrolytický povlak iných kovov indiom ich dobre chráni pred koróziou. Zliatina india s cínom (hmotnostne 1:1) dobre spája sklo so sklom alebo kovom a zliatina 24 % In a 76 % Ga sa topí pri 16 °C. Zliatina 18,1 % In s 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn a 8,2 - Cd, topiaca sa pri 47 °C, sa medicínsky používa na zložité zlomeniny kostí (namiesto sadry). Existuje monografia o chémii india
12. Stlačiteľnosť tália je približne rovnaká ako stlačiteľnosť india, sú však pre ňu známe dve alotropické modifikácie (hexagonálna a kubická), pričom bod prechodu medzi nimi leží pri 235 °C. Pod vysokým tlakom vzniká ďalší. Trojitý bod všetkých troch foriem leží pri 37 tisíc atm a 110°C. Tento tlak zodpovedá približne 1,5-násobnému prudkému poklesu elektrického odporu kovu (čo je pri 70 000 atm asi 0,3 normálu). Pod tlakom 90 tisíc atm sa tretia forma tália topí pri 650 °C.
13. Tálium sa používa hlavne na výrobu zliatin s cínom a olovom, ktoré majú vysokú odolnosť voči kyselinám. Najmä zliatina zloženia 70 % Pb, 20 % Sn a 10 % T1 dobre odoláva pôsobeniu zmesí kyseliny sírovej, chlorovodíkovej a dusičnej. Existuje monografia o táliu.
14. Gálium a kompaktné indium sú stabilné voči vode a tálium v ​​prítomnosti vzduchu pomaly ničí z povrchu. Gálium reaguje s kyselinou dusičnou len pomaly, ale tálium reaguje veľmi energicky. Naopak, kyselina sírová, a najmä chlorovodíková, ľahko rozpúšťa Ga a In, pričom T1 s nimi interaguje oveľa pomalšie (vzhľadom na tvorbu ochranného filmu z málo rozpustných solí na povrchu). Roztoky silných alkálií ľahko rozpúšťajú gálium, na indium pôsobia len pomaly a s táliom nereagujú. Gálium sa tiež zreteľne rozpúšťa v NH4OH. Prchavé zlúčeniny všetkých troch prvkov farbia bezfarebný plameň v charakteristických farbách: Ga - okom takmer neviditeľná tmavofialová (L = 4171 A), In - tmavomodrá (L = 4511 A), T1 - smaragdovo zelená (A, = 5351 A).
15. Gálium a indium sa nezdajú byť jedovaté. Tálium je naopak prudko jedovaté a jeho pôsobenie je podobné ako Pb a As. Pôsobí na nervový systém, tráviaci trakt a obličky. Príznaky akútnej otravy sa neprejavia okamžite, ale po 12-20 hodinách. Pri pomaly sa rozvíjajúcej chronickej otrave (aj cez kožu) sa pozoruje predovšetkým nepokoj a poruchy spánku. V medicíne sa prípravky z tália používajú na odstraňovanie chĺpkov (na lišajníky a pod.). Táliové soli našli využitie v svietiacich kompozíciách ako látky, ktoré predlžujú trvanie žiary. Ukázalo sa tiež, že sú dobrým prostriedkom proti myšiam a potkanom.
16. V napäťovej sérii sa gálium nachádza medzi Zn a Fe a indium a tálium sa nachádzajú medzi Fe a Sn. Prechody Ga a In podľa schémy E+3 + Ze = E zodpovedajú normálnym potenciálom: -0,56 a -0,33 V (v kyslom prostredí) alebo -1,2 a -1,0 V (v alkalickom prostredí). Tálium sa kyselinami premieňa na monovalentný stav (normálny potenciál -0,34 V). Prechod T1+3 + 2e = T1+ je charakterizovaný normálnym potenciálom + 1,28 V v kyslom prostredí alebo +0,02 V v alkalickom prostredí.
17. Teploty tvorby oxidov E203 gália a jeho analógov klesajú v rade 260 (Ga), 221 (In) a 93 kcal/mol (T1). Pri zahrievaní na vzduchu sa gálium prakticky oxiduje iba na GaO. Preto sa Ga2O3 zvyčajne získava dehydratáciou Ga(OH)3. Indium pri zahrievaní na vzduchu tvorí In2O3 a tálium tvorí zmes T12O3 a T120 s vyšším obsahom vyššieho oxidu, čím je teplota nižšia. Tálium sa môže pôsobením ozónu oxidovať až na T1203.
18. Rozpustnosť oxidov E2O3 v kyselinách sa zvyšuje pozdĺž série Ga - In - Tl. V tej istej sérii klesá sila väzby prvku s kyslíkom: Ga2O3 sa topí pri 1795°C bez rozkladu, 1n203 sa mení na 1n304 až nad 850°C a jemne drvený T1203 začína odštiepovať kyslík už pri cca 90°. C. Na úplnú premenu T1203 na T120 sú však potrebné oveľa vyššie teploty. Pri nadmernom tlaku kyslíka sa 1p203 topí pri 1910 °C a T1203 - pri 716 °C.
19. Hydratačné teplo oxidov podľa schémy E203 + ZH20 = 2E(OH)3 sú +22 kcal (Ga), +1 (In) a -45 (T1). V súlade s tým sa ľahkosť odstraňovania vody hydroxidmi zvyšuje z Ga na T1: ak je Ga(OH)3 úplne dehydratovaný až kalcináciou, potom sa T1(OH)3 premení na T1203 aj keď stojí pod kvapalinou, z ktorej bol izolovaný.
20. Pri neutralizácii kyslých roztokov solí gália sa jeho hydroxid zráža približne v rozmedzí pH = 3-4. Čerstvo vyzrážaný Ga(OH)3 je vysoko rozpustný v silných roztokoch amoniaku, ale starnutím sa rozpustnosť stále viac znižuje. Jeho izoelektrický bod leží pri pH = 6,8 a PR = 2 10~37. Pre 1n(OH)3 sa zistilo, že PR = 110-31 a pre T1(OH)3 - 110-45.
21. Pre druhú a tretiu disociačnú konštantu Ga(OH)3 podľa kyslého a zásaditého typu boli stanovené tieto hodnoty:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2“2. S-P/NW = 4-10 12
Hydroxid gália teda predstavuje prípad elektrolytu, ktorý je veľmi blízky ideálnej amfotericite.

1. Rozdiel v kyslých vlastnostiach hydroxidov gália a jeho analógov sa zreteľne prejavuje pri interakcii s roztokmi silných zásad (NaOH, KOH). Hydroxid gália sa ľahko rozpúšťa za vzniku galátov typu M, ktoré sú stabilné v roztoku aj v pevnom stave. Pri zahriatí ľahko strácajú vodu (Na soľ pri 120, K soľ pri 137 °C) a transformujú sa na zodpovedajúce bezvodé soli typu MGa02. Galáty dvojmocných kovov (Ca, Sr) získané z roztokov sa vyznačujú ďalším typom - M3 ■ 2H20, ktoré sú tiež takmer nerozpustné. Sú úplne hydrolyzované vodou.
   Hydroxid tália je ľahko peptizovaný silnými alkáliami (s tvorbou negatívneho sólu), ale je v nich nerozpustný a neprodukuje taláty. Suchou metódou (fúziou oxidov s príslušnými uhličitanmi) boli získané deriváty typu ME02 pre všetky tri prvky podskupiny gália. V prípade tália sa však ukázalo, že ide o zmesi oxidov.
   1. Efektívne polomery iónov Ga3+, In3* a T13* sú 0,62, 0,92 a 1,05 A. Vo vodnom prostredí sú zjavne priamo obklopené šiestimi molekulami vody. Takéto hydratované ióny sú trochu disociované podľa schémy E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H a ich disociačné konštanty sa odhadujú na 3 ■ 10-3° (Ga) a 2 10-4 (In) .
   2. Halogenidové soli Ga3+, In3* a T13*' sú vo všeobecnosti podobné zodpovedajúcim soliam A13*. Okrem fluoridov sú pomerne taviteľné a vysoko rozpustné nielen vo vode, ale aj v množstve organických rozpúšťadiel. Maľované sú len tie žlté Gal3.

   V prírode nebude možné nájsť veľké ložiská, pretože ich jednoducho netvorí. Vo väčšine prípadov ho možno nájsť v rudných alebo germanitových mineráloch, kde je šanca nájsť od 0,5 do 0,7 % tohto kovu. Za zmienku stojí aj to, že gálium možno získať aj spracovaním nefelínu, bauxitu, polymetalických rúd či uhlia. Najprv sa získa kov, ktorý prechádza spracovaním: umývaním vodou, filtráciou a zahrievaním. A na získanie tohto kovu vysokej kvality sa používajú špeciálne chemické reakcie. Vysokú úroveň produkcie gália možno pozorovať v afrických krajinách, konkrétne na juhovýchode, v Rusku a ďalších regiónoch.

   Pokiaľ ide o vlastnosti tohto kovu, jeho farba je strieborná a pri nízkych teplotách môže zostať v pevnom stave, ale nebude ťažké ho roztaviť, ak je teplota čo i len o niečo vyššia ako izbová teplota. Keďže tento kov je svojimi vlastnosťami podobný hliníku, prepravuje sa v špeciálnych obaloch.

   Použitie gália

   Relatívne nedávno sa gálium používalo pri výrobe nízkotaviteľných zliatin. Ale dnes ho možno nájsť v mikroelektronike, kde sa používa s polovodičmi. Tento materiál je dobrý aj ako lubrikant. Ak sa gálium alebo skandium použije spolu, potom je možné získať lepidlá na kovy vynikajúcej kvality. Okrem toho samotné gálium môže byť použité ako plnivo v kremenných teplomeroch, pretože má vyšší bod varu ako ortuť.

   Okrem toho je známe, že gálium sa používa pri výrobe elektrických lámp, vytváraní signálnych systémov a poistiek. Tento kov možno nájsť aj v optických prístrojoch, najmä na zlepšenie ich odrazových vlastností. Gálium sa používa aj vo farmaceutikách alebo rádiofarmakách.

   Zároveň je však tento kov jedným z najdrahších a je veľmi dôležité zabezpečiť jeho kvalitnú ťažbu pri výrobe hliníka a spracovaní uhlia na palivo, pretože jedinečné prírodné gálium je dnes vďaka svojim jedinečným vlastnostiam široko používané. .

   Prvok sa zatiaľ nepodarilo syntetizovať, hoci nanotechnológia dáva nádej vedcom pracujúcim s gálium.

   DEFINÍCIA

   Gálium- tridsiaty prvý prvok periodickej tabuľky. Označenie - Ga z latinského "gallium". Nachádza sa vo štvrtom období, skupina IIIA. Vzťahuje sa na kovy. Jadrový náboj je 31.

   Gálium je vzácny prvok a v prírode sa nevyskytuje vo významnejších koncentráciách. Získava sa najmä zo zinkových koncentrátov po vytavení zinku z nich.

   Gálium je vo voľnom stave striebristo biely (obr. 1) mäkký kov s nízkou teplotou topenia. Je celkom stabilný na vzduchu, nerozkladá vodu, ale ľahko sa rozpúšťa v kyselinách a zásadách.

   Ryža. 1. Gálium. Vzhľad.

   Atómová a molekulová hmotnosť gália

   Relatívna molekulová hmotnosť látky (M r) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku (A r) je koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemického prvku väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.

   Pretože gálium existuje vo voľnom stave vo forme monatomických molekúl Ga, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Rovnajú sa 69,723.

   Izotopy gália

   Je známe, že v prírode sa gálium nachádza vo forme dvoch stabilných izotopov 69 Ga (60,11 %) a 71 Ga (39,89 %). Ich hmotnostné čísla sú 69 a 71. Jadro atómu izotopu gália 69 Ga obsahuje tridsaťjeden protónov a tridsaťosem neutrónov a izotop 71Ga obsahuje rovnaký počet protónov a štyridsať neutrónov.

   Existujú umelé nestabilné rádioaktívne izotopy gália s hmotnostnými číslami od 56 do 86, ako aj tri izomérne stavy jadier, medzi ktorými je najdlhšie žijúci izotop 67 Ga s polčasom rozpadu 3,26 dňa.

   Ióny gália

   Na vonkajšej energetickej úrovni atómu gália sú tri elektróny, ktoré sú valenčné:

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

   V dôsledku chemickej interakcie sa gálium vzdáva svojich valenčných elektrónov, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión:

   Ga 0 -2e → Ga 2+;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   Molekula a atóm gália

   Vo voľnom stave existuje gálium vo forme monoatomických molekúl Ga. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu gália:

   Zliatiny gália

   Pridaním gália do hliníka sa získajú zliatiny, ktoré sa dajú ľahko opracovať za tepla; Zliatiny gália a zlata sa používajú v zubnej protetike a šperkoch.

   Príklady riešenia problémov

   PRÍKLAD 1

   Cvičenie	Prírodné gálium má dva izotopy. Obsah izotopu 71 Ga je 36 %. Nájdite iný izotop, ak je priemerná relatívna atómová hmotnosť prvku gálium 69,72. Určte počet neutrónov v nájdenom izotope.
   Riešenie	Nech sa hmotnostné číslo druhého izotopu gália rovná „x“ - x Ga. Stanovme obsah druhého izotopu gália v prírode: w(x Ga) = 100 % - w(71 Ga) = 100 % - 36 % = 64 %. Priemerná relatívna atómová hmotnosť chemického prvku sa vypočíta takto: Ar = / 100 %; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; Preto je druhým izotopom gália 69 Ga. Atómové číslo gália je 31, čo znamená, že jadro atómu gália obsahuje 31 protónov a 31 elektrónov a počet neutrónov sa rovná: n10 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (číslo prvku) = 69 - 31 = 38.
   Odpoveď	Izotop 69 Ga, obsahujúci 38 neutrónov a 31 protónov.

   PRÍKLAD 2

   Cvičenie	Z hľadiska svojich chemických vlastností je gálium podobné inému prvku - hliníku. Na základe tejto podobnosti zapíšte vzorce oxidov a hydroxidov, ktoré obsahujú gálium, a vytvorte aj reakčné rovnice, ktoré charakterizujú chemické vlastnosti tohto prvku.
   Odpoveď	Gálium, podobne ako hliník, sa nachádza v skupine III hlavnej podskupiny periodickej tabuľky D.I. Mendelejev. Vo svojich zlúčeninách, podobne ako hliník, vykazuje oxidačný stav (+3). Gálium je charakterizované jedným oxidom (Ga 2 O 3) a jedným hydroxidom (Ga(OH) 3), ktoré vykazujú amfotérne vlastnosti. Ga203 + 3Si02 = Ga2(Si03)3;