Galiumi është një element i nëngrupit kryesor të grupit të tretë të periudhës së katërt të sistemit periodik të elementeve kimike të D.I. Mendeleev, me numër atomik 31. Shënohet me simbolin Ga (lat. Galium). I përket grupit të metaleve të lehta. Substanca e thjeshtë galium është një metal i butë, i urtë me ngjyrë të bardhë argjendi me një nuancë kaltërosh.

Numri atomik - 31

Masa atomike - 69.723

Dendësia, kg/m³ - 5910

Pika e shkrirjes, °C - 29,8

Kapaciteti i nxehtësisë, kJ/(kg °C) - 0,331

Elektronegativiteti - 1.8

Rrezja kovalente, Å - 1,26

Jonizimi i parë potencial, eV - 6,00

Historia e zbulimit të galiumit

Kimisti francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran hyri në histori si zbuluesi i tre elementeve të rinj: galium (1875), samarium (1879) dhe dysprosium (1886). I pari nga këto zbulime i solli atij famë.

Në atë kohë ai ishte pak i njohur jashtë Francës. Ai ishte 38 vjeç dhe ishte i angazhuar kryesisht në kërkime spektroskopike. Lecoq de Boisbaudran ishte një spektroskopist i mirë dhe kjo përfundimisht çoi në sukses: ai zbuloi të tre elementët e tij me anë të analizës spektrale.

Në 1875, Lecoq de Boisbaudran ekzaminoi spektrin e përzierjes së zinkut të sjellë nga Pierrefitte (Pyrenees). Një linjë e re vjollce u zbulua në këtë spektër. Linja e re tregonte praninë e një elementi të panjohur në mineral dhe, fare natyrshëm, Lecoq de Boisbaudran bëri çdo përpjekje për të izoluar këtë element. Kjo doli të ishte e vështirë për t'u bërë: përmbajtja e elementit të ri në mineral ishte më pak se 0.1%, dhe në shumë mënyra ishte e ngjashme me zinkun *. Pas eksperimenteve të gjata, shkencëtari arriti të marrë një element të ri, por në një sasi shumë të vogël. Aq i vogël (më pak se 0,1 g) sa Lecoq de Boisbaudran nuk ishte në gjendje të studionte plotësisht vetitë e tij fizike dhe kimike.

Zbulimi i galiumit - kështu u emërua elementi i ri për nder të Francës (Gallia është emri i saj latin) - u shfaq në raportet e Akademisë së Shkencave të Parisit.

Ky mesazh u lexua nga D.I. Mendeleev dhe njohu në galium eka-alumin, të cilin ai e kishte parashikuar pesë vjet më parë. Mendeleev i shkroi menjëherë Parisit. "Metoda e zbulimit dhe izolimit, si dhe vetitë e pakta të përshkruara, na bëjnë të besojmë se metali i ri nuk është gjë tjetër veçse eka-alumini," thuhej në letrën e tij. Më pas ai përsëriti vetitë e parashikuara për atë element. Për më tepër, pa mbajtur kurrë kokrra galiumi në duar, pa e parë personalisht, kimisti rus argumentoi se zbuluesi i elementit gaboi, se dendësia e metalit të ri nuk mund të jetë e barabartë me 4.7, siç shkroi Lecoq de Boisbaudran. - duhet të jetë më i madh, afërsisht 5,9...6,0 g/cm 3! Por përvoja tregoi të kundërtën: zbuluesi gaboi. Zbulimi i elementit të parë të parashikuar nga Mendelejevi forcoi ndjeshëm pozicionin e ligjit periodik.

Përmbajtja mesatare e galiumit në koren e tokës është 19 g/t. Galiumi është një mikroelement tipik me natyrë të dyfishtë gjeokimike. Minerali i vetëm i galiumit, galiti CuGaS 2, është shumë i rrallë. Gjeokimia e galiumit është e lidhur ngushtë me gjeokiminë e aluminit, e cila është për shkak të ngjashmërisë së vetive fiziko-kimike të tyre. Pjesa kryesore e galiumit në litosferë përmbahet në mineralet e aluminit. Për shkak të ngjashmërisë së vetive kimike kristalore me elementët kryesorë shkëmbformues (Al, Fe, etj.) dhe mundësisë së gjerë të izomorfizmit me to, galiumi nuk formon akumulime të mëdha, pavarësisht vlerës së konsiderueshme të klarkut. Me përmbajtje të lartë të galiumit dallohen këto minerale: sfaleriti (0 – 0,1%), magnetiti (0 – 0,003%), kasititi (0 – 0,005%), granati (0 – 0,003%), berili (0 – 0,003%). , turmalinë (0 – 0,01%), spodumene (0,001 – 0,07%), flogopite (0,001 – 0,005%), biotite (0 – 0,1%), muskovit (0 – 0,01%), sericite (0 – 0,005%), (0,001 – 0,03%), klorit (0 – 0,001%), feldspat (0 – 0,01%), nefelinë (0 – 0,1%), hekmanit (0,01 – 0,07%), natrolit (0 – 0,1%).

Ndoshta vetia më e famshme e galiumit është pika e tij e shkrirjes, e cila është 29,76 °C. Është metali i dytë më i shkrirë në tabelën periodike (pas merkurit). Kjo ju lejon të shkrini metalin ndërsa e mbani në dorë. Galiumi është një nga metalet e pakta që zgjerohet kur shkrirja ngurtësohet (të tjerët janë Bi, Ge).

Galiumi kristalor ka disa modifikime polimorfike, por vetëm një (I) është termodinamikisht i qëndrueshëm, që ka një rrjetë ortohombike (pseudo-tetragonale) me parametra a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Modifikime të tjera të galiumit (β, γ, δ, ε) kristalizohen nga metali i shpërndarë i superftuar dhe janë të paqëndrueshëm. Në presion të ngritur, u vunë re dy struktura të tjera polimorfike të galiumit II dhe III, që kishin, përkatësisht, grila kubike dhe tetragonale.

Dendësia e galiumit në gjendje të ngurtë në temperaturën T=20 °C është 5,904 g/cm³.

Një nga veçoritë e galiumit është diapazoni i gjerë i temperaturës së ekzistimit të gjendjes së lëngshme (nga 30 në 2230 °C), ndërsa ai ka një presion të ulët avulli në temperatura deri në 1100÷1200 °C. Kapaciteti termik specifik i galiumit të ngurtë në diapazonin e temperaturës T=0÷24 °C është 376,7 J/kg K (0,09 cal/g deg.), në gjendje të lëngët në T=29÷100 °C - 410 J/kg K (0,098 cal/g deg).

Rezistenca elektrike në gjendje të ngurtë dhe të lëngët është përkatësisht e barabartë me 53,4·10−6 ohm·cm (në T=0 °C) dhe 27,2·10−6 ohm·cm (në T=30 °C). Viskoziteti i galiumit të lëngshëm në temperatura të ndryshme është 1.612 poise në T=98 °C dhe 0.578 poise në T=1100 °C. Tensioni sipërfaqësor i matur në 30 °C në një atmosferë hidrogjeni është 0,735 n/m. Reflektimet për gjatësitë valore 4360 Å dhe 5890 Å janë përkatësisht 75.6% dhe 71.3%.

Galiumi natyror përbëhet nga dy izotope 69 Ga (61.2%) dhe 71 Ga (38.8%). Seksioni kryq i kapjes së neutronit termik për to është përkatësisht 2,1·10−28 m² dhe 5,1·10−28 m².

Galiumi është një element me toksicitet të ulët. Për shkak të temperaturës së ulët të shkrirjes, rekomandohet transportimi i shufrave të galiumit në qese polietileni, të cilat lagen dobët nga galiumi i shkrirë. Në një kohë, metali përdorej edhe për të bërë mbushje (në vend të atyre me amalgamë). Ky aplikim bazohet në faktin se kur pluhuri i bakrit përzihet me galiumin e shkrirë, përftohet një pastë, e cila pas disa orësh ngurtësohet (për shkak të formimit të një përbërjeje ndërmetalike) dhe më pas mund të përballojë ngrohjen deri në 600 gradë pa shkrirë.

Në temperatura të larta, galiumi është një substancë shumë agresive. Në temperatura mbi 500 °C, ai gërryen pothuajse të gjitha metalet përveç tungstenit, si dhe shumë materiale të tjera. Kuarci është rezistent ndaj galiumit të shkrirë deri në 1100 °C, por një problem mund të lindë për shkak të faktit se kuarci (dhe shumica e gotave të tjera) laget shumë nga ky metal. Kjo do të thotë, galiumi thjesht do të ngjitet në muret e kuarcit.

Vetitë kimike të galiumit janë të përafërta me ato të aluminit. Filmi oksid i formuar në sipërfaqen e metalit në ajër mbron galiumin nga oksidimi i mëtejshëm. Kur nxehet nën presion, galiumi reagon me ujin, duke formuar përbërjen GaOOH sipas reaksionit:

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

Galiumi reagon me acidet minerale për të lëshuar hidrogjen dhe për të formuar kripëra, dhe reagimi ndodh edhe nën temperaturën e dhomës:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

Produktet e reaksionit me alkalet dhe karbonatet e kaliumit dhe natriumit janë hidroksogallate që përmbajnë jone Ga(OH) 4 - dhe, ndoshta, Ga(OH) 6 3 - dhe Ga(OH) 2-:

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

Galiumi reagon me halogjenet: reagimi me klorin dhe fluorin ndodh në temperaturën e dhomës, me bromin - tashmë në -35 °C (rreth 20 °C - me ndezje), ndërveprimi me jodin fillon kur nxehet.

Galiumi nuk ndërvepron me hidrogjenin, karbonin, azotin, silikonin dhe borin.

Në temperatura të larta, galiumi është i aftë të shkatërrojë materiale të ndryshme dhe efekti i tij është më i fortë se shkrirja e çdo metali tjetër. Kështu, grafiti dhe tungsteni janë rezistent ndaj shkrirjes së galiumit deri në 800 °C, alundumit dhe oksidit të beriliumit BeO - deri në 1000 °C, tantalit, molibdenit dhe niobit janë rezistent deri në 400÷450 °C.

Me shumicën e metaleve, galiumi formon galide, me përjashtim të bismutit, si dhe metale të nëngrupeve të zinkut, skandiumit dhe titanit. Një nga galidet V 3 Ga ka një temperaturë mjaft të lartë kalimi në gjendjen superpërcjellëse prej 16.8 K.

Galiumi formon hidride polimer:

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.

Stabiliteti i joneve zvogëlohet në serinë BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . Joni BH 4 është i qëndrueshëm në tretësirën ujore, AlH 4 dhe GaH 4 hidrolizohen shpejt:

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

Kur Ga(OH) 3 dhe Ga 2 O 3 treten në acide, formohen komplekset akua 3+, prandaj kripërat e galiumit izolohen nga solucionet ujore në formën e hidrateve kristalore, për shembull, klorur galiumi GaCl 3 * 6H 2 O, galium potasium alum KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

Ndodh një ndërveprim interesant midis galiumit dhe acidit sulfurik. Ajo shoqërohet me çlirimin e squfurit elementar. Në këtë rast, squfuri mbështjell sipërfaqen e metalit dhe parandalon shpërbërjen e tij të mëtejshme. Nëse e lani metalin me ujë të nxehtë, reagimi do të rifillojë dhe do të vazhdojë derisa një "lëkurë" e re squfuri të rritet në galium.

• Ga2H6- lëng i paqëndrueshëm, pika e shkrirjes -21,4 °C, pika e vlimit 139 °C. Në një suspension eterik me hidrat litiumi ose taliumi formon përbërjet LiGaH 4 dhe TlGaH 4 . Formohet nga trajtimi i tetrametildigalanit me trietilaminë. Ka lidhje banane, si në diborane

• Ga2O3- pluhur i bardhë ose i verdhë, pika e shkrirjes 1795 °C. Ekziston në formën e dy modifikimeve. α- Ga 2 O 3 - kristale trigonale pa ngjyrë me densitet 6.48 g/cm³, pak të tretshëm në ujë, të tretshëm në acide. β- Ga 2 O 3 - kristale monoklinike pa ngjyrë me densitet 5,88 g/cm³, pak të tretshëm në ujë, acide dhe alkale. Përftohet nga ngrohja e metalit të galiumit në ajër në 260 °C ose në një atmosferë oksigjeni, ose nga kalcinimi i nitratit ose sulfatit të galiumit. ΔH° 298 (mostra) -1089,10 kJ/mol; ΔG° 298 (kampion) -998,24 kJ/mol; S° 298 84,98 J/mol*K. Ato shfaqin veti amfoterike, megjithëse vetitë themelore, krahasuar me aluminin, janë përmirësuar:

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- bie në formën e një precipitati në formë pelte kur trajtohen solucionet e kripërave të galiumit trevalent me hidrokside dhe karbonate të metaleve alkali (pH 9.7). Shkrihet në amoniak të koncentruar dhe tretësirë ​​të koncentruar të karbonatit të amonit dhe precipiton kur zihet. Me ngrohje, hidroksidi i galiumit mund të shndërrohet në GaOOH, më pas në Ga 2 O 3 * H 2 O dhe në fund në Ga 2 O 3. Mund të merret nga hidroliza e kripërave të galiumit trivalent.

• GaF 3- Pluhur i bardhë. t shkrihet >1000 °C, t zihet 950 °C, dendësia - 4,47 g/cm³. Pak i tretshëm në ujë. Dihet hidrati kristalor GaF 3 · 3H 2 O. Përftohet nga ngrohja e oksidit të galiumit në një atmosferë fluori.

• GaCl3- kristale higroskopike pa ngjyrë. t shkrihet 78 °C, vlon t 215 °C, dendësia - 2,47 g/cm³. E tretim mirë në ujë. Hidrolizohet në tretësirat ujore. Marrë direkt nga elementët. Përdoret si katalizator në sintezat organike.

• GaBr 3- kristale higroskopike pa ngjyrë. t shkrihet 122 °C, t zihet 279 °C dendësia - 3.69 g/cm³. Shkrihet në ujë. Hidrolizohet në tretësirat ujore. Pak i tretshëm në amoniak. Marrë direkt nga elementët.

• GaI 3- gjilpëra higroskopike të verdha të lehta. t shkrihet 212 °C, t zihet 346 °C, dendësia - 4,15 g/cm³. Hidrolizohet me ujë të ngrohtë. Marrë direkt nga elementët.

• GaS 3- kristale të verdha ose pluhur amorf të bardhë me pikë shkrirjeje 1250 °C dhe densitet 3,65 g/cm³. Ai ndërvepron me ujin dhe hidrolizohet plotësisht. Përftohet duke reaguar galiumin me squfur ose sulfur hidrogjeni.

• Ga 2 (SO 4) 3 18H 2 O- substancë e pangjyrë, shumë e tretshme në ujë. Përftohet duke reaguar galiumin, oksidin dhe hidroksidin e tij me acidin sulfurik. Formon lehtësisht shap me sulfate të metaleve alkali dhe amonit, për shembull, KGa(SO 4) 2 12H 2 O.

• Ga(NO 3) 3 8H 2 O- kristale pa ngjyrë të tretshëm në ujë dhe etanol. Kur nxehet, dekompozohet për të formuar oksid galium (III). Përftohet nga veprimi i acidit nitrik në hidroksidin e galiumit.

Burimi kryesor i marrjes së Galiumit është prodhimi i aluminit. Gjatë përpunimit të boksitit duke përdorur metodën Bayer, galiumi përqendrohet në pijet amë që qarkullojnë pas ndarjes së Al(OH) 3 . Galiumi izolohet nga solucione të tilla me elektrolizë në një katodë të merkurit. Nga tretësira alkaline e përftuar pas trajtimit të amalgamës me ujë, precipitohet Ga(OH) 3, i cili tretet në alkali dhe Galiumi izolohet me elektrolizë.

Në metodën soda-gëlqere të përpunimit të mineralit të boksitit ose nefelinës, galiumi përqendrohet në fraksionet e fundit të sedimentit të çliruar gjatë procesit të karbonizimit. Për pasurim shtesë, precipitati i hidroksidit trajtohet me qumësht gëlqereje. Në këtë rast, pjesa më e madhe e Al mbetet në sediment dhe Galiumi shkon në tretësirë, nga e cila koncentrati i galiumit (6-8% Ga 2 O 3) izolohet duke kaluar CO 2; ky i fundit tretet në alkali dhe galiumi izolohet elektrolitikisht.

Burimi i Galiumit mund të jetë gjithashtu aliazhi i mbetur i anodës nga procesi i rafinimit të Al duke përdorur metodën e elektrolizës me tre shtresa. Në prodhimin e zinkut, burimet e galiumit janë sublimat (oksidet e Welz-it) të formuara gjatë përpunimit të sterileve të kullimit të zinkut.

Galiumi i lëngshëm i marrë nga elektroliza e një tretësire alkaline, i larë me ujë dhe acide (HCl, HNO 3), përmban 99,9-99,95% Ga. Një metal më i pastër përftohet nga shkrirja në vakum, shkrirja në zonë ose duke nxjerrë një kristal të vetëm nga shkrirja.

Aplikimet e galiumit

Arsenid galium GaAs është një material premtues për elektronikën gjysmëpërçuese.

Nitridi i galiumit përdoret në krijimin e lazerëve gjysmëpërçues dhe LED-ve në rangun blu dhe ultravjollcë. Nitridi i galiumit ka veti të shkëlqyera kimike dhe mekanike tipike për të gjitha komponimet nitride.

Si një element i grupit III që rrit përçueshmërinë "vrima" në një gjysmëpërçues, galiumi (me një pastërti prej të paktën 99,999%) përdoret si një shtesë për germanium dhe silikon. Përbërjet ndërmetalike të galiumit me elementë të grupit V - antimoni dhe arseniku - vetë kanë veti gjysmëpërçuese.

Izotopi i galium-71 është materiali më i rëndësishëm për zbulimin e neutrinos dhe në këtë drejtim, teknologjia përballet me një detyrë shumë urgjente për të izoluar këtë izotop nga një përzierje natyrore në mënyrë që të rritet ndjeshmëria e detektorëve të neutrinos. Meqenëse përmbajtja e 71 Ga në një përzierje natyrale të izotopeve është rreth 39.9%, izolimi i një izotopi të pastër dhe përdorimi i tij si një detektor neutrino mund të rrisë ndjeshmërinë e zbulimit me 2.5 herë.

Shtimi i galiumit në masën e qelqit bën të mundur marrjen e syzeve me një indeks të lartë thyerjeje të rrezeve të dritës, dhe syzet e bazuara në Ga 2 O 3 transmetojnë mirë rrezet infra të kuqe.

Galiumi është i shtrenjtë, në vitin 2005 në tregun botëror një ton galium kushtonte 1.2 milionë dollarë amerikanë dhe për shkak të çmimit të lartë dhe njëkohësisht nevojës së madhe për këtë metal, është shumë e rëndësishme që të vendoset nxjerrja e tij e plotë në prodhimi i aluminit dhe përpunimi i qymyrit në lëndë djegëse të lëngshme.

Galiumi i lëngshëm reflekton 88% të dritës që bie mbi të, galiumi i ngurtë reflekton pak më pak. Prandaj, ata bëjnë pasqyra galium që janë shumë të lehta për t'u prodhuar - veshja e galiumit mund të aplikohet edhe me një furçë.

Galiumi ka një numër lidhjesh që janë të lëngëta në temperaturën e dhomës dhe një prej lidhjeve të tij ka një pikë shkrirjeje prej 3 °C, por nga ana tjetër, galiumi (aliazhet në një masë më të vogël) është mjaft agresiv ndaj shumicës së materialeve strukturore (plasaritje dhe erozioni i lidhjeve në temperaturë të lartë), dhe Si ftohës, është i paefektshëm dhe shpesh thjesht i papranueshëm.

Janë bërë përpjekje për të përdorur galiumin në reaktorët bërthamorë, por rezultatet e këtyre përpjekjeve vështirë se mund të konsiderohen të suksesshme. Jo vetëm që galiumi kap në mënyrë mjaft aktive neutronet (kap hambarët e seksionit kryq 2.71), ai gjithashtu reagon në temperatura të ngritura me shumicën e metaleve.

Galiumi nuk u bë një material atomik. Vërtetë, izotopi i tij radioaktiv artificial 72 Ga (me një gjysmë jetë prej 14.2 orë) përdoret për të diagnostikuar kancerin e kockave. Kloruri dhe nitrat galium-72 absorbohen nga tumori dhe duke zbuluar karakteristikën e rrezatimit të këtij izotopi, mjekët përcaktojnë pothuajse me saktësi madhësinë e formacioneve të huaja.

Galiumi është një lubrifikant i shkëlqyer. Ngjitës metalikë pothuajse shumë të rëndësishëm janë krijuar në bazë të galiumit dhe nikelit, galiumit dhe skandiumit.

Metali galium përdoret gjithashtu për të mbushur termometra kuarci (në vend të merkurit) për të matur temperaturat e larta. Kjo për faktin se galiumi ka një pikë vlimi dukshëm më të lartë në krahasim me merkurin.

Oksidi i galiumit është një përbërës i një numri materialesh lazer me rëndësi strategjike.

Prodhimi i galiumit në botë

Prodhimi i tij botëror nuk i kalon dyqind ton në vit. Me përjashtim të dy depozitave të zbuluara së fundmi - në 2001 në Gold Canyon, Nevada, SHBA dhe në 2005 në Inner Mongolia, Kinë - galium nuk gjendet në përqendrime industriale askund në botë. (Në depozitën e fundit u konstatua prania e 958 mijë tonë galium në qymyr - ky është një dyfishim i burimeve të galiumit në botë).

Resurset botërore të galiumit vetëm në boksit vlerësohen të kalojnë 1 milion ton, dhe depozita e përmendur në Kinë përmban 958 mijë tonë galium në qymyr - duke dyfishuar burimet e galiumit në botë).

Nuk ka shumë prodhues të galiumit. Një nga liderët në tregun e galiumit është GEO Gallium. Kapacitetet e saj kryesore deri në vitin 2006 përbëheshin nga një fabrikë në Stade (Gjermani), ku minohet rreth 33 tonë në vit, një fabrikë në Salindres, përpunuese 20 ton/vit (Francë) dhe në Pinjarra (Australi Perëndimore) - potencial (por jo i prezantuar). në ndërtim) kapacitet deri në 50 ton/vit.

Në vitin 2006, pozicioni i prodhuesit nr. 1 u dobësua - ndërmarrja Stade u ble nga MCP angleze dhe American Recapture Metals.

Kompania japoneze Dowa Mining është prodhuesi i vetëm në botë i galiumit primar nga koncentratet e zinkut si nënprodukt i prodhimit të zinkut. Kapaciteti i plotë për materialin primar të Dowa Mining vlerësohet të jetë deri në 20 ton/vit.Në Kazakistan, ndërmarrja e Aluminit të Kazakistanit në Pavlodar ka një kapacitet të plotë deri në 20 tonë/vit.

Kina është bërë një furnizues shumë serioz i galiumit. Ka 3 prodhues të mëdhenj të galiumit primar në Kinë - Geatwall Aluminum Co. (deri në 15 ton/vit), Fabrika e Aluminit Shandong (rreth 6 ton/vit) dhe Fabrika e aluminit Guizhou (deri në 6 ton/vit). Ka edhe një sërë bashkëprodhimesh. Sumitomo Chemical ka krijuar sipërmarrje të përbashkëta në Kinë me një kapacitet deri në 40 ton/vit. Kompania amerikane AXT ka krijuar një sipërmarrje të përbashkët Beijing JiYa Semiconductor Material Co me ndërmarrjen më të madhe kineze të aluminit Shanxi Aluminium Factory. me produktivitet deri në 20 ton/vit.

Prodhimi i galiumit në Rusi

Në Rusi, struktura e prodhimit të galiumit përcaktohet nga formimi i industrisë së aluminit. Dy grupet kryesore që njoftuan bashkimin, Russian Aluminium dhe SUAL, janë pronarë të vendeve të galiumit të krijuara në rafineritë e aluminit.

"Russian Aluminium": Rafineria Nikolaevsky Alumina në Ukrainë (metoda klasike hidrokimike Bayer për përpunimin e boksitit tropikal, kapaciteti i vendndodhjes - deri në 12 ton galium / vit) dhe Rafineria Achinsk Alumina në Rusi (përpunimi me sinterim të lëndëve të para nefelinë - urtite të Depozita Kiya-Shaltyrskoye, Territori Krasnoyarsk, kapaciteti i zonës – 1,5 ton galium/vit).

"SUAL": Kapacitetet në Kamensk-Uralsky (teknologjia e sinterizimit Bayer për boksitin e rajonit të xehes së boksitit të Uralit të Veriut, kapaciteti i vendndodhjes - deri në 2 ton galium / vit), në rafinerinë e aluminit Boksitogorsk (përpunon boksitin e rajonit të Leningradit nga metoda e sinterimit, kapaciteti - 5 ton galium / vit, aktualisht i grimcuar) dhe "Pikalevsky Alumina" (përpunon koncentrat nefelinë nga mineralet apatite-nefelinë të rajonit Murmansk me sinterim, kapaciteti i vendit - 9 ton galium / vit). Në total, të gjitha ndërmarrjet Rusal dhe SUAL mund të prodhojnë mbi 20 ton/vit.

Prodhimi aktual është më i ulët - për shembull, në vitin 2005, 8.3 ton galium u eksportuan nga Rusia dhe 13.9 ton galium nga rafineria Nikolaev Alumina nga Ukraina.

Gjatë përgatitjes së materialit, u përdorën informacione nga kompania Kvar.

Termometrat e galiumit lejojnë, në parim, të matin temperaturat nga 30 në 2230 ° C. Termometrat galium tani prodhohen për temperatura deri në 1200 ° C.

Elementi nr. 31 përdoret për prodhimin e lidhjeve me shkrirje të ulët që përdoren në pajisjet sinjalizuese. Lidhja e galiumit me indium shkrihet tashmë në 16 ° C. Kjo është më e shkrirë nga të gjitha lidhjet e njohura.

Si një element i grupit III që rrit përçueshmërinë "vrima" në një gjysmëpërçues (me një pastërti prej të paktën 99,999%), përdoret si një shtesë për germanium dhe silikon.

Përbërjet ndërmetalike të galiumit me elementë të grupit V - antimoni dhe arseniku - vetë kanë veti gjysmëpërçuese.

Shtimi i galiumit në masën e qelqit bën të mundur marrjen e syzeve me një indeks të lartë thyerjeje të rrezeve të dritës, dhe syzet e bazuara në Ga2O3 transmetojnë mirë rrezet infra të kuqe.

Lëngu reflekton 88% të dritës që bie mbi të, i ngurtë - pak më pak. Kjo është arsyeja pse ata bëjnë pasqyra galiumi që janë shumë të lehta për t'u prodhuar - veshja e galiumit mund të aplikohet edhe me një furçë.

Ndonjëherë përdoret aftësia e galiumit për të lagur mirë sipërfaqet e ngurta, duke e zëvendësuar atë në pompat e vakumit të difuzionit. Pompa të tilla "mbajnë" vakum më mirë se pompat e merkurit.

Janë bërë përpjekje për ta përdorur atë në reaktorët bërthamorë, por rezultatet e këtyre përpjekjeve vështirë se mund të konsiderohen të suksesshme. Jo vetëm që galiumi kap në mënyrë mjaft aktive neutronet (kap hambarët e seksionit kryq 2.71), ai gjithashtu reagon në temperatura të ngritura me shumicën e metaleve.

Galiumi nuk u bë një material atomik. Vërtetë, izotopi i tij radioaktiv artificial 72Ga (me një gjysmë jete prej 14.2 orë) përdoret për të diagnostikuar kancerin e kockave. Kloruri dhe nitrat galium-72 absorbohen nga tumori dhe duke zbuluar karakteristikën e rrezatimit të këtij izotopi, mjekët përcaktojnë pothuajse me saktësi madhësinë e formacioneve të huaja.

Siç mund ta shihni, mundësitë praktike të elementit nr. 31 janë mjaft të gjera. Nuk është ende e mundur përdorimi i tyre plotësisht për shkak të vështirësisë së marrjes së galiumit - një element mjaft i rrallë (1,5-10-3% e peshës së kores së tokës) dhe shumë i shpërndarë.

Pak minerale vendase të galiumit janë të njohura. Minerali i tij i parë dhe më i famshëm, galiti CuGaS2, u zbulua vetëm në vitin 1956. Më vonë, u gjetën edhe dy minerale të tjera, tashmë shumë të rralla.

Në mënyrë tipike, galium gjendet në zink, alumin, xeherore hekuri, si dhe në qymyr - si një papastërti e vogël. Dhe ajo që është karakteristike: sa më e madhe kjo papastërti, aq më e vështirë është nxjerrja e saj, sepse ka më shumë galium në mineralet e atyre metaleve (,), të cilat janë të ngjashme me të për nga vetitë. Pjesa më e madhe e galiumit tokësor përmbahet në mineralet e aluminit.

Nxjerrja e galiumit është një "kënaqësi" e shtrenjtë. Prandaj, elementi numër 31 përdoret në sasi më të vogla se çdo fqinj i tij në tabelën periodike.

Është e mundur, sigurisht, që shkenca në të ardhmen e afërt të zbulojë diçka në galium që do ta bëjë atë absolutisht të nevojshëm dhe të pazëvendësueshëm, siç ndodhi me një element tjetër të parashikuar nga Mendelejevi - germanium.

KËRKIMI PËR RREGULLAT. Vetitë e galiumit u parashikuan nga D.I. Mendeleev pesë vjet para zbulimit të këtij elementi. Kimisti i shkëlqyer rus i bazoi parashikimet e tij në modelet e ndryshimeve në vetitë nëpër grupe të sistemit periodik. Por për Lecoq de Boisbaudran, zbulimi i galiumit nuk ishte një aksident i lumtur. Një spektroskop i talentuar, në vitin 1863 ai zbuloi modele në ndryshimet në spektrat e elementeve me veti të ngjashme. Duke krahasuar spektrat e indiumit dhe aluminit, ai arriti në përfundimin se këta elementë mund të kenë një "vëlla" linjat e të cilit do të mbushnin boshllëkun në pjesën me valë të shkurtër të spektrit. Ishte pikërisht kjo linjë e munguar që ai kërkoi dhe gjeti në spektrin e përzierjes së zinkut nga Pierrefit.

LUAJ ME FJALË? Sipas të cilit historianët e shkencës shohin në emër të elementit nr.31 jo vetëm patriotizmin, por edhe pamodestinë e zbuluesit të tij. Zakonisht besohet se fjala "galium" vjen nga latinishtja Gallia (Francë). Por nëse dëshironi, në të njëjtën fjalë mund të shihni një aluzion të fjalës "gjel" 1 Në latinisht "rooster" është gallus, në frëngjisht - le coq. Lecoq de Boisbaudran?

Në varësi të moshës, galiumi shpesh shoqëron aluminin në minerale. Është interesante se raporti i këtyre elementeve në një mineral varet nga koha e formimit të mineralit. Në feldspat, ekziston një atom galiumi për çdo 120 mijë atome alumini. Në nefelinat, të cilat u formuan shumë më vonë, ky raport është tashmë 1:6000, dhe në drurin e gurëzuar edhe "më të ri" është vetëm 1:13.

PATENTA E PARË. Patenta e parë për përdorimin e galiumit u mor në fillim të shekullit të 20-të. Ata donin të përdornin elementin nr. 31 në llambat me hark elektrik.

SULFURI ZËVENDËROHET, GIRTI MBROHET NGA SQULFUR. Ndërveprimi i galiumit me acidin sulfurik ndodh në mënyrë interesante. Ajo shoqërohet me çlirimin e squfurit elementar. Në të njëjtën kohë, ai mbështjell sipërfaqen e metalit dhe parandalon shpërbërjen e tij të mëtejshme. Nëse e lani metalin me ujë të nxehtë, reagimi do të rifillojë dhe do të vazhdojë derisa një "lëkurë" e re squfuri të rritet në galium.

NDIKIM I KEQ. Galiumi i lëngshëm ndërvepron me shumicën e metaleve, duke formuar komponime ndërmetalike me veti mekanike mjaft të ulëta. Kjo është arsyeja pse kontakti me galiumin bën që shumë materiale strukturore të humbasin forcën. Më rezistenti ndaj veprimit të galiumit: në temperatura deri në 1000°C i reziston me sukses agresivitetit të elementit nr.31.

DHE OKSIDI EDHE! Shtesat e vogla të oksidit të galiumit ndikojnë ndjeshëm në vetitë e oksideve të shumë metaleve. Kështu, përzierja e Ga2O3 me oksidin e zinkut redukton ndjeshëm aftësinë e tij të sinterizimit. Por ka shumë më tepër zink në një oksid të tillë sesa në oksid të pastër. Dhe përçueshmëria elektrike e dioksidit të titanit bie ndjeshëm kur shtohet Ga2O3.

SI PERFITON GALIUM. Asnjë depozitë industriale e xeherorëve të galiumit nuk është gjetur në botë. Prandaj, galiumi duhet të nxirret nga xehet e zinkut dhe aluminit që janë shumë të varfër në të.

Meqenëse përmbajtja e galiumit në to nuk është e njëjtë, metodat për marrjen e elementit nr. 31 janë mjaft të ndryshme. Le t'ju tregojmë, për shembull, se si galiumi nxirret nga përzierja e zinkut, minerali në të cilin u zbulua ky element së pari.

Para së gjithash, përzierja e zinkut ZnS shkrihet dhe ato që rezultojnë shpëlahen me acid sulfurik. Së bashku me shumëmetale të tjera, galiumi kalon në tretësirë. Sulfati i zinkut mbizotëron në këtë tretësirë ​​- produkti kryesor që duhet pastruar nga papastërtitë, përfshirë galiumin. Faza e parëpastrimi - sedimentimi i të ashtuquajturës llum hekuri. Me neutralizimin gradual të tretësirës acidike, kjo llum precipiton. 13 rezulton të jetë rreth 10% alumin, 15% hekur dhe (që është më e rëndësishmja për ne tani) 0,05-0,1% galium. Për të nxjerrë galiumin, llumi shpëlahet me acid ose hidroksid natriumi - hidroksidi i galiumit është amfoterik. Metoda alkaline është më e përshtatshme, pasi në këtë rast pajisjet mund të bëhen nga materiale më pak të shtrenjta.

Nën ndikimin e alkalit, komponimet e aluminit dhe galiumit kalojnë në tretësirë. Kur kjo tretësirë ​​neutralizohet me kujdes, hidroksidi i galiumit precipiton. Por një pjesë e aluminit gjithashtu precipiton. Prandaj, precipitati shpërndahet përsëri, këtë herë në acid klorhidrik. Rezultati është një zgjidhje e klorurit të galiumit, e ndotur kryesisht me klorur alumini. Këto mund të ndahen me nxjerrje. Eteri shtohet dhe, ndryshe nga AlCl3, GaCl3 pothuajse plotësisht kalon në tretësin organik. Shtresat ndahen, eteri distilohet dhe kloruri i galiumit që rezulton trajtohet edhe një herë me sodë kaustike të koncentruar për të precipituar dhe ndarë papastërtinë e hekurit nga galiumi. Metal galium përftohet nga kjo tretësirë ​​alkaline. Marrë me elektrolizë në një tension prej 5.5 V. Galiumi depozitohet në një katodë bakri.

Kimia

Galiumi nr. 31

Nëngrupi i galiumit. Përmbajtja e secilit anëtar të këtij nëngrupi në koren e tokës përgjatë serisë galium (4-10~4%) - indium (2-10~6) - talium (8-10-7) zvogëlohet. Të tre "elementët janë jashtëzakonisht të shpërndarë dhe nuk është tipike që ato të gjenden në formën e disa mineraleve. Përkundrazi, papastërtitë e vogla të përbërjeve të tyre përmbajnë xehe të shumë metaleve. Ga, In dhe Ti përftohen nga mbetjet gjatë përpunimi i xeheve të tilla.
Në gjendje të lirë, galiumi, indiumi dhe taliumi janë metale të bardha argjendi. Konstantet e tyre më të rëndësishme krahasohen më poshtë:
Ga Në Tl

Vetitë fizike të galiumit

Dendësia, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Pika e shkrirjes, °C. . . 30 157 304
Pika e vlimit, °C... . 2200 2020 1475
Përçueshmëria elektrike (Hg = 1). . 2 11 6

Nga fortësia galium afër kryesimit, In dhe Ti - edhe më të butë 6-13.
Në ajër të thatë, galiumi dhe indiumi nuk ndryshojnë, dhe talium është i mbuluar me një film oksid gri. Kur nxehen, të tre elementët kombinohen energjikisht me oksigjen dhe squfur. Ata ndërveprojnë me klorin dhe bromin në temperatura të zakonshme, por me jodin vetëm kur nxehen. Të vendosura në serinë e tensionit rreth hekurit, Ga, In dhe Ti janë të tretshëm në acide.14' 15
Valenca e zakonshme e galiumit dhe indiumit është tre. Taliumi jep derivate në të cilat është tre dhe njëvalent. 18
Oksidet e galiumit dhe analogët e tij - Ga 2 O 3 e bardhë, e verdhë In203 dhe kafe T1203 - janë të patretshme në ujë - hidroksidet përkatëse E (OH) 3 (të cilat mund të merren nga kripërat) janë sedimente xhelatinoze, praktikisht të patretshme në ujë, por i tretshëm në acide. Hidroksidet Ga dhe In të bardhë janë gjithashtu të tretshëm në tretësirat e alkaleve të forta me formimin e gallateve dhe indateve të ngjashme me aluminatet. Prandaj, ato kanë natyrë amfoterike dhe vetitë acidike janë më pak të theksuara në 1n(OH) 3, dhe më të theksuara në Ga(OH) 3 sesa në Al(OH) 3. Kështu, përveç alkaleve të forta, Ga(OH) 3 është i tretshëm në tretësira të forta të NH 4 OH. Përkundrazi, Ti(OH) 3 e kuqe-kafe nuk tretet në alkalet.
Jonet Ga" dhe In" janë të pangjyrë, joni Ti" ka një ngjyrë të verdhë. Kripërat e shumicës së acideve të prodhuara prej tyre janë shumë të tretshme në ujë, por janë shumë të hidrolizuara; Nga kripërat e tretshme të acideve të dobëta, shumë i nënshtrohen hidrolizës pothuajse të plotë. Ndërsa derivatet e valencave më të ulëta Ga dhe In nuk janë tipike për ta, për taliumin janë ato komponime në të cilat ai është njëvalent që janë më karakteristikë. Prandaj, kripërat T13+ kanë veti oksiduese dukshëm të theksuara.

Suplementet e galiumit

1. Të tre anëtarët e nëngrupit në shqyrtim u zbuluan duke përdorur një spektroskop: 1 talium - në 1861, indium - në 1863 dhe galium - në 1875. E fundit prej këtyre elementeve u parashikua dhe u përshkrua nga D. I. Mendeleev 4 vjet përpara zbulimit të tij (VI § § 1). Galiumi natyror është i përbërë nga izotope me numër masiv 69 (60,2%) dhe 71 (39,8); indium-113 (4.3) dhe 115 (95.7); talium - 203 (29.5) dhe 205 (70.5%).
2. Në gjendjen bazë, atomet e elementeve të nëngrupit të galiumit kanë strukturën e predhave të jashtme të elektroneve 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) dhe janë njëvalente, i Ngacmimi i gjendjeve trevalente kërkon kosto prej 108 (Ga) , 100 (In) ose 129, (Ti) kcal/g-atom. Energjitë e njëpasnjëshme të jonizimit janë 6.00; 20.51; 30,70 për Ga; 5.785; 18.86; 28.03 për Në: 6.106; 20.42; 29.8 eV për T1. Afiniteti elektronik i atomit të taliumit vlerësohet në 12 kcal/g-atom.
3. Galiti i rrallë mineral (CuGaS 2) është i njohur për galiumin. Gjurmët e këtij elementi gjenden vazhdimisht në mineralet e zinkut. Sasi dukshëm të mëdha të tij: E (deri në 1.5%) u gjetën në hirin e disa qymyrit. Megjithatë, lënda e parë kryesore për prodhimin industrial të galiumit është boksiti, i cili zakonisht përmban papastërti të vogla (deri në 0.1%). Ai nxirret me elektrolizë nga lëngjet alkaline, të cilat janë një produkt i ndërmjetëm i përpunimit të boksitit natyror në alumin teknik. Prodhimi vjetor global i galiumit aktualisht është vetëm disa tonë, por mund të rritet ndjeshëm.
4. Indiumi përftohet kryesisht si nënprodukt gjatë përpunimit kompleks të xeheve të squfurit Zn, Pb dhe Cu. Prodhimi i saj vjetor global arrin në disa dhjetëra tonë.
5. Taliumi është i përqendruar kryesisht në pirit (FeS2). Prandaj, llumi nga prodhimi i acidit sulfurik është një lëndë e parë e mirë për marrjen e këtij elementi. Prodhimi vjetor global i taliumit është më i vogël se ai i indiumit, por gjithashtu arrin në dhjetëra tonë.
6. Për të izoluar Ga, In dhe T1 në gjendje të lirë, përdoret ose elektroliza e tretësirave të kripërave të tyre ose inkandeshenca e oksideve në një rrjedhë hidrogjeni. Nxehtësitë e shkrirjes dhe avullimit të metaleve kanë këto vlera: 1,3 dhe 61 (Ga), 0,8 dhe 54 (In), 1,0 dhe 39 kcal/g-atom (T1). Nxehtësitë e tyre të sublimimit (në 25 °C) janë 65 (Ga), 57 (In) dhe 43 kcal/g-atom (T1). Në çifte, të tre elementët përbëhen pothuajse ekskluzivisht nga molekula monotomike.
7. Rrjeta kristalore e galiumit nuk formohet nga atome individuale (siç është zakonisht për metalet), por nga molekula diatomike (rf = 2.48A). Pra, ai paraqet një rast interesant të bashkëjetesës së strukturave molekulare dhe metalike (III § 8). Në galium të lëngët ruhen edhe molekulat Ga2, dendësia e të cilit (6,1 g/cm) është më e madhe se dendësia e metalit të ngurtë (analogji me ujin dhe bismutin). Një rritje e presionit shoqërohet me një ulje të temperaturës së shkrirjes së galiumit. Në presione të larta, përveç modifikimit të zakonshëm (Gal), është vërtetuar ekzistenca e dy formave të tjera. Pikat e trefishta (me një fazë të lëngshme) qëndrojnë për Gal - Gall në 12 mijë atm dhe 3 °C, dhe për Gall - Gall në 30 mijë atm dhe 45 °C.
8. Galiumi është shumë i prirur ndaj hipotermisë dhe ka qenë e mundur të mbahet në gjendje të lëngshme deri në -40 ° C. Kristalizimi i shpejtë i përsëritur i një shkrirjeje të superftohur mund të shërbejë si një metodë për pastrimin e galiumit. Në gjendje shumë të pastër (99,999%), ai u përftua nga rafinimi elektrolitik, si dhe nga reduktimi i GaCl3 i pastruar me kujdes me hidrogjen. Pika e tij e lartë e vlimit dhe zgjerimi mjaft uniform kur nxehet e bëjnë galiumin një material të vlefshëm për mbushjen e termometrave me temperaturë të lartë. Megjithë ngjashmërinë e jashtme me merkurin, tretshmëria e ndërsjellë e të dy metaleve është relativisht e ulët (në intervalin nga 10 në 95 ° C varion nga 2.4 në 6.1 përqind atomike për Ga në Hg dhe nga 1.3 në 3.8 përqind atomike për Hg në Ga). . Ndryshe nga merkuri, galiumi i lëngshëm nuk shpërndan metalet alkaline dhe lag mirë shumë sipërfaqe jometalike. Në veçanti, kjo vlen për qelqin, duke aplikuar galium në të cilin mund të përftohen pasqyra që reflektojnë fuqishëm dritën (megjithatë, ka dëshmi se galiumi shumë i pastër, i cili nuk përmban papastërti indiumi, nuk lag xhamin). Depozitimi i galiumit në një bazë plastike ndonjëherë përdoret për të prodhuar shpejt qarqet radio. Një aliazh prej 88% Ga dhe 12% Sn shkrihet në 15 °C, dhe disa lidhje të tjera që përmbajnë galium (për shembull, 61,5% Bi, 37,2 - Sn dhe 1,3 - Ga) janë propozuar për mbushjet dentare. Ata nuk e ndryshojnë volumin e tyre me temperaturën dhe qëndrojnë mirë. Galiumi mund të përdoret gjithashtu si izolues për valvulat në teknologjinë e vakumit. Megjithatë, duhet pasur parasysh se në temperatura të larta është agresiv si ndaj qelqit ashtu edhe ndaj shumë metaleve.
9. Në lidhje me mundësinë e zgjerimit të prodhimit të galiumit, problemi i asimilimit (d.m.th., zotërimi nga praktika) i këtij elementi dhe përbërjeve të tij bëhet urgjent, gjë që kërkon kërkime për të gjetur zona për përdorimin racional të tyre. Ekziston një artikull rishikues dhe monografi mbi galiumin.
10. Ngjeshshmëria e indiumit është pak më e lartë se ajo e aluminit (në 10 mijë atm vëllimi është 0,84 i origjinalit). Me rritjen e presionit, rezistenca e tij elektrike zvogëlohet (në 0,5 nga origjinali në 70 mijë atm) dhe temperatura e shkrirjes rritet (deri në 400 ° C në 65 mijë atm). Shkopinjtë metalikë të indiumit kërcasin kur përkulen, si ato prej kallaji. Ajo lë një shenjë të errët në letër. Një përdorim i rëndësishëm i indiumit lidhet me prodhimin e ndreqësve të rrymës alternative të germaniumit (X § 6 shtoj. 15). Për shkak të shkrirjes së tij të ulët, ai mund të veprojë si lubrifikant në kushineta.
11. Futja e një sasie të vogël indiumi në lidhjet e bakrit rrit shumë rezistencën e tyre ndaj ujit të detit dhe shtimi i indiumit në argjend rrit shkëlqimin e tij dhe parandalon njollosjen në ajër. Shtimi i indiumit u jep forcë të shtuar lidhjeve për mbushjet dentare. Veshja elektrolitike e metaleve të tjera me indium i mbron ato mirë nga korrozioni. Një aliazh indiumi me kallaj (1:1 sipas peshës) bashkon mirë qelqin në xhami ose metal dhe një aliazh prej 24% In dhe 76% Ga shkrihet në 16°C. Një aliazh prej 18,1% In me 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn dhe 8,2 - Cd, i shkrirë në 47 ° C, përdoret në mjekësi për fraktura komplekse të kockave (në vend të suvasë). Ekziston një monografi për kiminë e indiumit
12. Ngjeshshmëria e taliumit është afërsisht e njëjtë me atë të indiumit, por për të njihen dy modifikime alotropike (gjashtëkëndore dhe kubike), pika e tranzicionit ndërmjet të cilave shtrihet në 235 °C. Nën presion të lartë, lind një tjetër. Pika e trefishtë e të tre formave qëndron në 37 mijë atm dhe 110°C. Ky presion korrespondon me një ulje të papritur prej afërsisht 1.5 herë në rezistencën elektrike të metalit (e cila në 70 mijë atm është rreth 0.3 e normales). Nën një presion prej 90 mijë atm, forma e tretë e taliumit shkrihet në 650 °C.
13. Taliumi përdoret kryesisht për prodhimin e lidhjeve me kallaj dhe plumb, të cilat kanë rezistencë të lartë ndaj acidit. Në veçanti, një aliazh me përbërje 70% Pb, 20% Sn dhe 10% T1 i reziston mirë veprimit të përzierjeve të acideve sulfurik, klorhidrik dhe nitrik. Ekziston një monografi për taliumin.
14. Galiumi dhe indiumi kompakt janë të qëndrueshëm në lidhje me ujin, dhe talium në prani të ajrit shkatërrohet ngadalë prej tij nga sipërfaqja. Galiumi reagon vetëm ngadalë me acidin nitrik, por talium reagon shumë fuqishëm. Përkundrazi, acidi sulfurik, dhe veçanërisht klorhidrik, shpërndan lehtësisht Ga dhe In, ndërsa T1 ndërvepron me ta shumë më ngadalë (për shkak të formimit të një filmi mbrojtës të kripërave pak të tretshme në sipërfaqe). Tretësirat e alkaleve të forta shpërndajnë lehtësisht galiumin, veprojnë vetëm ngadalë në indium dhe nuk reagojnë me taliumin. Galiumi gjithashtu shpërndahet dukshëm në NH4OH. Komponimet e paqëndrueshme të të tre elementëve ngjyrosin flakën e pangjyrë në ngjyrat karakteristike: Ga - pothuajse e padukshme për syrin vjollcë e errët (L = 4171 A), në - blu e errët (L = 4511 A), T1 - jeshile smeraldi (A, = 5351 A).
15. Galiumi dhe indiumi nuk duket të jenë helmues. Përkundrazi, taliumi është shumë helmues dhe veprimi i tij është i ngjashëm me Pb dhe As. Ndikon në sistemin nervor, traktin tretës dhe veshkat. Simptomat e helmimit akut nuk shfaqen menjëherë, por pas 12-20 orësh. Me zhvillimin e ngadalshëm të helmimit kronik (përfshirë përmes lëkurës), agjitacioni dhe shqetësimi i gjumit vërehen kryesisht. Në mjekësi, preparatet e taliumit përdoren për heqjen e qimeve (për likenet, etj.). Kripërat e taliumit kanë gjetur përdorim në përbërjet ndriçuese si substanca që rrisin kohëzgjatjen e shkëlqimit. Ata gjithashtu rezultuan të ishin një ilaç i mirë kundër minjve dhe minjve.
16. Në serinë e tensionit, galiumi ndodhet midis Zn dhe Fe, dhe indiumi dhe taliumi ndodhen midis Fe dhe Sn. Kalimet Ga dhe In sipas skemës E+3 + Ze = E korrespondojnë me potencialet normale: -0,56 dhe -0,33 V (në një mjedis acid) ose -1,2 dhe -1,0 V (në një mjedis alkalik). Taliumi shndërrohet nga acidet në gjendje njëvalente (potenciali normal -0,34 V). Tranzicioni T1+3 + 2e = T1+ karakterizohet nga një potencial normal prej + 1,28 V në një mjedis acid ose +0,02 V në një mjedis alkalik.
17. Nxehtësitë e formimit të oksideve E203 të galiumit dhe analogëve të tij zvogëlohen në seritë 260 (Ga), 221 (In) dhe 93 kcal/mol (T1). Kur nxehet në ajër, galiumi praktikisht oksidohet vetëm në GaO. Prandaj, Ga2O3 zakonisht përftohet duke dehidratuar Ga(OH)3. Indiumi, kur nxehet në ajër, formon In2O3, dhe taliumi formon një përzierje të T12O3 dhe T120 me një përmbajtje më të lartë të oksidit më të lartë, aq më e ulët është temperatura. Taliumi mund të oksidohet deri në T1203 nga veprimi i ozonit.
18. Tretshmëria e oksideve E2O3 në acide rritet përgjatë serisë Ga - In - Tl. Në të njëjtën seri, forca e lidhjes së elementit me oksigjen zvogëlohet: Ga2O3 shkrihet në 1795°C pa dekompozim, 1n203 shndërrohet në 1n304 vetëm mbi 850°C dhe T1203 i grimcuar imët fillon të ndajë oksigjenin tashmë në rreth 90° C. Megjithatë, nevojiten temperatura shumë më të larta për të kthyer plotësisht T1203 në T120. Nën presionin e tepërt të oksigjenit, 1p203 shkrihet në 1910 °C, dhe T1203 - në 716 °C.
19. Nxehtësitë e hidratimit të oksideve sipas skemës E203 + ZH20 = 2E(OH)3 janë +22 kcal (Ga), +1 (In) dhe -45 (T1). Në përputhje me këtë, lehtësia e eleminimit të ujit nga hidroksidet rritet nga Ga në T1: nëse Ga(OH)3 dehidratohet plotësisht vetëm pas kalcinimit, atëherë T1(OH)3 shndërrohet në T1203 edhe kur qëndron nën lëngun nga i cili. ishte i izoluar.
20. Kur neutralizon zgjidhjet acidike të kripërave të galiumit, hidroksidi i tij precipiton afërsisht në intervalin e pH = 3-4. Ga(OH)3 i sapoprecipituar është shumë i tretshëm në solucione të forta të amoniakut, por ndërsa plaket, tretshmëria zvogëlohet gjithnjë e më shumë. Pika e tij izoelektrike qëndron në pH = 6,8 dhe PR = 2 10~37. Për 1n(OH)3 u konstatua se PR = 1 10-31, dhe për T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Për konstantet e dyta dhe të treta të disociimit të Ga(OH)3 sipas llojeve acidike dhe bazike, u përcaktuan vlerat e mëposhtme:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. S-P / NW = 4 -10 12
Kështu, hidroksidi i galiumit përfaqëson një rast të një elektroliti shumë afër amfotericitetit ideal.

1. Dallimi në vetitë acidike të hidroksideve të galiumit dhe analogëve të tij manifestohet qartë kur ato ndërveprojnë me tretësirat e alkaleve të forta (NaOH, KOH). Hidroksidi i galiumit shpërndahet lehtësisht për të formuar gallate të tipit M, të cilat janë të qëndrueshme si në tretësirë ​​ashtu edhe në gjendje të ngurtë. Kur nxehen, ato humbasin lehtësisht ujin (kripa Na në 120, kripë K në 137 °C) dhe shndërrohen në kripërat anhidër përkatëse të tipit MGa02. Gallatet metalike dyvalente (Ca, Sr) të marra nga tretësirat karakterizohen nga një lloj tjetër - M3 ■ 2H20, të cilat janë gjithashtu pothuajse të patretshme. Ato hidrolizohen plotësisht me ujë.
   Hidroksidi i taliumit peptizohet lehtësisht nga alkalet e forta (me formimin e një soli negativ), por është i patretshëm në to dhe nuk prodhon tallate. Me metodën e thatë (duke shkrirë oksidet me karbonatet përkatëse), u përftuan derivate të tipit ME02 për të tre elementët e nëngrupit të galiumit. Megjithatë, në rastin e taliumit, ato rezultuan të ishin përzierje oksidesh.
   1. Rrezet efektive të joneve Ga3+, In3* dhe T13* janë respektivisht 0.62, 0.92 dhe 1.05 A. Në një mjedis ujor, ato me sa duket janë të rrethuara drejtpërdrejt nga gjashtë molekula uji. Jone të tillë të hidratuar disociohen disi sipas skemës E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, dhe konstantat e tyre të disociimit vlerësohen në 3 ■ 10-3° (Ga) dhe 2 10-4 (In) .
   2. Kripërat halide Ga3+, In3* dhe T13*' janë përgjithësisht të ngjashme me kripërat përkatëse A13*. Përveç fluorideve, ato janë relativisht të shkrirë dhe shumë të tretshëm jo vetëm në ujë, por edhe në një numër tretësish organikë. Janë lyer vetëm ato të verdha Gal3.

   Nuk do të jetë e mundur të gjesh depozita të mëdha në natyrë, pasi thjesht nuk i formon ato. Në të shumtën e rasteve mund të gjendet në xehe ose në mineralet germanite, ku ka mundësi të gjendet nga 0,5 deri në 0,7% të këtij metali. Vlen gjithashtu të theksohet se galiumi mund të merret edhe me përpunimin e nefelinës, boksitit, xeheve polimetalike ose qymyrit. Fillimisht përftohet metali, i cili i nënshtrohet përpunimit: larje me ujë, filtrim dhe ngrohje. Dhe për të marrë cilësi të lartë të këtij metali, përdoren reaksione të veçanta kimike. Një nivel i lartë i prodhimit të galiumit mund të vërehet në vendet afrikane, veçanërisht në juglindje, Rusi dhe rajone të tjera.

   Sa i përket vetive të këtij metali, ngjyra e tij është e argjendtë dhe në temperatura të ulëta mund të mbetet në gjendje të ngurtë, por nuk do ta ketë të vështirë të shkrihet nëse temperatura është edhe pak më e lartë se temperatura e dhomës. Meqenëse ky metal është i ngjashëm në veti me aluminin, ai transportohet në pako të veçanta.

   Përdorimet e galiumit

   Relativisht kohët e fundit, galiumi u përdor në prodhimin e lidhjeve me shkrirje të ulët. Por sot mund të gjendet në mikroelektronikë, ku përdoret me gjysmëpërçues. Ky material është gjithashtu i mirë si lubrifikant. Nëse galium ose skandium përdoren së bashku, atëherë mund të merren ngjitës metalikë me cilësi të shkëlqyer. Për më tepër, vetë metali i galiumit mund të përdoret si mbushës në termometrat e kuarcit, pasi ka një pikë vlimi më të lartë se merkuri.

   Përveç kësaj, dihet se galiumi përdoret në prodhimin e llambave elektrike, krijimin e sistemeve të sinjalit dhe siguresave. Ky metal mund të gjendet gjithashtu në instrumentet optike, në veçanti, për të përmirësuar vetitë e tyre reflektuese. Galiumi përdoret gjithashtu në farmaceutikë ose radiofarmaceutikë.

   Por në të njëjtën kohë, ky metal është një nga më të shtrenjtët dhe është shumë e rëndësishme të vendoset nxjerrja e tij me cilësi të lartë gjatë prodhimit të aluminit dhe përpunimit të qymyrit për karburant, sepse galiumi natyror unik tani përdoret gjerësisht për shkak të vetive unike. .

   Nuk ka qenë ende e mundur të sintetizohet elementi, megjithëse nanoteknologjia u jep shpresë shkencëtarëve që punojnë me galiumin.

   PËRKUFIZIM

   Galium- elementi tridhjetë e një i Tabelës Periodike. Emërtimi - Ga nga latinishtja "gallium". E vendosur në periudhën e katërt, grupi IIIA. I referohet metaleve. Ngarkesa bërthamore është 31.

   Galiumi është një element i rrallë dhe nuk gjendet në natyrë në ndonjë përqendrim domethënës. Përftohet kryesisht nga koncentratet e zinkut pas shkrirjes së zinkut prej tyre.

   Në gjendjen e tij të lirë, galiumi është një metal i butë argjend-bardhë (Fig. 1) me një pikë të ulët shkrirjeje. Është mjaft i qëndrueshëm në ajër, nuk e tret ujin, por tretet lehtësisht në acide dhe alkale.

   Oriz. 1. Galium. Pamja e jashtme.

   Masa atomike dhe molekulare e galiumit

   Masa molekulare relative e një lënde (M r) është një numër që tregon se sa herë masa e një molekule të caktuar është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni, dhe masa atomike relative e një elementi (A r) është sa herë masa mesatare e atomeve të një elementi kimik është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni.

   Meqenëse galiumi ekziston në gjendje të lirë në formën e molekulave monotomike Ga, vlerat e masave të tij atomike dhe molekulare përkojnë. Ato janë të barabarta me 69.723.

   Izotopet e galiumit

   Dihet se në natyrë galiumi mund të gjendet në formën e dy izotopeve të qëndrueshme 69 Ga (60,11%) dhe 71 Ga (39,89%). Numri i tyre masiv është 69 dhe 71, respektivisht. Bërthama e një atomi të izotopit të galiumit 69 Ga përmban tridhjetë e një protone dhe tridhjetë e tetë neutrone, dhe izotopi 71 Ga përmban të njëjtin numër protonesh dhe dyzet neutrone.

   Ekzistojnë izotope radioaktive artificiale të paqëndrueshme të galiumit me numra masiv nga 56 në 86, si dhe tre gjendje izomere të bërthamave, ndër të cilat izotopi më jetëgjatë 67 Ga me një gjysmë jetë prej 3,26 ditësh.

   Jonet e galiumit

   Në nivelin e jashtëm të energjisë së atomit të galiumit ekzistojnë tre elektrone, të cilat janë valente:

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

   Si rezultat i ndërveprimit kimik, galiumi heq dorë nga elektronet e valencës, d.m.th. është dhuruesi i tyre dhe kthehet në një jon të ngarkuar pozitivisht:

   Ga 0 -2e → Ga 2+ ;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   Molekula dhe atomi i galiumit

   Në gjendje të lirë, galiumi ekziston në formën e molekulave monoatomike Ga. Këtu janë disa veti që karakterizojnë atomin dhe molekulën e galiumit:

   Lidhjet e galiumit

   Me shtimin e galiumit në alumin, fitohen lidhje që mund të punohen lehtësisht në nxehtësi; Lidhjet galium-ar përdoren në protetikë dhe bizhuteri dentare.

   Shembuj të zgjidhjes së problemeve

   SHEMBULL 1

   Ushtrimi	Galiumi natyror ka dy izotope. Përmbajtja e izotopit 71 Ga është 36%. Gjeni një izotop tjetër nëse masa mesatare atomike relative e elementit galium është 69,72. Përcaktoni numrin e neutroneve në izotopin e gjetur.
   Zgjidhje	Le të jetë numri masiv i izotopit të dytë të galiumit i barabartë me "x" - x Ga. Le të përcaktojmë përmbajtjen e izotopit të dytë të galiumit në natyrë: w(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64%. Masa mesatare atomike relative e një elementi kimik llogaritet si: Ar = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; Prandaj, izotopi i dytë i galiumit është 69 Ga. Numri atomik i galiumit është 31, që do të thotë se bërthama e një atomi të galiumit përmban 31 protone dhe 31 elektrone, dhe numri i neutroneve është i barabartë me: n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (numri i elementit) = 69 - 31 = 38.
   Përgjigju	Izotopi 69 Ga, që përmban 38 neutrone dhe 31 protone.

   SHEMBULL 2

   Ushtrimi	Për sa i përket vetive kimike, galiumi është i ngjashëm me një element tjetër - alumini. Bazuar në këtë ngjashmëri, shkruani formulat e oksideve dhe hidroksideve që përmbajnë galium, si dhe krijoni ekuacione reaksioni që karakterizojnë vetitë kimike të këtij elementi.
   Përgjigju	Galium, si alumini, ndodhet në grupin III të nëngrupit kryesor të Tabelës Periodike D.I. Mendelejevi. Në përbërjet e tij, si alumini, ai shfaq një gjendje oksidimi (+3). Galiumi karakterizohet nga një oksid (Ga 2 O 3) dhe një hidroksid (Ga (OH) 3), të cilët shfaqin veti amfoterike. Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;