แกลเลียมเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สามของคาบที่สี่ของระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D.I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอม 31 แสดงด้วยสัญลักษณ์ Ga (lat. แกลเลียม). อยู่ในกลุ่มโลหะเบา แกลเลียมสสารอย่างง่ายนั้นเป็นโลหะอ่อนและเหนียวซึ่งมีสีขาวเงินและมีโทนสีน้ำเงิน

เลขอะตอม - 31

มวลอะตอม - 69.723

ความหนาแน่น กก./ลบ.ม. - 5910

จุดหลอมเหลว °C - 29.8

ความจุความร้อน kJ/(กก. °C) - 0.331

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ - 1.8

รัศมีโควาเลนต์ Å - 1.26

ไอออนไนซ์ครั้งที่ 1 ศักยภาพ eV - 6.00

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบแกลเลียม

นักเคมีชาวฝรั่งเศส Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะผู้ค้นพบธาตุใหม่สามชนิด ได้แก่ แกลเลียม (พ.ศ. 2418) ซาแมเรียม (พ.ศ. 2422) และดิสโพรเซียม (พ.ศ. 2429) การค้นพบครั้งแรกทำให้เขามีชื่อเสียง

ในเวลานั้นเขาไม่ค่อยมีใครรู้จักนอกประเทศฝรั่งเศส เขาอายุ 38 ปีและทำงานด้านการวิจัยทางสเปกโทรสโกปีเป็นหลัก Lecoq de Boisbaudran เป็นนักสเปกโทรสโกปีที่ดีและสิ่งนี้นำไปสู่ความสำเร็จในท้ายที่สุด เขาค้นพบองค์ประกอบทั้งสามของเขาโดยการวิเคราะห์สเปกตรัม

ในปี ค.ศ. 1875 Lecoq de Boisbaudran ได้ตรวจสอบสเปกตรัมของซิงค์ผสมที่นำมาจากปิแยร์ฟิตต์ (พิเรนีส) มีการค้นพบเส้นสีม่วงใหม่ในสเปกตรัมนี้ บรรทัดใหม่ระบุว่ามีองค์ประกอบที่ไม่รู้จักอยู่ในแร่ และโดยธรรมชาติแล้ว Lecoq de Boisbaudran ได้พยายามอย่างเต็มที่เพื่อแยกองค์ประกอบนี้ออกจากกัน สิ่งนี้กลายเป็นเรื่องยากที่จะทำ: ปริมาณธาตุใหม่ในแร่มีค่าน้อยกว่า 0.1% และในหลาย ๆ ด้านก็คล้ายกับสังกะสี* หลังจากการทดลองอันยาวนาน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถได้รับธาตุใหม่ได้ แต่ในปริมาณที่น้อยมาก มีขนาดเล็กมาก (น้อยกว่า 0.1 กรัม) จน Lecoq de Boisbaudran ไม่สามารถศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีได้ครบถ้วน

การค้นพบแกลเลียม - นี่คือวิธีการตั้งชื่อองค์ประกอบใหม่เพื่อเป็นเกียรติแก่ฝรั่งเศส (Gallia เป็นชื่อภาษาละติน) - ปรากฏในรายงานของ Paris Academy of Sciences

ข้อความนี้ถูกอ่านโดย D.I. Mendeleev และได้รับการยอมรับในแกลเลียม eka-aluminium ซึ่งเขาคาดการณ์ไว้เมื่อห้าปีก่อน Mendeleev เขียนถึงปารีสทันที “วิธีการค้นพบและการแยกตัว ตลอดจนคุณสมบัติบางประการที่อธิบายไว้ ทำให้เราเชื่อว่าโลหะใหม่นี้ไม่ใช่ใครอื่นนอกจากเอคาอะลูมิเนียม” จดหมายของเขากล่าว จากนั้นเขาก็ทำซ้ำคุณสมบัติที่ทำนายไว้สำหรับองค์ประกอบนั้น ยิ่งกว่านั้นโดยที่ไม่เคยถือเมล็ดแกลเลียมไว้ในมือโดยไม่เห็นมันด้วยตนเอง นักเคมีชาวรัสเซียแย้งว่าผู้ค้นพบธาตุนั้นเข้าใจผิดว่าความหนาแน่นของโลหะใหม่ไม่สามารถเท่ากับ 4.7 ได้ดังที่ Lecoq de Boisbaudran เขียนไว้ - ต้องมากกว่านั้น ประมาณ 5.9...6.0 g/cm 3! แต่ประสบการณ์แสดงให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้าม: ผู้ค้นพบถูกเข้าใจผิด การค้นพบองค์ประกอบแรกที่ Mendeleev ทำนายไว้ทำให้ตำแหน่งของกฎหมายเป็นระยะแข็งแกร่งขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ปริมาณแกลเลียมเฉลี่ยในเปลือกโลกคือ 19 กรัม/ตัน แกลเลียมเป็นธาตุทั่วไปที่มีลักษณะทางธรณีเคมีสองประการ แร่ชนิดเดียวของแกลเลียม gallite CuGaS 2 นั้นหายากมาก ธรณีเคมีของแกลเลียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับธรณีเคมีของอลูมิเนียมซึ่งมีสาเหตุมาจากความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ ส่วนหลักของแกลเลียมในเปลือกโลกนั้นบรรจุอยู่ในแร่ธาตุอะลูมิเนียม เนื่องจากความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีของผลึกกับองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นหินหลัก (อัล, เฟ ฯลฯ ) และความเป็นไปได้ในวงกว้างที่จะเกิดไอโซมอร์ฟิซึมกับพวกมัน แกลเลียมจึงไม่ก่อให้เกิดการสะสมจำนวนมากแม้จะมีค่าคลาร์กอย่างมีนัยสำคัญก็ตาม แร่ธาตุต่อไปนี้ที่มีปริมาณแกลเลียมสูงมีความโดดเด่น: สฟาเลอไรต์ (0 - 0.1%), แมกนีไทต์ (0 - 0.003%), แคสซิเตไรต์ (0 - 0.005%), โกเมน (0 - 0.003%), เบริล (0 - 0.003%) , ทัวร์มาลีน (0 – 0.01%), สปอดูมีน (0.001 – 0.07%), ฟโลโกไพต์ (0.001 – 0.005%), ไบโอไทต์ (0 – 0.1%), มัสโคไวท์ (0 – 0.01%), เซริไซต์ (0 – 0.005%), เลปิโดไลท์ (0.001 – 0.03%), คลอไรต์ (0 – 0.001%), เฟลด์สปาร์ (0 – 0.01%), เนฟีลีน (0 – 0.1%), เฮคมาไนต์ (0.01 – 0.07%), นาโทรไลต์ (0 – 0.1%)

บางทีคุณสมบัติที่มีชื่อเสียงที่สุดของแกลเลียมก็คือจุดหลอมเหลวซึ่งมีอุณหภูมิ 29.76 °C มันเป็นโลหะที่หลอมละลายได้มากเป็นอันดับสองในตารางธาตุ (รองจากปรอท) วิธีนี้จะทำให้คุณสามารถหลอมโลหะขณะถือมันไว้ในมือได้ แกลเลียมเป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่ขยายตัวเมื่อหลอมละลายแข็งตัว (ที่เหลือคือ Bi, Ge)

แกลเลียมผลึกมีการดัดแปลงหลายรูปแบบ แต่มีเพียง (I) เท่านั้นที่มีความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกส์ โดยมีโครงตาข่ายออร์โธฮอมบิก (หลอก-เตตราโกนัล) พร้อมพารามิเตอร์ a = 4.5186 Å, b = 7.6570 Å, c = 4.5256 Å การดัดแปลงอื่นๆ ของแกลเลียม (β, γ, δ, ε) ตกผลึกจากโลหะที่กระจายตัวด้วยความเย็นยิ่งยวด และไม่เสถียร ที่ความดันสูง จะสังเกตเห็นโครงสร้างโพลีมอร์ฟิกของแกลเลียม II และ III อีกสองโครงสร้าง โดยมีโครงตาข่ายลูกบาศก์และเตตราโกนัลตามลำดับ

ความหนาแน่นของแกลเลียมในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิ T=20 °C คือ 5.904 g/cm³

คุณลักษณะอย่างหนึ่งของแกลเลียมคือช่วงอุณหภูมิที่กว้างของการดำรงอยู่ของสถานะของเหลว (ตั้งแต่ 30 ถึง 2230 °C) ในขณะที่มีความดันไอต่ำที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200 °C ความจุความร้อนจำเพาะของแกลเลียมแข็งในช่วงอุณหภูมิ T=0۞24 °C เท่ากับ 376.7 J/kg K (0.09 cal/g deg.) ในสถานะของเหลวที่ T=29۞100 °C - 410 J/kg K (0.098 แคลอรี่/กรัมองศา)

ความต้านทานไฟฟ้าในสถานะของแข็งและของเหลวเท่ากับ 53.4·10−6 โอห์ม·ซม. (ที่ T=0 °C) และ 27.2·10−6 โอห์ม·ซม. (ที่ T=30 °C ตามลำดับ) ความหนืดของแกลเลียมเหลวที่อุณหภูมิต่างกันคือ 1.612 poise ที่ T=98 °C และ 0.578 poise ที่ T=1100 °C แรงตึงผิวที่วัดที่ 30 °C ในบรรยากาศไฮโดรเจนคือ 0.735 นาโนเมตร/เมตร การสะท้อนของความยาวคลื่น 4360 Å และ 5890 Å คือ 75.6% และ 71.3% ตามลำดับ

แกลเลียมธรรมชาติประกอบด้วยสองไอโซโทป 69 Ga (61.2%) และ 71 Ga (38.8%) ภาพตัดขวางการจับนิวตรอนความร้อนสำหรับพวกมันคือ 2.1·10−28 ตร.ม. และ 5.1·10−28 ตร.ม. ตามลำดับ

แกลเลียมเป็นธาตุที่มีพิษต่ำ เนื่องจากอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำ ขอแนะนำให้ขนส่งแท่งแกลเลียมในถุงพลาสติกซึ่งมีแกลเลียมหลอมละลายเปียกได้ไม่ดี ครั้งหนึ่ง โลหะเคยถูกใช้เพื่ออุดฟันด้วยซ้ำ (แทนที่จะเป็นอะมัลกัม) แอปพลิเคชั่นนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อผงทองแดงผสมกับแกลเลียมหลอมเหลวจะได้ส่วนผสมซึ่งหลังจากผ่านไปไม่กี่ชั่วโมงจะแข็งตัว (เนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะ) และสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 600 องศาโดยไม่ละลาย

ที่อุณหภูมิสูงแกลเลียมเป็นสารที่มีฤทธิ์รุนแรงมาก ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 °C มันจะกัดกร่อนโลหะเกือบทั้งหมด ยกเว้นทังสเตน รวมถึงวัสดุอื่นๆ อีกหลายชนิด ควอตซ์ทนต่อแกลเลียมหลอมเหลวได้สูงถึง 1,100 °C แต่ปัญหาอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากควอตซ์ (และแก้วอื่นๆ ส่วนใหญ่) เปียกชื้นมากจากโลหะนี้ นั่นคือแกลเลียมจะเกาะติดกับผนังของควอตซ์

คุณสมบัติทางเคมีของแกลเลียมใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะในอากาศช่วยปกป้องแกลเลียมจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม เมื่อถูกความร้อนภายใต้ความกดดัน แกลเลียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็นสารประกอบ GaOOH ตามปฏิกิริยา:

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

แกลเลียมทำปฏิกิริยากับกรดแร่เพื่อปล่อยไฮโดรเจนและก่อตัวเป็นเกลือ และปฏิกิริยาเกิดขึ้นแม้ต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง:

2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2

ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยากับด่างและโพแทสเซียมและโซเดียมคาร์บอเนตคือไฮดรอกโซกัลเลตที่มี Ga(OH) 4 - และอาจเป็น Ga(OH) 6 3 - และ Ga(OH) 2 - ไอออน:

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

แกลเลียมทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน: ปฏิกิริยากับคลอรีนและฟลูออรีนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง โดยมีโบรมีนอยู่ที่ −35 °C (ประมาณ 20 °C - ด้วยการจุดระเบิด) ปฏิกิริยากับไอโอดีนจะเริ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อน

แกลเลียมไม่มีปฏิกิริยากับไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ซิลิคอน และโบรอน

ที่อุณหภูมิสูง แกลเลียมสามารถทำลายวัสดุต่างๆ ได้ และผลของมันจะรุนแรงกว่าการหลอมของโลหะอื่นๆ ดังนั้น กราไฟท์และทังสเตนจึงทนทานต่อแกลเลียมที่หลอมละลายได้สูงถึง 800 °C, อลันดัมและเบริลเลียมออกไซด์ BeO - สูงถึง 1,000 °C, แทนทาลัม, โมลิบดีนัม และไนโอเบียมสามารถต้านทานได้สูงถึง 400-450 °C

สำหรับโลหะส่วนใหญ่ แกลเลียมจะเกิดเป็นแกลไลด์ ยกเว้นบิสมัท เช่นเดียวกับโลหะของกลุ่มย่อยของสังกะสี สแกนเดียม และไทเทเนียม หนึ่งในแกลไลด์ V 3 Ga มีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านค่อนข้างสูงเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดที่ 16.8 K

แกลเลียมก่อให้เกิดโพลีเมอร์ไฮไดรด์:

4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl

ความเสถียรของไอออนลดลงในซีรีย์ BH 4 - → AlH 4 - → GaH 4 - . ไอออน BH 4 มีความเสถียรในสารละลายที่เป็นน้ำ AlH 4 และ GaH 4 จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างรวดเร็ว:

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

เมื่อ Ga(OH) 3 และ Ga 2 O 3 ละลายในกรด จะเกิดน้ำเชิงซ้อน 3+ ดังนั้นเกลือแกลเลียมจึงถูกแยกออกจากสารละลายที่เป็นน้ำในรูปของผลึกไฮเดรตเช่นแกลเลียมคลอไรด์ GaCl 3 * 6H 2 O แกลเลียม โพแทสเซียม สารส้ม KGa(SO 4) 2 * 12H2O.

ปฏิกิริยาที่น่าสนใจระหว่างแกลเลียมกับกรดซัลฟิวริกเกิดขึ้น มันมาพร้อมกับการปล่อยธาตุกำมะถัน ในกรณีนี้ ซัลเฟอร์จะห่อหุ้มพื้นผิวของโลหะและป้องกันการละลายต่อไป หากคุณล้างโลหะด้วยน้ำร้อน ปฏิกิริยาจะกลับมาอีกครั้งและจะดำเนินต่อไปจนกว่า “ผิวหนัง” ใหม่ของกำมะถันจะเติบโตบนแกลเลียม

• Ga2H6- ของเหลวระเหยง่าย จุดหลอมเหลว −21.4 °C จุดเดือด 139 °C ในสารแขวนลอยไม่มีตัวตนที่มีลิเธียมหรือแทลเลียมไฮเดรตจะเกิดสารประกอบ LiGaH 4 และ TlGaH 4 เกิดขึ้นจากการบำบัด tetramethyldigallane ด้วย triethylamine มีพันธบัตรกล้วยเช่นเดียวกับใน diborane

• Ga2O3- ผงสีขาวหรือสีเหลือง จุดหลอมเหลว 1795 °C มีอยู่ในรูปแบบของการปรับเปลี่ยนสองแบบ α- Ga 2 O 3 - ผลึกสามเหลี่ยมไม่มีสีมีความหนาแน่น 6.48 g/cm³ ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ ละลายได้ในกรด β- Ga 2 O 3 - ผลึกโมโนคลินิกไม่มีสีที่มีความหนาแน่น 5.88 g/cm³ ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ กรด และด่าง ได้มาจากการให้ความร้อนโลหะแกลเลียมในอากาศที่อุณหภูมิ 260 °C หรือในบรรยากาศที่มีออกซิเจน หรือโดยการเผาแกลเลียมไนเตรตหรือซัลเฟต ΔH° 298(ตัวอย่าง) −1089.10 กิโลจูล/โมล; ΔG° 298(ตัวอย่าง) −998.24 กิโลจูล/โมล; S° 298 84.98 J/mol*K พวกมันแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทริก แม้ว่าคุณสมบัติพื้นฐานจะได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับอะลูมิเนียม:

Ga 2 O 3 + 6HCl = 2GaCl 2 Ga 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na Ga 2 O 3 + นา 2 CO 3 = 2NaGaO 2 + CO 2

• กา(OH)3- ตกตะกอนในรูปของตะกอนคล้ายเยลลี่เมื่อทำการบำบัดสารละลายของเกลือแกลเลียมไตรวาเลนต์ด้วยไฮดรอกไซด์และคาร์บอเนตของโลหะอัลคาไล (pH 9.7) ละลายในแอมโมเนียเข้มข้นและสารละลายแอมโมเนียมคาร์บอเนตเข้มข้น และตกตะกอนเมื่อต้ม ด้วยการให้ความร้อน แกลเลียมไฮดรอกไซด์สามารถเปลี่ยนเป็น GaOOH จากนั้นเป็น Ga 2 O 3 *H 2 O และสุดท้ายเป็น Ga 2 O 3 สามารถหาได้โดยการไฮโดรไลซิสของเกลือแกลเลียมไตรวาเลนต์

• กาเอฟ 3-ผงสีขาว. T ละลาย >1000 °C, T เดือด 950 °C, ความหนาแน่น - 4.47 g/cm³. ละลายได้ในน้ำเล็กน้อย รู้จักผลึกไฮเดรต GaF 3 ·3H 2 O ได้มาจากการให้ความร้อนแกลเลียมออกไซด์ในบรรยากาศฟลูออรีน

• GaCl3- ผลึกดูดความชื้นไม่มีสี t ละลาย 78 °C, ต้ม t 215 °C, ความหนาแน่น - 2.47 g/cm³. ให้ละลายน้ำได้ดี ไฮโดรไลซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ ได้มาจากธาตุโดยตรง ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์

• กาเบอร์ 3- ผลึกดูดความชื้นไม่มีสี ละลาย 122 °C, ต้ม 279 °C ความหนาแน่น - 3.69 g/cm³. ละลายในน้ำ ไฮโดรไลซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ ละลายได้เล็กน้อยในแอมโมเนีย ได้มาจากธาตุโดยตรง

• ไก 3- เข็มสีเหลืองอ่อนดูดความชื้น ละลาย 212 °C, ต้ม 346 °C, ความหนาแน่น - 4.15 g/cm³. ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำอุ่น ได้มาจากธาตุโดยตรง

• แก๊ส 3- ผลึกสีเหลืองหรือผงอสัณฐานสีขาวที่มีจุดหลอมเหลว 1250 °C และความหนาแน่น 3.65 g/cm³ มันทำปฏิกิริยากับน้ำและถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์ ได้มาจากการทำปฏิกิริยาแกลเลียมกับซัลเฟอร์หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์

• กา 2 (SO 4) 3 18H 2 โอ- ไม่มีสี เป็นสารที่ละลายน้ำได้สูง ได้มาจากการทำปฏิกิริยาแกลเลียม ออกไซด์ และไฮดรอกไซด์กับกรดซัลฟิวริก สามารถสร้างสารส้มได้อย่างง่ายดายด้วยซัลเฟตของโลหะอัลคาไลและแอมโมเนียม เช่น KGa(SO 4) 2 · 12H 2 O

• กา(NO 3) 3 8H 2 โอ- ผลึกไม่มีสีละลายได้ในน้ำและเอทานอล เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวเป็นแกลเลียม (III) ออกไซด์ ได้มาจากการกระทำของกรดไนตริกต่อแกลเลียมไฮดรอกไซด์

แหล่งที่มาหลักในการได้รับแกลเลียมคือการผลิตอะลูมิเนียม เมื่อแปรรูปแร่บอกไซต์โดยใช้วิธีของไบเออร์ แกลเลียมจะมีความเข้มข้นในการหมุนเวียนสุราแม่หลังจากแยกอัล(OH) 3 แกลเลียมถูกแยกได้จากสารละลายดังกล่าวโดยอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทดปรอท จากสารละลายอัลคาไลน์ที่ได้รับหลังจากบำบัดอะมัลกัมด้วยน้ำ Ga(OH) 3 จะถูกตกตะกอน ซึ่งถูกละลายในอัลคาไล และแกลเลียมจะถูกแยกออกด้วยอิเล็กโทรไลซิส

ในวิธีโซดาไลม์ในการแปรรูปแร่อะลูมิเนียมหรือแร่เนฟีลีน แกลเลียมจะมีความเข้มข้นในตะกอนส่วนสุดท้ายที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการคาร์บอไนเซชัน เพื่อเพิ่มคุณค่าเพิ่มเติม ตะกอนไฮดรอกไซด์จะถูกบำบัดด้วยนมมะนาว ในกรณีนี้ Al ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในตะกอนและแกลเลียมจะเข้าสู่สารละลายซึ่งแกลเลียมเข้มข้น (6-8% Ga 2 O 3) ถูกแยกออกโดยผ่าน CO 2 หลังถูกละลายในอัลคาไลและแกลเลียมถูกแยกออกด้วยไฟฟ้า

แหล่งที่มาของแกลเลียมอาจเป็นโลหะผสมแอโนดที่เหลือจากกระบวนการกลั่นอัลโดยใช้วิธีอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น ในการผลิตสังกะสี แหล่งที่มาของแกลเลียมคือซับลิเมต (เวลซ์ออกไซด์) ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการชะล้างกากแร่สังกะสี

แกลเลียมเหลวที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอัลคาไลน์ล้างด้วยน้ำและกรด (HCl, HNO 3) มี Ga 99.9-99.95% โลหะที่บริสุทธิ์กว่าได้มาจากการหลอมแบบสุญญากาศ การหลอมแบบโซน หรือโดยการดึงผลึกเดี่ยวจากการหลอม

การใช้แกลเลียม

แกลเลียมอาร์เซไนด์ GaAs เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์

แกลเลียมไนไตรด์ใช้ในการสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และ LED ในช่วงสีน้ำเงินและอัลตราไวโอเลต แกลเลียมไนไตรด์มีคุณสมบัติทางเคมีและทางกลที่ดีเยี่ยมตามแบบฉบับของสารประกอบไนไตรด์ทั้งหมด

เนื่องจากองค์ประกอบกลุ่มที่ 3 ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าแบบ "รู" ในเซมิคอนดักเตอร์ แกลเลียม (ที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.999%) จึงถูกใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเจอร์เมเนียมและซิลิคอน สารประกอบระหว่างโลหะของแกลเลียมที่มีองค์ประกอบกลุ่ม V - พลวงและสารหนู - มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์

ไอโซโทปแกลเลียม-71 เป็นวัสดุที่สำคัญที่สุดในการตรวจจับนิวตริโน และด้วยเหตุนี้ เทคโนโลยีจึงเผชิญกับภารกิจเร่งด่วนอย่างยิ่งในการแยกไอโซโทปนี้ออกจากส่วนผสมตามธรรมชาติ เพื่อเพิ่มความไวของเครื่องตรวจจับนิวตริโน เนื่องจากปริมาณ 71 Ga ในส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปอยู่ที่ประมาณ 39.9% การแยกไอโซโทปบริสุทธิ์และการใช้เป็นเครื่องตรวจจับนิวตริโนจึงสามารถเพิ่มความไวในการตรวจจับได้ 2.5 เท่า

การเติมแกลเลียมลงในมวลแก้วทำให้ได้แว่นตาที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง และแว่นตาที่ใช้ Ga 2 O 3 ส่งรังสีอินฟราเรดได้ดี

แกลเลียมมีราคาแพง ในปี 2548 ในตลาดโลกแกลเลียมหนึ่งตันมีราคา 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐและเนื่องจากราคาที่สูงและในขณะเดียวกันก็มีความต้องการโลหะนี้อย่างมากจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องสร้างการสกัดที่สมบูรณ์ใน การผลิตและการแปรรูปอะลูมิเนียมจากถ่านหินในเชื้อเพลิงเหลว

แกลเลียมเหลวสะท้อนแสงที่ตกกระทบได้ 88% ส่วนแกลเลียมที่เป็นของแข็งจะสะท้อนแสงน้อยกว่าเล็กน้อย ดังนั้นจึงสร้างกระจกแกลเลียมที่ผลิตได้ง่ายมาก - สามารถใช้แปรงเคลือบแกลเลียมได้ด้วยซ้ำ

แกลเลียมมีโลหะผสมจำนวนหนึ่งที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง และหนึ่งในโลหะผสมของมันมีจุดหลอมเหลวที่ 3 °C แต่ในทางกลับกัน แกลเลียม (โลหะผสมในระดับที่น้อยกว่า) ค่อนข้างจะรุนแรงต่อวัสดุโครงสร้างส่วนใหญ่ (การแตกร้าว และการสึกกร่อนของโลหะผสมที่อุณหภูมิสูง) และในฐานะสารหล่อเย็น จึงไม่มีประสิทธิภาพและมักจะยอมรับไม่ได้

มีการพยายามใช้แกลเลียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ผลลัพธ์ของความพยายามเหล่านี้แทบจะไม่ถือว่าประสบความสำเร็จเลย แกลเลียมไม่เพียงแต่จับนิวตรอนอย่างแข็งขัน (จับขวางส่วนตัดขวาง 2.71 โรงนา) แต่ยังทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงกับโลหะส่วนใหญ่อีกด้วย

แกลเลียมไม่ได้กลายเป็นวัสดุอะตอม จริงอยู่ที่ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียม 72 Ga (มีครึ่งชีวิต 14.2 ชั่วโมง) ใช้เพื่อวินิจฉัยมะเร็งกระดูก แกลเลียม-72 คลอไรด์และไนเตรตถูกดูดซับโดยเนื้องอก และโดยการตรวจจับลักษณะการแผ่รังสีของไอโซโทปนี้ แพทย์เกือบจะแม่นยำในการกำหนดขนาดของการก่อตัวแปลกปลอม

แกลเลียมเป็นสารหล่อลื่นที่ดีเยี่ยม กาวโลหะที่มีความสำคัญเกือบมากได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แกลเลียมและนิกเกิล แกลเลียมและสแกนเดียม

โลหะแกลเลียมยังใช้ในการเติมเทอร์โมมิเตอร์แบบควอตซ์ (แทนปรอท) เพื่อวัดอุณหภูมิที่สูง เนื่องจากแกลเลียมมีจุดเดือดสูงกว่าปรอทมาก

แกลเลียมออกไซด์เป็นส่วนประกอบของวัสดุเลเซอร์ที่มีความสำคัญเชิงกลยุทธ์จำนวนหนึ่ง

การผลิตแกลเลียมในโลก

การผลิตทั่วโลกไม่เกินสองร้อยตันต่อปี ยกเว้นแหล่งสะสมสองแห่งที่เพิ่งค้นพบ - ในปี 2544 ในโกลด์แคนยอน รัฐเนวาดา สหรัฐอเมริกา และในปี 2548 ในมองโกเลียใน ประเทศจีน ไม่พบแกลเลียมในระดับความเข้มข้นทางอุตสาหกรรมที่ใดในโลก (ในการฝากครั้งหลังมีการจัดตั้งแกลเลียมในถ่านหินจำนวน 958,000 ตันซึ่งเป็นทรัพยากรแกลเลียมของโลกเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า)

ทรัพยากรแกลเลียมของโลกในบอกไซต์เพียงอย่างเดียวคาดว่าจะเกิน 1 ล้านตัน และเงินฝากดังกล่าวในประเทศจีนประกอบด้วยแกลเลียม 958,000 ตันในถ่านหิน - เพิ่มทรัพยากรแกลเลียมของโลกเป็นสองเท่า)

มีผู้ผลิตแกลเลียมไม่มากนัก หนึ่งในผู้นำในตลาดแกลเลียมคือ GEO Gallium กำลังการผลิตหลักจนถึงปี 2549 ประกอบด้วยโรงงานใน Stade (เยอรมนี) ซึ่งมีการขุดประมาณ 33 ตันต่อปี โรงงานใน Salindres กำลังดำเนินการ 20 ตัน/ปี (ฝรั่งเศส) และใน Pinjarra (ออสเตรเลียตะวันตก) - มีศักยภาพ (แต่ไม่ได้เปิดตัว) เข้าสู่การก่อสร้าง) กำลังการผลิตสูงสุด 50 ตัน/ปี

ในปี 2549 ตำแหน่งของผู้ผลิตหมายเลข 1 อ่อนแอลง - MCP ของอังกฤษและ American Recapture Metals ซื้อองค์กร Stade

บริษัท Dowa Mining ของญี่ปุ่นเป็นผู้ผลิตแกลเลียมปฐมภูมิจากสังกะสีเข้มข้นเพียงรายเดียวของโลกซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตสังกะสี กำลังการผลิตเต็มกำลังการผลิตสำหรับวัสดุหลักของ Dowa Mining คาดว่าจะสูงถึง 20 ตันต่อปี ในคาซัคสถาน บริษัท Aluminium of Kazakhstan ใน Pavlodar มีกำลังการผลิตเต็มที่สูงสุด 20 ตันต่อปี

ประเทศจีนได้กลายเป็นซัพพลายเออร์แกลเลียมที่จริงจังมาก ประเทศจีนมีผู้ผลิตแกลเลียมปฐมภูมิรายใหญ่ 3 ราย - Geatwall Aluminium Co. (มากถึง 15 ตันต่อปี) โรงงานอะลูมิเนียมซานตง (ประมาณ 6 ตันต่อปี) และโรงงานอะลูมิเนียมกุ้ยโจว (มากถึง 6 ตันต่อปี) นอกจากนี้ยังมีผลงานร่วมอีกมากมาย Sumitomo Chemical ได้จัดตั้งบริษัทร่วมทุนในประเทศจีนด้วยกำลังการผลิตสูงสุด 40 ตันต่อปี AXT บริษัทสัญชาติอเมริกันได้สร้างบริษัทร่วมทุน Beijing JiYa semiconductor Material Co. ร่วมกับ Shanxi Aluminium Factory ซึ่งเป็นองค์กรอะลูมิเนียมที่ใหญ่ที่สุดในจีน ด้วยกำลังการผลิตสูงถึง 20 ตัน/ปี

การผลิตแกลเลียมในรัสเซีย

ในรัสเซียโครงสร้างของการผลิตแกลเลียมนั้นพิจารณาจากการก่อตัวของอุตสาหกรรมอลูมิเนียม กลุ่มชั้นนำสองกลุ่มที่ประกาศควบรวมกิจการ ได้แก่ Russian Aluminium และ SUAL เป็นเจ้าของไซต์แกลเลียมที่สร้างขึ้นที่โรงกลั่นอลูมินา

“Russian Aluminium”: โรงกลั่นน้ำมัน Nikolaevsky Alumina ในยูเครน (วิธีการไฮโดรเคมีแบบคลาสสิกของ Bayer สำหรับการแปรรูปแร่อะลูมิเนียมเขตร้อน ความจุของโรงงาน - แกลเลียมสูงถึง 12 ตันต่อปี) และโรงกลั่น Achinsk Alumina ในรัสเซีย (แปรรูปโดยการเผาวัตถุดิบเนฟีลีน - urtites ของ เงินฝาก Kiya-Shaltyrskoye ดินแดนครัสโนยาสค์ ความจุของไซต์ – 1.5 ตันแกลเลียมต่อปี)

"SUAL": กำลังการผลิตใน Kamensk-Uralsky (เทคโนโลยีการเผาผนึกของไบเออร์สำหรับแร่บอกไซต์ของภูมิภาคแร่บอกไซต์ของ Ural เหนือ, กำลังการผลิตของไซต์ - แกลเลียมสูงถึง 2 ตันต่อปี) ที่โรงกลั่นอลูมินา Boksitogorsk (ประมวลผลแร่บอกไซต์ของภูมิภาคเลนินกราดโดย วิธีการเผาความจุ - แกลเลียม 5 ตัน / ปี ปัจจุบัน mothballed) และ "Pikalevsky Alumina" (ประมวลผลเนฟิลีนเข้มข้นจากแร่อะพาไทต์ - เนฟีลีนของภูมิภาค Murmansk โดยการเผา ความจุของไซต์ - 9 ตันแกลเลียม / ปี) โดยรวมแล้ว องค์กรทั้งหมดของ Rusal และ SUAL สามารถผลิตได้มากกว่า 20 ตันต่อปี

การผลิตจริงลดลง - ตัวอย่างเช่นในปี 2548 มีการส่งออกแกลเลียม 8.3 ตันจากรัสเซียและแกลเลียม 13.9 ตันจากโรงกลั่น Nikolaev Alumina จากยูเครน

ในการเตรียมวัสดุ จะใช้ข้อมูลจากบริษัท Kvar

โดยหลักการแล้วเทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมอนุญาตให้วัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ 30 ถึง 2230 ° C ปัจจุบันเทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมผลิตขึ้นสำหรับอุณหภูมิสูงถึง 1200 ° C

องค์ประกอบหมายเลข 31 ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมที่หลอมละลายต่ำที่ใช้ในอุปกรณ์ส่งสัญญาณ โลหะผสมของแกลเลียมกับอินเดียมละลายแล้วที่อุณหภูมิ 16 ° C นี่เป็นโลหะผสมที่ละลายได้มากที่สุดในบรรดาโลหะผสมที่รู้จักทั้งหมด

เนื่องจากเป็นองค์ประกอบกลุ่ม III ที่ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าแบบ "รู" ในเซมิคอนดักเตอร์ (ที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.999%) จึงถูกใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเจอร์เมเนียมและซิลิคอน

สารประกอบระหว่างโลหะของแกลเลียมที่มีองค์ประกอบกลุ่ม V - พลวงและสารหนู - มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์

การเติมแกลเลียมลงในมวลแก้วทำให้ได้แว่นตาที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง และแว่นตาที่ใช้ Ga2O3 จะส่งรังสีอินฟราเรดได้ดี

ของเหลวสะท้อนแสงที่ตกลงมา 88% แข็ง - น้อยกว่าเล็กน้อย นั่นเป็นเหตุผลที่พวกเขาสร้างกระจกแกลเลียมที่ผลิตง่ายมาก การเคลือบแกลเลียมสามารถใช้แปรงทาได้

บางครั้งความสามารถของแกลเลียมในการเปียกพื้นผิวแข็งก็ถูกนำมาใช้แทนที่ในปั๊มสุญญากาศแบบกระจาย ปั๊มดังกล่าวจะ "ยึด" สุญญากาศได้ดีกว่าปั๊มปรอท

มีความพยายามที่จะใช้มันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ผลของความพยายามเหล่านี้แทบจะไม่ถือว่าประสบความสำเร็จเลย แกลเลียมไม่เพียงแต่จับนิวตรอนอย่างแข็งขัน (จับขวางส่วนตัดขวาง 2.71 โรงนา) แต่ยังทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงกับโลหะส่วนใหญ่อีกด้วย

แกลเลียมไม่ได้กลายเป็นวัสดุอะตอม จริงอยู่ที่ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียม 72Ga (มีครึ่งชีวิต 14.2 ชั่วโมง) ใช้ในการวินิจฉัยมะเร็งกระดูก แกลเลียม-72 คลอไรด์และไนเตรตถูกดูดซับโดยเนื้องอก และโดยการตรวจจับลักษณะการแผ่รังสีของไอโซโทปนี้ แพทย์เกือบจะแม่นยำในการกำหนดขนาดของการก่อตัวแปลกปลอม

อย่างที่คุณเห็นความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติขององค์ประกอบหมายเลข 31 นั้นค่อนข้างกว้าง ยังไม่สามารถใช้พวกมันได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากความยากลำบากในการรับแกลเลียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างหายาก (1.5-10-3% ของน้ำหนักเปลือกโลก) และกระจัดกระจายมาก

รู้จักแร่แกลเลียมพื้นเมืองเพียงไม่กี่ชนิด แร่ gallite CuGaS2 ตัวแรกและมีชื่อเสียงที่สุดถูกค้นพบในปี 1956 เท่านั้น ต่อมาพบแร่ธาตุอีก 2 ชนิดซึ่งหายากมากอยู่แล้ว

โดยทั่วไปแล้ว แกลเลียมจะพบได้ในสังกะสี อลูมิเนียม แร่เหล็ก และในถ่านหิน ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนเล็กน้อย และสิ่งที่เป็นลักษณะเฉพาะ: ยิ่งมีสิ่งเจือปนมากเท่าไรก็ยิ่งสกัดได้ยากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากมีแกลเลียมอยู่ในแร่ของโลหะเหล่านั้น (,) มากขึ้นซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับมัน แกลเลียมภาคพื้นดินส่วนใหญ่บรรจุอยู่ในแร่ธาตุอะลูมิเนียม

การสกัดแกลเลียมถือเป็น "ความสุข" ที่มีราคาแพง ดังนั้น ธาตุหมายเลข 31 จึงถูกใช้ในปริมาณน้อยกว่าเพื่อนบ้านใดๆ ในตารางธาตุ

แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่วิทยาศาสตร์ในอนาคตอันใกล้นี้จะค้นพบบางสิ่งบางอย่างในแกลเลียมซึ่งจะทำให้มีความจำเป็นอย่างยิ่งและไม่สามารถถูกแทนที่ได้ดังที่เกิดขึ้นกับองค์ประกอบอื่นที่ Mendeleev ทำนายไว้ - เจอร์เมเนียม

การค้นหากฎระเบียบ D.I. Mendeleev ทำนายคุณสมบัติของแกลเลียมเมื่อห้าปีก่อนการค้นพบองค์ประกอบนี้ นักเคมีชาวรัสเซียผู้ชาญฉลาดรายนี้อาศัยการคาดการณ์ของเขาจากรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติระหว่างกลุ่มต่างๆ ของระบบคาบ แต่สำหรับ Lecoq de Boisbaudran การค้นพบแกลเลียมไม่ใช่อุบัติเหตุที่น่ายินดี นักสเปกโทรสโกปีผู้มีความสามารถ ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2406 เขาค้นพบรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมขององค์ประกอบที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน เมื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมของอินเดียมและอะลูมิเนียม เขาได้ข้อสรุปว่าองค์ประกอบเหล่านี้อาจมี "พี่น้อง" ซึ่งเส้นจะเติมเต็มช่องว่างในส่วนของคลื่นสั้นของสเปกตรัม เส้นที่ขาดหายไปนี้เองที่เขามองหาและพบในสเปกตรัมของซิงค์ผสมจากปิแอร์เรฟิต

เล่นคำ? ตามที่นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์เห็นในนามขององค์ประกอบหมายเลข 31 ไม่เพียงแต่ความรักชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความไม่สุภาพของผู้ค้นพบด้วย เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าคำว่า "แกลเลียม" มาจากภาษาละติน Gallia (ฝรั่งเศส) แต่ถ้าคุณต้องการในคำเดียวกันคุณสามารถเห็นคำใบ้ของคำว่า "ไก่" 1 ในภาษาละติน "ไก่ตัวผู้" คือ gallus ในภาษาฝรั่งเศส - le coq เลอค็อก เดอ บัวส์โบดรอง?

แกลเลียมมักจะมาพร้อมกับอะลูมิเนียมในแร่ธาตุ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอายุ สิ่งที่น่าสนใจคืออัตราส่วนขององค์ประกอบเหล่านี้ในแร่ธาตุขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการก่อตัวของแร่ ในเฟลด์สปาร์ มีอะตอมแกลเลียมหนึ่งอะตอมต่ออะลูมิเนียมทุกๆ 120,000 อะตอม ในเนฟิลีนซึ่งก่อตัวในเวลาต่อมามาก อัตราส่วนนี้อยู่ที่ 1:6000 แล้ว และแม้แต่ไม้กลายเป็นหินที่ "อายุน้อยกว่า" ก็มีเพียง 1:13 เท่านั้น

สิทธิบัตรครั้งแรก สิทธิบัตรการใช้แกลเลียมฉบับแรกเกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 พวกเขาต้องการใช้ธาตุหมายเลข 31 ในโคมไฟอาร์คไฟฟ้า

ซัลเฟอร์ถูกแทนที่ สีเทาถูกปกป้องโดยซัลเฟอร์ ปฏิกิริยาของแกลเลียมกับกรดซัลฟิวริกเกิดขึ้นอย่างน่าสนใจ มันมาพร้อมกับการปล่อยธาตุกำมะถัน ในเวลาเดียวกัน มันจะห่อหุ้มพื้นผิวของโลหะและป้องกันการละลายต่อไป หากคุณล้างโลหะด้วยน้ำร้อน ปฏิกิริยาจะกลับมาอีกครั้งและดำเนินต่อไปจนกระทั่ง “ผิวหนัง” ใหม่ของกำมะถันเติบโตบนแกลเลียม

อิทธิพลที่ไม่ดี แกลเลียมเหลวทำปฏิกิริยากับโลหะส่วนใหญ่ เกิดเป็นสารประกอบระหว่างโลหะซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลค่อนข้างต่ำ ด้วยเหตุนี้การสัมผัสกับแกลเลียมจึงทำให้วัสดุโครงสร้างจำนวนมากสูญเสียความแข็งแรง ทนทานต่อการกระทำของแกลเลียมได้มากที่สุด: ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,000° C สามารถต้านทานความก้าวร้าวขององค์ประกอบหมายเลข 31 ได้สำเร็จ

และออกไซด์ด้วย! การเติมแกลเลียมออกไซด์เล็กน้อยส่งผลต่อคุณสมบัติของออกไซด์ของโลหะหลายชนิดอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นส่วนผสมของ Ga2O3 กับซิงค์ออกไซด์จึงช่วยลดความสามารถในการเผาผนึกได้อย่างมาก แต่มีสังกะสีในออกไซด์มากกว่าออกไซด์บริสุทธิ์มาก และค่าการนำไฟฟ้าของไททาเนียมไดออกไซด์จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเติม Ga2O3

แกลเลียมได้มาอย่างไร ไม่พบแหล่งสะสมแร่แกลเลียมทางอุตสาหกรรมในโลก ดังนั้นจึงต้องสกัดแกลเลียมจากแร่สังกะสีและอะลูมิเนียมที่มีแร่อยู่น้อยมาก

เนื่องจากเนื้อหาของแกลเลียมในนั้นไม่เหมือนกันวิธีการรับองค์ประกอบหมายเลข 31 จึงค่อนข้างหลากหลาย ให้เราบอกคุณเช่นว่าแกลเลียมสกัดจากซิงค์เบลนด์ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ค้นพบธาตุนี้ได้อย่างไรอันดับแรก.

ประการแรก ซิงค์เบลนด์ ZnS จะถูกยิง และผลลัพธ์ที่ได้จะถูกชะล้างด้วยกรดซัลฟิวริก กันมากมายด้วยโลหะอื่นๆ แกลเลียมจะเข้าไปเป็นสารละลาย ซิงค์ซัลเฟตมีอิทธิพลเหนือกว่าในสารละลายนี้ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกรวมถึงแกลเลียม ขั้นแรกการทำความสะอาด - การตกตะกอนของตะกอนเหล็กที่เรียกว่า ด้วยการทำให้สารละลายที่เป็นกรดเป็นกลางอย่างค่อยเป็นค่อยไป ตะกอนนี้จะตกตะกอน 13 กลายเป็นอลูมิเนียมประมาณ 10% เหล็ก 15% และ (ซึ่งสำคัญที่สุดสำหรับเราตอนนี้) 0.05-0.1% แกลเลียม ในการสกัดแกลเลียม กากตะกอนจะถูกชะล้างด้วยกรดหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยแกลเลียมไฮดรอกไซด์จะเป็นแอมโฟเทอริก วิธีอัลคาไลน์จะสะดวกกว่า เนื่องจากในกรณีนี้อุปกรณ์สามารถทำจากวัสดุที่มีราคาถูกกว่าได้

ภายใต้อิทธิพลของอัลคาไล สารประกอบอลูมิเนียมและแกลเลียมจะเข้าสู่สารละลาย เมื่อสารละลายนี้ถูกทำให้เป็นกลางอย่างระมัดระวัง แกลเลียมไฮดรอกไซด์จะตกตะกอน แต่อะลูมิเนียมบางส่วนก็ตกตะกอนเช่นกัน ดังนั้นตะกอนจึงละลายอีกครั้ง คราวนี้เป็นกรดไฮโดรคลอริก ผลที่ได้คือสารละลายแกลเลียมคลอไรด์ ซึ่งปนเปื้อนด้วยอะลูมิเนียมคลอไรด์เป็นส่วนใหญ่ สิ่งเหล่านี้สามารถแยกออกได้ด้วยการสกัด มีการเพิ่มอีเธอร์ และ GaCl3 ต่างจาก AlCl3 ตรงที่ผ่านเข้าไปในตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทั้งหมด ชั้นต่างๆ จะถูกแยกออก อีเธอร์จะถูกกลั่นออก และแกลเลียมคลอไรด์ที่ได้จะถูกบำบัดด้วยโซดาไฟเข้มข้นอีกครั้งเพื่อตกตะกอนและแยกสิ่งเจือปนของเหล็กออกจากแกลเลียม โลหะแกลเลียมได้มาจากสารละลายอัลคาไลน์นี้ ได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสที่แรงดันไฟฟ้า 5.5 V. แกลเลียมสะสมอยู่บนแคโทดทองแดง

เคมี

แกลเลียมหมายเลข 31

กลุ่มย่อยแกลเลียม ปริมาณสมาชิกแต่ละคนของกลุ่มย่อยนี้ในเปลือกโลกตามแนวอนุกรม แกลเลียม (4-10~4%) - อินเดียม (2-10~6) - แทลเลียม (8-10-7) ลดลง องค์ประกอบทั้งสาม "มีการกระจายตัวอย่างมากและไม่ใช่เรื่องปกติที่จะพบพวกมันในรูปแบบของแร่ธาตุบางชนิด ในทางกลับกัน สิ่งเจือปนเล็กน้อยของสารประกอบนั้นมีแร่ของโลหะหลายชนิด Ga, In และ Ti ได้มาจากของเสียในระหว่าง การแปรรูปแร่ดังกล่าว
ในสถานะอิสระ แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นโลหะสีเงินสีขาว ค่าคงที่ที่สำคัญที่สุดมีการเปรียบเทียบด้านล่าง:
กาอิน ต

คุณสมบัติทางกายภาพของแกลเลียม

ความหนาแน่น g/cjH3 5.9 7.3 11.9
จุดหลอมเหลว, °C . . 30 157 304
จุดเดือด °C... . 2200 2020 1475
ค่าการนำไฟฟ้า (Hg = 1) . 2 11 6

โดยความแข็ง แกลเลียมใกล้นำ, อินและที - อ่อนกว่า 6-13
ในอากาศแห้ง แกลเลียมและอินเดียมจะไม่เปลี่ยนแปลงและแทลเลียมถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์สีเทา เมื่อถูกความร้อน องค์ประกอบทั้งสามจะรวมตัวกับออกซิเจนและซัลเฟอร์อย่างมีพลัง พวกมันทำปฏิกิริยากับคลอรีนและโบรมีนที่อุณหภูมิปกติ แต่จะทำปฏิกิริยากับไอโอดีนเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้น ตั้งอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้ารอบเหล็ก Ga, In และ Ti สามารถละลายได้ในกรด14’ 15
ความจุปกติของแกลเลียมและอินเดียมคือ 3 แทลเลียมให้อนุพันธ์ในรูปแบบไตรและโมโนวาเลนต์ 18
ออกไซด์ของแกลเลียมและแอนะล็อก - สีขาว Ga 2 O 3, สีเหลือง In203 และสีน้ำตาล T1203 - ไม่ละลายในน้ำ - ไฮดรอกไซด์ที่สอดคล้องกัน E (OH) 3 (ซึ่งสามารถได้มาจากเกลือ) เป็นตะกอนเจลาตินัสซึ่งในทางปฏิบัติไม่ละลายในน้ำ แต่ ละลายได้ในกรด White Ga และ In ไฮดรอกไซด์ยังละลายได้ในสารละลายของด่างแก่ด้วยการก่อตัวของ gallates และ indates คล้ายกับอะลูมิเนต ดังนั้นจึงมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก และคุณสมบัติที่เป็นกรดจะเด่นชัดน้อยกว่าใน 1n(OH) 3 และเด่นชัดใน Ga(OH) 3 มากกว่าใน Al(OH) 3 ดังนั้น นอกเหนือจากความเป็นด่างแก่แล้ว Ga(OH) 3 ยังสามารถละลายได้ในสารละลายเข้มข้นของ NH 4 OH ในทางตรงกันข้าม Ti(OH) 3 สีน้ำตาลแดงไม่ละลายในด่าง
ไอออน Ga" และ In" ไม่มีสี ไอออน Ti" มีสีเหลือง เกลือของกรดส่วนใหญ่ที่ผลิตได้จากกรดเหล่านี้ละลายได้ในน้ำสูง แต่มีไฮโดรไลซ์สูง เกลือที่ละลายน้ำได้ของกรดอ่อนหลายชนิดผ่านการไฮโดรไลซิสเกือบสมบูรณ์ แม้ว่าอนุพันธ์ของวาเลนต์ล่าง Ga และ In จะไม่เป็นแบบอย่างสำหรับพวกมัน แต่สำหรับแทลเลียม สารประกอบที่มีสถานะโมโนวาเลนต์นั้นมีลักษณะเฉพาะมากที่สุด ดังนั้นเกลือ T13+ จึงมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่เด่นชัดอย่างเห็นได้ชัด

อาหารเสริมแกลเลียม

1. สมาชิกทั้งสามของกลุ่มย่อยที่อยู่ระหว่างการพิจารณาถูกค้นพบโดยใช้สเปกโตรสโคป: 1 แทลเลียม - ในปี 1861 อินเดียม - ในปี 1863 และแกลเลียม - ในปี 1875 องค์ประกอบสุดท้ายของเหล่านี้ถูกทำนายและอธิบายโดย D. I. Mendeleev 4 ปีก่อนการค้นพบ (VI § 1) แกลเลียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปที่มีเลขมวล 69 (60.2%) และ 71 (39.8) อินเดียม-113 (4.3) และ 115 (95.7); แทลเลียม - 203 (29.5) และ 205 (70.5%)
2. ในสถานะพื้น อะตอมของธาตุในกลุ่มย่อยแกลเลียมมีโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) และเป็นโมโนวาเลนต์ การกระตุ้นของสถานะไตรวาเลนท์ต้องใช้ต้นทุน 108 (Ga) , 100 (นิ้ว) หรือ 129, (Ti ) กิโลแคลอรี/กรัม-อะตอม พลังงานไอออไนเซชันติดต่อกันคือ 6.00; 20.51; 30.70 สำหรับ Ga; 5.785; 18.86; 28.03 สำหรับใน: 6.106; 20.42; 29.8 eV สำหรับ T1 ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมแทลเลียมอยู่ที่ประมาณ 12 กิโลแคลอรี/กรัม-อะตอม
3. แร่แกลไลท์แร่หายาก (CuGaS 2) เป็นที่รู้จักสำหรับแกลเลียม ร่องรอยของธาตุนี้มักพบในแร่สังกะสี จำนวนมากอย่างมีนัยสำคัญ: พบ E (มากถึง 1.5%) ในเถ้าถ่านบางชนิด อย่างไรก็ตามวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตแกลเลียมทางอุตสาหกรรมคือแร่บอกไซต์ซึ่งมักมีสิ่งเจือปนเล็กน้อย (มากถึง 0.1%) มันถูกสกัดโดยอิเล็กโทรไลซิสจากของเหลวอัลคาไลน์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการแปรรูปอะลูมิเนียมธรรมชาติให้เป็นอลูมินาเชิงเทคนิค ขณะนี้การผลิตแกลเลียมทั่วโลกประจำปีในปัจจุบันมีเพียงไม่กี่ตัน แต่สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก
4. อินเดียมส่วนใหญ่ได้มาจากผลพลอยได้ในระหว่างการประมวลผลที่ซับซ้อนของแร่ซัลเฟอร์ Zn, Pb และ Cu การผลิตทั่วโลกประจำปีมีจำนวนหลายสิบตัน
5. แทลเลียมมีความเข้มข้นส่วนใหญ่อยู่ในไพไรต์ (FeS2) ดังนั้นกากตะกอนจากการผลิตกรดซัลฟิวริกจึงเป็นวัตถุดิบที่ดีในการรับธาตุนี้ การผลิตแทลเลียมทั่วโลกต่อปีน้อยกว่าอินเดียม แต่ก็มีปริมาณหลายสิบตันเช่นกัน
6. ในการแยก Ga, In และ T1 ในสถานะอิสระ จะใช้อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือ หรือการลุกไหม้ของออกไซด์ในกระแสไฮโดรเจน ความร้อนของการหลอมและการระเหยของโลหะมีค่าดังต่อไปนี้: 1.3 และ 61 (Ga), 0.8 และ 54 (In), 1.0 และ 39 kcal/g-atom (T1) ความร้อนของการระเหิด (ที่ 25 °C) คือ 65 (Ga), 57 (In) และ 43 kcal/g-atom (T1) ธาตุทั้งสามเป็นคู่กันเกือบทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุลเชิงเดี่ยวเกือบทั้งหมด
7. โครงผลึกของแกลเลียมไม่ได้เกิดจากอะตอมเดี่ยว ๆ (ตามปกติสำหรับโลหะ) แต่เกิดจากโมเลกุลไดอะตอมมิก (rf = 2.48A) มันจึงเป็นกรณีที่น่าสนใจของการอยู่ร่วมกันของโครงสร้างโมเลกุลและโลหะ (III § 8) นอกจากนี้ โมเลกุล Ga2 ยังถูกเก็บรักษาไว้ในแกลเลียมเหลว ซึ่งมีความหนาแน่น (6.1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) มากกว่าความหนาแน่นของโลหะแข็ง (เปรียบเทียบกับน้ำและบิสมัท) ความดันที่เพิ่มขึ้นจะมาพร้อมกับอุณหภูมิหลอมเหลวของแกลเลียมที่ลดลง ที่แรงกดดันสูง นอกเหนือจากการดัดแปลงตามปกติ (Gal) แล้ว การดำรงอยู่ของรูปแบบอื่นอีกสองรูปแบบได้ถูกสร้างขึ้น จุดสามจุด (ที่มีเฟสของเหลว) อยู่ที่ Gal - Gall ที่ 12,000 atm และ 3 °C และสำหรับ Gall - Gall ที่ 30,000 atm และ 45 °C
8. แกลเลียมมีแนวโน้มที่จะเกิดภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากและเป็นไปได้ที่จะทำให้มันอยู่ในสถานะของเหลวจนถึง -40 ° C การตกผลึกอย่างรวดเร็วซ้ำๆ ของการหลอมที่เย็นยิ่งยวดสามารถใช้เป็นวิธีการทำให้แกลเลียมบริสุทธิ์ได้ ในสถานะที่บริสุทธิ์มาก (99.999%) ได้มาจากการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า เช่นเดียวกับการลด GaCl3 ที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์อย่างระมัดระวังด้วยไฮโดรเจน จุดเดือดสูงและการขยายตัวค่อนข้างสม่ำเสมอเมื่อถูกความร้อนทำให้แกลเลียมเป็นวัสดุที่มีคุณค่าในการเติมเทอร์โมมิเตอร์ที่อุณหภูมิสูง แม้จะมีความคล้ายคลึงภายนอกกับปรอท แต่ความสามารถในการละลายร่วมกันของโลหะทั้งสองก็ค่อนข้างต่ำ (ในช่วง 10 ถึง 95 ° C จะแตกต่างกันไปจาก 2.4 ถึง 6.1 เปอร์เซ็นต์อะตอมมิกสำหรับ Ga ใน Hg และจาก 1.3 ถึง 3.8 เปอร์เซ็นต์อะตอมมิกสำหรับ Hg ใน Ga) . แกลเลียมเหลวต่างจากปรอทตรงที่ไม่ละลายโลหะอัลคาไลและทำให้พื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะหลายชนิดเปียกได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ใช้ได้กับกระจก โดยการใช้แกลเลียมซึ่งสามารถสะท้อนแสงได้แรงกับกระจก (อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่าแกลเลียมบริสุทธิ์มากซึ่งไม่มีสารเจือปนอินเดียม ไม่เปียกแก้ว) การสะสมแกลเลียมบนฐานพลาสติกบางครั้งใช้เพื่อสร้างวงจรวิทยุอย่างรวดเร็ว โลหะผสมที่มี Ga 88% และ Sn 12% จะละลายที่ 15 °C และโลหะผสมที่มีแกลเลียมอื่นๆ บางชนิด (เช่น 61.5% Bi, 37.2 - Sn และ 1.3 - Ga) ได้รับการเสนอสำหรับการอุดฟัน พวกเขาไม่เปลี่ยนปริมาตรตามอุณหภูมิและคงอยู่ได้ดี แกลเลียมยังสามารถใช้เป็นยาแนวสำหรับวาล์วในเทคโนโลยีสุญญากาศได้ อย่างไรก็ตามควรระลึกไว้ว่าที่อุณหภูมิสูงจะเกิดปฏิกิริยารุนแรงต่อทั้งแก้วและโลหะหลายชนิด
9. ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้ในการขยายการผลิตแกลเลียมปัญหาการดูดซึม (เช่นการเรียนรู้ในทางปฏิบัติ) ขององค์ประกอบนี้และสารประกอบกลายเป็นเรื่องเร่งด่วนซึ่งต้องมีการวิจัยเพื่อค้นหาพื้นที่สำหรับการใช้งานอย่างมีเหตุผล มีบทความวิจารณ์และเอกสารเกี่ยวกับแกลเลียม
10. ความสามารถในการอัดของอินเดียมนั้นสูงกว่าอลูมิเนียมเล็กน้อย (ที่ 10,000 atm ปริมาตรคือ 0.84 ของต้นฉบับ) เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง (เหลือ 0.5 จากเดิมที่ 70,000 atm) และอุณหภูมิหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้น (สูงถึง 400°C ที่ 65,000 atm) โลหะอินเดียมจะกระทืบเมื่องอเหมือนแท่งดีบุก มันทิ้งรอยดำไว้บนกระดาษ การใช้อินเดียมที่สำคัญเกี่ยวข้องกับการผลิตวงจรเรียงกระแสกระแสสลับเจอร์เมเนียม (X § 6 เพิ่ม 15) เนื่องจากมีความสามารถในการหลอมละลายต่ำ จึงสามารถทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นในตลับลูกปืนได้
11. การนำอินเดียมเข้ามาในปริมาณเล็กน้อยในโลหะผสมทองแดงจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อน้ำทะเลได้อย่างมาก และการเติมอินเดียมลงในเงินจะช่วยเพิ่มความเงางามและป้องกันไม่ให้เกิดความหมองในอากาศ การเติมอินเดียมจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสมสำหรับการอุดฟัน การเคลือบด้วยไฟฟ้าของโลหะอื่น ๆ ด้วยอินเดียมช่วยปกป้องโลหะเหล่านี้จากการกัดกร่อนได้ดี โลหะผสมของอินเดียมกับดีบุก (1:1 โดยน้ำหนัก) ประสานแก้วกับแก้วหรือโลหะ และโลหะผสม 24% In และ 76% Ga ละลายที่ 16°C โลหะผสม 18.1% ใน 41.0 - Bi, 22.1 - Pb, 10.6 - Sn และ 8.2 - Cd ละลายที่ 47 ° C ใช้ในทางการแพทย์สำหรับการแตกหักของกระดูกที่ซับซ้อน (แทนปูนปลาสเตอร์) มีเอกสารเกี่ยวกับเคมีของอินเดียมอยู่
12. ความสามารถในการอัดของแทลเลียมมีค่าประมาณเดียวกับอินเดียม แต่มีการดัดแปลงแบบ allotropic สองแบบ (หกเหลี่ยมและลูกบาศก์) ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนระหว่างที่อุณหภูมิ 235 °C ภายใต้ความกดดันสูง ก็มีอีกสิ่งหนึ่งเกิดขึ้น จุดสามจุดของทั้งสามรูปแบบอยู่ที่ 37,000 atm และ 110°C ความดันนี้สอดคล้องกับการลดลงอย่างกะทันหันประมาณ 1.5 เท่าของความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ (ซึ่งที่ 70,000 atm หรือประมาณ 0.3 ของค่าปกติ) ภายใต้ความดัน 90,000 atm แทลเลียมรูปแบบที่สามจะละลายที่อุณหภูมิ 650 °C
13. แทลเลียมส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมที่มีดีบุกและตะกั่วซึ่งมีความต้านทานต่อกรดสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมที่มีองค์ประกอบ 70% Pb, 20% Sn และ 10% T1 ทนทานต่อการกระทำของส่วนผสมของกรดซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก และกรดไนตริกได้ดี มีเอกสารเกี่ยวกับแทลเลียม
14. แกลเลียมและอินเดียมอัดแน่นมีความเสถียรเมื่อเทียบกับน้ำ และแทลเลียมเมื่อมีอากาศจะถูกทำลายอย่างช้าๆ จากพื้นผิว แกลเลียมทำปฏิกิริยาช้าๆ กับกรดไนตริกเท่านั้น แต่แทลเลียมทำปฏิกิริยารุนแรงมาก ในทางตรงกันข้าม กรดซัลฟิวริกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮโดรคลอริกละลาย Ga และ In ได้ง่าย ในขณะที่ T1 มีปฏิกิริยากับพวกมันช้ากว่ามาก (เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มป้องกันของเกลือที่ละลายได้น้อยบนพื้นผิว) สารละลายที่เป็นด่างแก่ละลายแกลเลียมได้ง่าย ออกฤทธิ์ช้าๆ กับอินเดียมเท่านั้น และไม่ทำปฏิกิริยากับแทลเลียม แกลเลียมยังละลายอย่างเห็นได้ชัดใน NH4OH สารประกอบระเหยขององค์ประกอบทั้งสามจะทำให้เปลวไฟไม่มีสีเป็นสีเฉพาะ: Ga - แทบจะมองไม่เห็นด้วยตาสีม่วงเข้ม (L = 4171 A), ใน - สีน้ำเงินเข้ม (L = 4511 A), T1 - สีเขียวมรกต (A, = 5351 ก)
15. แกลเลียมและอินเดียมดูเหมือนจะไม่เป็นพิษ ในทางตรงกันข้าม แทลเลียมมีพิษสูงและออกฤทธิ์คล้ายกับ Pb และ As ส่งผลต่อระบบประสาท ระบบทางเดินอาหารและไต อาการพิษเฉียบพลันจะไม่เกิดขึ้นทันที แต่หลังจากผ่านไป 12-20 ชั่วโมง ด้วยพิษเรื้อรังที่พัฒนาอย่างช้าๆ (รวมถึงทางผิวหนัง) จะสังเกตความปั่นป่วนและการรบกวนการนอนหลับเป็นหลัก ในทางการแพทย์มีการใช้แทลเลียมเพื่อกำจัดขน (สำหรับไลเคน ฯลฯ ) เกลือแทลเลียมพบว่าใช้ในองค์ประกอบเรืองแสงเป็นสารที่เพิ่มระยะเวลาเรืองแสง พวกเขายังกลายเป็นยารักษาหนูและหนูที่ดีอีกด้วย
16. ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า แกลเลียมจะอยู่ระหว่าง Zn และ Fe และอินเดียมและแทลเลียมจะอยู่ระหว่าง Fe และ Sn การเปลี่ยนผ่าน Ga และ In ตามรูปแบบ E+3 + Ze = E สอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าปกติ: -0.56 และ -0.33 V (ในตัวกลางที่เป็นกรด) หรือ -1.2 และ -1.0 V (ในตัวกลางที่เป็นด่าง) แทลเลียมจะถูกแปลงโดยกรดให้เป็นสถานะโมโนวาเลนต์ (ศักย์ไฟฟ้าปกติ -0.34 V) การเปลี่ยนแปลง T1+3 + 2e = T1+ มีคุณลักษณะเด่นคือศักย์ปกติที่ + 1.28 V ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด หรือ +0.02 V ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
17. ความร้อนของการก่อตัวของออกไซด์ E203 ของแกลเลียมและสารอะนาล็อกจะลดลงในชุด 260 (Ga), 221 (In) และ 93 kcal/mol (T1) เมื่อถูกความร้อนในอากาศ แกลเลียมจะถูกออกซิไดซ์กับ GaO เท่านั้น ดังนั้นโดยปกติจะได้ Ga2O3 โดยการทำให้ Ga(OH)3 ขาดน้ำ อินเดียมเมื่อถูกความร้อนในอากาศจะก่อตัวเป็น In2O3 และแทลเลียมจะเกิดส่วนผสมของ T12O3 และ T120 โดยมีออกไซด์ในปริมาณที่สูงกว่า อุณหภูมิก็จะยิ่งต่ำลง แทลเลียมสามารถออกซิไดซ์ได้สูงถึง T1203 โดยการกระทำของโอโซน
18. ความสามารถในการละลายของ E2O3 ออกไซด์ในกรดเพิ่มขึ้นตามซีรีย์ Ga - In - Tl ในซีรีย์เดียวกัน ความแข็งแรงของพันธะของธาตุกับออกซิเจนลดลง: Ga2O3 ละลายที่ 1795°C โดยไม่มีการสลายตัว 1n203 เปลี่ยนเป็น 1n304 เพียงสูงกว่า 850°C เท่านั้น และ T1203 ที่ถูกบดละเอียดเริ่มแยกออกซิเจนออกแล้วที่ประมาณ 90° ค. อย่างไรก็ตาม ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่ามากจึงจะแปลง T1203 เป็น T120 ได้อย่างสมบูรณ์ ภายใต้แรงดันออกซิเจนส่วนเกิน 1p203 จะละลายที่ 1910 °C และ T1203 จะละลายที่ 716 °C
19. ความร้อนของไฮเดรชั่นของออกไซด์ตามรูปแบบ E203 + ZH20 = 2E(OH)3 คือ +22 kcal (Ga), +1 (In) และ -45 (T1) ด้วยเหตุนี้ ความง่ายในการกำจัดน้ำด้วยไฮดรอกไซด์จึงเพิ่มขึ้นจาก Ga เป็น T1: หาก Ga(OH)3 ถูกทำให้ขาดน้ำโดยสิ้นเชิงเมื่อมีการเผาเท่านั้น T1(OH)3 จะเปลี่ยนเป็น T1203 แม้ว่าจะยืนอยู่ใต้ของเหลวที่มันจากน้ำนั้นไป ถูกโดดเดี่ยว
20. เมื่อทำให้สารละลายที่เป็นกรดของเกลือแกลเลียมเป็นกลาง ไฮดรอกไซด์ของมันจะตกตะกอนประมาณในช่วง pH = 3-4 Ga(OH)3 ที่ตกตะกอนใหม่ละลายได้สูงในสารละลายแอมโมเนียเข้มข้น แต่เมื่ออายุมากขึ้น ความสามารถในการละลายก็จะลดลงเรื่อยๆ จุดไอโซอิเล็กทริกอยู่ที่ pH = 6.8 และ PR = 2 · 10~37 สำหรับ 1n(OH)3 พบว่า PR = 1 10-31 และสำหรับ T1(OH)3 - 1 10~45
21. สำหรับค่าคงที่การแยกตัวที่สองและสามของ Ga(OH)3 ตามประเภทที่เป็นกรดและพื้นฐาน ค่าต่อไปนี้ถูกกำหนด:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
กา(OH)3 K2“2. SP / NW = 4 -10 12
ดังนั้น แกลเลียมไฮดรอกไซด์จึงเป็นตัวแทนของอิเล็กโทรไลต์ที่ใกล้เคียงกับแอมโฟเทอริซิตี้ในอุดมคติมาก

1. ความแตกต่างของคุณสมบัติที่เป็นกรดของแกลเลียมไฮดรอกไซด์และสิ่งที่คล้ายคลึงกันนั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเมื่อพวกมันทำปฏิกิริยากับสารละลายของด่างแก่ (NaOH, KOH) แกลเลียมไฮดรอกไซด์ละลายได้ง่ายจนเกิดเป็นแกลเลตประเภท M ซึ่งมีความเสถียรทั้งในสารละลายและในสถานะของแข็ง เมื่อถูกความร้อน จะสูญเสียน้ำได้ง่าย (เกลือ Na ที่อุณหภูมิ 120 เกลือ K ที่อุณหภูมิ 137 °C) และเปลี่ยนเป็นเกลือปราศจากน้ำประเภท MGa02 แกลเลตโลหะไดวาเลนต์ (Ca, Sr) ที่ได้จากสารละลายมีลักษณะเป็นอีกประเภทหนึ่ง - M3 ■ 2H20 ซึ่งแทบไม่ละลายเช่นกัน พวกมันถูกไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำอย่างสมบูรณ์
   แทลเลียมไฮดรอกไซด์สามารถถูกทำให้เป็นด่างได้ง่าย (โดยมีการก่อตัวของโซลลบ) แต่ไม่ละลายในพวกมันและไม่ก่อให้เกิดทัลเลท โดยวิธีแห้ง (โดยการหลอมออกไซด์กับคาร์บอเนตที่เกี่ยวข้อง) จะได้อนุพันธ์ของประเภท ME02 สำหรับองค์ประกอบทั้งสามของกลุ่มย่อยแกลเลียม อย่างไรก็ตาม ในกรณีของแทลเลียม กลับกลายเป็นส่วนผสมของออกไซด์
   1. รัศมีประสิทธิผลของไอออน Ga3+, In3* และ T13* คือ 0.62, 0.92 และ 1.05 A ตามลำดับ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ เห็นได้ชัดว่าพวกมันถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุลโดยตรง ไอออนไฮเดรตดังกล่าวจะแยกออกจากกันเล็กน้อยตามรูปแบบ E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H และค่าคงที่การแยกตัวของพวกมันจะอยู่ที่ประมาณ 3 ■ 10-3° (Ga) และ 2 10-4 (In) .
   2. เกลือเฮไลด์ Ga3+, In3* และ T13*’ โดยทั่วไปจะคล้ายกับเกลือ A13* ที่เกี่ยวข้อง นอกจากฟลูออไรด์แล้ว พวกมันค่อนข้างละลายได้และละลายได้สูงไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวทำละลายอินทรีย์อีกหลายชนิดด้วย ทาสีเฉพาะ Gal3 สีเหลืองเท่านั้น

   จะไม่สามารถพบแหล่งสะสมขนาดใหญ่ในธรรมชาติได้เนื่องจากมันไม่ได้ก่อตัวขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่สามารถพบได้ในแร่หรือแร่เจอร์เมไนต์ ซึ่งมีโอกาสพบโลหะนี้ตั้งแต่ 0.5 ถึง 0.7% นอกจากนี้ยังเป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าแกลเลียมสามารถได้รับจากการแปรรูปเนฟีลีน, บอกไซต์, แร่โพลีเมทัลลิกหรือถ่านหิน ขั้นแรกให้ได้โลหะซึ่งผ่านการประมวลผล: ล้างด้วยน้ำกรองและให้ความร้อน และเพื่อให้ได้โลหะนี้มีคุณภาพสูงจึงใช้ปฏิกิริยาเคมีพิเศษ การผลิตแกลเลียมในระดับสูงสามารถสังเกตได้ในประเทศแอฟริกา โดยเฉพาะทางตะวันออกเฉียงใต้ รัสเซีย และภูมิภาคอื่นๆ

   สำหรับคุณสมบัติของโลหะนี้สีของมันคือสีเงินและที่อุณหภูมิต่ำก็สามารถคงอยู่ในสถานะของแข็งได้ แต่จะละลายได้ไม่ยากหากอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย เนื่องจากโลหะนี้มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับอะลูมิเนียม จึงขนส่งในบรรจุภัณฑ์พิเศษ

   การใช้แกลเลียม

   เมื่อไม่นานมานี้ แกลเลียมถูกนำมาใช้ในการผลิตโลหะผสมที่หลอมละลายต่ำ แต่ปัจจุบันสามารถพบได้ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งใช้กับเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุนี้ยังใช้เป็นสารหล่อลื่นได้ดีอีกด้วย หากใช้แกลเลียมหรือสแกนเดียมร่วมกันก็จะได้กาวโลหะคุณภาพดีเยี่ยม นอกจากนี้ โลหะแกลเลียมยังสามารถใช้เป็นสารตัวเติมในเทอร์โมมิเตอร์แบบควอตซ์ได้ เนื่องจากมีจุดเดือดสูงกว่าปรอท

   นอกจากนี้ยังเป็นที่ทราบกันว่าแกลเลียมใช้ในการผลิตหลอดไฟฟ้าการสร้างระบบสัญญาณและฟิวส์ โลหะนี้ยังสามารถพบได้ในอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาโดยเฉพาะเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการสะท้อนแสง แกลเลียมยังใช้ในเภสัชภัณฑ์หรือเภสัชรังสีอีกด้วย

   แต่ในขณะเดียวกันโลหะนี้ก็เป็นหนึ่งในโลหะที่มีราคาแพงที่สุดและเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องสร้างการสกัดคุณภาพสูงเมื่อผลิตอลูมิเนียมและแปรรูปถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงเนื่องจากปัจจุบันแกลเลียมธรรมชาติที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว .

   ยังไม่สามารถสังเคราะห์ธาตุนี้ได้ แม้ว่านาโนเทคโนโลยีจะให้ความหวังแก่นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับแกลเลียมก็ตาม

   คำนิยาม

   แกลเลียม- องค์ประกอบของตารางธาตุสามสิบเอ็ด การกำหนด - Ga จากภาษาละติน "แกลเลียม" ตั้งอยู่ในสมัยที่ 4 กลุ่ม IIIA หมายถึงโลหะ ประจุนิวเคลียร์คือ 31

   แกลเลียมเป็นองค์ประกอบที่หายากและไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติในระดับความเข้มข้นที่สำคัญใดๆ ส่วนใหญ่ได้มาจากสังกะสีเข้มข้นหลังจากการถลุงสังกะสีจากพวกมัน

   ในสถานะอิสระ แกลเลียมเป็นโลหะอ่อนสีขาวเงิน (รูปที่ 1) ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ มันค่อนข้างเสถียรในอากาศ ไม่สลายน้ำ แต่ละลายในกรดและด่างได้ง่าย

   ข้าว. 1. แกลเลียม รูปร่าง.

   มวลอะตอมและโมเลกุลของแกลเลียม

   มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร (M r) คือตัวเลขที่แสดงจำนวนครั้งที่มวลของโมเลกุลที่กำหนดมากกว่า 1/12 มวลของอะตอมคาร์บอน และมวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ (A r) คือ มวลเฉลี่ยของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีกี่เท่ามากกว่ามวล 1/12 ของอะตอมคาร์บอน

   เนื่องจากแกลเลียมมีอยู่ในสถานะอิสระในรูปแบบของโมเลกุล Ga monatomic ค่าของมวลอะตอมและโมเลกุลจึงตรงกัน มีค่าเท่ากับ 69.723.

   ไอโซโทปของแกลเลียม

   เป็นที่ทราบกันว่าในธรรมชาติแกลเลียมสามารถพบได้ในรูปของไอโซโทปเสถียร 2 ชนิด คือ 69 Ga (60.11%) และ 71 Ga (39.89%) เลขมวลคือ 69 และ 71 ตามลำดับ นิวเคลียสของอะตอมของแกลเลียมไอโซโทป 69 Ga ประกอบด้วยโปรตอน 31 ตัวและนิวตรอน 38 ตัว และไอโซโทป 71 Ga มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอน 40 ตัวเท่ากัน

   มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมที่ไม่เสถียรของแกลเลียมที่มีมวลตั้งแต่ 56 ถึง 86 เช่นเดียวกับนิวเคลียสไอโซเมอร์สามสถานะซึ่งไอโซโทปที่มีอายุยาวนานที่สุด 67 Ga โดยมีครึ่งชีวิต 3.26 วัน

   แกลเลียมไอออน

   ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมแกลเลียมจะมีอิเล็กตรอน 3 ตัว ซึ่งได้แก่ เวเลนซ์:

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

   อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี แกลเลียมจะปล่อยเวเลนซ์อิเล็กตรอนออกไป เช่น เป็นผู้บริจาคและกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก:

   กา 0 -2อี → กา 2+ ;

   Ga 0 -3e → Ga 3+ .

   โมเลกุลแกลเลียมและอะตอม

   ในสถานะอิสระ แกลเลียมมีอยู่ในรูปของโมเลกุล Ga ที่มีอะตอมเดี่ยว ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติบางประการที่แสดงถึงอะตอมและโมเลกุลของแกลเลียม:

   โลหะผสมแกลเลียม

   เมื่อเติมแกลเลียมลงในอลูมิเนียม จะได้โลหะผสมที่สามารถทำงานร้อนได้ง่าย โลหะผสมแกลเลียม-ทองถูกนำมาใช้ในทันตกรรมประดิษฐ์และเครื่องประดับ

   ตัวอย่างการแก้ปัญหา

   ตัวอย่างที่ 1

   ออกกำลังกาย	แกลเลียมธรรมชาติมีสองไอโซโทป เนื้อหาของไอโซโทป 71 Ga คือ 36% ค้นหาไอโซโทปอื่นถ้ามวลอะตอมสัมพัทธ์เฉลี่ยของธาตุแกลเลียมคือ 69.72 กำหนดจำนวนนิวตรอนในไอโซโทปที่พบ
   สารละลาย	ให้เลขมวลของไอโซโทปแกลเลียมตัวที่สองเท่ากับ “x” - x Ga ให้เราพิจารณาเนื้อหาของไอโซโทปแกลเลียมที่สองในธรรมชาติ: ก(x Ga) = 100% - w(71 Ga) = 100% - 36% = 64% มวลอะตอมสัมพัทธ์เฉลี่ยขององค์ประกอบทางเคมีคำนวณได้ดังนี้: อาร์ = / 100%; 69,72 = / 100%; 6972 = 2556 + 64x; ดังนั้นไอโซโทปที่สองของแกลเลียมคือ 69 Ga เลขอะตอมของแกลเลียมคือ 31 ซึ่งหมายความว่านิวเคลียสของอะตอมแกลเลียมประกอบด้วยโปรตอน 31 ตัวและอิเล็กตรอน 31 ตัว และจำนวนนิวตรอนเท่ากับ: n 1 0 (69 Ga) = Ar(69 Ga) - N (หมายเลของค์ประกอบ) = 69 - 31 = 38
   คำตอบ	ไอโซโทป 69 Ga ประกอบด้วยนิวตรอน 38 ตัว และโปรตอน 31 ตัว

   ตัวอย่างที่ 2

   ออกกำลังกาย	ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี แกลเลียมมีความคล้ายคลึงกับธาตุอื่นนั่นคืออะลูมิเนียม จากความคล้ายคลึงกันนี้ ให้เขียนสูตรออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่มีแกลเลียมและสร้างสมการปฏิกิริยาที่แสดงคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบนี้ด้วย
   คำตอบ	แกลเลียมก็เหมือนกับอะลูมิเนียม ตั้งอยู่ในกลุ่มที่ 3 ของกลุ่มย่อยหลักของตารางธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ. ในสารประกอบ เช่น อะลูมิเนียม จะมีสถานะออกซิเดชัน (+3) แกลเลียมมีลักษณะเป็นออกไซด์หนึ่งตัว (Ga 2 O 3) และไฮดรอกไซด์หนึ่งตัว (Ga (OH) 3) ซึ่งแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริก Ga 2 O 3 + 3SiO 2 = Ga 2 (SiO 3) 3;