;

Галлий

Га́ллий (лат. Gallium, от Gallia — латинского названия Франции), Ga (читается «галлий»), химический элемент с атомным номером 31, атомная масса 69, 723.
Природный галлий состоит из двух изотопов 69Ga (61, 2% по массе) и 71Ga (38, 8%). Конфигурация внешнего электронного слоя 4s2p1. Степень окисления +3, +1 (валентности I, III).
Расположен в группе IIIА периодической системы элементов, в 4-м периоде.
Радиус атома 0, 1245 нм, радиус иона Ga3+0, 062 нм. Энергии последовательной ионизации 5, 998, 20, 514, 30, 71, 64, 2 и 89, 8 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 6.
Редактировать

История открытия

Впервые существование этого элемента предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 на основании открытого им периодического закона. Он назвал его экаалюминий. В 1875 П. Э. Лекок де Буабодран выделил галлий из цинковых руд.
Де Буабодран определил плотность галлия — 4, 7 г/см3, что не соответствовало предсказанному Д. И. Менделеевым значению 5, 9 г/см3. Уточненное значение плотности галлия (5, 904 г/см3) совпало с предсказанием Менделеева.
Редактировать

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1, 8·10–3% по массе. Галлий относится к рассеянным элементам. В природе встречается в виде очень редких минералов: зенгеита Ga(OH)3, галлита CuGaS2и других. Является спутником алюминия, цинка, германия, железа; содержится в сфалеритах, нефелине, натролите, бокситах, германите, в углях и железных рудах некоторых месторождений.
Редактировать

Получение

Основной источник галлия — алюминатные растворы, получаемые при переработке глинозема. После удаления большей части Al и многократного концентрирования образуется щелочной раствор, содержащий Ga и Al. Галлий выделяют электролизом этого раствора.
Редактировать

Физические и химические свойства

Галлий — легкоплавкий светло-серый металл с синеватым оттенком. Расплав Ga может находиться в жидком состоянии при температуре ниже температуры плавления (29, 75 °C). Температура кипения 2200 °C, это объясняется тем, что в жидком галлии плотная упаковка атомов с координационным числом 12. Для ее разрушения надо затратить много энергии.
Кристаллическая решетка устойчивой α-модификации образована двухатомными молекулами Ga2, связанными между собой ван-дер-ваальсовыми силами, длина связи 0, 244 нм.
Стандартный электродный потенциал пары Ga3+/Ga равен –0, 53В, Ga находится в электрохимическом ряду до водорода.
По химическим свойствам галлий сходен с алюминием.
На воздухе Ga покрывается оксидной пленкой, предохраняющей от дальнейшего окисления. С мышьяком, фосфором, сурьмой образует арсенид, фосфид и антимонид галлия, с серой, селеном, теллуром — халькогениды. При нагревании Ga реагирует с кислородом. С хлором и бромом галлий взаимодействует при комнатной температуре, с иодом — при нагревании. Галогениды галлия, образуют димеры Ge2X6.
Галлий образует полимерные гидриды:
4LiH + GaCl3 = Li[GaH4] + 3LiCl.
Устойчивость ионов падает в ряду BH4 — AlH4 — GaH4. Ион BH4 устойчив в водном растворе, AlH4 и GaH4 быстро гидролизуются:
GaH4 + 4H2O = Ga(OH)3 + OH + 4H2
При нагревании под давлением Ga реагирует с водой:
2Ga + 4H2O = 2GaOOH + 3H2
С минеральными кислотами Ga медленно реагирует с выделением водорода:
2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2
Галлий растворяется в щелочах с образованием гидроксогаллатов:
2Ga + 6H2O + 2NaOH = 2Na[Ga(OH)4] + 3H2
Оксид и гидроксид галлия проявляют амфотерные свойства, хотя основные свойства у них по сравнению с Al усилены:
Ga2O3 + 6HCl = 2GaCl2,
Ga2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Ge(OH)4]
Ga2O3 + Na2CO3 = 2NaGaO2 + CO2
При подщелачивании раствора какой-либо соли галлия выделяется гидроксид галлия переменного состава Ge2O3·xH2O:
Ga(NO3)2 + 3NaOH = Ga(OH)3Ї + 3NaNO3
При растворении Ga(OH)3 и Ga2O3 в кислотах образуются аквакомплексы [Ga(H2O)6]3+, поэтому из водных растворов соли галлия выделяются в виде кристаллогидратов, например, хлорид галлия GaCl3·6H2O, галлийкалиевые квасцы KGa(SO4)2·12H2O. Аквакомплексы галлия в растворах бесцветны.
Редактировать

Применение

Около 97% получаемого промышленностью галлия используется для получения соединений с полупроводниковыми свойствами, например, арсенида галлия GaAs. Металлический галлий применяют в радиоэлектронике для «холодной пайки» керамических и металлических деталей, для легирования Ge и Si, получения оптических зеркал. Ga может заменять Hg в выпрямителях электрического тока. Эвтектический сплав галлия с индием используют в радиационных контурах реакторов.
Редактировать

Особенности обращения

Галлий — малотоксичный элемент. Из-за низкой температуры плавления слитки Ga рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается жидким галлием.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Дымов А. М., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М., 1968.
  • Иванова Р. В. Химия и технология галлия. М., 1973.
  • Федоров П. И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия. Новосибирск, 1977.
  • Шека И. А., Чаус И. С., Митюрева Т. Т. Галлий. Киев, 1963.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика