گالیم یک فلز مایع است

گالیوم

گالیوم-من؛ متر[از لات. Gallia - فرانسه] عنصر شیمیایی (Ga)، فلز نقره ای نرم و قابل ذوب سفید(در تولید نیمه هادی استفاده می شود).

گالیوم

(لات. گالیوم)، عنصر شیمیاییگروه سوم جدول تناوبی نام از Gallia نام لاتین فرانسه است. ذوب سفید نقره ای ( تی pl 29.77ºC) فلز؛ چگالی (g/cm 3) فلز جامد 5.904، مایع 6.095; تیکیپ 2205 درجه سانتیگراد. از نظر شیمیایی در هوا مقاوم است. پراکنده در طبیعت، همراه با آل. آنها عمدتا (97٪) در تولید مواد نیمه هادی (GaAs، GaSb، GaP، GaN) استفاده می شوند.

گالیوم

گالیوم (lat. Gallium، از Gallia - نام لاتین فرانسه)، Ga (بخوانید "گالیوم")، یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 31، جرم اتمی 69,723.
گالیم طبیعی از دو ایزوتوپ 69 Ga (61.2 درصد جرم) و 71 Ga (38.8 درصد) تشکیل شده است. پیکربندی لایه الکترونی بیرونی 4 س 2 پ 1 . حالت اکسیداسیون +3، +1 (ظرفیت I، III).
در گروه IIIA جدول تناوبی عناصر، در دوره چهارم قرار دارد.
شعاع اتم 0.1245 نانومتر، شعاع یون Ga 3+ 0.062 نانومتر است. انرژی های یونیزاسیون متوالی 5.998، 20.514، 30.71، 64.2 و 89.8 eV هستند. الکترونگاتیوی از نظر پاولینگ (سانتی متر.پاولینگ لینوس) 1,6.
تاریخچه کشف
برای اولین بار وجود این عنصر توسط D.I. Mendeleev پیش بینی شد (سانتی متر.مندلیف دیمیتری ایوانوویچ)در سال 1871 بر اساس قانون تناوبی که او کشف کرد. او آن را ekaaluminum نامید. در سال 1875 P. E. Lecoq de Boisbaudran (سانتی متر.لکوک دی بویزبادران (پل امیل)گالیم جدا شده از سنگ معدن روی
دی بویزباودران چگالی گالیوم را 4.7 گرم بر سانتی متر مکعب تعیین کرد که با مقدار پیش بینی شده توسط D.I مطابقت نداشت. مقدار تصفیه شده چگالی گالیوم (5.904 گرم بر سانتی متر مکعب) با پیش بینی مندلیف مطابقت داشت.
بودن در طبیعت
مطالب در پوسته زمین 1.8 · 10-3٪ بر وزن. گالیوم یک عنصر کمیاب است. در طبیعت به شکل مواد معدنی بسیار کمیاب وجود دارد: زنجیت Ga(OH) 3، گالیت CuGaS 2 و غیره. یک ماهواره آلومینیومی است (سانتی متر.آلومینیوم), فلز روی (سانتی متر.روی (عنصر شیمیایی)), آلمان (سانتی متر.آلمان), غده (سانتی متر.اهن); در اسفالریت ها یافت می شود (سانتی متر.اسفالریت)، نفلین (سانتی متر. NEPHELIN)ناترولیت، بوکسیت، (سانتی متر.جعبه)ژرمانیت، در زغال سنگ و سنگ آهن برخی از ذخایر.
اعلام وصول
منبع اصلی گالیوم محلول های آلومیناتی است که در طی فرآوری آلومینا به دست می آید. پس از حذف بیشتر Al و غلظت مکرر، محلول قلیایی حاوی Ga و Al تشکیل می شود. گالیم با الکترولیز این محلول جدا می شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی
گالیم یک فلز خاکستری روشن کم ذوب با رنگ مایل به آبی است. مذاب Ga می تواند در حالت مایع در دمای زیر نقطه ذوب (29.75 درجه سانتیگراد) باشد. نقطه جوش 2200 درجه سانتیگراد است، این با این واقعیت توضیح داده می شود که در گالیم مایع یک بسته بندی متراکم از اتم ها با عدد هماهنگی 12 وجود دارد. برای از بین بردن آن، انرژی زیادی باید صرف شود.
سلول کریستالیاصلاح a پایدار توسط مولکول های Ga 2 دو اتمی که توسط نیروهای واندروالس به هم متصل شده اند تشکیل می شود. (سانتی متر.برهمکنش بین مولکولی)طول پیوند 0.244 نانومتر.
پتانسیل الکترود استاندارد جفت Ga 3+ /Ga 0.53- ولت است، Ga در سری الکتروشیمیایی قبل از هیدروژن است. (سانتی متر.هیدروژن).
خواص شیمیایی گالیم مشابه آلومینیوم است.
در هوا، Ga با یک فیلم اکسید پوشیده شده است که آن را از اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند. با آرسنیک (سانتی متر.آرسنیک)، فسفر (سانتی متر.فسفر)، آنتیموان (سانتی متر.آنتیموان)آرسنید گالیم، فسفید و آنتیمونید را با گوگرد تشکیل می دهد (سانتی متر.گوگرد)، سلنیوم (سانتی متر.سلنیوم)، تلوریم (سانتی متر.تلوریم)- کالکوژنیدها وقتی گرم می شود، Ga با اکسیژن واکنش می دهد (سانتی متر.اکسیژن). با کلر (سانتی متر.کلر)و برم (سانتی متر.برم)گالیم در تعامل است دمای اتاق، با ید (سانتی متر. IOD)- هنگام گرم شدن هالیدهای گالیوم دیمرهای Ge 2 X 6 را تشکیل می دهند.
گالیم هیدریدهای پلیمری را تشکیل می دهد:
4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl.
پایداری یون ها در سری BH 4 – - AlH 4 – - GaH 4 – کاهش می یابد. یون BH 4 در محلول آبی پایدار است، AlH 4 و GaH 4 به سرعت هیدرولیز می شوند:
GaH 4 – + 4H 2 O = Ga(OH) 3 + OH – + 4H 2
هنگامی که تحت فشار گرم می شود، Ga با آب واکنش می دهد:
2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2
Ga به آرامی با اسیدهای معدنی واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند:
2Ga + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2
گالیم در قلیاها حل می شود و هیدروکسوگالات ها را تشکیل می دهد:
2Ga + 6H 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 2
اکسید گالیوم و هیدروکسید خواص آمفوتریک از خود نشان می دهند، اگرچه خواص اساسی آنها در مقایسه با Al افزایش یافته است:
Ga 2 O 3 + 6HCl = 2GaCl 2،
Ga 2 O 3 + 2 NaOH + 3H 2 O = 2 Na
Ga 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2 NaGaO 2 + CO 2
هنگامی که محلول هر نمک گالیوم قلیایی می شود، هیدروکسید گالیم با ترکیب متغیر Ge 2 O 3 آزاد می شود. ایکس H2O:
Ga(NO 3) 2 + 3 NaOH = Ga(OH) 3 Ї + 3 NaNO 3
هنگامی که Ga(OH) 3 و Ga 2 O 3 در اسیدها حل می شوند، کمپلکس های آبی 3+ تشکیل می شوند، بنابراین، از محلول آبینمک های گالیوم به شکل هیدرات های کریستالی جدا می شوند، به عنوان مثال، کلرید گالیم GaCl 3 6H 2 O، گالیوم پتاسیم آلوم KGa(SO 4) 2 12H 2 O. کمپلکس های آبی گالیوم در محلول ها بی رنگ هستند.
کاربرد
حدود 97 درصد از گالیم تولید شده به صورت صنعتی برای تولید ترکیباتی با خواص نیمه هادی، به عنوان مثال، گالیم آرسنید GaAs استفاده می شود. فلز گالیوم در رادیو الکترونیک برای "لحیم کاری سرد" سرامیک و قطعات فلزی، برای دوپینگ Ge و Si، به دست آوردن آینه های نوری. Ga می تواند جایگزین جیوه در یکسو کننده ها شود جریان الکتریسیته. آلیاژ یوتکتیک گالیم و ایندیم در مدارهای تابشی راکتورها استفاده می شود.
ویژگی های درمان
گالیوم یک عنصر کم سمی است. به دلیل نقطه ذوب پایین، شمش های Ga توصیه می شود در کیسه های پلی اتیلن حمل شوند که توسط گالیم مایع ضعیف خیس می شوند.

فرهنگ لغت دایره المعارفی. 2009 .

مترادف ها:

ببینید "گالیوم" در فرهنگ های دیگر چیست:

فلز، جسم ساده ای که وجود آن توسط مندلیف پیش بینی شده بود و توسط Lecoq de Boubaudran کشف شد. فرهنگ لغت کلمات خارجی، در زبان روسی گنجانده شده است. Chudinov A.N., 1910. گالیوم یک ماده معدنی تجزیه ناپذیر به رنگ آبی-سفید است. جامد،… … فرهنگ لغات واژگان خارجی زبان روسی

- (گالیم)، Ga، عنصر شیمیایی گروه III جدول تناوبی، عدد اتمی 31، جرم اتمی 69.72; فلز. گالیوم توسط شیمیدان فرانسوی P. Lecoq de Boisbaudran در سال 1875 کشف شد. دایره المعارف مدرن

Ga (lat. Gallium * a. gallium؛ n. Gallium؛ f. gallium؛ i. galio)، شیمیایی. عنصر گروه III دوره ای. سیستم مندلیف، در. n 31، در. متر 69.73. از دو ایزوتوپ پایدار 69Ga (61.2٪) و 71Ga (38.8٪) تشکیل شده است. پیش بینی شده در سال 1870 توسط D.I. ... دایره المعارف زمین شناسی

گالیوم- من، ام گالیوم. از لات نام های فرانسه، جایی که در سال 1875 توسط شیمیدان Lecoq de Boisbaudran کشف شد. ES عنصر شیمیایی، نقره قابل ذوب نرم فلز سفید; به جای جیوه برای ساخت گیج های فشار و دمای بالا استفاده می شود... ... فرهنگ لغت تاریخیگالیسیسم های زبان روسی

گالیوم- (گالیم)، Ga، عنصر شیمیایی گروه III جدول تناوبی، عدد اتمی 31، جرم اتمی 69.72; فلز. گالیوم توسط شیمیدان فرانسوی P. Lecoq de Boisbaudran در سال 1875 کشف شد. فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

که 29.76 درجه سانتیگراد است. اگر آن را در کف دست گرم قرار دهید، به تدریج از حالت جامد به مایع تبدیل می شود.

گشتی کوتاه در تاریخ

اسم فلزی که تو دستت ذوب میشه چیه؟ همانطور که در بالا ذکر شد، چنین ماده ای به نام گالیم شناخته می شود. وجود نظری آن در سال 1870 توسط یک دانشمند داخلی، نویسنده جدول عناصر شیمیایی، دیمیتری مندلیف، پیش بینی شد. مبنای پیدایش چنین فرضی مطالعه وی در مورد خواص فلزات متعدد بود. در آن زمان، حتی یک نظریه پرداز نمی توانست تصور کند که فلزی که در دست ها ذوب می شود، در واقعیت وجود دارد.

امکان سنتز یک ماده بسیار قابل ذوب، که ظاهر آن را مندلیف پیش بینی کرده بود، توسط دانشمند فرانسوی امیل لکوک د بویزباودران اثبات شد. او در سال 1875 موفق به جداسازی گالیم از سنگ معدن روی شد. دانشمند در طول آزمایش با این ماده، فلزی به دست آورد که در دستانش ذوب می شود.

مشخص است که Emile Boisbaudran در جداسازی یک عنصر جدید از سنگ معدن روی مشکلات قابل توجهی را تجربه کرد. او در اولین آزمایشات خود توانست تنها 0.1 گرم گالیوم استخراج کند. با این حال، حتی این برای تایید کافی بود دارایی شگفت انگیزمواد

گالیم در کجای طبیعت یافت می شود؟

گالیم یکی از عناصری است که به صورت ذخایر سنگ معدنی وجود ندارد. این ماده در پوسته زمین بسیار پراکنده است. در طبیعت، در مواد معدنی بسیار کمیاب مانند گالیت و زنجیت یافت می شود. در طی آزمایشات آزمایشگاهی، مقدار کمی گالیوم را می توان از سنگ معدن روی، آلومینیوم، ژرمانیوم و آهن جدا کرد. گاهی اوقات در بوکسیت، ذخایر زغال سنگ و سایر ذخایر معدنی یافت می شود.

نحوه بدست آوردن گالیم

در حال حاضر، دانشمندان اغلب این فلز را که در دست ها ذوب می شود، از محلول های آلومینیومی که در طی پردازش آلومینا استخراج می شوند، سنتز می کنند. در نتیجه حذف قسمت عمده آلومینیوم و انجام فرآیند غلظت مکرر فلزات، محلول قلیایی به دست می آید که حاوی نسبت کمی از گالیم است. چنین ماده ای با الکترولیز از محلول جدا می شود.

حوزه های کاربردی

گالیوم هنوز در صنعت کاربرد پیدا نکرده است. همه را سرزنش کنید استفاده گستردهآلومینیوم که دارای خواص مشابه در فرم جامد است. با وجود این، گالیوم مانند یک ماده امیدوارکننده به نظر می رسد زیرا دارای خواص نیمه هادی عالی است. چنین فلزی به طور بالقوه می تواند برای تولید عناصر ترانزیستوری، یکسو کننده های جریان با دمای بالا، پنل های خورشیدی. به نظر می رسد گالیوم یک راه حل عالی برای ساخت پوشش های آینه نوری است که بالاترین بازتاب را دارند.

مانع اصلی استفاده از گالیوم در مقیاس صنعتیهزینه بالای سنتز آن از سنگ معدن و مواد معدنی باقی می ماند. قیمت هر تن چنین فلزی در بازار جهانی بیش از 1.2 میلیون دلار است.

تا به امروز، گالیوم فقط در زمینه پزشکی کاربرد موثری یافته است. این فلز به شکل مایع برای کاهش سرعت تحلیل استخوان در افراد مبتلا به سرطان استفاده می شود. این دارو برای توقف سریع خونریزی در صورت وجود زخم های بسیار عمیق بر روی بدن قربانیان استفاده می شود. در مورد دوم، انسداد رگ های خونی توسط گالیوم منجر به تشکیل لخته خون نمی شود.

همانطور که در بالا ذکر شد، گالیم فلزی است که در دست ها ذوب می شود. از آنجایی که دمای لازم برای تبدیل ماده به حالت مایع کمی بیشتر از 29 درجه سانتیگراد است، کافی است آن را در کف دست خود نگه دارید. بعد از مدتی در ابتدا مواد سختبه معنای واقعی کلمه در مقابل چشمان ما شروع به ذوب شدن خواهد کرد.

یک آزمایش نسبتاً جذاب را می توان با انجماد گالیوم انجام داد. فلز ارائه شده در طول انجماد تمایل به انبساط دارد. برای تجربه جالبکافی است گالیم مایع را در یک ویال شیشه ای قرار دهید. در مرحله بعد باید شروع به خنک کردن ظرف کنید. پس از مدتی، متوجه خواهید شد که چگونه کریستال های فلزی در حباب شروع به تشکیل می کنند. برخلاف رنگ نقره ای که مشخصه ماده در حالت مایع است، رنگ مایل به آبی خواهند داشت. اگر خنک سازی ادامه یابد، گالیم متبلور در نهایت ویال شیشه ای را پاره می کند.

سرانجام

بنابراین ما متوجه شدیم که چه نوع فلزی در دست ذوب می شود. امروزه، گالیوم را می توان در فروش یافت تجربیات خود. با این حال، مواد باید با احتیاط بسیار مورد استفاده قرار گیرند. گالیم جامد یک ماده غیر سمی است. با این حال، تماس طولانی مدت با مواد به شکل مایع می تواند منجر به غیرقابل پیش بینی ترین عواقب سلامتی، از جمله ایست تنفسی، فلج اندام ها و ورود فردی به کما شود.

گالیوم

گالیومیک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 31 است. این عنصر از گروه فلزات سبک است و با علامت "Ga" مشخص می شود. گالیوم در شکل خالصدر طبیعت یافت نمی شود، اما ترکیبات آن به مقدار ناچیزی در سنگ معدن بوکسیت و روی یافت می شود. گالیم فلزی نرم، انعطاف پذیر و نقره ای رنگ است. در دمای پاییندر حالت جامد است، اما در دمایی نه چندان بالاتر از دمای اتاق (29.8 درجه سانتیگراد) ذوب می شود. در ویدئوی زیر می توانید ببینید که چگونه یک قاشق گالیوم در یک فنجان چای داغ ذوب می شود.

1. از زمان کشف عنصر در سال 1875 تا ظهور عصر نیمه هادی ها، گالیوم عمدتاً برای ایجاد آلیاژهای کم ذوب استفاده می شد.

2. در حال حاضر، تمام گالیوم در میکروالکترونیک استفاده می شود.

3. آرسنید گالیم، ترکیب عنصر اصلی مورد استفاده، در مدارهای مایکروویو و کاربردهای مادون قرمز استفاده می شود.

4. نیترید گالیوم کمتر در ایجاد لیزرهای نیمه هادی و ال ای دی در محدوده آبی و فرابنفش استفاده می شود.

5. گالیم چیزی برای علم ندارد نقش بیولوژیکی. اما از آنجایی که ترکیبات گالیوم و نمک‌های آهن در آن رفتار مشابهی دارند سیستم های بیولوژیکی، یون های گالیوم اغلب جایگزین یون های آهن در کاربردهای پزشکی می شوند.

6. در حال حاضر داروهای دارویی و رادیوداروهای حاوی گالیوم ساخته شده است.

علم شیمی

گالیوم شماره 31

زیر گروه گالیوم محتوای هر یک از اعضای این زیر گروه در پوسته زمین در امتداد سری گالیوم (4-10~4٪) - ایندیم (2-10~6) - تالیم (8-10-7) کاهش می یابد. هر سه عنصر به شدت پراکنده هستند و یافتن آنها به شکل کانی های خاصی معمول نیست. برعکس، ناخالصی های جزئی ترکیبات آنها حاوی سنگ معدن بسیاری از فلزات است. Ga، In و Ti از مواد زائد در طول زمان به دست می آیند. فرآوری چنین سنگ معدنی
در حالت آزاد، گالیم، ایندیم و تالیم فلزاتی به رنگ سفید مایل به نقره ای هستند. مهم ترین ثابت های آنها در زیر مقایسه شده است:
Ga In Tl

خواص فیزیکی گالیوم

چگالی، g/cjH3 5.9 7.3 11.9
نقطه ذوب، درجه سانتیگراد. . . 30 157 304
نقطه جوش، درجه سانتیگراد... . 2200 2020 1475
هدایت الکتریکی (Hg = 1). . 2 11 6

با سختی گالیومنزدیک به برتری، In و Ti - حتی نرمتر 6-13.
در هوای خشک، گالیم و ایندیم تغییر نمی کنندو تالیم با یک فیلم اکسید خاکستری پوشیده شده است. هنگامی که گرم می شود، هر سه عنصر با انرژی با اکسیژن و گوگرد ترکیب می شوند. آنها در دماهای معمولی با کلر و برم تعامل دارند، اما با ید تنها زمانی که حرارت داده می شوند. در محدوده ولتاژ اطراف آهن، Ga، In و Ti محلول در اسیدها هستند. 14' 15
ظرفیت طبیعی گالیم و ایندیم سه است. تالیم مشتقاتی می دهد که در آنها سه و یک ظرفیتی است. 18
اکسیدهای گالیم و آنالوگ های آن - سفید Ga 2 O 3، زرد In203 و قهوه ای T1203 - نامحلول در آب هستند - هیدروکسیدهای مربوطه E (OH) 3 (که می توان از نمک ها به دست آورد) رسوبات ژلاتینی هستند که عملاً در آب نامحلول هستند، اما محلول در اسیدها هیدروکسیدهای Ga و In همچنین در محلولهای قلیایی قوی با تشکیل گالاتها و اینداتهای مشابه آلومیناتها محلول هستند. بنابراین ماهیت آنها آمفوتریک است و خواص اسیدی در 1n(OH) 3 کمتر و در Ga(OH) 3 نسبت به Al(OH) 3 بارزتر است. بنابراین، علاوه بر قلیاهای قوی، Ga(OH) 3 در آن محلول است راه حل های قوی NH4OH. برعکس، Ti(OH) 3 قرمز-قهوه ای در قلیاها حل نمی شود.
یون های Ga" و In" بی رنگ هستند، یون Ti" رنگی مایل به زرد دارد. نمک های اکثر اسیدهای تولید شده از آنها در آب بسیار محلول هستند، اما به شدت هیدرولیز می شوند. از نمک های محلول اسیدهای ضعیف، بسیاری از آنها تحت هیدرولیز تقریبا کامل قرار می گیرند. در حالی که مشتقات ظرفیت‌های پایین‌تر Ga و In برای آن‌ها معمولی نیستند، برای تالیم ترکیباتی هستند که در آن‌ها تک ظرفیتی هستند که بیشترین ویژگی را دارند. بنابراین، نمک های T13+ خواص اکسید کننده قابل توجهی دارند.

اکسید تالیم (T120) در نتیجه برهمکنش عناصر در دماهای بالا ایجاد می شود. این یک پودر هیگروسکوپی سیاه رنگ است. با آب، اکسید تالیم هیدرات نیتروژن زرد (T10H) را تشکیل می دهد، که وقتی گرم می شود، به راحتی آب را جدا می کند و به T120 باز می گردد.
هیدرات اکسید تالیم در آب بسیار محلول است و یک پایه قوی است. نمک هایی که تشکیل می دهد بیشتر بی رنگ و
بدون آب متبلور می شود. کلرید، برمید و یدید تقریبا نامحلول هستند، اما برخی از نمک های دیگر در آب محلول هستند. TiOH خودسرانه و اسیدهای ضعیف در اثر هیدرولیز یک واکنش قلیایی در محلول ایجاد می کنند. تحت تأثیر عوامل اکسید کننده قوی (مثلاً آب کلر)، تالیم تک ظرفیتی به تالیم سه ظرفیتی اکسید می شود.57-66
از نظر خواص شیمیایی عناصر و ترکیبات آنها، زیرگروه گالیوم از بسیاری جهات شبیه به زیرگروه ژرمانیوم است، بنابراین، برای Ge و Ga ظرفیت بالاتر پایدارتر است، برای سرب و T1 ویژگی شیمیایی پایین تر هیدروکسیدها. در سری Ge-Sn-Pb و Ga-In-Ti تغییرات مشابهی دارد. با این حال، تفاوت های قابل توجهی نیز بین عناصر هر دو زیر گروه وجود دارد (تا حدی به دلیل ظرفیت های مختلف آنها): ماهیت اسیدی هیدروکسیدهای Ga و آنالوگ های آن بسیار کمتر از عناصر مربوط به زیرگروه ژرمانیوم است 2، فلوراید تالیم بسیار محلول است و غیره.

مکمل های گالیوم

هر سه عضو زیرگروه مورد بررسی با استفاده از یک طیف‌سنجی کشف شدند: 1 تالیوم - در سال 1861، ایندیم - در سال 1863 و گالیوم - در سال 1875. آخرین مورد از این عناصر توسط D.I. Mendeleev 4 سال قبل از کشف آن پیش‌بینی و توصیف شد. 1). گالیم طبیعی از ایزوتوپ هایی با اعداد جرمی 69 (60.2%) و 71 (39.8) تشکیل شده است. indium-113 (4.3) و 115 (95.7); تالیم - 203 (29.5) و 205 (70.5٪).
در حالت پایه، اتم های عناصر زیرگروه گالیوم دارای ساختار لایه های الکترونی بیرونی 4s2 34p (Ga)، 5s25p (In)، 6s26p (Tl) هستند و تک ظرفیتی هستند، i تحریک حالت های سه ظرفیتی به هزینه های 108 (Ga) نیاز دارد. ، 100 (اینچ) یا 129، (Ti ) kcal/g-atom. انرژی های یونیزاسیون متوالی 6.00 است. 20.51; 30.70 برای Ga; 5.785; 18.86; 28.03 برای در: 6.106; 20.42; 29.8 eV برای T1. میل ترکیبی الکترونی اتم تالیوم 12 کیلوکالری بر گرم اتم تخمین زده می شود.
گالیت معدنی کمیاب (CuGaS 2) برای گالیم شناخته شده است. ردپای این عنصر به طور مداوم در سنگ معدن روی یافت می شود. مقادیر قابل توجهی از آن: E (تا 1.5٪) در خاکستر برخی از آنها یافت شد. زغال سنگ سخت. با این حال، مواد اولیه اصلی برای تولید صنعتیگالیم بوکسیت است که معمولاً حاوی ناخالصی های جزئی (تا 0.1٪) است. این ماده با الکترولیز از مایعات قلیایی که محصول واسطه ای از پردازش بوکسیت طبیعی به آلومینا فنی هستند، استخراج می شود. تولید سالانه جهانی گالیوم در حال حاضر تنها چند تن است، اما می توان آن را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
ایندیم عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی در طی فرآوری پیچیده سنگ معدن گوگرد روی، سرب و مس به دست می آید. تولید جهانی سالانه آن به چند ده تن می رسد.
تالیم عمدتاً در پیریت (FeS2) متمرکز شده است. بنابراین لجن حاصل از تولید اسید سولفوریک ماده اولیه مناسبی برای به دست آوردن این عنصر است. تولید سالانه جهانی تالیم کمتر از ایندیم است، اما به ده ها تن نیز می رسد.
برای جداسازی Ga، In و T1 در حالت آزاد، از الکترولیز محلول‌های نمک‌های آن‌ها یا رشته‌ای اکسیدها در جریان هیدروژن استفاده می‌شود. گرمای همجوشی و تبخیر فلزات دارای مقادیر زیر است: 1.3 و 61 (Ga)، 0.8 و 54 (In)، 1.0 و 39 کیلو کالری در گرم اتم (T1). گرمای تصعید آنها (در دمای 25 درجه سانتیگراد) 65 (Ga)، 57 (اینچ) و 43 کیلو کالری بر گرم اتم (T1) است. به صورت جفت، هر سه عنصر تقریباً منحصراً از مولکول های تک اتمی تشکیل شده اند.
شبکه کریستالی گالیم توسط اتم های منفرد (مثل معمول برای فلزات) نیست، بلکه توسط مولکول های دو اتمی (rf = 2.48A) تشکیل می شود. بنابراین یک مورد جالب از همزیستی ساختارهای مولکولی و فلزی را نشان می دهد (بند 8 III). مولکول‌های Ga2 نیز در گالیم مایع حفظ می‌شوند که چگالی آن (6.1 گرم در سانتی‌متر) از چگالی فلز جامد بیشتر است (مشابه با آب و بیسموت). افزایش فشار با کاهش دمای ذوب گالیم همراه است. در فشارهای بالا، علاوه بر اصلاح معمول (گال)، وجود دو شکل دیگر نیز ثابت شده است. نقاط سه گانه (با فاز مایع) برای گال - گال در 12 هزار اتمسفر و 3 درجه سانتیگراد و برای گال - گال در 30 هزار اتمسفر و 45 درجه سانتیگراد قرار دارند.
گالیوم بسیار مستعد هیپوترمی است و می توان آن را در حالت مایع تا 40- درجه سانتی گراد نگه داشت. کریستالیزاسیون سریع مکرر مذاب فوق سرد می تواند به عنوان روشی برای تصفیه گالیم عمل کند. در حالت بسیار خالص (99.999٪)، با پالایش الکترولیتی، و همچنین با کاهش GaCl3 با دقت خالص شده با هیدروژن به دست آمد. نقطه اوججوشیدن و انبساط نسبتاً یکنواخت هنگام گرم شدن، گالیوم را به ماده ای ارزشمند برای پر کردن دماسنج های با دمای بالا تبدیل می کند. علیرغم شباهت خارجی آن به جیوه، حلالیت متقابل هر دو فلز نسبتاً کم است (در محدوده 10 تا 95 درجه سانتیگراد از 2.4 تا 6.1 درصد اتمی برای Ga در جیوه و از 1.3 تا 3.8 درصد اتمی برای جیوه در Ga متغیر است). . بر خلاف جیوه، گالیم مایع حل نمی شود فلزات قلیاییو بسیاری از سطوح غیر فلزی را به خوبی خیس می کند. به طور خاص، این امر در مورد شیشه صدق می کند، با استفاده از گالیوم که می توان آینه هایی را به دست آورد که به شدت نور را منعکس می کنند (با این حال، شواهدی وجود دارد که گالیم بسیار خالص، که ناخالصی های ایندیوم ندارد، شیشه را مرطوب نمی کند). رسوب گالیوم بر روی یک پایه پلاستیکی گاهی اوقات برای تولید سریع مدارهای رادیویی استفاده می شود. آلیاژ 88% Ga و 12% Sn در دمای 15 درجه سانتیگراد ذوب می شود و برخی از آلیاژهای حاوی گالیم دیگر (به عنوان مثال 61.5% Bi، 37.2 - Sn و 1.3 - Ga) برای پر کردن دندان پیشنهاد شده است. آنها حجم خود را با دما تغییر نمی دهند و خوب نگه می دارند. گالیوم همچنین می تواند به عنوان یک درزگیر برای دریچه ها در فناوری خلاء استفاده شود. با این حال، باید در نظر داشت که در دماهای بالا هم نسبت به شیشه و هم به بسیاری از فلزات تهاجمی است.
با توجه به امکان گسترش تولید گالیوم، می شود مشکل واقعیجذب (یعنی تسلط با تمرین) این عنصر و ترکیبات آن که مستلزم آن است کار تحقیقاتیمناطق خود را کشف کنند استفاده منطقی. یک مقاله مروری و تک نگاری در مورد گالیوم وجود دارد.
تراکم پذیری ایندیم کمی بیشتر از آلومینیوم است (در 10 هزار اتمسفر حجم 0.84 حجم اصلی است). با افزایش فشار، مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد (به 0.5 از اصلی در 70 هزار اتمسفر) و دمای ذوب افزایش می یابد (تا 400 درجه سانتی گراد در 65 هزار اتمسفر). میله های فلزی ایندیوم در هنگام خم شدن، مانند چوب های قلع، ترد می شوند. روی کاغذ یک رد تیره باقی می گذارد. یکی از کاربردهای مهم ایندیوم با ساخت یکسو کننده های جریان متناوب ژرمانیوم مرتبط است (X § 6 add. 15). به دلیل ذوب پذیری کم، می تواند به عنوان روان کننده در یاتاقان ها عمل کند.
ورود مقدار کمی از ایندیم به آلیاژهای مس مقاومت آنها را به شدت افزایش می دهد آب دریاو افزودن ایندیم به نقره درخشندگی آن را افزایش داده و از کدر شدن در هوا جلوگیری می کند. افزودن ایندیم استحکام بیشتری به آلیاژهای پرکننده دندان می دهد. پوشش الکترولیتی سایر فلزات با ایندیم به خوبی از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. آلیاژی از ایندیم با قلع (1:1 وزن) شیشه را به خوبی به شیشه یا فلز لحیم می کند و آلیاژ 24% In و 76% Ga در دمای 16 درجه سانتی گراد ذوب می شود. آلیاژ 18.1% In با 41.0 - Bi، 22.1 - Pb، 10.6 - Sn و 8.2 - Cd که در دمای 47 درجه سانتیگراد ذوب می شود، از نظر پزشکی برای شکستگی های پیچیده استخوان (به جای گچ) استفاده می شود. یک تک نگاری در مورد شیمی ایندیم وجود دارد
تراکم پذیری تالیم تقریباً مشابه ایندیوم است، اما دو تغییر آلوتروپیک برای آن شناخته شده است (شش ضلعی و مکعبی) که نقطه گذار بین آنها در دمای 235 درجه سانتیگراد قرار دارد. زیر فشار بالایکی دیگر بوجود می آید نقطه سه گانه هر سه شکل در 37 هزار اتمسفر و 110 درجه سانتیگراد قرار دارد. این فشار مربوط به کاهش ناگهانی تقریباً 1.5 برابری مقاومت الکتریکی فلز است (که در 70 هزار اتمسفر حدود 0.3 برابر طبیعی است). تحت فشار 90 هزار اتمسفر، شکل سوم تالیم در دمای 650 درجه سانتیگراد ذوب می شود.
تالیم عمدتاً برای ساخت آلیاژهایی با قلع و سرب استفاده می شود که مقاومت اسیدی بالایی دارند. به طور خاص، آلیاژی از ترکیب 70% سرب، 20% قلع و قلع و 10% T1 در مقابل عمل مخلوط اسیدهای سولفوریک، هیدروکلریک و نیتریک به خوبی مقاومت می کند. یک تک نگاری در مورد تالیوم وجود دارد.
گالیم و ایندیم فشرده نسبت به آب پایدار هستند و تالیم در مجاورت هوا به آرامی توسط آن از سطح از بین می رود. با اسید نیتریکگالیم فقط به کندی واکنش نشان می دهد، اما تالیم بسیار شدید واکنش می دهد. برعکس، اسید سولفوریک و به ویژه هیدروکلریک به راحتی Ga و In را حل می کند، در حالی که T1 با آنها بسیار کندتر تعامل می کند (به دلیل تشکیل فیلم محافظنمک های کم محلول). محلول های قلیایی قوی به راحتی گالیوم را حل می کنند، روی ایندیم به آرامی عمل می کنند و با تالیم واکنش نمی دهند. گالیم همچنین به طور قابل توجهی در NH4OH حل می شود. ترکیبات فرار هر سه عنصر شعله بی رنگ را در رنگ های مشخص رنگ می کنند: Ga - تقریباً برای چشم نامرئی بنفش تیره (L = 4171 A)، در - آبی تیره (L = 4511 A)، T1 - سبز زمردی (A, = 5351) آ).
گالیوم و ایندیم به نظر سمی نیستند. برعکس، تالیم بسیار سمی است و عملکرد آن شبیه سرب و آسیو است. شگفت زده می کند سیستم عصبی، دستگاه گوارش و کلیه ها. علائم مسمومیت حادبلافاصله ظاهر نمی شود، اما پس از 12-20 ساعت. با به آرامی در حال توسعه مسمومیت مزمن(از جمله از طریق پوست)، در درجه اول هیجان و اختلال خواب مشاهده می شود. در پزشکی از فرآورده های تالیم برای رفع موهای زائد (برای گلسنگ و غیره) استفاده می شود. نمک های تالیم در ترکیبات نورانی به عنوان موادی که مدت درخشش را افزایش می دهند استفاده شده اند. آنها نیز معلوم شد درمان خوبعلیه موش ها و موش ها
در سری ولتاژ، گالیم بین روی و آهن و ایندیم و تالیم بین Fe و Sn قرار دارند. انتقال‌های Ga و In طبق طرح E+3 + Ze = E با پتانسیل‌های نرمال مطابقت دارند: -0.56 و -0.33 V (در محیط اسیدی) یا -1.2 و -1.0 V (در یک محیط قلیایی). تالیم توسط اسیدها به حالت تک ظرفیتی (پتانسیل طبیعی -0.34 V) تبدیل می شود. انتقال T1 + 3 + 2e = T1 + با پتانسیل طبیعی + 1.28 V در یک محیط اسیدی یا +0.02 V در یک محیط قلیایی مشخص می شود.
گرمای تشکیل اکسیدهای E203 گالیوم و آنالوگ های آن در سری های 260 (Ga)، 221 (In) و 93 کیلو کالری در مول (T1) کاهش می یابد. هنگامی که در هوا گرم می شود، گالیم عملا فقط به GaO اکسید می شود. بنابراین Ga2O3 معمولاً با آبگیری Ga(OH)3 بدست می آید. ایندیم، هنگامی که در هوا گرم می شود، In203 را تشکیل می دهد و تالیم مخلوطی از T12O3 و T120 را تشکیل می دهد. محتوای بالااکسید بالاتر، درجه حرارت پایین تر است. تالیم را می توان تا T1203 با اثر ازن اکسید کرد.
حلالیت اکسیدهای E2O3 در اسیدها در طول سری Ga - In - Tl افزایش می یابد. در همان سری، استحکام پیوند عنصر با اکسیژن کاهش می‌یابد: Ga2O3 در دمای 1795 درجه سانتی‌گراد بدون تجزیه ذوب می‌شود، 1n203 تنها بالای 850 درجه سانتی‌گراد به 1n304 تبدیل می‌شود و T1203 ریز خرد شده شروع به جدا کردن اکسیژن در حدود 90 درجه می‌کند. سی. با این حال، دمای بسیار بالاتری برای تبدیل کامل T1203 به T120 مورد نیاز است. تحت فشار بیش از حد اکسیژن، 1p203 در دمای 1910 درجه سانتیگراد ذوب می شود و T1203 در دمای 716 درجه سانتیگراد ذوب می شود.
گرمای هیدراتاسیون اکسیدها طبق طرح E203 + ZH20 = 2E(OH)3 +22 کیلوکالری (Ga)، +1 (In) و -45 (T1) است. بر این اساس، سهولت حذف آب توسط هیدروکسیدها از Ga به T1 افزایش می‌یابد: اگر Ga(OH)3 فقط پس از کلسینه شدن کاملاً از بین برود، T1(OH)3 حتی زمانی که زیر مایعی که از آن می‌ایستد به T1203 تبدیل می‌شود. منزوی شد
هنگام خنثی سازی محلول های اسیدی نمک های گالیوم، هیدروکسید آن تقریباً در محدوده pH = 3-4 رسوب می کند. Ga(OH)3 تازه رسوب شده در محلول های آمونیاک قوی بسیار محلول است، اما با افزایش سن، حلالیت آن بیشتر و بیشتر کاهش می یابد. نقطه ایزوالکتریک آن در pH = 6.8 و PR = 2 10~37 قرار دارد. برای 1n (OH) 3 مشخص شد که PR = 1 10-31 و برای T1 (OH) 3 - 1 10 ~ 45.
برای ثابت های تفکیک دوم و سوم Ga(OH)3 برای انواع اسیدی و بازی، مقادیر زیر تعیین شد:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2"2. S-P / NW = 4 -10 12
بنابراین، هیدروکسید گالیم یک مورد از یک الکترولیت بسیار نزدیک به آمفوتریسیته ایده آل را نشان می دهد.

تفاوت در خواص اسیدی هیدروکسیدهای گالیوم و آنالوگ های آن به وضوح در هنگام تعامل با محلول های قلیایی قوی (NaOH، KOH) آشکار می شود. هیدروکسید گالیوم به آسانی حل می شود و گالات های نوع M را تشکیل می دهد که هم در حالت محلول و هم در حالت جامد پایدار هستند. هنگامی که گرم می شوند، آنها به راحتی آب خود را از دست می دهند (نمک Na در 120، نمک K در دمای 137 درجه سانتی گراد) و به نمک های بی آب مربوطه از نوع MGa02 تبدیل می شوند. گالات های فلزی دو ظرفیتی (Ca, Sr) به دست آمده از محلول ها با نوع دیگری مشخص می شوند - M3 ■ 2H20 که تقریباً نامحلول هستند. آنها به طور کامل توسط آب هیدرولیز می شوند.
هیدروکسید تالیوم به راحتی توسط قلیاهای قوی (با تشکیل یک سل منفی) پپت می شود، اما در آنها نامحلول است و تالات تولید نمی کند. با روش خشک (با ذوب اکسیدها با کربناتهای مربوطه)، مشتقاتی از نوع ME02 برای هر سه عنصر زیرگروه گالیوم به دست آمد. با این حال، در مورد تالیم، معلوم شد که آنها مخلوطی از اکسیدها هستند.
1. شعاع مؤثر یون‌های Ga3+، In3* و T13* به ترتیب 0.62، 0.92 و 1.05 A در یک محیط آبی، ظاهراً مستقیماً توسط شش مولکول آب احاطه شده‌اند. چنین یون های هیدراته تا حدودی بر اساس طرح E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H تفکیک می شوند و ثابت تفکیک آنها 3 ■ 10-3 درجه (Ga) و 2 10-4 (In) تخمین زده می شود. .
2. نمک های هالید Ga3+، In3* و T13*' به طور کلی شبیه نمک های مربوط به A13* هستند. علاوه بر فلورایدها، نه تنها در آب، بلکه در تعدادی از حلال های آلی نیز نسبتاً ذوب شده و بسیار محلول هستند. فقط Gal3 زرد رنگ شده است.
او قانون تناوبی خود را تدوین کرد و جدول تناوبی را تهیه کرد که هنوز بسیاری از فلزات برای علم شناخته نشده بودند.

با این حال، این امر شیمیدان را از ساختن سیستم تناوبی خود باز نمی دارد و سلول های خالی را برای عناصری که هنوز کشف نشده بودند باقی می گذارد. این "نقاط خالی" به زودی پر شد. یکی از این عناصر پیش بینی شده توسط مندلیف امروز مورد بحث قرار خواهد گرفت.

با گالیوم شماره 31 در جدول آشنا شوید. گروه سوم فلزی با ذوب کم است که از نظر خواص مشابه آلومینیوم و سیلیکون است. مندلیف نه تنها خواص این فلز را با جزئیات کافی توصیف کرد، بلکه وزن اتمی آن را نیز با دقتی تقریباً صد درصد نشان داد.

کشف و پیدایش نام

گالیم به عنوان یک ماده ساده توسط شیمیدان فرانسوی پل امیل لکوک د بویزباودران کشف و جدا شد. این اتفاق در سال 1875 رخ داد، زمانی که دانشمند نمونه هایی از مخلوط روی را که از پیرنه آورده شده بود، بررسی کرد. این تحقیق با استفاده از طیف سنجی انجام شد و دانشمند متوجه یک خط ارغوانی در طیف سنگ معدن شد که نشان دهنده وجود عنصر ناشناخته در این کانی است.

جداسازی عنصر به شکل خالص نیاز به کار زیادی داشت، زیرا محتوای آن در سنگ معدن کمتر از 0.1٪ بود. در نهایت Lecoq de Boisbaudran موفق شد کمتر از 0.1 گرم ماده خالص به دست آورد و آن را مورد مطالعه قرار دهد. عنصر کشف شده توسط فرانسوی معلوم شد که از نظر خواص بسیار شبیه روی است.

بر جلسه بعدیدر آکادمی علوم پاریس که در 20 سپتامبر 1875 برگزار شد، نامه ای از Lecoq de Boisbaudran قرائت شد که در آن از کشف یک عنصر جدید و بررسی خواص آن خبر داده شد. این شیمیدان همچنین گزارش داد که به گفته او عنصر تازه کشف شده را به افتخار فرانسه نامگذاری کرده است نام لاتین- گالیا

زمانی که مندلیف گزارش منتشر شده در مورد این کشف را خواند، خاطرنشان کرد که شرح ویژگی‌های عنصر جدید تقریباً دقیقاً با توصیف eka-aluminium که قبلاً پیش‌بینی کرده بود مطابقت دارد. مندلیف در اطلاع رسانی Lecoq de Boisbaudran در این مورد دیر نگذاشت و اشاره کرد که چگالی فلز جدید به اشتباه تعیین شده است و باید 5.9-6.0 باشد و نه 4.7 g/cm3. یک بررسی کامل نشان داد که مندلیف درست می گفت.

استخراج گالیوم

در طبیعت، گالیوم رسوبات بزرگی تشکیل نمی دهد. برخی از مواد معدنی حاوی گالیم در مقادیر نسبتاً زیادی (برای این فلز) هستند: گارنت، اسفالریت، تورمالین، بریل، فلدسپات، نفلین.

غنی ترین منبع گالیوم معدنی ژرمانیت است، سنگ معدنی متشکل از سولفید مس که ممکن است حاوی 0.5-0.7 درصد گالیم باشد. علاوه بر این، گالیوم از فرآوری بوکسیت و نفلین به دست می آید. این فلز را می توان با فرآوری سنگ معدن های چند فلزی و زغال سنگ نیز به دست آورد.

گالیم آلوده با آب شسته می شود، سپس از طریق صفحات متخلخل فیلتر شده و در خلاء حرارت داده می شود تا ناخالصی های فرار حذف شود. برای به دست آوردن گالیوم با خلوص بالا از روش های شیمیایی (واکنش بین نمک ها)، الکتروشیمیایی (الکترولیز محلول ها) و فیزیکی (تجزیه) استفاده می شود.

ذخایری که گالیوم در آنها استخراج می شود عمدتاً در جنوب غربی آفریقا و همچنین در روسیه و برخی از کشورهای مستقل مشترک المنافع قرار دارند.

خواص گالیوم

گالیم فلزی نرم، انعطاف پذیر و نقره ای رنگ است. در دماهای پایین در حالت جامد است، اما در دمای کمی بالاتر از دمای اتاق (29.8 درجه سانتیگراد) ذوب می شود.

به طور کلی دامنه دمایی وسیع وجود حالت مایع این فلز (از 30 تا 2230 درجه سانتی گراد) از ویژگی های گالیم است. خواص شیمیاییگالیوم به خواص آلومینیوم نزدیک است. گالیم به دلیل ذوب پذیری کم، در کیسه های پلاستیکی حمل می شود.

قبل از ظهور نیمه هادی ها، گالیوم برای ایجاد آلیاژهای با ذوب کم استفاده می شد. امروزه گالیوم عمدتاً در میکروالکترونیک به عنوان بخشی از نیمه هادی ها استفاده می شود. نیترید گالیوم در ساخت لیزرهای نیمه هادی و ال ای دی در محدوده آبی و فرابنفش استفاده می شود.

گالیوم یک روان کننده عالی است. چسب های فلزی که از نظر کاربردی بسیار حائز اهمیت هستند بر پایه گالیم و نیکل، گالیوم و اسکاندیم ساخته شده اند. همچنین از فلز گالیوم برای پر کردن دماسنج های کوارتز برای اندازه گیری دماهای بالا استفاده می شود و این فلز جایگزین جیوه می شود. این به دلیل این واقعیت است که گالیم به طور قابل توجهی بیشتر است درجه حرارت بالاجوشش در مقایسه با جیوه

گالیم یکی از بهترین هاست فلزات گران قیمت. بنابراین در سال 2005، یک تن گالیم 1.2 میلیون دلار آمریکا در بازار جهانی هزینه داشت. در ارتباط با او هزینه بالاو با نیاز شدید به این فلز، ایجاد استخراج کامل آن در طول تولید آلومینیوم و فرآوری زغال سنگ به سوخت مایع بسیار مهم است.

این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید:

مقالات مشابه