Га́ллий (лат. Gallium, от лат. Gallia – Галлия), Ga, химический элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 31, атомная масса 69,723. В природе два стабильных нуклида: ⁶⁹Ga (60,108 % по массе) и ⁷¹Ga (39,892 %). Галлий относится к рассеянным элементам, его содержание в земной коре 1,8·10^–3 % по массе; минералы галлия галлит и зёнгеит очень редки. Как примесь галлий содержится в рудах алюминия, цинка и др.

Историческая справка

Существование галлия («экаалюминия») предсказал в начале 1870-х гг. Д. И. Менделеев, он также описал некоторые свойства этого элемента. В 1875 г. П.-Э. Лекок де Буабодран спектральным методом обнаружил галлий в цинковой руде, выделил его в виде металла и некоторых соединений; новый элемент назвал в честь своей родины Галлия (древне-римское название территории Франции).Образец галлия.Образец галлия.

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома галлия 4s²4p¹; в соединениях проявляет степень окисления +3, редко +1 и +2; электроотрицательность по Полингу 1,81; атомный радиус 136 пм, радиус иона Ga³⁺ 76 пм (координационное число 6). Галлий – пластичный металл, светло-серый с синеватым оттенком. Существует в виде нескольких полиморфных модификаций; для наиболее устойчивой $\alpha$-модификации с ромбической решёткой t_пл 29,76 °C, t_кип 2204 °C. При 29,6 °C плотность твёрдого галлия 5904 кг/м³, жидкого 6095 кг/м³.

На воздухе на поверхности металлического галлия образуется оксидная плёнка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. Галлий реагирует с галогенами при комнатной температуре или при слабом нагревании, образуя тригалогениды (например, трихлорид галлия GaCl₃). При нагревании галлий взаимодействует с кислородом воздуха (образуется оксид Ga₂O₃), с серой (сульфид Ga₂S₃), с фосфором (фосфид GaP), с мышьяком (арсенид GaAs), с сурьмой (антимонид GaSb). Металлический галлий активно реагирует с разбавленными кислотами с выделением водорода. Оксид Ga₂O₃ и гидроксид Ga(OH)₃ амфотерны и реагируют с кислотами и щелочами. При взаимодействии Ga(OH)₃ с растворами щелочей образуются соли – галлаты. При действии на Ga₂O₃ водорода и других восстановителей (при нагревании) можно получить соединения, содержащие галлий в степенях окисления +2 и, реже, +1. Со многими металлами галлий образует интерметаллические соединения – галлиды, из которых наибольший интерес представляют Nb₃Ga и V₃Ga, обладающие сверхпроводящими свойствами, с некоторыми металлами – легкоплавкие сплавы. Для галлия известны различные галлийорганические соединения.

Получение

Сырьём для производства галлия служат бокситы, некоторые цинковые и другие руды, содержание галлия в которых доходит до 1–2 % по массе. Например, 1 кг галлия можно получить из отходов, образующихся при промышленном производстве около 50 т алюминия. Галлий выделяют из растворов (в которых Ga концентрируется после выделения Al) электролизом на ртутном катоде. Образовавшуюся при этом амальгаму Na и Ga разлагают водой и из полученного раствора извлекают Ga, например электролизом. Для получения галлия высокой чистоты используют зонную плавку и направленную кристаллизацию. Объём мирового производства около 43·10⁴ кг/год (2021).

Применение

Соединения галлия, обладающие полупроводниковыми свойствами (например, GaP, GaAs, GaSb), находят применение в электронике (изготовление полупроводников и лазерной техники). Для галлия характерен самый большой из всех химических элементов интервал между температурами плавления и кипения (около 2200 °C), поэтому его используют для изготовления высокотемпературных (до 1000 °C) термометров. Синтетический гадолиний-галлиевый гранат используют в качестве лазерного материала и подложек для эпитаксиальных плёнок, сплавы галлия – для изготовления предохранителей противопожарных устройств.