ГА́ЛЛИЙ
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ГА́ЛЛИЙ (лат. Gallium), Ga, химич. элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) периодич. системы; ат. н. 31, ат. м. 69,723. В природе два стабильных нуклида: 69Ga (60,108% по массе) и 71Ga (39,892%). Г. относится к рассеянным элементам, его содержание в земной коре 1,8·10–3% по массе; минералы Г. галлит и зёнгеит очень редки. Как примесь Г. содержится в рудах алюминия, цинка и др.
Историческая справка
Существование Г. («экаалюминия») предсказал в нач. 1870-х гг. Д. И. Менделеев, он также описал некоторые свойства этого элемента. В 1875 П. Лекок де Буабодран спектральным методом обнаружил Г. в цинковой руде, выделил его в виде металла и некоторых соединений; новый элемент назвал в честь своей родины (от лат. Gallia – Галлия, др.-рим. назв. территории Франции).
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома Г. 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 (координац. число 6). Г. – пластичный металл светло-серый с синеватым оттенком. Существует в виде нескольких полиморфных модификаций; для наиболее устойчивой α-модификации с ромбич. решёткой tпл 29,76 °C, tкип 2204 °C. При 29,6 °C плотность твёрдого Г. 5904 кг/м3, жидкого 6095 кг/м3.
На воздухе на поверхности металлич. Г. образуется оксидная плёнка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. Г. реагирует с галогенами при комнатной темп-ре или при слабом нагревании, образуя тригалогениды (напр., трихлорид галлия GaCl3). При нагревании Г. взаимодействует с кислородом воздуха (образуется оксид Ga2O3), с серой (сульфид Ga2S3), с фосфором (фосфид GaP), с мышьяком (арсенид GaAs), с сурьмой (антимонид GaSb). Металлич. Г. 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 др. восстановителей (при нагревании) можно получить соединения, содержащие Г. в степенях окисления +2 и, реже, +1. Со мн. металлами Г. образует интерметаллич. соединения – галлиды, из которых наибольший интерес представляют Nb3Ga и V3Ga, обладающие сверхпроводящими свойствами, с некоторыми металлами – легкоплавкие сплавы. Для Г. известны разл. галлийорганические соединения.
Получение
Сырьём для произ-ва Г. служат бокситы, некоторые цинковые и др. руды, содержание Г. в которых доходит до 1–2% по массе. Напр., 1 кг Г. можно получить из отходов, образующихся при пром. произ-ве ок. 50 т Al. Г. 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, напр. электролизом. Для получения Г. высокой чистоты используют зонную плавку и направленную кристаллизацию. Объём мирового произ-ва ок. 5·104 кг/год.
Применение
Соединения Г., обладающие полупроводниковыми свойствами (напр., GaP, GaAs, GaSb), находят применение в электронике (изготовление полупроводников и лазерной техники). Для Г. характерен самый большой из всех химич. элементов интервал между темп-рами плавления и кипения (ок. 2200°), поэтому его используют для изготовления высокотемпературных (до 1000 °C) термометров. Синтетич. гадолиний-галлиевый гранат используют в качестве лазерного материала и подложек для эпитаксиальных плёнок, сплавы Г. – для изготовления предохранителей противопожарных устройств.