ГА́ЛЛИЙ

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 t_пл 29,76 °C, t_кип 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.