Kemija

Galij #31

podskupina galija. Sadržaj svakog od članova ove podskupine u zemljinoj kori u nizu galij (4-10~4%) - indij (2-10~6) - talij (8-10-7) se smanjuje. Sva tri "elementa su izrazito raspršena, a to što su u obliku određenih minerala za njih nije tipično. Naprotiv, manje nečistoće u njihovim spojevima sadrže rude mnogih metala. Ga, In i Ti dobivaju se iz otpada tijekom prerade takve rude.
U slobodnom stanju, galij, indij i talij su srebrno-bijeli metali. Njihove najvažnije konstante uspoređuju se u nastavku:
Ga U Tl

Fizička svojstva galija

Gustoća, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Talište, °S. . . 30 157 304
Vrelište, °S... . 2200 2020 1475
Električna vodljivost (Hg = 1) . . 2 11 6

Po tvrdoći galij blizu olova, In i Ti - još mekše 6-13.
Galij i indij se ne mijenjaju na suhom zraku, a talij je prekriven sivim filmom oksida. Kada se zagrije, sva tri elementa snažno se spajaju s kisikom i sumporom. Oni stupaju u interakciju s klorom i bromom već na uobičajenim temperaturama, s jodom tek kada se zagrijavaju. Smješten u nizu napona u blizini željeza, Ga, In i Ti su topljivi u kiselinama.14 '15
Uobičajena valencija galija i indija je tri. Talij daje derivate u kojima je tro- i jednovalentan. osamnaest
Oksidi galija i njegovih analoga - bijeli Ga 2 O 3, žuti 1p203 i smeđi T1203 - su netopivi u vodi - odgovarajući hidroksidi E (OH) 3 (koji se mogu dobiti iz soli) su želatinozni sedimenti, praktički netopivi u vodi, ali topiv u kiselinama. Bijeli hidroksidi Ga i In također su topljivi u otopinama jakih lužina uz stvaranje galata i indata sličnih aluminatima. Stoga imaju amfoterni karakter, a kisela svojstva su manje izražena u 1p(OH) 3, a jača u Ga(OH) 3 nego u Al(OH) 3 . Dakle, osim jakih lužina, Ga (OH) 3 je topiv u jakim otopinama NH 4 OH. Naprotiv, crveno-smeđi Ti(OH) 3 se ne otapa u lužinama.
Ga"" i In" ioni su bezbojni, Ti" ion ima žućkastu boju. Soli većine kiselina proizvedenih iz njih su vrlo topljive u vodi, ali su visoko hidrolizirane; Od topljivih soli slabih kiselina mnoge prolaze gotovo potpunu hidrolizu. Dok za njih nisu tipični derivati ​​nižih valencija Ga i In, za talij su najkarakterističniji upravo oni spojevi u kojima je jednovalentan. Stoga soli T13+ imaju izrazito izražena oksidacijska svojstva.

Talijev oksid (T120) nastaje kao rezultat međudjelovanja elemenata pri visokim temperaturama. To je crni higroskopni prah. S vodom talijev oksid tvori žuti dušikov oksid (T10H), koji kada se zagrije, lako odvaja vodu i vraća se u T120.
Talijev oksid hidrat je vrlo topiv u vodi i jaka je baza. Soli koje stvara uglavnom su bezbojne i
kristalizirati bez vode. Klorid, bromid i jodid su gotovo netopivi, ali neke druge soli su topljive u vodi. Proizvoljni TiOH i slabe kiseline zbog hidrolize daju alkalnu reakciju u otopini. Pod djelovanjem jakih oksidacijskih sredstava (npr. klor vode) jednovalentni talij oksidira se u trovalentni.57-66
Što se tiče kemijskih svojstava elemenata i njihovih spojeva, podskupina galija je u mnogočemu slična podskupini germanija. Dakle, za Ge i Ga je veća valencija stabilnija, za Pb i T1 niža, kemijska priroda hidroksida u nizu Ge-Sn-Pb i Ga-In-Ti mijenja iste vrste. Ponekad se dodatno pojavljuju suptilnije "obilježja sličnosti, na primjer, niska topljivost halogenih (Cl, Br, I) soli i Pbn i Ti. Uz sve to, postoje značajne razlike između elemenata obje podskupine (djelomično zbog njihove različite valencije): kisela priroda hidroksida Ga i njegovih analoga puno je manje izražena od one odgovarajućih elemenata. podskupine germanija, za razliku od PbF 2, talijev fluorid je vrlo topiv itd.

Dodatak galija

1. Sva tri člana razmatrane podskupine otkrivena su spektroskopom: 1 talij - 1861., indij - 1863. i galij - 1875. Posljednji od ovih elemenata predvidio je i opisao D. I. Mendeljejev 4 godine prije otkrića (VI § 1). Prirodni galij se sastoji od izotopa s masenim brojevima 69 (60,2%) i 71 (39,8); indij-113 (4,3) i 115 (95,7); talij - 203 (29,5) i 205 (70,5%).
2. U osnovnom stanju atomi elemenata podskupine galija imaju strukturu vanjskih elektronskih ljuski 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) i univalentni su, i ) kcal/g-atom. Sukcesivne energije ionizacije su 6,00; 20,51; 30,70 za Ga; 5,785; 18,86; 28,03 za In: 6,106; 20,42; 29,8 eV za T1. Afinitet atoma talija prema elektronu procjenjuje se na 12 kcal/g-atoma.
3. Za galij je poznat rijedak mineral galit (CuGaS 2). Tragovi ovog elementa stalno se nalaze u rudama cinka. Značajno velike količine njega: E (do 1,5%) pronađene su u pepelu nekih kamenih ugljena. Međutim, glavna sirovina za industrijsku proizvodnju galija je boksit, koji obično sadrži manje nečistoće (do 0,1%). Ekstrahira se elektrolizom iz alkalnih tekućina, koje su međuproizvod prerade prirodnog boksita u komercijalnu glinicu. Veličina godišnje svjetske proizvodnje galija još uvijek se procjenjuje na nekoliko tona, ali se može značajno povećati.
4. Indij se dobiva uglavnom kao nusproizvod u složenoj preradi sumpornih ruda Zn, Pb i Cu. Njegova godišnja svjetska proizvodnja iznosi nekoliko desetaka tona.
5. Talij je koncentriran uglavnom u piritu (FeS2). Stoga je mulj proizvodnje sumporne kiseline dobra sirovina za dobivanje ovog elementa. Godišnja svjetska proizvodnja talija manja je od one u Indiji, ali se također kreće u desecima tona.
6. Za izolaciju Ga, In i T1 u slobodnom stanju koristi se ili elektroliza otopina njihovih soli ili žarenje oksida u struji vodika. Topline taljenja i isparavanja metala imaju sljedeće vrijednosti: 1,3 i 61 (Ga), 0,8 i 54 (In), 1,0 i 39 kcal/g-atom (T1). Topline njihove sublimacije (na 25°C) su 65 (Ga), 57 (In) i 43 kcal/g-atom (T1). U parovima, sva tri elementa sastavljena su gotovo isključivo od jednoatomskih molekula.
7. Kristalnu rešetku galija ne tvore pojedinačni atomi (kao što je uobičajeno za metale), već dvoatomske molekule (rf = 2,48A). Stoga je zanimljiv slučaj koegzistencije molekularnih i metalnih struktura (III § 8). Molekule Ga2 također su očuvane u tekućem galiju, čija je gustoća (6,1 g/cm) veća od gustoće čvrstog metala (analogija s vodom i bizmutom). Povećanje tlaka popraćeno je smanjenjem tališta galija. Pri visokim tlakovima, osim uobičajene modifikacije (Gal), utvrđeno je postojanje još dvaju njegovih oblika. Trostruke točke (s tekućom fazom) leže za Gal - Gall na 12 tisuća atm i 3 °C, a za Gall - Gall - na 30 tisuća atm i 45 °C.
8. Galij je vrlo sklon hipotermiji, te ga je bilo moguće držati u tekućem stanju do -40°C. Ponavljano ponavljanje brze kristalizacije prehlađene taline može poslužiti kao metoda za pročišćavanje galija. U vrlo čistom stanju (99,999%) dobiven je i elektrolitičkim rafiniranjem, kao i redukcijom vodikom pažljivo pročišćenog GaCl3. Visoka točka vrelišta i prilično ujednačeno širenje pri zagrijavanju čine galij vrijednim materijalom za punjenje visokotemperaturnih termometara. Unatoč vanjskoj sličnosti sa živom, međusobna topljivost oba metala je relativno niska (u rasponu od 10 do 95 °C, varira od 2,4 do 6,1 atomski posto za Ga u Hg i od 1,3 do 3,8 atomskih posto za Hg do Ga ). Za razliku od žive, tekući galij ne otapa alkalijske metale i dobro vlaži mnoge nemetalne površine. To se posebno odnosi na staklo, primjenom galija na koje se mogu dobiti zrcala koja snažno reflektiraju svjetlost (međutim, postoji naznaka da vrlo čisti galij, koji ne sadrži nečistoće indija, ne vlaži staklo). Taloženje galija na plastičnu podlogu ponekad se koristi za brzo dobivanje radio krugova. Legura od 88% Ga i 12% Sn se topi na 15°C, a za zubne ispune predložene su neke druge legure koje sadrže galij (npr. 61,5% Bi, 37,2% Sn i 1,3% Ga). Ne mijenjaju svoj volumen s temperaturom i dobro se drže. Galij se također može koristiti kao brtva ventila u vakuumskoj tehnologiji. No, treba imati na umu da je pri visokim temperaturama agresivan i prema staklu i prema mnogim metalima.
9. U vezi s mogućnošću proširenja proizvodnje galija, postaje hitan problem asimilacije (tj. vježbom ovladavanja) ovog elementa i njegovih spojeva, što zahtijeva istraživanje kako bi se pronašla područja za njihovu racionalnu upotrebu. Postoji pregledni članak i monografije o galiju.
10. Kompresibilnost indija je nešto veća od one u aluminija (na 10 tisuća atm, volumen je 0,84 od izvornika). S povećanjem tlaka, njegov električni otpor se smanjuje (do 0,5 početne vrijednosti na 70 000 atm), a točka tališta raste (do 400°C na 65 000 atm). Štapići od metalnog indija hrskaju kada se savijaju, poput kositra. Na papiru ostavlja tamnu crtu. Važna upotreba indija povezana je s proizvodnjom germanijevih izmjeničnih ispravljača (X § 6 dop. 15). Zbog svoje topljivosti može igrati ulogu maziva u ležajevima.
11. Uvođenje male količine indija u bakrene legure uvelike povećava njihovu otpornost na morsku vodu, a dodavanje indija srebru pojačava njezin sjaj i sprječava tamnjenje na zraku. Dodatak indija daje legure za zubne ispune povećanu čvrstoću. Elektrolitička prevlaka indija drugih metala dobro ih štiti od korozije. Legura indija s kositrom (1:1 po masi) dobro lemi staklo sa staklom ili metalom, a legura od 24% In i 76% Ga se topi na 16°C. Legura koja se topi na 47 °C 18,1% In s 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn i 8,2 - Cd nalazi medicinsku primjenu u složenim prijelomima kostiju (umjesto gipsa). Postoji monografija o hemiji indija
12. Kompresibilnost talija je približno jednaka indiju, ali su za njega poznate dvije alotropske modifikacije (heksagonalna i kubična), prijelazna točka između kojih leži na 235 ° C. Pod visokim pritiskom nastaje još jedan. Trostruka točka sva tri oblika leži na 37 tisuća atm i 110°C. Taj tlak odgovara naglom smanjenju električnog otpora metala za oko 1,5 puta (što je na 70 tisuća atm oko 0,3 od uobičajenog). Pod pritiskom od 90 000 atm, treći oblik talija se topi na 650°C.
13. Talij se uglavnom koristi za proizvodnju legura s kositrom i olovom, koje imaju visoku kiselinsku otpornost. Konkretno, sastav legure od 70% Pb, 20% Sn i 10% T1 dobro podnosi djelovanje smjesa sumporne, klorovodične i dušične kiseline. Postoji monografija o taliju.
14. S obzirom na vodu, galij i kompaktni indij su stabilni, dok se talij u prisutnosti zraka njime polako uništava s površine. Galij s dušičnom kiselinom reagira samo sporo, dok talij reagira vrlo snažno. Naprotiv, sumporna, a posebno klorovodična kiselina lako otapa Ga i In, dok T1 s njima komunicira mnogo sporije (zbog stvaranja zaštitnog filma teško topljivih soli na površini). Otopine jakih lužina lako otapaju galij, na indij djeluju samo sporo i ne reagiraju s talijem. Galij se također primjetno otapa u NH4OH. Hlapljivi spojevi sva tri elementa boje bezbojni plamen u karakterističnim bojama: Ga - u tamnoljubičastu (L. \u003d 4171 A), gotovo neprimjetan za oko, In - u tamnoplavu (L, \u003d 4511 A), T1 - u smaragdno zelenoj boji (A, \u003d \u003d 5351 A).
15. Čini se da galij i indij nisu otrovni. Naprotiv, talij je vrlo toksičan, a po prirodi djelovanja sličan je Pb i As. Utječe na živčani sustav, probavni trakt i bubrege. Simptomi akutnog trovanja ne pojavljuju se odmah, već nakon 12-20 sati. S polagano razvijajućim kroničnim trovanjem (uključujući i kroz kožu), prvenstveno se opaža uzbuđenje i poremećaj sna. U medicini se pripravci talija koriste za uklanjanje dlačica (kod lišajeva i sl.). Talijeve soli našle su primjenu u svjetlećim sastavima kao tvari koje povećavaju trajanje sjaja. Pokazali su se i kao dobar lijek za miševe i štakore.
16. U nizu napona, galij se nalazi između Zn i Fe, dok su indij i talij između Fe i Sn. Prijelazi Ga i In prema shemi E + 3 + Ze = E odgovaraju normalnim potencijalima: -0,56 i -0,33 V (u kiseloj sredini) ili -1,2 i -1,0 V (u alkalnoj sredini). Talij se pomoću kiselina pretvara u jednovalentno stanje (normalni potencijal -0,34 V). Prijelaz T1 + 3 + 2e \u003d T1 + karakterizira normalni potencijal od + 1,28 V u kiseloj sredini ili + 0,02 V - u alkalnoj.
17. Topline stvaranja E203 oksida galija i njegovih analoga smanjuju se nizom 260 (Ga), 221 (In) i 93 kcal/mol (T1). Kada se zagrijava na zraku, galij se praktički oksidira samo u GaO. Stoga se Ga203 obično dobiva dehidracijom Ga (OH) h. Indij, kada se zagrijava na zraku, tvori In2O3, a talij mješavinu T12O3 i T120, pri čemu što je veći sadržaj višeg oksida, to je niža temperatura. Do T1203, talij se može oksidirati djelovanjem ozona.
18. Topljivost E2O3 oksida u kiselinama raste duž niza Ga - In - Tl. U istoj seriji smanjuje se snaga veze između elementa i kisika: Ga2O3 se topi na 1795°C bez raspadanja, ln203 se pretvara u ln304 tek iznad 850°C, a fino podijeljeni T1203 počinje odvajati kisik već na oko 90° C. Međutim, za potpunu pretvorbu T1203 u T120 potrebne su mnogo više temperature. Pod suvišnim tlakom kisika, In203 se topi na 1910°C, dok se T1203 topi na 716°C.
19. Topline hidratacije oksida prema shemi E2O3 + ZH20 = 2E(OH)3 su +22 kcal (Ga), +1 (In) i -45 (T1). U skladu s tim, lakoća odvajanja vode hidroksidima raste od Ga do T1: ako je Ga(OH)3 potpuno dehidriran tek nakon kalcinacije, tada T1(OH)3 prelazi u T1203 čak i kada stoji ispod tekućine iz koje se bio izoliran.
20. Kada se neutraliziraju kisele otopine galijevih soli, njegov hidroksid se taloži približno u rasponu pH = 3-4. Svježe istaloženi Ga(OH)3 vrlo je topiv u jakim otopinama amonijaka, no kako stari, topljivost sve više opada. Njegova izoelektrična točka je pri pH = 6,8, a PR = 2 10~37. Za lp(OH)3 nađen je PR = 1 10-31, a za T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Za drugu i treću konstantu disocijacije Ga(OH)3 određene su sljedeće vrijednosti prema kiselom i bazičnom tipu:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. Yu-P / Nz \u003d 4 -10 12
Dakle, galijev hidroksid je elektrolit koji je vrlo blizu idealnoj amfoternosti.

1. Razlika u kiselinskim svojstvima galijevih hidroksida i njegovih analoga jasno se očituje kada su u interakciji s otopinama jakih lužina (NaOH, KOH). Galijev hidroksid se lako otapa i tvori galate tipa M, koji su stabilni i u otopini i u čvrstom stanju. Kada se zagrijavaju, lako gube vodu (Na sol - na 120, K sol - na 137 ° C) i prelaze u odgovarajuće bezvodne soli tipa MGa02. Dvovalentne metale (Ca, Sr) dobivene iz otopina galata karakterizira još jedna vrsta - M3 ■ 2H20, koji su također gotovo netopivi. Oni su potpuno hidrolizirani vodom.
   Talijev hidroksid se lako peptizira jakim lužinama (uz stvaranje negativnog sola), ali je u njima netopiv i ne daje talate. Suhim putem (fuzijom oksida s odgovarajućim karbonatima) dobiveni su derivati ​​tipa ME02 za sva tri elementa podskupine galija. Međutim, u slučaju talija, pokazalo se da su mješavine oksida.
   1. Efektivni polumjeri iona Ga3+, In3* i T13* su 0,62, 0,92 i 1,05 A. U vodenom mediju očito su izravno okruženi sa šest molekula vode. Takvi hidratizirani ioni donekle su disocirani prema shemi E(OH2)a T * E (OH2)5 OH + H, a njihove konstante disocijacije procjenjuju se na 3 ■ 10-3°(Ga) i 2 10-4 (In) .
   2. Halogenidne soli Ga3+, In3* i T13*' općenito su slične odgovarajućim solima A13*. Osim fluorida, relativno su topljivi i lako topljivi ne samo u vodi, već i u brojnim organskim otapalima. Od njih su obojeni samo žuti Gal3

   Kemijski element galij praktički se ne nalazi u prirodi u slobodnom obliku. Postoji u nečistoćama minerala od kojih ga je teško odvojiti. Galij se smatra rijetkom tvari, neka njegova svojstva nisu u potpunosti shvaćena. Međutim, koristi se u medicini i elektronici. Što je ovaj element? Koja svojstva ima?

   Galij - metal ili nemetal?

   Element pripada trinaestoj skupini četvrtog razdoblja. Ime je dobio po povijesnoj regiji - Galiji, čiji je dio bila Francuska - rodnom mjestu otkrivača elementa. Za označavanje se koristi simbol Ga.

   Galij je uvršten u skupinu lakih metala uz aluminij, indij, germanij, kositar, antimon i druge elemente. Kao jednostavna tvar, krhka je i mekana, ima srebrno-bijelu boju s blagom plavkastom nijansom.

   Povijest otkrića

   Mendeljejev je "predvidio" galij, ostavljajući mu mjesto u trećoj skupini periodnog sustava (prema zastarjelom sustavu). Ugrubo je nazvao njegovu atomsku masu i čak predvidio da će element biti otkriven spektroskopski.

   Nekoliko godina kasnije, metal je otkrio Francuz Paul Emile Lecoq. U kolovozu 1875. znanstvenik je proučavao spektar iz ležišta u Pirinejima i primijetio nove ljubičaste linije. Element je dobio ime galij. Njegov sadržaj u mineralu bio je iznimno mali i Lecoq je uspio izolirati samo 0,1 gram. Otkriće metala bila je jedna od potvrda ispravnosti Mendeljejevljevog predviđanja.

   

   Fizička svojstva

   Metalni galij je vrlo duktilan i topljiv. Pri niskim temperaturama je u čvrstom stanju. Za pretvaranje u tekućinu dovoljna je temperatura od 29,76 Celzijevih stupnjeva ili 302,93 Calvina. Možete ga otopiti tako da ga držite u ruci ili upustite u vruću tekućinu. Previsoke temperature čine ga vrlo agresivnim: na 500 stupnjeva Celzija i više, sposoban je korodirati druge metale.

   Kristalnu rešetku galija čine dvoatomske molekule. Vrlo su stabilni, ali slabo međusobno povezani. Za raskid njihove veze potrebno je vrlo malo energije, pa galij bez poteškoća postaje tekući. Pet puta je topljiviji od indija.

   U tekućem stanju metal je gušći i teži nego u čvrstom stanju. Osim toga, bolje provodi struju. U normalnim uvjetima, njegova gustoća je 5,91 g/cm³. Metal vrije na -2230 stupnjeva Celzija. Kada se skrući, širi se za približno 3,2%.

   

   Kemijska svojstva

   Po mnogim kemijskim svojstvima galij je sličan aluminiju, ali pokazuje manju aktivnost i reakcije s njim su sporije. Ne reagira sa zrakom, trenutno stvara oksidni film koji sprječava njegovu oksidaciju. Ne reagira na vodik, bor, silicij, dušik i ugljik.

   Metal dobro komunicira s gotovo svim halogenima. S jodom reagira samo kada se zagrije, s klorom i bromom reagira čak i na sobnoj temperaturi. U vrućoj vodi počinje istiskivati ​​vodik, stvara soli s mineralnim kiselinama, a također oslobađa vodik.

   S drugim metalima, galij može tvoriti amalgame. Ako tekući galij ispusti na čvrsti komad aluminija, on će početi prodirati u njega. Prodirući u kristalnu rešetku aluminija, tekuća tvar će je učiniti krhkom. U roku od nekoliko dana, čvrsta metalna šipka može se zgnječiti rukom, bez puno truda.

   Primjena

   U medicini se metalni galij koristi u borbi protiv tumora i hiperkalcemije, pogodan je i za radioizotopnu dijagnostiku raka kostiju. Međutim, pripravci koji sadrže tu tvar mogu uzrokovati nuspojave kao što su mučnina i povraćanje.

   Metalni galij se također koristi u mikrovalnoj elektronici. Koristi se za proizvodnju poluvodiča i LED dioda, kao piezo materijal. Metalna ljepila dobivaju se od legure galija sa skandijem ili niklom. U leguri s plutonijem igra ulogu stabilizatora i koristi se u nuklearnim bombama.

   Naočale s ovim metalom imaju visok indeks loma, a njegov oksid Ga 2 O 3 omogućuje staklu propuštanje infracrvenih zraka. Čisti galij se može koristiti za izradu jednostavnih ogledala, jer dobro reflektira svjetlost.

   

   Rasprostranjenost i depoziti galija

   Gdje nabaviti galij? Metal se lako može naručiti putem interneta. Njegova cijena kreće se od 115 do 360 dolara po kilogramu. Metal se smatra rijetkim, vrlo je raspršen u zemljinoj kori i praktički ne stvara svoje minerale. Od 1956. godine sva tri su pronađena.

   Često se galij nalazi u sastavu cinka, željeza, njegove nečistoće se nalaze u ugljenu, berilu, granatu, magnetitu, turmalinu, feldspatu, kloritima i drugim mineralima. U prosjeku, njegov sadržaj u prirodi iznosi oko 19 g/t.

   

   Najviše galija nalazi se u tvarima koje su mu po sastavu bliske. Zbog toga ih je teško i skupo izdvojiti. Vlastiti mineral metala naziva se galit s formulom CuGaS 2 . Također sadrži bakar i sumpor.

   Utjecaj na osobu

   Malo se zna o biološkoj ulozi metala i njegovim učincima na ljudsko tijelo. U periodnom sustavu nalazi se uz elemente koji su nam vitalni (aluminij, željezo, cink, krom). Postoji mišljenje da je galij, kao ultramikroelement, dio krvi, ubrzavajući njezin protok i sprječavajući stvaranje krvnih ugrušaka.

   Na ovaj ili onaj način, mala količina tvari sadržana je u ljudskom tijelu (10 -6 - 10 -5%). Galij u njega ulazi zajedno s vodom i poljoprivrednom hranom. Zadržava se u koštanom tkivu i jetri.

   Metalni galij smatra se niskotoksičnim ili uvjetno otrovnim. U dodiru s kožom na njoj ostaju sitne čestice. Izgleda kao siva prljava mrlja koja se lako uklanja vodom. Tvar ne ostavlja opekline, ali u nekim slučajevima može uzrokovati dermatitis. Poznato je da visok sadržaj galija u tijelu uzrokuje poremećaje u jetri, bubrezima i živčanom sustavu, no za to je potrebna vrlo velika količina metala.

   Galij(lat. Gallium), Ga, kemijski element grupe III periodnog sustava D. I. Mendeljejeva, redni broj 31, atomska masa 69,72; srebrnobijeli meki metal. Sastoji se od dva stabilna izotopa s masenim brojevima 69 (60,5%) i 71 (39,5%).

   Postojanje Galija ("ekaaluminij") i njegova glavna svojstva predvidio je 1870. D. I. Mendeljejev. Element je otkriven spektralnom analizom u pirinejskoj cinkovoj mješavini, a izolirao ga je 1875. francuski kemičar P. E. Lecoq de Boisbaudran; nazvan po Francuskoj (lat. Gallia). Točna podudarnost svojstava Galija s onima predviđenim bio je prvi trijumf periodnog sustava.

   Prosječni sadržaj galija u zemljinoj kori je relativno visok, 1,5·10 -3 mas. %, što je jednako sadržaju olova i molibdena. Galij je tipičan element u tragovima. Jedini galijev mineral, CuGaS 2 galit, vrlo je rijedak. Geokemija galija usko je povezana s geokemijom aluminija, što je posljedica sličnosti njihovih fizikalno-kemijskih svojstava. Glavni dio galija u litosferi je zatvoren u aluminijskim mineralima. Sadržaj galija u boksitu i nefelinu kreće se od 0,002 do 0,01%. Povišene koncentracije galija uočene su i u sfaleritima (0,01-0,02%), u kamenom ugljenu (zajedno s germanijem), te u nekim željeznim rudama.

   Fizička svojstva galija. Galij ima rombičnu (pseudotetragonalnu) rešetku s parametrima a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Gustoća (g / cm 3) čvrstog metala 5,904 (20 ° C), tekućine 6,095 (29,8 ° C), to jest, tijekom skrućivanja, volumen galija se povećava; t pl 29,8°C, t bp 2230°C. Posebnost galija je veliki raspon tekućeg stanja (2200°C) i nizak tlak pare na temperaturama do 1100-1200°C. Specifični toplinski kapacitet čvrstog galija je 376,7 J/(kg K), tj. 0,09 cal/(g deg) u rasponu od 0-24°C, tekućine 410 j/(kg K), tj. 0,098 cal/ (g stupnjeva) u rasponu od 29-100°C. Električna otpornost (ohm cm) čvrstog galija 53,4 10 -6 (0°C), tekućeg 27,2 10 -6 (30°C). Viskoznost (poise \u003d 0,1 n sec / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), površinska napetost 0,735 n / m (735 dyn / cm) (30 ° C u atmosferi H 2) . Koeficijenti refleksije za valne duljine od 4360Å i 5890Å su 75,6% odnosno 71,3%. Presjek hvatanja toplinskih neutrona je 2,71 barna (2,7 10 -28 m 2).

   Kemijska svojstva galija. Galij je stabilan na zraku na uobičajenim temperaturama. Iznad 260°C u suhom kisiku, uočava se spora oksidacija (oksidni film štiti metal). U sumpornoj i klorovodičnoj kiselini galij se sporo otapa, u fluorovodičnoj kiselini - brzo, u dušičnoj kiselini na hladnoći, galij je stabilan. Galij se polako otapa u vrućim otopinama lužina. Klor i brom reagiraju s galijem na hladnom, jod - kada se zagrijava. Otopljeni galij na temperaturama iznad 300 ° C stupa u interakciju sa svim strukturnim metalima i legurama.

   Najstabilniji trovalentni spojevi Galija, koji su u mnogočemu slični po svojstvima kemijskim spojevima aluminija. Osim toga, poznati su mono- i dvovalentni spojevi. Najviši oksid Ga 2 O 3 je bijela tvar, netopiva u vodi. Odgovarajući hidroksid precipitira iz otopina galijevih soli u obliku bijelog želatinoznog taloga. Ima izražen amfoterni karakter. Pri otapanju u lužinama nastaju galati (npr. Na), pri otapanju u kiselinama, galijeve soli: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 itd. Kisela svojstva galijevog hidroksida su izraženija od aluminijevog hidroksida. [Al(OH) 3 je u području pH = 10,6-4,1, a Ga(OH) 3 je u području pH = 9,7-3,4].

   Za razliku od Al(OH) 3 , galijev hidroksid se otapa ne samo u jakim lužinama, već iu otopinama amonijaka. Prilikom vrenja iz otopine amonijaka ponovno se taloži galijev hidroksid.

   Od galijevih soli najveću važnost imaju GaCl 3 klorid (t.t. 78°C, t.k. 200°C) i Ga 2 sulfat (SO 4) 3. Potonji s sulfatima alkalnog metala i amonijeva tvori dvostruke soli tipa alum, na primjer (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. Galij tvori ferocijanid Ga 4 3, koji je slabo topiv u vodi i razrijeđenim kiselinama, koji može se koristiti za odvajanje od Al i niza drugih elemenata.

   Dobivanje Galije. Glavni izvor galija je proizvodnja aluminija. Galij se tijekom prerade boksita Bayerovom metodom koncentrira u cirkulirajućim matičnim tekućinama nakon izdvajanja Al(OH) 3 . Galij se izolira iz takvih otopina elektrolizom na živinoj katodi. Iz lužnate otopine dobivene nakon obrade amalgama vodom taloži se Ga(OH) 3 koji se otopi u lužini i elektrolizom se izolira galij.

   Metodom natrijevog vapna prerade boksitne ili nefelinske rude, Galij se koncentrira u posljednjim frakcijama sedimenata koji se oslobađaju tijekom karbonizacije. Za dodatno obogaćivanje, talog hidroksida se tretira vapnenim mlijekom. U tom slučaju najveći dio Al ostaje u talogu, a Galij prelazi u otopinu iz koje se propuštanjem CO 2 izolira galijev koncentrat (6-8% Ga 2 O 3); potonji se otopi u lužini, a galij se izolira elektrolitički.

   Kao izvor galija može poslužiti i zaostala anodna legura procesa rafiniranja Al troslojnom elektrolizom. U proizvodnji cinka izvori galija su sublimati (Weltzovi oksidi) koji nastaju pri preradi ispiranja jalovine cinkovog zgarišta.

   Tekući galij dobiven elektrolizom alkalne otopine, ispran vodom i kiselinama (HCl, HNO 3), sadrži 99,9-99,95% Ga. Čistiji metal se dobiva vakuumskim taljenjem, zonskim taljenjem ili izvlačenjem jednog kristala iz taline.

   Primjena galija. Najperspektivnija primjena Galija je u obliku kemijskih spojeva kao što su GaAs, GaP, GaSb, koji imaju poluvodička svojstva. Mogu se koristiti u visokotemperaturnim ispravljačima i tranzistorima, solarnim ćelijama i drugim uređajima gdje se može koristiti fotoelektrični efekt u sloju barijere, kao i u prijamnicima infracrvenog zračenja. Galij se može koristiti za izradu optičkih zrcala koja imaju visoku refleksiju. Umjesto žive predložena je legura aluminija s galijem kao katoda za svjetiljke ultraljubičastog zračenja koje se koriste u medicini. Predlaže se da se tekući galij i njegove legure koriste za proizvodnju visokotemperaturnih termometara (600-1300°C) i manometara. Zanimljiva je upotreba galija i njegovih legura kao tekuće rashladne tekućine u energetskim nuklearnim reaktorima (ovo je otežano aktivnom interakcijom galija na radnim temperaturama sa strukturnim materijalima; eutektička legura Ga-Zn-Sn ima manji korozivni učinak od čiste Galij).

   Galij je element glavne podskupine treće skupine četvrtog razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, s atomskim brojem 31. Označen je simbolom Ga (lat. Gallium). Spada u grupu lakih metala. Jednostavna tvar galij je mekani, duktilni metal srebrnobijele (prema drugim izvorima, svijetlosive) boje s plavkastom nijansom.
   Prosječni sadržaj galija u zemljinoj kori iznosi 19 g/t. Galij je tipičan element u tragovima dvojne geokemijske prirode. Zbog bliskosti svojih kristalno-kemijskih svojstava s glavnim elementima koji tvore stijene (Al, Fe, itd.) i široke mogućnosti izomorfizma s njima, galij ne stvara velike akumulacije, unatoč značajnoj klarkovoj vrijednosti.
   

   Razlikuju se sljedeći minerali s visokim sadržajem galija: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kasiterit (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beril (0 - 0,003%) ), turmalin (0 - 0,01%), spodumen (0,001 - 0,07%), flogopit (0,001 - 0,005%), biotit (0 - 0,1%), muskovit (0 - 0,01%), sericit (0 - 0,005%), lepidolit (0,001 - 0,03%), klorit (0 - 0,001%), feldspat (0 - 0,01%), nefelin (0 - 0,1%), hekmanit (0,01 - 0,07%), natrolit (0 - 0,1%). Koncentracija galija u morskoj vodi iznosi 3 10-5 mg/l.
   Nalazišta galija poznata su u jugozapadnoj Africi, Rusiji i zemljama ZND-a. Svjetski resursi galija u boksitu procjenjuju se na preko milijardu kilograma. Osim toga, značajna količina galija je dostupna u svjetskim rezervama ruda cinka. Međutim, samo mali dio galija u rudi boksita i cinka ekonomski se može povratiti.
   Galij možda nije dovoljan, ali se ne može nazvati rijetkim. Obilniji je od mnogih poznatih metala kao što su antimon, molibden, srebro i volfram, ali za razliku od ovih elemenata, galij se rijetko, ako ikad, nalazi u ekonomskim koncentracijama u prirodnim mineralima. Dva glavna izvora komercijalnog galija su njegova ekstrakcija iz boksita tijekom proizvodnje glinice i njegova ekstrakcija iz ostataka koji nastaju ispiranjem cinkovog oksida prije elektrolize.
   Galij ne postoji u zemljinoj kori u elementarnom obliku, ali se najčešće javlja u obliku galijeve(III) soli. Proizvodstvoditsya prvenstveno iz boksita. U 2010. godini, s globalnim proizvodnim kapacitetom od 256-261 tona, na ovaj je način proizvedeno 78 tona metala. Proizvodnja galija u cijelom svijetu u 2010. procijenjena je na otprilike 201-212 tona. Ova okolnost jasno pokazuje visok stupanj sekundarne redukcije metala, kao i višak proizvodnih/prerađivačkih kapaciteta u današnje vrijeme. Potrošnja galija u 2010. godini bila je na razini od 280 tona, što ukazuje na nestašicu na svjetskom tržištu i djelomičnu potrošnju metala iz zaliha. U 2011. potrošnja galija pala je na 218 tona, što je rezultiralo viškom metala na tržištu (svjetska proizvodnja primarnog galija iznosila je 292 tone).
   Sekundarna obrada (obrada) galija. Nedostatak galija dobivenog iz rude doveo je do značajnih količina njegove sekundarne proizvodnje. U Japanu je otprilike 90 tona metalnog galija 2010. proizvedeno recikliranjem iz otpada, a još 60 tona galija potencijalno je sadržano u proizvodnoj petlji za epitaksiju tekuće faze, koji nije odmah dostupan za potrošnju ili u obliku koji se može koristiti u druge svrhe.
   Sekundarna redukcija galija u procesima proizvodnje poluvodiča također je važan izvor. Zbog višestupanjske prirode proizvodnje poluvodiča i zahtjeva za iznimno visokom kontrolom kvalitete u svakom koraku, potrebno je mnogo više galija nego što je zapravo sadržano u poluvodičima. Ministarstvo energetike SAD-a izvijestilo je da je 2010. godine globalni kapacitet recikliranja galija iznosio približno 42% (djelomično kao rezultat prethodno spomenutog procesa proizvodnje poluvodiča) globalnog proizvodnog kapaciteta galija.
   Vjeruje se da je Kina vodeći proizvođač primarnog galija, a slijede Njemačka, Kazahstan, Ukrajina, Južna Koreja i Rusija. Galij se također proizvodi u Mađarskoj i Japanu. Svjetska proizvodnja rafiniranog galija, uključujući oporabu iz otpada, procjenjuje se na 378 tona (2011.).
   Kina, Japan, UK i SAD bili su glavni proizvođači rafiniranog galija 2010. godine. Galij se proizvodi recikliranjem u Kanadi, Njemačkoj, Japanu, Velikoj Britaniji i SAD-u. Neo Material je procijenio da je 50% galija potrošenog u cijelom svijetu 2010. godine došlo iz recikliranih izvora.
   Glavni proizvođači galija u Kini su Aluminum Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co. Ltd, China Crystal Technologies Ltd, East Mianchi Gallium Hope Industry Co. i Zhuhai Fanyuan. Ukupni kineski proizvodni kapacitet galija u 2010. procijenjen je na 141 tonu.
   Većina kapaciteta primarne proizvodnje galija sada se nalazi u Kini, Njemačkoj i Kazahstanu, nakon smanjenja broja tvrtki koje rafiniraju galij u Rusiji i zatvaranja tvornice u Francuskoj. Kina je povećala svoj primarni proizvodni kapacitet galija sa 141 tone godišnje u 2010. na 280 tona godišnje do kraja 2011.
   Značajan udio galija dolazi iz sekundarne proizvodnje, posebice od prerade GaAs i otpadnih proizvoda koji nastaju epitaksijom tekuće faze. Glavni centri sekundarne proizvodnje su Japan i Sjeverna Amerika. Istodobno, u Kini nema dovoljno podataka o učinkovitoj preradi otpada koji sadrži galij, unatoč činjenici da zemlja postaje jedan od glavnih potrošača ovog metala.
   Galij je osnova elektronske industrije. Galij je osnova spojeva kao što su galijev arsenid (GaAs) i galijev nitrid (GaN), poluvodiči koji se koriste u elektronskoj industriji. Također se koristi u proizvodnji memorijskih ćelija.
   Optoelektronički uređaji kao što su LED diode, laserske diode, fotosenzori i solarne ćelije izrađene od GaAs i dalje su glavno područje potrošnje galija u cijelom svijetu. U bliskoj budućnosti očekuje se povećanje upotrebe GaAs, posebno na komunikacijskim tržištima. Očekuje se da će rast korištenja mobilnih komunikacija i satelitskih navigacijskih uređaja dovesti do povećanja potražnje za galijem.
   Galij se koristi u obliku GaN u laserskim diodama i diodama koje emitiraju svjetlost (LED). Novi GaN uređaji se koriste za stvaranje pohrane visoke gustoće (CD playeri i digitalni video playeri), visokokvalitetni laserski ispis, komunikacije i rasvjeta. GaN tranzistori rade na višim naponima i većoj gustoći energije od GaAs uređaja. Galij se koristi u nekim visokotemperaturnim termometrima, a eutektička legura galija, indija i kositra se široko koristi u takvim termometrima, zamjenjujući živu. Galij se također koristi kao komponenta u legurama niskog taljenja i u stvaranju sjajnih zrcala. U medicini se koriste galijeve soli kao što su galijev citrat i galijev nitrat.
   Globalna potražnja za galijem posljednjih je godina najjača u optoelektronskoj industriji, posebice u LED diodama. Zbog svojih superiornih svojstava, GaAs se sve više koristi umjesto silicija u integriranim krugovima u mnogim sigurnosnim aplikacijama. Tržište mobilnih telefona pretežno je odgovorno za rast potrošnje galija u posljednjih nekoliko godina.
   Tržište galija je doživjelo rast: u 2010. potražnja za metalom bila je jaka iu sektoru elektronike i optoelektronike. Povećanje potrošnje galija potaknuto je rastućom potražnjom za pametnim telefonima i višepojasnim, multi-mode slušalicama, kao i povećanjem upotrebe LED dioda u rasvjeti i zaslonima. U Kini je oko polovica identificirane potrošnje u NdFeB magnetskim materijalima – obrazac koji se ne ponavlja nigdje drugdje u svijetu, ali ima potencijal za rast u Japanu.
   Galij se u proizvodnji poluvodiča može zamijeniti indijem, a u tehnologiji tankog filma solarnih ćelija tehnologijama na bazi silicija, među ostalima nekim oblicima fotonaponskih ćelija na bazi kadmij selenida ili bakra indij selenida. Razvoj ovih različitih oblika tehnologije solarnih ćelija znači da izgledi za globalno tržište za galij ostaju nejasni. Čini se da prednosti galija kao komponente tehnologije solarnih ćelija također nisu konačna prednost u usporedbi s konkurentskim materijalima i sastavima.
   Glavna upotreba galija je u proizvodnji optoelektronike i poluvodiča. Daljnja potražnja za galijem proizlazi iz njegove upotrebe kao prozirne anode u zaslonima velikih površina i rasvjeti u čvrstom stanju, tankoslojnim tranzistorima, neodimijskim željezo-bor magnetima i baterijama, litij baterijama i fotonaponskim ćelijama bakra-indij galij selenid. Općenito, upotreba galija u nekoj elektronici je zadržana zbog njegove ograničene ponude. Metal se zamjenjuje kao manje ekonomski važan, s ukupnom svjetskom proizvodnjom samo oko jedne desetine indija.

   Potrošnja galija u svijetu, tona*

   godina	2008	2009	2010	2011	2012
   Japan	122.3	111.3	116.0	114.0	110.0
   SAD	28.7	24.9	33.5	35.3	35.0
   Druge zemlje	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
   Ukupno	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

   * zbirni podaci

   Cijene galija (u daljnjem tekstu cijena galija uvezenog u SAD, podaci USGS-a) rasle su od 2004. do 2011., osim 2005., 2006. i 2009., potaknute rastom tržišta pametnih telefona, povećanom upotrebom LED dioda u rasvjeti i potražnjom za optoelektronskim uređajima (Blu-ray, DVD, itd.). U razdoblju od 2003. do 2011. cijene galija na svjetskom tržištu porasle su za više od 1,5 puta s otprilike 411 USD/kg na 688 USD/kg. U 2012. godini cijene galija su blago pale - na prosječno 556 USD/kg, ali su ostale na vrlo visokoj razini.
   

   S golemim resursima boksita, Indija ima potencijal povećati proizvodnju glinice iz izvozno orijentiranih talionica, što bi moglo povećati zalihe metala za domaću potrošnju i globalno tržište. Potražnja za galijem će se vjerojatno povećati zbog rasta elektronske industrije u zemlji. Od strateškog značaja je razvoj domaće tehnologije, kao i suradnja s inozemstvom za pročišćavanje i proizvodnju metala. Naslage cinka, kao alternativni izvor, postat će ekonomski isplative kada se potroše lako dostupni izvori galija.
   Predviđa se da će potražnja za galijem rasti za oko 15% godišnje do 2015., a ovu povećanu potražnju potaknut će i postojeći višak kapaciteta, posebno u sekundarnoj rafinaciji, i novi glavni kapaciteti planirani za Kinu i vjerojatno u Sjevernoj Americi. Neiskorištene zalihe recikliranog materijala će se gomilati u Kini, dok je recikliranje i dalje malo.