화학

갈륨 #31

갈륨의 하위 그룹. 갈륨(4-10~4%) - 인듐(2-10~6) - 탈륨(8-10-7) 계열의 지각에서 이 하위 그룹의 각 구성원의 함량은 감소하고 있습니다. 세 가지 "원소는 모두 극도로 분산되어 있으며 특정 광물의 형태로 존재하는 것이 일반적이지 않습니다. 반대로 화합물의 작은 불순물에는 많은 금속의 광석이 포함되어 있습니다. Ga, In 및 Ti는 처리 과정에서 폐기물에서 얻습니다. 그런 광석.
자유 상태에서 갈륨, 인듐 및 탈륨은 은백색 금속입니다. 가장 중요한 상수는 아래에서 비교됩니다.
가인틀

갈륨의 물리적 성질

밀도, g/cjH3 5.9 7.3 11.9
녹는점, °C. . . 30 157 304
끓는점, °С... . 2200 2020 1475
전기 전도도(Hg = 1) . . 2 11 6

경도로 갈륨납에 가깝고 In 및 Ti - 훨씬 더 부드럽습니다. 6-13.
갈륨과 인듐은 건조한 공기에서 변하지 않는다, 탈륨은 회색 산화물 막으로 덮여 있습니다. 가열되면 세 가지 요소가 모두 산소 및 황과 격렬하게 결합합니다. 그들은 이미 상온에서 염소 및 브롬과 상호 작용하며 가열될 때만 요오드와 상호 작용합니다. 철 근처의 일련의 전압에 위치하며 Ga, In 및 Ti는 산에 용해됩니다.14 '15
갈륨과 인듐의 일반적인 원자가는 3입니다. 탈륨은 3가 및 1가인 유도체를 제공합니다. 십팔
갈륨 산화물 및 그 유사체(흰색 Ga 2 O 3, 노란색 1p203 및 갈색 T1203)는 물에 녹지 않습니다. 해당 수산화물 E(OH) 3(염에서 얻을 수 있음)은 젤라틴 침전물이며 물에 거의 녹지 않습니다. 그러나 산에 용해됨. Ga 및 In의 백색 수산화물은 또한 알루미네이트와 유사한 갈레이트 및 인데이트를 형성하는 강알칼리 용액에 용해됩니다. 따라서 그들은 양쪽성 특성을 가지며 산성 특성은 Al(OH) 3 에서보다 1p(OH) 3 에서 덜 뚜렷하고 Ga(OH) 3 에서 더 강합니다. 따라서 강 알칼리 외에도 Ga (OH) 3는 NH 4 OH의 강한 용액에 용해됩니다. 반대로 적갈색 Ti(OH) 3 는 알칼리에 녹지 않습니다.
Ga"" 및 In" 이온은 무색이고 Ti" 이온은 황색을 띤다. 그들로부터 생산된 대부분의 산의 염은 물에 잘 녹지만 가수분해가 잘 됩니다. 약산의 가용성 염 중에서 많은 것이 거의 완전한 가수분해를 겪습니다. 낮은 원자가 Ga 및 In의 유도체는 일반적이지 않지만 탈륨의 경우 가장 특징적인 것은 정확히 1가인 화합물입니다. 따라서, T13+ 염은 현저하게 현저한 산화 특성을 갖는다.

탈륨 산화물(T120)은 고온에서 원소의 상호 작용의 결과로 형성됩니다. 흑색의 흡습성 분말이다. 물과 함께 산화탈륨은 황색 아산화질소(T10H)를 형성하며, 가열되면 쉽게 물을 분리하고 T120으로 되돌아갑니다.
탈륨 산화물 수화물은 물에 잘 녹고 강염기입니다. 그것이 형성하는 염은 대부분 무색이며
물 없이 결정화. 염화물, 브롬화물 및 요오드화물은 거의 용해되지 않지만 일부 다른 염은 물에 용해됩니다. 임의의 TiOH와 가수분해로 인한 약산은 용액에서 알칼리 반응을 일으킨다. 강한 산화제(예: 염소수)의 작용으로 1가 탈륨은 3가로 산화됩니다.57-66
에 의해 화학적 특성원소 및 그 화합물, 갈륨 하위 그룹은 여러 면에서 게르마늄 하위 그룹과 유사합니다.따라서 Ge 및 Ga의 경우 원자가가 높을수록 더 안정적이고 Pb 및 T1의 경우 낮은 원자가, Ge-에 있는 수산화물의 화학적 성질 Sn-Pb 및 Ga-In-Ti 시리즈는 동일한 방식으로 변경됩니다. 예를 들어 Pbn 및 Ti 모두의 할로겐화물(Cl, Br, I) 염의 낮은 용해도와 같이 더 미묘한 "유사성" 특성이 더 나타납니다. 두 하위 그룹의 원소 사이에는 상당한 차이가 있습니다(부분적으로 다른 원자가로 인해): 수산화물 Ga 및 그 유사체의 산성 특성은 PbF 2와 달리 게르마늄 하위 그룹의 해당 원소의 산성 특성보다 훨씬 약합니다. 탈륨 플루오라이드는 용해도가 높습니다.

갈륨 보충

1. 고려 중인 하위 그룹의 세 가지 구성원 모두는 분광기를 사용하여 발견되었습니다. 1개의 탈륨 - 1861년, 인듐 - 1863년, 갈륨 - 1875년입니다. 이러한 원소 중 마지막 원소는 발견되기 4년 전에 D. I. Mendeleev에 의해 예측 및 설명되었습니다(VI § 1). 천연 갈륨은 질량수가 69(60.2%)와 71(39.8)인 동위원소로 구성됩니다. 인듐-113(4.3) 및 115(95.7); 탈륨 - 203(29.5) 및 205(70.5%).
2. 바닥 상태에서 갈륨 하위 그룹의 원소의 원자는 외부 전자 껍질 4s2 34p(Ga), 5s25p(In), 6s26p(Tl)의 구조를 가지며 1가, i ) kcal/g-원자입니다. 연속 이온화 에너지는 6.00입니다. 20.51; Ga의 경우 30.70, 5.785; 18.86; In의 경우 28.03: 6.106; 20.42; T1의 경우 29.8eV. 전자에 대한 탈륨 원자의 친화력은 12kcal/g-원자로 추정됩니다.
3. 갈륨의 경우 희귀 광물 갈라이트(CuGaS 2)가 알려져 있습니다. 이 원소의 흔적은 아연 광석에서 지속적으로 발견됩니다. 상당히 많은 양의 E(최대 1.5%)가 일부 무연탄의 재에서 발견되었습니다. 그러나 갈륨의 산업적 생산을 위한 주요 원료는 보크사이트이며 일반적으로 소량의 불순물(최대 0.1%)을 포함합니다. 천연 보크사이트를 상업용 알루미나로 가공하는 중간 생성물인 알칼리성 액체에서 전기분해에 의해 추출됩니다. 갈륨의 연간 세계 생산량은 여전히 ​​몇 톤으로 추정되지만 상당히 증가할 수 있습니다.
4. 인듐은 주로 황광석 Zn, Pb 및 Cu의 복합 공정에서 부산물로 얻어집니다. 연간 세계 생산량은 수십 톤입니다.
5. 탈륨은 주로 황철석(FeS2)에 집중되어 있습니다. 따라서 황산 생성 슬러지는 이 원소를 얻기 위한 좋은 원료이다. 세계의 연간 탈륨 생산량은 인도보다 적지만 수십 톤에 달합니다.
6. 자유 상태에서 Ga, In 및 T1을 분리하기 위해 염 용액의 전기분해 또는 수소 흐름에서 산화물의 백열이 사용됩니다. 금속의 용융 및 증발 열은 1.3 및 61(Ga), 0.8 및 54(In), 1.0 및 39kcal/g-원자(T1) 값을 갖습니다. 승화열(25°C에서)은 65(Ga), 57(In) 및 43kcal/g-원자(T1)입니다. 쌍으로 세 가지 요소는 모두 거의 독점적으로 단원자 분자로 구성됩니다.
7. 갈륨의 결정 격자는 개별 원자(금속의 경우와 같이)가 아니라 이원자 분자(rf = 2.48A)에 의해 형성됩니다. 따라서 분자 구조와 금속 구조가 공존하는 흥미로운 사례입니다(III § 8). Ga2 분자는 밀도(6.1g/cm)가 고체 금속(물 및 비스무트와 유사)보다 큰 액체 갈륨에서도 보존됩니다. 압력의 증가는 갈륨의 녹는점의 감소를 동반합니다. 고압에서 일반적인 수정(Gal) 외에도 두 가지 다른 형태의 존재가 확립되었습니다. 3중 점(액상 포함)은 Gal - Gall의 경우 12,000기압 및 3°C이고 Gall - Gall의 경우 30,000기압 및 45°C입니다.
8. 갈륨은 저체온증에 매우 취약하며 -40 ° C까지 액체 상태로 유지하는 것이 가능했습니다. 과냉각된 용융물의 급속 결정화를 반복적으로 반복하는 것은 갈륨을 정제하는 방법으로 작용할 수 있습니다. 매우 순수한 상태(99.999%)에서는 전해 정제뿐만 아니라 조심스럽게 정제된 GaCl3의 수소 환원에 의해 얻어졌습니다. 높은 끓는점과 가열 시 상당히 균일한 팽창으로 인해 갈륨은 고온 온도계를 채우는 데 유용한 재료입니다. 수은과 외형적인 유사성에도 불구하고 두 금속의 상호 용해도는 상대적으로 낮습니다(10~95°C 범위에서 Ga의 경우 Hg의 경우 2.4~6.1원자%, Hg의 경우 1.3~3.8원자%) ). 수은과 달리 액체 갈륨은 알칼리 금속을 용해하지 않으며 많은 비금속 표면을 잘 적십니다. 특히, 이것은 빛을 강하게 반사하는 거울을 얻을 수 있는 갈륨을 적용함으로써 유리에 적용된다(단, 인듐 불순물을 포함하지 않는 매우 순수한 갈륨은 유리를 적시지 않는다는 지적이 있다). 플라스틱 베이스에 갈륨을 증착하는 것은 무선 회로를 신속하게 얻기 위해 때때로 사용됩니다. 88% Ga와 12% Sn의 합금은 15°C에서 녹고 갈륨을 포함하는 다른 합금(예: 61.5% Bi, 37.2% Sn 및 1.3% Ga)이 치과용 충전재로 제안되었습니다. 온도에 따라 부피가 변하지 않고 잘 유지됩니다. 갈륨은 진공 기술에서 밸브 씰로도 사용할 수 있습니다. 그러나 고온에서는 유리와 많은 금속 모두에 공격적이라는 점을 염두에 두어야 합니다.
9. 갈륨 생산 확대 가능성과 관련하여 이 원소와 그 화합물의 동화(즉, 연습에 의한 마스터링) 문제가 시급해지며 이를 합리적으로 사용할 수 있는 영역을 찾기 위한 연구가 필요합니다. 갈륨에 대한 리뷰 기사와 논문이 있습니다.
10. 인듐의 압축률은 알루미늄보다 약간 높습니다(10,000기압에서 부피는 원본의 0.84). 압력이 증가하면 전기 저항이 감소하고(70,000 atm에서 초기 값의 최대 0.5) 녹는점이 증가합니다(65,000 atm에서 최대 400°C). 백랍처럼 구부리면 금속성 인듐이 크런치됩니다. 종이에는 어두운 선이 남습니다. 인듐의 중요한 사용은 게르마늄 AC 정류기의 제조와 관련이 있습니다(X § 6 추가. 15). 가용성으로 인해 베어링에서 윤활유 역할을 할 수 있습니다.
11. 구리 합금에 소량의 인듐을 도입하면 해수에 대한 내성이 크게 증가하고 은에 인듐을 첨가하면 광택이 향상되고 공기 중 변색이 방지됩니다. 인듐의 첨가는 치과용 충전재용 합금의 강도를 증가시킵니다. 다른 금속의 전해 인듐 코팅은 부식으로부터 금속을 잘 보호합니다. 인듐과 주석의 합금(질량 기준 1:1)은 유리 또는 금속과 유리를 잘 솔더링하고 24% In과 76% Ga의 합금은 16°C에서 녹습니다. 47 ° C에서 용융 합금 18.1% In 41.0 - Bi, 22.1 - Pb, 10.6 - Sn 및 8.2 - Cd 발견 의료용복잡한 뼈 골절 (석고 대신). 인듐의 화학에 관한 논문이 있습니다.
12. 탈륨의 압축률은 인듐과 거의 동일하지만 두 가지 동소 변형(육각형 및 입방체)이 알려져 있으며 그 사이의 전환점은 235°C입니다. 높은 압력에서 또 다른 압력이 발생합니다. 세 가지 형태의 삼중점은 37,000기압과 110°C에 있습니다. 이 압력은 금속의 전기 저항이 약 1.5배(70,000기압에서 평소의 약 0.3임)만큼 급격히 감소한 것에 해당합니다. 90,000 atm의 압력에서 세 번째 형태의 탈륨은 650°C에서 녹습니다.
13. 탈륨은 주로 내산성이 높은 주석 및 납과의 합금 제조에 사용됩니다. 특히, 70% Pb, 20% Sn 및 10% T1의 합금 조성은 황산, 염산 및 질산 혼합물의 작용을 잘 견딥니다. 탈륨에 관한 논문이 있습니다.
14. 물과 관련하여 갈륨과 조밀한 인듐은 안정한 반면 탈륨은 공기가 있는 상태에서 표면에서 천천히 파괴됩니다. 갈륨은 질산과 천천히 반응하지만 탈륨은 매우 격렬하게 반응합니다. 반대로, 황산, 특히 염산은 Ga 및 In을 쉽게 용해시키는 반면, T1은 이들과 훨씬 더 천천히 상호작용합니다(표면에 난용성 염의 보호막 형성으로 인해). 강알칼리 용액은 갈륨을 쉽게 녹이고 인듐에만 천천히 작용하며 탈륨과 반응하지 않습니다. 갈륨은 또한 NH4OH에 눈에 띄게 용해됩니다. 세 가지 요소 모두의 휘발성 화합물은 특징적인 색상으로 무색 불꽃을 채색합니다. Ga - 짙은 자주색(L. \u003d 4171 A), 눈에 거의 감지할 수 없음, In - 진한 파란색(L, \u003d 4511 A), T1 - 에메랄드 그린(A, \u003d \u003d 5351 A).
15. 갈륨과 인듐은 유독하지 않은 것으로 보입니다. 이에 반해 탈륨은 독성이 강하고 작용 성질상 Pb, As와 유사하다. 그것은 신경계, 소화관 및 신장에 영향을 미칩니다. 급성 중독의 증상은 즉시 나타나지 않지만 12-20시간 후에 나타납니다. 천천히 발전하는 만성 중독(피부를 통한 중독 포함)으로 흥분과 수면 장애가 주로 관찰됩니다. 의학에서 탈륨 제제는 머리카락을 제거하는 데 사용됩니다(지의류 등). 탈륨 염은 발광 지속 시간을 증가시키는 물질로서 발광 조성물에 적용되는 것으로 밝혀졌습니다. 그들은 또한 생쥐와 쥐에게 좋은 치료제임이 입증되었습니다.
16. 전압 계열에서 갈륨은 Zn과 Fe 사이에 위치하고 인듐과 탈륨은 Fe와 Sn 사이에 위치합니다. E + 3 + Ze = E 체계에 따른 Ga 및 In 전이는 -0.56 및 -0.33V(산성 환경에서) 또는 -1.2 및 -1.0V(알칼리성 환경에서)의 정상 전위에 해당합니다. 탈륨은 산에 의해 1가 상태(정상 전위 -0.34V)로 전환됩니다. 전이 T1 + 3 + 2e \u003d T1 +는 산성 환경에서 + 1.28V 또는 알칼리성 환경에서 + 0.02V의 정상 전위가 특징입니다.
17. 갈륨 및 그 유사체의 E203 산화물 형성 열은 260(Ga), 221(In) 및 93kcal/mol(T1) 계열을 따라 감소합니다. 공기 중에서 가열하면 갈륨은 실질적으로 GaO로만 산화됩니다. 따라서 Ga2O3는 일반적으로 Ga(OH) h의 탈수에 의해 얻어진다. 인듐은 공기 중에서 가열되면 In2O3를 형성하고 탈륨은 T12O3와 T120의 혼합물을 형성하며, 높은 산화물의 함량이 높을수록 온도가 낮아집니다. T1203까지 탈륨은 오존의 작용에 의해 산화될 수 있습니다.
18. 산에서 E2O3 산화물의 용해도는 Ga - In - Tl 계열을 따라 증가합니다. 같은 계열에서 원소와 산소 사이의 결합 강도는 감소합니다. Ga2O3는 1795°C에서 분해 없이 녹고 ln203은 850°C 이상에서만 ln304로 변형되며 미세하게 분할된 T1203은 이미 약 90°에서 산소를 분리하기 시작합니다. 씨. 그러나 T1203을 T120으로 완전히 변환하려면 훨씬 더 높은 온도가 필요합니다. 과도한 산소 압력 하에서 In203은 1910°C에서 녹고 T1203은 716°C에서 녹습니다.
19. 계획 E2O3 + ZH20 = 2E(OH)3에 따른 산화물의 수화열은 +22 kcal(Ga), +1(In) 및 -45(T1)입니다. 이에 따라 수산화물에 의한 물 분리의 용이성은 Ga에서 T1으로 증가합니다. Ga(OH)3가 소성 시에만 완전히 탈수되면 T1(OH)3가 T1203이 되는 액체 아래에 서 있어도 T1203으로 이동합니다. 고립되었다.
20. 갈륨 염의 산성 용액이 중화되면 수산화물은 대략 pH 범위 = 3-4에서 침전됩니다. 갓 침전된 Ga(OH)3는 강한 암모니아 용액에 잘 용해되지만 시간이 지남에 따라 용해도는 점점 감소합니다. 등전점은 pH = 6.8, PR = 2 10~37입니다. lp(OH)3의 경우 PR = 1×10-31, T1(OH)3의 경우 1×10~45로 나타났다.
21. 산성 및 염기성 유형에 따라 Ga(OH)3의 2차 및 3차 해리 상수에 대해 다음 값이 결정되었습니다.

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2"2. Yu-P / Nz \u003d 4 -10 12
따라서 수산화갈륨은 이상적인 양쪽성에 매우 가까운 전해질의 경우이다.

1. 갈륨 하이드록사이드와 그 유사체의 산성 특성의 차이는 강한 알칼리 용액(NaOH, KOH)과 상호 작용할 때 명확하게 나타납니다. 갈륨 하이드록사이드는 쉽게 용해되어 M형 갈레이트를 형성하며, 이는 용액 및 고체 상태 모두에서 안정합니다. 가열되면 쉽게 물 (Na 염 - 120, K 염 - 137 ° C)을 잃고 MGaO2 유형의 해당 무수 염으로 전달됩니다. 갈레이트 용액에서 얻은 2가 금속(Ca, Sr)은 M3 ■ 2H2O와 같은 또 다른 유형으로 특징지어지며 거의 불용성입니다. 그들은 물에 의해 완전히 가수 분해됩니다.
   탈륨 하이드록사이드는 강알칼리(음성 졸 형성)에 의해 쉽게 해교되지만 용해되지 않고 탈레이트를 생성하지 않습니다. 갈륨 하위 그룹의 세 가지 원소 모두에 대해 ME02 유형의 건식(해당 탄산염과 산화물의 융합에 의해) 유도체가 얻어졌습니다. 그러나 탈륨의 경우 산화물 혼합물로 밝혀졌다.
   1. Ga3+, In3* 및 T13* 이온의 유효 반경은 각각 0.62, 0.92 및 1.05A이며, 수성 매질에서 6개의 물 분자로 직접 둘러싸여 있습니다. 이러한 수화된 이온은 반응식 E(OH2)a T * E (OH2)5 OH + H에 따라 다소 해리되며, 해리 상수는 3 ■ 10-3°(Ga) 및 2 10-4(In)로 추정됩니다. .
   2. Ga3+, In3* 및 T13*'의 할로겐화물 염은 일반적으로 A13*의 해당 염과 유사합니다. 불화물 외에도 물뿐만 아니라 여러 유기 용매에도 비교적 잘 녹고 쉽게 용해됩니다. 이 중 노란색 Gal3만 칠해져 있습니다.

   화학 원소 갈륨은 사실상 자연에서 자유 형태로 발견되지 않습니다. 그것은 분리하기 어려운 미네랄의 불순물에 존재합니다. 갈륨은 희귀 물질로 간주되며 일부 특성은 완전히 이해되지 않습니다. 그러나 의학 및 전자 제품에 사용됩니다. 이 요소는 무엇입니까? 어떤 속성을 가지고 있습니까?

   갈륨 - 금속 또는 비금속?

   요소는 네 번째 기간의 열세 번째 그룹에 속합니다. 그것은 역사적 지역-프랑스가 일부인 갈리아-요소 발견자의 발상지의 이름을 따서 명명되었습니다. 기호 Ga는 그것을 나타내는 데 사용됩니다.

   갈륨은 알루미늄, 인듐, 게르마늄, 주석, 안티몬 및 기타 원소와 함께 경금속 그룹에 포함됩니다. 단체로서 깨지기 쉽고 부드러우며 약간 푸른빛이 도는 은백색을 띤다.

   발견 이력

   Mendeleev는 갈륨을 "예측"하여 주기율표의 세 번째 그룹(구식 시스템에 따라)에 갈륨을 배치했습니다. 그는 대략적인 원자 질량의 이름을 지었고 심지어 그 원소가 분광학적으로 발견될 것이라고 예측했습니다.

   몇 년 후, 이 금속은 프랑스인 Paul Emile Lecoq에 의해 발견되었습니다. 1875년 8월, 한 과학자는 피레네 산맥의 광상 스펙트럼을 연구하다가 새로운 보라색 선을 발견했습니다. 그 원소의 이름은 갈륨이었다. 미네랄의 함량은 극히 적었고 Lecoq는 겨우 0.1g만 분리했습니다. 금속의 발견은 멘델레예프의 예측이 옳았음을 확인하는 것 중 하나였습니다.

   

   물리적 특성

   갈륨 금속은 매우 연성과 가용성입니다. 저온에서는 고체 상태입니다. 그것을 액체로 만들려면 섭씨 29.76도 또는 캘빈 302.93도면 충분합니다. 손으로 잡거나 뜨거운 액체에 떨어뜨려 녹일 수 있습니다. 너무 높은 온도는 매우 공격적입니다. 섭씨 500도 이상에서는 다른 금속을 부식시킬 수 있습니다.

   갈륨의 결정 격자는 이원자 분자에 의해 형성됩니다. 그들은 매우 안정적이지만 약하게 상호 연결되어 있습니다. 그들의 연결을 끊으려면 전혀 필요하지 않습니다. 많은 수의에너지, 그래서 갈륨은 쉽게 액체가됩니다. 인듐보다 가용성이 5배 더 높습니다.

   액체 상태에서 금속은 고체 상태보다 밀도가 높고 무겁습니다. 또한 전기를 더 잘 전도합니다. 정상적인 조건에서 밀도는 5.91g/cm³입니다. 금속은 섭씨 -2230도에서 끓습니다. 응고되면 약 3.2% 팽창합니다.

   

   화학적 특성

   많은 화학적 특성에서 갈륨은 알루미늄과 유사하지만 활동이 적고 반응이 더 느립니다. 공기와 반응하지 않아 즉시 산화막을 형성하여 산화를 방지합니다. 수소, 붕소, 규소, 질소 및 탄소에는 반응하지 않습니다.

   금속은 거의 모든 할로겐과 잘 상호 작용합니다. 가열할 때만 요오드와 반응하며 실온에서도 염소 및 브롬과 반응합니다. 뜨거운 물에서는 수소를 대체하기 시작하고 무기산과 염을 형성하며 수소도 방출합니다.

   다른 금속과 함께 갈륨은 아말감을 형성할 수 있습니다. 액체 갈륨을 알루미늄의 단단한 조각에 떨어뜨리면 침투하기 시작합니다. 알루미늄의 결정 격자를 침범하여 액체 물질이 알루미늄을 취성으로 만듭니다. 며칠 만에 단단한 금속 막대는 많은 노력 없이 손으로 부술 수 있습니다.

   애플리케이션

   의학에서 갈륨 금속은 종양 및 고칼슘혈증과 싸우는 데 사용되며 골암의 방사성 동위원소 진단에도 적합합니다. 그러나 물질을 함유한 제제는 다음을 유발할 수 있습니다. 부작용메스꺼움과 구토와 같은.

   갈륨 금속은 전자 레인지에도 사용됩니다. Piezo 재료로 반도체 및 LED 제조에 사용됩니다. 금속 접착제는 갈륨과 스칸듐 또는 니켈의 합금에서 얻습니다. 플루토늄과의 합금에서 안정제 역할을 하며 핵폭탄에 사용된다.

   이 금속을 사용한 유리는 굴절률이 높으며 산화물 Ga 2 O 3는 유리가 적외선을 투과할 수 있도록 합니다. 순수한 갈륨은 빛을 잘 반사하기 때문에 간단한 거울을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

   

   갈륨의 유통 및 퇴적물

   갈륨은 어디서 구하나요? 금속은 온라인으로 쉽게 주문할 수 있습니다. 비용은 킬로그램당 115~360달러입니다. 금속은 희귀 한 것으로 간주되며 지각에 매우 분산되어 있으며 실제로 자체 미네랄을 형성하지 않습니다. 1956년 이래로 3개 모두가 발견되었습니다.

   갈륨은 종종 아연, 철의 구성에서 발견되며, 그 불순물은 석탄, 베릴, 석류석, 자철광, 전기석, 장석, 아염소산염 및 기타 광물에서 발견됩니다. 평균적으로 자연에서 그 함량은 약 19g/t입니다.

   

   대부분의 갈륨은 구성상 갈륨에 가까운 물질에서 발견됩니다. 이 때문에 추출하기 어렵고 비용이 많이 듭니다. 금속 자체의 광물은 CuGaS 2 라는 공식을 가진 갈석이라고 합니다. 그것은 또한 구리와 황을 포함합니다.

   사람에 대한 영향

   금속의 생물학적 역할과 인체에 미치는 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 주기율표에서 우리에게 꼭 필요한 원소(알루미늄, 철, 아연, 크롬) 옆에 있습니다. 초미세 요소로서 갈륨은 혈액의 일부로 혈류를 가속화하고 혈전 형성을 방지한다는 의견이 있습니다.

   어떤 식으로든 인체에는 소량의 물질이 포함되어 있습니다(10 -6 - 10 -5%). 갈륨은 물 및 농업 식품과 함께 들어갑니다. 그것은 뼈 조직과 간에 남아 있습니다.

   갈륨 금속은 독성이 낮거나 조건부 독성으로 간주됩니다. 피부에 닿으면 작은 입자가 남아 있습니다. 그것은 물로 쉽게 제거되는 회색 더러운 반점처럼 보입니다. 물질은 화상을 남기지 않지만 경우에 따라 피부염을 유발할 수 있습니다. 체내 갈륨 농도가 높으면 간, 신장, 신경계, 그러나 이것은 매우 많은 양의 금속을 필요로 합니다.

   갈륨(lat. Gallium), Ga, D.I. Mendeleev의 주기율표 III족 화학 원소, 일련 번호 31, 원자 질량 69.72; 은백색의 부드러운 금속. 질량수가 69(60.5%)와 71(39.5%)인 두 개의 안정한 동위원소로 구성됩니다.

   갈륨("에카알루미늄")의 존재와 그 주요 특성은 D. I. Mendeleev가 1870년에 예측했습니다. 이 원소는 피레네산 아연 블렌드의 스펙트럼 분석에 의해 발견되었으며 1875년 프랑스 화학자 P. E. Lecoq de Boisbaudran에 의해 분리되었습니다. 프랑스(lat. Gallia)의 이름을 따서 명명되었습니다. 갈륨의 특성과 예측된 특성의 정확한 일치는 주기율표의 첫 번째 승리였습니다.

   지각의 평균 갈륨 함량은 1.5·10 -3 중량%로 상대적으로 높으며 이는 납 및 몰리브덴 함량과 동일합니다. 갈륨은 전형적인 미량 원소입니다. 유일한 갈륨 광물인 CuGaS 2 갈라이트는 매우 드뭅니다. 갈륨의 지구화학은 물리화학적 성질의 유사성으로 인해 알루미늄의 지구화학과 밀접한 관련이 있습니다. 암석권에서 갈륨의 주요 부분은 알루미늄 광물로 둘러싸여 있습니다. 보크사이트와 네펠린의 갈륨 함량은 0.002~0.01%입니다. 갈륨의 농도 증가는 섬아연석(0.01-0.02%), 무연탄(게르마늄과 함께) 및 일부 철광석에서도 관찰됩니다.

   갈륨의 물리적 특성.갈륨은 매개변수 a = 4.5197Å, b = 7.6601Å, c = 4.5257Å인 마름모꼴(의사정방형) 격자를 가지고 있습니다. 고체 금속 5.904 (20 ° C), 액체 6.095 (29.8 ° C)의 밀도 (g / cm 3), 즉 응고 중에 갈륨의 부피가 증가합니다. t pl 29.8°C, t bp 2230°C. 갈륨의 독특한 특징은 액체 상태(2200°C)의 넓은 범위와 최대 1100-1200°C의 온도에서 낮은 증기압입니다. 고체 갈륨의 비열용량은 376.7 J/(kg·K), 즉 0.09 cal/(g·deg) 범위에서 0-24°C, 액체는 각각 410 j/(kg·K), 즉 0.098 cal/ (g deg) 29-100°C 범위. 고체 갈륨 53.4 10 -6(0°C), 액체 27.2 10 -6(30°C)의 전기 저항(ohm·cm). 점도(poise \u003d 0.1n sec/m 2): 1.612(98°C), 0.578(1100°C), 표면 장력 0.735n/m(735dyn/cm)(H 2 분위기에서 30°C) . 4360Å 및 5890Å 파장에 대한 반사 계수는 각각 75.6% 및 71.3%입니다. 열 중성자 포집 단면적은 2.71 barns(2.7 10 -28 m 2)입니다.

   갈륨의 화학적 성질.갈륨은 상온에서 공기 중에서 안정합니다. 건조 산소에서 260°C 이상에서는 느린 산화가 관찰됩니다(산화막이 금속을 보호함). 황산 및 염산에서 갈륨은 플루오르화수소산에서 천천히 용해됩니다. 빠르게, 추위에 질산에서는 갈륨이 안정적입니다. 갈륨은 뜨거운 알칼리 용액에 천천히 용해됩니다. 염소와 브롬은 가열될 때 추위, 요오드에서 갈륨과 반응합니다. 300 ° C 이상의 온도에서 용융 갈륨은 모든 구조용 금속 및 합금과 상호 작용합니다.

   갈륨의 가장 안정한 3가 화합물로 여러 면에서 알루미늄의 화합물과 성질이 비슷합니다. 또한, 1가 및 2가 화합물이 알려져 있습니다. 가장 높은 산화물 Ga 2 O 3는 백색 물질로 물에 녹지 않습니다. 이에 상응하는 수산화물은 백색 젤라틴 침전물의 형태로 갈륨염 용액으로부터 침전된다. 그것은 뚜렷한 양쪽성 성격을 가지고 있습니다. 알칼리에 용해되면 갈레이트(예: Na)가 형성되고 산에 용해되면 갈륨염: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 등. 수산화갈륨의 산성 특성은 수산화알루미늄의 산성 특성보다 더 두드러집니다. [Al(OH)3는 pH=10.6~4.1, Ga(OH)3는 pH=9.7~3.4]이다.

   Al(OH) 3 와 달리 수산화갈륨은 강알칼리뿐만 아니라 암모니아 용액에도 용해됩니다. 끓으면 암모니아 용액에서 수산화갈륨이 다시 침전됩니다.

   갈륨 염 중에서 GaCl 3 클로라이드(mp 78°C, bp 200°C) 및 Ga 2 설페이트(SO 4) 3 가 가장 중요합니다. 후자는 알칼리 금속 및 황산 암모늄과 함께 명반 유형의 이중 염, 예를 들어 (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O를 형성합니다. 갈륨은 페로시안화물 Ga 4 3를 형성하며, 이는 물과 묽은 산에 잘 녹지 않습니다. Al 및 기타 여러 요소와 분리하는 데 사용할 수 있습니다.

   갈리아를 얻습니다.갈륨의 주요 공급원은 알루미늄 생산입니다. 바이엘법에 의한 보크사이트 처리 중 갈륨은 Al(OH) 3 할당 후 순환 모액에 농축된다. 갈륨은 수은 음극에서의 전기분해에 의해 이러한 용액에서 분리됩니다. 아말감을 물로 처리하여 얻은 알칼리 용액에서 Ga(OH) 3 가 석출되어 알칼리에 용해되고 전기분해에 의해 갈륨이 분리된다.

   보크사이트 또는 네펠린 광석을 처리하는 소다석회 방법으로 갈륨은 탄화 중에 방출되는 퇴적물의 마지막 부분에 농축됩니다. 추가 농축을 위해 수산화물 침전물을 석회유로 처리합니다. 이 경우 대부분의 Al은 침전물에 남고 갈륨은 용액으로 들어가고 이로부터 갈륨 농축물(6-8% Ga 2 O 3)은 CO 2를 통과하여 분리됩니다. 후자는 알칼리에 용해되고 갈륨은 전기분해로 분리됩니다.

   3층 전해법에 의한 Al 정련 공정의 잔류 양극 합금도 갈륨의 공급원으로 작용할 수 있다. 아연 생산에서 갈륨의 공급원은 아연 재의 찌꺼기를 침출하는 과정에서 형성된 승화물(Weltz 산화물)입니다.

   물과 산(HCl, HNO3)으로 세척한 알칼리 용액을 전기분해하여 얻은 액체 갈륨은 99.9-99.95% Ga를 함유합니다. 더 순수한 금속은 진공 용융, 구역 용융 또는 용융물에서 단결정을 끌어내어 얻을 수 있습니다.

   갈륨의 응용.갈륨의 가장 유망한 응용 분야는 반도체 특성을 갖는 GaAs, GaP, GaSb와 같은 화합물 형태입니다. 그들은 고온 정류기 및 트랜지스터, 태양 전지 및 장벽 층의 광전 효과를 사용할 수 있는 기타 장치와 적외선 수신기에 사용할 수 있습니다. 갈륨은 반사율이 높은 광학 거울을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 의학에서 사용되는 자외선 램프의 음극으로 수은 대신 알루미늄과 갈륨의 합금이 제안되었습니다. 액체 갈륨 및 그 합금은 고온 온도계(600-1300°C) 및 압력계 제조에 사용하도록 제안되었습니다. 관심의 대상은 발전용 원자로에서 액체 냉각제로 갈륨과 그 합금을 사용하는 것입니다(작동 온도에서 구조 재료와 갈륨의 활성 상호 작용에 의해 방해를 받습니다. Ga-Zn-Sn 공정 합금은 순수보다 부식 효과가 적습니다. 갈륨).

   갈륨은 주기율표의 네 번째 기간의 세 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 화학 원소 D. I. Mendeleev, 원자 번호 31. 기호 Ga(위도 갈륨)로 지정됩니다. 경금속 그룹에 속합니다. 단순 물질 갈륨은 은백색(다른 출처에 따르면 연한 회색) 색상의 부드럽고 연성이 있는 금속으로 푸르스름한 색조를 띠고 있습니다.
   지각의 평균 갈륨 함량은 19g/t입니다. 갈륨은 이중 지구화학적 성질을 가진 전형적인 미량 원소입니다. 주요 암석 형성 원소(Al, Fe 등)와 결정 화학적 성질이 가깝고 이들과 동형일 가능성이 높기 때문에 상당한 클라크 값에도 불구하고 갈륨은 큰 축적을 형성하지 않습니다.
   

   갈륨 함량이 높은 다음 광물이 구별됩니다: sphalerite(0 - 0.1%), 자철광(0 - 0.003%), cassiterite(0 - 0.005%), 가닛(0 - 0.003%), 베릴(0 - 0.003%) ), 전기석(0 - 0.01%), 스포듀민(0.001 - 0.07%), 금광(0.001 - 0.005%), 흑운모(0 - 0.1%), 백운모(0 - 0.01%), 견운모(0 - 0.01%), 견운모(0 5 - ) 0 lepidolite(0.001 - 0.03%), chlorite(0 - 0.001%), 장석(0 - 0.01%), nepheline(0 - 0.1%), heckmanite(0.01 - 0.07%), natrolite(0 - 0.1%). 해수에서 갈륨의 농도는 3 10-5 mg/l입니다.
   갈륨 광상은 남서 아프리카, 러시아 및 CIS 국가에서 알려져 있습니다. 보크사이트에 있는 갈륨의 세계 자원은 10억 킬로그램 이상으로 추산됩니다. 또한 아연 광석의 세계 매장량에는 상당한 양의 갈륨이 있습니다. 그러나 보크사이트와 아연 광석에서 경제적으로 회수할 수 있는 갈륨은 극히 일부에 불과합니다.
   갈륨은 충분하지 않을 수 있지만 희귀하다고 할 수는 없습니다. 그것은 안티몬, 몰리브덴, 은 및 텅스텐과 같은 많은 알려진 금속보다 더 일반적이지만 이러한 원소와 달리 갈륨은 천연 광물에서 경제적인 농도로 거의 발견되지 않습니다. 상업용 갈륨의 두 가지 주요 공급원은 알루미나 생산 중 보크사이트에서 추출하는 것과 전기분해 전에 산화아연 침출로 인한 잔류물에서 추출하는 것입니다.
   갈륨은 지각에 원소 형태로 존재하지 않지만, 갈륨(III) 염의 형태로 가장 자주 발생합니다. 주로 보크사이트에서 Proizvodstvoditsya. 2010년에 256-261톤의 글로벌 생산 능력으로 78톤의 금속이 이러한 방식으로 생산되었습니다. 2010년 전 세계 갈륨 생산량은 약 201~212톤으로 추정된다. 이러한 상황은 현재 금속의 2차 환원 수준이 높고 과잉 생산/가공 능력이 있음을 분명히 보여줍니다. 2010년 갈륨 소비량은 280톤 수준으로 세계 시장에서 부족하고 재고에서 금속이 부분적으로 소비되고 있음을 나타냅니다. 2011년 갈륨 소비량은 218톤으로 감소하여 시장에 금속이 과잉 공급되었습니다(1차 갈륨의 세계 생산량은 292톤에 달함).
   갈륨의 2차 회수(가공). 광석에서 얻을 수 있는 갈륨의 부족은 상당한 양의 2차 생산으로 이어졌습니다. 일본에서는 2010년에 약 90톤의 금속 갈륨이 폐기물을 재활용하여 생산되었으며 또 다른 60톤의 갈륨은 액상 에피택시 생산 루프에 잠재적으로 포함되어 즉시 소비하거나 다른 용도로 사용할 수 있는 형태가 아닙니다.
   반도체 제조 공정에서 갈륨의 2차 환원도 중요한 원천입니다. 반도체 제조의 다단계 특성과 각 단계에서 매우 높은 품질 관리에 대한 요구 사항으로 인해 반도체에 실제로 포함된 것보다 훨씬 더 많은 갈륨이 필요합니다. 미국 에너지부는 2010년에 글로벌 갈륨 재활용 능력이 글로벌 갈륨 생산 능력의 약 42%(앞서 언급한 반도체 제조 공정의 결과)를 차지했다고 보고했습니다.
   중국은 1차 갈륨의 주요 생산국으로 여겨지며 독일, 카자흐스탄, 우크라이나, 한국, 러시아가 그 뒤를 잇습니다. 갈륨은 헝가리와 일본에서도 생산됩니다. 폐기물 회수를 포함하여 정제된 갈륨의 세계 생산량은 378톤으로 추정됩니다(2011년).
   중국, 일본, 영국 및 미국은 2010년 정제 갈륨의 주요 생산국이었습니다. 갈륨은 캐나다, 독일, 일본, 영국 및 미국에서 재활용하여 생산됩니다. 네오 머티리얼은 2010년에 전 세계적으로 소비된 갈륨의 50%가 재활용된 소스에서 나온 것으로 추정했습니다.
   중국의 주요 갈륨 생산업체는 Aluminium Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co.입니다. Ltd, China Crystal Technologies Ltd, East Mianchi Gallium Hope Industry Co. 주하이 판위안. 2010년 중국의 총 갈륨 생산 능력은 141톤으로 추산됩니다.
   러시아에서 갈륨을 정제하는 회사의 수가 감소하고 프랑스에서 공장이 폐쇄됨에 따라 주요 갈륨 생산 능력의 대부분은 현재 중국, 독일 및 카자흐스탄에 있습니다. 중국은 2010년 141톤/년에서 2011년 말까지 280톤/년으로 1차 갈륨 생산 능력을 늘렸습니다.
   갈륨의 상당 부분은 2차 생산, 특히 액상 에피택시로 인한 GaAs 및 폐기물 처리에서 발생합니다. 2차 생산의 주요 중심지는 일본과 북미입니다. 동시에 중국이이 금속의 주요 소비자 중 하나가되고 있음에도 불구하고 중국에서 갈륨 함유 폐기물의 효율적인 처리에 대한 데이터가 충분하지 않습니다.
   갈륨은 전자 산업의 기초입니다. 갈륨은 전자 산업에서 사용되는 반도체인 비화갈륨(GaAs) 및 질화갈륨(GaN)과 같은 화합물의 기초입니다. 또한 메모리 셀 제조에도 사용됩니다.
   GaAs로 만든 LED, 레이저 다이오드, 광센서 및 태양 전지와 같은 광전자 장치는 계속해서 전 세계적으로 주요 갈륨 소비 영역입니다. 가까운 장래에 GaAs의 사용은 특히 통신 시장에서 증가할 것으로 예상됩니다. 셀룰러 통신 및 위성 사용의 증가 항법 계기갈륨에 대한 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.
   갈륨은 레이저 다이오드 및 발광 다이오드(LED)에서 GaN 형태로 사용됩니다. 새로운 GaN 장치는 고밀도 스토리지(CD 플레이어 및 디지털 비디오 플레이어), 고품질 레이저 인쇄, 통신 및 조명을 만드는 데 사용됩니다. GaN 트랜지스터는 GaAs 소자보다 더 높은 전압과 더 높은 에너지 밀도에서 작동합니다. 갈륨은 일부 고온 온도계에 사용되며 갈륨, 인듐 및 주석의 공융 합금은 이러한 온도계에 널리 사용되어 수은을 대체합니다. 갈륨은 또한 저융점 합금 및 반짝이는 거울 생성의 구성 요소로 사용됩니다. 갈륨 시트레이트 및 갈륨 니트레이트와 같은 갈륨 염은 의약에 사용됩니다.
   최근 몇 년 동안 갈륨에 대한 글로벌 수요는 광전자 산업, 특히 LED에서 가장 강력했습니다. 우수한 특성으로 인해 GaAs는 많은 보안 애플리케이션에서 집적 회로의 실리콘 대신 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 휴대 전화 시장은 지난 몇 년 동안 갈륨 소비의 성장을 주도했습니다.
   갈륨 시장은 성장을 경험했습니다. 2010년에는 전자 및 광전자 부문 모두에서 금속에 대한 수요가 강했습니다. 갈륨 소비의 증가는 스마트폰과 다중 대역, 다중 모드 핸드셋에 대한 수요 증가와 조명 및 디스플레이 화면에서 LED 사용 증가에 의해 주도되었습니다. 중국에서는 확인된 소비량의 약 절반이 NdFeB 자성 재료에 사용됩니다. 이 패턴은 세계 다른 곳에서는 복제되지 않지만 일본에서는 성장 잠재력이 있습니다.
   갈륨은 반도체 제조에서 인듐으로 대체될 수 있으며, 태양 전지 박막 기술에서는 실리콘 기반 기술로 대체될 수 있으며, 특히 박막 셀렌화 카드뮴 또는 구리 인듐 셀렌화 기반 광전지의 일부 형태가 대체될 수 있습니다. 이러한 다양한 형태의 태양 전지 기술의 발전은 갈륨의 세계 시장 전망이 여전히 불투명하다는 것을 의미합니다. 태양 전지 기술의 구성 요소로서 갈륨의 장점은 또한 경쟁 재료 및 구성과 비교할 때 최종 장점으로 보이지 않습니다.
   갈륨의 주요 용도는 광전자공학 및 반도체 생산에 있습니다. 갈륨에 대한 추가 수요는 대면적 디스플레이 및 고체 조명, 박막 트랜지스터, 네오디뮴 철 붕소 자석 및 배터리, 리튬 배터리 및 구리-인듐 갈륨 셀레나이드 광전지에서 투명 양극으로 사용되기 때문입니다. 일반적으로 일부 전자 제품에서 갈륨의 사용은 제한된 공급으로 인해 보류되었습니다. 금속은 경제적으로 덜 중요한 것으로 대체되고 있으며 세계 총 생산량은 인듐 생산량의 약 10분의 1에 불과합니다.

   세계 갈륨 소비량, 톤*

   년도	2008	2009	2010	2011	2012
   일본	122.3	111.3	116.0	114.0	110.0
   미국	28.7	24.9	33.5	35.3	35.0
   다른 국가	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
   총	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

   * 요약 데이터

   갈륨 가격(이하 미국으로 수입되는 갈륨 가격, USGS 자료)은 스마트폰 시장의 성장, 조명에서의 LED 사용 증가 및 광전자에 대한 수요로 인해 2005, 2006 및 2009년을 제외하고 2004년부터 2011년까지 상승했습니다. 장치(블루레이, DVD 등). 2003년부터 2011년까지 세계 시장의 갈륨 가격은 약 $411/kg에서 $688/kg으로 1.5배 이상 상승했습니다. 2012년에 갈륨 가격은 평균 $556/kg으로 약간 떨어졌지만 매우 높은 수준을 유지했습니다.
   

   방대한 보크사이트 자원을 보유한 인도는 수출 지향적인 제련소에서 알루미나 생산량을 늘릴 수 있는 잠재력이 있으며, 이는 국내 소비와 세계 시장을 위한 금속 공급을 늘릴 수 있습니다. 갈륨에 대한 수요는 국가 전자 산업의 성장으로 인해 증가할 것으로 보입니다. 전략적으로 중요한 것은 금속 정제 및 생산을 위한 외국과의 협력뿐만 아니라 현지 기술의 개발입니다. 대체 공급원인 아연 침전물은 쉽게 구할 수 있는 갈륨 공급원이 모두 사용되면 경제적으로 실행 가능하게 될 것입니다.
   갈륨에 대한 수요는 2015년까지 연간 약 15% 증가할 것으로 예상되며, 이러한 증가된 수요는 특히 2차 정제에서 기존의 초과 용량과 중국 및 아마도 중국에서 계획된 새로운 주류 용량 모두에 의해 촉진될 것입니다. 북아메리카. 재활용 재료의 사용되지 않은 재고는 재활용률이 낮은 상태에서 중국에 쌓일 것입니다.