Kjemi

Gallium #31

undergruppe av gallium. Innholdet av hvert av medlemmene i denne undergruppen i jordskorpen i serien gallium (4-10~4%) - indium (2-10~6) - thallium (8-10-7) er synkende. Alle tre "elementene er ekstremt spredt, og å være i form av visse mineraler er ikke typisk for dem. Tvert imot inneholder mindre urenheter av deres forbindelser malm av mange metaller. Ga, In og Ti er hentet fra avfall under behandling av slike malmer.
I fri tilstand er gallium, indium og tallium sølvhvite metaller. Deres viktigste konstanter sammenlignes nedenfor:
Ga I Tl

Fysiske egenskaper til gallium

Tetthet, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Smeltepunkt, °С. . . 30 157 304
Kokepunkt, °С... . 2200 2020 1475
Elektrisk ledningsevne (Hg = 1) . . 2 11 6

Etter hardhet gallium nær ledelse, In og Ti - enda mykere 6-13.
Gallium og indium endres ikke i tørr luft, og tallium er dekket med en grå film av oksid. Ved oppvarming kombineres alle tre elementene kraftig med oksygen og svovel. De samhandler med klor og brom allerede ved vanlige temperaturer, med jod bare når de varmes opp. Lokalisert i en serie spenninger nær jern, er Ga, In og Ti løselige i syrer.14 '15
Den vanlige valensen til gallium og indium er tre. Tallium gir derivater der det er tri- og monovalent. atten
Oksidene av gallium og dets analoger - hvit Ga 2 O 3, gul 1p203 og brun T1203 - er uløselige i vann - de tilsvarende hydroksydene E (OH) 3 (som kan fås fra salter) er gelatinøse sedimenter, praktisk talt uløselige i vann, men løselig i syrer. Hvite hydroksider av Ga og In er også løselige i løsninger av sterke alkalier med dannelse av gallater og indater som ligner på aluminater. De har derfor en amfoter karakter, og de sure egenskapene er mindre uttalte i 1n(OH) 3, og sterkere i Ga(OH) 3 enn i Al(OH) 3 . Så, i tillegg til sterke alkalier, er Ga (OH) 3 løselig i sterke løsninger av NH 4 OH. Tvert imot, rødbrun Ti(OH) 3 løses ikke opp i alkalier.
Ga"" og In" ionene er fargeløse, Ti" ionene har en gulaktig farge. Saltene av de fleste syrer produsert av dem er svært løselige i vann, men svært hydrolyserte; Av de løselige salter av svake syrer gjennomgår mange nesten fullstendig hydrolyse. Mens derivater av de lavere valensene Ga og In ikke er typiske for dem, er de mest karakteristiske for tallium nettopp de forbindelsene der det er monovalent. Derfor har T13+ salter markerte oksiderende egenskaper.

Thalliumoksid (T120) dannes som et resultat av samspillet mellom grunnstoffer ved høye temperaturer. Det er et svart hygroskopisk pulver. Med vann danner talliumoksid gult lystgass (T10H), som ved oppvarming lett spalter vann og går tilbake til T120.
Thalliumoksidhydrat er svært løselig i vann og er en sterk base. Saltene den danner er stort sett fargeløse og
krystallisere uten vann. Klorid, bromid og jodid er nesten uløselige, men noen andre salter er løselige i vann. Vilkårlig TiOH og svake syrer på grunn av hydrolyse gir en alkalisk reaksjon i løsning. Under påvirkning av sterke oksidasjonsmidler (for eksempel klorvann) oksideres enverdig tallium til treverdig.57-66
Når det gjelder de kjemiske egenskapene til grunnstoffene og deres forbindelser, er gallium-undergruppen på mange måter lik germanium-undergruppen. Så for Ge og Ga er den høyere valensen mer stabil, for Pb og T1 er den lavere, den kjemiske arten av hydroksidene i serien Ge-Sn-Pb og Ga-In-Ti endringer av samme type. Noen ganger dukker det opp mer subtile "likhetstrekk, for eksempel den lave løseligheten til halogenid (Cl, Br, I) salter av både Pbn og Ti. Til tross for dette er det betydelige forskjeller mellom elementene i begge undergruppene (delvis på grunn av deres forskjellige valens): den sure naturen til hydroksydene til Ga og dets analoger er mye mindre uttalt enn den til de tilsvarende elementene av germanium-undergruppen, i motsetning til PbF 2, er talliumfluorid svært løselig, etc.

Gallium tilskudd

1. Alle tre medlemmene av undergruppen under vurdering ble oppdaget ved hjelp av et spektroskop: 1 tallium - i 1861, indium - i 1863 og gallium - i 1875. Det siste av disse elementene ble forutsagt og beskrevet av D. I. Mendeleev 4 år før oppdagelsen (VI § 1). Naturlig gallium er sammensatt av isotoper med massetall 69 (60,2%) og 71 (39,8); indium-113 (4,3) og 115 (95,7); tallium - 203 (29,5) og 205 (70,5%).
2. I grunntilstanden har atomene til elementene i galliumundergruppen strukturen til ytre elektronskall 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) og er enverdige, i ) kcal/g-atom. Suksessive ioniseringsenergier er 6,00; 20,51; 30,70 for Ga; 5,785; 18,86; 28.03 for Inn: 6.106; 20,42; 29,8 eV for T1. Affiniteten til et talliumatom for et elektron er estimert til 12 kcal/g-atom.
3. For gallium er det sjeldne mineralet gallitt (CuGaS 2) kjent. Spor av dette grunnstoffet finnes stadig i sinkmalm. Betydelig store mengder av det: E (opptil 1,5%) ble funnet i asken til noen steinkull. Imidlertid er hovedråstoffet for industriell produksjon av gallium bauxitt, som vanligvis inneholder mindre urenheter (opptil 0,1%). Det utvinnes ved elektrolyse fra alkaliske væsker, som er et mellomprodukt ved bearbeiding av naturlig bauxitt til kommersiell alumina. Størrelsen på den årlige verdensproduksjonen av gallium er fortsatt anslått til noen få tonn, men kan økes betydelig.
4. Indium oppnås hovedsakelig som et biprodukt i den komplekse behandlingen av svovelmalm Zn, Pb og Cu. Dens årlige verdensproduksjon er flere titalls tonn.
5. Tallium er konsentrert hovedsakelig i pyritt (FeS2). Derfor er svovelsyreproduksjonsslam et godt råstoff for å oppnå dette grunnstoffet. Den årlige verdensproduksjonen av tallium er mindre enn Indias, men er også på titalls tonn.
6. For å isolere Ga, In og T1 i fri tilstand, brukes enten elektrolyse av løsninger av deres salter eller gløding av oksider i en hydrogenstrøm. Varmene ved smelting og fordampning av metaller har følgende verdier: 1,3 og 61 (Ga), 0,8 og 54 (In), 1,0 og 39 kcal/g-atom (T1). Oppvarmingen av deres sublimering (ved 25°C) er 65 (Ga), 57 (In) og 43 kcal/g-atom (T1). I par er alle tre grunnstoffene nesten utelukkende sammensatt av monoatomiske molekyler.
7. Krystallgitteret til gallium dannes ikke av individuelle atomer (som er vanlig for metaller), men av diatomiske molekyler (rf = 2,48A). Det er altså et interessant tilfelle av sameksistensen av molekylære og metalliske strukturer (III § 8). Ga2-molekyler er også bevart i flytende gallium, hvis tetthet (6,1 g/cm) er større enn for et fast metall (en analogi med vann og vismut). En økning i trykk er ledsaget av en reduksjon i smeltepunktet til gallium. Ved høye trykk, i tillegg til den vanlige modifikasjonen (Gal), er det etablert to andre former for den. Trippelpunkter (med en flytende fase) ligger for Gal - Gall ved 12 tusen atm og 3 °C, og for Gall - Galll ​​- ved 30 tusen atm og 45 °C.
8. Gallium er svært utsatt for hypotermi, og det var mulig å holde det i flytende tilstand ned til -40 ° C. Gjentatt repetisjon av rask krystallisering av en underkjølt smelte kan tjene som en metode for å rense gallium. I en svært ren tilstand (99,999%) ble det også oppnådd ved elektrolytisk raffinering, samt ved hydrogenreduksjon av nøye renset GaCl3. Det høye kokepunktet og ganske jevn ekspansjon ved oppvarming gjør gallium til et verdifullt materiale for fylling av høytemperaturtermometre. Til tross for dens ytre likhet med kvikksølv, er den gjensidige løseligheten av begge metaller relativt lav (i området fra 10 til 95 °C varierer den fra 2,4 til 6,1 atomprosent for Ga i Hg og fra 1,3 til 3,8 atomprosent for Hg til Ga ). I motsetning til kvikksølv, løser ikke flytende gallium opp alkalimetaller og fukter godt mange ikke-metalliske overflater. Spesielt gjelder dette glass, ved å påføre gallium som man kan få tak i speil som sterkt reflekterer lys (det er imidlertid en indikasjon på at svært rent gallium, som ikke inneholder indiumurenheter, ikke fukter glass). Avsetning av gallium på en plastbase brukes noen ganger for raskt å oppnå radiokretser. En legering av 88 % Ga og 12 % Sn smelter ved 15°C, og noen andre legeringer som inneholder gallium (f.eks. 61,5 % Bi, 37,2 % Sn og 1,3 % Ga) er foreslått for tannfyllinger. De endrer ikke volumet med temperaturen og holder seg godt. Gallium kan også brukes som ventiltetning i vakuumteknologi. Man bør imidlertid huske på at den ved høye temperaturer er aggressiv mot både glass og mange metaller.
9. I forbindelse med muligheten for å utvide produksjonen av gallium, blir problemet med assimilering (dvs. mestring ved praksis) av dette elementet og dets forbindelser påtrengende, noe som krever forskning for å finne områder for rasjonell bruk. Det er en oversiktsartikkel og monografier om gallium.
10. Kompressibiliteten til indium er litt høyere enn for aluminium (ved 10 tusen atm er volumet 0,84 av originalen). Med en økning i trykket synker dens elektriske motstand (opptil 0,5 av startverdien ved 70 000 atm) og smeltepunktet øker (opp til 400 °C ved 65 000 atm). Pinner av metallisk indium knase når de er bøyd, som tinn. På papiret etterlater det en mørk strek. En viktig bruk av indium er knyttet til fremstilling av germanium AC likerettere (X § 6 tillegg 15). På grunn av sin smeltbarhet kan den spille rollen som et smøremiddel i lagre.
11. Innføringen av en liten mengde indium i kobberlegeringer øker deres motstand mot sjøvann i stor grad, og tilsetning av indium til sølv øker glansen og forhindrer anløpning i luft. Tilsetning av indium gir legeringer for tannfyllinger økt styrke. Det elektrolytiske indiumbelegget av andre metaller beskytter dem godt mot korrosjon. En legering av indium med tinn (1:1 i masse) lodder glass godt med glass eller metall, og en legering på 24 % In og 76 % Ga smelter ved 16°C. En legering som smelter ved 47 ° C 18,1 % Inn med 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn og 8,2 - Cd finner medisinsk bruk ved komplekse benbrudd (i stedet for gips). Det er en monografi om kjemien til indium
12. Kompressibiliteten til tallium er omtrent den samme som indium, men to allotropiske modifikasjoner (heksagonale og kubiske) er kjent for det, overgangspunktet mellom disse ligger ved 235 ° C. Under høyt trykk oppstår en annen. Trippelpunktet for alle tre formene ligger ved 37 tusen atm og 110°C. Dette trykket tilsvarer en brå reduksjon med omtrent 1,5 ganger i den elektriske motstanden til metallet (som ved 70 tusen atm er omtrent 0,3 av den vanlige). Under et trykk på 90 000 atm smelter den tredje formen for tallium ved 650°C.
13. Tallium brukes hovedsakelig til fremstilling av legeringer med tinn og bly, som har høy syrebestandighet. Spesielt tåler legeringssammensetningen på 70% Pb, 20% Sn og 10% T1 virkningen av blandinger av svovelsyre, saltsyre og salpetersyre. Det er en monografi om tallium.
14. Med hensyn til vann er gallium og kompakt indium stabile, mens tallium i nærvær av luft sakte ødelegges av det fra overflaten. Gallium reagerer kun sakte med salpetersyre, mens thallium reagerer veldig kraftig. Tvert imot løser svovelsyre, og spesielt saltsyre, lett Ga og In, mens T1 interagerer med dem mye langsommere (på grunn av dannelsen av en beskyttende film av tungtløselige salter på overflaten). Løsninger av sterke alkalier løser lett opp gallium, virker bare sakte på indium og reagerer ikke med tallium. Gallium løses også merkbart i NH4OH. Flyktige forbindelser av alle tre elementene farger en fargeløs flamme i karakteristiske farger: Ga - i mørk lilla (L. \u003d 4171 A), nesten umerkelig for øyet, In - i mørkeblå (L, \u003d 4511 A), T1 - i smaragdgrønn (A, \u003d \u003d 5351 A).
15. Gallium og indium ser ikke ut til å være giftige. Tvert imot er tallium svært giftig, og i handlingens natur ligner det Pb og As. Det påvirker nervesystemet, fordøyelseskanalen og nyrene. Symptomer på akutt forgiftning vises ikke umiddelbart, men etter 12-20 timer. Ved sakte utviklende kronisk forgiftning (inkludert gjennom huden) observeres primært eksitasjon og søvnforstyrrelser. I medisin brukes talliumpreparater for å fjerne hår (for lav, etc.). Thalliumsalter har funnet anvendelse i lysende sammensetninger som stoffer som øker glødens varighet. De viste seg også å være et godt middel for mus og rotter.
16. I spenningsserien ligger gallium mellom Zn og Fe, mens indium og thallium er mellom Fe og Sn. Ga- og In-overgangene i henhold til E + 3 + Ze = E-skjemaet tilsvarer normale potensialer: -0,56 og -0,33 V (i et surt miljø) eller -1,2 og -1,0 V (i et alkalisk miljø). Tallium omdannes av syrer til en enverdig tilstand (normalt potensial -0,34 V). Overgangen T1 + 3 + 2e \u003d T1 + er preget av et normalt potensial på + 1,28 V i et surt miljø eller + 0,02 V - i et alkalisk.
17. Dannelsesvarmen av E203-oksider av gallium og dets analoger avtar langs serien 260 (Ga), 221 (In) og 93 kcal/mol (T1). Ved oppvarming i luft oksideres gallium praktisk talt bare til GaO. Derfor oppnås Ga203 vanligvis ved dehydrering av Ga (OH) h. Indium, når det varmes opp i luft, danner In2O3, og tallium danner en blanding av T12O3 og T120, med jo høyere innhold av høyere oksid, jo lavere temperatur. Opp til T1203 kan tallium oksideres ved påvirkning av ozon.
18. Løseligheten av E2O3-oksider i syrer øker langs serien Ga - In - Tl. I samme serie avtar styrken på bindingen mellom grunnstoffet og oksygen: Ga2O3 smelter ved 1795°C uten dekomponering, ln203 omdannes til ln304 bare over 850°C, og finfordelt T1203 begynner å spalte av oksygen allerede ved ca 90° C. Det kreves imidlertid mye høyere temperaturer for fullstendig konvertering av T1203 til T120. Under et overskudd av oksygen smelter In203 ved 1910°C, mens T1203 smelter ved 716°C.
19. Hydratiseringsvarmene av oksider i henhold til skjemaet E2O3 + ZH20 = 2E(OH)3 er +22 kcal (Ga), +1 (In) og -45 (T1). I samsvar med dette øker lettheten ved å spalte av vann med hydroksyder fra Ga til T1: hvis Ga(OH)3 er fullstendig dehydrert bare ved kalsinering, går T1(OH)3 over i T1203 selv når den står under væsken den fra ble isolert.
20. Når sure løsninger av galliumsalter nøytraliseres, utfelles hydroksydet omtrent i pH-området = 3-4. Nyutfelt Ga(OH)3 er svært løselig i sterke ammoniakkløsninger, men etter hvert som det eldes, avtar løseligheten mer og mer. Dets isoelektriske punkt ligger ved pH = 6,8, og PR = 2 10~37. For lp(OH)3 ble PR = 1 10-31 funnet, og for T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Følgende verdier ble bestemt for den andre og tredje dissosiasjonskonstanten til Ga(OH)3 i henhold til de sure og basiske typene:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2“2. Yu-P / Nz \u003d 4 -10 12
Således er galliumhydroksid et tilfelle av en elektrolytt som er veldig nær ideell amfoterisitet.

1. Forskjellen i de sure egenskapene til galliumhydroksider og dets analoger er tydelig manifestert når de samhandler med løsninger av sterke alkalier (NaOH, KOH). Galliumhydroksid løses lett opp og danner type M gallater, som er stabile både i løsning og i fast tilstand. Ved oppvarming mister de lett vann (Na-salt - ved 120, K-salt - ved 137 ° C) og går over i de tilsvarende vannfrie salter av MGa02-typen. Toverdige metaller (Ca, Sr) oppnådd fra løsninger av gallater er preget av en annen type - M3 ■ 2H20, som også er nesten uløselige. De er fullstendig hydrolysert av vann.
   Thalliumhydroksid peptiseres lett av sterke alkalier (med dannelse av en negativ sol), men er uløselig i dem og gir ikke tallater. Tørrveis (ved fusjon av oksider med tilsvarende karbonater) derivater av ME02-typen ble oppnådd for alle tre elementene i galliumundergruppen. Men når det gjelder tallium, viste de seg å være blandinger av oksider.
   1. De effektive radiene til Ga3+, In3* og T13* ionene er henholdsvis 0,62, 0,92 og 1,05 A. I et vandig medium er de tilsynelatende direkte omgitt av seks vannmolekyler. Slike hydratiserte ioner er noe dissosiert i henhold til skjemaet E(OH2)a T * E (OH2)5 OH + H, og deres dissosiasjonskonstanter er estimert til 3 ■ 10-3°(Ga) og 2 10-4 (In) .
   2. Halogenidsaltene av Ga3+, In3* og T13*' er generelt lik de tilsvarende saltene av A13*. I tillegg til fluorider er de relativt smeltbare og lettløselige ikke bare i vann, men også i en rekke organiske løsemidler. Av disse er kun gul Gal3 malt

   Det kjemiske elementet gallium finnes praktisk talt ikke i naturen i fri form. Det finnes i urenheter av mineraler, som det er vanskelig å skille det fra. Gallium regnes som et sjeldent stoff, noen av egenskapene er ikke fullt ut forstått. Imidlertid brukes det i medisin og elektronikk. Hva er dette elementet? Hvilke egenskaper har den?

   Gallium - metall eller ikke-metall?

   Grunnstoffet tilhører den trettende gruppen av den fjerde perioden. Den er oppkalt etter den historiske regionen - Gallia, som Frankrike var en del av - fødestedet til oppdageren av elementet. Symbolet Ga brukes for å betegne det.

   Gallium er inkludert i gruppen av lettmetaller sammen med aluminium, indium, germanium, tinn, antimon og andre grunnstoffer. Som et enkelt stoff er det skjørt og mykt, har en sølvhvit farge med en lett blåaktig fargetone.

   Oppdagelseshistorie

   Mendeleev "spådde" gallium, og etterlot et sted for det i den tredje gruppen av det periodiske systemet (i henhold til det utdaterte systemet). Han kalte grovt dens atommasse og spådde til og med at grunnstoffet ville bli oppdaget spektroskopisk.

   Noen år senere ble metallet oppdaget av franskmannen Paul Emile Lecoq. I august 1875 studerte en forsker spekteret fra en forekomst i Pyreneene og la merke til nye lilla linjer. Grunnstoffet ble kalt gallium. Innholdet i mineralet var ekstremt lite og Lecoq klarte å isolere bare 0,1 gram. Oppdagelsen av metallet var en av bekreftelsene på riktigheten av Mendeleevs spådom.

   

   Fysiske egenskaper

   Galliummetall er svært formbart og smeltbart. Ved lave temperaturer er den i fast tilstand. For å gjøre det om til en væske er en temperatur på 29,76 grader Celsius eller 302,93 Calvin tilstrekkelig. Du kan smelte den ved å holde den i hånden eller slippe den i en varm væske. For høye temperaturer gjør den veldig aggressiv: ved 500 grader Celsius og over er den i stand til å korrodere andre metaller.

   Krystallgitteret til gallium er dannet av diatomiske molekyler. De er veldig stabile, men svakt sammenkoblet. Det tar svært lite energi å bryte bindingen deres, så gallium blir flytende uten problemer. Det er fem ganger mer smeltbart enn indium.

   I flytende tilstand er metallet tettere og tyngre enn i fast tilstand. I tillegg leder den strøm bedre. Under normale forhold er dens tetthet 5,91 g/cm³. Metallet koker ved -2230 grader Celsius. Når den er størknet, utvider den seg med omtrent 3,2 %.

   

   Kjemiske egenskaper

   I mange kjemiske egenskaper ligner gallium på aluminium, men viser mindre aktivitet og reaksjoner med det er langsommere. Den reagerer ikke med luft, og danner umiddelbart en oksidfilm som forhindrer oksidering. Det reagerer ikke på hydrogen, bor, silisium, nitrogen og karbon.

   Metallet samhandler godt med nesten alle halogener. Det reagerer med jod bare når det varmes opp; det reagerer med klor og brom selv ved romtemperatur. I varmt vann begynner det å fortrenge hydrogen, danner salter med mineralsyrer, og frigjør også hydrogen.

   Med andre metaller er gallium i stand til å danne amalgamer. Hvis flytende gallium slippes på et solid stykke aluminium, vil det begynne å trenge inn i det. Invaderer krystallgitteret av aluminium, vil det flytende stoffet gjøre det sprøtt. I løpet av få dager kan en solid metallstang knuses for hånd, uten stor innsats.

   applikasjon

   I medisin brukes galliummetall for å bekjempe svulster og hyperkalsemi, det er også egnet for radioisotopdiagnose av beinkreft. Imidlertid kan preparater som inneholder stoffet forårsake bivirkninger som kvalme og oppkast.

   Galliummetall brukes også i mikrobølgeelektronikk. Den brukes til fremstilling av halvledere og lysdioder, som et piezomateriale. Metalllim er oppnådd fra en legering av gallium med skandium eller nikkel. I en legering med plutonium spiller den rollen som en stabilisator og brukes i atombomber.

   Glass med dette metallet har en høy brytningsindeks, og oksidet Ga 2 O 3 lar glasset overføre infrarøde stråler. Rent gallium kan brukes til å lage enkle speil, da det reflekterer lyset godt.

   

   Distribusjon og forekomster av gallium

   Hvor får man tak i gallium? Metall kan enkelt bestilles på nett. Prisen varierer fra 115 til 360 dollar per kilo. Metallet regnes som sjeldent, det er svært spredt i jordskorpen og danner praktisk talt ikke sine egne mineraler. Siden 1956 har alle tre blitt funnet.

   Ofte finnes gallium i sammensetningen av sink, jern, Dens urenheter finnes i kull, beryl, granat, magnetitt, turmalin, feltspat, kloritt og andre mineraler. I gjennomsnitt er innholdet i naturen omtrent 19 g/t.

   

   Mest gallium finnes i stoffer som er nær det i sammensetning. På grunn av dette er det vanskelig og dyrt å trekke ut dem. Metallets eget mineral kalles gallitt med formelen CuGaS 2 . Den inneholder også kobber og svovel.

   Påvirkning på en person

   Lite er kjent om den biologiske rollen til metallet og dets effekter på menneskekroppen. I det periodiske systemet er det ved siden av grunnstoffene som er livsviktige for oss (aluminium, jern, sink, krom). Det er en oppfatning at gallium som et ultramikroelement er en del av blodet, akselererer strømmen og forhindrer dannelsen av blodpropper.

   På en eller annen måte er en liten mengde av stoffet inneholdt i menneskekroppen (10 -6 - 10 -5%). Gallium kommer inn i den sammen med vann og landbruksmat. Det henger igjen i beinvevet og leveren.

   Galliummetall regnes som lite giftig eller betinget giftig. Ved kontakt med huden forblir små partikler på den. Det ser ut som en grå skitten flekk som lett fjernes med vann. Stoffet etterlater ikke brannskader, men kan i noen tilfeller gi dermatitt. Det er kjent at et høyt innhold av gallium i kroppen gir lidelser i lever, nyrer og nervesystem, men dette krever svært mye metall.

   Gallium(lat. Gallium), Ga, et kjemisk element fra gruppe III i det periodiske systemet til D. I. Mendeleev, serienummer 31, atommasse 69,72; sølvhvitt mykt metall. Består av to stabile isotoper med massetall 69 (60,5 %) og 71 (39,5 %).

   Eksistensen av Gallium ("ekaalumium") og dets hovedegenskaper ble spådd i 1870 av D. I. Mendeleev. Grunnstoffet ble oppdaget ved spektralanalyse i pyreneisk sinkblanding og isolert i 1875 av den franske kjemikeren P. E. Lecoq de Boisbaudran; oppkalt etter Frankrike (lat. Gallia). Det nøyaktige sammentreffet mellom egenskapene til Gallium og de som ble forutsagt, var det periodiske systemets første triumf.

   Gjennomsnittlig innhold av gallium i jordskorpen er relativt høyt, 1,5·10 -3 vekt%, som er lik innholdet av bly og molybden. Gallium er et typisk sporstoff. Det eneste galliummineralet, CuGaS 2 gallitt, er svært sjeldent. Geokjemien til Gallium er nært knyttet til geokjemien til aluminium, noe som skyldes likheten mellom deres fysisk-kjemiske egenskaper. Hoveddelen av gallium i litosfæren er innelukket i aluminiummineraler. Galliuminnholdet i bauxitt og nefelin varierer fra 0,002 til 0,01 %. Forhøyede konsentrasjoner av gallium er også observert i sfaleritter (0,01-0,02%), i steinkull (sammen med germanium), og også i noen jernmalmer.

   Fysiske egenskaper til gallium. Gallium har et rombisk (pseudotetragonalt) gitter med parametere a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Tetthet (g / cm 3) av fast metall 5.904 (20 ° C), væske 6.095 (29.8 ° C), det vil si under størkning øker volumet av gallium; t pl 29,8°C, kokepunkt 2230°C. Et særtrekk ved Gallium er et stort område av flytende tilstand (2200°C) og lavt damptrykk ved temperaturer opp til 1100-1200°C. Den spesifikke varmekapasiteten til fast gallium er 376,7 J/(kg K), dvs. 0,09 cal/(g grader) i området 0-24°C, henholdsvis flytende, 410 j/(kg K), dvs. 0,098 cal / (g grader) i området 29-100°C. Elektrisk resistivitet (ohm cm) av fast gallium 53,4 10 -6 (0°C), væske 27,2 10 -6 (30°C). Viskositet (poise \u003d 0,1 n sek / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), overflatespenning 0,735 n / m (735 dyn / cm) (30 ° C i en atmosfære av H 2) . Refleksjonskoeffisientene for bølgelengdene 4360Å og 5890Å er henholdsvis 75,6 % og 71,3 %. Tverrsnittet for termisk nøytronfangst er 2,71 fjøs (2,7 10 -28 m 2).

   Kjemiske egenskaper til gallium. Gallium er stabilt i luft ved vanlige temperaturer. Over 260°C i tørt oksygen observeres langsom oksidasjon (oksidfilmen beskytter metallet). I svovelsyre og saltsyre oppløses gallium sakte, i flussyre - raskt, i salpetersyre i kulde er gallium stabilt. Gallium oppløses sakte i varme alkaliske løsninger. Klor og brom reagerer med Gallium i kulde, jod - ved oppvarming. Smeltet gallium ved temperaturer over 300 ° C interagerer med alle strukturelle metaller og legeringer.

   De mest stabile trivalente forbindelsene av Gallium, som i mange henseender er like i egenskaper som de kjemiske forbindelsene av aluminium. I tillegg er mono- og divalente forbindelser kjent. Det høyeste oksidet Ga 2 O 3 er et hvitt stoff, uløselig i vann. Det tilsvarende hydroksydet utfelles fra løsninger av galliumsalter i form av et hvitt gelatinøst bunnfall. Den har en uttalt amfoterisk karakter. Når de er oppløst i alkalier, dannes gallater (for eksempel Na), når de er oppløst i syrer, Galliumsalter: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3, etc. De sure egenskapene til galliumhydroksid er mer uttalt enn aluminiumhydroksid. [Al(OH)3 er i området pH = 10,6-4,1, og Ga(OH)3 er i området pH = 9,7-3,4].

   I motsetning til Al(OH) 3 løses galliumhydroksid ikke bare i sterke alkalier, men også i ammoniakkløsninger. Ved koking utfelles galliumhydroksid igjen fra ammoniakkløsningen.

   Av galliumsaltene er GaCl 3-klorid (smp. 78°C, kokepunkt 200°C) og Ga 2-sulfat (SO 4) 3 av størst betydning. Sistnevnte med alkalimetall- og ammoniumsulfater danner dobbeltsalter av aluntypen, for eksempel (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. Gallium danner ferrocyanid Ga 4 3, som er lite løselig i vann og fortynnede syrer, som kan brukes til å skille den fra Al og en rekke andre elementer.

   Får Gallia. Hovedkilden til gallium er aluminiumproduksjon. Gallium under bearbeiding av bauxitt ved Bayer-metoden konsentreres i den sirkulerende moderluten etter tildeling av Al(OH)3. Gallium isoleres fra slike løsninger ved elektrolyse på en kvikksølvkatode. Fra den alkaliske løsningen oppnådd etter behandling av amalgamet med vann, utfelles Ga(OH) 3, som løses opp i alkali og gallium isoleres ved elektrolyse.

   Med soda-kalk-metoden for bearbeiding av bauxitt- eller nefelinmalm, konsentreres Gallium i de siste fraksjonene av sedimenter som frigjøres under karbonisering. For ytterligere anrikning behandles bunnfallet av hydroksyder med melk av kalk. I dette tilfellet forblir det meste av Al i bunnfallet, og Gallium går over i løsning, hvorfra galliumkonsentrat (6-8 % Ga 2 O 3) isoleres ved å lede CO 2; sistnevnte oppløses i alkali og gallium isoleres elektrolytisk.

   Den resterende anodiske legeringen fra Al-raffineringsprosessen ved trelags elektrolysemetoden kan også tjene som en kilde til gallium. Ved produksjon av sink er kildene til gallium sublimater (Weltz-oksider) som dannes under bearbeiding av utvaskingsavfall fra sinkgass.

   Flytende gallium oppnådd ved elektrolyse av en alkalisk løsning, vasket med vann og syrer (HCl, HNO 3), inneholder 99,9-99,95 % Ga. Et renere metall oppnås ved vakuumsmelting, sonesmelting eller ved å trekke en enkelt krystall fra smelten.

   Påføring av gallium. Den mest lovende anvendelsen av Gallium er i form av kjemiske forbindelser som GaAs, GaP, GaSb, som har halvlederegenskaper. De kan brukes i høytemperaturlikerettere og transistorer, solceller og andre enheter hvor den fotoelektriske effekten i barrierelaget kan brukes, samt i infrarøde strålingsmottakere. Gallium kan brukes til å lage optiske speil som er svært reflekterende. En legering av aluminium med gallium har blitt foreslått i stedet for kvikksølv som en katode for ultrafiolett strålingslamper brukt i medisin. Flytende gallium og dets legeringer er foreslått brukt til fremstilling av høytemperaturtermometre (600-1300°C) og manometre. Av interesse er bruken av Gallium og dets legeringer som flytende kjølevæske i kraftkjernereaktorer (dette hindres av den aktive interaksjonen av Gallium ved driftstemperaturer med strukturelle materialer; den eutektiske Ga-Zn-Sn-legeringen har en mindre korrosiv effekt enn ren Gallium).

   Gallium er et element i hovedundergruppen til den tredje gruppen av den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D. I. Mendeleev, med atomnummer 31. Det er betegnet med symbolet Ga (lat. Gallium). Tilhører gruppen lettmetaller. Det enkle stoffet gallium er et mykt, formbart metall av sølvhvit (ifølge andre kilder, lysegrå) farge med en blåaktig fargetone.
   Gjennomsnittlig innhold av gallium i jordskorpen er 19 g/t. Gallium er et typisk sporstoff med en dobbel geokjemisk natur. På grunn av nærheten av dets krystallkjemiske egenskaper med de viktigste bergdannende elementene (Al, Fe, etc.) og den store muligheten for isomorfisme med dem, danner ikke gallium store ansamlinger, til tross for den betydelige clarke-verdien.
   

   Følgende mineraler med høyt innhold av gallium skilles ut: sfaleritt (0 - 0,1%), magnetitt (0 - 0,003%), kassiteritt (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beryl (0 - 0,003% ), turmalin (0 - 0,01 %), spodumen (0,001 - 0,07 %), flogopitt (0,001 - 0,005 %), biotitt (0 - 0,1 %), muskovitt (0 - 0,01 %), serisitt ( 0 - 0,005 %), lepidolitt (0,001 - 0,03 %), kloritt (0 - 0,001 %), feltspat (0 - 0,01 %), nefelin (0 - 0,1 %), heckmanitt (0,01 - 0,07 %), natrolitt (0 - 0,1 %). Konsentrasjonen av gallium i sjøvann er 3 10-5 mg/l.
   Galliumforekomster er kjent i Sørvest-Afrika, Russland og CIS-landene. Verdensressursene for gallium i bauxitt er estimert til over én milliard kilo. I tillegg er en betydelig mengde gallium tilgjengelig i verdensreservene av sinkmalm. Imidlertid er bare en liten del av galliumet i bauxitt- og sinkmalm økonomisk utvinnbart.
   Gallium er kanskje ikke nok, men det kan ikke kalles sjelden. Det er mer rikelig enn mange kjente metaller som antimon, molybden, sølv og wolfram, men i motsetning til disse grunnstoffene er gallium sjelden, om noen gang, funnet i økonomiske konsentrasjoner i naturlige mineraler. De to hovedkildene til kommersielt gallium er utvinning fra bauxitt under produksjon av aluminiumoksyd og utvinning fra rester som er et resultat av sinkoksydutlekking før elektrolyse.
   Gallium finnes ikke i jordskorpen i elementær form, men forekommer oftest i form av et gallium(III)-salt. Proizvodstvoditsya primært fra bauxitt. I 2010, med en global produksjonskapasitet på 256-261 tonn, ble det produsert 78 tonn metall på denne måten. Produksjonen av gallium i verden som helhet i 2010 ble anslått til å være omtrent 201-212 tonn. Denne omstendigheten viser tydelig den høye graden av sekundær utvinning av metallet, så vel som den overdrevne produksjons-/prosesseringskapasiteten for tiden. Forbruket av gallium i 2010 var på nivået 280 tonn, noe som indikerte tilstedeværelsen av en mangel på verdensmarkedet og delvis forbruk av metall fra lagre. I 2011 falt galliumforbruket til 218 tonn, noe som resulterte i et overskudd av metallet på markedet (verdensproduksjonen av primærgallium utgjorde 292 tonn).
   Sekundær utvinning (behandling) av gallium. Mangelen på gallium hentet fra malm har ført til betydelige volumer av sekundærproduksjonen. I Japan ble omtrent 90 tonn metallisk gallium i 2010 produsert ved resirkulering fra avfall, og ytterligere 60 tonn gallium potensielt inneholdt i væskefase-epitaksiproduksjonssløyfen, ikke umiddelbart tilgjengelig for forbruk eller i en form som kan brukes til andre formål.
   Den sekundære reduksjonen av gallium i halvlederproduksjonsprosesser er også en viktig kilde. På grunn av flertrinnsnaturen til halvlederfabrikasjon og kravet om ekstremt høy kvalitetskontroll ved hvert trinn, kreves det mye mer gallium enn det som faktisk finnes i halvledere. Det amerikanske energidepartementet rapporterte at i 2010 utgjorde den globale gjenvinningskapasiteten for gallium omtrent 42 % (delvis som et resultat av den nevnte halvlederfremstillingsprosessen) av den globale produksjonskapasiteten for gallium.
   Kina antas å være den ledende produsenten av primærgallium, etterfulgt av Tyskland, Kasakhstan, Ukraina, Sør-Korea og Russland. Gallium produseres også i Ungarn og Japan. Verdensproduksjonen av raffinert gallium, inkludert gjenvinning fra avfall, er beregnet til 378 tonn (2011).
   Kina, Japan, Storbritannia og USA var hovedprodusentene av raffinert gallium i 2010. Gallium produseres fra resirkulering i Canada, Tyskland, Japan, Storbritannia og USA. Neo Material anslo at 50 % av galliumet som ble konsumert over hele verden i 2010 kom fra resirkulerte kilder.
   De viktigste galliumprodusentene i Kina er Aluminium Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co. Ltd, China Crystal Technologies Ltd, East Mianchi Gallium Hope Industry Co. og Zhuhai Fanyuan. Kinas totale produksjonskapasitet for gallium i 2010 ble estimert til 141 tonn.
   Det meste av produksjonskapasiteten for primær gallium er nå lokalisert i Kina, Tyskland og Kasakhstan, etter en reduksjon i antall selskaper som raffinerer gallium i Russland og nedleggelse av en fabrikk i Frankrike. Kina har økt sin primære galliumproduksjonskapasitet fra 141 tonn/år i 2010 til 280 tonn/år innen utgangen av 2011.
   En betydelig andel av gallium kommer fra sekundærproduksjon, spesielt fra prosessering av GaAs og avfallsprodukter fra væskefaseepitaxi. De viktigste sentrene for sekundær produksjon er Japan og Nord-Amerika. Samtidig er det ikke nok data om effektiv behandling av galliumholdig avfall i Kina, til tross for at landet er i ferd med å bli en av hovedforbrukerne av dette metallet.
   Gallium er grunnlaget for elektronikkindustrien. Gallium er grunnlaget for forbindelser som galliumarsenid (GaAs) og galliumnitrid (GaN), halvledere som brukes i elektronikkindustrien. Det brukes også til fremstilling av minneceller.
   Optoelektroniske enheter som LED, laserdioder, fotosensorer og solceller laget av GaAs fortsetter å være hovedområdet for galliumforbruk over hele verden. I nær fremtid forventes bruken av GaAs å øke, spesielt i kommunikasjonsmarkedene. Veksten i bruken av mobilkommunikasjon og satellittnavigasjonsenheter forventes å føre til en økning i etterspørselen etter gallium.
   Gallium brukes i form av GaN i laserdioder og lysemitterende dioder (LED). Nye GaN-enheter brukes til å lage lagring med høy tetthet (CD-spillere og digitale videospillere), høykvalitets laserutskrift, kommunikasjon og belysning. GaN-transistorer opererer ved høyere spenninger og høyere energitettheter enn GaAs-enheter. Gallium brukes i noen høytemperaturtermometre, og en eutektisk legering av gallium, indium og tinn er mye brukt i slike termometre, og erstatter kvikksølv. Gallium brukes også som en komponent i lavtsmeltende legeringer og i dannelsen av skinnende speil. Galliumsalter som galliumsitrat og galliumnitrat brukes i medisin.
   Den globale etterspørselen etter gallium de siste årene har vært sterkest i optoelektronikkindustrien, spesielt innen LED. På grunn av de overlegne egenskapene blir GaAs i økende grad brukt i stedet for silisium i integrerte kretser i mange sikkerhetsapplikasjoner. Mobiltelefonmarkedet har hovedsakelig vært ansvarlig for veksten i galliumforbruk de siste årene.
   Galliummarkedet opplevde vekst: i 2010 var etterspørselen etter metallet sterk i både elektronikk- og optoelektronisk sektor. Økningen i galliumforbruk ble drevet av økende etterspørsel etter smarttelefoner og multi-band, multi-modus håndsett, samt en økning i bruken av LED i belysning og skjermer. I Kina er omtrent halvparten av det identifiserte forbruket i NdFeB magnetiske materialer – et mønster som ikke er gjenskapt andre steder i verden, men som har potensial for vekst i Japan.
   Gallium kan erstattes i halvlederfabrikasjon med indium, og i solcelletynnfilmteknologi med silisiumbaserte teknologier, blant annet noen former for tynnfilmkadmiumselenid eller kobberindiumselenidbaserte solcelleceller. Utviklingen av disse ulike formene for solcelleteknologi gjør at utsiktene for det globale markedet for gallium fortsatt er uklare. Fordelene med gallium som en komponent i solcelleteknologi ser heller ikke ut til å være den endelige fordelen sammenlignet med konkurrerende materialer og sammensetninger.
   Hovedbruken for gallium er i produksjon av optoelektronikk og halvledere. Ytterligere etterspørsel etter gallium kommer fra bruken som en gjennomsiktig anode i store skjermer og solid state belysning, tynnfilmtransistorer, neodymjernbormagneter og batterier, litiumbatterier og kobber-indium galliumselenid fotovoltaiske celler. Generelt har bruken av gallium i noen elektronikk blitt holdt tilbake på grunn av begrenset tilgang. Metallet blir erstattet som mindre økonomisk viktig, med den totale verdensproduksjonen bare rundt en tidel av indium.

   Galliumforbruk i verden, tonn*

   år	2008	2009	2010	2011	2012
   Japan	122.3	111.3	116.0	114.0	110.0
   USA	28.7	24.9	33.5	35.3	35.0
   Andre land	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
   Total	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

   * sammendragsdata

   Galliumprisene (heretter prisen på gallium importert til USA, USGS-data) steg fra 2004 til 2011, bortsett fra 2005, 2006 og 2009, drevet av veksten i smarttelefonmarkedet, økt bruk av LED i belysning og etterspørsel etter optoelektroniske enheter (Blu-ray, DVD, etc.). I perioden fra 2003 til 2011 økte galliumprisene på verdensmarkedet med mer enn 1,5 ganger fra omtrent $411/kg til $688/kg. I 2012 falt galliumprisene litt - til et gjennomsnitt på $556/kg, men holdt seg på et svært høyt nivå.
   

   Med enorme bauxittressurser har India potensial til å øke aluminaproduksjonen fra eksportorienterte smelteverk, noe som kan øke forsyningen av metallet til innenlandsk forbruk og det globale markedet. Etterspørselen etter gallium vil sannsynligvis øke på grunn av veksten i landets elektronikkindustri. Av strategisk betydning er utviklingen av lokal teknologi, samt samarbeid med utlandet for rensing og produksjon av metall. Sinkforekomster, som en alternativ kilde, vil bli økonomisk levedyktig når lett tilgjengelige kilder til gallium er brukt opp.
   Etterspørselen etter gallium anslås å vokse med rundt 15 % per år gjennom 2015, og denne økte etterspørselen vil bli drevet av både eksisterende overskuddskapasitet, spesielt innen sekundær raffinering, og ny mainstream-kapasitet planlagt for Kina og muligens i Nord-Amerika. Et ubrukt lager av resirkulert materiale vil hope seg opp i Kina mens resirkuleringen fortsatt er lav.