Chimie

Galiu #31

subgrup de galiu. Conținutul fiecăruia dintre membrii acestui subgrup din scoarța terestră din seria galiu (4-10~4%) - indiu (2-10~6) - taliu (8-10-7) este în scădere. Toate cele trei „elemente sunt extrem de dispersate, iar a fi sub formă de anumite minerale nu este tipic pentru ele. Dimpotrivă, impuritățile minore ale compușilor lor conțin minereuri din multe metale. Ga, In și Ti sunt obținute din deșeuri în timpul prelucrării astfel de minereuri.
În stare liberă, galiul, indiul și taliul sunt metale alb-argintiu. Cele mai importante constante ale acestora sunt comparate mai jos:
Ga InTl

Proprietățile fizice ale galiului

Densitate, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Punct de topire, °С. . . 30 157 304
Punct de fierbere, °С... . 2200 2020 1475
Conductivitate electrică (Hg = 1) . . 2 11 6

Prin duritate galiu aproape de conducere, In și Ti - și mai moale 6-13.
Galiul și indiul nu se schimbă în aer uscat, iar taliul este acoperit cu o peliculă gri de oxid. Când sunt încălzite, toate cele trei elemente se combină energic cu oxigenul și sulful. Ele interacționează cu clorul și bromul deja la temperaturi obișnuite, cu iod doar atunci când sunt încălzite. Situate într-o serie de tensiuni în apropierea fierului, Ga, In și Ti sunt solubile în acizi.14 '15
Valența obișnuită a galiului și indiului este de trei. Taliul dă derivați în care este tri- și monovalent. optsprezece
Oxizii de galiu și analogii săi - alb Ga 2 O 3, galben 1p203 și maro T1203 - sunt insolubili în apă - hidroxizii corespunzători E (OH) 3 (care pot fi obținuți din săruri) sunt sedimente gelatinoase, practic insolubile în apă, dar solubil în acizi. Hidroxizii albi de Ga și In sunt, de asemenea, solubili în soluții de alcaline puternice cu formare de galați și indate similare cu aluminați. Au deci un caracter amfoter, iar proprietățile acide sunt mai puțin pronunțate în 1p(OH) 3 și mai puternice în Ga(OH) 3 decât în ​​Al(OH) 3 . Deci, pe lângă alcalii puternici, Ga (OH) 3 este solubil în soluții puternice de NH 4 OH. Dimpotrivă, Ti(OH)3 roșu-brun nu se dizolvă în alcalii.
Ionii Ga"" și In" sunt incolori, ionul Ti" are o culoare gălbuie. Sărurile majorității acizilor produse din acestea sunt foarte solubile în apă, dar foarte hidrolizate; Dintre sărurile solubile ale acizilor slabi, multe suferă o hidroliză aproape completă. În timp ce derivații de valențe inferioare Ga și In nu sunt tipici pentru ei, pentru taliu cei mai caracteristici sunt tocmai acei compuși în care este monovalent. Prin urmare, sărurile T13+ au proprietăți oxidante semnificativ pronunțate.

Oxidul de taliu (T120) se formează ca urmare a interacțiunii elementelor la temperaturi ridicate. Este o pulbere higroscopică neagră. Cu apă, oxidul de taliu formează protoxid de azot galben (T10H), care, atunci când este încălzit, desparte ușor apa și revine la T120.
Oxidul de taliu hidrat este foarte solubil în apă și este o bază puternică. Sărurile pe care le formează sunt în mare parte incolore și
se cristalizează fără apă. Clorura, bromura și iodura sunt aproape insolubile, dar unele alte săruri sunt solubile în apă. TiOH arbitrar și acizii slabi din cauza hidrolizei dau o reacție alcalină în soluție. Sub acțiunea agenților oxidanți puternici (de exemplu, apa cu clor), taliul monovalent se oxidează la trivalent.57-66.
De proprietăți chimice elementelor și compușii acestora, subgrupul galiu este în multe privințe similar cu subgrupul germaniu.Astfel, pentru Ge și Ga, valența mai mare este mai stabilă, pentru Pb și T1 cea inferioară, natura chimică a hidroxizilor din Ge- Serii Sn-Pb și Ga-In-Ti se schimbă în același mod. Uneori, mai subtile „trăsături de similitudine apar mai departe, de exemplu, solubilitatea scăzută a sărurilor halogenură (Cl, Br, I) atât ale Pbn, cât și ale Ti. Pentru toate că, există diferențe semnificative între elementele ambelor subgrupe (parțial datorită valenței lor diferite): natura acidă a hidroxizilor Ga și a analogilor săi sunt mult mai slabe decât cele ale elementelor corespunzătoare ale subgrupului de germaniu, spre deosebire de PbF 2, fluorura de taliu este foarte solubilă etc.

Supliment de galiu

1. Toți cei trei membri ai subgrupului luat în considerare au fost descoperiți cu ajutorul unui spectroscop: 1 taliu - în 1861, indiu - în 1863 și galiu - în 1875. Ultimul dintre aceste elemente a fost prezis și descris de D. I. Mendeleev cu 4 ani înainte de descoperirea sa (VI § 1). Galiul natural este compus din izotopi cu numere de masă 69 (60,2%) și 71 (39,8); indiu-113 (4,3) și 115 (95,7); taliu - 203 (29,5) și 205 (70,5%).
2. În starea fundamentală, atomii elementelor subgrupului de galiu au structura unor învelișuri de electroni exterioare 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) și sunt univalenți, i ) kcal/g-atom. Energiile de ionizare succesive sunt 6,00; 20,51; 30,70 pentru Ga; 5,785; 18,86; 28,03 pentru In: 6,106; 20,42; 29,8 eV pentru T1. Afinitatea unui atom de taliu pentru un electron este estimată la 12 kcal/g-atom.
3. Pentru galiu, este cunoscută galita minerală rar (CuGaS 2). Urme ale acestui element se găsesc constant în minereurile de zinc. Cantități semnificativ de mari din acesta: E (până la 1,5%) au fost găsite în cenușa unor cărbuni tari. Cu toate acestea, principala materie primă pentru producția industrială de galiu este bauxita, care conține de obicei impurități minore (până la 0,1%). Este extras prin electroliză din lichide alcaline, care sunt un produs intermediar al procesării bauxitei naturale în alumină comercială. Dimensiunea producției mondiale anuale de galiu este încă estimată la câteva tone, dar poate fi crescută semnificativ.
4. Indiul este obținut în principal ca produs secundar în procesarea complexă a minereurilor de sulf Zn, Pb și Cu. Producția sa mondială anuală este de câteva zeci de tone.
5. Taliul este concentrat în principal în pirit (FeS2). Prin urmare, nămolul de producție de acid sulfuric este o materie primă bună pentru obținerea acestui element. Producția mondială anuală de taliu este mai mică decât cea a Indiei, dar este și de zeci de tone.
6. Pentru a izola Ga, In și T1 în stare liberă, se utilizează fie electroliza soluțiilor sărurilor lor, fie incandescența oxizilor într-un flux de hidrogen. Căldura de topire și evaporare a metalelor au următoarele valori: 1,3 și 61 (Ga), 0,8 și 54 (In), 1,0 și 39 kcal/g-atom (T1). Călurile sublimării lor (la 25°C) sunt 65 (Ga), 57 (In) și 43 kcal/g-atom (T1). În perechi, toate cele trei elemente sunt compuse aproape exclusiv din molecule monoatomice.
7. Rețeaua cristalină de galiu este formată nu din atomi individuali (cum este de obicei pentru metale), ci din molecule diatomice (rf = 2,48A). Este astfel un caz interesant de coexistență a structurilor moleculare și metalice (III § 8). Moleculele de Ga2 se păstrează și în galiu lichid, a cărui densitate (6,1 g/cm) este mai mare decât cea a unui metal solid (o analogie cu apa și bismutul). O creștere a presiunii este însoțită de o scădere a punctului de topire al galiului. La presiuni mari, pe lângă modificarea obișnuită (Gal), s-a stabilit și existența altor două forme ale acesteia. Punctele triple (cu fază lichidă) se află pentru Gal - Gall la 12 mii atm și 3 ° C, iar pentru Gall - Galll ​​​​ - la 30 mii atm și 45 ° C.
8. Galiul este foarte predispus la hipotermie și a fost posibil să-l mențină în stare lichidă până la -40 ° C. Repetarea repetată a cristalizării rapide a unei topituri suprarăcite poate servi ca metodă de purificare a galiului. În stare foarte pură (99,999%), a fost obținut și prin rafinare electrolitică, precum și prin reducerea cu hidrogen a GaCl3 purificat cu grijă. Punctul de fierbere ridicat și expansiunea destul de uniformă la încălzire fac din galiu un material valoros pentru umplerea termometrelor de înaltă temperatură. În ciuda asemănării sale exterioare cu mercurul, solubilitatea reciprocă a ambelor metale este relativ scăzută (în intervalul de la 10 la 95 °C, variază de la 2,4 la 6,1 procente atomice pentru Ga în Hg și de la 1,3 la 3,8 procente atomice pentru Hg la Ga ). Spre deosebire de mercur, galiul lichid nu dizolvă metalele alcaline și umezește bine multe suprafețe nemetalice. În special, acest lucru se aplică sticlei, prin aplicarea de galiu la care se pot obține oglinzi care reflectă puternic lumina (cu toate acestea, există un indiciu că galiul foarte pur, care nu conține impurități de indiu, nu umezește sticla). Depunerea de galiu pe o bază de plastic este uneori folosită pentru a obține rapid circuite radio. Un aliaj de 88% Ga și 12% Sn se topește la 15°C și câteva alte aliaje care conțin galiu (de exemplu 61,5% Bi, 37,2% Sn și 1,3% Ga) au fost propuse pentru obturațiile dentare. Nu își schimbă volumul cu temperatura și se țin bine. Galiul poate fi folosit și ca etanșare de supapă în tehnologia de vid. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că la temperaturi ridicate este agresiv atât față de sticlă, cât și față de multe metale.
9. În legătură cu posibilitatea extinderii producției de galiu, problema asimilării (adică stăpânirea prin practică) a acestui element și a compușilor săi devine relevantă, ceea ce necesită cercetări pentru a găsi zone pentru utilizarea lor rațională. Există un articol de recenzie și monografii despre galiu.
10. Compresibilitatea indiului este puțin mai mare decât cea a aluminiului (la 10 mii atm, volumul este de 0,84 din original). Odată cu creșterea presiunii, rezistența sa electrică scade (până la 0,5 din valoarea inițială la 70.000 atm) și punctul de topire crește (până la 400°C la 65.000 atm). Bețișoare de indiu metalic se strâng atunci când sunt îndoite, precum cosina. Pe hârtie, lasă o linie întunecată. O utilizare importantă a indiului este asociată cu fabricarea redresoarelor de curent alternativ cu germaniu (X § 6 add. 15). Datorită fuzibilității sale, poate juca rolul de lubrifiant în rulmenți.
11. Introducerea unei cantități mici de indiu în aliajele de cupru crește foarte mult rezistența acestora la apa de mare, iar adăugarea de indiu la argint îi sporește strălucirea și previne pătarea în aer. Adaosul de indiu conferă aliajelor pentru obturații dentare o rezistență sporită. Învelișul electrolitic cu indiu al altor metale le protejează bine de coroziune. Un aliaj de indiu cu staniu (1:1 în masă) lipește bine sticla cu sticlă sau metal, iar un aliaj de 24% In și 76% Ga se topește la 16°C. Un aliaj care se topește la 47 ° C 18,1% In cu 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn și 8,2 - Cd găsește uz medical cu fracturi complexe ale oaselor (în loc de gips). Există o monografie despre chimia indiului
12. Compresibilitatea taliului este aproximativ aceeași cu cea a indiului, dar pentru acesta sunt cunoscute două modificări alotropice (hexagonale și cubice), punctul de tranziție între care se află la 235 ° C. Sub presiune ridicată, apare altul. Punctul triplu al tuturor celor trei forme se află la 37 mii atm și 110 ° C. Această presiune corespunde unei scăderi bruște a rezistenței electrice a metalului cu un factor de aproximativ 1,5 (care la 70 mii atm este aproximativ 0,3 din cea obișnuită). Sub o presiune de 90.000 atm, a treia formă de taliu se topește la 650°C.
13. Taliul este utilizat în principal pentru fabricarea aliajelor cu staniu și plumb, care au rezistență ridicată la acid. În special, compoziția aliajului de 70% Pb, 20% Sn și 10% T1 rezistă bine la acțiunea amestecurilor de acizi sulfuric, clorhidric și azotic. Există o monografie despre taliu.
14. În ceea ce privește apa, galiul și indiul compact sunt stabile, în timp ce taliul în prezența aerului este distrus încet de acesta de la suprafață. Galiul reacționează cu acidul azotic doar lent, în timp ce taliul reacționează foarte viguros. Dimpotrivă, acidul sulfuric, și mai ales clorhidric, dizolvă ușor Ga și In, în timp ce T1 interacționează cu ele mult mai lent (datorită formării unei pelicule protectoare de săruri puțin solubile la suprafață). Soluțiile de alcalii puternice dizolvă ușor galiul, acționează numai lent asupra indiului și nu reacţionează cu taliul. Galiul se dizolvă, de asemenea, în mod vizibil în NH4OH. Compușii volatili ai tuturor celor trei elemente colorează o flacără incoloră în culori caracteristice: Ga - în violet închis (L. \u003d 4171 A), aproape imperceptibil pentru ochi, In - în albastru închis (L, \u003d 4511 A), T1 - în verde smarald (A, \u003d \u003d 5351 A).
15. Galiul și indiul nu par a fi otrăvitoare. Dimpotrivă, taliul este foarte toxic, iar prin natura acțiunii este similar cu Pb și As. Afectează sistemul nervos, tractul digestiv și rinichii. Simptomele intoxicației acute nu apar imediat, ci după 12-20 de ore. Cu otrăvirea cronică cu dezvoltare lentă (inclusiv prin piele), excitația și tulburările de somn sunt observate în primul rând. În medicină, preparatele cu taliu sunt folosite pentru îndepărtarea părului (pentru lichen etc.). Sărurile de taliu și-au găsit aplicație în compozițiile luminoase ca substanțe care măresc durata strălucirii. De asemenea, s-au dovedit a fi un remediu bun pentru șoareci și șobolani.
16. În seria de tensiune, galiul este situat între Zn și Fe, în timp ce indiul și taliul sunt între Fe și Sn. Tranzițiile Ga și In conform schemei E + 3 + Ze = E corespund potențialelor normale: -0,56 și -0,33 V (în mediu acid) sau -1,2 și -1,0 V (în mediu alcalin). Taliul este transformat de acizi într-o stare monovalentă (potenţial normal -0,34 V). Tranziția T1 + 3 + 2e \u003d T1 + este caracterizată printr-un potențial normal de + 1,28 V într-un mediu acid sau + 0,02 V - într-un mediu alcalin.
17. Căldura de formare a oxizilor de galiu E203 și a analogilor săi scad de-a lungul seriei 260 (Ga), 221 (In) și 93 kcal/mol (T1). Când este încălzit în aer, galiul este practic oxidat doar la GaO. Prin urmare, Ga203 se obține de obicei prin deshidratarea Ga (OH) h. Indiul, când este încălzit în aer, formează In2O3, iar taliul formează un amestec de T12O3 și T120, cu cât conținutul de oxid mai mare este mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută. Până la T1203, taliul poate fi oxidat prin acțiunea ozonului.
18. Solubilitatea oxizilor de E2O3 în acizi crește de-a lungul seriei Ga - In - Tl. În aceeași serie, puterea legăturii dintre element și oxigen scade: Ga2O3 se topește la 1795 ° C fără descompunere, ln203 se transformă în ln304 numai peste 850 ° C și T1203 fin divizat începe să despartă oxigenul deja la aproximativ 90 ° C. C. Cu toate acestea, sunt necesare temperaturi mult mai mari pentru conversia completă a T1203 în T120. Sub o presiune în exces de oxigen, In203 se topește la 1910°C, în timp ce T1203 se topește la 716°C.
19. Căldura de hidratare a oxizilor conform schemei E2O3 + ZH20 = 2E(OH)3 sunt +22 kcal (Ga), +1 (In) și -45 (T1). În conformitate cu aceasta, ușurința de separare a apei prin hidroxizi crește de la Ga la T1: dacă Ga(OH)3 este complet deshidratat numai la calcinare, atunci T1(OH)3 trece în T1203 chiar și atunci când stă sub lichidul din care se află. a fost izolat.
20. Când soluțiile acide de săruri de galiu sunt neutralizate, hidroxidul său precipită aproximativ în intervalul de pH = 3-4. Ga(OH)3 proaspăt precipitat este foarte solubil în soluții puternice de amoniac, dar pe măsură ce îmbătrânește, solubilitatea scade din ce în ce mai mult. Punctul său izoelectric se află la pH = 6,8 și PR = 2 10~37. Pentru lp(OH)3, PR = 1 10-31 a fost găsit, iar pentru T1(OH)3 - 1 10-45.
21. Următoarele valori au fost determinate pentru a doua și a treia constante de disociere a lui Ga(OH)3 în funcție de tipurile acide și bazice:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3 K2“2. Yu-P / Nz \u003d 4 -10 12
Astfel, hidroxidul de galiu este un caz de electrolit foarte apropiat de amfoteritatea ideală.

1. Diferența de proprietăți acide ale hidroxizilor de galiu și analogilor săi se manifestă în mod clar atunci când interacționează cu soluții de alcali puternici (NaOH, KOH). Hidroxidul de galiu se dizolvă ușor pentru a forma galați de tip M, care sunt stabili atât în ​​soluție, cât și în stare solidă. Când sunt încălzite, pierd ușor apă (sare Na - la 120, sare K - la 137 ° C) și trec în sărurile anhidre corespunzătoare de tip MGa02. Metalele divalente (Ca, Sr) obținute din soluții de galați se caracterizează printr-un alt tip - M3 ■ 2H20, care sunt, de asemenea, aproape insolubile. Ele sunt complet hidrolizate de apă.
   Hidroxidul de taliu este ușor peptizat de alcalii puternici (cu formarea unui sol negativ), dar este insolubil în acestea și nu dă talați. Pe cale uscată (prin fuziunea oxizilor cu carbonații corespunzători) s-au obținut derivați de tip ME02 pentru toate cele trei elemente ale subgrupului galiu. Cu toate acestea, în cazul taliului, acestea s-au dovedit a fi amestecuri de oxizi.
   1. Razele efective ale ionilor Ga3+, In3* și T13* sunt de 0,62, 0,92 și, respectiv, 1,05 A. Într-un mediu apos, ei sunt aparent înconjurați direct de șase molecule de apă. Astfel de ioni hidratați sunt oarecum disociați conform schemei E(OH2)a T * E (OH2)5 OH + H, iar constantele lor de disociere sunt estimate la 3 ■ 10-3°(Ga) și 2 10-4 (In) .
   2. Sărurile halogenuri ale Ga3+, In3* și T13*’ sunt în general similare cu sărurile corespunzătoare ale A13*. Pe lângă fluoruri, ele sunt relativ fuzibile și ușor solubile nu numai în apă, ci și într-un număr de solvenți organici. Dintre acestea, doar Gal3 galben sunt vopsite

   Elementul chimic galiu practic nu se găsește în natură sub formă liberă. Există în impurități de minerale, de care este greu de separat. Galiul este considerat o substanță rară, unele dintre proprietățile sale nu sunt pe deplin înțelese. Cu toate acestea, este folosit în medicină și electronică. Ce este acest element? Ce proprietăți are?

   Galiu - metal sau nemetal?

   Elementul aparține grupei a treisprezecea a perioadei a patra. Este numit după regiunea istorică - Galia, din care Franța a făcut parte - locul de naștere al descoperitorului elementului. Simbolul Ga este folosit pentru a-l desemna.

   Galiul este inclus în grupul metalelor ușoare alături de aluminiu, indiu, germaniu, staniu, antimoniu și alte elemente. Ca substanță simplă, este fragilă și moale, are o culoare alb-argintie cu o ușoară nuanță albăstruie.

   Istoria descoperirilor

   Mendeleev „a prezis” galiul, lăsându-i un loc în a treia grupă a tabelului periodic (conform sistemului învechit). El i-a numit aproximativ masa atomică și chiar a prezis că elementul va fi descoperit spectroscopic.

   Câțiva ani mai târziu, metalul a fost descoperit de francezul Paul Emile Lecoq. În august 1875, un om de știință studia spectrul dintr-un depozit din Pirinei și a observat noi linii violete. Elementul a fost numit galiu. Conținutul său în mineral a fost extrem de mic și Lecoq a reușit să izoleze doar 0,1 grame. Descoperirea metalului a fost una dintre confirmările corectitudinii predicției lui Mendeleev.

   

   Proprietăți fizice

   Galiul metalic este foarte ductil și fuzibil. La temperaturi scăzute, este în stare solidă. Pentru a-l transforma într-un lichid este suficientă o temperatură de 29,76 grade Celsius sau 302,93 Calvin. Îl poți topi ținându-l în mână sau aruncându-l într-un lichid fierbinte. Temperaturile prea ridicate îl fac foarte agresiv: la 500 de grade Celsius și peste, este capabil să corodeze alte metale.

   Rețeaua cristalină de galiu este formată din molecule diatomice. Sunt foarte stabile, dar slab interconectate. Pentru a rupe legătura lor, este necesar deloc un numar mare de energie, astfel încât galiul devine ușor lichid. Este de cinci ori mai fuzibil decât indiul.

   În stare lichidă, metalul este mai dens și mai greu decât în ​​stare solidă. În plus, conduce mai bine electricitatea. În condiții normale, densitatea sa este de 5,91 g/cm³. Metalul fierbe la -2230 de grade Celsius. Când se solidifică, se extinde cu aproximativ 3,2%.

   

   Proprietăți chimice

   În multe proprietăți chimice, galiul este similar cu aluminiul, dar prezintă o activitate mai mică și reacțiile cu acesta sunt mai lente. Nu reacționează cu aerul, formând instantaneu o peliculă de oxid care împiedică oxidarea acestuia. Nu reacționează la hidrogen, bor, siliciu, azot și carbon.

   Metalul interacționează bine cu aproape orice halogen. Reacționează cu iodul doar când este încălzit; reacţionează cu clorul și bromul chiar și la temperatura camerei. În apa fierbinte, începe să înlocuiască hidrogenul, formează săruri cu acizi minerali și, de asemenea, eliberează hidrogen.

   Cu alte metale, galiul este capabil să formeze amalgame. Dacă galiu lichid este scăpat pe o bucată solidă de aluminiu, acesta va începe să pătrundă în ea. Invadând rețeaua cristalină a aluminiului, substanța lichidă o va face casantă. În câteva zile, o bară metalică solidă poate fi zdrobită manual, fără prea mult efort.

   Aplicație

   În medicină, galiu metal este folosit pentru a combate tumorile și hipercalcemia, este potrivit și pentru diagnosticul radioizotop al cancerului osos. Cu toate acestea, preparatele care conțin substanța pot provoca efecte secundare cum ar fi greața și vărsăturile.

   Galiul metalic este, de asemenea, folosit în electronica cuptorului cu microunde. Este folosit pentru fabricarea semiconductorilor și LED-urilor, ca material piezo. Adezivii metalici sunt obținuți dintr-un aliaj de galiu cu scandiu sau nichel. Într-un aliaj cu plutoniu, joacă rolul unui stabilizator și este folosit în bombe nucleare.

   Ochelarii cu acest metal au un indice de refracție ridicat, iar oxidul său Ga 2 O 3 permite sticlei să transmită raze infraroșii. Galiul pur poate fi folosit pentru a face oglinzi simple, deoarece reflectă bine lumina.

   

   Distribuția și depozitele de galiu

   De unde să obțineți galiu? Metalul poate fi comandat cu ușurință online. Costul său variază de la 115 la 360 de dolari pe kilogram. Metalul este considerat rar, este foarte dispersat în scoarța terestră și practic nu își formează propriile minerale. Din 1956, toate trei au fost găsite.

   Adesea, galiul se găsește în compoziția zincului, fierului, impuritățile sale se găsesc în cărbune, beril, granat, magnetit, turmalină, feldspat, cloriți și alte minerale. În medie, conținutul său în natură este de aproximativ 19 g/t.

   

   Cea mai mare parte a galiului se găsește în substanțe care sunt aproape de el în compoziție. Din acest motiv, este dificil și costisitor să extragi din ele. Mineralul propriu al metalului se numește galită cu formula CuGaS 2 . De asemenea, conține cupru și sulf.

   Impact asupra unei persoane

   Se cunosc puține lucruri despre rolul biologic al metalului și efectele sale asupra corpului uman. În tabelul periodic, se află lângă elementele care sunt vitale pentru noi (aluminiu, fier, zinc, crom). Există opinia că, ca ultramicroelement, galiul face parte din sânge, accelerând fluxul acestuia și prevenind formarea cheagurilor de sânge.

   Într-un fel sau altul, o cantitate mică de substanță este conținută în corpul uman (10 -6 - 10 -5%). Galiul intră în el împreună cu apa și hrana agricolă. Rămâne în țesutul osos și în ficat.

   Galiul metal este considerat toxic scăzut sau toxic condiționat. La contactul cu pielea, pe ea rămân particule mici. Arată ca o pată murdară gri care se îndepărtează ușor cu apă. Substanța nu lasă arsuri, dar în unele cazuri poate provoca dermatită. Se știe că nivelurile ridicate de galiu din organism provoacă leziuni ficatului, rinichilor și sistem nervos, dar aceasta necesită o cantitate foarte mare de metal.

   Galiu(lat. Galiu), Ga, un element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev, numărul de serie 31, masa atomică 69,72; metal moale alb argintiu. Constă din doi izotopi stabili cu numere de masă 69 (60,5%) și 71 (39,5%).

   Existența galiului („ekaaluminiu”) și principalele sale proprietăți au fost prezise în 1870 de D. I. Mendeleev. Elementul a fost descoperit prin analiză spectrală în blenda de zinc din Pirinei și izolat în 1875 de chimistul francez P. E. Lecoq de Boisbaudran; numit după Franța (lat. Gallia). Coincidența exactă a proprietăților Galiului cu cele prezise a fost primul triumf al sistemului periodic.

   Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este relativ mare, 1,5·10 -3% în greutate, ceea ce este egal cu conținutul de plumb și molibden. Galiul este un oligoelement tipic. Singurul mineral de galiu, galita CuGaS 2, este foarte rar. Geochimia galiului este strâns legată de geochimia aluminiului, ceea ce se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este închisă în minerale de aluminiu. Conținutul de galiu în bauxită și nefelină variază de la 0,002 la 0,01%. Concentrații crescute de galiu se observă și în sfalerite (0,01-0,02%), în cărbuni tari (împreună cu germaniul), precum și în unele minereuri de fier.

   Proprietățile fizice ale galiului. Galiul are o rețea rombică (pseudotetragonală) cu parametrii a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Densitatea (g / cm 3) a metalului solid 5,904 (20 ° C), lichid 6,095 (29,8 ° C), adică în timpul solidificării, volumul de galiu crește; tpl 29,8°C, tbp 2230°C. O caracteristică distinctivă a Galiului este o gamă largă de stare lichidă (2200°C) și presiunea scăzută a vaporilor la temperaturi de până la 1100-1200°C. Capacitatea termică specifică a galiului solid este de 376,7 J/(kg K), adică 0,09 cal/(g grade) în intervalul 0-24°C, lichid, respectiv 410 j/(kg K), adică 0,098 cal/ (g grade) în intervalul 29-100°C. Rezistivitatea electrică (ohm cm) a Galiului solid 53,4 10 -6 (0°C), lichid 27,2 10 -6 (30°C). Vâscozitate (poise \u003d 0,1 n sec / m 2): 1,612 (98 ° C), 0,578 (1100 ° C), tensiune superficială 0,735 n / m (735 dyn / cm) (30 ° C într-o atmosferă de H 2) . Coeficienții de reflexie pentru lungimile de undă de 4360Å și 5890Å sunt de 75,6% și, respectiv, 71,3%. Secțiunea transversală de captare a neutronilor termici este de 2,71 hambare (2,7 10 -28 m 2).

   Proprietățile chimice ale galiului. Galiul este stabil în aer la temperaturi obișnuite. Peste 260°C în oxigen uscat se observă oxidare lentă (filmul de oxid protejează metalul). În acizii sulfuric și clorhidric, galiul se dizolvă lent, în acid fluorhidric - rapid, în acid azotic la rece, galiul este stabil. Galiul se dizolvă încet în soluții alcaline fierbinți. Clorul și bromul reacţionează cu Galiul la rece, iodul - când sunt încălzite. Galiul topit la temperaturi peste 300 ° C interacționează cu toate metalele și aliajele structurale.

   Cei mai stabili compuși trivalenți ai galiului, care sunt în multe privințe similare ca proprietăți cu compușii chimici ai aluminiului. În plus, sunt cunoscuți compuși mono și divalenți. Cel mai mare oxid Ga 2 O 3 este o substanță albă, insolubilă în apă. Hidroxidul corespunzător precipită din soluții de săruri de galiu sub formă de precipitat gelatinos alb. Are un caracter amfoter pronunțat. Când sunt dizolvați în alcalii, se formează galați (de exemplu, Na), când sunt dizolvați în acizi, săruri de galiu: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 etc. Proprietățile acide ale hidroxidului de galiu sunt mai pronunțate decât ale hidroxidului de aluminiu [Al(OH)3 este în intervalul pH = 10,6-4,1, iar Ga(OH)3 este în intervalul pH = 9,7-3,4].

   Spre deosebire de Al(OH)3, hidroxidul de galiu se dizolvă nu numai în alcalii puternici, ci și în soluții de amoniac. La fierbere, hidroxidul de galiu precipită din nou din soluția de amoniac.

   Dintre sărurile de galiu, clorura de GaCl3 (p.t. 78°C, bp 200°C) și sulfatul de Ga2 (SO4)3 sunt de cea mai mare importanță. Acesta din urmă cu sulfați de metale alcaline și de amoniu formează săruri duble de tip alaun, de exemplu (NH 4) Ga (SO 4) 2 12H 2 O. Galiul formează ferocianura Ga 4 3, care este slab solubilă în apă și acizi diluați, care poate fi folosit pentru a o separa de Al și de o serie de alte elemente.

   Primirea Galiei. Principala sursă de galiu este producția de aluminiu. Galiul în timpul procesării bauxitei prin metoda Bayer este concentrat în lichidele mamă circulante după alocarea Al(OH)3. Galiul este izolat din astfel de soluții prin electroliză pe un catod de mercur. Din soluția alcalină obținută după tratarea amalgamului cu apă se precipită Ga(OH)3, care se dizolvă în alcali și se izolează Galiul prin electroliză.

   Prin metoda sodo-calcică de prelucrare a minereului de bauxită sau nefelină, Galiul este concentrat în ultimele fracții de sedimente eliberate în timpul carbonizării. Pentru o îmbogățire suplimentară, precipitatul de hidroxizi este tratat cu lapte de var. În acest caz, cea mai mare parte din Al rămâne în precipitat, iar Galiul trece în soluție, din care se izolează concentratul de galiu (6-8% Ga 2 O 3) prin trecerea CO 2; acesta din urmă este dizolvat în alcali și galiul este izolat electrolitic.

   Aliajul anodic rezidual al procesului de rafinare al Al prin metoda electrolizei cu trei straturi poate servi și ca sursă de galiu. În producția de zinc, sursele de galiu sunt sublimate (oxizi de Weltz) formate în timpul procesării sterilului de leșiere a cenșurilor de zinc.

   Galiul lichid obtinut prin electroliza unei solutii alcaline, spalat cu apa si acizi (HCl, HNO 3), contine 99,9-99,95% Ga. Un metal mai pur se obține prin topirea în vid, topirea zonei sau prin extragerea unui singur cristal din topitură.

   Aplicarea Galiului. Cea mai promițătoare aplicație a Galiului este sub formă de compuși chimici precum GaAs, GaP, GaSb, care au proprietăți semiconductoare. Ele pot fi utilizate în redresoare și tranzistoare de temperatură înaltă, celule solare și alte dispozitive unde poate fi utilizat efectul fotoelectric din stratul de barieră, precum și în receptoarele de radiație infraroșie. Galiul poate fi folosit pentru a face oglinzi optice care sunt foarte reflectorizante. Un aliaj de aluminiu cu galiu a fost propus în locul mercurului ca catod pentru lămpile cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Galiul lichid și aliajele sale sunt propuse pentru a fi utilizate pentru fabricarea de termometre de înaltă temperatură (600-1300°C) și manometre. Interesantă este utilizarea galiului și a aliajelor sale ca lichid de răcire în reactoarele nucleare de putere (acest lucru este împiedicat de interacțiunea activă a galiului la temperaturi de funcționare cu materialele structurale; aliajul eutectic Ga-Zn-Sn are un efect coroziv mai mic decât cel pur). Galiu).

   Galiul este un element al subgrupului principal al celui de-al treilea grup al perioadei a patra a sistemului periodic elemente chimice D. I. Mendeleev, cu număr atomic 31. Este desemnat prin simbolul Ga (lat. Galiu). Aparține grupului de metale ușoare. Substanța simplă galiu este un metal moale, ductil, de culoare alb-argintie (după alte surse, gri deschis) cu o nuanță albăstruie.
   Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este de 19 g/t. Galiul este un oligoelement tipic cu o dublă natură geochimică. Datorită apropierii proprietăților sale chimice cristaline cu principalele elemente de formare a rocii (Al, Fe etc.) și a posibilității largi de izomorfism cu acestea, galiul nu formează acumulări mari, în ciuda valorii clarke semnificative.
   

   Se disting următoarele minerale cu conținut ridicat de galiu: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), casiterit (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beril (0 - 0,003%) ), turmalina (0 - 0,01%), spodumen (0,001 - 0,07%), flogopit (0,001 - 0,005%), biotit (0 - 0,1%), moscovit (0 - 0,01%), sericit (0 - 0,005%), lepidolit (0,001 - 0,03%), clorit (0 - 0,001%), feldspați (0 - 0,01%), nefelină (0 - 0,1%), heckmanit (0,01 - 0,07%), natrolit (0 - 0,1%). Concentrația de galiu în apa de mare este de 3 10-5 mg/l.
   Depozitele de galiu sunt cunoscute în Africa de Sud-Vest, Rusia și țările CSI. Resursele mondiale de galiu în bauxită sunt estimate la peste un miliard de kilograme. În plus, o cantitate semnificativă de galiu este disponibilă în rezervele mondiale de minereuri de zinc. Cu toate acestea, doar o mică parte din galiu din bauxită și minereul de zinc este recuperabilă din punct de vedere economic.
   Galiul poate să nu fie suficient, dar nu poate fi numit rar. Este mai abundent decât multe metale cunoscute, cum ar fi antimoniul, molibdenul, argintul și wolfram, dar spre deosebire de aceste elemente, galiul se găsește rar, dacă este vreodată, în concentrații economice în mineralele naturale. Cele două surse principale de galiu comercial sunt extracția sa din bauxită în timpul producției de alumină și extracția sa din reziduurile rezultate din levigarea oxidului de zinc înainte de electroliză.
   Galiul nu există în scoarța terestră sub formă elementară, dar apare cel mai adesea sub formă de sare de galiu (III). Proizvodstvoditsya în primul rând din bauxită. În 2010, cu o capacitate globală de producție de 256-261 de tone, au fost produse astfel 78 de tone de metal. Producția de galiu în întreaga lume în 2010 a fost estimată la aproximativ 201-212 tone. Această împrejurare demonstrează în mod clar gradul ridicat de reducere secundară a metalului, precum și capacitatea de producție/procesare în exces la momentul actual. Consumul de galiu în 2010 a fost la nivelul de 280 de tone, ceea ce indica prezența unui deficit pe piața mondială și un consum parțial de metal din stocuri. În 2011, consumul de galiu a scăzut la 218 tone, rezultând un surplus de metal pe piață (producția globală de galiu primar a fost de 292 de tone).
   Recuperarea secundară (prelucrarea) galiului. Lipsa de galiu obținut din minereu a dus la cantități semnificative de producție secundară. În Japonia, aproximativ 90 de tone de galiu metalic în 2010 au fost produse prin reciclare din deșeuri și alte 60 de tone de galiu potențial conținute în bucla de producție a epitaxiei în fază lichidă, care nu sunt imediat disponibile pentru consum sau într-o formă utilizabilă în alte scopuri.
   Reducerea secundară a galiului în procesele de fabricație a semiconductorilor este, de asemenea, o sursă importantă. Datorită naturii în mai multe etape a fabricării semiconductoarelor și a cerinței pentru un control al calității extrem de ridicat la fiecare pas, este necesar mult mai mult galiu decât este conținut de fapt în semiconductori. Departamentul de Energie al SUA a raportat că în 2010, capacitatea globală de reciclare a galiului a reprezentat aproximativ 42% (parțial ca urmare a procesului de fabricare a semiconductorilor menționat mai sus) din capacitatea globală de producție a galiului.
   Se crede că China este cel mai mare producător de galiu primar, urmată de Germania, Kazahstan, Ucraina, Coreea de Sud și Rusia. Galiul este produs și în Ungaria și Japonia. Producția mondială de galiu rafinat, inclusiv recuperarea din deșeuri, este estimată la 378 de tone (2011).
   China, Japonia, Marea Britanie și SUA au fost principalii producători de galiu rafinat în 2010. Galiul este produs din reciclare în Canada, Germania, Japonia, Marea Britanie și SUA. Neo Material a estimat că 50% din galiul consumat la nivel mondial în 2010 a provenit din surse reciclate.
   Principalii producători de galiu din China sunt Aluminium Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co. Ltd, China Crystal Technologies Ltd, East Mianchi Gallium Hope Industry Co. și Zhuhai Fanyuan. Capacitatea totală de producție de galiu a Chinei în 2010 a fost estimată la 141 de tone.
   Cea mai mare parte a capacității primare de producție de galiu se află acum în China, Germania și Kazahstan, în urma unei reduceri a numărului de companii care rafinează galiu în Rusia și a închiderii unei fabrici în Franța. China și-a crescut capacitatea de producție primară de galiu de la 141 de tone/an în 2010 la 280 de tone/an până la sfârșitul lui 2011.
   O proporție semnificativă de galiu provine din producția secundară, în special din prelucrarea GaAs și a produselor reziduale rezultate din epitaxie în fază lichidă. Principalele centre de producție secundară sunt Japonia și America de Nord. În același timp, nu există suficiente date privind procesarea eficientă a deșeurilor care conțin galiu în China, în ciuda faptului că țara devine unul dintre principalii consumatori ai acestui metal.
   Galiul este baza industriei electronice. Galiul este baza unor compuși precum arseniura de galiu (GaAs) și nitrura de galiu (GaN), semiconductori utilizați în industria electronică. De asemenea, este folosit la fabricarea celulelor de memorie.
   Dispozitivele optoelectronice precum LED-urile, diodele laser, fotosenzorii și celulele solare fabricate din GaAs continuă să fie principala zonă de consum de galiu la nivel mondial. În viitorul apropiat, utilizarea GaAs este de așteptat să crească, în special pe piețele de comunicații. Creșterea utilizării comunicațiilor celulare și prin satelit instrumente de navigație este de așteptat să crească cererea de galiu.
   Galiul este utilizat sub formă de GaN în diodele laser și diodele emițătoare de lumină (LED-uri). Noile dispozitive GaN sunt folosite pentru a crea stocare de înaltă densitate (CD playere și playere video digitale), imprimare laser de înaltă calitate, comunicații și iluminare. Tranzistoarele GaN funcționează la tensiuni mai mari și densități de energie mai mari decât dispozitivele GaAs. Galiul este folosit în unele termometre de temperatură înaltă, iar un aliaj eutectic de galiu, indiu și staniu este utilizat pe scară largă în astfel de termometre, înlocuind mercurul. Galiul este, de asemenea, folosit ca componentă în aliajele cu punct de topire scăzut și în crearea de oglinzi strălucitoare. Sărurile de galiu precum citratul de galiu și nitratul de galiu sunt utilizate în medicină.
   Cererea globală de galiu în ultimii ani a fost cea mai puternică în industria optoelectronică, în special în LED-uri. Datorită proprietăților sale superioare, GaAs este din ce în ce mai utilizat în locul siliciului în circuitele integrate în multe aplicații de securitate. Piața telefoanelor mobile a fost în mod predominant responsabilă pentru creșterea consumului de galiu în ultimii câțiva ani.
   Piața galiului a cunoscut o creștere: în 2010, cererea de metal a fost puternică atât în ​​sectoarele electronice, cât și în cele optoelectronice. Creșterea consumului de galiu a fost determinată de cererea în creștere pentru smartphone-uri și telefoane multi-bandă, multi-mode, precum și de o creștere a utilizării LED-urilor în iluminat și ecrane de afișare. În China, aproximativ jumătate din consumul identificat este în materiale magnetice NdFeB - un model nereplicat în altă parte a lumii, dar care are potențial de creștere în Japonia.
   Galiul poate fi înlocuit în fabricarea semiconductoarelor cu indiu, iar în tehnologia cu peliculă subțire a celulelor solare prin tehnologii pe bază de siliciu, unele forme de seleniră de cadmiu cu peliculă subțire sau celule fotovoltaice pe bază de seleniră de indiu cupru, printre altele. Dezvoltarea acestor diferite forme de tehnologie a celulelor solare înseamnă că perspectivele pentru piața globală pentru galiu rămân neclare. Avantajele galiului ca componentă a tehnologiilor cu celule solare, de asemenea, nu par a fi avantajul final în comparație cu materialele și compozițiile concurente.
   Utilizarea principală a galiului este în producția de optoelectronice și semiconductori. Cererea suplimentară de galiu provine din utilizarea acestuia ca anod transparent în afișaje cu suprafață mare și iluminat în stare solidă, tranzistori cu peliculă subțire, magneți și baterii cu neodim, fier, bor, baterii cu litiu și celule fotovoltaice cu seleniură de galiu-cupru-indiu. În general, utilizarea galiului în unele electronice a fost oprită din cauza aprovizionării sale limitate. Metalul este înlocuit ca fiind mai puțin important din punct de vedere economic, producția mondială totală fiind doar aproximativ o zecime din cea din indiu.

   Consumul de galiu în lume, tone*

   an	2008	2009	2010	2011	2012
   Japonia	122.3	111.3	116.0	114.0	110.0
   STATELE UNITE ALE AMERICII	28.7	24.9	33.5	35.3	35.0
   Alte țări	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
   Total	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

   * date rezumative

   Prețurile galiului (denumite în continuare prețul galiului importat în SUA, date USGS) au crescut din 2004 până în 2011, cu excepția anilor 2005, 2006 și 2009, ca urmare a creșterii pieței de smartphone-uri, utilizarea crescută a LED-urilor în iluminat și cererea de dispozitive optoelectronice (Blu-ray, DVD etc.). În perioada 2003-2011, prețurile galiului pe piața mondială au crescut de peste 1,5 ori de la aproximativ 411 USD/kg la 688 USD/kg. În 2012, prețurile galiului au scăzut ușor - la o medie de 556 USD/kg, dar au rămas la un nivel foarte ridicat.
   

   Cu resurse vaste de bauxită, India are potențialul de a crește producția de alumină din topitorii orientate spre export, ceea ce ar putea stimula aprovizionarea cu metal pentru consumul intern și piața globală. Cererea de galiu este probabil să crească din cauza creșterii industriei electronice a țării. De importanță strategică este dezvoltarea tehnologiei locale, precum și cooperarea cu țări străine pentru purificarea și producția de metal. Depozitele de zinc, ca sursă alternativă, vor deveni viabile din punct de vedere economic atunci când sursele de galiu disponibile sunt epuizate.
   Se estimează că cererea de galiu va crește cu aproximativ 15% pe an până în 2015, iar această cerere crescută va fi alimentată atât de capacitatea în exces existentă, în special în rafinarea secundară, cât și de noua capacitate principală planificată pentru China și, eventual, în America de Nord. Un stoc neutilizat de material reciclat se va acumula în China, în timp ce reciclarea rămâne scăzută.