Kemi

Gallium nr 31

Gallium undergrupp. Innehållet av varje medlem av denna undergrupp i jordskorpan längs serien gallium (4-10~4%) - indium (2-10~6) - tallium (8-10-7) minskar. Alla tre "grundämnen är extremt spridda, och det är inte typiskt att de finns i form av vissa mineraler. Tvärtom innehåller mindre föroreningar av deras föreningar malmer av många metaller. Ga, In och Ti erhålls från avfall under bearbetning av sådana malmer.
I det fria tillståndet är gallium, indium och tallium silvervita metaller. Deras viktigaste konstanter jämförs nedan:
Ga In Tl

Fysikaliska egenskaper hos gallium

Densitet, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Smältpunkt, °C. . . 30 157 304
Kokpunkt, °C... . 2200 2020 1475
Elektrisk ledningsförmåga (Hg = 1). . 2 11 6

Genom hårdhet gallium nära ledning, In och Ti - ännu mjukare 6-13.
I torr luft förändras inte gallium och indium och tallium är täckt med en grå oxidfilm. Vid upphettning kombineras alla tre grundämnen energiskt med syre och svavel. De interagerar med klor och brom vid vanliga temperaturer, men med jod endast vid upphettning. Ligger i spänningsserien kring järn, Ga, In och Ti är lösliga i syror.14’ 15
Den vanliga valensen för gallium och indium är tre. Tallium ger derivat där det är tre- och monovalent. 18
Oxider av gallium och dess analoger - vit Ga 2 O 3, gul In203 och brun T1203 - är olösliga i vatten - motsvarande hydroxider E (OH) 3 (som kan erhållas från salter) är gelatinösa sediment, praktiskt taget olösliga i vatten, men löslig i syror. Vita Ga- och In-hydroxider är också lösliga i lösningar av starka alkalier med bildning av gallater och indater som liknar aluminater. De är därför amfotera till sin natur, och de sura egenskaperna är mindre uttalade i 1n(OH) 3 och mer uttalade i Ga(OH) 3 än i Al(OH) 3. Sålunda, förutom starka alkalier, är Ga(OH)3 lösligt i starka lösningar av NH4OH. Tvärtom löser sig inte rödbrun Ti(OH) 3 i alkalier.
Ga"- och In"-jonerna är färglösa, Ti"-jonerna har en gulaktig färg. Salterna av de flesta syror som produceras av dem är mycket lösliga i vatten, men är mycket hydrolyserade; Av de lösliga salterna av svaga syror genomgår många nästan fullständig hydrolys. Även om derivat av lägre valenser Ga och In inte är typiska för dem, är det för tallium de föreningar där det är envärt som är mest karakteristiska. Därför har T13+-salter märkbart uttalade oxiderande egenskaper.

Talliumoxid (T120) bildas som ett resultat av växelverkan mellan element vid höga temperaturer. Det är ett svart hygroskopiskt pulver. Med vatten bildar talliumoxid gult lustgas (T10H), som vid upphettning lätt spjälkar av vattnet och går tillbaka till T120.
Talliumoxidhydrat är mycket lösligt i vatten och är en stark bas. Salterna den bildar är för det mesta färglösa och
kristallisera utan vatten. Klorid, bromid och jodid är nästan olösliga, men vissa andra salter är lösliga i vatten. Godtycklig TiOH och svaga syror på grund av hydrolys ger en alkalisk reaktion i lösning. Under inverkan av starka oxidationsmedel (till exempel klorvatten) oxideras envärt tallium till trevärt tallium.57-66
När det gäller de kemiska egenskaperna hos grundämnen och deras föreningar liknar galliumundergruppen på många sätt undergruppen germanium, så för Ge och Ga är den högre valensen mer stabil, för Pb och T1 desto lägre, den kemiska karaktären hos hydroxider är i serien Ge-Sn-Pb och Ga-In-Ti ändras på samma sätt Ibland uppstår mer subtila likheter, till exempel den låga lösligheten av halogenid (Cl, Br, I) salter av både Pb och Ti. Det finns emellertid också betydande skillnader mellan elementen i båda undergrupperna (delvis på grund av deras olika valens): den sura naturen hos Ga-hydroxider och dess analoger är mycket mindre uttalad än den hos motsvarande element i germaniumundergruppen; i motsats till PbF 2, talliumfluorid är mycket löslig, etc.

Gallium tillskott

1. Alla tre medlemmarna i undergruppen under övervägande upptäcktes med hjälp av ett spektroskop: 1 tallium - 1861, indium - 1863 och gallium - 1875. Det sista av dessa element förutspåddes och beskrevs av D. I. Mendeleev 4 år före upptäckten (VI § 1). Naturligt gallium är sammansatt av isotoper med masstalen 69 (60,2%) och 71 (39,8); indium-113 (4,3) och 115 (95,7); tallium - 203 (29,5) och 205 (70,5%).
2. I grundtillståndet har atomer av element i galliumundergruppen strukturen av yttre elektronskal 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) och är monovalenta, i Excitering av trivalenta tillstånd kräver kostnader på 108 (Ga) 100 (In) eller 129, (Ti) kcal/g-atom. Konsekutiva joniseringsenergier är 6,00; 20,51; 30,70 för Ga; 5,785; 18,86; 28.03 för In: 6.106; 20,42; 29,8 eV för T1. Talliumatomens elektronaffinitet uppskattas till 12 kcal/g-atom.
3. Det sällsynta mineralet gallit (CuGaS 2) är känt för gallium. Spår av detta grundämne finns ständigt i zinkmalmer. Betydligt stora mängder av det: E (upp till 1,5%) hittades i askan från vissa kol. Den huvudsakliga råvaran för industriell produktion av gallium är dock bauxit, som vanligtvis innehåller mindre föroreningar (upp till 0,1%). Det utvinns genom elektrolys från alkaliska vätskor, som är en mellanprodukt vid bearbetning av naturlig bauxit till teknisk aluminiumoxid. Den årliga globala produktionen av gallium är för närvarande bara några få ton, men kan ökas avsevärt.
4. Indium erhålls huvudsakligen som en biprodukt vid komplex bearbetning av svavelmalmer Zn, Pb och Cu. Dess årliga globala produktion uppgår till flera tiotals ton.
5. Tallium koncentreras huvudsakligen i pyrit (FeS2). Därför är slam från svavelsyraproduktion ett bra råmaterial för att erhålla detta grundämne. Den årliga globala produktionen av tallium är mindre än för indium, men uppgår också till tiotals ton.
6. För att isolera Ga, In och T1 i fritt tillstånd används antingen elektrolys av lösningar av deras salter eller glödning av oxiderna i en väteström. Värmen från smältning och avdunstning av metaller har följande värden: 1,3 och 61 (Ga), 0,8 och 54 (In), 1,0 och 39 kcal/g-atom (T1). Deras sublimeringsvärme (vid 25 °C) är 65 (Ga), 57 (In) och 43 kcal/g-atom (T1). I par består alla tre grundämnen nästan uteslutande av monoatomiska molekyler.
7. Galliums kristallgitter bildas inte av enskilda atomer (som är vanligt för metaller), utan av diatomiska molekyler (rf = 2,48A). Det representerar således ett intressant fall av samexistensen av molekylära och metalliska strukturer (III § 8). Ga2-molekyler bevaras också i flytande gallium, vars densitet (6,1 g/cm) är större än densiteten hos den fasta metallen (analogi med vatten och vismut). En ökning av trycket åtföljs av en minskning av smälttemperaturen för gallium. Vid höga tryck, förutom den vanliga modifieringen (Gal), har förekomsten av två andra former fastställts. Trippelpunkter (med en flytande fas) ligger för Gal - Gall vid 12 tusen atm och 3 °C, och för Gall - Gall vid 30 tusen atm och 45 °C.
8. Gallium är mycket benäget för hypotermi, och det har varit möjligt att hålla det i flytande tillstånd ner till -40 ° C. Upprepad snabb kristallisation av en underkyld smälta kan tjäna som en metod för att rena gallium. I ett mycket rent tillstånd (99,999%) erhölls det genom elektrolytisk raffinering, såväl som genom reduktion av noggrant renad GaCl3 med väte. Dess höga kokpunkt och ganska jämna expansion vid upphettning gör gallium till ett värdefullt material för att fylla högtemperaturtermometrar. Trots dess externa likhet med kvicksilver är den ömsesidiga lösligheten för båda metallerna relativt låg (i intervallet från 10 till 95 ° C varierar den från 2,4 till 6,1 atomprocent för Ga i Hg och från 1,3 till 3,8 atomprocent för Hg i Ga) . Till skillnad från kvicksilver löser inte flytande gallium upp alkalimetaller och väter många icke-metalliska ytor väl. Framför allt gäller detta glas, genom att applicera gallium på vilket man kan få speglar som starkt reflekterar ljus (det finns dock bevis för att mycket rent gallium, som inte innehåller indiumföroreningar, inte väter glas). Avsättning av gallium på en plastbas används ibland för att snabbt producera radiokretsar. En legering av 88 % Ga och 12 % Sn smälter vid 15 °C, och några andra galliumhaltiga legeringar (till exempel 61,5 % Bi, 37,2 - Sn och 1,3 - Ga) har föreslagits för tandfyllningar. De ändrar inte sin volym med temperaturen och håller sig bra. Gallium kan även användas som tätningsmedel för ventiler inom vakuumteknik. Man bör dock komma ihåg att den vid höga temperaturer är aggressiv mot både glas och många metaller.
9. I samband med möjligheten att utöka produktionen av gallium blir problemet med assimilering (d.v.s. att bemästra genom övning) av detta element och dess föreningar akut, vilket kräver forskning för att hitta områden för deras rationella användning. Det finns en recensionsartikel och monografier om gallium.
10. Kompressibiliteten för indium är något högre än för aluminium (vid 10 tusen atm är volymen 0,84 av originalet). Med ökande tryck minskar dess elektriska motstånd (till 0,5 från originalet vid 70 tusen atm) och smälttemperaturen ökar (upp till 400 ° C vid 65 tusen atm). Indiummetallpinnar krassar när de böjs, som tenn. Det lämnar ett mörkt märke på pappret. En viktig användning av indium är förknippad med tillverkning av germanium växelströmslikriktare (X § 6 tillägg 15). På grund av sin låga smältbarhet kan den fungera som smörjmedel i lager.
11. Införandet av en liten mängd indium i kopparlegeringar ökar avsevärt deras motståndskraft mot havsvatten, och tillsatsen av indium till silver förbättrar dess glans och förhindrar att luften blir smutsig. Tillsatsen av indium ger ökad styrka till legeringar för tandfyllningar. Elektrolytisk beläggning av andra metaller med indium skyddar dem väl från korrosion. En legering av indium med tenn (1:1 i vikt) löder glas väl till glas eller metall, och en legering av 24% In och 76% Ga smälter vid 16°C. En legering av 18,1 % i smältning vid 47 °C med 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn och 8,2 - Cd fynd medicinsk användning för komplexa benfrakturer (istället för gips). Det finns en monografi om indiums kemi
12. Kompressibiliteten för tallium är ungefär densamma som för indium, men två allotropa modifikationer är kända för det (hexagonal och kubisk), vars övergångspunkt ligger vid 235 °C. Under högt tryck en annan uppstår. Trippelpunkten för alla tre former ligger vid 37 tusen atm och 110°C. Detta tryck motsvarar en abrupt minskning på cirka 1,5 gånger i metallens elektriska motstånd (vilket vid 70 tusen atm är cirka 0,3 av det normala). Under ett tryck på 90 tusen atm smälter den tredje formen av tallium vid 650 °C.
13. Tallium används främst för tillverkning av legeringar med tenn och bly, som har hög syrabeständighet. I synnerhet tål en legering med en sammansättning av 70% Pb, 20% Sn och 10% T1 verkan av blandningar av svavelsyra, saltsyra och salpetersyra. Det finns en monografi om tallium.
14. Gallium och kompakt indium är stabila med avseende på vatten, och tallium i närvaro av luft förstörs långsamt av det från ytan. Gallium reagerar endast långsamt med salpetersyra, men tallium reagerar mycket kraftigt. Tvärtom löser svavelsyra, och särskilt saltsyra, lätt Ga och In, medan T1 interagerar med dem mycket långsammare (på grund av bildandet av en skyddande film av svårlösliga salter på ytan). Lösningar av starka alkalier löser lätt gallium, verkar bara långsamt på indium och reagerar inte med tallium. Gallium löses också märkbart i NH4OH. Flyktiga föreningar av alla tre grundämnen färgar den färglösa lågan i karakteristiska färger: Ga - nästan osynlig för ögat mörklila (L = 4171 A), In - mörkblå (L = 4511 A), T1 - smaragdgrön (A, = 5351) A).
15. Gallium och indium verkar inte vara giftiga. Tvärtom är tallium mycket giftigt, och dess verkan liknar Pb och As. Det påverkar nervsystemet, matsmältningskanalen och njurarna. Symtom på akut förgiftning uppträder inte omedelbart, utan efter 12-20 timmar. Vid långsamt utvecklande kronisk förgiftning (även genom huden) observeras främst agitation och sömnstörningar. Inom medicinen används talliumpreparat för hårborttagning (för lavar etc.). Talliumsalter har funnit användning i lysande kompositioner som ämnen som ökar glödens varaktighet. De visade sig också vara ett bra botemedel mot möss och råttor.
16. I spänningsserien ligger gallium mellan Zn och Fe, och indium och tallium ligger mellan Fe och Sn. Ga- och In-övergångarna enligt schemat E+3 + Ze = E motsvarar normala potentialer: -0,56 och -0,33 V (i ett surt medium) eller -1,2 och -1,0 V (i ett alkaliskt medium). Tallium omvandlas av syror till det monovalenta tillståndet (normalpotential -0,34 V). Övergången T1+3 + 2e = T1+ kännetecknas av en normal potential på + 1,28 V i sur miljö eller +0,02 V i alkalisk miljö.
17. Värmen för bildning av oxider E2O3 av gallium och dess analoger minskar i serierna 260 (Ga), 221 (In) och 93 kcal/mol (T1). Vid upphettning i luft oxideras gallium praktiskt taget endast till GaO. Därför erhålls Ga2O3 vanligtvis genom att dehydratisera Ga(OH)3. Indium bildar vid upphettning i luft In2O3, och tallium bildar en blandning av T12O3 och T120 med högre halt av högre oxid, ju lägre temperatur. Tallium kan oxideras upp till T1203 genom inverkan av ozon.
18. Lösligheten av E2O3-oxider i syror ökar längs Ga - In - Tl-serien. I samma serie minskar styrkan hos grundämnets bindning med syre: Ga2O3 smälter vid 1795°C utan sönderdelning, 1n203 omvandlas till 1n304 endast över 850°C, och finkrossad T1203 börjar spjälka av syre redan vid ca 90° C. Det krävs dock mycket högre temperaturer för att helt omvandla T1203 till T120. Under övertryck av syre smälter 1p203 vid 1910 °C och T1203 - vid 716 °C.
19. Hydratiseringsvärmen för oxider enligt schemat E203 + ZH20 = 2E(OH)3 är +22 kcal (Ga), +1 (In) och -45 (T1). I enlighet med detta ökar lättheten att eliminera vatten genom hydroxider från Ga till T1: om Ga(OH)3 är helt uttorkad först vid kalcinering, omvandlas T1(OH)3 till T1203 även när den står under vätskan från vilken den var isolerad.
20. Vid neutralisering av sura lösningar av galliumsalter fälls dess hydroxid ut ungefär i pH-området = 3-4. Nyfällt Ga(OH)3 är mycket lösligt i starka ammoniaklösningar, men när det åldras minskar lösligheten mer och mer. Dess isoelektriska punkt ligger vid pH = 6,8 och PR = 2 10~37. För 1n(OH)3 fann man att PR = 1 10-31 och för T1(OH)3 - 1 10-45.
21. För de andra och tredje dissociationskonstanterna för Ga(OH)3 enligt sura och basiska typer, bestämdes följande värden:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2“2. S-P/NW = 4 -10 12
Således representerar galliumhydroxid ett fall av en elektrolyt mycket nära idealisk amfotericitet.

1. Skillnaden i sura egenskaper hos galliumhydroxider och dess analoger manifesteras tydligt när de interagerar med lösningar av starka alkalier (NaOH, KOH). Galliumhydroxid löser sig lätt och bildar gallater av typ M, som är stabila både i lösning och i fast tillstånd. Vid upphettning förlorar de lätt vatten (Na-salt vid 120, K-salt vid 137 °C) och omvandlas till motsvarande vattenfria salter av MGa02-typ. Tvåvärda metallgallater (Ca, Sr) erhållna från lösningar kännetecknas av en annan typ - M3 ■ 2H20, som också är nästan olösliga. De är fullständigt hydrolyserade av vatten.
   Talliumhydroxid peptiseras lätt av starka alkalier (med bildning av en negativ sol), men är olöslig i dem och producerar inte tallater. Genom torr metod (genom att smälta oxider med motsvarande karbonater) erhölls derivat av ME02-typ för alla tre grundämnena i galliumundergruppen. Men i fallet med tallium visade det sig vara blandningar av oxider.
   1. De effektiva radierna för Ga3+-, In3*- och T13*-jonerna är 0,62, 0,92 respektive 1,05 A. I en vattenhaltig miljö är de tydligen direkt omgivna av sex vattenmolekyler. Sådana hydratiserade joner är något dissocierade enligt schemat E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, och deras dissociationskonstanter uppskattas till 3 ■ 10-3° (Ga) och 2 10-4 (In) .
   2. Halidsalterna Ga3+, In3* och T13*’ liknar i allmänhet motsvarande A13*-salter. Förutom fluorider är de relativt smältbara och mycket lösliga inte bara i vatten utan även i ett antal organiska lösningsmedel. Endast de gula Gal3 är målade.

   Det kemiska grundämnet galium finns praktiskt taget aldrig i naturen i fri form. Det finns i mineralföroreningar, från vilka det är ganska svårt att separera. Gallium anses vara ett sällsynt ämne, några av dess egenskaper har inte studerats fullt ut. Det används dock inom medicin och elektronik. Vad är detta element? Vilka egenskaper har den?

   Är gallium en metall eller en icke-metall?

   Elementet tillhör den trettonde gruppen av den fjärde perioden. Det är uppkallat efter den historiska regionen Gallien, som Frankrike, hemlandet för upptäckaren av elementet, var en del av. Symbolen Ga används för att beteckna den.

   Galium ingår i gruppen lättmetaller tillsammans med aluminium, indium, germanium, tenn, antimon och andra grundämnen. Som en enkel substans är den skör och mjuk och har en silvervit färg med en lätt blåaktig nyans.

   Upptäcktshistoria

   Mendeleev "förutspådde" gallium och lämnade en plats för det i den tredje gruppen av det periodiska systemet (enligt det föråldrade systemet). Han namngav ungefär dess atommassa och förutspådde till och med att grundämnet skulle upptäckas spektroskopiskt.

   Några år senare upptäcktes metallen av fransmannen Paul Emile Lecoq. I augusti 1875 studerade en vetenskapsman ett spektrum från en fyndighet i Pyrenéerna och lade märke till nya violetta linjer. Grundämnet fick namnet galium. Innehållet i mineralet var extremt litet och Lecoq lyckades isolera endast 0,1 gram. Upptäckten av metallen var en av bekräftelserna på riktigheten av Mendeleevs förutsägelse.

   

   Fysikaliska egenskaper

   Galliummetall är mycket seg och smältbar. Vid låga temperaturer förblir den i fast tillstånd. För att förvandla det till vätska räcker det med en temperatur på 29,76 grader Celsius eller 302,93 Calvin. Du kan smälta den genom att hålla den i handen eller doppa den i en het vätska. För höga temperaturer gör det mycket aggressivt: vid 500 grader Celsius och uppåt kan det korrodera andra metaller.

   Kristallgittret av galium bildas av diatomiska molekyler. De är mycket stabila, men svagt kopplade till varandra. För att bryta deras anslutning är det inte alls nödvändigt Ett stort antal energi, så gallium blir lätt flytande. Det är fem gånger mer smältbart än indium.

   I flytande tillstånd är metallen tätare och tyngre än i fast tillstånd. Dessutom leder den ström bättre. Under normala förhållanden är dess densitet 5,91 g/cm³. Metall kokar vid -2230 grader Celsius. När den härdat expanderar den cirka 3,2 %.

   

   Kemiska egenskaper

   I många kemiska egenskaper liknar gallium aluminium, men är mindre aktivt och reaktionerna med det är långsammare. Den reagerar inte med luft och bildar omedelbart en oxidfilm som förhindrar oxidation. Det reagerar inte på väte, bor, kisel, kväve och kol.

   Metallen interagerar bra med nästan alla halogener. Det reagerar med jod endast vid upphettning, det reagerar med klor och brom även vid rumstemperatur. I varmt vatten börjar det tränga undan väte, bildar salter med mineralsyror och frigör även väte.

   Galium kan bilda amalgamer med andra metaller. Om flytande gallium tappas på ett fast stycke aluminium kommer det att börja tränga in i det. Genom att invadera kristallgittret av aluminium kommer det flytande ämnet att göra det sprött. Efter bara några dagar kan ett massivt metallblock krossas för hand utan större ansträngning.

   Ansökan

   Inom medicinen används galiummetall för att bekämpa tumörer och hyperkalcemi, och är även lämplig för radioisotopdiagnostik av skelettcancer. Däremot kan läkemedel som innehåller ämnet orsaka bieffekter, såsom illamående och kräkningar.

   Galliummetall används också i mikrovågselektronik. Det används för tillverkning av halvledare och lysdioder, som ett piezomaterial. Metalllim erhålls från en legering av gallium med skandium eller nickel. När det är legerat med plutonium spelar det rollen som stabilisator och används i kärnvapenbomber.

   Glas med denna metall har ett högt brytningsindex, och dess oxid Ga 2 O 3 tillåter glaset att sända infraröda strålar. Rent gallium kan användas för att göra enkla speglar eftersom det reflekterar ljuset bra.

   

   Galiumöverflöd och avlagringar

   Var kan jag få tag i gallium? Metall kan enkelt beställas online. Dess kostnad varierar från 115 till 360 dollar per kilogram. Metallen anses vara sällsynt, den är mycket spridd i jordskorpan och bildar praktiskt taget inte sina egna mineraler. Sedan 1956 har alla tre hittats.

   Gallium finns ofta i zink och järn, dess föroreningar finns i kol, beryl, granat, magnetit, turmalin, fältspat, klorit och andra mineraler. I genomsnitt är dess innehåll i naturen cirka 19 g/t.

   

   Mest galium finns i ämnen som är nära det i sammansättning. På grund av detta är det svårt och dyrt att utvinna det från dem. Metallens eget mineral kallas gallit med formeln CuGaS 2 . Den innehåller även koppar och svavel.

   Inverkan på människor

   Lite är känt om metallens biologiska roll och dess effekter på människokroppen. I det periodiska systemet finns det bredvid de grundämnen som är livsnödvändiga för oss (aluminium, järn, zink, krom). Det finns en åsikt att gallium, som ett ultramikroelement, är en del av blodet, påskyndar dess flöde och förhindrar bildandet av blodproppar.

   På ett eller annat sätt finns en liten mängd av ämnet i människokroppen (10 -6 - 10 -5%). Galium kommer in i det tillsammans med vatten och jordbruksprodukter. Det hålls kvar i benvävnad och lever.

   Galliummetall anses vara lågtoxisk eller villkorligt giftig. Vid kontakt med huden finns små partiklar kvar på den. Det ser ut som en grå smutsig fläck som lätt kan tas bort med vatten. Ämnet lämnar inga brännskador, men i vissa fall kan det orsaka dermatit. Det är känt att höga halter av galium i kroppen orsakar störningar i lever, njurar och nervsystem, men detta kräver en mycket stor mängd metall.

   Gallium(lat. Gallium), Ga, kemiskt element av grupp III i det periodiska systemet av D.I. Mendeleev, serienummer 31, atommassa 69,72; silvervit mjuk metall. Består av två stabila isotoper med massatal 69 (60,5 %) och 71 (39,5 %).

   Existensen av Gallium ("eka-aluminium") och dess grundläggande egenskaper förutspåddes 1870 av D.I. Mendeleev. Grundämnet upptäcktes genom spektralanalys i pyrenisk zinkblandning och isolerades 1875 av den franske kemisten P. E. Lecoq de Boisbaudran; uppkallad efter Frankrike (lat. Gallia). Det exakta sammanträffandet av egenskaperna hos Gallium med de förutspådda var det periodiska systemets första triumf.

   Medelhalten av gallium i jordskorpan är relativt hög, 1,5·10 -3 viktprocent, vilket är lika med innehållet av bly och molybden. Gallium är ett typiskt spårämne. Galliums enda mineral, gallit CuGaS 2, är mycket sällsynt. Galliums geokemi är nära besläktad med geokemin hos aluminium, vilket beror på likheten mellan deras fysikalisk-kemiska egenskaper. Huvuddelen av gallium i litosfären finns i aluminiummineraler. Galliumhalten i bauxiter och nefelin varierar från 0,002 till 0,01 %. Ökade koncentrationer av gallium observeras också i sfaleriter (0,01-0,02%), i stenkol (tillsammans med germanium) samt i vissa järnmalmer.

   Galliums fysikaliska egenskaper. Gallium har ett ortorombiskt (pseudo-tetragonalt) gitter med parametrarna a = 4,5197Å, b = 7,6601Å, c = 4,5257Å. Densiteten (g/cm3) av fast metall är 5,904 (20°C), flytande metall är 6,095 (29,8°C), det vill säga vid stelning ökar volymen gallium; smälttemperatur 29,8°C, koktemperatur 2230°C. En utmärkande egenskap hos Gallium är ett stort intervall av flytande tillstånd (2200°C) och lågt ångtryck vid temperaturer upp till 1100-1200°C. Den specifika värmekapaciteten för fast gallium är 376,7 J/(kg K), det vill säga 0,09 cal/(g deg) i intervallet 0-24°C, av flytande gallium, respektive 410 J/(kg K) 0,098 kal/(g grader) i intervallet 29-100°C. Den elektriska resistiviteten (ohm cm) för fast gallium är 53,4·10 -6 (0°C), flytande 27,2·10 -6 (30°C). Viskositet (poise = 0,1 n sek/m2): 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), ytspänning 0,735 n/m (735 dyn/cm) (30°C i H2-atmosfär). Reflektionskoefficienterna för våglängderna 4360Å och 5890Å är 75,6% respektive 71,3%. Termisk neutroninfångningstvärsnitt är 2,71 ladugårdar (2,7·10 -28 m2).

   Kemiska egenskaper hos Gallium. Gallium är stabilt i luft vid vanliga temperaturer. Över 260°C observeras långsam oxidation i torrt syre (oxidfilmen skyddar metallen). Gallium löses långsamt i svavelsyra och saltsyra, snabbt i fluorvätesyra och är stabilt i kyla i salpetersyra. Gallium löses långsamt i heta alkalilösningar. Klor och brom reagerar med Gallium i kyla, jod - vid upphettning. Smält gallium vid temperaturer över 300°C interagerar med alla strukturella metaller och legeringar.

   De mest stabila är trivalenta föreningar av gallium, som i många avseenden liknar kemiska föreningar av aluminium i egenskaper. Dessutom är mono- och tvåvärda föreningar kända. Högre oxid Ga 2 O 3 är ett vitt ämne, olösligt i vatten. Motsvarande hydroxid fälls ut från lösningar av galliumsalter i form av en vit gelatinös fällning. Den har en uttalad amfoterisk karaktär. Vid upplösning i alkalier bildas gallater (till exempel Na), vid upplösning i syror bildas galliumsalter: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 etc. Galliumhydroxidens sura egenskaper är mer uttalade än hos aluminiumhydroxid [Al-frisättningsområdet (OH) 3 ligger inom pH-området = 10,6-4,1, och Ga(OH) 3 inom pH-området = 9,7-3,4].

   Till skillnad från Al(OH) 3 löser sig galliumhydroxid inte bara i starka alkalier utan även i ammoniaklösningar. Vid kokning fälls galliumhydroxid ut från ammoniaklösningen igen.

   Av galliumsalterna är de viktigaste GaCl 3-klorid (smälta 78°C, koka 200°C) och Ga 2 (SO 4) 3-sulfat. Den senare, med sulfater av alkalimetaller och ammonium, bildar dubbelsalter av aluntyp, till exempel (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. Gallium bildar ferrocyanid Ga 4 3, som är svårlöslig i vatten och utspädd syror, som kan användas för att separera den från Al och ett antal andra grundämnen.

   Att få gallium. Den huvudsakliga källan för att få gallium är aluminiumproduktion. Vid bearbetning av bauxit med Bayermetoden koncentreras gallium i cirkulerande moderlutar efter separation av Al(OH)3. Gallium isoleras från sådana lösningar genom elektrolys vid en kvicksilverkatod. Från den alkaliska lösning som erhålls efter behandling av amalgamet med vatten fälls Ga(OH)3 ut, som löses i alkali och gallium isoleras genom elektrolys.

   I soda-kalkmetoden för bearbetning av bauxit eller nefelinmalm koncentreras gallium i de sista fraktionerna av sediment som frigörs under förkolningsprocessen. För ytterligare anrikning behandlas hydroxidfällningen med kalkmjölk. I detta fall förblir det mesta av Al i sedimentet, och Gallium går i lösning, från vilken galliumkoncentrat (6-8 % Ga 2 O 3) isoleras genom att passera CO 2; den senare löses i alkali och gallium isoleras elektrolytiskt.

   Källan till gallium kan också vara den kvarvarande anodlegeringen från Al-raffineringsprocessen med treskiktselektrolysmetoden. Vid framställning av zink är källorna till gallium sublimater (Welz-oxider) som bildas under bearbetningen av urlakningsavfall av zink.

   Flytande gallium erhållet genom elektrolys av en alkalisk lösning, tvättad med vatten och syror (HCl, HNO 3), innehåller 99,9-99,95 % Ga. En renare metall erhålls genom vakuumsmältning, zonsmältning eller genom att dra en enkristall från smältan.

   Applicering av gallium. Den mest lovande tillämpningen av gallium är i form av kemiska föreningar som GaAs, GaP, GaSb, som har halvledaregenskaper. De kan användas i högtemperaturlikriktare och transistorer, solceller och andra enheter där den fotoelektriska effekten i det blockerande lagret kan användas, samt i infraröd strålningsmottagare. Gallium kan användas för att göra optiska speglar som är mycket reflekterande. En legering av aluminium med gallium har föreslagits istället för kvicksilver som katod för ultravioletta strålningslampor som används inom medicin. Det föreslås att flytande gallium och dess legeringar används för tillverkning av högtemperaturtermometrar (600-1300°C) och tryckmätare. Av intresse är användningen av gallium och dess legeringar som flytande kylmedel i kraftkraftsreaktorer (detta hämmas av den aktiva interaktionen av gallium vid driftstemperaturer med strukturmaterial; den eutektiska Ga-Zn-Sn-legeringen har en mindre korrosiv effekt än ren Gallium).

   Gallium är ett element i huvudundergruppen i den tredje gruppen i den fjärde perioden i det periodiska systemet kemiska grundämnen D.I. Mendeleev, med atomnummer 31. Betecknas med symbolen Ga (lat. Gallium). Tillhör gruppen lättmetaller. Det enkla ämnet gallium är en mjuk, seg metall av silvervit (enligt andra källor, ljusgrå) färg med en blåaktig nyans.
   Den genomsnittliga galliumhalten i jordskorpan är 19 g/t. Gallium är ett typiskt spårämne med en dubbel geokemisk natur. På grund av likheten mellan dess kristallkemiska egenskaper med de viktigaste stenbildande elementen (Al, Fe, etc.) och den breda möjligheten till isomorfism med dem, bildar gallium inte stora ansamlingar, trots det betydande clarkevärdet.
   

   Följande mineraler med hög galliumhalt särskiljs: sfalerit (0 - 0,1%), magnetit (0 - 0,003%), kassiterit (0 - 0,005%), granat (0 - 0,003%), beryl (0 - 0,003%) , turmalin (0 - 0,01 %), spodumen (0,001 - 0,07 %), flogopit (0,001 - 0,005 %), biotit (0 - 0,1 %), muskovit (0 - 0,01 %), sericit ( 0 - 0,005 %), lepidolit (0,001 - 0,03 %), klorit (0 - 0,001 %), fältspat (0 - 0,01 %), nefelin (0 - 0,1 %), hekmanit (0,01 - 0,07 %), natrolit (0 - 0,1 %). Koncentrationen av gallium i havsvatten är 3·10-5 mg/l.
   Galliumfyndigheter är kända i sydvästra Afrika, Ryssland och OSS-länderna. Världens resurser av gallium i bauxit uppskattas till mer än en miljard kilo. Dessutom finns en betydande mängd gallium i världens zinkmalmreserver. Men bara en liten del av galliumet i bauxit- och zinkmalm är ekonomiskt utvinningsbart.
   Gallium kan vara en bristvara, men det kan inte kallas sällsynt. Det är rikligare än många kända metaller som antimon, molybden, silver och volfram, men till skillnad från dessa grundämnen finns gallium sällan, om aldrig, i ekonomiska koncentrationer i naturligt förekommande mineraler. De två huvudsakliga källorna till kommersiellt gallium är dess återvinning från bauxit under aluminiumoxidproduktion och dess återvinning från rester som härrör från urlakning av zinkoxid före elektrolys.
   Gallium finns inte i jordskorpan i elementär form utan förekommer oftast som ett gallium(III)salt. Den tillverkas främst av bauxit. Under 2010, med en global produktionskapacitet på 256-261 ton, producerades 78 ton metall på detta sätt. Den globala galliumproduktionen 2010 uppskattades till cirka 201-212 ton. Denna omständighet visar tydligt den höga graden av sekundär återvinning av metallen, såväl som överskottsproduktion/bearbetningskapacitet för närvarande. Förbrukningen av gallium 2010 låg på nivån 280 ton, vilket tydde på brist på världsmarknaden och partiell förbrukning av metallen från reserver. Under 2011 minskade galliumförbrukningen till 218 ton, vilket tvärtom resulterade i ett överskott av metall på marknaden (volymen av primär galliumproduktion i världen uppgick till 292 ton).
   Sekundär återvinning (återvinning) av gallium. Bristen på gallium från malm har lett till betydande volymer av dess sekundära produktion. I Japan producerades cirka 90 ton galliummetall under 2010 genom återvinning från avfall, med ytterligare 60 ton gallium som potentiellt fanns i "slingan" för vätskefas epitaxiproduktion som inte var omedelbart tillgänglig för konsumtion eller i förbrukningsform för andra ändamål.
   Sekundär reduktion av gallium under halvledartillverkningsprocesser är också en viktig källa. På grund av halvledartillverkningens flerstegskaraktär och kravet på extremt hög kvalitetskontroll vid varje steg, krävs en mycket större volym gallium än vad som faktiskt finns i halvledarna. Det amerikanska energidepartementet rapporterade att 2010 stod den globala galliumåtervinningskapaciteten för cirka 42 % (delvis ett resultat av den tidigare nämnda halvledartillverkningsprocessen) av den totala globala galliumproduktionskapaciteten.
   Kina tros vara den ledande tillverkaren av primärt gallium, följt av Tyskland, Kazakstan, Ukraina, Sydkorea och Ryssland. Gallium tillverkas även i Ungern och Japan. Världsproduktionen av raffinerat gallium, inklusive återvinning från avfall, uppskattas till 378 ton (2011).
   Kina, Japan, Storbritannien och USA var de största tillverkarna av raffinerat gallium 2010. Gallium produceras från avfallshantering i Kanada, Tyskland, Japan, Storbritannien och USA. Neo Material uppskattade att 50 % av gallium som konsumerades över hela världen 2010 kom från återvunna källor.
   De största galliumtillverkarna i Kina är Aluminium Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co. Ltd, Chinese Crystal Technologies Ltd, East Gallium Hope Mianchi Industry Co. och Zhuhai Fangyuan. Kinas totala galliumproduktionskapacitet 2010 uppskattades till 141 ton.
   Den största produktionskapaciteten för primär gallium finns nu i Kina, Tyskland och Kazakstan, efter minskningen av antalet företag som raffinerar gallium i Ryssland och stängningen av en fabrik i Frankrike. Kina ökade sin primära galliumproduktionskapacitet från 141 ton/år 2010 till 280 ton/år i slutet av 2011.
   En betydande del av gallium kommer från sekundär produktion, särskilt från återvinning av GaAs och vätskefas epitaxiavfall. De viktigaste centra för sekundär produktion är Japan och Nordamerika. Samtidigt finns det otillräckliga uppgifter om effektiv bearbetning av galliumhaltigt avfall i Kina, trots att landet håller på att bli en av de största konsumenterna av denna metall.
   Gallium är grunden för elektronikindustrin. Gallium är basen av föreningar som galliumarsenid (GaAs) och galliumnitrid (GaN), halvledare som används inom elektronikindustrin. Det används också vid tillverkning av minnesceller.
   Optoelektroniska enheter som lysdioder, laserdioder, fotosensorer och solceller tillverkade av GaAs fortsätter att vara huvudområdet för galliumkonsumtion över hela världen. Inom en snar framtid förväntas användningen av GaAs öka, särskilt på kommunikationsmarknaderna. Ökad användning av mobilkommunikation och satellit navigationsenheter förväntas öka efterfrågan på gallium.
   Gallium används i form av GaN i laserdioder och lysdioder (LED). Nya GaN-enheter används i högdensitetslagring (CD-spelare och digitala videospelare), högkvalitativ laserutskrift, kommunikation och belysning. GaN-transistorer arbetar vid högre spänningar och med högre energitätheter än GaAs-enheter. Gallium används i vissa högtemperaturtermometrar, och den eutektiska legeringen av gallium, indium och tenn används ofta i sådana termometrar och ersätter kvicksilver. Gallium används också som en komponent i legeringar med låg smältbarhet och för att skapa blanka speglar. Galliumsalter som galliumcitrat och galliumnitrat används inom medicin.
   Den globala efterfrågan på gallium har under de senaste åren varit störst inom den optoelektroniska industrin, särskilt lysdioder. På grund av dess överlägsna egenskaper används GaAs i allt större utsträckning istället för kisel i integrerade kretsar för många skyddande tillämpningar. Mobiltelefonmarknaden har främst varit ansvarig för den ökade galliumkonsumtionen under de senaste åren.
   Galliummarknaden har upplevt tillväxt: 2010 var efterfrågan på metallen stark inom både elektronik- och optoelektroniksektorn. Ökningen av galliumkonsumtion har drivits av en växande efterfrågan på smartphones och multi-band, multi-mode telefoner, samt den ökade användningen av lysdioder i belysning och bildskärmar. I Kina är ungefär hälften av den identifierade konsumtionen i magnetiska NdFeB-material – ett mönster som inte replikeras någon annanstans i världen, men som har potential för tillväxt i Japan.
   Gallium kan ersättas i halvledartillverkning med indium och i solcells tunnfilmsteknologi med kiselbaserad teknologi, bland annat vissa former av tunnfilmskadmiumselenid eller kopparindiumselenidbaserade fotovoltaiska celler. Utvecklingen av dessa olika former av solcellsteknik gör att utsikterna för den globala galliummarknaden förblir oklara. Fördelarna med gallium som en komponent i verkar inte heller vara definitivt överlägsna jämfört med konkurrerande material och kompositioner.
   Den huvudsakliga användningen av gallium är vid produktion av optoelektronik och halvledare. Ytterligare efterfrågan på gallium kommer från dess användning som en genomskinlig anod i skärmar med stora ytor och halvledarbelysning, tunnfilmstransistorer, neodymjärnbormagneter och -batterier, litiumbatterier och fotovoltaiska celler av kopparindiumgalliumselenid. I allmänhet har användningen av gallium i viss elektronik varit begränsad på grund av dess begränsade tillgänglighet. Metallen ersätts som mindre ekonomiskt viktig, med den totala världsproduktionen som bara är ungefär en tiondel av indium.

   Galliumförbrukning i världen, ton*

   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
   Andra länder	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
   Total	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

   * Sammanfattningsdata

   Galliumpriserna (hädanefter priserna på gallium importerat till USA, data från US Geological Survey) ökade från 2004 till 2011, med undantag för 2005, 2006 och 2009, som drevs av tillväxten på smartphonemarknaden, ökad användning av Lysdioder i belysning och efterfrågan på optoelektroniska enheter (Blu-ray, DVD, etc.). Mellan 2003 och 2011 ökade priserna på gallium på världsmarknaden med mer än 1,5 gånger från cirka 411 USD/kg till 688 USD/kg. Under 2012 sjönk galliumpriserna något - till ett genomsnitt på 556 USD/kg, men låg kvar på en mycket hög nivå.
   

   Med enorma bauxitresurser har Indien potential att öka aluminiumoxidproduktionen från exportorienterade smältverk, vilket kan bidra till att öka tillgången på metallen för inhemsk konsumtion och den globala marknaden. Efterfrågan på gallium kommer sannolikt att öka på grund av tillväxten av elektronikindustrin i landet. Utvecklingen av lokal teknik samt samarbete med utlandet för metallförädling och produktion är av strategisk betydelse. Zinkfyndigheter, som en alternativ källa, kommer att bli ekonomiskt lönsamma när lättillgängliga galliumkällor förbrukas.
   Efterfrågan på gallium förutspås växa med 15 % per år fram till 2015, och denna ökade efterfrågan kommer att strömma både från befintlig överkapacitet, särskilt inom sekundär raffinering, och från ny kärnkapacitet som planeras för Kina och eventuellt V Nordamerika. En oanvänd tillgång på återvunnet material kommer att ackumuleras i Kina, medan återvinningen kommer att förbli låg.