химический каталог




ГАЛЛИЙ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГАЛЛИЙ (от Gallia-Галлия, лат. назв. Франции; лат. Gallium) Ga, химический элемент III гр. периодической системы, ат. н. 31, ат. м. 69,72. Прир. ГАЛЛИЙ состоит из изотопов 69Ga (61,2%) и 71Ga (38,8%), поперечное сечение захвата тепловых нейтронов соответственно 2,1*10-28 и 5,1*10-28 м2. Конфигурация внешний электронной оболочки 4s24p1; степень окисления + 1 и +3; энергия ионизации Ga° -> Ga+ -> Ga2+ -> Ga3+ соответственно равна 5,998, 20,5144 и 30,66 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,6; атомный радиус 0,139 нм; ионный радиус для Ga3 (в скобках указано координац. число) 0,061 нм (4), 0,069 нм (5) и 0,076 нм (6).

Содержание ГАЛЛИЙ в земной коре 1,8*10-3 % по массе, в воде морей и океанов 3*10-5 мг/л. В природе встречается в виде чрезвычайно редких минералов - зенгеита Ga(OH)3, галлита CuGaS2 и др. Является спутником Al, Zn, Ge, Fe; содержится в сфалеритах (до 0,018% по массе), нефелине (среднее содержание 0,004%), натролите (до 0,1%), бокситах (среднее содержание 0,005%), германите (0,7-1,8%), алуните (0,001-0,06%), в углях и железных рудах некоторых месторождений и др. Потенциальные мировые запасы ГАЛЛИЙ в бокситах св. 1 млн. т, в цинковых рудах ок. 10000 т.

Свойства. ГАЛЛИЙ-светло-серый металл с синеватым оттенком. Расплав ГАЛЛИЙ может находиться в жидком состоянии при температурах ниже температуры плавления в течение несколько месяцев. Кристаллическая решетка устойчивой модификации I (или; см. табл. и рис.) образована двухатомными молекулами с длиной связи 0,244 нм, которые сохраняются и в жидком металле; в парах ГАЛЛИЙ одноатомен. Из переохлажденного диспергиров. металла кристаллизуются неустойчивые модификации-,, и; при давлениях выше 1,14 и 3,0 ГПа обнаружены модификации соответственно II и III; существуют также еще две метастабильные фазы ГАЛЛИЙ Конденсацией паров при 4,2 К получен аморфный галлий. Температура кипения 2205 °С; плотность жидкого 6,0948 г/см3; Сop 26,07 Дж/(моль*К); 271 кДж/моль (О К); So298 40,81 Дж/(моль*К). Уравнения температурных зависимостей давления пара над жидким веществом, плотности и поверхностного натяжения:

Температурный коэффициент объемного расширения 5,5*10-5 К-1, линейного расширения поликристаллич. ГАЛЛИЙ 2,0*10-5 К-1, жидкого 10,9*Ю-5 К-1; теплопроводность 4,82*10-3 Вт/(м-К), жидкого 2,85 х х 10-3 Вт/(м*К) при 77 °С.

При комнатной температуре ГАЛЛИЙ пластичен и может быть прокатан в тонкие листы. Твердость по Бринеллю 25 МПа; 20-38 МПа; относит. удлинение 2-40%; 0,449 мкОм*м (28°С), жидкого 0,258 мкОм*м (30°С); температурный коэффициент 3,96*10-3 К-1, жидкого 8,15*10-4 К-1 (30-100°С). Стандартный электродный потенциал (Ga/Ga3+) в растворе соли ГАЛЛИЙ -0,56 В, в щелочном растворе —1,326 В. Твердый ГАЛЛИЙ диамагнитен, жидкий слегка парамагнитен (магн. восприимчивость 210-9 и мало зависит от температуры). При 1,09 К Ga I переходит в сверхпроводящее состояние. В жидком Г. раств. In, Sn, Zn, Al, Au, Ag, Си. Сплавы на основе ГАЛЛИЙ, жидкие при комнатной температуре, называют галламами.

Диаграмма состояния галлия (ж-жидкость).

СВОЙСТВА ПОЛИМОРФНЫХ МОДИФИКАЦИЙ ГАЛЛИЯ

По химический свойствам ГАЛЛИЙ весьма сходен с Al. На воздухе на повети металла образуется пленка оксида, предохраняющая ГАЛЛИЙ от дальнейшего окисления (см. Галлия оксиды). При нагревании ГАЛЛИЙ с водой под давлением образуется GaOOH. С минеральных кислотами ГАЛЛИЙ медленно реагирует уже на холоду, образуя соли; при взаимодействии с растворами щелочей, а также с Na2CO3 и К2СО3 образуются гидроксогаллаты, содержащие ионы Ga(OH)4- и, возможно, Ga(OH)63- и Ga(OH)2-. ГАЛЛИЙ реагирует с Cl2 и F2 при комнатной температуре, с Вr2 - уже при — 35°С (ок. 20°С - с воспламенением), с I2-при нагревании. С Н2, С, N2, Si и В не взаимодействует. При высоких температурах ГАЛЛИЙ разрушает различные материалы сильнее, чем расплав любого др. металла. Графит и W устойчивы к действию ГАЛЛИЙ до 800°С, алунд и ВеО до 1000°С, Та до 450°С, Мо и Nb до 400°С, Be до 600°С, Re до 700°С. С металлами (кроме металлов подгрупп Пб, IIIa, IVa и Bi) ГАЛЛИЙ образует галлиды, из которых особый интерес представляют Nb3Ga и V3Ga. Последний образуется при 1300°С; температура перехода в сверхпроводящее состояние для V3Ga 16,8 К.

С мышьяком, фосфором и сурьмой ГАЛЛИЙ образует соответственно галлия арсенид, галлия фосфид и галлия антимонид, с S, Se и Те при 600-1100°С-халькогениды Ga,X3, Ga2X2, Ga2X, Ga4X5, Ga2X5. Сесквисульфид Ga2S3-белые (плотность 3,650 г/см3), светло-желтые (3,74 г/см3) или оранжевые кристаллы; температура плавления 1125°С. Сульфид Ga2S2-желтые кристаллы; температура плавления 1015°С; плотность 3,75 г/см3. Селенид Ga,Se2-темно-красные кристаллы; температура плавления 960°С; плотность 5,03 г/см3; используется как полупроводник. Сесквителлурид Ga2Te3-черные кристаллы; температура плавления 810°С; плотность 5,582 г/см3.

При взаимодействие Ga или его соединений с NH3 при 1050-1200°С получают нитрид GaN-кристаллы, решетка типа вюрцита (а = 0,3186нм, b = 0,5178нм); температура плавления ~ 1700°С (под давлением N2 более 20 МПа); плотность 6,1 г/см3; — 109,8 кДж/моль; ширина запрещенной зоны 3,39 эВ (27 °C; не взаимодействие с водой, растворами минеральных кислот и царской водкой, медленно реагирует с растворами щелочей, окисляется на воздухе при 800 °С. GaN-материал для светодиодов и прозрачных диэлектрическая покрытий; перспективен как материал инжекционных лазеров.

Из солей ГАЛЛИЙ Наиб. значение имеет трихлорид GaCl3 (см. Галлия галогениды). Сульфат кристаллизуется из сернокислых растворов в виде Ga2(SO4)3*20H2O; растворим в воде (170 г в 100 г); обезвоживается при 40-360°С; выше 500°С разлагается; с сульфатами щелочных металлов (кроме Li и Na) и аммония образует квасцы. Нитрат Ga(NO3)3 кристаллизуется в виде нона- или гептагидрата; хорошо растворим в воде (295 г нонагидрата в 100 г), спирте, не растворим в эфире; гигроскопичен, расплывается на воздухе. Ортофосфат GaPO4-кристаллы; температура плавления 1670°С; плотность 3,26 г/см3; не растворим в воде; получают действием гидрофосфатов щелочных металлов или Н3РО4 на растворы солей ГАЛЛИЙ

Из водных растворов солей ГАЛЛИЙ (при рН 3,0-4,1) и галлатов (при рН 9,7-6,4) осаждается гидроксид Ga(OH)3*xH2O. Кислотные свойства Ga(OH)3 (или ортогаллиевой кислоты H3GaO3) выражены сильнее основных; он является более сильной кислотой, чем Al(ОН)3, поэтому растворы солей кислот ГАЛЛИЙ-галлатов устойчивее растворов алюминатов. При нагревании гидроксида до ~ 400 °С образуется GaOOH (или метагаллиевая кислота HGaO2), который выше 550 °С переходит в Ga2O3. Из галлатов Наиб. распространены метагаллаты (моногаллаты), содержащие одно- и двухзарядные катионы. Менее распространены ортогаллаты; они образуются со щелочными и щел.-зем. металлами, а также с РЗЭ. Известны нестехиометрич. галлаты щелочных металлов, например Na2O*5,3Ga2O3 и Na2O*(5,3 - 7,0)Ga2O3, которые находят применение как твердые электролиты. РЗЭ (начиная с Рг) образуют галлаты типа M3Ga5O12 и M4Ga2O9.

Получение. Осн. источник ГАЛЛИЙ-алюминатные растворы, получаемые при переработке глинозема и содержащие до 250 мг/л ГАЛЛИЙ После отделения основные массы Al галлиевый концентрат осаждается, например карбонизацией (пропусканием СО2), затем его обрабатывают водой в автоклаве или Са(ОН)2, после чего большая часть ГАЛЛИЙ переходит в раствор; карбонизацией полученных растворов осаждают вторичный концентрат ГАЛЛИЙ (ок. 1% Ga2O3). Его растворяют в щелочи, обрабатывают Са(ОН)2 и электролизом этого раствора (1,5-2 г/л Ga2O3 и ~ 60 г/л Al2О3) выделяют металлич. ГАЛЛИЙ

При переработке бокситов по способу Байера ГАЛЛИЙ концентрируется в маточных растворах (остающихся после отделения основные массы Al), из которых его выделяют электролизом на ртутном катоде. Образовавшуюся при этом натриево-галлиевую амальгаму (до 1% ГАЛЛИЙ) разлагают водой или раствором щелочи и из полученного раствора ГАЛЛИЙ выделяют электролитически. Вместо электролиза на ртутном катоде можно выделять ГАЛЛИЙ цементацией (вытеснением ионов одного металла из раствора др. металлом) его на амальгаме Na. Разработан способ выделения ГАЛЛИЙ из алюминатных растворов путем цементации его на галламе Al при 80 °С. Для выделения ГАЛЛИЙ галламу разлагают водой. Перспективен метод экстракции ГАЛЛИЙ из алюминатных растворов фенолами. Источниками для получения ГАЛЛИЙ могут служить также продукты переработки железных, титановых, германиевых и др. рудельная

Рафинирование ГАЛЛИЙ обычно включает промывку металла водой и кислотами, фильтрование, вакуумную обработку при 800-1100°С и давл. 1*10-3гПа, очистку электролизом в щелочном электролите (15-20% NaOH). Используют также частичное окисление металла воздухом или О2 с последующей отделением образующегося Ga2O3 фильтрованием, а также обработку аммиаком при 800 °С. Для получения ГАЛЛИЙ высокой чистоты применяются методы зонной плавки, направленной кристаллизации или вытягивания слитка из расплава. Используется также метод очистки через галлийорганическое соединение, в частности через Ga(C2H5)3. Перспективен метод получения ГАЛЛИЙ высокой чистоты через GaCl3, который может быть очищен перегонкой, ректификацией, зонной плавкой или противоточной кристаллизацией в колоннах; ГАЛЛИЙ может быть получен из него электролизом водного раствора или восстановлением Н2 в парах при 600-700°С

Определение. Качественно ГАЛЛИЙ обнаруживают дуговым или искровым спектральным методом (характеристич. линии 417,206; 403,298; 294,364; 287,424 нм), а также по флуоресценции растворов соединение ГАЛЛИЙ и 8-гидроксихинолина в СНCl3 или родамина В в С6Н6. При количественное определении ГАЛЛИЙ отделяют от др. элементов экстракцией из солянокислых растворов эфиром, бутилацетатом и др. Определяют ГАЛЛИЙ преимущественно титрованием раствором комплексона III либо фотометрически (флуорометрически) с использованием родамина В, 8-гидроксихинолина, сульфонафтолазорезорцина, галлиона или других органическое реагентов.

Применение. Ок. 97% производимого ГАЛЛИЙ используется для получения соединение, обладающих полупроводниковыми свойствами (например, GaAs). Сам ГАЛЛИЙ применяется в радиоэлектронике для "холодной пайки" керамич. и металлич. деталей, для легирования Ge и Si, получения оптический зеркал спец. назначения. Г. может заменять ртуть в выпрямителях тока. Добавка ГАЛЛИЙ в качестве легирующей присадки к Mg и его сплавам увеличивает их прочность. ГАЛЛИЙ и его эвтектич. сплав с In используется в радиац. контурах реакторов. Предложено использование галлам в качестве теплоносителей в ядерных реакторах, для устройства гидравлич. затворов, плавких предохранителей и т.п.

Г.-малотоксичный элемент. Из-за низкой температуры плавления слитки ГАЛЛИЙ рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается расплавом ГАЛЛИЙ

Произ-во ГАЛЛИЙ в капиталистам, странах ок. 50 т/год (1980).

Существование ГАЛЛИЙ было предсказано Д. И. Менделеевым в 1871, элемент открыл и выделил П. Э. Лекок де Буабодран в 1875.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
промышленный стул купить
билеты на концерт арии москва 2017
промсбытком надин мягкая (крошка) с648
золинген магазины в москве

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(01.03.2017)