Галлий

Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Га́ллий (химический символ — Ga, от лат. Gallium) — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы, IIIA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 31.

Простое вещество галлий — это мягкий хрупкий металл серебристо-белого (по другим данным светло-серого) цвета с синеватым оттенком.

Шаблон:-

История

Существование галлия было научно предсказано Д. И. Менделеевым. При создании периодической системы химических элементов в 1869 году он, основываясь на открытом им Периодическом законе, оставил незаполненные места в третьей группе для неизвестных элементов — аналогов алюминия и кремния и назвал эти гипотетические элементы экаалюминий и экасилиций<ref>Шаблон:Книга</ref>. Менделеев, основываясь на свойствах соседних по таблице, хорошо изученных элементов, достаточно точно описал не только важнейшие физические и химические свойства, но и вероятный метод открытия — спектроскопию. В частности, в статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, опубликованной в «Журнале Русского химического общества»<ref>Шаблон:Статья</ref>, Менделеев указал, что атомный вес экаалюминия близок к 68, удельный вес около 6 г/см³.

Свойства экаалюминия (ожидаемые) и галлия<ref name="greenwood">Шаблон:Книга</ref>
Свойство	Экаалюминий	Галлий
Атомная масса	~68	69,723
Удельный вес	5,9 г/см³	5,904 г/см³
Температура плавления	Низкая	29,767 °C
Формула оксида	M₂O₃	Ga₂O₃
Плотность оксида	5,5 г/см³	5,88 г/см³
Гидроксид	амфотерный	амфотерный

Вскоре галлий был открыт, выделен в виде простого вещества и изучен французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. 20 сентября 1875 года на заседании Парижской академии наук было зачитано письмо Лекока де Буабодрана об открытии нового элемента и изучении его свойств. В письме сообщалось, что 27 августа 1875 года между 3 и 4 часами вечера он обнаружил признаки нового простого тела в образце цинковой обманки, привезённом из рудника Пьерфитт в долине Аржелес (Пиренеи). Так, исследуя спектр образца, Лекок де Буабодран выявил две новые фиолетовые линии, соответствующие длинам волн 404 и Шаблон:Nobr и свидетельствующие о присутствии в минерале неизвестного элемента. В этом же письме он предложил назвать новый элемент Gallium<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Выделение открытого элемента было сопряжено с немалыми трудностями, поскольку содержание нового элемента в руде было меньше Шаблон:Nobr В итоге Лекоку де Буабодрану удалось получить новый элемент в количестве менее Шаблон:Nobr и исследовать его. По свойствам новый элемент оказался сходен с цинком.

Бурный восторг вызвало сообщение о названии элемента в честь Франции, по римскому наименованию страны.

Менделеев, узнав об открытии из опубликованного доклада, обнаружил, что описание свойств нового элемента почти в точности совпадает с описанием предсказанного им ранее экаалюминия. Об этом он отправил письмо Лекоку де Буабодрану, указав, что плотность нового металла определена неверно и должна быть Шаблон:Nobr а не Шаблон:Nobr Дальнейшее изучение элемента показала правоту Менделеева, а сам Лекок де Буабодран писал по этому поводу: <templatestyles src="Шаблон:Начало_цитаты/styles.css" />{{#ifexpr: 0 mod 2 = 0 and 0 != 4 and 0 != 104 |

}}{{#if: |

:

}}

{{#ifexpr: 0 mod 2 = 0 and 0 != 4 and 0 != 104 |
}}Я думаю…, нет необходимости указывать на исключительное значение, которое имеет плотность нового элемента в отношении подтверждения теоретических взглядов Менделеева{{#if: Цитируется по <ref>Шаблон:Книга</ref>
| <templatestyles src="Шаблон:Конец цитаты/styles.css" />
— Цитируется по <ref>Шаблон:Книга</ref>
}}

.

Открытие галлия и последовавшие вскоре открытия германия и скандия укрепило позиции Периодического закона, убедительно продемонстрировав его прогностический потенциал. Менделеев называл Лекока де Буабодрана одним из «укрепителей периодического закона».

Происхождение названия

Поль Эмиль Лекок де Буабодран назвал элемент в честь своей родины Франции, по её латинскому названию — Галлия ({{#if:la|{{#if:|{{{зачин}}} }}{{#if:||{{#switch:la |ab=абхазск. |abq=абазинск. |af=африкаанс |akk=аккадск. |akz=алабама |ale=алеутск. |als=тоскск. |am=амхарск. |an=арагонск. |ang=др.-англ. |ani=андийск. |ar=арабск. |arc=арамейск. |av=аварск. |ae|ave=авест. |awd=аравакск. |az=азерб. |eu=баскск. |ba=башк. |bar=бав. |be=белор. |ber=берберск. |bg=болг. |bn=бенг. |bo=тибетск. |br=брет. |bs=босн. |bua=бурятск. |ca=каталанск. |ce=чеченск. |cel=галльск. |cel-pro=пракельт. |ch=чам. |chm=мар. |cho=чокт. |chu-ru=русск.-церк.-слав. |chu-sr=сербск.-церк.-слав. |chu-bg=болг.-церк.-слав. |cjs=шорск. |ckt=чук. |co=корс. |crh=кр.-тат. |cs=чешск. |csb=кашубск. |cu=ст.-слав. |cv=чувашск. |cy=валл. |da=датск. |dar=дарг. |ddo=цезск. |de=нем. |dsb=н.-луж. |dty=дотели |dum=ср.-нидерл. |egy=егип. |el=греч. |en=англ. |enm=ср.-англ. |eo=эспер. |es=исп. |et=эст. |ett=этрусск. |fa=перс. |fi=финск. |fo=фарерск. |fr=франц. |frk=др.-франкск. |frm=ср.-франц. |fro=ст.-франц. |frr=сев.-фризск. |fry=зап.-фризск. |fur=фриульск. |fy=фризск. |ga=ирл. |gag=гагаузск. |gd=гэльск. |gdo=годобер. |gem=прагерм. |gez=древнеэфиопск. |gin=гинухск. |gkm=ср.-греч. |gl=галис. |gmh=ср.-в.-нем. |gml=ср.-н.-нем. |gmy=микен. |gn=гуарани |goh=др.-в.-нем. |got=готск. |grc=др.-греч. |grc-pro|grk-pro=протогреч. |gsw=алеманнск. |gu=гуджарати |ha=хауса |haw=гавайск. |hbo=др.-евр. |hbs=сербохорв. |he=ивр. |hi=хинд. |hit=хетт. |hr=хорв. |hsb=в.-луж. |ht=гаит. |hu=венг. |hy=армянск. |id=индон. |inh=ингушск. |is=исл. |it=итал. |itl=ительм. |iu=инукт. |ja=яп. |jv=яванск. |ka=груз. |kaa=каракалп. |kas=кашм. |kg=конго |kik=кикуйю |kjh=хакас. |kk=казахск. |kky=кууку-йимитирск. |kl=гренландск. |kn=канн. |ko=корейск. |kom=коми-зыр. |koi=коми-перм. |krc=карач.-балк. |krl=карельск. |kum=кумыкск. |ky=кирг. |la=лат. |lad=сефардск. |lb=люксемб. |lez=лезг. |liv=лив. |lmo=ломбардск. |lng=лангобардск. |lo=лаосск. |lt=лит. |ltg=латг. |lv=латышск. |mad=мадурск. |mdf=мокш. |mg=малаг. |mga=ср.-ирл. |mi=маори |mic=микмакск. |mk=макед. |mn=монг. |mnc=маньчжурск. |mns=мансийск. |mnw=монск. |ms=малайск. |mt=мальтийск. |myv=эрзянск. |myz=мандейск. |na=науру |nah=науатль |niv=нивх. |nds=нж.-нем. |ne=непали |nl=нидерл. |no=норв. |non=др.-сканд. |nuk=нутка |oc=прованс. |ojp=ст.-яп. |orv=др.-русск. |os=осет. |osp=ст.-исп. |osx=др.-сакс. |ota=османск. |otk=др.-тюрк. |pa=пендж. |pap=папьям. |pcd=пикардск. |pdc=пенсильв.-нем. |peo=др.-перс. |phn=финик. |pi=пали |pie=праиндоевр. |pl=польск. |pox=полабск. |ppol=праполинез. |pro=ст.-оксит. |prg=др.-прусск. |pt=порт. |pt-BR=браз.-порт. |qu=кечуа |rm=ретором. |ro=рум. |roa-nor=нормандск. |rom=цыганск. |ru=русск. |rw=киньяруанда |sa=санскр. |sah=якутск. |sc=сард. |scn=сицил. |sco=скотс. |se=северносаамск. |see=сенека |sga=др.-ирл. |sh=сербохорв. |shh=шошонск. |sjd=кильдин-саамск. |sjt=терско-саамск. |sk=словацк. |sl=словенск. |sla-pro=праслав. |smi-pro=прасаамск. |smn=инари-саамск. |sms=коллта-саамск. |sqi|sq=алб. |sr=сербск. |sux=шумерск. |sv=шведск. |sw=суах. |syc=сирийск. |syd=самодийск. |ta=там. |tab=табасаранск. |tg=тадж. |th=тайск. |tin=тинд. |tk=туркм. |tl=тагальск. |tn=тсвана |tnq=таино |tpn=тупи |tr=тур. |trk=тюрк. |tt=тат. |ttt=татск. |txb=тохар. B |ty=таитянск. |tyv=тувинск. |udm=удм. |ug=уйгурск. |uga=угаритск. |uk=укр. |ur=урду |urj-pro=прауральск. |uz=узб. |vec=венет. |vi=вьетн. |vot=водск. |vsn=др.-инд. |xas=камас. |xal=калм. |xcl=грабар |xh=коса |xil=иллир. |xld=лидийск. |xmf=мегр. |xno=англ.-норм. |xpr=парфянск. |xpu=пуническ. |xto=тохар. A |yi=идиш |yrk=ненецк. |zh=кит. |zu=зулусск. |la.}}}}}}{{#if:Gallia|{{#if:la|{{#if:|| }}}}Шаблон:Aslinks{{#if:|Ошибка скрипта: Модуля «string» не существует.}}}}{{#if:| }}{{#if:| «{{{3}}}{{#if:|, {{{4}}}}}{{#if:|, {{{5}}}}}»}}{{#if:| ({{{comment}}})}}{{#if:|}}{{#if:|Шаблон:Категория}}{{#if:|Шаблон:Категория}}{{#if:|Шаблон:Категория}})<ref>Шаблон:Книга</ref>.

Нахождение в природе

Среднее содержание галлия в земной коре Шаблон:Nobr Галлий — типичный рассеянный элемент, обладающий двойной геохимической природой. Ввиду близости его кристаллохимических свойств с главными породообразующими элементами (Al, Fe и др.) и широкой возможности изоморфизма с ними галлий не образует больших скоплений, несмотря на значительную величину кларка. Выделяются следующие минералы с повышенным содержанием галлия: сфалерит Шаблон:Nobr магнетит Шаблон:Nobr касситерит Шаблон:Nobr гранат Шаблон:Nobr берилл Шаблон:Nobr турмалин Шаблон:Nobr сподумен {{nobr|(0,001—0,07 %),{{nobr| флогопит Шаблон:Nobr биотит Шаблон:Nobr мусковит Шаблон:Nobr серицит Шаблон:Nobr лепидолит Шаблон:Nobr хлорит Шаблон:Nobr полевые шпаты Шаблон:Nobr нефелин Шаблон:Nobr гекманит Шаблон:Nobr натролит Шаблон:NobrКонцентрация галлия в морской воде Шаблон:Nobr<ref>Riley J. P. and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965</ref>.

Месторождения

Месторождения галлия известны в Юго-Западной Африке, России, странах СНГ<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Физические свойства

Файл:Gallium (31 Ga).jpg

Кристаллы галлия

Файл:Gallium.jpg

Металлический галлий

Кристаллический галлий имеет несколько полиморфных модификаций, однако термодинамически устойчивой является только одна (I), имеющая орторомбическую (псевдотетрагональную) решётку с параметрами Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr<ref name="ХЭ"/>. Другие модификации галлия (Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math) кристаллизуются из переохлаждённого диспергированного металла и являются нестабильными. При повышенном давлении наблюдались ещё две полиморфные структуры галлия II и III, имеющие, соответственно, кубическую и тетрагональную решётки<ref name="ХЭ" />.

Плотность галлия в твёрдом состоянии при температуре Шаблон:Nobr равна Шаблон:Nobr, жидкий галлий (Шаблон:Nobr) имеет плотность Шаблон:Nobr, то есть при затвердевании объём галлия увеличивается. Это свойство является весьма редким, его проявляют лишь немногие простые вещества и соединения (в частности, вода, кремний, германий, сурьма, висмут и плутоний). Кипит галлий при 2204 °CШаблон:Уточнить. Одной из особенностей галлия является широкий температурный интервал существования жидкого состояния (от 30 и до Шаблон:Nobr при этом он имеет низкое давление пара при температурах до Шаблон:Nobr Удельная теплоёмкость твёрдого галлия в температурном интервале Шаблон:Nobr равна Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr), в жидком состоянии при Шаблон:Nobr удельная теплоёмкость равна Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr).

Удельное электрическое сопротивление в твёрдом и жидком состоянии равны, соответственно, Шаблон:Nobr (при Шаблон:Nobr) и Шаблон:Nobr (при Шаблон:Nobr). Вязкость жидкого галлия при разных температурах равна Шаблон:Nobr при Шаблон:Nobr и 0,578 сантипуаз при Шаблон:Nobr. Поверхностное натяжение, измеренное при Шаблон:Nobr в атмосфере водорода, равно Шаблон:Nobr. Коэффициенты отражения для длин волн Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr составляют Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr соответственно.

Энергии ионизации: Ga → Ga⁺ (первый электрон) Шаблон:Nobr Ga⁺ → Ga²⁺ Шаблон:Nobr Ga²⁺ → Ga³⁺ Шаблон:Nobr

Изотопы

Шаблон:Main Природный галлий состоит из двух стабильных изотопов ⁶⁹Ga (изотопная распространённость Шаблон:Nobr) и ⁷¹Ga (Шаблон:Nobr). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов равно для них Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr, соответственно<ref name="ХЭ"/>.

Помимо них, известны 29 искусственных радиоактивных изотопов галлия с массовыми числами от ⁵⁶Ga до ⁸⁶Ga и по крайней мере 3 изомерных состояний ядер. Наиболее долгоживущие радиоактивные изотопы галлия — это ⁶⁷Ga (период полураспада 3,26 суток) и ⁷²Ga (период полураспада 14,1 часов).

Химические свойства

Химические свойства галлия близки к свойствам алюминия, но реакции металлического галлия, как правило, идут гораздо медленнее из-за меньшей химической активности. Оксидная плёнка, образующаяся на поверхности металла на воздухе, предохраняет галлий от дальнейшего окисления.

Галлий медленно реагирует с горячей водой, вытесняя из неё водород и образуя гидроксид галлия(III):

<math>\mathsf{2Ga + 6H_2O \rightarrow 2Ga(OH)_3 + 3H_2\uparrow}</math>.

При реакции с перегретым паром (350 °C) образуется соединение GaOOH (гидрат оксида галлия или метагаллиевая кислота):

<math>\mathsf{2Ga + 4H_2O \xrightarrow{^ot} 2GaOOH + 3H_2}</math>.

Галлий взаимодействует с минеральными кислотами с выделением водорода и образованием солей:

<math>\mathsf{2Ga + 6HCl \rightarrow 2GaCl_3 + 3H_2\uparrow}</math>.

Продуктами реакции с щелочами и карбонатами калия и натрия являются гидроксогаллаты, содержащие ионы Ga(OH)₄⁻ и Ga(OH)₆³⁻:

<math>\mathsf{2Ga + 6H_2O + 2NaOH \rightarrow 2Na[Ga(OH)_4] + 3H_2}</math>.

Галлий реагирует с галогенами: реакция с хлором и бромом идёт при комнатной температуре, с фтором — уже при −35 °C (около 20 °C — с воспламенением), взаимодействие с иодом начинается при нагревании.

При высоких температурах нагреванием в запаянной камере можно получить неустойчивые галогениды галлия(I) — GaCl, GaBr, GaI:

<math>\mathsf{2Ga + GaI_3 \xrightarrow{98^oC} 3GaI}</math>.

Галлий не взаимодействует с водородом, углеродом, азотом, кремнием и бором.

При высоких температурах галлий способен разрушать различные материалы и его действие сильнее расплава любого другого металла. Так, графит и вольфрам устойчивы к действию расплава галлия до 800 °C, алунд и оксид бериллия BeO — до 1000 °C, тантал, молибден и ниобий устойчивы до 400—450 °C.

С большинством металлов галлий образует галлиды, исключением являются висмут, а также металлы подгрупп цинка, скандия, титана. Один из галлидов V₃Ga имеет довольно высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние Шаблон:Nobr.

Галлий образует гидридогаллаты:

<math>\mathsf{4LiH + GaCl_3 \rightarrow Li[GaH_4] + 3LiCl}</math>.

Устойчивость ионов падает в ряду BH₄⁻ → AlH₄⁻ → GaH₄⁻. Ион BH₄⁻ устойчив в водном растворе, AlH₄⁻ и GaH₄⁻ быстро гидролизуются:

<math>\mathsf{[GaH_4]^- + 4H_2O \rightarrow Ga(OH)_3 + OH^- + 4H_2\uparrow}</math>.

Галлийорганические соединения представлены алкильными (например, триметилгаллий) и арильными (например, трифенилгаллий) производными общей формулы GaR₃, а также их галогеналкильными и галогенарильными аналогами GaHal_{3−Шаблон:Math}R_{Шаблон:Math}. Галлийорганические соединения неустойчивы к воде и воздуху, однако реагируют не так бурно, как алюминийорганические соединения.

При растворении Ga(OH)₃ и Ga₂O₃ в кислотах образуются аквакомплексы [Ga(H₂O)₆]³⁺, поэтому из водных растворов соли галлия выделяются в виде кристаллогидратов, например, хлорид галлия GaCl₃·6H₂O, галлийкалиевые квасцы KGa(SO₄)₂·12H₂O. Аквакомплексы галлия в растворах бесцветны.

Вступает в реакцию с раствором дихромата калия и концентрированной серной кислотой (не ниже Шаблон:Nobrв соотношении примерно 1:1. При достижении необходимой концентрации реагирующих веществ на поверхности галлия появляется явление поверхностного натяжения, от чего из-за постоянной смены количества полученных веществ капля жидкого металла приобретает способность к «пульсации». Данные расширения и сокращения напоминают работу сердца, от чего данный опыт получил название «Галлиевое Сердце». Данная реакция не имеет никакого практического значения для науки и является показательной для этого металла.

Недавно исследователи выяснили, что ковалентные связи, которые образует галлий, в которых атомы имеют общие электроны, исчезают при плавлении, но вновь возникают при более высоких температурах, что меняет представления о поведении галлия. Оказалось, что значительное увеличение энтропии при плавлении галлия освобождает атомы, что является ключевым моментом обоснования его низкой температуры плавления<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Получение

Для получения металлического галлия чаще используют редкий минерал галлит CuGaS₂ (смешанный сульфид меди и галлия). Его следы постоянно встречаются со сфалеритом, халькопиритом и германитом<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Значительно бо́льшие его количества (до 1,5 %) были обнаружены в золе некоторых каменных углей. Однако основным источником получения галлия служат растворы глинозёмного производства при переработке боксита (обычно содержащие незначительные его примеси (до Шаблон:Nobr и нефелина. Галлий также можно получить с помощью переработки полиметаллических руд, угля. Извлекается он электролизом щелочных жидкостей, являющихся промежуточным продуктом переработки природных бокситов на технический глинозём. Концентрация галлия в щелочном алюминатном растворе после разложения в процессе Байера: Шаблон:Nobr, по способу спекания: Шаблон:Nobr. По этим способам галлий отделяют от большей части алюминия карбонизацией, концентрируя в последней фракции осадка. Затем обогащённый осадок обрабатывают известью, галлий переходит в раствор, откуда черновой металл выделяется электролизом. Загрязнённый галлий промывают водой, после этого фильтруют через пористые пластины и нагревают в вакууме для того, чтобы удалить летучие примеси. Для получения галлия высокой чистоты используют химический (реакции между солями), электрохимический (электролиз растворов) и физический (разложение) методы. В очень чистом виде (99,999 %) он был получен путём электролитического рафинирования, а также восстановлением водородом тщательно очищенного GaCl₃.

Галлий является побочным продуктом в производстве алюминия. В 2024 году в Сибирском федеральном университете (СФУ) был предложен метод получения галлия из отходов производства алюминия<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Добыча: мировое потребление галлия на 2023 год составит около 100 т галлия, на сумму около 432 млн долл. По оценкам, КНР обеспечивает до Шаблон:Nobr мирового производства галлия.<ref>Китай ограничил экспорт редких элементов на Запад. Страна сделала ответный залп в глобальной полупроводниковой войне Шаблон:Wayback // Известия, 7 июля 2023</ref>

Основные соединения

Ga₂H₆ — летучая жидкость, Шаблон:Math −21,4 °C, Шаблон:Math 139 °C. В эфирной суспензии с гидридом лития или гидридом таллия образует соединения LiGaH₄ и TlGaH₄ (тетрагидридогаллаты). Образуется в результате обработки тетраметилдигаллана триэтиламином. Имеются банановые связи, как и в диборане.
Ga₂O₃ — белый или жёлтый порошок, Шаблон:Math 1795 °C. Существует в виде двух модификаций: Шаблон:Math-Ga₂О₃ — бесцветные тригональные кристаллы с плотностью 6,48 г/см³, малорастворимые в воде, растворимые в кислотах; Шаблон:Math-Ga₂О₃ — бесцветные моноклинные кристаллы c плотностью 5,88 г/см³, малорастворимые в воде, кислотах и щелочах. Получают нагреванием металлического галлия на воздухе при 260 °C или в атмосфере кислорода, или прокаливанием нитрата или сульфата галлия. Шаблон:Math Шаблон:Nobr Шаблон:Math Шаблон:Nobr Шаблон:Math Шаблон:Nobr Проявляют амфотерные свойства, хотя осно́вные свойства, по сравнению с алюминием, усилены:

<math>\mathsf{Ga_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2GaCl_3 + 3H_2O}</math>;

<math>\mathsf{Ga_2O_3 + 2NaOH +3H_2O \rightarrow 2Na[Ga(OH)_4]}</math>;

<math>\mathsf{Ga_2O_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaGaO_2 + CO_2}</math>.

Ga(OH)₃ — выпадает в виде желеобразного осадка при обработке растворов солей трёхвалентного галлия гидроксидами и карбонатами щелочных металлов Шаблон:Nobr Растворяется в концентрированном аммиаке и концентрированном растворе карбоната аммония, при кипячении осаждается. Нагреванием гидроксид галлия можно перевести в GaOOH, затем в Ga₂O₃·H₂O, и, наконец, в Ga₂O₃. Можно получить гидролизом солей трёхвалентного галлия.
GaF₃ — белый порошок с Шаблон:Math >950 °C, Шаблон:Math 1000 °C , плотностью Шаблон:Nobr Малорастворим в воде. Известен кристаллогидрат GaF₃·3Н₂O. Получают нагреванием оксида галлия в атмосфере фтора.
GaCl₃ — бесцветные гигроскопичные кристаллы с Шаблон:Math 78 °C, Шаблон:Math 215 °C, плотностью 2,47 г/см³. Хорошо растворим в воде. В водных растворах гидролизуется. Применяется в качестве катализатора в органических синтезах. Безводный GaCl₃, подобно AlCl₃, дымит на влажном воздухеШаблон:Нет АИ.
GaBr₃ — бесцветные гигроскопичные кристаллы с Шаблон:Math 122 °C, Шаблон:Math 279 °C, плотностью Шаблон:Nobr Растворяется в воде. В водных растворах гидролизуется. В аммиаке малорастворим. Получают непосредственно из элементов.
GaI₃ — гигроскопичные светло-жёлтые иглы с Шаблон:Math 212 °C, Шаблон:Math 346 °C, плотностью Шаблон:Nobr Гидролизуется тёплой водой. Получают непосредственно из элементов.
Ga₂S₃ — жёлтые кристаллы или белый аморфный порошок с Шаблон:Math 1250 °C и плотностью Шаблон:Nobr Взаимодействует с водой, при этом полностью гидролизуется. Получают взаимодействием галлия с серой или сероводородом.
Ga₂(SO₄)₃·18H₂O — бесцветное, хорошо растворимое в воде вещество. Получается при взаимодействии галлия, его оксида и гидроксида с серной кислотой. С сульфатами щелочных металлов и аммония легко образует квасцы, например, KGa(SO₄)₂·12Н₂О.
Ga(NO₃)₃·8H₂O — бесцветные, растворимые в воде и этаноле кристаллы. При нагревании разлагается с образованием оксида галлия(III). Получается действием азотной кислоты на гидроксид галлия.

Применение

Галлий до́рог, в 2005 году на мировом рынке тонна галлия стоила Шаблон:Nobr долларов США. В связи с высокой ценой и с большой потребностью в этом металле очень важно наладить его полное извлечение при алюминиевом производстве и переработке каменных углей в жидкое топливо. Около Шаблон:Nobr мирового производства галлия идёт на различные полупроводниковые соединения<ref name=ХЭ/><ref>Шаблон:Книга</ref>.

Применение металлического галлия

Галлий имеет ряд сплавов, жидких при комнатной температуре (так называемых галлам)<ref name=ХЭ/>, и один из его сплавов имеет температуру плавления −19 °C (галинстан, эвтектика In-Ga-Sn). Галламы применяются для замены токсичной ртути в качестве жидких затворов вакуумных аппаратов и диффузионных растворов, в качестве смазок при соединении кварцевых, стеклянных и керамических деталей. С другой стороны, галлий (сплавы в меньшей степени) весьма агрессивен к большинству конструкционных материалов (растрескивание и размывание сплавов при высокой температуре). Например, по отношению к алюминию и его сплавам галлий является мощным понизителем прочности, (см. адсорбционное понижение прочности, эффект Ребиндера). Это свойство галлия было продемонстрировано и детально изучено П. А. Ребиндером и Е. Д. Щукиным при контакте алюминия с галлием или его эвтектическими сплавами (жидкометаллическое охрупчивание). Кроме того, смачивание алюминия плёнкой жидкого галлия вызывает его стремительное окисление, подобно тому, как это происходит с алюминием, амальгамированным ртутью. Галлий растворяет при температуре плавления около Шаблон:Nobr который достигает внешней поверхности плёнки, где мгновенно окисляется воздухом. Оксидная плёнка на жидкой поверхности неустойчива и не защищает от дальнейшего окисления.

Галлий и его эвтектический сплав с индием используется как теплоноситель в контурах реакторов<ref name=ХЭ/>.

Галлий может использоваться как смазочный материал и как покрытие зеркал специального назначения. На основе галлия и никеля, галлия и скандия созданы важные в практическом плане металлические клеи.

Металлическим галлием также заполняют кварцевые термометры (вместо ртути) для измерения высоких температур. Это связано с тем, что галлий имеет значительно более высокую температуру кипения по сравнению со ртутью<ref>Шаблон:Книга</ref>.

Галлий-плутониевый сплав (с содержанием галлия порядка Шаблон:Nobr используется в плутониевых ядерных бомбах для стабилизации кристаллической структуры плутония в дельта-фазе в широком диапазоне температур. Кроме того, добавка галлия повышает коррозионную стойкость плутония и почти обнуляет его температурный коэффициент расширения; при этом, в отличие от алюминия, галлий имеет низкое сечение (α, n)-реакции. В частности, бомба «Толстяк», сброшенная на Нагасаки, содержала плутоний, стабилизированный галлием<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Из-за низкой температуры плавления слитки галлия рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается жидким галлием.

Применение галлия в полупроводниковой промышленности

Галлий входит в состав полупроводниковых материалов в виде бинарных соединений типа III—V, а также гетероструктур на их основе Шаблон:Кратное изображение Арсенид галлия GaAs активно используется в сверхвысокочастотной электронике для создания высокочастотных транзисторов, в особенности транзисторов с высокой подвижностью (HEMT) и микроволновых монолитных интегральных схем (MMIC) на их основе<ref>Practical MMIC Design, Steve Marsh, published by Artech House Шаблон:ISBN</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>, а также в некоторых светодиодов, в том числе лазерных<ref name="mmic">Шаблон:Cite web</ref>

Нитрид галлия GaN используется в создании полупроводниковых лазеров и светодиодов, ультрафиолетового и фиолетового излучения. На основе гетероструктуры, состоящей из нитрида галлия, в которой один слой легирован индием, InGaN, производятся высокоэффективные синие, фиолетовые и зелёные светодиоды.<ref name="Nakamura">Шаблон:Статья</ref> Кроме того, производятся белые светодиоды путём покрытия синих светодиодов люминофором, являющиеся эффективным источником света. Такие светодиоды широко используются для освещения.

Помимо оптоэлектроники, нитрид галлия так же используется в силовой электронике для создания мощных быстродействующих транзисторов<ref>Шаблон:Cite web</ref>, а также сверхвысокочатотных мощных HEMT-транзисторов в составе MMIC<ref name="mmic" /><ref>Шаблон:Cite web</ref>. Нитрид галлия обладает превосходными химическими и механическими свойствами, типичными для всех нитридных соединений.

Для светодиодов, полупроводниковых лазеров и других приложений оптоэлектроники и фотовольтаики используются и другие полупроводниковые соединения галлия типа A^IIIB^V: нитрид индия-галлия, арсенид индия-галлия, нитрид индия-галлия-алюминия, антимонид галлия, арсенид-фосфид галлия, арсенид-антимонид-фосфид индия-галлия, фосфид галлия, арсенид алюминия-галлия и многие другие.

Кроме соединений III—V, полупроводниковыми свойствами обладает оксид галлия(III), ведутся исследования по его применению в силовой и оптоэлектронике.<ref>Шаблон:Cite web</ref>

Другие применения соединений галлия

Оксид галлия входит в состав ряда важных лазерных материалов группы гранатов — ГСГГ (гадолиний-скандий-галлиевый гранат), ИСГГ (иттрий-скандий-галлиевый гранат) и др.

Лангасит (LGS, силикат лантана-галлия) используется как пьезоматериал.

Изотоп галлий-71, составляющий в природной смеси изотопов около Шаблон:Nobr является материалом для регистрации нейтрино. Использование его в качестве детектора нейтрино способно повысить чувствительность регистрации в 2,5 раза.

В медицине

В медицине галлий используется для торможения потери костной массы у онкологических больных и для быстрой остановки кровотечения из глубоких ран, не вызывая образование тромбов. Также галлий является мощным антибактериальным средством и ускоряет заживление ран<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Биологическая роль

При попадании в организм может вступать в конкуренцию с железом за связывание в активном центре белков из-за близких значений ионных радиусов. ПДК для человека 15 мкг/кг. Известны варианты замещения железа галлием в ферритине и гемоглобине, что приводит к нарушении работы белка, изменяя его конформацию. Именно данное свойство и позволяет использовать галлий в медицине как противоопухолевое и антибактериальное средство нового поколенияШаблон:Нет АИ.

Контакт кожи с галлием приводит к тому, что сверхмалые дисперсные частицы металла остаются на ней. Внешне это выглядит как серое пятно. При попытке убрать его размазывается ещё сильнее. Лучший способ убрать пятна с рук или поверхности — воспользоваться жидким мылом.

Галлий малотоксичен по одним сведениям<ref name=ХЭ/>, высокотоксичен — по другим<ref>* Дымов А. М., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М., 1968.</ref>, однако LD50 его солей весьма высоки и аналогичны таковым у малотоксичных металлов. Клиническая картина отравления: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма. На этом фоне наблюдается паралич нижних конечностей, далее — кома, смерть. Ингаляционное воздействие галлий-содержащего аэрозоля в концентрации 50 мг/м³ вызывает у человека поражение почек, равно как и внутривенное введение Шаблон:Nobr солей галлия. Отмечается протеинурия, азотемия, нарушение клиренса мочевины<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шека И. А, Чаус И. С, Мнтюрева Т. Т. Галлий. К., 1963;
Ерёмин Н. И. Галлий. М., 1964;
Рустамов П. Г. Халькогениды галлия. Баку, 1967;
Дымов А. М., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М., 1968;
Иванова Р. В. Химия и технология галлия. М., 1973;
Коган Б. И., Вершковская О. В., Славиковская И. М. Галлий. Геология, применение, экономика. М., 1973;
Яценко С. П. Галлий. Взаимодействие с металлами. М., 1974;
Процессы экстракции и сорбции в химической технологии галлия. Алма-Ата, 1985;
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Под ред. К. А. Большакова, 2 изд., т. 1, М., 1976, с. 223—244;
Фёдоров П. И., Мохосоев М. В. Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия. Новосиб., 1977.
Шаблон:Книга
Шаблон:ФЭС1960

Ссылки

Шаблон:Навигация

Галлий на Webelements
Галлий в Популярной библиотеке химических элементов Шаблон:Wayback
Materials Horizons: обнаружены неизвестные свойства металла галлия // 28 июня 2024

Шаблон:Внешние ссылки Шаблон:Навигационная обёртка

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1 Шаблон:Я	Шаблон:Я
2 Шаблон:Я Шаблон:Я	Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я
3 Шаблон:Я Шаблон:Я	Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я
4 Шаблон:Я Шаблон:Я	Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я
5 Шаблон:Я Шаблон:Я	Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я
6 Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я
7 Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я Шаблон:Я

Шаблон:Навигационная обёртка/конец

Шаблон:Ряд Активности Металлов Шаблон:Соединения галлия

{{#if:\|Щелочные металлы\|Щелочные металлы}}	{{#if:\|Щёлочноземельные металлы\|Щёлочноземельные металлы}}	{{#if:\|Лантаноиды\|Лантаноиды}}	{{#if:\|Актиноиды\|Актиноиды}}	{{#if:\|Переходные металлы\|Переходные металлы}}
{{#if:\|Постпереходные металлы\|Постпереходные металлы}}	{{#if:\|Полуметаллы\|Полуметаллы}}	{{#if:\|Неметаллы\| Неметаллы}}	{{#if:\|Галогены\|Галогены}}	{{#if:\|Благородные газы\|Благородные газы}}