Lastnosti Galio, struktura, pridobi, uporablja,

On galij To je kovinski element, ki ga predstavlja simbol GA in ki spada v skupino 13 periodične tabele. Kemično je videti kot aluminij v svojem amfoterizmu; Vendar pa obe kovini na koncu razstavljata lastnosti, zaradi katerih se razlikujejo med seboj.

Na primer, aluminijeve zlitine lahko delujejo tako, da jim dajo vse vrste številk; medtem ko imajo tisti iz galija zelo nizke talilne točke, sestavljene iz srebrnih tekočin. Prav tako je tališče galija nižje kot pri aluminiju; Prvi se lahko stopi po vročini roke, druga.

Kristali Gallium, pridobljene z depozitom. Vir: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Kemična podobnost med Galijem in aluminijem jih tudi geokemično združuje; to pomeni, da imajo minerali ali bogat aluminij, na primer boksiti, ocenjene koncentracije galijev. Poleg tega mineraloškega vira so še drugi cink, svinca in ogljik, ki se široko širijo po Zemljini skorji.

Popularno Gallium ni dobro znana kovina. Njegovo samo ime lahko vzbudi podobo petelina v mislih. Pravzaprav se grafične in splošne predstavitve galija običajno najdejo s podobo srebrnega petelina; Pobarvan s tekočim galijem, snov velikega vlaženja nad steklom, keramiko in isto roko.

Pogosti so poskusi, v katerih se stopijo kovinski kovinski galij.

Medtem ko galij ni strupen, kot je živo srebro, je to kovinsko uničevalno sredstvo, ker jih naredijo krhke in neuporabne (na prvi stopnji). Po drugi strani farmakološko posegajo v procese, kjer biološke matrike uporabljajo železo.

Za tiste, ki so v svetu optolektronike in polprevodnikov, bodo imeli Gallium zelo cenjeni, primerljivi in ​​morda boljši od istega silicija. Po drugi strani so termometri, ogledala in predmeti, ki temeljijo na njihovih zlitinah.

Kemično ima ta kovina še veliko za ponuditi; Morda na področju katalize, jedrske energije, pri razvoju novih polprevodniških materialov ali "preprosto" pri pojasnilu njegove zmedene in zapletene strukture.

[TOC]

Zgodovina

Napovedi njegovega obstoja

Leta 1871 je ruski kemik Dmitri Mendeleev že napovedal obstoj elementa, katerega lastnosti so bile podobne lastnostim aluminija; Na kar je poimenoval Ekaluminio. Ta element naj bo nameščen tik pod aluminijem. Mendeleev je tudi napovedal lastnosti (gostota, tališče, formule njegovih oksidov itd.) Ekaluminio.

Odkritje in izolacija

Presenetljivo je, da je štiri leta pozneje francoski kemik Paul-Emili Lecoq iz Boisbaudrana našel nov element v vzorcu sfalerita (cinkova mešanica) iz Pirenejev. Lahko bi ga odkril zahvaljujoč spektroskopski analizi, v kateri je opazoval spekter dveh vijoličnih črt, ki nista sovpadala s spekskom drugega elementa.

Ko je odkril nov element, je Lecoq izvedel eksperimente na 430 kg sfalerita, iz katerih je lahko izoliral 0,65 grama tega; In po nizu meritev njegovih fizikalnih in kemijskih lastnosti je prišlo do zaključka, da gre za Ekaluminos Mendeleeva.

Da bi ga izolirali, je Lecoq izvedel elektrolizo svojega hidroksida v kalijevem hidroksidu; verjetno enako, s katerim je raztopil spheny. S potrditvijo, da je bil to Ekaluminio, in ker je bil tudi njen odkrivalec, mu je dal ime "Galio" (Galium v ​​angleščini). To ime izhaja iz imena "Gallia", kar v latinščini pomeni Francijo.

Vendar pa ime predstavlja še eno radovednost: 'lecoq' v francoščini pomeni 'gallo' in v latinščini 'Gallus'. "Gallus" je postal "Gallium"; Čeprav je v španščini pretvorba veliko bolj neposredna. Tako ni naključje, da o petelinu pomislite, ko govorite o galki.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz in fizične lastnosti

Gallium je srebrna kovina steklene površine, stranišče, z adstrigentnim okusom. Njegova trdna snov je mehka in krhka, in ko zlomi to počne na konkoiden način; to pomeni, da so oblikovani kosi ukrivljeni, podobno kot morske lupine.

Ko se topi, odvisno od kota, s katerim je opazoval, lahko pokaže modrikasto svetlost. Ta srebrna tekočina ni strupena za stik; Vendar se preveč "oprime" na površine, še posebej, če so keramika ali steklo. Na primer, ena kapljica galija lahko prežema notranjost steklenega stekla, da jo pokrije iz srebrnega ogledala.

Če je trden fragment odlagal v tekočino, služi kot jedro, kjer se razvijajo in rastejo rutilni kristali galijevega kristala.

Atomsko število (z)

31 (₃₁GA)

Molarna masa

69.723 g/mol

Tališče

29.7646 ° C. To temperaturo lahko dosežete, če se med obema rokama hrani z galijevim steklom.

Lahko vam služi: benzimidazol (C7H6N2): Zgodovina, struktura, prednosti, slabosti

Vrelišče

2400 ° C. Upoštevajte veliko vrzel med 29,7 ° C in 2400 ° C; To pomeni, da ima tekoči galij zelo nizek parni tlak in to naredi eden od elementov z največjo temperaturno razliko med tekočino in plinasto stanje.

Gostota

-Pri sobni temperaturi: 5,91 g/cm³

-Na talilni točki: 6.095 g/cm³

Upoštevajte, da se z Gallijem zgodi isto kot z vodo: gostota tekočine je večja kot v njeni trdni snovi. Zato bodo njihovi kristali plavali nad tekočim galijem (galijeve ledene gore). Pravzaprav je razširitev trdne volumna (trikrat) takšna, kar je neprijetno za shranjevanje tekočega galija v posodah, ki niso plastika.

Fuzijska toplota

5,59 kJ/mol

Toplota za uparjanje

256 kJ/mol

Molarna toplotna sposobnost

25,86 j/(mol · k)

Parni tlak

Pri 1037 ° C samo vaša tekočina izvaja tlak 1 Pa.

Elektronegativnost

1,81 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

-Prvi: 578,8 kJ/mol (GA⁺ plinasto)

-Drugič: 1979.3 kJ/mol (GA²⁺ plinasto)

-Tretjič: 2963 kJ/mol (GA³⁺ plinasto)

Toplotna prevodnost

40,6 w/(m · k)

Električna upornost

270 nΩ · m pri 20 ° C

Mohs trdota

1.5

Goo

1.819 CP pri 32 ° C

Površinska napetost

709 DINS/CM A 30 ° C

Anfoterizem

Tako kot aluminij je tudi Gallium amfoteričen; reagira tako s kislinami kot bazami. Na primer, močne kisline ga lahko raztopijo tako, da tvorijo prodajo Gaul (III); Če so h₂SW₄ in hno₃, Proizvajajo GA₂(SW₄)₃ in zmagal₃)₃, oziroma. Medtem ko pri odzivanju z močnimi osnovami obstajajo galatne soli, z ionom Galata (OH)₄^-.

Upoštevajte podobnost med GA (OH)₄^- In (OH)₄^- (Aluminat). Če se v okolje doda galijev hidroksid (III), se oblikuje GA (OH)₃, ki je tudi amfoterni; Ko reagira z močnimi osnovami, ga (OH) spet proizvaja₄^-, Če pa reagira z močnimi kislinami, sprosti kompleksni ACU₂)₆]³⁺.

Reaktivnost

Kovinski galij je relativno inerten pri sobni temperaturi. Ne reagira z zrakom, saj tanka plast oksida₂Tudi₃, ščiti pred kisikom in žveplom. Ko pa se oksidacija kovine nadaljuje, se popolnoma spremeni v svoj oksid. In če je prisoten žveplo, pri visokih temperaturah reagirajo na tvorbo GA₂S₃.

Ni samo galijevih oksidov in sulfidov, ampak tudi fosfidov (GAP), arseniuros (GAAS), nitro (gan) in antimoniuros (gasb). Takšne spojine lahko izvirajo z neposredno reakcijo elementov pri visokih temperaturah ali z alternativnimi sintetičnimi potmi.

Prav tako lahko Gallium reagira s halogeni, da tvori svoje haluros; kot je Ga₂Cl₆, Gaf₃ in ga₂Yo₃.

Ta kovina, kot je aluminij in njegovi kongeni (člani iste skupine 13), lahko kovalentno komunicira z ogljikovimi atomi, da povzroči organometalne spojine. V primeru tistih s povezavami Ga-C se imenujejo organogali.

Najbolj zanimivo od Gallium ni nobena od prejšnjih kemijskih lastnosti, vendar je njegova ogromna enostavnost, s katero se lahko dvigne (podobno kot živo srebro in njen postopek združevanja). Njihovi atomi GA so "kodirani" hitro med kovinskimi kristali, kar povzroča galijeve zlitine.

Elektronska struktura in konfiguracija

Kompleksnost

Gallium ni samo nenavaden zaradi dejstva, da gre za kovino, ki temelji na vročini dlani, ampak je tudi njegova struktura zapletena in negotova.

Po eni strani je znano, da njihovi kristali v normalnih pogojih prevzamejo ortrorombično strukturo (GA-I); Vendar je to le ena od številnih možnih faz za to kovino, ki ni določena, kaj je urejanje njegovih atomov natančno. Zato je bolj zapletena struktura, kot bi se lahko pojavila s prostim očesom.

Zdi se, da se rezultati razlikujejo glede na kot ali smeri, v kateri je analizirana njegova struktura (anizotropija) (anizotropija). Prav tako so te strukture zelo dovzetne za najmanjšo spremembo temperature ali tlaka, zaradi česar se galij v času razlage podatkov ni opredelil kot ena vrsta kristala.

Dimerji

Atomi GA medsebojno sodelujejo zaradi kovinske povezave. Vendar je bila ugotovljena določena stopnja kovalentnosti med dvema sosednjima atomama, zato se domneva obstoj GA dimerja₂ (Gaga).

Teoretično je treba to kovalentno vez oblikovati s prekrivanjem orbitala 4P z edinim elektronom v skladu z elektronsko konfiguracijo:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Ta mešanica kovalentno-metalnih interakcij se pripiše nizki talilni točki galija; Ker je na eni strani lahko "morje elektronov", ki močno vzdržuje atome GA v kozarcu₂, katerih medmolekularne interakcije so šibke.

Vam lahko služi: redčenje: koncept, kako je to, primeri, vaje

Faze pod visokimi pritiski

Ko se tlak poveča s 4 na 6 GPa, galijevi kristali utrpijo fazne prehode; Iz ortorrombika preide na kubiko, osredotočeno na telo (GA-II), in iz tega končno preide v tetragonalno osredotočeno na telo (GA-III). V intervalu tiska se morda oblikuje mešanica kristalov, zaradi česar je razlaga struktur še otejena.

Oksidacijske številke

Največ energetskih elektronov so tisti, ki jih najdemo v orbitalih 4S in 4P; Ob treh od njih se pričakuje, da jih galij lahko izgubi v kombinaciji z več elektronegativnimi elementi kot on.

Ko se to zgodi, se predpostavlja obstoj gacije³⁺, In pravi se, da je njegovo število ali status oksidacije +3 ali GA (III). Pravzaprav je to najpogostejše od vseh njegovih oksidacijskih številk. Naslednje spojine imajo na primer Gallium kot +3: GA₂Tudi₃ (Ga₂³⁺Tudi₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) in ga₂Čaj₃ (Ga₂³⁺Čaj₃^2-).

Gallium lahko najde tudi oksidacijske številke +1 in +2; Čeprav so veliko manj pogosti kot +3 (podobno kot z aluminijem). Primeri takšnih spojin so GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂Ali (Ga₂⁺Tudi^2-) in plin (GA²⁺S^2-).

Upoštevajte, da obstoj ionov z velikosti obremenitve enaki številki oksidacije, ki se šteje.

Kje je in dobimo

Vzorec mineralne gallite, ki je redek, vendar je edini z občutno koncentracijo Gallium. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Gallium najdemo v zemeljski skorji z obilico, sorazmernim s kobaltom, svincem in niobijevimi kovinami. Predstavljen je kot hidriran sulfid ali oksid, široko razširjen kot nečistoče v drugih mineralih.

Njeni oksidi in sulfidi so malo topni v vodi, zato je koncentracija galija v morjih in rekah nizka. Poleg tega je edini "bogat" mineral piščanec (Cugas₂, zgornja slika). Vendar je nepraktično izkoristiti piščanca za pridobitev te kovine. Manj znan je še vedno mineral Gallium Plumbogumita.

Zato za to kovino ni idealnih vetrov (s koncentracijo, večjo od 0,1% pri masi).

Namesto tega ga Gallium dobimo kot sekundarni produkt kovinske kovinske obdelave drugih kovin. Na primer, lahko ga izvlečemo iz boksitov, cinkovih mešanic, bikov, premoga, galenov, piritov, nemcev itd.; To pomeni, da je običajno povezan z aluminijem, cinkom, ogljikom, svinec, železom in nemcem v različnih mineralnih telesih.

Kromatografija za izmenjavo ionov in elektrolize

Ko se mineralna surovina prebavi ali raztopi, bodisi v močno kislini bodisi v osnovnih sredstvih, dobimo mešanico kovinskih ionov, ki so solubilizirani v vodi. Kot galij sekundarni izdelek, njegovi GA ioni³⁺ Ko kovine, ki jih zanimajo, ostanejo raztopljeni v zmesi.

Tako želite ločiti te GA³⁺ drugih ionov z edinim namenom povečanja koncentracije in čistosti nastale kovine.

Če želite to narediti, se poleg običajnih tehnik padavin uporablja tudi ionska izmenjava kromatografija z uporabo smole. Zahvaljujoč tej tehniki je GA ločena (na primer)³⁺ od ca²⁺ ali vera³⁺.

Ko dobimo visoko koncentrirano raztopino GA ionov³⁺, Je podvržen elektrolizi; to je GA³⁺ Prejemajte elektrone, da se lahko oblikujejo kot kovina.

Izotopi

Gallium je v naravi predvsem kot dva izotopa: ⁶⁹GA, z obilico 60,11 %; in ⁷¹GA, z obilico 39,89 %. Iz tega razloga je atomska teža Gallija 69.723 U. Drugi izotopi Gallium so sintetični in radioaktivni, atomske mase pa nihajo med ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Tveganja

Okoljsko in fizično

Z okoljskega vidika kovinski galij ni zelo reaktiven in topen v vodi, zato njihovo razlitje v teoriji ne predstavlja huda tveganja za kontaminacijo. Poleg tega ni znano, kakšna bi lahko imela biološka vloga v organizmih, saj je večina njegovih atomov izločena z urinom, ne da bi se znali kopičiti v katerem koli od njegovih tkiv.

Za razliko od živega srebra je mogoče galično manipulirati z golimi rokami. Pravzaprav je eksperiment, da ga poskusite stopiti z vročino rok. Človek se lahko dotakne nastale srebrne tekočine, ne da bi se bal, da bi poškodoval ali poškodoval kožo; Čeprav na njem pušča srebrno mesto.

Vam lahko služi: žveplov dioksid (SO2): struktura, lastnosti, uporabe, tveganja

Zdaj bi lahko bilo zaužitje strupeno, saj bi se teoretično raztopilo v trebuhu, da bi ustvarilo GACL₃; Gallinska sol, katere telesni učinki so neodvisni od kovine.

Škoda na kovinah

Za Gallium je značilno obarvanje ali spoštovanje površin; In če so te kovinske, jih prečka in takoj oblikuje zlitine. Zaradi tega značilnosti, da bi lahko vezali na skoraj vse kovine.

Zato kovinski predmeti tvegajo, da se v koščkih v prisotnosti Gallium pokvarijo. Njegovo delovanje je lahko tako počasno in neopaženo, da prinaša neželena presenečenja; Še posebej, če se je razlil na kovinski stol, ki bi lahko padel, ko nekdo sedi v njem.

Zato tisti, ki želijo manipulirati z Galijem. Na primer, njegova tekočina lahko raztopi aluminijasto folijo, pa tudi prikrade v indijske, železne in kositrne kristale, da bi bili krhki.

Na splošno kljub novo omenjenim.

Prijave

Termometri

Termometri Galinnstan. Vir: gelegenheitsauter [pub pub]

Gallium je zamenjal živo srebro kot tekočino za branje temperatur, ki jih označuje termometer. Vendar je njegova fuzijska točka 29,7 ° C še vedno velika za to aplikacijo, zato je v kovinskem stanju ne bi bilo mogoče uporabljati v termometrih; Namesto tega se uporablja zlitina, imenovana galinstan (ga-in-sn).

Zlitina Galinstana ima tališče okoli -18 ° C, dodala pa je, da je njegova ničelna strupenost idealna snov za oblikovanje neodvisnih medicinskih termometrov živega srebra. Na ta način bi bilo, če bi se zlomili, varno očistiti katastrofo; Čeprav bi tal umazana zaradi svoje sposobnosti navlaževanja površin.

Izdelava ogledal

Spet je omenjena vlažnost galijev in njegovih zlitin. Ko se dotakne površine porcelana ali kozarca, se širi po celotni površini, da jo popolnoma pokrije v srebrno ogledalo.

Poleg ogledal so bile zlitine Gallium uporabljene za ustvarjanje predmetov v vseh oblikah, ker se enkrat ohladijo. To bi lahko imelo velik nanotehnološki potencial: gradnja predmetov zelo majhnih dimenzij, ki bi logično delovali pri nizkih temperaturah in bi pokazali edinstvene lastnosti, ki temeljijo na Galliumu.

Računalniki

Iz galijevih zlitin so bile razvite toplotne testenine, ki se uporabljajo v računalniških procesorjih.

Droge

GA ioni³⁺ Nekateri spominjajo na vero³⁺ V tem, kako posegajo v presnovne procese. Torej, če obstajajo funkcija, parazit ali bakterije, ki potrebujejo železo za izvedbo, se lahko ustavijo tako, da ga zmedejo z galijem; Takšni je primer bakterij pseudomonas.

Torej, tu se pojavijo zdravila na galiju, ki lahko preprosto sestavljajo njihove anorganske soli ali organogal. La Ganita, komercialno ime za Gallium nitrate, GA (št₃)₃, Uporablja se za uravnavanje visokih koncentracij kalcija (hiperkalcemije), povezane s kostnim rakom.

Tehnološko

Gallium arseniuro in Nituro. Z njimi so bili izdelani tranzistorji, laserji in lahki oddajalci (modri in vijolični), čipi, sončne celice itd. Na primer, zahvaljujoč laserjem GAN-a lahko preberete diske Blu-ray.

Katalizatorji

Galijevi oksidi so bili uporabljeni za preučevanje njihove katalize v različnih organskih reakcijah velikega industrijskega interesa. Eden najnovejših galičnih katalizatorjev je sestavljena iz lastne tekočine, na kateri se razpršijo atomi drugih kovin, ki delujejo, kot so aktivni centri ali mesta.

Na primer, katalizator Galio-Paladio je bil preučen v reakciji dehigenacije butana; to je, naredite butana. Ta katalizator je sestavljen iz tekočega galija, ki deluje kot podpora za atome paladijev.

Reference

1. Sella Andrea. (23. septembra 2009). Galij. Kemijski svet. Okrevano od: ChemistryWorld.com
2. Wikipedija. (2019). Galij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Li, r., Wang, l., Li, l., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Lokalna struktura tekočega galija pod pritiskom. Znanstvena poročila, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma in Jerry Donohue. (1962). Izpopolnjevanje kristalne strukture galija. Zeitschrift fiir Kristallógraphie, bd. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin in., Liu, x. et al. (2011). Porazdelitev, pojav in obogatitev vzrokov za galij v premogu iz jungarskega premoga, notranja Mongolija. Sci. Kitajska zemlja Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (s.F.). Galij. Okreval od: Nautilus.Fis.UC.Pt
7. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (5. april 2018). Galij. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
8. Bloom Josh. (3. april 2017). Gallium: topi v ustih, ne vaših rokah! Ameriški svet za znanost in zdravje. Okreval od: acsh.org
9. Doktor. Doug Stewart. (2019). Dejstva o elementih Gallium. Kemikool. Okrevano od: Chemicool.com
10. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Galij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 5360835. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov