Galio -ominaisuudet, rakenne, hanki, käyttää

Galio -ominaisuudet, rakenne, hanki, käyttää

Hän gallium Se on metallinen elementti, jota edustaa GA -symboli ja joka kuuluu jaksollisen taulukon ryhmään 13. Kemiallisesti se näyttää alumiinilta amfoterismissa; Molemmilla metalleilla on kuitenkin ominaisuuksia, jotka tekevät niistä erotettavissa toisiinsa.

Esimerkiksi alumiiniseokset voivat toimia antaa heille kaikenlaisia ​​hahmoja; kun taas galliumin kanssa on erittäin matala sulamispiste, joka koostuu hopea -nesteistä. Samoin galliumin sulamispiste on alempi kuin alumiinin; Ensimmäinen voi sulaa käden lämmöllä, kun taas toinen ei.

Galliumkiteitä, jotka on saatu talletuksella. Lähde: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]

Gaulin ja alumiinin välinen kemiallinen samankaltaisuus ryhmittelee ne myös geokemiallisesti; Eli mineraalit tai rikkaat alumiinit, kuten bauxiitit, on arvioitavissa galliumpitoisuuksia. Tämän mineralogisen lähteen lisäksi on olemassa muuta sinkkiä, lyijyä ja hiiltä, ​​jotka on levinnyt laajasti koko maan kuoressa.

Suosittu gallium ei ole tunnettu metalli. Hänen pelkkä nimensä voi herättää kukon kuvan mielessä. Itse asiassa galliumin graafiset ja yleiset esitykset löytyvät yleensä hopeakukon kuvasta; Maalattu nestemäisellä galliumilla, aine, jolla on suuri kostutus lasin yli, keramiikka ja sama käsi.

Kokeet, joissa metallinen gallium -kappaleet ovat sulaneet.

Vaikka gallium ei ole myrkyllinen, kuten elohopea, se on metallin tuhoisa aine, koska ne tekevät niistä hauraita ja käyttökelvottomia (ensinnäkin). Toisaalta farmakologisesti puuttuu prosesseihin, joissa biologiset matriisit käyttävät rautaa.

Niille, jotka ovat optolektroniikan ja puolijohteiden maailmassa, heillä on gallium korkealla arvostuksella, vertailukelpoinen ja ehkä parempi kuin sama pii. Toisaalta lämpömittarit, peilit ja esineet, jotka perustuvat heidän seoksiinsa, on valmistettu gallicilla.

Kemiallisesti tällä metallilla on vielä paljon tarjottavaa; Ehkä katalyysia, ydinenergiaa, uusien puolijohdemateriaalien kehittämisessä tai "yksinkertaisesti" sen hämmentävän ja monimutkaisen rakenteen selventämisessä.

[TOC]

Historia

Ennusteet sen olemassaolosta

Vuonna 1871 venäläinen kemisti Dmitri Mendeleev oli jo ennustanut elementin olemassaolon, jonka ominaisuudet muistuttivat alumiinia; Jolle hän nimitti Ekalminio. Tämän elementin tulisi sijaita aivan alumiinin alapuolella. Mendeleev ennusti myös ominaisuuksia (tiheys, sulamispiste, sen oksidien kaavat jne.) ekaluminio.

Löytö ja eristäminen

Yllättäen, neljä vuotta myöhemmin Boisbaudranin ranskalainen kemisti Paul-emili Lecoq oli löytänyt uuden elementin sfaleriitin (sinkkiseulun) näytteestä Pyreneistä. Hän pystyi löytämään sen spektroskooppisen analyysin ansiosta, jossa hän havaitsi kahden violettiviivan spektrin, joka ei ole samanaikainen toisen elementin spektrin.

Saatuaan uuden elementin, LeCoq teki kokeita 430 kg sfaleriittia, josta hän pystyi eristämään tästä 0,65 grammaa; Ja sen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien mittaamisen jälkeen päätteli, että se oli Mendelevin ekaluminot.

Sen eristämiseksi Lecoq suoritti vastaavan hydroksidin elektrolyysin kaliumhydroksidissa; luultavasti sama, jonka kanssa hän liukasti Sphenyn. Sertifioimalla, että se oli Ekaluminio, ja koska hän oli myös sen löytäjä, hän antoi hänelle nimen 'Galio' (galium englanniksi). Tämä nimi on johdettu nimestä 'Gallia', joka latinalaisessa tarkoittaa Ranskaa.

Nimi on kuitenkin toinen uteliaisuus: 'lecoq' ranskaksi tarkoittaa 'gallo' ja latinalaisessa 'gallusissa'. Metalli, 'gallusta' tuli 'gallium'; Vaikka espanjaksi muuntaminen on paljon suorempaa. Siksi ei ole sattumaa, että ajattelet kukkoa puhuttaessa gallicista.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Ulkonäkö ja fyysiset ominaisuudet

Gallium on hopeametalli lasimainen pinta, wc, supistava maku. Hänen kiinteä kiinteä on pehmeä ja hauras, ja kun murtumat hän tekee sen kustannuksin; toisin sanoen muodostetut palat ovat kaarevia, samanlaisia ​​kuin merikuoret.

Kun hän sulaa, riippuen kulmasta, jonka kanssa hän havaitsi, hän voi osoittaa sinertävän kirkkauden. Tämä hopea -neste ei ole myrkyllinen kosketukselle; Se "tarttuu" liian paljon pintoihin, varsinkin jos ne ovat keramiikkaa tai lasia. Esimerkiksi yksi tippa galliumia voi läpäistä lasin sisäosan peittämään se hopeapeilistä.

Jos kiinteä fragmentti siitä on kerrostettu nesteeseen, se toimii ytimenä, jossa rutiinilaiset galliumkiteet kehittyvät ja kasvavat.

Atominumero (z)

31 (31Ga)

Moolimassa

69 723 g/mol

Sulamispiste

29 7646 ºC. Tämä lämpötila voidaan saavuttaa, jos galliumlasi pidetään molempien käsien välissä sulamaan.

Se voi palvella sinua: bentsimidatsoli (C7H6N2): Historia, rakenne, edut, haitat

Kiehumispiste

2400 ºC. Huomaa suuri rako välillä 29,7 ºC - 2400 ° C; Toisin sanoen neste galliumilla on erittäin alhainen höyrypaine, ja tämän on valmistettu yksi elementeistä, joiden lämpötilaero neste- ja kaasumaisen tilan välillä.

Tiheys

-Huoneenlämpötilassa: 5,91 g/cm3

-Sulamispisteessä: 6 095 g/cm3

Huomaa, että sama asia tapahtuu galliumin kanssa kuin veden kanssa: sen nesteen tiheys on suurempi kuin sen kiinteä. Siksi niiden kiteet kelluvat nestemäisen galliumin (gallium -jäävuoren) yli. Itse asiassa kiinteän tilavuuden laajeneminen (kolme kertaa) on sellainen, mikä on hankalaa nesteen galliumin säilyttämisessä säiliöissä, jotka eivät ole muoveja.

Sulamislämpö

5,59 kJ/mol

Höyrystyslämpö

256 kJ/mol

Molaarinen lämpökapasiteetti

25,86 j/(mol · k)

Höyrynpaine

1037 ºC: n lämpötilassa vain neste kohdistaa paineen 1 pa.

Elektronegatiivisuus

1.81 Pauling -asteikolla

Ionisaatioenergiat

-Ensimmäinen: 578,8 kJ/mol (GA+ kaasumainen)

-Toinen: 1979,3 kJ/mol (GA2+ kaasumainen)

-Kolmas: 2963 kJ/mol (GA3+ kaasumainen)

Lämmönjohtokyky

40,6 w/(m · k)

Sähkövastus

270 nω · m 20 ºC: n lämpötilassa

Mohsin kovuus

1,5

Goo

1 819 CP 32 ºC: n nopeudella

Pintajännitys

709 DINS/cm A 30 ºC

Antfoteerismi

Alumiinin tavoin gallium on amfoteerinen; Reagoi sekä happojen että emäksen kanssa. Esimerkiksi vahvat hapot voivat liuottaa sen gaul -myynnin muodostamiseksi (III); Jos he ovat H2Sw4 ja hno3, He tuottavat GA: ta2(SW4-A3 ja voitti3-A3, vastaavasti. Vaikka reagoidessaan voimakkaiden emäksillä on galakasuoloja, GA -ionin (OH) kanssa4-.

Huomaa samankaltaisuus GA: n (OH) välillä4- Ja (oH)4- (Aluminaatti). Jos ympäristöön lisätään galliumhydroksidi (III), muodostetaan GA (OH)3, joka on myös amfoteerinen; Reagoidessaan vahvojen emäksien kanssa, GA (OH) tuottaa jälleen4-, Mutta jos se reagoi vahvojen happojen kanssa, se vapauttaa kompleksin ACU: n2-A6-3+.

Reaktiivisuus

Metallinen gallium on suhteellisen inertti huoneenlämpötilassa. Se ei reagoi ilman kanssa, koska ohut oksidikerros2JOMPIKUMPI3, Suojaa sitä happelta ja rikkiä. Kuitenkin kun metallin hapettuminen jatkuu, muuttuu kokonaan sen oksidiksi. Ja jos rikki on läsnä, korkeissa lämpötiloissa reagoivat GA: n muodostamiseksi2S3.

Ei ole vain galliumoksideja ja sulfideja, vaan myös fosfideja (GAP), Arseniuros (GAAS), nitro (GAN) ja Antimoniuros (GAAS) (GASB). Tällaiset yhdisteet voivat olla peräisin elementtien suorasta reaktiosta korkeissa lämpötiloissa tai vaihtoehtoisilla synteettisillä reiteillä.

Samoin gallium voi reagoida halogeenien kanssa muodostaen vastaavat halurot; kuten GA2Cl6, Gaf3 ja GA2Yllyttää3.

Tämä metalli, kuten alumiini ja sen yhdistelmät (saman ryhmän 13 jäsenet), voi olla kovalenttisesti vuorovaikutuksessa hiiliatomien kanssa organometalliyhdisteiden aiheuttamiseksi. Niissä, joilla on GA-C-linkkejä, niitä kutsutaan organogaaleiksi.

Mielenkiintoisin galliumista ei ole mikään sen aikaisemmista kemiallisista ominaisuuksista, mutta sen valtava helppous, jolla sitä voidaan nostaa (samanlainen kuin elohopean ja sen yhdistämisprosessin). Niiden GA -atomit ovat "koodia" nopeasti metallikiteissä, mikä aiheuttaa galliumseoksia.

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Monimutkaisuus

Gallium ei ole vain epätavallinen siitä, että se on metalli, joka perustaa kämmenen lämmön, mutta myös sen rakenne on monimutkainen ja epävarma.

Toisaalta tiedetään, että niiden kiteet omaksuvat ortorromisen rakenteen (GA-I) normaaleissa olosuhteissa; Tämä on kuitenkin vain yksi tämän metallin monista mahdollisista vaiheista, joita ei ole määritelty, mikä sen atomien tilaaminen on tarkka. Siksi se on monimutkaisempi rakenne kuin voisi ilmestyä paljaalla silmällä.

Näyttää siltä, ​​että tulokset vaihtelevat sen kulman tai suunnan mukaan, johon sen rakenne (anisotropia) analysoidaan (anisotropia). Samoin nämä rakenteet ovat erittäin alttiita pienimmalle lämpötilan tai paineen muutokselle, mikä aiheuttaa galliumia määriteltyksi yhtenä tyyppiseksi kideksi datan tulkintahetkellä.

Dimeerit

GA -atomit ovat vuorovaikutuksessa keskenään metallisen linkin ansiosta. Kahden naapuriatomin välillä on kuitenkin löydetty tietty kovalenssi, joten GA -dimeerin olemassaolo oletetaan2 (Gaga).

Teoriassa tämä kovalenttinen sidos tulisi muodostaa 4P -kiertoradan päällekkäisyyden avulla, sen ainoan elektronin kanssa elektronisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D10 4S2 4P1

Tämä kovalenttisen metallisen vuorovaikutuksen seos johtuu galliumin matalasta sulamispisteestä; Koska toisaalta voi olla ”elektronien meri”, joka ylläpitää voimakkaasti GA -atomeja lasissa, toisella2, joiden molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat heikkoja.

Voi palvella sinua: laimennus: käsite, miten se tehdään, esimerkkejä, harjoituksia

Vaiheet korkeissa paineissa

Kun paine nousee 4: stä 6: een GPA: iin, galliumkiteet kärsivät vaihesiirtymistä; Ortorromista se kulkee kehoon keskittyvälle kuutiolle (GA-II), ja tästä se lopulta kulkee kehoon keskittyvään tetragonaaliin (GA-III). Lehdistövälillä muodostuu mahdollisesti kiteitä, mikä tekee rakenteiden tulkinnasta vielä vaikeampaa.

Hapetusluvut

Enimmäisimmät energiaelektronit ovat 4S- ja 4p -kiertoradalla; Koska heistä on kolme, odotetaan siksi, että gallium voi menettää ne yhdistettynä enemmän elektronegatiivisiin elementteihin kuin hän.

Kun näin tapahtuu, oletetaan olevan gaionin olemassaolo3+, Ja sanotaan, että sen luku- tai hapettumistila on +3 tai GA (III). Itse asiassa tämä on yleisin kaikista hapettumislukuista. Esimerkiksi seuraavilla yhdisteillä on gallium AS +3: ga2JOMPIKUMPI3 (GA23+JOMPIKUMPI32-), GA2Br6 (GA23+Br6-), Li3Gani2 (Li3+Ga3+N23-) ja ga2Teetä3 (GA23+Teetä32--A.

Gallium voi löytää myös +1: n ja +2: n hapettumisnumerot; Vaikka ne ovat paljon vähemmän yleisiä kuin +3 (samanlainen kuin alumiinilla). Esimerkkejä sellaisista yhdisteistä ovat GACL (GA+Cl-), GA2Tai (ga2+JOMPIKUMPI2-) ja kaasu (GA2+S2--A.

Huomaa, että ionien olemassaolo kuormituksella, joka on identtinen otetun hapettumisnumeron kanssa.

Missä se on ja saa

Näyte mineraalista Gallita, joka on harvinainen, mutta on ainoa, jolla on huomattava pitoisuus galliumia. Lähde: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Gallium löytyy maankuoresta, jonka runsaus on verrannollinen koboltti-, lyijy- ja niobiummetallien kanssa. Se esitetään hydratoituna sulfidina tai oksidina, joka on levinnyt laajasti muiden mineraalien sisältävinä epäpuhtauksilla.

Sen oksidit ja sulfidit ovat vähän vesiliukoisia, joten galliumin pitoisuus merellä ja jokilla on matala. Lisäksi ainoa "rikas" mineraali on kana (cugas2, ylempi kuva). On kuitenkin epäkäytännöllistä käyttää kanaa tämän metallin saamiseksi. Vähemmän tunnettu on edelleen gallium plumbogumita mineraali.

Siksi tälle metallille ei ole ihanteellisia tuulia (pitoisuus on yli 0,1% massassa).

Sen sijaan gallium saadaan muiden metallien metallimetallikäsittelyn sekundaarisena tuotteena. Esimerkiksi, se voidaan erottaa bauksiiteista, sinkkiseoksista, sonnista, hiilistä, galleeneista, pyriiteistä, saksaisista jne.; Toisin sanoen se liittyy yleensä alumiiniin, sinkkiin, hiileen, lyijyn, rautaan ja saksaan eri mineraalirunkoissa.

Ionin ja elektrolyysinvaihtokromatografia

Kun mineraaliraaka -aine pilkotaan tai liuenee, joko voimakkaasti happamassa tai emäksisissä keskiarvoissa saadaan metalli -ionien seos, joka on liukentunut. Koska gallium on toissijainen tuote, sen ga -ionit3+ Ne pysyvät seoksessa, kun kiinnostavat metallit ovat saostuneet.

Siksi haluat erottaa nämä GA3+ Muista ioneista, ainoana tarkoituksena lisätä sen pitoisuutta ja tuloksena olevan metallin puhtautta.

Tätä varten tavanomaisten sadetekniikoiden lisäksi käytetään ioninvaihtokromatografiaa käyttämällä hartsia. Tämän tekniikan ansiosta GA on erotettu (esimerkiksi)3+ Kalifornia2+ tai usko3+.

Kun ga -ionien liuos on saatu erittäin väkevöity3+, Sille altistetaan elektrolyysi; eli GA3+ Vastaanottaa elektroneja, jotta ne voidaan muodostaa metalliksi.

Isotoopit

Gallium on luonteeltaan pääasiassa kahdella isotooppilla: 69GA, runsaasti 60,11 %; ja 71GA, runsaasti 39,89 %. Tästä syystä galliumin atomipaino on 69 723 U. Muut gallium -isotoopit ovat synteettisiä ja radioaktiivisia, atomimassat värähtelevät välillä 56Ga a 86Ga.

Riskejä

Ympäristö- ja fyysinen

Ympäristön kannalta metallinen gallium ei ole kovin reaktiivinen ja liukoinen veteen, joten niiden vuodot teoriassa eivät edusta vakavia saastumisriskejä. Lisäksi ei tiedetä, mitä biologista roolia voi olla organismeissa, koska suurin osa sen atomeista on erittynyt virtsaan, ilman merkkejä siitä.

Toisin kuin elohopea, Gallic voidaan manipuloida paljain käsin. Itse asiassa kokeilu, jolla yritetään sulauttaa sen käsien lämmöllä, on melko yleistä. Henkilö voi koskettaa tuloksena olevaa hopea -nestettä pelkäämättä vahingoittaa tai vahingoittaa hänen ihoaan; Vaikka se jättää hopeapaikan siihen.

Voi palvella sinua: Rikkidioksidi (SO2): rakenne, ominaisuudet, käytöt, riskit

Nyt sen nauttiminen voi olla myrkyllistä, koska teoriassa se liukenee vatsaan GACL: n tuottamiseksi3; Galliasuola, jonka kehon vaikutukset ovat riippumattomia metallista.

Metallien vauriot

Galliumille on ominaista pintojen värjäytyminen tai tarttuminen; Ja jos nämä ovat metallisia, se ylittää ne ja muodostaa seokset heti. Tämä ominaisuus, että pystyt väittämään melkein kaikille metalleille, ei ole tarkoituksenmukaista levittää neste galio millään metalliobjektilla.

Siksi metallisilla esineillä on riski halkeilla kappaleina galliumin läsnä ollessa. Sen toiminta voi olla niin hidasta ja huomaamatta, että se tuo ei -toivottuja yllätyksiä; Varsinkin, jos se on vuotanut metallituolille, joka voi pudota, kun joku istuu siinä.

Siksi niiden, jotka haluavat manipuloida Gaulia, ei pitäisi koskaan ottaa sitä yhteyttä muihin metalleihin. Esimerkiksi, sen neste pystyy liuottamaan alumiinifolion sekä hiipiä intialaiseen, rauta- ja tinakiteisiin, jotta ne olisivat hauraita.

Yleensä vasta mainitusta huolimatta.

Sovellukset

Lämpömittarit

Galinstan lämpömittarit. Lähde: Gelegenheitsauter [Pub Pubblish]

Gallium on korvannut elohopean nestemäiseksi lukemaan lämpötilan merkittyjä lämpötiloja. Sen fuusiopiste 29,7 ºC on kuitenkin edelleen korkea tälle sovellukselle, minkä vuoksi sen metallisessa tilassa ei olisi kannattavaa käyttää sitä lämpömittarilla; Sen sijaan käytetään galinstan (ga-in-sn) nimeltä seos.

Galinstan -seoksella on sulamispiste -18 ºC: n ympärillä, ja lisäsi sen nolla -toksisuuden tekee siitä ihanteellisen aineen elohopean riippumattomien lääketieteellisten lämpömittarien suunnittelussa. Tällä tavoin, jos rikkot, olisi turvallista puhdistaa katastrofi; Vaikka se likaisisi lattiaa, koska se kykenee kostuttamaan pintoja.

Peilien valmistus

Jälleen mainitaan galliumin ja sen seosten kosteus. Kun kosketat posliinin pintaa tai lasia, se leviää koko pinnan peittämiseksi kokonaan hopeapeilissä.

Peilien lisäksi Galliumin seoksia on käytetty esineiden luomiseen kaikissa muodoissa, koska kun ne jäähtyvät, ne jähmettyvät. Tällä voi olla suuri nanoteknologinen potentiaali: hyvin pienten mittojen rakennusobjektit, jotka loogisesti toimisivat alhaisissa lämpötiloissa ja osoittaisivat ainutlaatuisia ominaisuuksia galliumiin perustuen.

Tietokoneet

Tietokoneprosessoreissa käytettyjä galliumseoksia on kehitetty.

Huumeet

Ga -ionit3+ He pitävät tietyn muistutuksen uskosta3+ Kuinka he puuttuvat aineenvaihduntaprosesseihin. Siksi, jos on olemassa funktio, loinen tai bakteerit, jotka vaativat rautaa suorittamiseen, ne voivat pysähtyä sekoittamalla sen galliumilla; Näin on Pseudomonas -bakteerien tapaus.

Joten täällä ilmestyy galliumlääkkeitä, jotka voivat yksinkertaisesti koostua niiden epäorgaanisista suoloista tai organogaalista. La Ganita, Gallium Nitraatin kaupallinen nimi, GA (ei3-A3, Sitä käytetään luusyöpään liittyvien korkeiden kalsiumpitoisuuksien (hyperkalsemian) säätelemiseen.

Tekninen

Gallium Arseniuro ja Nituro. Heidän kanssaan on valmistettu transistorit, laserit ja kevyet säteilyt (sininen ja violetti), sirut, aurinkokennot jne. Esimerkiksi Ganin laserien ansiosta voit lukea Blu-ray-levyjä.

Katalyytit

Galliumoksideja on käytetty tutkimaan niiden katalyysiä erilaisissa orgaanisissa reaktioissa, joilla on suuri teollisuuskiinnostus. Yksi viimeisimmistä galli -katalyytteistä koostuu omasta nesteistään, joihin muiden toimivien metallien atomit, kuten aktiiviset keskukset tai kohdat, ovat hajaantuneita.

Esimerkiksi Galio-Paladio-katalyyttiä on tutkittu butaaninpoiston reaktiossa; eli tee butaania. Tämä katalyytti koostuu nestemäisestä galliumista, joka toimii paladium -atomien tukena.

Viitteet

  1. Sella Andrea. (23. syyskuuta 2009). Gallium. Kemiamaailma. Toipunut: ChemistryWorld.com
  2. Wikipedia. (2019). Gallium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
  3. Li, r., Wang, l., Li, l., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W -. Liu, h. (2017). Nestemäisen galliumin paikallinen rakenne paineen alla. Tieteelliset raportit, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
  4. Brahama d. Sharma ja Jerry Donohue. (1962). Galliumin kiderakenteen hienosäätö. Zeitschrift fiir Kristallógraphie, BD. 117, S. 293-300.
  5. Wang, W., Qin, ja., Liu, x. et al. (2011). Jakautumis-, esiintymis- ja rikastumissyyt galliumin syyt hiilissä Jungar Coalfieldistä, sisempi Mongolia. Sci. Kiina Earth Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/S11430-010-4147-0
  6. Marques Miguel. (S.F.-A. Gallium. Toipunut: Nautilus.Fis.UC.Pt
  7. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (5. huhtikuuta 2018). Gallium. Encyclopædia britannica. Toipunut: Britannica.com
  8. Bloom Josh. (3. huhtikuuta 2017). Gallium: sulaa suussa, ei kätesi! Amerikan tiede- ja terveysneuvosto. Toipunut: ACSH.org
  9. DR. Doug Stewart. (2019). Gallium -elementti tosiasiat. Kemikooli. Toipunut: Chemicool.com
  10. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Gallium. Pubchem -tietokanta. CID = 5360835. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus