Sifat galio, struktur, mendapatkan, menggunakan

Dia Gallium Ia adalah elemen logam yang diwakili oleh simbol GA dan yang dimiliki oleh kumpulan 13 jadual berkala. Secara kimia ia kelihatan seperti aluminium dalam amphoterismenya; Walau bagaimanapun, kedua -dua logam akhirnya mempamerkan sifat yang menjadikannya berbeza antara satu sama lain.

Sebagai contoh, aloi aluminium boleh berfungsi untuk memberi mereka semua jenis angka; Walaupun orang -orang gallium mempunyai titik lebur yang sangat rendah, yang terdiri daripada cecair perak. Begitu juga, titik lebur gallium lebih rendah daripada aluminium; Yang pertama boleh mencairkan dengan panas tangan, sementara yang kedua tidak.

Kristal Gallium diperolehi dengan deposit. Sumber: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]

Kesamaan kimia antara Gaul dan aluminium juga mengumpulkannya secara geokimia; iaitu, mineral atau aluminium yang kaya, seperti bauksit, mempunyai kepekatan gallium yang boleh dipercayai. Selain sumber mineralogi ini, terdapat zink, plumbum dan karbon yang lain, disebarkan secara meluas di seluruh kerak bumi.

Gallium popularly bukan logam yang terkenal. Nama semata -mata dapat membangkitkan imej ayam jantan dalam fikiran. Malah, perwakilan grafik dan umum Gallium biasanya ditemui dengan imej ayam jantan perak; Dicat dengan gallium cecair, bahan pembasahan besar di atas kaca, seramik dan tangan yang sama.

Eksperimen di mana kepingan galium logam cair adalah kerap, serta manipulasi cecairnya dan kecenderungannya untuk mencemarkan segala yang disentuh.

Walaupun gallium tidak toksik, seperti merkuri, ia adalah ejen merosakkan logam, kerana mereka menjadikan mereka rapuh dan tidak dapat digunakan (dalam contoh pertama). Sebaliknya, secara farmakologi campur tangan dalam proses di mana matriks biologi menggunakan besi.

Bagi mereka yang berada di dunia optolektronik dan semikonduktor, mereka akan mempunyai gallium dengan harga tinggi, setanding dan, mungkin, lebih tinggi daripada silikon yang sama. Sebaliknya, termometer, cermin dan objek berdasarkan aloi mereka telah dihasilkan dengan Gallic.

Secara kimia, logam ini masih banyak ditawarkan; Mungkin dalam bidang pemangkinan, tenaga nuklear, dalam pembangunan bahan semikonduktor baru, atau "semata -mata" dalam penjelasan struktur yang mengelirukan dan kompleksnya.

[TOC]

Sejarah

Ramalan kewujudannya

Pada tahun 1871, ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev telah meramalkan kewujudan unsur yang sifatnya menyerupai aluminium; yang mana, dia menamakan Ekaluminio. Elemen ini harus terletak tepat di bawah aluminium. Mendeleev juga meramalkan sifat -sifat (ketumpatan, titik lebur, formula oksida, dll.) dari Ekaluminio.

Penemuan dan pengasingan

Anehnya, empat tahun kemudian ahli kimia Perancis Paul-Emili Lecoq dari Boisbaudran, telah menemui elemen baru dalam sampel Sphalerite (Zinc Blenda), dari Pyrenees. Dia dapat menemuinya terima kasih kepada analisis spektroskopi, di mana dia memerhatikan spektrum dua garis ungu yang tidak bertepatan dengan elemen lain.

Setelah menemui elemen baru, LeCOQ menjalankan eksperimen pada 430 kg sphalerit, dari mana dia dapat mengasingkan 0.65 gram ini; Dan selepas beberapa siri pengukuran sifat fizikal dan kimianya, ia sampai pada kesimpulan bahawa ia adalah ekaluminos Mendeleev.

Untuk mengasingkannya, Lecoq melakukan elektrolisis hidroksida masing -masing dalam kalium hidroksida; mungkin sama dengan mana dia membubarkan spheny. Dengan mengesahkan bahawa ia adalah Ekaluminio, dan kerana juga penemunya, dia memberinya nama 'Galio' (Galium dalam Bahasa Inggeris). Nama ini berasal dari nama 'Gallia', yang dalam bahasa Latin bermaksud Perancis.

Walau bagaimanapun, nama itu memberikan rasa ingin tahu yang lain: 'Lecoq' dalam bahasa Perancis bermaksud 'Gallo', dan dalam Latin 'Gallus'. Menjadi logam, 'Gallus' menjadi 'Gallium'; Walaupun dalam bahasa Sepanyol penukaran jauh lebih langsung. Oleh itu, bukan kebetulan bahawa anda memikirkan ayam jantan ketika bercakap mengenai Gallic.

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan dan ciri fizikal

Gallium adalah logam perak permukaan kaca, tandas, dengan rasa astringen. Pepejalnya lembut dan rapuh, dan apabila patah tulang dia melakukannya dengan cara yang sesuai; iaitu, kepingan yang terbentuk melengkung, mirip dengan cengkerang laut.

Apabila dia cair, bergantung pada sudut yang dia perhatikan, dia dapat menunjukkan kecerahan kebiruan. Cecair perak ini tidak toksik untuk dihubungi; Walau bagaimanapun, ia "berpaut" terlalu banyak untuk permukaan, terutamanya jika mereka seramik atau kaca. Contohnya, satu setitik gallium dapat meresap bahagian dalam kaca kaca untuk menutupnya dari cermin perak.

Sekiranya serpihan pepejal disimpan dalam cecair, ia berfungsi sebagai nukleus di mana kristal gallium yang rutin berkembang dan berkembang.

Nombor atom (z)

31 (₃₁Ga)

Jisim molar

69,723 g/mol

Takat lebur

29,7646 ºC. Suhu ini dapat dicapai jika kaca gallium disimpan di antara kedua -dua tangan untuk mencairkan.

Ia boleh melayani anda: Benzimidazole (C7H6N2): Sejarah, Struktur, Kelebihan, Kekurangan

Takat didih

2400 ºC. Perhatikan jurang yang hebat antara 29.7 ºC dan 2400 ° C; Ia.

Ketumpatan

-Pada suhu bilik: 5.91 g/cm³

-Di titik lebur: 6,095 g/cm³

Perhatikan bahawa perkara yang sama berlaku dengan gallium seperti dengan air: ketumpatan cecairnya lebih besar daripada pepejalnya. Oleh itu, kristal mereka akan terapung di Gallium Cecair (Gallium Icebergs). Malah, pengembangan jumlah pepejal (tiga kali) adalah seperti itu, yang menyusahkan untuk menyimpan galium cecair dalam bekas yang bukan plastik.

Haba Fusion

5.59 kJ/mol

Haba pengewapan

256 kJ/mol

Kapasiti haba molar

25.86 j/(mol · k)

Tekanan wap

Pada 1037 ºC hanya cecair anda menimbulkan tekanan 1 pa.

Elektronegativiti

1.81 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pertama: 578.8 kJ/mol (GA⁺ gas)

-Kedua: 1979.3 kJ/mol (GA²⁺ gas)

-Ketiga: 2963 kJ/mol (GA³⁺ gas)

Kekonduksian terma

40.6 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

270 nΩ · m pada 20 ºC

Kekerasan mohs

1.5

Goo

1,819 cp pada 32 ºC

Ketegangan permukaan

709 DINS/CM A 30 ºC

Anfoterisme

Seperti aluminium, Gallium adalah amphoteric; bertindak balas dengan kedua -dua asid dan pangkalan. Sebagai contoh, asid kuat boleh membubarkannya untuk membentuk jualan Gaul (III); Sekiranya mereka h₂SW₄ dan hno₃, Mereka menghasilkan GA₂(SW₄)₃ dan menang₃)₃, masing -masing. Semasa bertindak balas dengan pangkalan yang kuat, terdapat garam Galate, dengan Ga ion (OH)₄^-.

Perhatikan persamaan antara GA (OH)₄^- Dan (oh)₄^- (Aluminate). Sekiranya Gallium Hydroxide (III), GA (OH) ditambah kepada persekitaran, dibentuk₃, yang juga amphoterik; Apabila bertindak balas dengan pangkalan yang kuat, GA (OH) menghasilkan lagi₄^-, Tetapi jika ia bertindak balas dengan asid kuat, ia melepaskan acu kompleks₂)₆]³⁺.

Reaktiviti

Gallium logam agak tidak aktif pada suhu bilik. Ia tidak bertindak balas dengan udara, kerana lapisan oksida nipis₂Sama ada₃, melindunginya dari oksigen dan sulfur. Walau bagaimanapun, apabila pengoksidaan logam berterusan, sepenuhnya berubah menjadi oksida. Dan jika ada sulfur hadir, pada suhu tinggi bertindak balas untuk membentuk GA₂S₃.

Tidak hanya galium oksida dan sulfida, tetapi juga fosfida (GAP), arseniuros (GaAs), nitro (GaN) dan antimoniuros (GASB). Sebatian sedemikian boleh berasal dari reaksi langsung unsur -unsur pada suhu tinggi, atau dengan laluan sintetik alternatif.

Begitu juga, Gallium boleh bertindak balas dengan halogen untuk membentuk haluros masing -masing; seperti GA₂Cl₆, Gaf₃ dan ga₂Yo₃.

Logam ini, seperti aluminium dan congenersnya (ahli kumpulan yang sama 13), boleh berinteraksi secara kovalen dengan atom karbon untuk menyebabkan sebatian organometal. Sekiranya mereka mempunyai pautan GA-C, mereka dipanggil organogal.

Yang paling menarik dari Gallium bukanlah ciri -ciri kimia yang terdahulu, tetapi kemudahannya yang besar yang dapat dibangkitkan (serupa dengan merkuri dan proses penggabungannya). Atom GA mereka adalah "kod" dengan cepat di kalangan kristal logam, yang menimbulkan aloi galium.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Kerumitan

Gallium bukan sahaja luar biasa tentang hakikat bahawa ia adalah logam yang mendapati panas telapak tangan, tetapi juga strukturnya adalah kompleks dan tidak pasti.

Di satu pihak, diketahui bahawa kristal mereka mengamalkan struktur ortorrombik (GA-I) di bawah keadaan normal; Walau bagaimanapun, ini hanyalah salah satu daripada banyak fasa yang mungkin untuk logam ini, yang tidak dinyatakan apa pesanan atomnya tepat. Oleh itu, ia adalah struktur yang lebih kompleks daripada yang boleh muncul dengan mata kasar.

Nampaknya hasilnya berbeza mengikut sudut atau arah di mana strukturnya (anisotropi) dianalisis (anisotropi). Begitu juga, struktur ini sangat terdedah kepada perubahan suhu atau tekanan yang sedikit, yang menyebabkan Gallium tidak ditakrifkan sebagai satu jenis kristal pada masa tafsiran data.

Dimer

Atom ga berinteraksi antara satu sama lain terima kasih kepada pautan logam. Walau bagaimanapun, tahap kovalensi tertentu telah dijumpai di antara dua atom jiran, jadi kewujudan dimer GA diandaikan₂ (Gaga).

Secara teori, ikatan kovalen ini harus dibentuk oleh tumpang tindih orbital 4p, dengan satu -satunya elektron mengikut konfigurasi elektronik:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Campuran interaksi kovalen-logam ini dikaitkan dengan titik lebur yang rendah dari gallium; Oleh kerana, walaupun di satu pihak ada "laut elektron" yang sangat mengekalkan atom GA di kaca, di sisi lain₂, interaksi intermolecular yang lemah.

Boleh melayani anda: pencairan: konsep, bagaimana ia dilakukan, contoh, latihan

Fasa di bawah tekanan tinggi

Apabila tekanan meningkat dari 4 hingga 6 GPa, kristal gallium mengalami peralihan fasa; Dari ortorrombik ia melewati padu yang berpusat pada badan (GA-II), dan dari ini ia akhirnya berlalu ke tetragonal yang berpusat pada badan (GA-III). Dalam selang akhbar, campuran kristal mungkin terbentuk, yang menjadikan tafsiran struktur lebih sukar.

Nombor pengoksidaan

Elektron yang paling tenaga adalah yang terdapat dalam orbital 4s dan 4p; Mempunyai tiga daripada mereka, oleh itu diharapkan bahawa gallium dapat kehilangan mereka apabila digabungkan dengan lebih banyak elemen elektronegatif daripada dia.

Apabila ini berlaku, kewujudan ga kation diandaikan³⁺, Dan dikatakan bahawa bilangan atau status pengoksidaannya ialah +3 atau Ga (iii). Malah, ini adalah yang paling biasa dari semua nombor pengoksidaannya. Sebatian berikut, sebagai contoh, mempunyai Gallium sebagai +3: GA₂Sama ada₃ (Ga₂³⁺Sama ada₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) dan ga₂Teh₃ (Ga₂³⁺Teh₃^2-).

Gallium juga boleh mencari nombor pengoksidaan +1 dan +2; Walaupun mereka kurang biasa daripada +3 (sama seperti yang berlaku dengan aluminium). Contoh sebatian tersebut adalah GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂Atau (Ga₂⁺Sama ada^2-) dan gas (GA²⁺S^2-).

Perhatikan bahawa kewujudan ion dengan magnitud beban sama dengan nombor pengoksidaan yang dipertimbangkan.

Di mana dan dapatkan

Contoh Gallita Mineral, yang jarang berlaku tetapi satu -satunya yang mempunyai kepekatan Gallium yang cukup besar. Sumber: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Gallium ditemui di kerak bumi dengan kelimpahan berkadar dengan logam kobalt, plumbum dan niobium. Ia dibentangkan sebagai sulfida atau oksida terhidrat, disebarkan secara meluas sebagai kekotoran yang terkandung dalam mineral lain.

Oksida dan sulfida sedikit larut air, jadi kepekatan gallium di lautan dan sungai rendah. Di samping itu, satu -satunya mineral "kaya" adalah ayam (cugas₂, gambar atas). Walau bagaimanapun, tidak praktikal untuk mengeksploitasi ayam untuk mendapatkan logam ini. Kurang dikenali masih Gallium Plumbogumita Mineral.

Oleh itu, tidak ada angin yang ideal untuk logam ini (dengan kepekatan lebih besar daripada 0.1% dalam jisim).

Sebaliknya, Gallium diperolehi sebagai produk sekunder rawatan logam logam dari logam lain. Sebagai contoh, ia boleh diekstrak dari bauksit, campuran zink, lembu, arang, gallens, pirit, germanitas, dll.; Iaitu, ia biasanya dikaitkan dengan aluminium, zink, karbon, plumbum, besi dan germanio di badan mineral yang berbeza.

Kromatografi pertukaran ion dan elektrolisis

Apabila bahan mentah mineral dicerna atau dibubarkan, sama ada dalam asid atau cara asas yang kuat, campuran ion logam yang diselesaikan di dalam air diperolehi. Menjadi Gallium produk menengah, ion GAnya³⁺ Mereka tetap dibubarkan dalam campuran apabila logam yang menarik telah dicetuskan.

Oleh itu, anda mahu memisahkan GA ini³⁺ dari ion -ion lain, dengan tujuan tunggal meningkatkan kepekatan dan kesucian logam yang dihasilkan.

Untuk melakukan ini, sebagai tambahan kepada teknik pemendakan konvensional, kromatografi pertukaran ion digunakan dengan menggunakan resin. Terima kasih kepada teknik ini, GA dipisahkan (contohnya)³⁺ ca²⁺ atau iman³⁺.

Setelah penyelesaian ion GA yang sangat tertumpu diperolehi³⁺, Ia tertakluk kepada elektrolisis; iaitu GA³⁺ Terima elektron dapat dibentuk sebagai logam.

Isotop

Gallium bersifat terutamanya sebagai dua isotop: ⁶⁹GA, dengan banyaknya 60.11 %; dan juga ⁷¹GA, dengan banyaknya 39.89 %. Oleh sebab itu, berat atom gallium adalah 69,723 u. Isotop gallium yang lain adalah sintetik dan radioaktif, dengan massa atom berayun antara ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Risiko

Alam sekitar dan fizikal

Dari sudut pandangan alam sekitar, galium logam tidak begitu reaktif dan larut dalam air, jadi tumpahan mereka dalam teori tidak mewakili risiko pencemaran yang teruk. Di samping itu, tidak diketahui apa peranan biologi dalam organisma, yang kebanyakan atomnya dikeluarkan oleh air kencing, tanpa tanda -tanda dapat berkumpul di mana -mana tisunya.

Tidak seperti Mercury, Gallic dapat dimanipulasi dengan tangan kosong. Sebenarnya, percubaan untuk mencairkannya dengan panas tangan adalah perkara biasa. Seseorang boleh menyentuh cecair perak yang terhasil tanpa takut merosakkan atau mencederakan kulitnya; Walaupun ia meninggalkan tempat perak di atasnya.

Boleh melayani anda: sulfur dioksida (SO2): struktur, sifat, kegunaan, risiko

Sekarang, meminumnya boleh menjadi toksik, kerana dalam teori ia akan dibubarkan di dalam perut untuk menghasilkan GACL₃; Garam gallician yang kesan badannya bebas daripada logam.

Kerosakan kepada logam

Gallium dicirikan oleh pewarnaan atau mematuhi permukaan; Dan jika ini adalah logam, ia melintasi mereka dan membentuk aloi dengan serta -merta. Ciri -ciri ini dapat menguduskan hampir semua logam menjadikannya tidak sesuai untuk menumpahkan galio bendalir pada objek logam.

Oleh itu, objek logam menjalankan risiko retak di dalam kehadiran gallium. Tindakannya boleh menjadi perlahan dan tidak disedari, sehingga ia membawa kejutan yang tidak diingini; terutamanya, jika ia telah tumpah di kerusi logam, yang boleh jatuh ketika seseorang duduk di dalamnya.

Itulah sebabnya mereka yang ingin memanipulasi Gaul tidak boleh menyentuhnya dengan logam lain. Sebagai contoh, cecairnya dapat membubarkan kerajang aluminium, serta menyelinap ke dalam kristal India, besi dan timah, untuk menjadikannya rapuh.

Secara umum, walaupun yang baru disebutkan.

Aplikasi

Termometer

Thermometer Galinstan. Sumber: Gelegenheitsauter [Pub Pubblish]]

Gallium telah menggantikan merkuri sebagai cecair untuk membaca suhu yang ditandai oleh termometer. Walau bagaimanapun, titik gabungannya sebanyak 29.7 ºC masih tinggi untuk aplikasi ini, itulah sebabnya dalam keadaan logamnya tidak akan dapat menggunakannya dalam termometer; Sebaliknya, aloi yang dipanggil Galinstan (GA-in-SN) digunakan.

Aloi Galinstan mempunyai titik lebur sekitar -18 ºC, dan menambah ketoksikan sifar menjadikannya bahan yang ideal untuk reka bentuk termometer perubatan bebas merkuri. Dengan cara ini, jika anda memecahkan ia akan selamat untuk membersihkan bencana; Walaupun ia akan kotor lantai kerana keupayaannya membasahi permukaan.

Pembuatan cermin

Sekali lagi, sebutkan terbuat dari kebasahan Gallium dan aloi -aloi. Semasa menyentuh permukaan porselin, atau kaca, ia merebak ke seluruh permukaan untuk menutupnya sepenuhnya dalam cermin perak.

Sebagai tambahan kepada cermin, aloi Gallium telah digunakan untuk membuat objek dalam semua bentuk, kerana apabila mereka menyejukkan mereka menguatkan. Ini boleh mempunyai potensi nanoteknologi yang hebat: membina objek dimensi yang sangat kecil, yang secara logiknya akan beroperasi pada suhu rendah, dan akan menunjukkan sifat unik berdasarkan gallium.

Komputer

Dari gallium aloi pasta termal yang digunakan dalam pemproses komputer telah dibangunkan.

Dadah

Ion ga³⁺ Mereka menyimpan persamaan dengan iman tertentu³⁺ Bagaimana mereka campur tangan dalam proses metabolik. Oleh itu, jika terdapat fungsi, parasit atau bakteria yang memerlukan besi untuk melaksanakan, mereka boleh berhenti dengan mengelirukannya oleh gallium; Begitu juga bakteria Pseudomonas.

Oleh itu, ini adalah tempat ubat -ubatan gallium, yang hanya boleh terdiri daripada garam bukan organik mereka, atau organogal. La Ganita, Nama Komersial untuk Gallium Nitrate, GA (Tidak₃)₃, Ia digunakan untuk mengawal kepekatan kalsium yang tinggi (hiperkalkemia) yang dikaitkan dengan kanser tulang.

Teknologi

Gallium Arseniuro dan Nituro. Dengan mereka, transistor, laser dan pemancar cahaya (biru dan ungu), cip, sel solar, dan lain -lain telah dihasilkan. Sebagai contoh, terima kasih kepada laser GAN anda boleh membaca cakera Blu-ray.

Pemangkin

Gallium Oxides telah digunakan untuk mengkaji pemangkinan mereka dalam reaksi organik yang berbeza mengenai kepentingan perindustrian yang hebat. Salah satu pemangkin Gallic yang paling terkini terdiri daripada cecairnya sendiri, di mana atom -atom logam lain yang berfungsi seperti pusat aktif atau tapak disebarkan.

Sebagai contoh, pemangkin Galio-Paladio telah dikaji dalam reaksi dehygenation butana; iaitu, buat butana. Pemangkin ini terdiri daripada gallium cecair yang bertindak sebagai sokongan untuk atom paladium.

Rujukan

1. Sella Andrea. (23 September 2009). Gallium. Dunia kimia. Pulih dari: dunia kimia.com
2. Wikipedia. (2019). Gallium. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. Li, r., Wang, l., Li, l., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Struktur tempatan galium cair di bawah tekanan. Laporan Saintifik, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma & Jerry Donohue. (1962). Penambahbaikan struktur kristal gallium. Zeitschrift fiir Kristallógraphie, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin, dan., Liu, x. et al. (2011). Pengagihan, kejadian dan penyebab pengayaan Gallium di arang batu dari Mungar Coalfield, Inner Mongolia. Sci. China Earth Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (s.F.). Gallium. Pulih dari: nautilus.Fis.UC.Pt
7. Editor enyclopaedia Britannica. (5 April 2018). Gallium. Encyclopædia Britannica. Pulih dari: Britannica.com
8. Bloom Josh. (3 April 2017). Gallium: Meleleh di mulut anda, bukan tangan anda! Majlis Amerika mengenai Sains dan Kesihatan. Pulih dari: ACSH.org
9. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Gallium. Chemicool. Pulih dari: chemicool.com
10. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Gallium. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 5360835. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov