Галлий – польза, особенности и опасность металла

Этот металл не относится к редким, но на мировых биржах за него расплачиваются миллионами. Галлий – материал номер один для нового тысячелетия.

Галлий

Что представляет собой

  • Галлий – это химический элемент, занимающий ячейку №31 таблицы Менделеева.
  • Относится к легким металлам.
  • Чистый галлий – это мягкий, серебристо-серого с синеватостью цвета, хрупкий металл.
  • По составу – конгломерат двух изотопов (оба стабильны). Синтезировано три десятка радиоактивных единиц.

Как был открыт

Существование вещества предсказал Дмитрий Менделеев (1869 год):

  • Заполняя свою таблицу, он знал, что должны появиться новые химические элементы, которые заполнят пустующие ячейки.
  • Одно из них назвал экаалюминием, предсказал основные свойства: удельный вес, легкоплавкость.

Через шесть лет все подтвердилось. Французский химик Эмиль де Буабодран выделил из цинковой руды, добытой в Пиренеях, простое вещество, описал его свойства.

О новизне просигнализировала фиолетовость линий в спектре элемента.

Ученый предложил именовать элемент галлием – по латинизированному названию Франции (Галлия). Так он и вошел в историю.

Нахождение в природе

Галлий как металл в природе отсутствует, микродозы его соединений содержат цинковые руды и бокситы. Рассеянный элемент, не формирующий мегаскоплений.

Галлием богаты два десятка минералов, среди которых – полудрагоценные самоцветы гранат, берилл, турмалин, сподумен.

Элемент не особо редок – тонна земной коры содержит 19 г галлия, литр морской воды – 3 мкг.

Физико-химические характеристики

Еще Менделеев установил сходство химических свойств галлия с алюминием. Но «галлиевые» реакции идут неспешно, спокойно.

Металл галлий

Металл наделен небанальными характеристиками:

  • Структура кристаллической решетки меняется в зависимости от температуры и давления.
  • Затвердевая, вещество расширяется. Такой феномен редкость, им наделены всего несколько элементов, включая кремний и воду.
  • Особенность галлия – жидкая форма в температурном диапазоне 2200 единиц (начинает плавиться при 25°C). Недаром обрел репутацию «жидкого металла».

Расплавляемость при комнатной температуре – признак, по которому галлий легко отличить от остальных металлов.

  • На воздухе обзаводится пленкой-оксидом.
  • Не взаимодействует с кремнием, бором, газами (азотом, угле-, водородом).
  • С большинством металлов образует галлиды.

Нагретый галлий разрушает материалы сильнее любого расплавленного металла.

Свойства атома
Название, символ, номер Галлий / Gallium (Ga), 31
Атомная масса
(молярная масса)
69,723(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p1
Радиус атома 141 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 126 пм
Радиус иона (+3e) 62 (+1e) 81 пм
Электроотрицательность 1,81 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления (+1) +3
Энергия ионизации
(первый электрон)
 578,7 (6,00) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 5,91 г/см³
Температура плавления 302,9146 К (29,7646°C)
Температура кипения 2477 К (2203,85°C)
Уд. теплота плавления 5,59 кДж/моль
Уд. теплота испарения 270,3 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,07 Дж/(K·моль)
Молярный объём 11,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки орторомбическая
Параметры решётки a=4,519 b=7,658 c=4,526 Å
Температура Дебая 240 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 28,1 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-55-3

Особо опасен галлий для алюминия и меди. Он пропитывает их насквозь, внедряясь в кристаллическую структуру. Алюминий окисляется, затем рассыпается.

Галлий держат подальше от электроники, алюминиевых радиаторов, конденсаторов, ноутбуков с корпусом из алюминиевого сплава, других деталей.

Технология производства

Основой производства металлического галлия часто служит минерал галлит (формула CuGaS2), а также уголь, нефелины, бокситы.

Традиционный способ получения продукта – из глиноземов, выделенных переработкой бокситов:

  • Жидкие щелочи (полуфабрикат при переработке бокситов) подвергают электролизу либо спекают. Насыщенность галлием раствора (на литр) достигает 110-140 либо 52-63 мг.
  • Карбонизацией извлекают алюминий, получая насыщенный осадок.
  • Осадок известкуют, получая галлиевый раствор.
  • Из раствора почти готовый металл «достают» электролизом.
  • С целью нейтрализации летучих примесей продукт окатывают водой, фильтруют, подогревают в вакуумной печи.

Особо чистый материал (примесей не более 0,0001%) получают рафинированием либо восстановлением водородом.

За килограмм галлия на мировом рынке выкладывают $1200-1400. Такая цена актуализирует проблему отладки 100% извлечения галлия из бокситов либо жидкого топлива из каменного угля.

Где используется

До цифровой эры галлий использовался как компонент легкоплавких сплавов. Сегодня главная сфера применения металла (96,7%) – микроэлектроника.

Мягкий, хрупкий металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком - галлий
Мягкий, хрупкий металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком – галлий

Промышленность

На практике эксплуатируются полезные свойства галлия:

  • Металл – «дублер» ядовитой ртути в вакуумных аппаратах, термометрах, работающих при высоких температурах.
  • Смазка при соединении деталей из керамики, кварца, стекла.
  • Сплав металла с индием – топливо атомных установок.
  • Внешний слой зеркал специального назначения.
  • Оксид, арсенид, нитрид галлия – компонент лазерной аппаратуры синего и ультрафиолетового диапазона, электроники, работающей на сверхвысоких частотах.
  • Природный изотоп-71 опознает присутствие нейтрино.

Металл – температурный стабилизатор, «щит» от коррозии для плутония как компонента атомных бомб. (Такую сбросили на Нагасаки).

Легкоплавкость – не всегда достоинство. Она затрудняет хранение, перемещение вещества и продукции из него. Для устранения этого недостатка кусочки галлия упаковывают в полиэтилен, на который галлий не воздействует.

Медицина

Элемент нашел применение в медицине:

  • Онкологи используют препараты галлия, чтобы приостановить разрушение скелета пациентов.
  • Ими оперативно останавливают кровотечение из проникающих ран. При этом тромбы не образуются.
  • Это сильный истребитель бактерий.
  • Благодаря галлию раны затягиваются быстрее и безболезненнее.

Медицина оценила сходство воздействия соединений галлия и железа на биологическом уровне. Они используются как дублеры.

Воздействие на человека

О токсичности вещества единства нет, диапазон оценок – от малой до высокой степени.

Об интоксикации галлием сигнализируют следующие симптомы:

  • Возбуждение, сменяющееся заторможенностью.
  • Разбалансированность при движении.
  • Нарушение дыхательного ритма (учащение-замедление).

Результатом может стать паралич ног, кома, летальный исход.

Вдыхание аэрозоля с галлием в составе (49,9 мг на кубометр) либо инъекция солей вещества (0,011-0,026 г/кг массы тела человека) выводит из строя почки.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
451
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: