Vlastnosti Galio, štruktúra, získanie, použitia

On gálium Je to kovový prvok, ktorý predstavuje symbol GA a ktorý patrí do skupiny 13 periodickej tabuľky. Chemicky to vyzerá ako hliník vo svojom amfoterizme; Oba kovy však nakoniec vykazujú vlastnosti, vďaka ktorým sú navzájom diferencované.

Napríklad hliníkové zliatiny môžu pracovať, aby im poskytli všetky druhy čísel; zatiaľ čo tí z gália majú veľmi nízke body topenia, pozostávajúce zo strieborných kvapalín. Podobne je bod topenia gália nižší ako bod hliníka; Prvý sa môže roztaviť teplom ruky, zatiaľ čo druhá.

Gallium kryštály získané vkladom. Zdroj: Maxim Bilovitskiy [CC By-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Chemická podobnosť medzi Galom a hliníkom ich tiež zoskupuje geochemicky; To znamená, že minerály alebo bohatý hliník, ako sú bauxity, majú odhadnuteľnú koncentráciu gália. Okrem tohto mineralogického zdroja sú v zemskej kôre aj ďalšie zinok, olovo a uhlík, široko šírené.

Popularne Gallium nie je známy kov. Jeho samotné meno môže vyvolať obraz kohúta s ohľadom na kohút. V skutočnosti sa grafické a všeobecné reprezentácie gália zvyčajne nachádzajú s obrazom strieborného kohúta; Maľované tekutým galliom, látkou skvelého zmáčania na skle, keramiku a rovnakej ruky.

Experimenty, v ktorých sa roztavia kúsky kovového galia, sú časté, ako aj manipulácia s jej tekutinou a jeho tendencia zafarbiť všetko, čoho sa dotýka.

Zatiaľ čo gálium nie je toxické, napríklad ortuť, je to deštruktívne činidlo deštruktívneho kovu, pretože ich robia krehkými a nepoužiteľnými (v prvom rade). Na druhej strane farmakologicky zasahuje do procesov, kde biologické matice používajú železo.

Pre tých, ktorí sú vo svete optolektroniky a polovodičov, budú mať gálium s vysokou úctou, porovnateľné a možno aj lepšie ako rovnaký kremík. Na druhej strane, teplomery, zrkadlá a predmety na základe ich zliatiny boli vyrobené s Gallic.

Chemicky, tento kov má stále čo ponúknuť; Možno v oblasti katalýzy, jadrovej energie, vo vývoji nových polovodičových materiálov alebo „jednoducho“ pri objasnení jej mätúcej a zložitej štruktúry.

[TOC]

História

Predpovede jej existencie

V roku 1871 ruský chemik Dmitri Mendeleev už predpovedal existenciu prvku, ktorého vlastnosti sa podobali vlastnostiam hliníka; na ktorý pomenoval Ekaluminio. Tento prvok by mal byť umiestnený tesne pod hliníkom. Mendeleev tiež predpovedal vlastnosti (hustota, bod topenia, vzorce jeho oxidov atď.) Ekaluminio.

Objav a izolácia

Prekvapivo, o štyri roky neskôr francúzsky chemik Paul-Emili Lecoq z Boisbaudranu našiel nový prvok vo vzorke sfaleritu (zinok Blenda) z Pyrenees. Mohol to objaviť vďaka spektroskopickej analýze, v ktorej pozoroval spektrum dvoch fialových línií, ktoré sa nezhodovali so spektrom iného prvku.

Po objavení nového prvku vykonal Lecoq experimenty na 430 kg sfaleritu, z ktorého bol schopný izolovať z toho 0,65 gramov; A po sérii meraní jeho fyzikálnych a chemických vlastností dospel k záveru, že to boli Ekaluminos z Mendeleev.

Aby sa izoloval, LecOQ vykonal elektrolýzu svojho hydroxidu v hydroxidu draselného; pravdepodobne to isté, s ktorým rozpustil sfény. Tým, že potvrdil, že to bolo Ekaluminio, a za to, že je tiež jeho objaviteľom, dal mu meno „Galio“ (galum v angličtine). Tento názov odvodený z názvu „Gallia“, čo v latinke znamená Francúzsko.

Názov však predstavuje ďalšiu zvedavosť: „Lecoq“ vo francúzštine znamená „gallo“ a v latinskom „gallus“. Byť kovom sa „Gallus“ stal „gallium“; Aj keď v španielčine je konverzia oveľa priamejšia. Preto nie je náhoda, že si myslíte o kohúte, keď hovoríte o gallike.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vzhľad a fyzikálne vlastnosti

Gallium je strieborný kov sklovitej plochy, toaleta s adstringentnou príchuťou. Jeho tuhá látka je mäkká a krehká a keď to zlomeniny robí zložitým spôsobom; To znamená, že vytvorené kusy sú zakrivené, podobné morským škrupinám.

Keď sa topí, v závislosti od uhla, s ktorým pozoroval, môže ukázať modrý jas. Táto strieborná kvapalina nie je toxická na kontakt; Avšak príliš „priliehne“ na povrchy, najmä ak ide o keramiku alebo sklo. Napríklad jedna kvapka gália môže preniknúť do vnútra skla, aby ho zakryla zo strieborného zrkadla.

Ak je jeho tuhý fragment nanesený v tekutine, slúži ako jadro, kde sa vyvíja a rastie rutinovanie kryštálov gália.

Atómové číslo (z)

31 (₃₁Ga)

Molárna hmota

69 723 g/mol

Bod topenia

29 7646 ° C. Túto teplotu je možné dosiahnuť, ak sa medzi obom.

Môže vám slúžiť: benzimidazol (C7H6N2): História, štruktúra, výhody, nevýhody

Bod varu

2400 ° C. Všimnite si veľkú medzeru medzi 29,7 ° C a 2400 ° C; To znamená, že tekutý gallium má veľmi nízky tlak pary, a to je vyrobené jedným z prvkov s najväčším teplotným rozdielom medzi kvapalinovým a plynným stavom.

Hustota

-Pri teplote miestnosti: 5,91 g/cm³

-V bode topenia: 6 095 g/cm³

Všimnite si, že to isté sa stáva s gáliaom ako pri vode: hustota jej kvapaliny je väčšia ako hustota jej tuhej látky. Preto sa ich kryštály vznášajú nad tekutým galliom (ľadovce Gallium). V skutočnosti je rozširovanie pevného objemu (trikrát) také, čo je nepohodlné na ukladanie tekutého gália v nádobách, ktoré nie sú plastmi.

Fúzne teplo

5,59 kJ/mol

Odparovanie

256 kJ/mol

Kapacita moláru

25,86 J/(mol · k)

Tlak vodnej pary

Pri 1037 ° C iba kvapalina vyvíja tlak 1 pA.

Elektronegativita

1.81 v Pauling Scale

Ionizačné energie

-Prvé: 578,8 kJ/mol (GA⁺ plyn)

-Po druhé: 1979,3 kJ/mol (GA²⁺ plyn)

-Tretie: 2963 kJ/mol (GA³⁺ plyn)

Tepelná vodivosť

40,6 w/(m · k)

Elektrický odpor

270 NΩ · m pri 20 ° C

Mohs tvrdosť

1.5

Hrebeň

1 819 CP pri 32 ° C

Povrchové napätie

709 DIN/cm A 30 ° C

Anfoterizmus

Rovnako ako hliník, aj gálium je amfoterické; reaguje s kyselinami aj základňami. Napríklad silné kyseliny ich môžu rozpustiť tak, aby vytvorili predaj Galu (III); Ak sú h₂SW₄ a hno₃, Produkujú GA₂(SW₄)₃ a vyhral₃)₃, respektíve. Zatiaľ čo pri reagovaní so silnými základňami existujú solí galate, s ga iónom (OH)₄^-.

Všimnite si podobnosť medzi GA (OH)₄^- A (oh)₄^- (Hliník). Ak sa do prostredia pridá hydroxid gália (III), GA (OH), vytvorí sa do prostredia₃, ktorý je tiež amfoterický; Pri reagovaní so silnými základňami sa GA (OH) opäť produkuje₄^-, Ale ak reaguje so silnými kyselinami, uvoľňuje komplex ACU₂)₆]³⁺.

Reaktivita

Kovové gallium je relatívne inertné pri teplote miestnosti. Nereaguje so vzduchom, pretože tenká vrstva oxidu₂Ani₃, chráni ho pred kyslíkom a síry. Keď však oxidácia kovu pokračuje, úplne sa transformuje na jeho oxid. A ak je prítomná síra, pri vysokých teplotách reaguje na vytvorenie GA₂Siež₃.

Existujú nielen oxidy gália a sulfidy, ale aj fosfidy (medzera), arzeniurá (GAAS), nitro (GAN) a antimoniuros (GASB). Takéto zlúčeniny môžu vzniknúť priamou reakciou prvkov pri vysokých teplotách alebo alternatívnymi syntetickými trasami.

Podobne môže Gallium reagovať s halogénmi, aby vytvorila svoje príslušné halurózy; ako GA₂Cl₆, Štrbina₃ a ga₂Jo₃.

Tento kov, podobne ako hliník a jeho kongenére (členovia tej istej skupiny 13), môže kovalentne interagovať s atómami uhlíka, čím spôsobuje organometalické zlúčeniny. V prípade osôb s odkazmi GA-C sa nazývajú organogály.

Najzaujímavejšie z gália nie je žiadna z jeho predchádzajúcich chemických charakteristík, ale jej obrovská ľahkosť, s akou je možné zvýšiť (podobne ako v prípade ortuti a proces zlúčenia). Ich atómy GA sú „kód“ rýchlo medzi kovovými kryštálmi, čo vedie k zliatine gália.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Zložitosť

Gallium nie je len neobvyklé, že je to kov, ktorý zakladá teplo dlane, ale aj jej štruktúra je zložitá a neistá.

Na jednej strane je známe, že ich kryštály za normálnych podmienok prijímajú ortombickú štruktúru (GA-I); Je to však len jedna z mnohých možných fáz pre tento kov, čo nie je špecifikované, čo je objednávanie jeho atómov presné. Je to preto zložitejšia štruktúra, ako by sa mohla objaviť voľným okom.

Zdá sa, že výsledky sa líšia podľa uhla alebo smeru, v ktorom sa analyzuje jeho štruktúra (anizotropia) (anizotropia). Podobne sú tieto štruktúry veľmi citlivé na najmenšiu zmenu teploty alebo tlaku, čo spôsobuje, že gália nebude definovaná ako jediný typ kryštálu v čase interpretácie údajov.

Diméry

Atómy GA navzájom interagujú vďaka kovovému odkazu. Medzi dvoma susednými atómami sa však zistil určitý stupeň kovalencie, takže sa predpokladá existencia diméru GA₂ (Gaga).

Teoreticky by sa táto kovalentná väzba mala tvoriť prekrývaním orbitálu 4p, s jediným elektrónom podľa elektronickej konfigurácie:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Táto zmes kovalentných kovových interakcií sa pripisuje nízkemu bodu topenia gália; Pretože, hoci na jednej strane na jednej strane môže byť „more elektrónov“, ktoré silne udržiava atómy GA v skle, na druhej strane₂, ktorých intermolekulárne interakcie sú slabé.

Môže vám slúžiť: riedenie: koncept, ako sa to robí, príklady, cvičenia

Fázy pri vysokých tlakoch

Keď sa tlak zvyšuje zo 4 na 6 GPA, kryštály gália trpia fázovými prechodmi; Z orrombickej prechádza k kubickému sústredenému na telo (GA-II), az toho konečne prechádza k tetragonálnemu sústredenému na telo (GA-III). V tlači.

Oxidácia

Najviac energetické elektróny sú výrobky nájdené na orbitáloch 4S a 4p; Majúc tri z nich sa preto očakáva, že ich gálium môže stratiť v kombinácii s viac elektronegatívnymi prvkami ako on.

Ak k tomu dôjde, predpokladá sa existencia katiónu³⁺, A hovorí sa, že jeho číslo alebo oxidačný stav je +3 alebo GA (III). V skutočnosti je to najbežnejšie zo všetkých jeho oxidačných čísel. Napríklad nasledujúce zlúčeniny majú gallium ako +3: ga₂Ani₃ (Ga₂³⁺Ani₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Utiecť³⁺N₂^3-) a ga₂Čaj₃ (Ga₂³⁺Čaj₃^2-).

Gálium môže tiež nájsť oxidačné čísla +1 a +2; Aj keď sú oveľa menej bežné ako +3 (podobné, ako sa to deje v hliníku). Príkladmi takýchto zlúčenín sú GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂Alebo (Ga₂⁺Ani^2-) a plyn (GA²⁺Siež^2-).

Všimnite si, že existencia iónov s veľkým zaťažením identickým s oxidačným číslom, ktoré sa uvažuje.

Kde je to a získajte

Vzorka minerálnej gallity, ktorá je zriedkavá, ale je jediná so značnou koncentráciou gália. Zdroj: Rob Lavinsky, Irocks.com-ccy-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Gallium sa nachádza v zemskej kôre s množstvom úmernej kovovým kovom, olovom a nióbnym kovom. Je prezentovaný ako hydratovaný sulfid alebo oxid, ktorý sa široko šíri ako nečistoty obsiahnuté v iných mineráloch.

Jeho oxidy a sulfidy sú málo rozpustných vo vode, takže koncentrácia gália v moriach a riekach je nízka. Okrem toho je jediným „bohatým“ minerálom kuracie mäso (Cugas₂, horný obrázok). Je však nepraktické využiť kurča, aby ste získali tento kov. Menej známe je stále minerál Gallium Plumogumita.

Preto pre tento kov neexistujú ideálne vetry (s koncentráciou vyššou ako 0,1% v hmotnosti).

Namiesto toho sa gallium získava ako sekundárny produkt kovového ošetrenia iných kovov. Napríklad sa môže extrahovať z bauxitov, zinkových zmesí, býkov, uhlia, gallenov, pyritov, germánskych atď.; To znamená, že je zvyčajne spojený s hliník, zinok, uhlík, olovo, železo a germanio v rôznych minerálnych telách.

Chromatografia iónov a elektrolýzy

Ak sa minerálna surovina strávi alebo rozpustí, buď v silne kyselinových alebo základných prostriedkoch, získa sa zmes kovových iónov rozpustená vo vode. Byť gáliom sekundárnym produktom, jeho ióny³⁺ Zostávajú rozpustené v zmesi, keď sa záujmové kovy zrážajú.

Preto chcete tieto GA oddeliť³⁺ ostatných iónov s jediným účelom zvýšenia jej koncentrácie a čistoty výsledného kovu.

Na tento účel sa okrem konvenčných techník zrážok používa chromatografia iónov použitím živicou. Vďaka tejto technike je GA oddelená (napríklad)³⁺ ca²⁺ alebo viera³⁺.

Po získaní vysoko koncentrovaného roztoku iónov GA³⁺, Je vystavený elektrolýze; To znamená, GA³⁺ Prijímať elektróny, aby ste sa mohli tvoriť ako kov.

Izotopy

Gallium je v prírode hlavne ako dva izotopy: ⁶⁹GA, s množstvom 60,11 %; a ⁷¹GA, s množstvom 39,89 %. Z tohto dôvodu je atómová hmotnosť gália 69 723 u. Ostatné izotopy gália sú syntetické a rádioaktívne, s atómovými hmotami oscilujúcimi medzi ⁵⁶Hrebeň ⁸⁶Utiecť.

Riziká

Environmentálne a fyzické

Z hľadiska životného prostredia nie je kovový gallium príliš reaktívny a rozpustný vo vode, takže ich úniky v teoreticky nepredstavujú vážne riziká kontaminácie. Okrem toho nie je známe, akú biologickú úlohu môže mať v organizmoch, pričom väčšina jeho atómov vylučuje močom, bez známok, že sa môže hromadiť v ktoromkoľvek z jeho tkanív.

Na rozdiel od ortuti, Gallic sa dá manipulovať holými rukami. V skutočnosti je experiment, ktorý sa pokúsi roztaviť s teplom rúk. Človek sa môže dotknúť výslednej striebornej tekutiny bez strachu z poškodenia alebo zranenia jeho pokožky; Aj keď na ňom zanecháva strieborné miesto.

Môže vám slúžiť: oxid siričitý (SO2): štruktúra, vlastnosti, použitia, riziká

Teraz to môže byť toxické, pretože teoreticky by sa rozpustilo v žalúdku, aby vytvorilo GACL₃; Galliciánska soľ, ktorej účinky tela sú nezávislé od kovu.

Poškodenie kovov

Gallium sa vyznačuje zafarbením alebo dodržiavaním povrchov; A ak sú kovové, prechádza ich a okamžite tvorí zliatiny. Táto charakteristika toho, že dokážem zdôrazniť takmer všetky kovy.

Preto kovové predmety vystavujú riziko prasknutia v kusoch v prítomnosti gália. Jeho činnosť môže byť tak pomalá a nepovšimnutá, že prináša nežiaduce prekvapenia; Najmä ak sa vyliala na kovovú stoličku, ktorá by mohla spadnúť, keď v ňom niekto sedí.

Preto by tí, ktorí chcú manipulovať s Galom, by ho nikdy nemali do kontaktu s inými kovmi. Napríklad jej tekutina je schopná rozpustiť hliníkovú fóliu, ako aj preniknúť do indických, železných a plechových kryštálov, aby boli krehké.

Vo všeobecnosti, napriek novo spomenutému.

Žiadosti

Teplomery

Galinstan teplomery. Zdroj: GelegenheitSauter [Pub Pubblish]

Gálium nahradilo ortuť ako kvapalinu na čítanie teplôt označených teplomerom. Jeho fúzny bod 29,7 ° C je však pre túto aplikáciu stále vysoký, čo je dôvod, prečo v jeho kovovom stave by nebolo životaschopné používať ho v teplomeroch; Namiesto toho sa používa zliatina nazývaná Galinstan (GA-in-SN).

Zliatina Galinstanu má topenie okolo -18 ° C a pridal svoju nulovú toxicitu z nej ideálnou látkou na návrh nezávislých lekárskych teplomerov ortuti. Týmto spôsobom, ak zlomíte, bolo by bezpečné vyčistiť katastrofu; Aj keď by to zašpinilo podlahu kvôli jej schopnosti navlhčiť povrchy.

Výroba zrkadiel

Opäť sa spomína o vlhkosti gália a jeho zliatiny. Pri dotýkaní sa porcelánového povrchu alebo skla sa šíri po celom povrchu, aby ho úplne zakryl v striebornom zrkadle.

Okrem zrkadiel sa zliatiny Gallium použili na vytváranie objektov vo všetkých formách, pretože akonáhle sa ochladia, stuhnite. Mohlo by to mať veľký nanotechnologický potenciál: budovanie objektov veľmi malých rozmerov, ktoré by logicky fungovali pri nízkych teplotách a vykazovali jedinečné vlastnosti založené na gáliu.

Počítače

Z zliatin Gallium boli vyvinuté tepelné cestoviny používané v počítačových procesoroch.

Drogy

Ióny³⁺ Udržiavajú určitú podobnosť k viere³⁺ V tom, ako zasahujú do metabolických procesov. Preto, ak existuje funkcia, parazit alebo baktérie, ktoré vyžadujú, aby sa železo vykonávali, môžu sa zastaviť zmätením gália; Taký je prípad baktérií Pseudomonas.

Preto sa objavujú lieky na gália, ktoré môžu jednoducho pozostávať z ich anorganických solí alebo organogálnych. La Ganita, obchodný názov pre Gallium Dusičnan, GA (nie₃)₃, Používa sa na reguláciu vysokých koncentrácií vápnika (hyperkalciémia) spojená s rakovinou kostí.

Technologický

Gallium Arseniuro a Nituro. S nimi boli vyrobené tranzistory, lasery a žiariče svetla (modrá a fialová), hranolky, solárne články atď. Napríklad vďaka laserom ganu si môžete prečítať disky Blu-ray.

Katalyzátory

Oxidy gália sa použili na štúdium svojej katalýzy v rôznych organických reakciách veľkého priemyselného záujmu. Jeden z najnovších galských katalyzátorov pozostáva z vlastnej tekutiny, na ktorej sú rozptýlené atómy iných kovov, ako sú aktívne centrá alebo miesta.

Napríklad katalyzátor Galio-Paladio bol študovaný v reakcii na dehygenáciu butánu; to znamená, urobte bután. Tento katalyzátor pozostáva z tekutého gália, ktorý pôsobí ako podpora atómov paladium.

Odkazy

1. Sella Andrea. (23. september 2009). Gálium. Svet chémie. Získané z: Chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Gálium. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Li, r., Wang, l., Li, L., Yu, t., Zhao, h., Chapman, K. W. Liu, h. (2017). Miestna štruktúra kvapalného gália pod tlakom. Scientific Reports, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama D. Sharma a Jerry Donohue. (1962). Vylepšenie kryštálovej štruktúry gália. Zeitschrift fiir KristallÓgraphie, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin a., Liu, x. a kol. (2011). Distribúcia, výskyt a obohatenie príčin gália v uhlí z Jungar Coalfield vo vnútornom Mongolsku. Sci. Čína Zem Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/s11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (s.F.). Gálium. Získané z: Nautilus.Fis.Uc.Pt
7. Redaktori Enyclopaedia Britannica. (5. apríla 2018). Gálium. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
8. Kvet Josh. (3. apríla 2017). Gallium: Topí sa v ústach, nie vaše ruky! Americká rada pre vedu a zdravie. Získané z: ACSH.orgán
9. DR. Doug Stewart. (2019). Fakty gália. Chemickolák. Získané z: Chemicool.com
10. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Gálium. Databáza pubchem. CID = 5360835. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda