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.

Содержание

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

    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.

    Источник: jgems.ru

    Читайте также  Пирожное «Картошка» — 10 рецептов в домашних условиях
Mila Vitsa