Galioeigenschaften, Struktur, erhalten, verwendet

Er Gallium Es ist ein metallisches Element, das durch das GA -Symbol dargestellt wird und zu Gruppe 13 der Periodenzüchter gehört. Chemisch sieht es wie Aluminium in seinem Amphoterismus aus; Beide Metalle zeigen jedoch Eigenschaften, die sie für einander differenzierbar machen.

Zum Beispiel können Aluminiumlegierungen daran arbeiten, ihnen alle Arten von Figuren zu geben; Während die des Galliums sehr niedrige Schmelzpunkte haben, bestehend aus Silberflüssigkeiten. Ebenso ist der Schmelzpunkt des Galliums niedriger als der von Aluminium; Der erste kann durch die Handhitze schmelzen, während der zweite nicht der Fall ist.

Galliumkristalle durch Ablagerung erhalten. Quelle: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Die chemische Ähnlichkeit zwischen Gallien und Aluminium gruppiert sie auch geochemisch; Das heißt, Mineralien oder reichhaltiges Aluminium wie Bauxiten haben geschätzte Galliumkonzentrationen. Abgesehen von dieser mineralogischen Quelle gibt es andere Zink, Blei und Kohlenstoff, die in der gesamten Erdkruste weit verbreitet sind.

Im Volksmund ist Gallium kein bekanntes Metall. Sein bloßer Name kann das Bild eines Hahns berücksichtigen. Tatsächlich werden grafische und allgemeine Darstellungen des Galliums normalerweise mit dem Bild eines Silberhahns gefunden. Mit flüssigem Gallium, Substanz von großer Benetzung über Glas, Keramik und derselben Hand gestrichen.

Die Experimente, in denen metallische Galliumstücke geschmolzen sind.

Während das Gallium nicht giftig ist, wie Quecksilber, ist es ein destruktives Mittel mit Metall, weil sie sie spröde und unbrauchbar machen (in erster Linie). Andererseits intervenieren pharmakologisch in die Prozesse, in denen biologische Matrizen Eisen verwenden.

Für diejenigen, die sich in der Welt der Optolektronik und Halbleiter befinden, haben sie das Gallium in hohem Maße, vergleichbar und vielleicht demselben Silizium überlegen. Andererseits wurden Thermometer, Spiegel und Objekte basierend auf ihren Legierungen mit dem Gallischen hergestellt.

Chemisch gesehen hat dieses Metall noch viel zu bieten. Vielleicht im Bereich der Katalyse, der Kernenergie, bei der Entwicklung neuer Halbleitermaterialien oder "einfach" bei der Klärung seiner verwirrenden und komplexen Struktur.

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Geschichte

Vorhersagen seiner Existenz

1871 hatte der russische Chemiker Dmitri Mendeleev bereits die Existenz eines Elements vorhergesagt, dessen Eigenschaften denen von Aluminium ähnelten; Zu dem nannte er Ekaluminio. Dieses Element sollte sich direkt unter Aluminium befinden. Mendeleev prognostizierte auch die Eigenschaften (Dichte, Schmelzpunkt, Formeln seiner Oxide usw.) des Ekaluminio.

Entdeckung und Isolation

Überraschenderweise hatte der französische Chemiker Paul-Emili Lecoq von Boisbaudran ein neues Element in einer Stichprobe von Sphalerit (Zink Blenda) aus den Pyrenäen gefunden. Er konnte es dank einer spektroskopischen Analyse entdecken, in der er das Spektrum von zwei violetten Linien beobachtete, die nicht mit dem eines anderen Elements übereinstimmten.

Nachdem Lecoq ein neues Element entdeckt hatte, führte er Experimente mit 430 kg Sphalerit durch, aus denen er 0,65 Gramm davon isolieren konnte; Und nach einer Reihe von Messungen seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften kam es zu dem Schluss, dass es die Ekaluminos von Mendeleev war.

Um es zu isolieren, führte LECOQ die Elektrolyse seines jeweiligen Hydroxids in Kaliumhydroxid durch; Wahrscheinlich das gleiche, mit dem er den Spheny auflöste. Indem er bescheinigte, dass es das Ekaluminio war und auch sein Entdecker war, gab er ihm den Namen "Galio" (Galium in englischer Sprache). Dieser Name stammt aus dem Namen 'Gallia', was in lateinischer Bedeutung Frankreich bedeutet.

Der Name zeigt jedoch eine weitere Neugier: 'Lecoq' in Französisch bedeutet 'Gallo' und in lateinischer 'Gallus'. Als Metall wurde Gallus 'Gallium'; Obwohl auf Spanisch die Konvertierung viel direkter ist. Daher ist es kein Zufall, dass Sie an einen Hahn denken, wenn Sie über die Gallischen sprechen.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Aussehen und physikalische Eigenschaften

Gallia. Sein Feststoff ist weich und spröde, und wenn Frakturen es auf eine kontenale Weise tut; Das heißt, die gebildeten Teile sind gekrümmt, ähnlich wie bei den Seebärchen.

Wenn er schmilzt, kann er je nach Winkel, mit dem er beobachtet hat, eine bläuliche Helligkeit zeigen. Diese Silberflüssigkeit ist nicht toxisch für Kontakt; Es "klammert" jedoch zu sehr an Oberflächen, insbesondere wenn es sich um Keramik oder Glas handelt. Zum Beispiel kann ein einzelner Tropfen Gallium das Innere eines Glasglas durchdringen, um es von einem silbernen Spiegel abzudecken.

Wenn ein festes Fragment in Flüssigkeit abgelagert wird, dient es als Kern, in dem sich Routilating Galliumkristalle entwickeln und wachsen.

Atomnummer (z)

31 (₃₁GA)

Molmasse

69.723 g/mol

Schmelzpunkt

29.7646 ºC. Diese Temperatur kann erreicht werden, wenn ein Galliumglas zwischen beiden Händen zum Schmelzen gehalten wird.

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Siedepunkt

2400 ºC. Beachten Sie die große Lücke zwischen 29,7 ºC und 2400 ° C; Das heißt, das flüssige Gallium hat einen sehr niedrigen Dampfdruck, und dies wird von einem der Elemente mit dem größten Temperaturunterschied zwischen Flüssigkeit und gasförmigem Zustand hergestellt.

Dichte

-Bei Raumtemperatur: 5,91 g/cm³

-Am Schmelzpunkt: 6.095 g/cm³

Beachten Sie, dass dasselbe mit dem Gallium wie mit dem Wasser passiert: Die Dichte seiner Flüssigkeit ist größer als die seines Feststoffs. Daher schweben ihre Kristalle über flüssigem Gallium (Gallium -Eisbergs). Tatsächlich ist die Ausdehnung des festen Volumens (dreimal) so, was unpraktisch ist, flüssiges Gallium in Behältern zu speichern, die keine Kunststoffe sind.

Fusionshitze

5.59 kJ/mol

Verdampfungswärme

256 kJ/mol

Molarenwärmekapazität

25.86 J/(mol · k)

Dampfdruck

Bei 1037 ° C übt nur Ihre Flüssigkeit einen Druck von 1 PA aus.

Elektronegativität

1,81 auf der Paulingskala

Ionisationsenergien

-Erstens: 578,8 kJ/mol (GA⁺ gasförmig)

-Zweitens: 1979.3 KJ/Mol (GA²⁺ gasförmig)

-Dritter: 2963 kJ/mol (GA³⁺ gasförmig)

Wärmeleitfähigkeit

40,6 w/(m · k)

Elektrischer widerstand

270 nΩ · m bei 20 ºC

Mohs Härte

1.5

Schmiere

1.819 CP bei 32 ºC

Oberflächenspannung

709 Dins/cm a 30 ºC

Anfoterismus

Gallium ist wie Aluminium amphoterisch; reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Basen. Beispielsweise können starke Säuren es auflösen, um Gallienverkäufe zu bilden (III); Wenn sie h sind₂SW₄ und hno₃, Sie produzieren Ga₂(SW₄)₃ und gewonnen₃)₃, bzw. Bei der Reaktion mit starken Basen gibt es Gültigkeitssalze mit dem Ga Ion (OH)₄^-.

Beachten Sie die Ähnlichkeit zwischen der GA (OH)₄^- Und die (oh)₄^- (Aluminat). Wenn der Galliumhydroxid (III), GA (OH) in die Umwelt hinzugefügt wird, wird gebildet₃, das ist auch amphoter; Bei der Reaktion mit starken Basen produziert GA (OH) wieder₄^-, Aber wenn es mit starken Säuren reagiert, freisetzt es die komplexe ACU₂)₆]³⁺.

Reaktivität

Das metallische Gallium ist bei Raumtemperatur relativ inert. Es reagiert nicht mit der Luft, da eine dünne Oxidschicht₂ENTWEDER₃, schützt es vor Sauerstoff und Schwefel. Wenn sich jedoch die Oxidation des Metalls fortsetzt und sich vollständig in sein Oxid verwandelt. Und wenn Schwefel vorhanden ist, reagieren bei hohen Temperaturen auf die GA₂S₃.

Es gibt nicht nur Galliumoxide und Sulfide, sondern auch Phosphide (Lücke), Arseniuros (GaAs), Nitro (GaN) und Antimoniuros (Gasb). Solche Verbindungen können durch direkte Reaktion der Elemente bei hohen Temperaturen oder durch alternative synthetische Routen entstehen.

Ebenso kann Gallium mit Halogenen reagieren, um ihre jeweiligen Haluros zu bilden. wie Ga₂Cl₆, GAF₃ und Ga₂Yo₃.

Dieses Metall kann wie Aluminium und seine Kongenere (Mitglieder derselben Gruppe 13) kovalent mit Kohlenstoffatomen interagieren, um biologischallische Verbindungen zu verursachen. Bei Personen mit GA-C-Verbindungen werden sie als Organogale bezeichnet.

Das interessanteste des Galliums ist keines seiner früheren chemischen Eigenschaften, sondern seine enorme Leichtigkeit, mit der es angehoben werden kann (ähnlich wie Mercury und seine Verschmelzungsprozesse). Ihre GA -Atome sind schnell zwischen Metallkristallen "Code", was Galliumlegierungen hervorruft.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Komplexität

Gallium ist nicht nur ungewöhnlich die Tatsache, dass es sich um ein Metall handelt, das die Hitze der Handfläche findet, sondern auch seine Struktur ist komplex und unsicher.

Einerseits ist bekannt, dass ihre Kristalle unter normalen Bedingungen eine ortorrombische Struktur (GA-I) anwenden; Dies ist jedoch nur eine der vielen möglichen Phasen für dieses Metall, in dem nicht angegeben ist, was die Reihenfolge seiner Atome genau ist. Es ist daher eine komplexere Struktur, als mit dem bloßen Auge erscheinen könnte.

Es scheint, dass die Ergebnisse je nach Winkel oder Richtung variieren, in der seine Struktur (Anisotropie) analysiert wird (Anisotropie). Ebenso sind diese Strukturen sehr anfällig für die geringste Änderung der Temperatur oder des Drucks, wodurch Gallium zum Zeitpunkt der Interpretation der Daten nicht als einzelne Kristallart definiert wird.

Dimere

GA -Atome interagieren dank der metallischen Verbindung miteinander. Zwischen zwei benachbarten Atomen wurde jedoch ein gewisses Maß an Kovalenz gefunden, sodass die Existenz des GA -Dimers angenommen wird₂ (Gaga).

Theoretisch sollte diese kovalente Bindung durch die Überlappung des 4P -Orbitals mit seinem einzigen Elektron gemäß der elektronischen Konfiguration gebildet werden:

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹

Diese Mischung aus kovalenten metallischen Wechselwirkungen wird auf den niedrigen Schmelzpunkt des Galliums zurückgeführt; Da kann es einerseits ein „Meer von Elektronen“ geben, das die GA -Atome im Glas andererseits stark aufrechterhält₂, deren intermolekulare Wechselwirkungen sind schwach.

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Phasen unter hohem Druck

Wenn der Druck von 4 auf 6 GPa zunimmt, leiden Galliumkristalle Phasenübergänge; Von den ortorrombischen Übergängen über den Kubikum, das sich auf den Körper (GA-II) zentriert. Im Presseintervall bilden sich möglicherweise eine Mischung von Kristallen, die die Interpretation von Strukturen noch schwieriger machen.

Oxidationszahlen

Die meisten Energieelektronen sind diejenigen, die in 4S- und 4P -Orbitalen enthalten sind. Mit drei von ihnen wird daher erwartet, dass das Gallium sie in Kombination mit mehr elektronegativen Elementen als er verlieren kann.

In diesem Fall wird die Existenz des Ga -Kationen angenommen³⁺, Und es wird gesagt, dass sein Anzahl oder den Oxidationsstatus +3 oder GA (III) beträgt. Tatsächlich ist dies die häufigste aller Oxidationszahlen. Die folgenden Verbindungen besitzen zum Beispiel Gallium als +3: GA₂ENTWEDER₃ (Ga₂³⁺ENTWEDER₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) und Ga₂Tee₃ (Ga₂³⁺Tee₃^2-).

Das Gallium kann auch Oxidationszahlen von +1 und +2 finden; Obwohl sie viel seltener als +3 sind (ähnlich wie bei Aluminium). Beispiele für solche Verbindungen sind die GaCl (GA⁺Cl^-), Ga₂Oder (ga₂⁺ENTWEDER^2-) und das Gas (GA²⁺S^2-).

Beachten Sie, dass die Existenz von Ionen mit Lastgrößen identisch mit der Oxidationszahl, die berücksichtigt wird.

Wo ist es und erhalten

Eine Probe von Mineralgallita, die selten ist, aber die einzige mit einer merklichen Konzentration von Gallium ist. Quelle: Rob Lavinsky, Irocks.com-c-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Gallia. Es wird als hydratisiertes Sulfid oder Oxid dargestellt, das weit verbreitet ist, als Verunreinigungen in anderen Mineralien enthalten.

Seine Oxide und Sulfide sind nur wenig wasserlöslich, so dass die Konzentration des Galliums in den Meeren und Flüssen niedrig ist. Darüber hinaus ist das einzige "reichhaltige" Mineral das Huhn (Cugas₂, oberes Bild). Es ist jedoch unpraktisch, das Huhn zu nutzen, um dieses Metall zu erhalten. Weniger bekannt ist immer noch das Gallium plumbogumita Mineral.

Daher gibt es keine idealen Winde für dieses Metall (mit einer Konzentration von mehr als 0,1% in der Masse).

Stattdessen wird Gallium als sekundäres Produkt der Metallbehandlung anderer Metalle erhalten. Zum Beispiel kann es aus den Bauxiten, Zink -Blendas, Bullen, Kohlen, Gallens, Pyriten, Germanitas usw. extrahiert werden.; Das heißt, es ist normalerweise mit Aluminium, Zink, Kohlenstoff, Blei, Eisen und Germanio in verschiedenen Mineralkörpern verbunden.

Ionen- und Elektrolyseaustauschchromatographie

Wenn der Mineralrohstoff entweder in stark sauren oder grundlegenden Mitteln verdaut oder gelöst wird. Das Gallium ist ein Sekundärprodukt, seine GA -Ionen³⁺ Sie bleiben in der Mischung aufgelöst, sobald die von interessierten Metalle ausgelöst sind.

So möchten Sie diese GA trennen³⁺ der anderen Ionen mit dem alleinigen Zweck, seine Konzentration und Reinheit des resultierenden Metalls zu erhöhen.

Zu diesem Zweck wird neben herkömmlichen Niederschlagstechniken die Ionenaustauschchromatographie unter Verwendung eines Harzes verwendet. Dank dieser Technik ist die GA getrennt (zum Beispiel)³⁺ von ca²⁺ oder Glaube³⁺.

Sobald eine hoch konzentrierte Lösung von GA -Ionen erhalten wurde³⁺, Es ist Elektrolyse ausgesetzt; Das heißt, die GA³⁺ Elektronen empfangen, um sich als Metall formen zu können.

Isotope

Gallium ist in der Natur hauptsächlich als zwei Isotope: die ⁶⁹GA mit einer Fülle von 60,11 %; und das ⁷¹GA mit einer Fülle von 39,89 %. Aus diesem Grund beträgt das Atomgewicht des Galliums 69.723 U. Die anderen Galliumisotope sind synthetisch und radioaktiv, wobei Atommassen zwischen schwingen ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Risiken

Umwelt und physisch

Aus der Sicht der Umwelt ist das metallische Gallium in Wasser nicht sehr reaktiv und löslich, sodass ihre theoretisch keine schwerwiegenden Kontaminationsrisiken darstellen. Darüber hinaus ist nicht bekannt.

Im Gegensatz zu Quecksilber kann Gallic mit nackten Händen manipuliert werden. Tatsächlich ist das Experiment, um zu versuchen, es mit der Hitze der Hände zu schmelzen. Eine Person kann die resultierende silberne Flüssigkeit berühren, ohne Angst zu haben, ihre Haut zu beschädigen oder zu verletzen. Obwohl es einen silbernen Fleck darauf hinterlässt.

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Jetzt könnte es giftig sein, da es theoretisch im Magen auflöst, um GaCl zu erzeugen₃; Galerisch Salz, dessen Körpereffekte unabhängig von Metall sind.

Schäden an Metallen

Gallium ist durch Färben oder Halten an Oberflächen gekennzeichnet; Und wenn diese metallisch sind, kreuzt es sie und bildet sofort Legierungen. Dieses Merkmal, dass es in der Lage ist, auf fast alle Metalle zu sein.

Daher gehen metallische Objekte das Risiko aus, in Stücke in Gegenwart von Gallium zu knacken. Seine Aktion kann so langsam und unbemerkt sein, dass es unerwünschte Überraschungen bringt; Vor allem, wenn es auf einem Metallstuhl verschüttet wurde, der fallen könnte, wenn jemand darin sitzt.

Deshalb sollten diejenigen, die Gallien manipulieren möchten, niemals mit anderen Metallen in Kontakt setzen. Zum Beispiel kann seine Flüssigkeit die Aluminiumfolie auflösen und sich in die indischen, Eisen- und Zinnkristalle schleichen, um sie spröde zu machen.

Im Allgemeinen trotz der neu erwähnten.

Anwendungen

Thermometer

Galinstan Thermometer. Quelle: Gelegenheitsauter [Pub Pubblish]

Das Gallium hat Quecksilber als Flüssigkeit ersetzt, um die vom Thermometer gekennzeichneten Temperaturen zu lesen. Der Fusionspunkt von 29,7 ° C ist jedoch für diese Anwendung immer noch hoch, weshalb es in seinem metallischen Zustand nicht lebensfähig wäre, sie in den Thermometern zu verwenden. Stattdessen wird eine Legierung namens Galinstan (GA-in-SN) verwendet.

Die Galinstan -Legierung hat einen Schmelzpunkt um -18 ° C. Die Null -Toxizität macht sie zu einer idealen Substanz für die Gestaltung unabhängiger medizinischer Thermometer von Quecksilber. Auf diese Weise wäre es sicher, die Katastrophe zu reinigen, wenn Sie brechen. Obwohl es den Boden aufgrund seiner Fähigkeit, die Oberflächen zu nassen.

Herstellung von Spiegeln

Wieder wird die Nässe des Galliums und seiner Legierungen erwähnt. Beim Berühren einer Porzellanoberfläche oder eines Glas.

Neben den Spiegeln wurden Galliums Legierungen verwendet, um Objekte in allen Formen zu erstellen, denn sobald sie abkühlen, verfestigen sie sich. Dies könnte ein großes nanotechnologisches Potenzial haben: Aufbau von Objekten mit sehr kleinen Abmessungen, die logischerweise bei niedrigen Temperaturen funktionieren und einzigartige Eigenschaften auf der Grundlage des Galliums aufweisen würden.

Computers

Aus Galliumlegierungen, die thermische Pasta, die in Computerprozessoren verwendet wurden, wurden entwickelt.

Drogen

GA -Ionen³⁺ Sie haben eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Glauben³⁺ In der Art und Weise, wie sie in Stoffwechselprozesse eingreifen. Wenn es also eine Funktion, Parasiten oder Bakterien gibt, die eine Eisen erfordern, können sie aufhören, indem sie es durch das Gallium verwirren; Dies ist der Fall von Pseudomonas -Bakterien.

Hier erscheinen also Galliumdrogen, die einfach aus ihren anorganischen Salzen oder Organogal bestehen können. La Ganita, kommerzieller Name für Galliumnitrat, GA (Nein₃)₃, Es wird verwendet, um hohe Calciumkonzentrationen (Hyperkalzämie) zu regulieren, die mit Knochenkrebs verbunden sind.

Technologisch

Gallium Arseniuro und Nituro. Mit ihnen wurden Transistoren, Laser und Lichtemitter (blau und violett), Chips, Solarzellen usw. hergestellt. Zum Beispiel können Sie an die Laser des Gan die Blu-ray-Discs lesen.

Katalysatoren

Galliumoxide wurden verwendet, um ihre Katalyse in verschiedenen organischen Reaktionen von großem industriellem Interesse zu untersuchen. Eine der jüngsten gallischen Katalysatoren besteht aus seiner eigenen Flüssigkeit, auf der Atome anderer Metalle wie aktive Zentren oder Standorte verteilt sind.

Zum Beispiel wurde der Galo-Paladio-Katalysator bei der Reaktion der Butandehygenierung untersucht; das heißt, machen Butan. Dieser Katalysator besteht aus flüssigem Gallium, der als Unterstützung für Paladiumatome fungiert.

Verweise

1. Sella Andrea. (23. September 2009). Gallium. Chemiewelt. Erholt von: Chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Gallium. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org
3. Li, r., Wang, l., Kleine., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Lokale Struktur des flüssigen Galliums unter Druck. Wissenschaftliche Berichte, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma & Jerry Donohue. (1962). Eine Verfeinerung der Kristallstruktur von Gallium. Zeitschrift Fiir Kristallógraphie, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin, und., Liu, x. et al. (2011). Verteilung, Vorkommen und Anreicherungsursachen von Gallium in Kohlen aus dem Jungar Coalfield, der inneren Mongolei. Sci. China Earth Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (S.F.). Gallium. Geborgen von: nautilus.Fis.UC.Pt
7. Die Herausgeber von Enyclopaedia Britannica. (5. April 2018). Gallium. Encyclopædia Britannica. Erholt von: Britannica.com
8. Blüte Josh. (3. April 2017). Gallium: schmilzt in deinem Mund, nicht in deinen Händen! Der amerikanische Rat für Wissenschaft und Gesundheit. Erholt von: ACSH.Org
9. DR. Doug Stewart. (2019). Galliumelement -Fakten. Chemicool. Erholt von: Chemicoolool.com
10. Nationales Zentrum für Biotechnologie Information. (2019). Gallium. Pubchem -Datenbank. CID = 5360835. Erholt von: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Regierung