A gallium olvadó fém. A gallium egy ritka fém, amely megolvad a kezében

A 31-es rendszámú elemről a legtöbb olvasó csak arra emlékszik, hogy egyike annak a három elemnek, amelyet D.I. jósolt meg és írt le a legrészletesebben. Mengyelejev, és hogy a gallium nagyon olvadó fém: a tenyér hője elegendő ahhoz, hogy folyadékká alakuljon.

A gallium azonban nem a legolvadóbb fém (még ha nem is számítjuk a higanyt). Olvadáspontja 29,75 °C, a cézium 28,5 °C-on olvad; csak a cézium, mint minden alkálifém, nem vihető a kezébe, így természetesen könnyebben megolvasztja a galliumot a tenyerében, mint a céziumot.

Szándékosan kezdtük a 31. elemről szóló történetünket azzal, hogy megemlítettünk valamit, amit szinte mindenki tud. Mert ez az „ismert” magyarázatot igényel. Mindenki tudja, hogy a galliumot Mengyelejev jósolta, és Lecoq de Boisbaudran fedezte fel, de nem mindenki tudja, hogyan történt a felfedezés. Szinte mindenki tudja, hogy a gallium olvadó, de arra a kérdésre, hogy miért olvad, szinte senki sem tud válaszolni.

Hogyan fedezték fel a galliumot?

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus három új elem felfedezőjeként vonult be: a gallium (1875), a szamárium (1879) és a diszprózium (1886). E felfedezések közül az első meghozta neki a hírnevet.

Akkoriban Franciaországon kívül kevéssé ismerték. 38 éves volt, és elsősorban spektroszkópiai kutatásokkal foglalkozott. Lecoq de Boisbaudran jó spektroszkópia volt, és ez végül sikerhez vezetett: spektrális elemzéssel fedezte fel mindhárom elemét.

1875-ben Lecoq de Boisbaudran megvizsgálta a Pierrefitte-ből (Pireneusok) hozott cinkkeverék spektrumát. Ebben a spektrumban egy új ibolya vonalat fedeztek fel (hullámhossz: 4170 Å). Az új vonal egy ismeretlen elem jelenlétét jelezte az ásványban, és természetesen a Lecoq de Boisbaudran mindent megtett ennek az elemnek az elkülönítésére. Ez nehezen kivitelezhetőnek bizonyult: az új elem tartalma az ércben kevesebb, mint 0,1%, és sok tekintetben hasonlított a cinkhez*. Hosszas kísérletek után a tudósnak sikerült új elemet szereznie, de nagyon kis mennyiségben. Olyan kicsi (kevesebb, mint 0,1 g), hogy a Lecoq de Boisbaudrap nem tudta teljes mértékben tanulmányozni fizikai és kémiai tulajdonságait.

* Az alábbiakban ismertetjük, hogyan nyerik a galliumot cinkkeverékből.

A gallium felfedezése - így nevezték el az új elemet Franciaország tiszteletére (Gallia a latin neve) - megjelent a Párizsi Tudományos Akadémia beszámolóiban.

Ezt az üzenetet D.I. Mengyelejev és galliumban felismerte az eka-alumíniumot, amit öt évvel korábban megjósolt. Mengyelejev azonnal írt Párizsnak. „A felfedezés és az elkülönítés módszere, valamint a leírt néhány tulajdonság arra enged következtetni, hogy az új fém nem más, mint az eka-alumínium” – áll a levelében. Ezután megismételte az elemre megjósolt tulajdonságokat. Ráadásul anélkül, hogy galliumszemeket tartott volna a kezében, anélkül, hogy személyesen látta volna, az orosz kémikus azzal érvelt, hogy az elem felfedezője tévedett, és az új fém sűrűsége nem lehet egyenlő 4,7-tel, ahogy Lecoq de Boisbaudran írta. - nagyobbnak kell lennie, megközelítőleg 5,9...6,0 g/cm 3!

Bármilyen furcsa is, igenlő, „megerősítő” közül az elsők csak ebből a levélből értesültek a periodikus törvény létezéséről. Még egyszer izolált és gondosan tisztított galliumszemeket, hogy ellenőrizze az első kísérletek eredményeit. Egyes tudománytörténészek úgy vélik, hogy ezt azzal a céllal tették, hogy megszégyenítsék a magabiztos orosz „jóslót”. A tapasztalat azonban az ellenkezőjét mutatta: a felfedező tévedett. Később ezt írta: „Szerintem nem szükséges rámutatni arra, hogy egy új elem sűrűsége milyen kivételes fontossággal bír Mengyelejev elméleti nézeteinek megerősítése szempontjából.”

A 31. számú elem Mengyelejev által megjósolt egyéb tulajdonságai szinte pontosan egybeestek a kísérleti adatokkal. "Mengyelejev jóslatai kisebb eltérésekkel beigazolódtak: az eka-alumínium galliummá változott." Engels így jellemzi ezt az eseményt a Természet dialektikájában.

Mondanunk sem kell, hogy a Mengyelejev által megjósolt elemek közül az első felfedezése jelentősen megerősítette a periodikus törvény pozícióját.

Miért olvadó a gallium?

A gallium tulajdonságait megjósolva Mengyelejev úgy vélte, hogy ennek a fémnek olvaszthatónak kell lennie, mivel a csoport analógjai - alumínium és indium - szintén nem tűzállóak.

De a gallium olvadáspontja szokatlanul alacsony, ötször alacsonyabb, mint az indiumé. Ez a galliumkristályok szokatlan szerkezetével magyarázható. Kristályrácsát nem egyes atomok (mint a „normál” fémeknél), hanem kétatomos molekulák alkotják. A Ga 2 molekulák nagyon stabilak, még akkor is megmaradnak, ha a galliumot folyékony állapotba visszük. De ezeket a molekulákat csak gyenge van der Waals erők kapcsolják egymáshoz, és nagyon kevés energiára van szükség a kötelékük lebontásához.

A 31. számú elem néhány egyéb tulajdonsága a molekulák kétatomosságához kapcsolódik. Folyékony állapotban a gallium sűrűbb és nehezebb, mint szilárd állapotban. A folyékony gallium elektromos vezetőképessége is nagyobb, mint a szilárd galliumé.

Hogyan néz ki a gallium?

Külsőleg inkább ónhoz hasonlít: ezüstös-fehér lágy fém, nem oxidálódik és nem szennyeződik a levegőben.

És a legtöbb kémiai tulajdonságban a gallium közel áll az alumíniumhoz. Az alumíniumhoz hasonlóan a gallium atomnak is három elektronja van a külső pályáján. Az alumíniumhoz hasonlóan a gallium is könnyen reakcióba lép a halogénekkel (a jód kivételével), még hidegben is. Mindkét fém könnyen oldódik kénsavban és sósavban, és mindkettő reakcióba lép lúgokkal és amfoter hidroxidokat ad. A reakció disszociációs állandói

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3–3

– azonos rendelési mennyiségek.

Vannak azonban különbségek a gallium és az alumínium kémiai tulajdonságaiban.

A galliumot a száraz oxigén csak 260°C feletti hőmérsékleten oxidálja észrevehetően, az alumíniumot pedig, ha megfosztja védő oxidfilmjétől, az oxigén nagyon gyorsan oxidálja.

Hidrogénnel a gallium a bór-hidridekhez hasonló hidrideket képez. Az alumínium csak a hidrogént képes feloldani, de nem reagál vele.

A gallium hasonló a grafithoz, a kvarchoz és a vízhez.

Grafiton – mert szürke nyomot hagy a papíron.

Kvarchoz – elektromos és termikus anizotrópia.

A galliumkristályok elektromos ellenállásának nagysága attól függ, hogy melyik tengely mentén folyik az áram. A maximális és minimális arány 7, több mint bármely más fém. Ugyanez vonatkozik a hőtágulási együtthatóra is.

Értékei három krisztallográfiai tengely irányában (a galliumkristályok rombusz alakúak) 31:16:11 arányban vannak.

A gallium pedig abban hasonlít a vízhez, hogy amikor megkeményedik, kitágul. A mennyiség növekedése észrevehető – 3,2%.

Ezen ellentmondásos hasonlóságok kombinációja önmagában a 31. számú elem egyedi egyéniségéről beszél.

Ezenkívül olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek egyetlen elemben sem rejlenek. Ha megolvadt, az olvadáspontja alatti hőmérsékleten több hónapig túlhűtött állapotban maradhat. Ez az egyetlen fém, amely hatalmas, 30 és 2230 °C közötti hőmérséklet-tartományban folyadék marad, gőzeinek illékonysága minimális. Mélyvákuumban is csak 1000°C-on párolog el észrevehetően. A galliumgőz a szilárd és folyékony fémekkel ellentétben egyatomos. A Ga 2 → 2Ga átmenet nagy mennyiségű energiát igényel; Ez magyarázza a gallium párolgási nehézségét.

A folyékony halmazállapotú nagy hőmérséklet-tartomány az alapja a 31. számú elem egyik fő műszaki alkalmazásának.

Mire jó a gallium?

A gallium hőmérők elvileg 30 és 2230°C közötti hőmérsékletet képesek mérni. A gallium hőmérők már 1200°C-ig is elérhetők.

A 31. számú elemet jelzőberendezésekben használt, alacsony olvadáspontú ötvözetek előállítására használják. A gallium-indium ötvözet már 16°C-on megolvad. Ez a legolvadékonyabb az összes ismert ötvözet közül.

A félvezetők „lyuk” vezetőképességét fokozó III. csoportba tartozó elemként a galliumot (legalább 99,999%-os tisztaságú) használják germánium és szilícium adalékaként.

A gallium intermetallikus vegyületei az V. csoportba tartozó elemekkel - antimon és arzén - maguk is félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.

A gallium üvegmasszához való hozzáadása lehetővé teszi magas fénytörési indexű üvegek előállítását, a Ga 2 O 3 alapú üvegek pedig jól áteresztik az infravörös sugarakat.

A folyékony gallium a ráeső fény 88%-át, a szilárd gallium valamivel kevesebbet. Ezért nagyon egyszerűen gyártható galliumtükröket készítenek – a galliumbevonat akár ecsettel is felvihető.

Néha a gallium azon képességét használják, hogy jól nedvesítse a szilárd felületeket, helyettesítve a diffúziós vákuumszivattyúkban a higanyt. Az ilyen szivattyúk jobban „tartják” a vákuumot, mint a higanyszivattyúk.

A galliumot atomreaktorokban próbálták alkalmazni, de ezeknek a kísérleteknek az eredményei aligha tekinthetők sikeresnek. A gallium nemcsak eléggé aktívan befogja a neutronokat (2,71 barn keresztmetszetet rögzít), hanem magas hőmérsékleten is reagál a legtöbb fémmel.

A gallium nem vált atomanyaggá. Igaz, mesterséges radioaktív izotópját, a 72 Ga-t (felezési ideje 14,2 óra) csontrák diagnosztizálására használják. A gallium-72-kloridot és a nitrátot a daganat adszorbeálja, és az erre az izotópra jellemző sugárzás kimutatásával az orvosok szinte pontosan meghatározzák az idegen képződmények méretét.

Mint látható, a 31. számú elem gyakorlati lehetőségei meglehetősen szélesek. A gallium - meglehetősen ritka elem (a földkéreg tömegének 1,5 10 -3%-a) és nagyon szétszórt - beszerzésének nehézségei miatt még nem sikerült teljesen felhasználni őket. Kevés natív gallium ásvány ismert. Első és leghíresebb ásványát, a gallit CuGaS 2-t csak 1956-ban fedezték fel. Később még két, már nagyon ritka ásványt találtak.

A gallium jellemzően cinkben, alumíniumban, vasércekben, valamint szénben található - kisebb szennyeződésként. És ami jellemző: minél nagyobb ez a szennyeződés, annál nehezebb kivonni, mert több gallium van azon fémek érceiben (alumínium, cink), amelyek tulajdonságaiban hasonlóak hozzá. A földi gallium nagy részét az alumínium ásványok tartalmazzák.

A gallium kinyerése drága „öröm”. Ezért a 31. számú elemet kisebb mennyiségben használják, mint bármelyik szomszédját a periódusos rendszerben.

Természetesen lehetséges, hogy a tudomány a közeljövőben felfedez majd valamit a galliumban, ami feltétlenül szükségessé és pótolhatatlanná teszi, ahogyan az Mengyelejev által megjósolt másik elemmel – a germániummal – történt. Alig 30 évvel ezelőtt még a galliumnál is kevesebbet használták, aztán elkezdődött a „félvezetők korszaka”...

Játék a szavakkal?

Egyes tudománytörténészek a 31. számú elem nevében nemcsak hazaszeretetet látnak, hanem felfedezőjének szerénytelenségét is. Általánosan elfogadott, hogy a „gallium” szó a latin Gallia (Franciaország) szóból származik. De ha akarod, láthatod ugyanabban a szóban a „kakas” szó egy csipetnyit! A „kakas” latinul gallus, franciául pedig le coq. Lecoq de Boisbaudran?

Életkortól függően

Az ásványokban a gallium gyakran kíséri az alumíniumot. Érdekes módon ezeknek az elemeknek az aránya az ásványban az ásvány képződésének idejétől függ. A földpátokban 120 ezer alumíniumatomonként egy galliumatom jut. A jóval később kialakult nefelineknél ez az arány már 1:6000, a még „fiatalabb” megkövesedett fában pedig csak 1:13.

Első szabadalom

A gallium használatára vonatkozó első szabadalmat 60 évvel ezelőtt szerezték be. A 31-es számú elemet elektromos ívlámpákban akarták használni.

Elnyomja a ként, kénnel védekezik

Érdekes kölcsönhatás lép fel a gallium és a kénsav között. Ez elemi kén felszabadulásával jár. Ebben az esetben a kén beburkolja a fém felületét, és megakadályozza további feloldódását. Ha forró vízzel mossa le a fémet, a reakció folytatódik, és addig tart, amíg a galliumon új kén „bőr” nem nő.

Rossz hatás

A folyékony gallium reakcióba lép a legtöbb fémmel, és meglehetősen alacsony mechanikai tulajdonságokkal rendelkező ötvözeteket és intermetallikus vegyületeket képez. Ez az oka annak, hogy a galliummal való érintkezés számos szerkezeti anyag erejét veszíti. A berill a legellenállóbb a galliummal szemben: 1000°C-ig sikeresen ellenáll a 31-es számú elem agresszivitásának.

És az oxid is!

Kisebb gallium-oxid-adalékok jelentősen befolyásolják számos fém oxidjainak tulajdonságait. Így a Ga 2 O 3 cink-oxidhoz való hozzákeverése jelentősen csökkenti annak szintereződési képességét. De a cink oldhatósága egy ilyen oxidban sokkal nagyobb, mint a tiszta cinkben. A titán-dioxid elektromos vezetőképessége pedig meredeken csökken, ha Ga 2 O 3-at adunk hozzá.

Hogyan lehet galliumot szerezni

A világon nem találtak galliumérc ipari lelőhelyet. Ezért a galliumot a benne nagyon szegény cink- és alumíniumércekből kell kivonni. Mivel az ércek összetétele és a bennük lévő galliumtartalom nem azonos, a 31. számú elem kinyerésének módjai meglehetősen változatosak. Példaként mondjuk el, hogyan vonják ki a galliumot a cinkkeverékből, abból az ásványból, amelyben ezt az elemet először fedezték fel.

Mindenekelőtt a ZnS cinkkeveréket kiégetik, és a keletkező oxidokat kénsavval kioldják. Sok más fémmel együtt a gallium is feloldódik. Ebben az oldatban a cink-szulfát dominál - a fő termék, amelyet meg kell tisztítani a szennyeződésektől, beleértve a galliumot is. A tisztítás első szakasza az úgynevezett vasiszap kicsapása. A savas oldat fokozatos semlegesítésével ez az iszap kicsapódik. Kb. 10% alumíniumot, 15% vasat és (ami most a legfontosabb számunkra) 0,05...0,1% galliumot tartalmaz. A gallium kinyeréséhez az iszapot savval vagy nátrium-hidroxiddal kilúgozzák – a gallium-hidroxid amfoter. A lúgos módszer kényelmesebb, mivel ebben az esetben a berendezés olcsóbb anyagokból is elkészíthető.

Lúg hatására az alumínium- és galliumvegyületek oldatba kerülnek. Amikor ezt az oldatot gondosan semlegesítjük, gallium-hidroxid kicsapódik. De az alumínium egy része is kicsapódik. Ezért a csapadékot ismét feloldjuk, ezúttal sósavban. Az eredmény egy túlnyomórészt alumínium-kloriddal szennyezett gallium-klorid oldat. Ezek az anyagok extrakcióval elválaszthatók. Étert adunk hozzá, és az AlCl 3-mal ellentétben a GaCl3 szinte teljesen átmegy a szerves oldószerbe. A rétegeket elválasztják, az étert ledesztillálják, és a keletkező gallium-kloridot még egyszer tömény nátronlúggal kezelik, hogy kicsapják és a vasszennyeződést elválasztják a galliumtól. Ebből a lúgos oldatból galliumfémet nyernek. Elektrolízissel nyerik 5,5 V feszültségen. A galliumot rézkatódra rakják le.

Galium és fogak

A galliumot sokáig mérgezőnek tartották. Ezt a tévhitet csak az elmúlt évtizedekben cáfolták meg. Az alacsony olvadáspontú gallium felkeltette a fogorvosok érdeklődését. 1930-ban először javasolták a gallium higannyal való helyettesítését a fogtömésekben. A további kutatások itt és külföldön egyaránt megerősítették egy ilyen csere lehetőségét. A higanymentes fémtöméseket (a higanyt gallium váltja fel) már használják a fogászatban.

Ami 29,76 o C. Ha meleg tenyérbe teszed, fokozatosan kezd szilárdból folyékonyra váltani.

Rövid kirándulás a történelembe

Mi a neve a kezedben olvadó fémnek? Mint fentebb megjegyeztük, egy ilyen anyagot galliumnak neveznek. Elméleti létezését még 1870-ben jósolta meg egy hazai tudós, a kémiai elemek táblázatának szerzője, Dmitrij Mengyelejev. Ennek a feltevésnek az alapja számos fém tulajdonságainak tanulmányozása volt. Akkoriban még egy teoretikus sem gondolhatta volna, hogy a kézben olvadó fém a valóságban is létezik.

Egy rendkívül olvadó anyag szintetizálásának lehetőségét, amelynek megjelenését Mengyelejev megjósolta, Emile Lecoq de Boisbaudran francia tudós bizonyította. 1875-ben sikerült elkülönítenie a galliumot a cinkércből. Az anyaggal végzett kísérletek során a tudós olyan fémet kapott, amely megolvad a kezében.

Ismeretes, hogy Emile Boisbaudran jelentős nehézségeket tapasztalt egy új elem cinkércből való izolálása során. Első kísérletei során mindössze 0,1 gramm galliumot sikerült kivonnia. Azonban még ez is elég volt ahhoz, hogy megerősítse az anyag csodálatos tulajdonságait.

Hol található a gallium a természetben?

A gallium az egyik olyan elem, amely nem érclerakódásként fordul elő. Az anyag nagyon szétszórt a földkéregben. A természetben rendkívül ritka ásványokban, például gallitban és zengeitben található. A laboratóriumi kísérletek során a cink, alumínium, germánium és vasércekből kis mennyiségű gallium izolálható. Néha megtalálható bauxitban, szénlelőhelyekben és más ásványi lelőhelyekben.

Hogyan lehet galliumot szerezni

Jelenleg a tudósok leggyakrabban alumínium-oxid feldolgozása során bányászott alumíniumoldatokból szintetizálják a kézben olvadó fémet. Az alumínium nagy részének eltávolítása és a fémek ismételt koncentrálási eljárása eredményeként lúgos oldatot kapunk, amely kis mennyiségű galliumot tartalmaz. Az ilyen anyagot elektrolízissel izolálják az oldatból.

Alkalmazási területek

A gallium még nem talált alkalmazást az iparban. Ez az alumínium széles körben elterjedt használatának köszönhető, amely szilárd formában hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. Ennek ellenére a gallium ígéretes anyagnak tűnik, mert kiváló félvezető tulajdonságokkal rendelkezik. Ez a fém potenciálisan felhasználható tranzisztorelemek, magas hőmérsékletű áram egyenirányítók és napelemek gyártására. A gallium kiváló megoldásnak tűnik a legnagyobb fényvisszaverő képességű optikai tükörbevonatok készítésére.

A gallium ipari méretű felhasználásának fő akadálya továbbra is az ércekből és ásványokból történő szintézisének magas költsége. Az ilyen fém tonnánkénti ára a világpiacon több mint 1,2 millió dollár.

A gallium eddig csak az orvostudományban talált hatékony alkalmazást. A folyékony formában lévő fémet a csontvesztés lassítására használják rákos betegeknél. A vérzés gyors leállítására használják rendkívül mély sebek jelenlétében az áldozatok testén. Az utóbbi esetben az erek gallium általi elzáródása nem vezet vérrögképződéshez.

Amint fentebb megjegyeztük, a gallium egy fém, amely megolvad a kezében. Mivel az anyag folyékony halmazállapotúvá történő átalakulásához szükséges hőmérséklet valamivel több, mint 29 o C, elegendő a tenyerében tartani. Egy idő után a kezdetben szilárd anyag szó szerint olvadni kezd a szemünk előtt.

Meglehetősen lenyűgöző kísérletet lehet végezni a gallium megszilárdításával. A bemutatott fém hajlamos kitágulni a megszilárdulás során. Egy érdekes kísérlet elvégzéséhez elegendő folyékony galliumot üvegfiolába helyezni. Ezután el kell kezdenie a tartály hűtését. Egy idő után észre fogja venni, hogyan kezdenek fémkristályok képződni a buborékban. Kékes színűek lesznek, szemben az ezüstös árnyalattal, amely folyékony halmazállapotú anyagra jellemző. Ha a hűtést folytatják, a kristályosodó gallium végül felszakítja az üveget.

Végül

Így megtudtuk, milyen fém olvad meg a kézben. Manapság a gallium eladó saját kísérletek elvégzéséhez. Az anyagot azonban rendkívül óvatosan kell kezelni. A szilárd gallium nem mérgező anyag. A folyékony formában lévő anyaggal való hosszan tartó érintkezés azonban a legváratlanabb egészségügyi következményekkel járhat, beleértve a légzésleállást, a végtagok bénulását és a kómába kerülő személyt.

A gallium egy ezüstszürke fém, kékes árnyalattal és meglehetősen törékeny. A természetben tiszta formájában nem található meg, és nyomelem. A földkéreg átlagos galliumtartalma 19 g/t. A gallium ásványi anyagokban található, főleg szfaleritben, magnetitban, kassziritban, gránátban, berillben, turmalinban, spodumenben, flogopitban, biotitban, muszkovitban, szericitben, lepidolitban, kloritban, földpátban, nefelinben, hecmanitban és natrolitban. A meglehetősen ritka ásványi gallit CuGaS₂ a tiszta gallium izolálására szolgál. Ezenkívül a gallium a bauxitfeldolgozás melléktermékeként nyerhető.

A gallium mindössze 29,76°C-on olvad, így még a kezedben is megolvad. Szobahőmérséklethez közeli hőmérsékleten még három fém megolvad: és. De magas toxicitásuk vagy reakciókészségük miatt, ellentétben a galliummal, nem kezelhetők.

Hogyan fedezték fel a galliumot?

A gallium létezését D. I. Mengyelejev megjósolta 1871-ben az általa megfogalmazottak alapján. Mengyelejev az „eka-alumínium” nevet adta ennek az elemnek, és megjósolta tulajdonságait, például sűrűségét és olvadáspontját. Mengyelejev is megjósolta:

• az oxid jellege,
• kapcsolat a klórral alkotott vegyületekben.
• hogy a fém lassan feloldódik savakban és lúgokban;
• nem reagál a levegővel;
• az eka-alumínium-oxidnak (M2O3) reagálnia kell savakkal, hogy MX3 sókat képezzen;
• hogy bázikus sókat kell képeznie;
• a klorid illékonyabb, mint a ZnCl2;
• hogy ezt az elemet spektroszkópia segítségével fedezik fel.

Mengyelejev Nostardamusnak bizonyult a kémiában: amikor a galliumot megszerezték, a tudós által megjósolt összes tulajdonság beigazolódott!

1875-ben Paul Émile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus spektroszkópiával tanulmányozta a szfaleriteket, és felfedezett két lila vonalat, amelyek az új elemhez tartoznak. Egy évvel később a tudós elektrolízissel izolált egy új elemet. Boisbaudran ezt az elemet Franciaország latin neve - Gallia - után nevezte el. Egy legenda szerint a tudós más jelentést adott ennek a névnek. A Lecoq egybecseng a franciával le coq, azaz "kakas" (latinul gallus). Boisbaudran mintha akaratlanul is megörökítette nevét az új elem nevében.

A kapott gallium tanulmányozásával Boisbaudran megállapította, hogy a sűrűség eltér a Mengyelejev által megjósolt sűrűségtől. Amikor Mengyelejev megtudta ezt, ajánlást írt francia kollégájának. És mint kiderült, nem volt hiábavaló: Boisbaudran első adatai valóban tévesek voltak.

A gallium alkalmazásai

A bányászott gallium nagy részét félvezetők előállítására használják fel. Az arzenidet (GaAs) és a gallium-nitridet (GaN) számos eszköz elektronikus alkatrészeiben használják integrált áramkörök, nagy teljesítményű processzorok és mikrohullámú erősítők létrehozására. A gallium-arzenidet különféle elektro-optikai infravörös eszközökben használják. A gallium-alumínium-arzenidet nagy teljesítményű infravörös lézerdiódák előállítására használják. A kék és lila lézerdiódák gallium-nitrid és indium-gallium-nitrid alapúak. A gallium-nitrid lézert egyébként a Blu-ray lemezmeghajtókban használják.

Az űrműholdakra és a roverekre gallium-, foszfid- és indium-gallium-arzenid alapú napelemeket telepítenek.

A galliumnak van egy érdekes tulajdonsága: nagymértékben csökkenti a benne lévő ötvözetek olvadáspontját. Ebben az esetben a hőmérséklet lejjebb csökken, mint az ötvözet egyes komponenseinek hőmérséklete külön-külön (eutektikus kompozíciók). Igen, ötvözet Galinstan(68,5% gallium, 21,5% indium és 10% ón) olvadáspontja -19 °C, és egyes hőmérőkben higany helyett használják.

A galliumot a gyógyászatban is használják. Általában a fémet alacsony toxicitás jellemzi, és nem tölt be természetes biológiai funkciót. Ezért a gallium alapú gyógyszerek felhasználhatók a rák kezelésében és diagnosztizálásában (gallium-67 és -68 izotópok). A galliumot bizonyos bakteriális fertőzések kezelésére is használják: a Ga³⁺-ion helyettesíti a Fe³⁺-t a baktériumok légzésének anyagcsereútjaiban, és halálukat okozza. A gallium alapú gyógyszerek a malária kezelésére használhatók.

A gallium a Napból kiáramló neutrínórészecskék kimutatásában is segít. Az ilyen részecskék azonosítása általában nagyon összetett és időigényes folyamat. A regisztrációs keverékben lévő gallium növeli az elemzés érzékenységét, és ennek megfelelően segít a neutrínók kimutatásában. A Gran Sasso National Laboratory GALLEX detektorai 12,2 tonna gallium-71-et tartalmaznak. Befogják a Napból kiáramló neutrínókat, és radioaktív izotóppal alakítják, melynek sugárzása rögzíthető. Hasonló vizsgálatokat végeznek a Baksan Neutrino Obszervatóriumban is (Kabardino-Balkaria), ahol a neutrínódetektorok 5 tonna folyékony galliumot tartalmaznak.

A hőmérőket a gallium olvadáspontjával ellenőrizheti! Ezt az értéket - 302,9146 K (29,7646 °C) - szabványnak ismeri el a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda.

2007-ben a Simon Fraser Egyetem 7 nm vastag gallium ionsugarak segítségével kinyomtatta a világ legkisebb könyvét, a Teeny Tedet a Turnip Townból. A könyv 0,07 x 0,10 mm méretűnek bizonyult.

A galliumnak van egy másik szórakoztató felhasználása is: az eltűnő kanál trükkhöz gallium kanalakat használnak, amelyek látszólag megkülönböztethetetlenek az alumíniumtól. Forró teában vagy kávéban egy ilyen kanál egyszerűen megolvad!

Források:

• Paul Parsons, Gail Dixon – A periódusos rendszer Vizuális útmutató az elemekhez (78. o.);

Ami 29,76 o C. Ha meleg tenyérbe teszed, fokozatosan kezd szilárdból folyékonyra váltani.

Rövid kirándulás a történelembe

Mi a neve a kezedben olvadó fémnek? Mint fentebb megjegyeztük, egy ilyen anyagot galliumnak neveznek. Elméleti létezését még 1870-ben jósolta meg egy hazai tudós, a kémiai elemek táblázatának szerzője, Dmitrij Mengyelejev. Ennek a feltevésnek az alapja számos fém tulajdonságainak tanulmányozása volt. Akkoriban még egy teoretikus sem gondolhatta volna, hogy a kézben olvadó fém a valóságban is létezik.

Egy rendkívül olvadó anyag szintetizálásának lehetőségét, amelynek megjelenését Mengyelejev megjósolta, Emile Lecoq de Boisbaudran francia tudós bizonyította. 1875-ben sikerült elkülönítenie a galliumot a cinkércből. Az anyaggal végzett kísérletek során a tudós olyan fémet kapott, amely megolvad a kezében.

Ismeretes, hogy Emile Boisbaudran jelentős nehézségeket tapasztalt egy új elem cinkércből való izolálása során. Első kísérletei során mindössze 0,1 gramm galliumot sikerült kivonnia. Azonban még ez is elég volt ahhoz, hogy megerősítse az anyag csodálatos tulajdonságait.

Hol található a gallium a természetben?

A gallium az egyik olyan elem, amely nem érclerakódásként fordul elő. Az anyag nagyon szétszórt a földkéregben. A természetben rendkívül ritka ásványokban, például gallitban és zengeitben található. A laboratóriumi kísérletek során a cink, alumínium, germánium és vasércekből kis mennyiségű gallium izolálható. Néha megtalálható bauxitban, szénlelőhelyekben és más ásványi lelőhelyekben.

Hogyan lehet galliumot szerezni

Jelenleg a tudósok leggyakrabban alumínium-oxid feldolgozása során bányászott alumíniumoldatokból szintetizálják a kézben olvadó fémet. Az alumínium nagy részének eltávolítása és a fémek ismételt koncentrálási eljárása eredményeként lúgos oldatot kapunk, amely kis mennyiségű galliumot tartalmaz. Az ilyen anyagot elektrolízissel izolálják az oldatból.

Alkalmazási területek

A gallium még nem talált alkalmazást az iparban. Ez az alumínium széles körben elterjedt használatának köszönhető, amely szilárd formában hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. Ennek ellenére a gallium ígéretes anyagnak tűnik, mert kiváló félvezető tulajdonságokkal rendelkezik. Ez a fém potenciálisan felhasználható tranzisztorelemek, magas hőmérsékletű áram egyenirányítók és napelemek gyártására. A gallium kiváló megoldásnak tűnik a legnagyobb fényvisszaverő képességű optikai tükörbevonatok készítésére.

A gallium ipari méretű felhasználásának fő akadálya továbbra is az ércekből és ásványokból történő szintézisének magas költsége. Az ilyen fém tonnánkénti ára a világpiacon több mint 1,2 millió dollár.

A gallium eddig csak az orvostudományban talált hatékony alkalmazást. A folyékony formában lévő fémet a csontvesztés lassítására használják rákos betegeknél. A vérzés gyors leállítására használják rendkívül mély sebek jelenlétében az áldozatok testén. Az utóbbi esetben az erek gallium általi elzáródása nem vezet vérrögképződéshez.

Amint fentebb megjegyeztük, a gallium egy fém, amely megolvad a kezében. Mivel az anyag folyékony halmazállapotúvá történő átalakulásához szükséges hőmérséklet valamivel több, mint 29 o C, elegendő a tenyerében tartani. Egy idő után a kezdetben szilárd anyag szó szerint olvadni kezd a szemünk előtt.

Meglehetősen lenyűgöző kísérletet lehet végezni a gallium megszilárdításával. A bemutatott fém hajlamos kitágulni a megszilárdulás során. Egy érdekes kísérlet elvégzéséhez elegendő folyékony galliumot üvegfiolába helyezni. Ezután el kell kezdenie a tartály hűtését. Egy idő után észre fogja venni, hogyan kezdenek fémkristályok képződni a buborékban. Kékes színűek lesznek, szemben az ezüstös árnyalattal, amely folyékony halmazállapotú anyagra jellemző. Ha a hűtést folytatják, a kristályosodó gallium végül felszakítja az üveget.

Végül

Így megtudtuk, milyen fém olvad meg a kézben. Manapság a gallium eladó saját kísérletek elvégzéséhez. Az anyagot azonban rendkívül óvatosan kell kezelni. A szilárd gallium nem mérgező anyag. A folyékony formában lévő anyaggal való hosszan tartó érintkezés azonban a legváratlanabb egészségügyi következményekkel járhat, beleértve a légzésleállást, a végtagok bénulását és a kómába kerülő személyt.