Çfarë metali shkrihet nga nxehtësia e dorës së njeriut. Si përftohet galiumi

Galiumi është një nga më metale të rralla në planetin tonë. NË formë e pastërështë e pamundur ta takosh atë në Tokë. Gjendet vetëm në formën e përbërjeve në mineralet e zinkut dhe boksitet. NË tabelë periodike Mendeleev, ky element zë një vend të nderuar tridhjetë e një. Metali ka prona më unike- Pika e shkrirjes së saj është vetëm 29.8 gradë Celsius. Kjo është pak më shumë se temperatura jonë e zakonshme e dhomës. Në video, mund të shihni se si një lugë galiumi tretet në një filxhan çaj të nxehtë në vetëm disa sekonda.

1. Metali u zbulua për herë të parë në 1875.

2. Fillimisht, u përdor për të krijuar lidhje me shkrirje të ulët. Me ardhjen e epokës së gjysmëpërçuesve, galiumi filloi të përdoret më shumë në mikroelektronikë.

3. Për prodhimin e lazerëve gjysmëpërçues dhe LED-ve në rangun blu dhe ultravjollcë, zakonisht përdoret nitridi i galiumit.

4. Pika e vlimit të galiumit është shumë më e lartë se ajo e merkurit. Kjo veti lejon që metali të përdoret në termometra kuarci (në vend të merkurit) për të matur temperaturat e larta.

5. Një ton galium kushton më shumë se një milion dollarë dhe çmimi i tij po rritet çdo vit.

6. Kontakti i gjatë i lëkurës dhe galiumit mund të shkaktojë helmimi akut me një përfundim vdekjeprurës. Simptomat e tij janë eksitim afatshkurtër, i ndjekur nga letargji, dëmtim i koordinimit të lëvizjeve, adinami, arefleksi, ndryshim ritmi i frymëmarrjes, palëvizshmëri e plotë e ekstremiteteve të poshtme. Pastaj personi bie në koma dhe nuk del kurrë prej saj.

7. Për faktin se galiumi shkrihet shumë lehtë, ai transportohet vetëm në thasë speciale polietileni.

Galiumi është një metal gri argjendtë me një nuancë kaltërosh, mjaft i brishtë. Nuk gjendet në natyrë në formën e tij të pastër dhe është një element gjurmë. Përmbajtja mesatare e galiumit në kores së tokësështë 19 g/t. Galiumi gjendet në minerale, kryesisht sfaleriti, magnetiti, kasitriti, granati, berili, turmalina, spodumeni, flogopiti, biotiti, muskoviti, sericiti, lepidoliti, kloriti, feldspatët, nefelina, hekmaniti dhe natroliti. Një galit mineral mjaft i rrallë CuGaS2 përdoret për të izoluar galiumin e pastër. Përveç kësaj, galiumi mund të merret si nënprodukt i përpunimit të boksitit.

Galiumi shkrihet në vetëm 29,76°C, kështu që shkrihet edhe në dorën tuaj. Në një temperaturë afër temperaturës së dhomës, tre metale të tjera shkrihen: , dhe . Por për shkak të toksicitetit ose reaktivitetit të tyre të lartë, ndryshe nga galiumi, ato nuk mund të trajtohen.

Si u zbulua galiumi?

Ekzistenca e galiumit u parashikua nga D. I. Mendeleev në 1871 në bazë të asaj që ai formuloi. Mendelejevi i dha këtij elementi emrin "ekaalumin" dhe parashikoi vetitë e tij si dendësia, pika e shkrirjes. Mendeleev gjithashtu parashikoi:

• natyra e oksidit
• lidhje në përbërjet me klorin.
• se metali do të shpërndahet ngadalë në acide dhe alkale;
• nuk do të reagojë me ajrin;
• oksidi i ekaaluminit M2O3 duhet të reagojë me acidet për të formuar kripëra MX3;
• se duhet të formojë kripëra bazë;
• kloruri është më i paqëndrueshëm se ZnCl2;
• se ky element do të zbulohet duke përdorur spektroskopinë.

Mendeleev doli të ishte Nostardamus në kimi: kur u mor galiumi, të gjitha vetitë e parashikuara nga shkencëtari u konfirmuan!

Në 1875 kimist francez Paul Émile Lecoq de Boisbaudran studioi sfaleritin duke përdorur spektroskopinë dhe gjeti dy linja vjollce që i përkisnin elementit të ri. Një vit më vonë, shkencëtari e identifikoi element i ri duke përdorur elektrolizën. Boisbaudran e quajti këtë element për nder të emrit latin për Francën - Gallia. Ekziston një legjendë që shkencëtari i vuri një kuptim tjetër këtij emri. Lecoq bashkëtingëllore me frëngjisht le coq, d.m.th. "gjel" (në latinisht gallus). Boisbaudran, si pa dashje, e përjetësoi emrin e tij në emër të elementit të ri.

Duke studiuar galiumin që rezulton, Boisbaudran përcaktoi se dendësia ndryshonte nga ajo e parashikuar nga Mendeleev. Kur Mendeleev mësoi për këtë, ai i shkroi kolegut të tij francez me një rekomandim. Dhe siç doli, jo më kot: të dhënat e para të Boisbaudran ishin vërtet të pasakta.

Aplikimet e galiumit

Shumica e galiumit të nxjerrë përdoret për prodhimin e gjysmëpërçuesve. Arsenidi (GaAs) dhe nitridi i galiumit (GaN) përdoren në komponentët elektronikë të shumë pajisjeve, për të krijuar qarqe të integruara, procesorë me performancë të lartë, amplifikues mikrovalë. Arsenidi i galiumit përdoret në pajisje të ndryshme elektro-optike me rreze infra të kuqe. Arsenidi i aluminit të galiumit përdoret për të krijuar dioda lazer me fuqi të lartë infra të kuqe. Bazuar në nitridin e galiumit dhe nitridin indium-galium, prodhohen dioda lazer blu dhe vjollcë. Nga rruga, një lazer me nitrid galium përdoret në disqet e diskut Blu-ray.

Në satelitët hapësinorë dhe roverët.

Galiumi ka tipar interesant: ul shumë pikën e shkrirjes së lidhjeve që përmban. Në këtë rast, temperatura bie më e ulët se ajo e secilit përbërës të aliazhit veç e veç (përbërjet eutektike). Po, aliazh. Galinstan(68,5% galium, 21,5% indium dhe 10% kallaj) ka një pikë shkrirje prej -19 ° C dhe përdoret në disa termometra në vend të merkurit.

Galiumi përdoret gjithashtu në mjekësi. Në përgjithësi, metali karakterizohet nga toksiciteti i ulët dhe nuk përmbush natyrën funksioni biologjik. Prandaj, preparatet e bazuara në galium mund të përdoren në trajtimin dhe diagnostikimin e kancerit (izotopet galium-67 dhe -68). Galium përdoret gjithashtu në trajtimin e disa infeksionet bakteriale: Joni Ga3+ zëvendëson Fe3+ në rrugët metabolike të frymëmarrjes bakteriale, duke shkaktuar vdekjen e tyre. Për trajtimin e malaries mund të përdoren preparate me bazë galiumi.

Galiumi ndihmon gjithashtu në zbulimin e grimcave të neutrinos që dalin nga Dielli. Si rregull, zbulimi i grimcave të tilla është një proces shumë kompleks dhe kërkon shumë kohë. Galiumi si pjesë e përzierjes së regjistrimit rrit ndjeshmërinë e analizës dhe, në përputhje me rrethanat, ndihmon në zbulimin e neutrinos. Detektorët GALLEX të Laboratorit Kombëtar Gran Sasso përmbajnë 12.2 ton galium-71. Ata kapin neutrinot nga Dielli dhe i kthejnë ato në izotopi radioaktiv, rrezatimi i të cilit mund të zbulohet. Studime të ngjashme kryhen edhe në Observatorin e Neutrinos Baksan (Kabardino-Balkaria), ku detektorët e neutrinove përmbajnë 5 tonë galium të lëngshëm.

Pika e shkrirjes së galiumit mund të përdoret për të kontrolluar termometrat! Kjo vlerë - 302,9146 K (29,7646 ° C) - njihet si standardi i Byrosë Ndërkombëtare të Peshave dhe Masave.

Në vitin 2007, Universiteti Simon Fraser përdori rreze jonesh galium 7 nm të trasha për të printuar librin më të vogël në botë, Teeny Ted nga Turnip Town. Libri doli të ishte 0,07x0,10 mm në madhësi.

Galiumi ka një përdorim tjetër argëtues: lugët e galiumit, të cilat duken të padallueshme nga alumini, përdoren për mashtrimin e lugës që zhduket. Në çaj ose kafe të nxehtë, një lugë e tillë thjesht do të shkrihet!

Burimet:

• Paul Parsons, Gail Dixon - Tabela Periodike Një udhëzues vizual për elementet (f.78);

Rreth artikullit me numer atomik 31 shumica e lexuesve kujtojnë vetëm se ky është një nga tre elementët e parashikuar dhe përshkruar në më shumë detaje nga D.I. Mendeleev, dhe ai galium është një metal shumë i shkrirë: për ta kthyer atë në një lëng, mjafton nxehtësia e palmës.

Sidoqoftë, galiumi nuk është metali më i shkrirë (edhe nëse nuk e llogaritni merkurin). Pika e tij e shkrirjes është 29,75°C, ndërsa ceziumi shkrihet në 28,5°C; vetëm ceziumin, si çdo metal alkali, nuk mund ta merrni në duar, prandaj, në pëllëmbën e dorës, natyrisht, është më e lehtë të shkrihet galiumi sesa ceziumi.

Këndoni një histori për elementin #31, ne e filluam qëllimisht duke përmendur diçka që është e njohur për pothuajse të gjithë. Sepse kjo "e njohur" ka nevojë për një shpjegim. Të gjithë e dinë që galiumi u parashikua nga Mendeleev dhe u zbulua nga Lecoq de Boisbaudran, por jo të gjithë e dinë se si ndodhi zbulimi. Pothuajse të gjithë e dinë që galiumi është i shkrishëm, por pothuajse askush nuk mund t'i përgjigjet pyetjes pse është i shkrirë.

Si u zbulua galiumi?

Kimisti francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran hyri në histori si zbuluesi i tre elementeve të rinj: galium (1875), samarium (1879) dhe dysprosium (1886). I pari nga këto zbulime i solli atij famë.

Në atë kohë, jashtë Francës, ai ishte pak i njohur. Ai ishte 38 vjeç, ai ishte i angazhuar kryesisht në kërkime spektroskopike. Lecoq de Boisbaudran ishte një spektroskopist i mirë dhe kjo përfundimisht çoi në sukses: ai zbuloi të tre elementët e tij me anë të analizës spektrale.

Në 1875, Lecoq de Boisbaudran hetoi spektrin e përzierjes së zinkut të sjellë nga Pierrefitte (Pyrenees). Pikërisht në këtë spektër u zbulua një linjë e re vjollce (gjatësia vale 4170 Å). Linja e re dëshmoi për praninë e një elementi të panjohur në mineral dhe, fare natyrshëm, Lecoq de Boisbaudran bëri të gjitha përpjekjet për të izoluar këtë element. Kjo nuk ishte e lehtë për t'u bërë: përmbajtja e elementit të ri në mineral ishte më pak se 0,1%, dhe në shumë mënyra ishte e ngjashme me zinkun*. Pas eksperimenteve të gjata, shkencëtari arriti të marrë një element të ri, por në një sasi shumë të vogël. Aq i vogël (më pak se 0.1 g) sa Lecoq de Boisbaudrap nuk mundi të studionte plotësisht vetitë e tij fizike dhe kimike.

* Si përftohet galiumi nga përzierja e zinkut përshkruhet më poshtë.

Njoftimi i zbulimit të galiumit është kështu për nder të Francës (Gallia është ajo Emri latin) u emërua një element i ri - u shfaq në raportet e Akademisë së Shkencave të Parisit.

Ky mesazh u lexua nga D.I. Mendeleev njohu ekaaluminin, të cilin ai e kishte parashikuar pesë vjet më parë, në galium. Mendeleev i shkroi menjëherë Parisit. "Metoda e zbulimit dhe izolimit, si dhe vetitë e pakta të përshkruara, sugjerojnë se metali i ri nuk është asgjë më shumë se ekaalumini," thuhej në letrën e tij. Më pas përsëriti vetitë e parashikuara për atë element. Për më tepër, duke mos mbajtur kurrë një kokërr galiumi në duar, pa e parë atë në sytë e tij, kimisti rus pohoi se zbuluesi i elementit gaboi, se dendësia e metalit të ri nuk mund të jetë e barabartë me 4.7, siç shkruante Lecoq de Boisbaudran. , - duhet të jetë më shumë afërsisht 5,9 ... 6,0 g / cm 3!

Mjaft e çuditshme, por për ekzistencën ligji periodik e para e tij është pohuese, "forcuese", e mësuar vetëm nga kjo letër. Ai përsëri izoloi dhe pastroi me kujdes kokrrat e galiumit për të verifikuar rezultatet e eksperimenteve të para. Disa historianë të shkencës besojnë se kjo është bërë për të turpëruar "parashikuesin" rus të sigurt në vetvete. Por përvoja ka treguar të kundërtën: zbuluesi gaboi. Më vonë ai shkroi: "Nuk është e nevojshme, mendoj, të theksohet rëndësia e jashtëzakonshme që ka dendësia e një elementi të ri në lidhje me konfirmimin e pikëpamjeve teorike të Mendelejevit".

Vetitë e tjera të elementit nr. 31 të parashikuara nga Mendelejevi pothuajse saktësisht përkonin me të dhënat eksperimentale. "Parashikimet e Mendeleev u realizuan me devijime të vogla: ekaalumini u shndërrua në galium." Kështu e karakterizon Engelsi këtë ngjarje në Dialektikën e Natyrës.

Eshtë e panevojshme të thuhet se zbulimi i elementit të parë të parashikuar nga Mendeleev forcoi ndjeshëm pozicionin e ligjit periodik.

Pse galiumi është i shkrirë?

Duke parashikuar vetitë e galiumit, Mendeleev besonte se ky metal duhet të jetë i shkrirë, pasi analogët e tij në grup - alumini dhe indiumi - gjithashtu nuk ndryshojnë në rezistencë.

Por pika e shkrirjes së galiumit është jashtëzakonisht e ulët, pesë herë më e ulët se ajo e indiumit. Kjo shpjegohet me strukturën e pazakontë të kristaleve të galiumit. E tij qelizë kristalore të formuara jo nga atome individuale (si në metalet "normale"), por molekulat diatomike. Molekulat Ga 2 janë shumë të qëndrueshme; ato ruhen edhe kur galiumi shndërrohet në gjendje të lëngshme. Por këto molekula janë të lidhura me njëra-tjetrën vetëm nga forcat e dobëta të van der Waals-it dhe nevojitet shumë pak energji për të prishur lidhjen e tyre.

Disa veti të tjera të elementit nr. 31 lidhen me diatomitetin e molekulave. NË gjendje e lëngshme galiumi është më i dendur dhe më i rëndë se ai i ngurtë. Përçueshmëria elektrike e galiumit të lëngshëm është gjithashtu më e madhe se ajo e galiumit të ngurtë.

Si duket galiumi?

Nga pamja e jashtme - mbi të gjitha në kallaj: një metal i butë argjendtë-bardhë, ai nuk oksidohet dhe nuk njollos në ajër.

Dhe në shumicën e vetive kimike, galiumi është afër aluminit. Ashtu si alumini, ka tre elektrone në orbitën e jashtme të një atomi të galiumit. Ashtu si alumini, galium lehtësisht, edhe në të ftohtë, ndërvepron me halogjenet (përveç jodit). Të dy metalet shpërndahen lehtësisht në acidet sulfurik dhe klorhidrik, të dy reagojnë me alkalet dhe japin hidrokside amfoterike. Konstantet e disociimit të reaksioneve

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH -

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

janë sasi të rendit të njëjtë.

Megjithatë, ka dallime në vetitë kimike galium dhe alumin.

Me oksigjen të thatë, galiumi oksidohet dukshëm vetëm në temperatura mbi 260 ° C, dhe alumini, nëse privohet nga filmi i tij mbrojtës i oksidit, oksidohet nga oksigjeni shumë shpejt.

Me hidrogjen, galiumi formon hidride të ngjashme me hidridet e borit. Alumini, nga ana tjetër, mund të shpërndajë vetëm hidrogjenin, por jo të reagojë me të.

Dhe galiumi është i ngjashëm me grafitin, kuarcin, ujin.

Në grafit - ai që lë një shenjë gri në letër.

Në kuarc - anizotropia elektrike dhe termike.

Vlera rezistenca elektrike Kristalet e galiumit varen nga cili bosht kalon rryma. Raporti i maksimumit me minimumin është 7 - më shumë se çdo metal tjetër. E njëjta gjë vlen edhe për koeficientin e zgjerimit termik.

Vlerat e tij në drejtim të tre akseve kristalografike (kristalet rombike të galiumit) lidhen si 31:16:11.

Dhe galiumi është i ngjashëm me ujin në atë që zgjerohet kur ngurtësohet. Rritja e vëllimit është e dukshme - 3.2%.

Tashmë një kombinim i këtyre ngjashmërive konfliktuale flet për individualitetin unik të elementit nr. 31.

Për më tepër, ai ka veti që nuk janë të natyrshme në asnjë element. I shkrirë, ai mund të mbetet i superftuar për shumë muaj nën pikën e tij të shkrirjes. Është i vetmi metal që mbetet i lëngshëm në një gamë të gjerë temperaturash nga 30 në 2230°C dhe paqëndrueshmëria e avullit të tij është minimale. Edhe në një vakum të lartë, ai avullon dukshëm vetëm në 1000°C. Avulli i galiumit, në ndryshim nga të ngurta dhe metal i lëngët monoatomike. Tranzicioni Ga 2 → 2Ga kërkon shumë energji; kjo shpjegon vështirësinë e avullimit të galiumit.

Një gamë e madhe e temperaturës së gjendjes së lëngshme është baza e një prej kryesoreve aplikimet teknike elementi numër 31.

Për çfarë është i mirë galiumi?

Termometrat e galiumit lejojnë, në parim, të matin temperaturat nga 30 në 2230°C. Termometrat galium tani janë të disponueshëm për temperatura deri në 1200°C.

Elementi nr. 31 shkon në prodhimin e lidhjeve me shkrirje të ulët të përdorura në pajisjet sinjalizuese. Një aliazh galiumi dhe indiumi shkrihet tashmë në 16°C. Është më i shkrirë nga të gjitha lidhjet e njohura.

si element Grupi III, e cila kontribuon në rritjen e përçueshmërisë "vrima" në një gjysmëpërçues, galiumi (me një pastërti prej të paktën 99,999%) përdoret si një shtesë për germanium dhe silikon.

Komponimet ndërmetalike të galiumit me elementë të grupit V - antimoni dhe arseniku - kanë vetë vetitë gjysmëpërçuese.

Shtimi i galiumit në masën e qelqit bën të mundur marrjen e syzeve me një indeks të lartë thyerjeje të rrezeve të dritës, dhe syzet e bazuara në Ga 2 O 3 transmetojnë mirë rrezet infra të kuqe.

Galiumi i lëngshëm reflekton 88% të dritës që bie mbi të, i ngurtë - pak më pak. Prandaj, pasqyrat e galiumit janë shumë të lehta për t'u prodhuar - një shtresë galiumi mund të aplikohet edhe me një furçë.

Ndonjëherë ata përdorin aftësinë e galiumit për t'u lagur mirë sipërfaqet e forta, duke zëvendësuar merkurin në pompat e vakumit me difuzion. Pompa të tilla "e mbajnë" vakumin më mirë se pompat e merkurit.

Janë bërë përpjekje për të përdorur galiumin në reaktorët bërthamorë, por rezultatet e këtyre përpjekjeve vështirë se mund të konsiderohen të suksesshme. Jo vetëm që galiumi kap në mënyrë mjaft aktive neutronet (kap seksion kryq prej 2,71 hambarësh), ai gjithashtu reagon në temperatura të ngritura me shumicën e metaleve.

Galiumi jo material atomik. Vërtetë, izotopi i tij radioaktiv artificial 72 Ga (me një gjysmë jetë prej 14.2 orë) përdoret për të diagnostikuar kancerin e kockave. Kloruri dhe nitrati i galium-72 absorbohen nga tumori dhe duke fiksuar karakteristikën e rrezatimit të këtij izotopi, mjekët përcaktojnë pothuajse me saktësi madhësinë e formacioneve të huaja.

Siç mund ta shihni, mundësitë praktike të elementit nr. 31 janë mjaft të gjera. Nuk është bërë ende e mundur përdorimi i tyre plotësisht për shkak të vështirësisë së marrjes së galiumit, një element mjaft i rrallë (1,5 10 -3% e peshës së kores së tokës) dhe shumë i shpërndarë. Pak minerale vendase të galiumit janë të njohura. Minerali i tij i parë dhe më i famshëm, galiti CuGaS 2, u zbulua vetëm në vitin 1956. Më vonë, u gjetën edhe dy minerale të tjera, të cilat tashmë ishin mjaft të rralla.

Zakonisht, galiumi gjendet në mineralet e zinkut, aluminit, hekurit, si dhe në qymyr - si një papastërti e parëndësishme. Dhe ajo që është karakteristike: sa më shumë kjo papastërti, aq më e vështirë është nxjerrja e saj, sepse ka më shumë galium në mineralet e atyre metaleve (aluminit, zinkut) që janë afër tij për nga vetitë. Pjesa kryesore e galiumit tokësor është e mbyllur në minerale alumini.

Nxjerrja e galiumit është një "kënaqësi" e shtrenjtë. Prandaj, elementi #31 përdoret në sasi më të vogla se çdo fqinj i tij në tabelën periodike.

Është e mundur, sigurisht, që shkenca në të ardhmen e afërt të zbulojë diçka në galium që do ta bëjë atë absolutisht të domosdoshëm dhe të pazëvendësueshëm, siç ndodhi me një element tjetër të parashikuar nga Mendelejevi, germaniumin. Vetëm 30 vjet më parë, ai u përdor edhe më pak se galiumi, dhe më pas filloi "epoka e gjysmëpërçuesve" ...

Lojë me fjalë?

Disa historianë të shkencës shohin në emër të elementit nr.31 jo vetëm patriotizmin, por edhe mospërfilljen e zbuluesit të tij. Në përgjithësi pranohet se fjala "galium" vjen nga latinishtja Gallia (Francë). Por nëse dëshironi, në të njëjtën fjalë mund të shihni një aluzion të fjalës "gjel"! Në latinisht, "gjeli" është gallus, në frëngjisht - le coq. Lecoq de Boisbaudran?

Në varësi të moshës

Në minerale, galiumi shpesh shoqëron aluminin. Është interesante se raporti i këtyre elementeve në mineral varet nga koha e formimit të mineralit. Në feldspat, një atom galium bie mbi 120 mijë atome alumini. Në nefelinat e formuara shumë më vonë, ky raport është tashmë 1:6000, dhe në drurin e gurëzuar edhe "më të ri" është vetëm 1:13.

Patenta e parë

Patenta e parë për përdorimin e galiumit u mor 60 vjet më parë. Elementi nr. 31 donte të përdorej në llambat me hark elektrik.

Zhvendos squfurin, mbrohet me squfur

Ndërveprimi i galiumit me acidin sulfurik është interesant. Ajo shoqërohet me çlirimin e squfurit elementar. Në këtë rast, squfuri mbështjell sipërfaqen e metalit dhe parandalon shpërbërjen e tij të mëtejshme. Nëse lani metalin ujë i nxehtë, reagimi do të rifillojë dhe do të vazhdojë derisa një "lëkurë" e re squfuri të rritet në galium.

Ndikim i keq

Galiumi i lëngshëm ndërvepron me shumicën e metaleve, duke formuar lidhje dhe komponime ndërmetalike me mjaft të ulëta vetitë mekanike. Kjo është arsyeja pse kontakti me galiumin çon shumë materiale strukturore në një humbje të forcës. Beriliumi është më rezistenti ndaj veprimit të galiumit: në temperatura deri në 1000°C i reziston me sukses agresivitetit të elementit nr.31.

Dhe oksidi gjithashtu!

Shtesat e parëndësishme të oksidit të galiumit ndikojnë dukshëm në vetitë e oksideve të shumë metaleve. Pra, përzierja e Ga 2 O 3 me oksidin e zinkut redukton ndjeshëm shkrirjen e tij. Por tretshmëria e zinkut në një oksid të tillë është shumë më e madhe se në të pastër. Dhe në dioksidin e titanit, kur shtohet Ga 2 O 3, përçueshmëria elektrike bie ndjeshëm.

Si përftohet galiumi

Depozitat industriale të xeheve të galiumit nuk janë gjetur në botë. Prandaj, galiumi duhet të nxirret nga mineralet e zinkut dhe aluminit, të cilat janë shumë të varfra në të. Meqenëse përbërja e xeheve dhe përmbajtja e galiumit në to nuk është e njëjtë, metodat për marrjen e elementit nr. 31 janë mjaft të ndryshme. Për shembull, ne do t'ju tregojmë se si galiumi nxirret nga përzierja e zinkut, një mineral në të cilin u zbulua për herë të parë ky element.

Para së gjithash, përzierja e zinkut ZnS nxirret dhe oksidet që rezultojnë pastrohen me acid sulfurik. Së bashku me shumë metale të tjera, galiumi kalon në tretësirë. Sulfati i zinkut mbizotëron në këtë tretësirë ​​- produkti kryesor që duhet pastruar nga papastërtitë, përfshirë galiumin. Faza e parë e pastrimit është reshjet e të ashtuquajturës llum hekuri. Me neutralizimin gradual të tretësirës së acidit, kjo llum precipiton. Ai përmban rreth 10% alumin, 15% hekur dhe (që është më e rëndësishmja për ne tani) 0.05 ... 0.1% galium. Për të nxjerrë galiumin, llumi shpëlahet me acid ose sodë kaustike - hidroksid galium amfoterik. Metoda alkaline është më e përshtatshme, pasi në këtë rast është e mundur të bëhen pajisje nga materiale më pak të shtrenjta.

Nën veprimin e alkalit, komponimet e aluminit dhe galiumit kalojnë në tretësirë. Kur kjo tretësirë ​​neutralizohet me kujdes, hidroksidi i galiumit precipiton. Por një pjesë e aluminit gjithashtu precipiton. Prandaj, precipitati shpërndahet përsëri, tani në acid klorhidrik. Rezulton një zgjidhje e klorurit të galiumit, e kontaminuar kryesisht me klorur alumini. Këto substanca mund të ndahen me ekstraktim. Eteri derdhet dhe, ndryshe nga AlCl 3, GaCl 3 pothuajse plotësisht kalon në të tretës organik. Shtresat ndahen, eteri distilohet dhe kloruri i galiumit që rezulton trajtohet edhe një herë me sodë kaustike të koncentruar për të precipituar dhe ndarë papastërtinë e hekurit nga galiumi. Nga kjo tretësirë ​​alkaline fitohet galium metalik. Marrë me elektrolizë në një tension prej 5.5 V. Galiumi depozitohet në një katodë bakri.

galium dhe dhëmbë

Për një kohë të gjatë, galium mendohej të ishte toksik. Vetëm në dekadat e fundit ky keqkuptim është hedhur poshtë. Dentistët e interesuar të galiumit me shkrirje të ulët. Në vitin 1930, u propozua për herë të parë zëvendësimi i merkurit me galium në përbërjet e mbushjes së dhëmbëve. Hulumtime të mëtejshme si këtu ashtu edhe jashtë vendit kanë konfirmuar perspektivat e një zëvendësimi të tillë. Mbushjet metalike pa merkur (merkuri i zëvendësuar nga galiumi) përdoren tashmë në stomatologji.

Përkufizimi
Galium (lat. Gallium), Ga, kimik elementi III grupe sistemi periodik D. I. Mendeleev Dmitry Ivanovich, numër serik 31, masë atomike 69,72; metal i butë i bardhë argjendtë.

Vetitë fizike
Galiumi kristalor ka disa modifikime polimorfike, megjithatë, vetëm një (I) është termodinamikisht i qëndrueshëm, që ka një rrjetë ortorhombike (pseudotetragonale) me parametra a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Modifikime të tjera të galiumit (β, γ, δ, ε) kristalizohen nga metali i shpërndarë i superftuar dhe janë të paqëndrueshëm. Në presion të ngritur, u vunë re dy struktura të tjera polimorfike të galiumit II dhe III, që kishin, përkatësisht, grila kubike dhe tetragonale.

Dendësia e galiumit në gjendje e ngurtë në temperaturën T=20°C është e barabartë me 5,904 g/cm3, galiumi i lëngët në T=29,8°C ka një dendësi prej 6,095 g/cm3, domethënë vëllimi i galiumit rritet me ngurtësimin. Temperatura e shkrirjes së galiumit është pak më e lartë se temperatura e dhomës dhe është e barabartë me Tmelt.=29.8 °C, galium vlon në TV.=2230°C.


Një nga veçoritë e galiumit është një gamë e gjerë temperaturash e ekzistencës së gjendjes së lëngshme (nga 30 në 2230°C), ndërsa ka një presion të ulët avulli në temperatura deri në 1100÷1200°C. Nxehtësia specifike galiumi i ngurtë në intervalin e temperaturës T÷24°C është i barabartë me 376,7 J/kg K (0,09 cal/g deg.), në gjendje të lëngët në T=29÷100°C - 410 J/kg K ( 0,098 cal/ g gradë).

Të qenit në natyrë
Galiumi është një element tipik gjurmë, ndonjëherë klasifikohet edhe si i rrallë.
Clark ( rezultati numerik përmbajtja mesatare në koren e tokës) e galiumit në koren e tokës është mjaft e madhe dhe arrin në 1,5 10-3% (peshë). Kështu, përmbajtja e tij është më e madhe se ajo e molibdenit, bismutit, tungstenit, merkurit dhe disa elementëve të tjerë që zakonisht nuk klasifikohen si të rrallë.

Burimi kryesor i galiumit është boksiti (alumini i hidratuar). Është interesante se xehet e boksitit, pavarësisht nga vendndodhja dhe origjina e tyre, karakterizohen nga një shpërndarje uniforme e vazhdueshme e galiumit në to - 0,002-0,006%. Nefelinat nga xehet apatite-nefelinë të maleve Khibiny përmbajnë galium në sasi të konsiderueshme (0,01-0,04 .

Rezervat kryesore botërore të galiumit janë të lidhura me depozitat e boksitit, rezervat e të cilave janë aq të mëdha sa nuk do të varfërohen për shumë dekada. Megjithatë shumica galiumi i përmbajtur në boksit mbetet i padisponueshëm për shkak të mungesës së kapacitetit prodhues, vëllimi i të cilit diktohet nga arsye ekonomike. Rezervat reale të galiumit janë të vështira për t'u vlerësuar. Sipas U.S. Studimet Gjeologjike, burimet botërore të galiumit të lidhura me depozitat e boksitit arrijnë në 1 milion ton. Kina, SHBA, Rusia, Ukraina dhe Kazakistani kanë rezerva të konsiderueshme të galiumit.

Faturë
Galiumi është një mikroelement që është një shoqërues i vazhdueshëm i aluminit dhe zinkut, kështu që prodhimi i tij është gjithmonë i lidhur me përpunimin e xeheve të sulfurit të aluminit ose polimetalike (sidomos zinkut). Zakonisht, nxjerrja e galiumit nga koncentratet e zinkut shoqërohet me shumë vështirësi, të cilat përcaktojnë çmimin e lartë të metalit, prandaj, për disa dekada, burimi kryesor (95) i marrjes së galiumit kanë qenë mbetjet nga industria e aluminit, dhe pjesa i të ashtuquajturit përpunim kompleks i mbetjeve (së bashku me nxjerrjen e zinkut, indiumit, Gjermani) përbën rreth 5% të kapacitetit prodhues. Përveç kësaj, ekzistojnë teknologji për nxjerrjen e galiumit nga pluhuri i furrës së shpërthimit dhe hirit nga djegia e qymyrit, si. si dhe mbetjet e tyre të koksit.

Aplikacion
Galiumi nuk ka ende një aplikim të gjerë industrial.
Shkalla e mundshme e prodhimit të lidhur të galiumit në prodhimin e aluminit ende tejkalon shumë kërkesën për metal.

Aplikimi më premtues i galiumit është në formë komponimet kimike lloji GaAs, GaP, GaSb, me veti gjysmëpërçuese. Ato mund të përdoren në ndreqës dhe transistorë me temperaturë të lartë, bateri diellore dhe pajisje të tjera ku mund të përdoret efekti fotoelektrik në shtresën bllokuese, si dhe në marrës. rrezatimi infra të kuqe. Galium mund të përdoret për të bërë pasqyra optike që janë shumë reflektuese.
Galiumi është i shtrenjtë, në vitin 2005 në tregun botëror një ton galium kushtonte 1.2 milionë dollarë amerikanë, dhe për shkak të kostos së lartë dhe njëkohësisht nevojës së madhe për këtë metal, është shumë e rëndësishme të vendoset nxjerrja e tij e plotë gjatë prodhimit të aluminit. dhe përpunimi. qymyr i fortë për karburant të lëngshëm.

Galiumi ka një numër lidhjesh që janë të lëngshme në temperaturën e dhomës dhe një prej lidhjeve të tij ka një pikë shkrirjeje prej 3 °C, por nga ana tjetër, galiumi (aliazhet në shkallë më të vogël) është shumë agresiv ndaj shumicës së materialeve strukturore (plasaritje dhe erozioni i lidhjeve gjatë temperaturë të lartë), dhe si ftohës është i paefektshëm dhe shpesh thjesht i papranueshëm.

Galium - i shkëlqyer lubrifikant. Mbi bazën e galiumit dhe nikelit, galiumit dhe skandiumit, janë krijuar ngjitëse metalike praktikisht shumë të rëndësishme.

Oksidi i galiumit është pjesë e një numri materialesh lazer me rëndësi strategjike të grupit të granatës - GSHG, YAG, ISGG, etj.

Termometrat e galiumit lejojnë, në parim, të matin temperaturat nga 30 në 2230 ° C. Termometrat e galiumit tani janë të disponueshëm për temperaturat deri në 1200 ° C.

Elementi nr. 31 shkon në prodhimin e lidhjeve me shkrirje të ulët që përdoren në pajisjet sinjalizuese. Një aliazh galiumi dhe indiumi shkrihet tashmë në 16 ° C. Kjo është më e shkrirë nga të gjitha lidhjet e njohura.

Sa është 29,76 o C. Nëse e vendosni në një pëllëmbë të ngrohtë, ajo gradualisht fillon të lëvizë nga gjendje e ngurtë në formë të lëngshme.

Një ekskursion i shkurtër në histori

Si quhet metali që shkrihet në dorë? Siç u përmend më lart, një material i tillë njihet nën përkufizimin e galiumit. Ekzistenca e tij teorike u parashikua në vitin 1870 nga një shkencëtar vendas, autori i tabelës elementet kimike- Dmitriy Mendeleev. Baza për shfaqjen e një supozimi të tillë ishte studimi i tij i vetive të metaleve të shumta. Në atë kohë, asnjë teoricien nuk mund ta imagjinonte se metali që shkrihet në duar ekziston në realitet.

Mundësia e sintetizimit të një materiali jashtëzakonisht të shkrirë, pamjen e të cilit parashikoi Mendeleev, u vërtetua nga francezët. shkencëtari Emil Lecoq de Boisbaudran. Në 1875, ai arriti të izolojë galiumin nga xeherori i zinkut. Gjatë eksperimenteve me materialin, shkencëtari mori një metal që shkrihet në duart e tij.

Dihet se Émile Boisbaudran përjetoi vështirësi të konsiderueshme në izolimin e një elementi të ri nga minerali i zinkut. Gjatë eksperimenteve të para, ai arriti të nxjerrë vetëm 0.1 gram galium. Megjithatë, edhe kjo ka mjaftuar për të konfirmuar pronë e mahnitshme material.

Ku gjendet galiumi në natyrë?

Galiumi është një nga elementët që nuk ndodhin si depozita xehe. Materiali është shumë i shpërndarë në koren e tokës. Në natyrë, ajo gjendet në minerale jashtëzakonisht të rralla si galiti dhe zengeiti. Gjatë eksperimente laboratorike një sasi të vogël të galiumi mund të izolohet nga mineralet e zinkut, aluminit, germaniumit dhe hekurit. Ndonjëherë ajo gjendet në boksitin, depozitat e qymyrit dhe depozitat e tjera minerale.

Si përftohet galiumi

Aktualisht, shkencëtarët më shpesh sintetizojnë një metal që shkrihet në duart e tyre nga solucionet e aluminit që nxirren gjatë përpunimit të aluminit. Si rezultat i heqjes së masës kryesore të aluminit dhe kryerjes së procedurës së përqendrimit të përsëritur të metaleve, fitohet një zgjidhje alkaline, në të cilën ka një pjesë të parëndësishme të galiumit. Ndani një material të tillë nga tretësira me elektrolizë.

Aplikacionet

Galiumi nuk ka gjetur përdorim industrial deri më sot. Kjo është për shkak të përdorimit të gjerë të aluminit, i cili ka veti të ngjashme në formë të ngurtë. Përkundër kësaj, galiumi duket si një material premtues, pasi ka veti të shkëlqyera gjysmëpërçuese. Një metal i tillë mund të përdoret potencialisht për prodhimin e elementeve të tranzistorit, ndreqësve me temperaturë të lartë, Panele diellore. Galiumi duket si një zgjidhje e shkëlqyer për të bërë veshje pasqyre optike që do të kenë reflektueshmërinë më të lartë.

Pengesa kryesore për përdorimin e galiumit në shkallë industriale mbetet cmim i larte sinteza e tij nga xehet dhe mineralet. Çmimi për ton të këtij metali në tregun botëror është më shumë se 1.2 milionë dollarë.

Deri më sot, galiumi ka gjetur aplikim efektiv vetëm në fushën e mjekësisë. Metali në formë të lëngshme përdoret për të ngadalësuar humbjen e kockave tek njerëzit që vuajnë nga kanceri. Përdoret për të ndaluar shpejt gjakderdhjen në prani të plagëve jashtëzakonisht të thella në trupin e viktimave. NË rasti i fundit bllokimi i enëve të gjakut nga galiumi nuk çon në formimin e mpiksjes së gjakut.

Siç u përmend më lart, galiumi është një metal që shkrihet në duar. Meqenëse temperatura e nevojshme për kalimin e materialit në gjendje të lëngshme është pak më shumë se 29 ° C, mjafton ta mbani atë në pëllëmbët e duarve. Pas një kohe, materiali fillimisht i ngurtë do të fillojë të shkrihet menjëherë para syve tanë.

Një eksperiment mjaft tërheqës mund të kryhet me ngurtësimin e galiumit. Metali i paraqitur tenton të zgjerohet gjatë ngurtësimit. Për përvojë interesante mjafton të vendosni galium të lëngshëm në një shishkë qelqi. Tjetra, duhet të filloni të ftohni enën. Pas një kohe, mund të vini re se si kristalet metalike fillojnë të formohen në flluskë. Ata do të kenë një ngjyrë kaltërosh, në krahasim me nuancën e argjendtë që është karakteristikë e materialit në gjendjen e tij të lëngshme. Nëse ftohja nuk ndalet, galiumi kristalizues përfundimisht do të shpërthejë flluskën e qelqit.

Së fundi

Kështu zbuluam se cili metal shkrihet në dorë. Sot, galiumi mund të gjendet në shitje për dirigjim përvojat e veta. Megjithatë, materiali duhet të trajtohet me kujdes ekstrem. Galiumi i ngurtë nuk është toksik. Megjithatë, kontakti i zgjatur me materialin në formë të lëngshme mund të çojë në pasojat më të paparashikuara shëndetësore, deri në ndalimin e frymëmarrjes, paralizën e gjymtyrëve dhe futjen e një personi në koma.