Galioegenskaper, struktur, oppnå, bruker

Han Gallium Det er et metallisk element som er representert av GA -symbolet og som tilhører gruppe 13 i det periodiske tabellen. Kjemisk ser det ut som aluminium i amfoterismen; Imidlertid ender begge metaller med å utvise egenskaper som gjør dem differensierte for hverandre.

For eksempel kan aluminiumslegeringer fungere for å gi dem alle slags figurer; Mens de av gallium har veldig lave smeltepunkter, bestående av sølvvæsker. På samme måte er smeltepunktet til gallium lavere enn aluminium; Den første kan smelte ved håndvarmen, mens den andre ikke gjør det.

Galliumkrystaller oppnådd ved innskudd. Kilde: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]

Den kjemiske likheten mellom Gallia og aluminium grupperer dem også geokjemisk; Det vil si at mineraler eller rikt aluminium, som bauxitter, har estimerbare galliumkonsentrasjoner. Bortsett fra denne mineralogiske kilden, er det annen sink, bly og karbon, vidt formidlet gjennom jordskorpen.

Populært gallium er ikke et kjent metall. Hans blotte navn kan fremkalle bildet av en hane i tankene. Faktisk finnes grafiske og generelle fremstillinger av gallium vanligvis med bildet av en sølv hane; Malt med flytende gallium, stoff med stor fukting over glass, keramikk og samme hånd.

Eksperimentene der biter av metallisk gallium er smeltet er hyppige, så vel som manipulering av væsken og dens tendens til å flekke alt det berører.

Mens gallium ikke er giftig, for eksempel kvikksølv, er det et metall destruktivt middel, fordi de gjør dem sprø og ubrukelige (i første omgang). På den annen side griper farmakologisk ut i prosessene der biologiske matriser bruker jern.

For de som er i en verden av optolectronics og halvledere, vil de ha gallium med høy aktelse, sammenlignbar og, kanskje overlegen i samme silisium. På den annen side er termometre, speil og gjenstander basert på legeringene deres produsert med gallen.

Kjemisk har dette metallet fortsatt mye å tilby; Kanskje innen katalyse, kjernefysisk energi, i utviklingen av nye halvledermaterialer, eller "ganske enkelt" i avklaringen av dens forvirrende og komplekse struktur.

[TOC]

Historie

Spådommer om dens eksistens

I 1871 hadde den russiske kjemikeren Dmitri Mendeleev allerede spådd eksistensen av et element hvis egenskaper lignet på aluminium; som han kalte Ekaluminio. Dette elementet skal være plassert rett under aluminium. Mendeleev spådde også egenskapene (tetthet, smeltepunkt, formler av oksider osv.) av Ekaluminio.

Oppdagelse og isolasjon

Overraskende nok, fire år senere, hadde den franske kjemikeren Paul-Emili Lecoq fra Boisbaudran funnet et nytt element i en prøve av Sphalerite (sinkblenda), fra Pyreneene. Han kunne oppdage det takket være en spektroskopisk analyse, der han observerte spekteret av to fiolette linjer som ikke falt sammen med et annet element.

Etter å ha oppdaget et nytt element, gjennomførte LeCOQ eksperimenter på 430 kg sfaleritt, hvorfra han var i stand til å isolere 0,65 gram av dette; Og etter en serie målinger av dens fysiske og kjemiske egenskaper, kom det til at det var Ekaluminos av Mendeleev.

For å isolere den utførte LeCoQ elektrolysen av dets respektive hydroksyd i kaliumhydroksyd; Sannsynligvis det samme som han oppløste spheny. Ved å sertifisere at det var Ekaluminio, og for å være dens oppdager, ga han ham navnet 'Galio' (Galium på engelsk). Dette navnet hentet fra navnet 'Gallia', som på latin betyr Frankrike.

Imidlertid presenterer navnet en annen nysgjerrighet: 'Lecoq' på fransk betyr 'Gallo', og på latin 'Gallus'. Å være et metall, 'Gallus' ble 'Gallium'; Selv om konverteringen på spansk er mye mer direkte. Dermed er det ikke tilfeldig at du tenker på en hane når du snakker om gallen.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Utseende og fysiske egenskaper

Gallium er et sølvmetall av glassaktig overflate, toalett, med en snerpende smak. Hans faste stoff er mykt og sprøtt, og når brudd gjør han det på en samtidig måte; det vil si at brikkene som er dannet er buede, likt havskjellene.

Når han smelter, avhengig av vinkelen han observerte, kan han vise en blåaktig lysstyrke. Denne sølvvæsken er ikke giftig å kontakte; Imidlertid "klamrer det" for mye til overflater, spesielt hvis de er keramikk eller glass. For eksempel kan en enkelt dråpe gallium gjennomsyre innsiden av et glassglass for å dekke det fra et sølvspeil.

Hvis et fast fragment av det blir avsatt i væske, fungerer det som en kjerne der rutilerende galliumkrystaller utvikler seg og vokser.

Atomnummer (z)

31 (₃₁Ga)

Molmasse

69,723 g/mol

Smeltepunkt

29.7646 ºC. Denne temperaturen kan nås hvis et galliumglass holdes mellom begge hender for å smelte.

Det kan tjene deg: Benzimidazol (C7H6N2): Historie, struktur, fordeler, ulemper

Kokepunkt

2400 ºC. Legg merke til det store gapet mellom 29,7 ºC og 2400 ° C; Det vil si at væskegalliet har et veldig lavt damptrykk, og dette er laget av et av elementene med den største temperaturforskjellen mellom væske og gassformig tilstand.

Tetthet

-Ved romtemperatur: 5,91 g/cm³

-På smeltepunktet: 6.095 g/cm³

Legg merke til at det samme skjer med gallium som med vannet: tettheten av væsken er større enn det for dets faste stoff. Derfor vil krystallene deres flyte over flytende gallium (Gallium Icebergs). Faktisk er utvidelsen av det faste volumet (tre ganger) slikt, noe som er upraktisk for å lagre væske gallium i containere som ikke er plast.

Fusjonsvarme

5,59 kJ/mol

Fordampningsvarme

256 kJ/mol

Molar varmekapasitet

25,86 J/(mol · K)

Damptrykk

Ved 1037 ºC utøver bare væsken et trykk på 1 PA.

Elektronegativitet

1.81 på Pauling -skalaen

Ioniseringsenergier

-Først: 578,8 kJ/mol (GA⁺ gassform)

-Andre: 1979.3 KJ/mol (GA²⁺ gassform)

-Tredje: 2963 kJ/mol (GA³⁺ gassform)

Termisk ledningsevne

40,6 w/(m · k)

Elektrisk resistivitet

270 nΩ · m ved 20 ºC

Mohs hardhet

1.5

Goo

1.819 cp ved 32 ºC

Overflatespenning

709 Dins/cm a 30 ºC

Anfoterisme

Som aluminium er gallium amfoterisk; reagerer med både syrer og baser. For eksempel kan sterke syrer oppløse det for å danne Gallia Sales (III); Hvis de er h₂SW₄ og hno₃, De produserer GA₂(SW₄)₃ og vant₃)₃, henholdsvis. Mens når du reagerer med sterke baser, er det galatsalter, med Ga -ionet (OH)₄^-.

Legg merke til likheten mellom GA (OH)₄^- Og (å)₄^- (Aluminat). Hvis galliumhydroksyd (III), blir GA (OH) lagt til miljøet, dannes₃, som også er amfoterisk; Når du reagerer med sterke baser, produserer GA (OH) igjen₄^-, Men hvis den reagerer med sterke syrer, frigjør den komplekse ACU₂)₆]³⁺.

Reaktivitet

Den metalliske galliet er relativt inert ved romtemperatur. Den reagerer ikke med luften, siden et tynt lag med oksyd₂ENTEN₃, beskytter det mot oksygen og svovel. Imidlertid, når oksidasjonen av metallet fortsetter, og forvandles fullstendig til oksydet. Og hvis det er svovel til stede, reagerer ved høye temperaturer å danne GA₂S₃.

Det er ikke bare galliumoksider og sulfider, men også fosfider (GAP), Arseniuros (GAAS), Nitro (GaN) og Antimoniuros (GASB). Slike forbindelser kan stamme ved direkte reaksjon av elementene ved høye temperaturer, eller ved alternative syntetiske ruter.

På samme måte kan gallium reagere med halogener for å danne sine respektive haluros; som GA₂Cl₆, Gaf₃ og Ga₂Yo₃.

Dette metallet, som aluminium og dets kongenerer (medlemmer av samme gruppe 13), kan kovalent samhandle med karbonatomer for å forårsake organometalliske forbindelser. Når det gjelder de med GA-C-lenker, kalles de organogaler.

Den mest interessante av galliet er ingen av dets tidligere kjemiske egenskaper, men dets enorme letthet som den kan heves (lik den for kvikksølv og dets sammenslåingsprosess). Deres GA -atomer er "kode" raskt blant metallkrystaller, noe som gir opphav til galliumlegeringer.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Kompleksitet

Gallium er ikke bare uvanlig om det faktum at det er et metall som grunnlegger håndflaten, men også strukturen er kompleks og usikker.

På den ene siden er det kjent at deres krystaller tar i bruk en ortorrombisk struktur (GA-I) under normale forhold; Dette er imidlertid bare en av de mange mulige fasene for dette metallet, som ikke er spesifisert hva bestillingen av atomene er nøyaktig. Det er derfor en mer sammensatt struktur enn det som kan vises med det blotte øye.

Det ser ut til at resultatene varierer i henhold til vinkelen eller retningen dens struktur (anisotropi) blir analysert (anisotropi). På samme måte er disse strukturene veldig utsatt for den minste endring i temperatur eller trykk, noe som fører til at Gallium ikke blir definert som en enkelt type krystall på tolkningstidspunktet for dataene.

Dimerer

GA -atomer samhandler med hverandre takket være den metalliske lenken. Imidlertid er det funnet en viss kovalens mellom to nærliggende atomer, så eksistensen av GA -dimeren antas₂ (Gaga).

I teorien skal denne kovalente bindingen dannes ved overlapping av 4P -orbitalen, med det eneste elektronet i henhold til den elektroniske konfigurasjonen:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Denne blandingen av kovalent-metalliske interaksjoner tilskrives det lave smeltepunktet i gallium; Siden, selv om det på den ene siden kan være et "hav av elektroner" som sterkt opprettholder GA -atomer i glasset, på den andre₂, hvis intermolekylære interaksjoner er svake.

Kan tjene deg: fortynning: konsept, hvordan det gjøres, eksempler, øvelser

Faser under høyt trykk

Når trykket øker fra 4 til 6 GPa, lider galliumkrystaller faseoverganger; Fra Ortorrombic passerer den til kubikk sentrert på kroppen (GA-II), og fra dette passerer den til slutt til tetragonal sentrert på kroppen (GA-III). I presseintervallet dannes en blanding av krystaller muligens, noe som gjør tolkningen av strukturer enda vanskeligere.

Oksidasjonstall

De mest energielektronene er de som finnes i 4S og 4P orbitaler; Å ha tre av dem, forventes det derfor at gallium kan miste dem når de kombineres med mer elektronegative elementer enn ham.

Når dette skjer, antas eksistensen av GA -kationen³⁺, Og det sies at antallet eller oksidasjonsstatusen er +3 eller GA (III). Dette er faktisk det vanligste av alle oksidasjonstallene. Følgende forbindelser har for eksempel gallium som +3: GA₂ENTEN₃ (Ga₂³⁺ENTEN₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) og GA₂Te₃ (Ga₂³⁺Te₃^2-).

Gallium kan også finne oksidasjonstall på +1 og +2; Selv om de er mye mindre vanlige enn +3 (lignende som det skjer med aluminium). Eksempler på slike forbindelser er GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂Eller (ga₂⁺ENTEN^2-) og gassen (GA²⁺S^2-).

Merk at eksistensen av ioner med belastningsstørrelser identisk med oksidasjonsnummeret som blir vurdert.

Hvor er det og skaffer seg

En prøve av mineral Gallita, som er sjelden, men er den eneste med en betydelig konsentrasjon av gallium. Kilde: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Gallium finnes i jordskorpen med en overflod proporsjonal med kobolt-, bly- og niobiummetaller. Det blir presentert som et hydrert sulfid eller oksid, vidt spredt som urenheter i andre mineraler.

Oksydene og sulfidene er få vannoppløselige, så konsentrasjonen av gallium i havene og elvene er lav. I tillegg er det eneste "rike" mineralet kyllingen (Cugas₂, Øvre bilde). Imidlertid er det upraktisk å utnytte kyllingen for å få dette metallet. Mindre kjent er fremdeles Gallium Plumbogumita -mineral.

Derfor er det ingen ideelle vind for dette metallet (med en konsentrasjon større enn 0,1% i masse).

I stedet oppnås gallium som et sekundært produkt av metallmetallbehandling av andre metaller. For eksempel kan det trekkes ut fra bauxittene, sinkblandas, okser, kull, galder, pyritter, germanitas, etc.; Det vil si at det vanligvis er assosiert med aluminium, sink, karbon, bly, jern og Germanio i forskjellige minerallegemer.

Ion og elektrolyse utveksle kromatografi

Når mineralens råstoff blir fordøyd eller oppløst, oppnås enten på sterkt syre eller grunnleggende midler, oppnå en blanding av metallioner som er solubilisert i vann. Å være gallium et sekundært produkt, dets Ga -ioner³⁺ De forblir oppløst i blandingen når metallene av interesse har utfelt.

Dermed vil du skille disse GA³⁺ av de andre ionene, med det eneste formål å øke konsentrasjonen og renheten til det resulterende metall.

For å gjøre dette, i tillegg til konvensjonelle nedbørsteknikker, brukes ionebytterkromatografi ved å bruke en harpiks. Takket være denne teknikken er GA skilt (for eksempel)³⁺ av ca²⁺ eller tro³⁺.

Når en meget konsentrert løsning av GA -ioner er oppnådd³⁺, Det blir utsatt for elektrolyse; det vil si GA³⁺ Motta elektroner for å kunne danne som et metall.

Isotoper

Gallium er i naturen hovedsakelig som to isotoper: ⁶⁹GA, med en overflod på 60,11 %; og ⁷¹Ga, med en overflod på 39,89 %. Det er av denne grunn at atomvekten til gallium er 69 723 u. De andre galliumisotoper er syntetiske og radioaktive, med atommasser som svinger mellom ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Risiko

Miljø og fysisk

Fra miljømessig synspunkt er den metalliske galliet ikke veldig reaktiv og løselig i vann, så deres søl i teorien representerer ikke alvorlig forurensningsrisiko. I tillegg er det ukjent hvilken biologisk rolle kan ha i organismer, og det er de fleste av atomene som skilles ut av urin, uten tegn til å kunne samle seg i noe av vevene.

I motsetning til kvikksølv, kan gallisk manipuleres med bare hender. Faktisk er eksperimentet for å prøve å smelte det med hendene ganske vanlig. En person kan berøre den resulterende sølvvæsken uten frykt for å skade eller skade huden hans; Selv om det etterlater et sølvsted på det.

Kan tjene deg: Svoveldioksid (SO2): Struktur, egenskaper, bruksområder, risiko

Nå kan inntak av det være giftig, siden det i teorien ville oppløses i magen å generere GACL₃; Galliker salt hvis kroppseffekter er uavhengig av metall.

Skade på metaller

Gallium er preget av farging eller overholdelse av overflater; Og hvis disse er metalliske, krysser det dem og danner legeringer umiddelbart. Denne egenskapen ved å kunne påkledde nesten alle metaller gjør det ikke passende å søle væske -galio på ethvert metallobjekt.

Derfor risikerer metalliske objekter å sprekke i stykker i nærvær av gallium. Handlingen kan være så treg og ubemerket, at det gir uønskede overraskelser; Spesielt hvis den har sølt på en metallstol, som kan falle ned når noen sitter i den.

Det er grunnen til at de som ønsker å manipulere Gallia, skal aldri sette den i kontakt med andre metaller. For eksempel er væsken i stand til å oppløse aluminiumsfolien, i tillegg til å snike seg inn i indiske, jern- og tinnkrystaller, for å gjøre dem sprø.

Generelt sett, til tross for det nylig nevnte.

applikasjoner

Termometre

Galinstan termometre. Kilde: Gelegenheitsauter [Pubblish]

Gallium har erstattet kvikksølv som væske for å lese temperaturene preget av termometeret. Imidlertid er fusjonspunktet på 29,7 ºC fremdeles høyt for denne applikasjonen, og det er grunnen til at den i sin metalliske tilstand ikke ville være levedyktig å bruke den i termometrene; I stedet brukes en legering som heter Galinstan (ga-in-SN).

Galinstan -legeringen har et smeltepunkt rundt -18 ºC, og tilsatt sin null toksisitet gjør det til et ideelt stoff for utforming av uavhengige medisinske termometre for kvikksølv. På denne måten, hvis du bryter, ville det være trygt å rengjøre katastrofen; Selv om det ville skitne gulvet på grunn av dens evne til å våte overflatene.

Produksjon av speil

Igjen, nevnes av galliums våthet og legeringer. Når du berører en porselensflate, eller et glass, sprer den seg gjennom overflaten for å dekke den helt i et sølvspeil.

I tillegg til speil, har Galliums legeringer blitt brukt til å lage objekter i alle former, fordi når de først er avkjølte, størkner de. Dette kan ha stort nanoteknologisk potensial: å bygge gjenstander med veldig små dimensjoner, som logisk vil fungere ved lave temperaturer, og ville vise unike egenskaper basert på gallium.

Datamaskiner

Fra galliumlegeringer er termisk pasta brukt i datamaskinprosessorer utviklet.

Narkotika

Gaioner³⁺ De holder en viss likhet med troen³⁺ I hvordan de griper inn i metabolske prosesser. Derfor, hvis det er en funksjon, parasitt eller bakterier som krever jern for å utføre, kan de stoppe ved å forvirre det ved gallium; Slik er tilfellet med Pseudomonas -bakterier.

Så det er her galliummedisiner vises, som ganske enkelt kan bestå av uorganiske salter, eller organogal. La Ganita, kommersielt navn for galliumnitrat, GA (nei₃)₃, Det brukes til å regulere høye kalsiumkonsentrasjoner (hyperkalsemi) assosiert med benkreft.

Teknologisk

Gallium Arseniuro og Nituro. Med seg er transistorer, lasere og lette emittere (blå og fiolett), chips, solceller, etc. produsert. For eksempel, takket være laserne av GaN kan du lese Blu-ray-platene.

Katalysatorer

Galliumoksider har blitt brukt til å studere sin katalyse i forskjellige organiske reaksjoner av stor industriell interesse. En av de siste galliske katalysatorene består av sin egen væske, som atomer av andre metaller som fungerer som aktive sentre eller steder er spredt.

For eksempel har Galio-Paladio-katalysatoren blitt studert i reaksjonen av butan-dehygenasjonen; det vil si Butane. Denne katalysatoren består av flytende gallium som fungerer som støtte for paladiumatomer.

Referanser

1. Sella Andrea. (23. september 2009). Gallium. Kjemiverden. Gjenopprettet fra: Chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Gallium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. Li, r., Wang, l., Li, l., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Lokal struktur av flytende gallium under trykk. Vitenskapelige rapporter, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma & Jerry Donohue. (1962). En foredling av krystallstrukturen i gallium. Zeitschrift Fiir Kristallógraphie, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin, og., Liu, x. et al. (2011). Distribusjon, forekomst og berikelsesårsaker til gallium i kull fra Jungar Coalfield, indre Mongolia. Sci. Kina Earth Sci. 54: 1053. gjør jeg.org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (s.F.). Gallium. Gjenopprettet fra: Nautilus.Fis.Uc.Pt
7. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (5. april 2018). Gallium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com
8. Bloom Josh. (3. april 2017). Gallium: smelter i munnen, ikke hendene dine! American Council on Science and Health. Gjenopprettet fra: ACSH.org
9. Dr. Doug Stewart. (2019). Galliumelement fakta. Chemicool. Gjenopprettet fra: Chemicool.com
10. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Gallium. PubChem -database. CID = 5360835. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov