Właściwości galio, struktura, uzyskiwanie, użycia

On gal Jest to element metaliczny reprezentowany przez symbol GA i należy do grupy 13 tabeli okresowej. Chemicznie wygląda jak aluminium w swoim amfoteryzmie; Jednak oba metale ostatecznie wykazują właściwości, które czynią je odróżnieniem.

Na przykład stopy aluminium mogą działać, aby nadać im wszelkiego rodzaju figurki; podczas gdy te z gali. Podobnie temperatura topnienia galu jest niższa niż w aluminium; Pierwszy może stopić się o ciepło dłoni, a drugi.

Kryształy galu uzyskane przez depozyt. Źródło: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Podobieństwo chemiczne między Gaul i aluminium grupują je również geochemicznie; to znaczy minerały lub bogate glin, takie jak boksyty, mają możliwe do oszacowania stężenie galu. Oprócz tego źródła mineralogicznego, istnieją inne cynk, ołów i węgiel, szeroko rozpowszechniony w całej skórce Ziemi.

Popularnie galus nie jest dobrze znanym metalem. Jego sama nazwa może wywołać wizerunek koguta. W rzeczywistości graficzne i ogólne reprezentacje galu zwykle występują za pomocą wizerunku srebrnego koguta; Malowane płynnym galu, substancją wielkiego zwilżania szklanki, ceramiki i tej samej ręki.

Eksperymenty, w których topione są kawałki metalicznego galu.

Chociaż galum nie jest toksyczne, takie jak rtęć, jest to metalowy środek niszczycielski, ponieważ czyni je łamliwymi i bezużytecznymi (przede wszystkim). Z drugiej strony, farmakologicznie interweniują w procesach, w których macierze biologiczne używają żelaza.

Dla tych, którzy są w świecie optolektroniki i półprzewodników, będą mieli galę o wysokim szacunku, porównywalnym i być może lepszym od tego samego krzemu. Z drugiej strony termometry, lustra i obiekty oparte na ich stopach zostały wyprodukowane z gali.

Chemicznie ten metal wciąż ma wiele do zaoferowania; Być może w dziedzinie katalizy energii jądrowej, w rozwoju nowych materiałów półprzewodników lub „po prostu” w wyjaśnieniu jego mylącej i złożonej struktury.

[TOC]

Historia

Prognozy jego istnienia

W 1871 r. Rosyjski chemik Dmitri Mendeleev już przewidział istnienie elementu, którego nieruchomości przypominały właściwości aluminium; do którego nazwał Ekaluminio. Ten element powinien znajdować się tuż poniżej aluminium. Mendelev przewidział także właściwości (gęstość, temperatura topnienia, wzory jego tlenków itp.) Ekaluminio.

Odkrycie i izolacja

Co zaskakujące, cztery lata później francuski chemik Paul-Emili Lecoq z Boisbaudran, znalazł nowy element w próbce sfalertu (Blenda cynku), z Pirenees. Mógł to odkryć dzięki analizie spektroskopowej, w której zaobserwował spektrum dwóch fioletowych linii, które nie pokryły się z widmem innego elementu.

Po odkryciu nowego elementu Lecoq przeprowadził eksperymenty na 430 kg sfalerytu, z którego był w stanie odizolować 0,65 gramów tego; A po serii pomiarów jego właściwości fizycznych i chemicznych doszło do wniosku, że to Ekaluminos of Mendeleev.

Aby go wyizolować, LECOQ przeprowadził elektrolizę odpowiedniego wodorotlenku w wodorotlenku potasu; Prawdopodobnie to samo, z którym rozpuścił Spheny. Certyfikując, że był to Ekaluminio, a także jako jego odkrywca, nadał mu imię „Galio” (Galium w języku angielskim). Ta nazwa pochodząca z nazwy „gallia”, co po łacinie oznacza Francję.

Jednak nazwa przedstawia kolejną ciekawość: „lecoq” po francusku oznacza „gallo”, a po łacinie gallus ”. Będąc metalem, „gallus” stał się „galu”; Chociaż w języku hiszpańskim konwersja jest znacznie bardziej bezpośrednia. Zatem nie jest przypadkiem, że myślisz o koguta, gdy mówisz o galicie.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wygląd i cechy fizyczne

Gali to srebrny metal szklistej powierzchni, toalety o ściągającym smaku. Jego ciało stałe jest miękkie i kruche, a kiedy złamania robi to w sposób złożony; Oznacza to, że utworzone elementy są zakrzywione, podobnie jak skorupy morskie.

Kiedy się topi, w zależności od kątu, z jakim obserwował, może wykazać niebieskawą jasność. Ten srebrny płyn nie jest toksyczny do kontaktu; Jednak „przylgnie” zbyt wiele do powierzchni, szczególnie jeśli są to ceramika lub szkło. Na przykład pojedyncza kropla galu może przenikać wnętrze szkła, aby przykryć go ze srebrnego lustra.

Jeśli jego stały fragment jest osadzony w płynie, służy jako jądro, w którym rozwija się kryształy galu i rosną.

Liczba atomowa (z)

31 (₃₁GA)

Masa cząsteczkowa

69 723 g/mol

Temperatura topnienia

29 7646 ºC. Do tej temperatury można osiągnąć, jeśli szkło galu jest przechowywane między obiema rękami, aby się stopić.

Może ci służyć: benzimidazol (C7H6N2): historia, struktura, zalety, wady

Punkt wrzenia

2400 ° C. Zwróć uwagę na wielką lukę między 29,7 ° C a 2400 ° C; Oznacza to, że galeum płynów ma bardzo niskie ciśnienie pary, co jest wykonane przez jeden z elementów o największej różnicy temperatury między stanem cieczy i gazowym.

Gęstość

-W temperaturze pokojowej: 5,91 g/cm³

-W punkcie topnienia: 6095 g/cm³

Zauważ, że to samo dzieje się z galem, co z wodą: gęstość jej cieczy jest większa niż gęstość jej stałego. Dlatego ich kryształy będą unosić się nad ciekłym galem (lodowe galu). W rzeczywistości rozszerzenie stałej objętości (trzykrotnie) jest takie, co jest niewygodne dla przechowywania gali płynów w pojemnikach, które nie są tworzywami sztucznymi.

Fusion Heat

5,59 kJ/mol

Ciepło parowe

256 kJ/mol

Molowa pojemność cieplna

25,86 J/(mol · k)

Ciśnienie pary

W 1037 °.

Elektronialiczność

1.81 na skali Pauling

Energie jonizacyjne

-Po pierwsze: 578,8 kJ/mol (GA⁺ gazowy)

-Po drugie: 1979.3 kJ/mol (GA²⁺ gazowy)

-Po trzecie: 2963 kJ/mol (GA³⁺ gazowy)

Przewodność cieplna

40,6 W/(M · K)

Rezystancja

270 nω · m w 20 ° C

Twardość mohs

1.5

Breja

1 819 CP w 32 ° C

Napięcie powierzchniowe

709 din/cm A 30 ºC

Anfoteryzm

Podobnie jak aluminium, galum jest amfoteryczne; reaguje zarówno z kwasami, jak i zasadami. Na przykład silne kwasy mogą go rozpuścić, tworząc sprzedaż GAUL (III); Jeśli są h₂południowy zachód₄ i Hno₃, Produkują GA₂(POŁUDNIOWY ZACHÓD₄)₃ i wygrał₃)₃, odpowiednio. Podczas reagowania z silnymi zasadami są sole galan, z jonem GA (OH)₄^-.

Zwróć uwagę na podobieństwo między GA (OH)₄^- I (OH)₄^- (Aluminian). Jeśli do środowiska powstaje wodorotlenek galu (III), GA (OH)₃, który jest również amfoteryczny; Podczas reagowania z silnymi bazami GA (OH) produkuje ponownie₄^-, Ale jeśli reaguje z silnymi kwasami, uwalnia złożony ACU₂)₆]³⁺.

Reaktywność

Metaliczny galum jest stosunkowo obojętne w temperaturze pokojowej. Nie reaguje z powietrzem, ponieważ cienka warstwa tlenku₂ALBO₃, chroni go przed tlenem i siarką. Jednak gdy utlenianie metalu trwa, całkowicie przekształcając się w jego tlenek. A jeśli występuje siarka, w wysokich temperaturach reaguje na utworzenie GA₂S₃.

Istnieją nie tylko tlenki galu i siarki, ale także fosfory (GAP), Arseniuros (GAAS), Nitro (GAN) i Antimoniuros (Gasb). Takie związki mogą pochodzić z bezpośredniej reakcji pierwiastków w wysokich temperaturach lub przez alternatywne drogi syntetyczne.

Podobnie galu może reagować z halogenami, tworząc odpowiednie halluros; takie jak Ga₂Cl₆, GAF₃ i Ga₂Siema₃.

Ten metal, podobnie jak aluminium i jego kongenery (członkowie tej samej grupy 13), mogą kowalencyjnie oddziaływać z atomami węgla, aby powodować związki organetaliczne. W przypadku osób z linkami GA-C nazywane są organogalami.

Najciekawsze z gali nie jest żadna z poprzednich cech chemicznych, ale jego ogromna łatwość, z jaką można go podnieść (podobnie jak w procesie rtęci i procesu łączenia). Ich atomy GA są szybko „kodem” wśród kryształów metalowych, co powoduje powstanie stopów galu.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Złożoność

Gala jest nie tylko niezwykła w fakcie, że jest to metal, który stwierdza ciepło dłoni, ale także jej struktura jest złożona i niepewna.

Z jednej strony wiadomo, że ich kryształy przyjmują strukturę ortorombową (GA-I) w normalnych warunkach; Jest to jednak tylko jedna z wielu możliwych faz dla tego metalu, co nie jest określone, jakie zamówienie jego atomów jest dokładne. Jest to zatem bardziej złożona struktura, niż mogłoby się pojawić z gołym okiem.

Wydaje się, że wyniki różnią się w zależności od kąta lub kierunku, w którym analizowana jest jego struktura (anizotropia) (anizotropia). Podobnie, struktury te są bardzo podatne na najmniejszą zmianę temperatury lub ciśnienia, co powoduje, że galu nie jest zdefiniowany jako pojedynczy rodzaj kryształu w momencie interpretacji danych.

Dimery

Atomy GA wchodzą w interakcje ze sobą dzięki metalowi. Jednak między dwoma sąsiednimi atomami znaleziono pewien stopień kowalencji, więc zakłada się istnienie dimeru GA₂ (Zramolały).

Teoretycznie to kowalencyjne wiązanie powinno być utworzone przez nakładanie się orbity 4p, z jedynym elektronem zgodnie z konfiguracją elektroniczną:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Ta mieszanina interakcji kowalencyjnych metali jest przypisywana niskiej temperaturze topnienia galu; Ponieważ, chociaż z jednej strony może być „morze elektronów”, które silnie utrzymuje atomy GA w szkle, z drugiej strony₂, którego interakcje międzycząsteczkowe są słabe.

Może ci służyć: rozcieńczenie: koncepcja, jak to się robi, przykłady, ćwiczenia

Fazy ​​pod wysokim presją

Gdy ciśnienie wzrasta z 4 do 6 GPa, kryształy galu cierpią na przejścia fazowe; Z ortorombowego przechodzi do sześciennego wyśrodkowanego na ciele (GA-II), a z tego ostatecznie przechodzi do tetragonalnego wyśrodkowanego na ciele (GA-III). W przedziale prasowym prawdopodobnie tworzą się mieszanina kryształów, co utrudnia interpretacja struktur.

Liczby utleniania

Najwięcej elektronów energetycznych to te znalezione w orbitalach 4 i 4p; Mając trzy z nich, oczekuje się zatem, że galu może je stracić w połączeniu z większą liczbą pierwiastków elektroungatywnych niż on.

Kiedy tak się dzieje, zakłada się istnienie kationu³⁺, I mówi się, że jego liczba lub status utleniania wynosi +3 lub GA (iii). W rzeczywistości jest to najczęstsze ze wszystkich jego liczby utleniania. Na przykład następujące związki posiadają galus +3: Ga₂ALBO₃ (Ga₂³⁺ALBO₃^2-), Ga₂Br₆ (Ga₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) i Ga₂Herbata₃ (Ga₂³⁺Herbata₃^2-).

Gala może również znaleźć liczbę utleniania +1 i +2; Chociaż są one znacznie mniej powszechne niż +3 (podobnie jak w przypadku aluminium). Przykładami takich związków są GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂Lub (Ga₂⁺ALBO^2-) i gaz (GA²⁺S^2-).

Zwróć uwagę, że istnienie jonów o wielkości obciążenia identycznie z rozważaną liczbą utleniania.

Gdzie to jest i uzyskaj

Próbka mineralnej gallita, która jest rzadka, ale jest jedyna z znaczącym stężeniem galu. Źródło: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Gal jest znaleziony w skorupie ziemskiej o obfitości proporcjonalnej do skorupy metali kobaltu, ołowiu i niobum. Jest przedstawiany jako uwodnione siarcze lub tlenek, szeroko rozpowszechniony jako zanieczyszczenia zawarte w innych minerałach.

Jego tlenki i siarki są niewiele rozpuszczalnych w wodzie, więc stężenie galu w morzach i rzekach jest niskie. Ponadto jedynym „bogatym” minerałem jest kurczak (Cugas₂, górny obraz). Jednak niepraktyczne jest wykorzystanie kurczaka, aby uzyskać ten metal. Mniej znane jest nadal minerał galubogumita.

Dlatego nie ma idealnych wiatrów dla tego metalu (o stężeniu większym niż 0,1% w masie).

Zamiast tego galu uzyskuje się jako wtórny produkt oczyszczania metalu metali innych metali. Na przykład można go wyodrębnić z boksytów, mieszanek cynku, byków, węgli, gallenów, pirytów, germanitów itp.; Oznacza to, że zwykle wiąże się to z glinem, cynkiem, węglem, ołów.

Chromatografia wymiany jonów i elektrolizy

Gdy surowiec mineralny jest trawiony lub rozpuszczony, albo w silnie kwas. Będąc galusem wtórnym produktem, jego jony GA³⁺ Pozostają rozpuszczone w mieszaninie po wytrącaniu się metali zainteresowania.

Dlatego chcesz oddzielić te ga³⁺ innych jonów, w przypadku jedynego celu zwiększenia jego stężenia i czystości powstałego metalu.

Aby to zrobić, oprócz konwencjonalnych technik opadów, chromatografia wymiany jonowej stosuje się przy użyciu żywicy. Dzięki tej technice GA jest oddzielone (na przykład)³⁺ CA²⁺ lub wiara³⁺.

Po uzyskaniu wysoce skoncentrowanego roztworu jonów GA³⁺, Podlega elektrolizy; to znaczy ga³⁺ Odbieraj elektrony, aby móc utworzyć jako metal.

Izotopy

Galum ma w sobie głównie jako dwa izotopy: ⁶⁹GA, z obfitością 60,11 %; i ⁷¹GA, z obfitością 39,89 %. Z tego powodu masa atomowa galu wynosi 69 723 u. Inne izotopy galu są syntetyczne i radioaktywne, a masy atomowe oscylują między ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Ryzyko

Środowiskowe i fizyczne

Z środowiskowego punktu widzenia metaliczny gal. Ponadto nie wiadomo, co może odgrywać biologiczna rola w organizmach, będąc większością atomów wydalanych moczem, bez oznak gromadzenia się w żadnej z jej tkanek.

W przeciwieństwie do rtęci, gallica można manipulować gołymi rękami. W rzeczywistości eksperyment, aby spróbować go stopić z ciepłem rąk, jest dość powszechny. Osoba może dotknąć powstałego srebrnego płynu bez obawy o uszkodzenie lub zranienie skóry; Chociaż pozostawia na nim srebrne miejsce.

Może ci służyć: dwutlenek siarki (SO2): struktura, właściwości, zastosowania, ryzyko

Teraz, spożywanie tego może być toksyczne, ponieważ teoretycznie rozpuściłby się w żołądku, aby wygenerować GACL₃; Sól galitów, której działanie ciała są niezależne od metalu.

Uszkodzenie metali

Gal, charakteryzuje się barwieniem lub przyleganiem do powierzchni; A jeśli są one metaliczne, natychmiast je przenika i tworzy stopy. Ta charakterystyka możliwości allegacji prawie wszystkich metali sprawia, że ​​nie należy rozlać płynnego galio na dowolny metalowy obiekt.

Dlatego obiekty metaliczne ryzyko pęknięcia w kawałkach w obecności galu. Jego działanie może być tak powolne i niezauważone, że przynosi niechciane niespodzianki; Zwłaszcza, jeśli rozlał się na metalowe krzesło, które może upaść, gdy ktoś w nim usiądzie.

Dlatego ci, którzy chcą manipulować Gaul. Na przykład jego ciecz jest w stanie rozpuścić folię aluminiową, a także zakraść się do kryształów indyjskich, żelaza i cyny, aby były kruche.

Ogólnie, pomimo nowo wspomnianych.

Aplikacje

Termometry

Termometry Galinstan. Źródło: Gelegenheitsauter [pub pubblish]

Gala zastąpiła rtęć jako ciecz, aby odczytać temperatury oznaczone termometrem. Jednak jego punkt fuzji 29,7 ° C jest nadal wysoki dla tego zastosowania, dlatego w stanie metalicznym nie byłoby opłacalne używanie go w termometrach; Zamiast tego stosuje się stop o nazwie Galinstan (GA-in-Sn).

Stop Galinstan ma temperaturę topnienia około -18 °. W ten sposób, jeśli złamiesz, bezpieczne byłoby czyszczenie katastrofy; Chociaż zabrudziłby podłogę ze względu na zdolność do zwilżania powierzchni.

Produkcja luster

Ponownie wspomina się o wilgotności galu i jego stopów. Dotykając porcelanowej powierzchni lub szklance, rozprzestrzenia się po całym powierzchni, aby całkowicie przykryć srebrne lustro.

Oprócz luster, stopy galu zostały użyte do tworzenia obiektów we wszystkich formach, ponieważ kiedy ostygną, zestalają. Może to mieć wielki potencjał nanotechnologiczny: budowanie obiektów o bardzo małych wymiarach, które logicznie działałyby w niskich temperaturach i wykazywałyby unikalne właściwości oparte na galu.

Komputery

Od stopów gali termicznych opracowano makaron termiczny używany w procesorach komputerowych.

Narkotyki

Jony ga³⁺ Zachowują pewne podobieństwo do wiary³⁺ W sposobie interwencji w procesach metabolicznych. Dlatego jeśli istnieje funkcja, pasożyt lub bakterie, które wymagają wykonania żelaza, mogą one zatrzymać się, myląc go przez galu; Tak jest w przypadku bakterii Pseudomonas.

Tak więc tutaj pojawiają się leki galu, które mogą po prostu składać się z ich soli nieorganicznych lub organogów. La Ganita, nazwa komercyjna azotanu galu, GA (nie₃)₃, Służy do regulacji wysokiego stężenia wapnia (hiperkalcemii) związanych z rakiem kości.

Techniczny

Galum Arseniuro i Nituro. Wraz z nimi wyprodukowano tranzystory, lasery i emitera światła (niebieskie i fioletowe), żetony, ogniwa słoneczne itp. Na przykład, dzięki laserom GAN, możesz przeczytać dyski Blu-ray.

Katalizatory

Tlenki galu zastosowano do badania ich katalizy w różnych reakcjach organicznych o wielkim zainteresowaniu przemysłowym. Jeden z najnowszych katalizatorów galusowych składa się z własnej cieczy, na których rozproszone są atomy innych metali, takie jak aktywne centra lub miejsca.

Na przykład katalizator Galio-Paladio został zbadany w reakcji odwadniania butanu; to znaczy butan. Ten katalizator składa się z ciekłego galu działającego jako wsparcie dla atomów paladowych.

Bibliografia

1. Sella Andrea. (23 września 2009). Gal. Świat chemii. Odzyskane z: ChemistryWorld.com
2. Wikipedia. (2019). Gal. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Li, r., Wang, L., Li, L., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Lokalna struktura ciekłego galu pod ciśnieniem. Raporty naukowe, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma i Jerry Donohue. (1962). Udoskonalenie struktury krystalicznej galu. Zeitschrift FIIR KRISTALLÓGRAPHIE, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin i., Liu, x. i in. (2011). Dystrybucja, występowanie i wzbogacanie przyczyn galu w węglach z węgla Jungar Coalfield, Mongolia Wewnętrzna. Sci. China Earth Sci. 54: 1053. doi.Org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (S.F.). Gal. Odzyskane z: Nautilus.Fis.UC.Pt
7. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (5 kwietnia 2018 r.). Gal. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
8. Bloom Josh. (3 kwietnia 2017). Galum: topi się w ustach, a nie w rękach! American Council on Science and Health. Odzyskane z: acsh.org
9. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakty elementów gali. Chemicool. Odzyskane z: Chemicool.com
10. National Center for Biotechnology Information. (2019). Gal. Baza danych Pubchem. CID = 5360835. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov