galiu Este un element metalic care este reprezentat de simbolul Ga și care aparține grupului 13 al tabelului periodic. Din punct de vedere chimic, seamănă cu aluminiul prin amfotericism; Cu toate acestea, ambele metale ajung să prezinte proprietăți care le fac să se distingă între ele..
De exemplu, aliajele de aluminiu pot fi prelucrate pentru a le oferi tot felul de forme; în timp ce cele de galiu au puncte de topire foarte scăzute, constând practic din lichide argintii. De asemenea, punctul de topire al galiului este mai mic decât cel al aluminiului; primul se poate topi din căldura mâinii, în timp ce cel din urmă nu.
Similitudinea chimică dintre galiu și aluminiu le grupează și ele geochimic; adică mineralele sau rocile bogate în aluminiu, cum ar fi bauxitele, au concentrații estimabile de galiu. În afară de această sursă mineralogică, există și altele de zinc, plumb și carbon, răspândite pe scară largă pe scoarța terestră..
Galiul nu este popular un metal cunoscut. Simplul său nume poate evoca imaginea unui cocoș în minte. De fapt, reprezentările grafice și generale ale galiului se găsesc de obicei cu imaginea unui cocoș de argint; vopsit cu galiu lichid, o substanță foarte umedă pe sticlă, ceramică și chiar mâna.
Experimentele în care bucăți de galiu metalic sunt topite cu mâinile sunt frecvente, precum și manipularea lichidului său și tendința sa de a pata tot ceea ce atinge.
Deși galiul nu este toxic, la fel și mercurul, este un agent distrugător al metalelor, deoarece le face fragile și inutile (în primă instanță). Pe de altă parte, farmacologic intervine în procesele în care matricile biologice utilizează fierul.
Pentru cei din lumea optoelectronicii și a semiconductoarelor, galiul va fi considerat foarte apreciat, comparabil și, poate, superior siliciului însuși. Pe de altă parte, cu termometre de galiu, au fost fabricate oglinzi și obiecte bazate pe aliajele sale.
Din punct de vedere chimic, acest metal are încă multe de oferit; poate în domeniul catalizei, al energiei nucleare, în dezvoltarea de noi materiale semiconductoare sau „pur și simplu” în clarificarea structurii lor confuze și complexe.
Indice articol
În 1871, chimistul rus Dmitri Mendeleev a prezis deja existența unui element ale cărui proprietăți seamănă cu cele ale aluminiului; pe care l-a numit ekaluminium. Acest element trebuia amplasat chiar sub aluminiu. Mendeleev a prezis, de asemenea, proprietățile (densitatea, punctul de topire, formulele oxizilor săi etc.) ale ekaluminiei.
În mod surprinzător, patru ani mai târziu, chimistul francez Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran a găsit un element nou într-o probă de sfalerită (blendă de zinc), din Pirinei. El a putut să o descopere datorită unei analize spectroscopice, în care a observat spectrul a două linii violete care nu coincid cu cel al unui alt element.
După ce a descoperit un element nou, Lecoq a efectuat experimente pe 430 kg de sfalerită, din care a putut izola 0,65 grame din acesta; și după o serie de măsurători ale proprietăților sale fizice și chimice, el a concluzionat că este vorba de ekaluminiul lui Mendeleev.
Pentru a-l izola, Lecoq a efectuat electroliza hidroxidului respectiv în hidroxid de potasiu; probabil același cu care a dizolvat sfalerita. Prin certificarea faptului că a fost ekaluminium și, de asemenea, a fost descoperitorul său, el i-a dat numele de „gallium” (galium în engleză). Acest nume derivă din numele „Gallia”, care în latină înseamnă Franța.
Cu toate acestea, numele prezintă o altă curiozitate: „Lecoq” în franceză înseamnă „cocoș”, iar în latină „gallus”. Fiind un metal, „gallus” a devenit „gallium”; deși în spaniolă conversia este mult mai directă. Astfel, nu este o coincidență că un cocoș este gândit atunci când se vorbește despre galiu..
Galiul este un metal argintiu inodor, cu suprafață sticloasă, cu gust astringent. Solidul său este moale și fragil, iar atunci când se fracturează, este concoidal; adică piesele formate sunt curbate, asemănătoare cu scoicile.
Când este topit, în funcție de unghiul la care este privit, poate arăta o strălucire albăstruie. Acest lichid argintiu nu este toxic la contact; cu toate acestea, „se agață” prea mult de suprafețe, mai ales dacă sunt ceramice sau din sticlă. De exemplu, o singură picătură de galiu poate pătrunde în interiorul unei căni de sticlă pentru a o acoperi cu o oglindă argintie..
Dacă un fragment solid de galiu este depus în galiu lichid, acesta servește drept nucleu în care se dezvoltă și cresc rapid cristale de galiu sclipitoare..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C. Această temperatură poate fi atinsă ținând strâns un pahar de galiu între ambele mâini până se topește..
2400 ° C. Rețineți diferența mare între 29,7 ° C și 2400 ° C; adică, galiul lichid are o presiune de vapori foarte scăzută și acest fapt îl face unul dintre elementele cu cea mai mare diferență de temperatură între starea lichidă și cea gazoasă..
-La temperatura camerei: 5,91 g / cm3
-La punctul de topire: 6,095 g / cm3
Rețineți că același lucru se întâmplă cu galiul ca și cu apa: densitatea lichidului său este mai mare decât cea a solidului său. Prin urmare, cristalele dvs. vor pluti pe galiu lichid (aisberguri de galiu). De fapt, expansiunea volumului solidului este de așa natură (de trei ori), încât este incomod să se depoziteze galiul lichid în recipiente care nu sunt din plastic..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
La 1037 ºC, numai lichidul său exercită o presiune de 1 Pa.
1.81 pe scara Pauling
-Mai întâi: 578,8 kJ / mol (Ga+ gazos)
-Al doilea: 1979,3 kJ / mol (GaDouă+ gazos)
-În al treilea rând: 2963 kJ / mol (Ga3+ gazos)
40,6 W / (m K)
270 nΩ · m la 20 ºC
1.5
1.819 cP la 32 ° C
709 dyne / cm la 30 ° C
La fel ca aluminiul, galiul este amfoteric; reacționează atât cu acizi, cât și cu baze. De exemplu, acizii puternici îl pot dizolva pentru a forma săruri de galiu (III); dacă sunt despre HDouăSW4 și HNO3, sunt produse GaDouă(SW4)3 și a câștigat3)3, respectiv. În timp ce atunci când reacționează cu baze puternice, se produc săruri galatice, cu ionul Ga (OH)4-.
Rețineți asemănarea dintre Ga (OH)4- și Al (OH)4- (aluminat). Dacă se adaugă amoniac la mediu, se formează hidroxid de galiu (III), Ga (OH)3, care este și amfoteric; atunci când reacționează cu baze puternice, produce din nou Ga (OH)4-, dar dacă reacționează cu acizi puternici eliberează complexul apos [Ga (OHDouă)6]3+.
Galiul metalic este relativ inert la temperatura camerei. Nu reacționează cu aerul, ca un strat subțire de oxid, GaDouăSAU3, îl protejează de oxigen și sulf. Cu toate acestea, atunci când este încălzit, oxidarea metalului continuă, transformându-se complet în oxidul său. Și dacă este prezent sulf, la temperaturi ridicate, acesta reacționează pentru a forma GaDouăS3.
Există nu numai oxizi și sulfuri de galiu, ci și fosfuri (GaP), arsenide (GaAs), nitruri (GaN) și antimonide (GaSb). Astfel de compuși pot fi originari prin reacția directă a elementelor la temperaturi ridicate sau prin căi sintetice alternative..
La fel, galiul poate reacționa cu halogeni pentru a forma halogenurile lor respective; precum GaDouăCl6, GaF3 și GaDouăEu3.
Acest metal, ca și aluminiul și congenerii săi (membri ai aceluiași grup 13), pot interacționa covalent cu atomii de carbon pentru a produce compuși organometalici. În cazul celor cu legături Ga-C, acestea sunt numite organogalium.
Cel mai interesant lucru despre galiu nu este una dintre caracteristicile sale chimice anterioare, ci ușurința enormă cu care poate fi aliat (similar cu cea a mercurului și a procesului său de fuziune). Atomii săi de Ga „freacă rapid umerii” între cristalele metalice, rezultând aliaje de galiu..
Galiul nu este doar neobișnuit prin faptul că este un metal care se topește cu căldura palmei, dar structura sa este complexă și incertă..
Pe de o parte, se știe că cristalele sale adoptă o structură ortorombică (Ga-I) în condiții normale; Cu toate acestea, aceasta este doar una dintre numeroasele faze posibile pentru acest metal, din care ordinea exactă a atomilor săi nu a fost specificată. Prin urmare, este o structură mai complexă decât ar putea apărea la prima vedere..
Se pare că rezultatele variază în funcție de unghiul sau direcția în care este analizată structura sa (anizotropie). De asemenea, aceste structuri sunt foarte susceptibile la cea mai mică schimbare de temperatură sau presiune, ceea ce înseamnă că galiul nu poate fi definit ca un singur tip de cristal în momentul interpretării datelor..
Atomii de Ga interacționează între ei datorită legăturii metalice. Cu toate acestea, s-a găsit un anumit grad de covalență între doi atomi vecini, astfel încât se presupune existența dimerului Ga.Două (Gaga).
În teorie, această legătură covalentă ar trebui formată prin suprapunerea orbitalului 4p, cu singurul său electron conform configurației electronice:
[Ar] 3d10 4sDouă 4p1
Acest amestec de interacțiuni covalente-metalice este atribuit punctului de topire scăzut al galiului; întrucât, deși, pe de o parte, poate exista o „mare de electroni” care ține strâns atomii de Ga în cristal, pe de altă parte, unitățile structurale constau din dimeri de Ga.Două, ale cărei interacțiuni intermoleculare sunt slabe.
Când presiunea crește de la 4 la 6 GPa, cristalele de galiu suferă tranziții de fază; de la ortorombic trece la cubic centrat în corp (Ga-II), iar de la acesta trece în cele din urmă la tetragonal centrat în corp (Ga-III). În intervalul de presiune, este posibil să se formeze un amestec de cristale, ceea ce face interpretarea structurilor și mai dificilă..
Cei mai energici electroni sunt cei găsiți în orbitalele 4s și 4p; deoarece există trei dintre ele, se așteaptă, prin urmare, că galiul le poate pierde atunci când este combinat cu elemente mai electronegative decât acesta.
Când se întâmplă acest lucru, se presupune existența cationului Ga.3+, iar numărul sau starea sa de oxidare se spune că este +3 sau Ga (III). De fapt, acesta este cel mai comun dintre toate numerele sale de oxidare. Următorii compuși, de exemplu, posedă galiu ca +3: GaDouăSAU3 (GaDouă3+SAU3Două-), GaDouăFr6 (GaDouă3+Fr6-), Li3GaNDouă (Li3+Ga3+NDouă3-) și GaDouăCeai3 (GaDouă3+Ceai3Două-).
Galiul poate fi găsit și cu numere de oxidare de +1 și +2; deși sunt mult mai puțin frecvente decât +3 (similar cu cel din aluminiu). Exemple de astfel de compuși sunt GaCl (Ga+Cl-), GaDouăO (GaDouă+SAUDouă-) și GaS (GaDouă+SDouă-).
Rețineți că existența ionilor cu magnitudini de încărcare identice cu numărul de oxidare considerat este întotdeauna presupusă (corect sau nu)..
Galiul se găsește în scoarța terestră cu o abundență proporțională cu cea a metalelor cobalt, plumb și niobiu. Apare ca o sulfură sau un oxid hidratat, răspândit pe scară largă ca impurități conținute în alte minerale.
Oxizii și sulfurile sale sunt slab solubile în apă, astfel încât concentrația de galiu din mări și râuri este scăzută. În plus, singurul mineral „bogat” în galiu este gallita (CuGaSDouă, poza de mai sus). Cu toate acestea, nu este practic să exploatezi puiul pentru a obține acest metal. Mai puțin cunoscut este mineralul plumbogumit de galiu.
Prin urmare, nu există minereuri ideale pentru acest metal (cu o concentrație mai mare de 0,1% din masă)..
În schimb, galiul este obținut ca un produs secundar al tratamentului metalurgic al minereurilor altor metale. De exemplu, poate fi extras din bauxite, amestecătoare de zinc, alunuri, cărbuni, galene, pirite, germanite etc.; adică este de obicei asociat cu aluminiu, zinc, carbon, plumb, fier și germaniu în diferite corpuri minerale.
Când materia primă minerală este digerată sau dizolvată, fie în mediu puternic acid sau bazic, se obține un amestec de ioni metalici solubilizați în apă. Deoarece galiul este un produs secundar, ionii săi Ga3+ rămân dizolvate în amestec odată cu precipitarea metalelor de interes.
Astfel, doriți să separați aceste Ga3+ dintre ceilalți ioni, cu singurul scop de a crește concentrația lor și puritatea metalului rezultat.
Pentru aceasta, pe lângă tehnicile convenționale de precipitare, cromatografia cu schimb de ioni este utilizată prin utilizarea unei rășini. Datorită acestei tehnici este posibil să separați (de exemplu) Ga3+ din CaDouă+ o Credință3+.
Odată ce a fost obținută o soluție foarte concentrată de ioni Ga3+, este supus electrolizei; adică Ga3+ primește electroni pentru a se putea forma sub formă de metal.
Galiul se găsește în natură în principal ca doi izotopi: 69Ga, cu o abundență de 60,11%; si 71Ga, cu o abundență de 39,89%. Din acest motiv, greutatea atomică a galiului este de 69,723 u. Ceilalți izotopi ai galiului sunt sintetici și radioactivi, cu mase atomice variind de la 56Ga a 86Ga.
Din punct de vedere al mediului, galiul metalic nu este foarte reactiv și solubil în apă, astfel încât scurgerile sale în teorie nu reprezintă riscuri severe de contaminare. În plus, nu se știe ce rol biologic poate avea în organisme, majoritatea atomilor săi fiind excretați în urină, fără semne de acumulare în oricare dintre țesuturile sale..
Spre deosebire de mercur, galiul poate fi manipulat cu mâinile goale. De fapt, experimentul încercării de a-l topi cu căldura mâinilor este destul de obișnuit. O persoană poate atinge lichidul de argint rezultat fără teama de a-și deteriora sau răni pielea; deși lasă o pată de argint pe ea.
Cu toate acestea, ingerarea acestuia ar putea fi toxică, deoarece teoretic s-ar dizolva în stomac pentru a genera GaCl3; sare de galiu ale cărei efecte asupra organismului sunt independente de metal.
Galiul se caracterizează prin colorare puternică sau aderență la suprafețe; iar dacă acestea sunt metalice, trece prin ele și formează aliaje instantaneu. Această caracteristică de a putea fi aliat cu aproape toate metalele face inadecvată vărsarea de galiu lichid pe orice obiect metalic..
Prin urmare, obiectele metalice riscă să se spargă în bucăți în prezența galiului. Acțiunea sa poate fi atât de lentă și neobservată, încât aduce surprize nedorite; mai ales dacă a fost vărsat pe un scaun metalic, care s-ar putea prăbuși atunci când cineva stă pe el.
De aceea, cei care doresc să manipuleze galiul nu trebuie să-l pună niciodată în contact cu alte metale. De exemplu, lichidul său este capabil să dizolve folia de aluminiu, precum și să se strecoare în cristale de indiu, fier și staniu, pentru a le face fragile..
În termeni generali, în ciuda celor menționate anterior și a faptului că vaporii săi sunt aproape absenți la temperatura camerei, galiul este de obicei considerat un element sigur cu toxicitate zero..
Galiul a înlocuit mercurul ca lichid pentru a citi temperaturile marcate de termometru. Cu toate acestea, punctul său de topire de 29,7 ° C este încă ridicat pentru această aplicație, motiv pentru care în starea sa metalică nu ar fi fezabil să-l utilizați în termometre; în schimb, se folosește un aliaj numit Galinstan (Ga-In-Sn).
Aliajul Galinstan are un punct de topire în jurul valorii de -18 ºC, iar toxicitatea sa zero îl face o substanță ideală pentru proiectarea termometrelor medicale independente de mercur. În acest fel, dacă s-ar rupe, ar fi sigur să curățați mizeria; deși ar murdări podeaua datorită capacității sale de a uda suprafețele.
Din nou, se menționează umectabilitatea galiului și a aliajelor sale. Când atingeți o suprafață de porțelan sau sticlă, aceasta se răspândește pe întreaga suprafață până când este complet acoperită de o oglindă argintie.
Pe lângă oglinzi, aliajele de galiu au fost folosite pentru a crea obiecte de toate formele, deoarece odată ce s-au răcit se solidifică. Acest lucru ar putea avea un mare potențial nanotehnologic: construirea obiectelor de dimensiuni foarte mici, care funcționează logic la temperaturi scăzute și prezintă proprietăți unice bazate pe galiu..
Pastele termice utilizate în procesoarele de calculator au fost fabricate din aliaje de galiu.
Ioni Ga3+ poartă o anumită asemănare cu Fe3+ în modul în care intervin în procesele metabolice. Prin urmare, dacă există o funcție, parazit sau bacterie care necesită fier pentru a efectua, acestea pot fi oprite confundându-l cu galiu; acesta este cazul bacteriilor pseudomonas.
Deci, aici apar medicamentele pentru galiu, care pot consta pur și simplu din sărurile sale anorganice sau organogalium. La Ganita, denumire comercială pentru azotatul de galiu, Ga (NO3)3, utilizat pentru reglarea nivelurilor ridicate de calciu (hipercalcemie) asociate cu cancerul osos.
Arsenura și nitrura de galiu se caracterizează prin faptul că sunt semiconductori, care au ajuns să înlocuiască siliciul în anumite aplicații optoelectronice. Cu acestea s-au fabricat tranzistoare, diode laser și diode emițătoare de lumină (albastru și violet), cipuri, celule solare etc. De exemplu, datorită laserelor GaN, discurile Blu-Ray pot fi citite.
Oxizii de galiu au fost folosiți pentru a studia cataliza lor în diferite reacții organice de mare interes industrial. Unul dintre catalizatorii mai noi de galiu constă din propriul său lichid, peste care sunt dispersați atomii altor metale care funcționează ca centre active sau situri..
De exemplu, catalizatorul de galiu-paladiu a fost studiat în reacția de dehidrogenare a butanului; adică transformarea butanului în specii nesaturate mai reactive, necesare pentru alte procese industriale. Acest catalizator constă din galiu lichid care acționează ca suport pentru atomii de paladiu..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.