Галлий

(лат. Gallium) Ga, химический элемент III группы периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 31, атомная масса 69,72. Серебристо-белый мягкий металл. Состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 69 (60,5% ) и 71 (39,5%). Существование Г. («экаалюминия») и основные его свойства были предсказаны в 1870 Д. И. Менделеевым. Элемент был открыт спектральным анализом в пиренейской цинковой обманке и выделен в 1875 французским химиком П. Э. Лекоком де Буабодраном. Назван в честь Франции (лат. Gallia). Точное совпадение свойств Г. С предсказанными было первым триумфом периодической системы. Среднее содержание Г. В земной коре относительно высокое, 1,5-10-30% по массе, что равно содержанию свинца и молибдена. Г. — типичный рассеянный элемент.

Единственный минерал Г. — галдит CuGaS2 очень редок. Геохимия Г. Тесно связана с геохимией алюминия (См. Алюминий), что обусловлено сходством их физико-химических свойств. Основная часть Г. В литосфере заключена в минералах алюминия. Содержание Г. В бокситах и нефелинах колеблется от 0,002 до 0,01%. Повышенные концентрации Г. Наблюдаются также в сфалеритах (0,01—0,02% ), в каменных углях (вместе с германием), а также в некоторых железных рудах. Физические и химические свойства. Г. Имеет ромбическую (псевдотетрагональную) решётку с параметрами а = 4,5197А, b = 7,6601A, с = 4.5257А. Плотность. (г/см3) твёрдого металла 5,904 (20°С), жидкого 6,095 (29,8°С), т. Е при затвердевании объём Г. Увеличивается. Tпл 29,8°С, tkип 2230°С. Отличительная особенность Г.

— большой интервал жидкого состояния (2200° С) и низкое давление пара при температурах до 1100—1200°С. Удельная теплоёмкость твёрдого Г. 376,7 дж/ (кг·К), т. Е. 0,09 кал/ (г •град) в интервале 0—24°С, жидкого соответственно 410дж /(кг•К.), то есть 0,098 кал/(г·град) в интервале 29—100°С. Удельное электрическое сопротивление (ом·см) твёрдого Г. 53,4-10-6 (0°С), жидкого 27,2·10-6 (30°С). Вязкость (пуаз = 0,1 н· сек/м2). 1,612(98°С), 0,578 (1100°С), поверхностное натяжение 0,735 н/м (735 дин/см) (30 °С в атмосфере H2). Коэффициенты отражения для длин волн 4360А и 5890А соответственно равны 75,6% и 71,3%. Сечение захвата тепловых нейтронов 2,71 барна (2,7·10-28м2). На воздухе при обычной температуре Г. Стоек. Выше 260° С в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (плёнка окиси защищает металл).

В серной и соляной кислотах Г. Растворяется медленно, в плавиковой — быстро, в азотной кислоте на холоду Г. Устойчив. В горячих растворах щелочей Г. Медленно растворяется. Хлор и бром реагируют с Г. На холоду, и́од — при нагревании. Расплавленный Г. При температурах выше 300° С взаимодействует со всеми конструкционными металлами и сплавами. Наиболее устойчивы трёхвалентные соединения Г., которые во многом близки по свойствам химическим соединениям алюминия. Кроме того, известны одно- и двухвалентные соединения. Высший окисел Ga2O3 — вещество белого цвета, нерастворимое в воде. Соответствующая ему гидроокись осаждается из растворов солей Г. В виде белого студенистого осадка. Она имеет ярко выраженный амфотерный характер. При растворении в щелочах образуются галлаты (например, Na[Ga(OH)4]), при растворении в кислотах — соли Г.

Ga2(S04)3, GaCl3 и др. Кислотные свойства у гидроокиси Г. Выражены сильнее, чем у гидроокиси алюминия [интервал выделения А1(ОН)3 лежит в пределах pH = 10,6—4,1, а Ca(OH)3 в пределах pH = 9,7—3,4]. В отличие от A1(OH)3, гидроокись Г. Растворяется не только в сильных щелочах, но и в растворах аммиака. При кипячении из аммиачного раствора вновь выпадает гидроокись Г. Из солей Г. Наибольшее значение имеют хлорид GaC13 (t пл 78°С, t кип 200°С) и сульфат Ga2(SO4)3. Последний с сульфатами щелочных металлов и аммония образует двойные соли типа квасцов, например (NH4) Ga(SO4)2-12H2O.Г. Образует малорастворимый в воде и разбавленных кислотах ферроцианид Ga4[Fe(CN)6]3, что может быть использовано для его отделения от Al и ряда др.

Элементов. Получение и применение. Основной источник получения Г. — алюминиевое производство. Г. При переработке бокситов по способу Байера концентрируется в оборотных маточных растворах после выделения А1(ОН)з. Из таких растворов Г. Выделяют электролизом на ртутном катоде. Из щелочного раствора, полученного после обработки амальгамы водой, осаждают Ga(OH)3, которую растворяют в щёлочи и выделяют Г. Электролизом. При содово-известковом способе переработки бокситовой или нефелиновой руды Г. Концентрируется в последних фракциях осадков, выделяемых в процессе карбонизации. Для дополнительного обогащения осадок гидроокисей обрабатывают известковым молоком. При этом большая часть A1 остаётся в осадке, а Г. Переходит в раствор, из которого пропусканием CO2 выделяют галлиевый концентрат (6—8% Ga2O3).

Последний растворяют в щёлочи и выделяют Г. Электролитически. Источником Г. Может служить также остаточный анодный сплав процесса рафинирования A1 по методу трёхслойного электролиза. В производстве цинка источниками Г. Являются возгоны(вельц-окислы), образующиеся при переработке хвостов выщелачивания цинковых огарков. Полученный электролизом щелочного раствора жидкий Г., промытый водой и кислотами (HC1, HNOз), содержит 99,9—99,95% Ga. Более чистый металл получают плавкой в вакууме, зонной плавкой или вытягиванием монокристалла из расплава. Широкого промышленного применения Г. Пока не имеет. Потенциально возможные масштабы попутного получения Г. В производстве алюминия до сих пор значительно превосходят спрос на металл.

Наиболее перспективно применение Г. В виде химических соединений типа GaAs, GaP, GaSb, обладающих полупроводниковыми свойствами. Они могут применяться в высокотемпературных выпрямителях и транзисторах, солнечных батареях и др. Приборах, где может быть использован фотоэффект в запирающем слое, а также в приёмниках инфракрасного излучения. Г. Можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражательной способностью. Сплав алюминия с Г. Предложен вместо ртути в качестве катода ламп ультрафиолетового излучения, применяемых в медицине. Жидкий Г. И его сплавы предложено использовать для изготовления высокотемпературных термометров (600—1300° С) и манометров. Представляет интерес применение Г.

И его сплавов в качестве жидкого теплоносителя в энергетических ядерных реакторах (этому мешает активное взаимодействие Г. При рабочих температурах с конструкционными материалами. Эвтектический сплав Ga—Zn—Sn оказывает меньшее коррозионное действие, чем чистый Г. ). Лит. Шека И. А., Чаус И. С., Митюрева Т. Т., Галлий, К., 1963. Еремин Н. И., Галлий, М., 1964. 3еликман А. Н., К рейн О. Е., Самсонов Г. В., Металлургия редких металлов, 2 изд., М., 1964. Einecke Е., Das Gallium, Lpz., [1937]. А. Н. Зеликман..