Das chemische Element Gallium kommt in der Natur praktisch nicht in freier Form vor. Es kommt in Beimischungen von Mineralien vor, von denen es eher schwer zu trennen ist. Galium gilt als seltene Substanz, einige seiner Eigenschaften wurden noch nicht vollständig untersucht. Trotzdem wird es in der Medizin und Elektronik verwendet. Was ist dieses Element? Welche Eigenschaften besitzt es?

Galium - Metall oder Nichtmetall?

Das Element gehört zur dreizehnten Gruppe der vierten Periode. Es ist nach der historischen Region Gallien benannt, zu der Frankreich gehörte, dem Geburtsort des Entdeckers des Elements. Zur Bezeichnung wird das Symbol Ga verwendet.

Galium gehört zusammen mit Aluminium, Indium, Germanium, Zinn, Antimon und anderen Elementen zur Gruppe der Leichtmetalle. Als einfache Substanz ist es zerbrechlich und weich, hat eine silbrig-weiße Farbe mit einem leichten Blaustich.

Entdeckungsgeschichte

Mendeleev "vorhergesagt" Galiy und ließ ihm einen Platz in der dritten Gruppe des Periodensystems (nach dem veralteten System). Er benannte grob seine Atommasse und sagte sogar voraus, dass das Element spektroskopisch entdeckt werden würde.

Innerhalb weniger Jahre wurde das Metall vom Franzosen Paul Émile Lecoq entdeckt. Im August 1875 untersuchte ein Wissenschaftler das Spektrum einer Lagerstätte in den Pyrenäen und bemerkte neue violette Linien. Das Element wurde Gallium genannt. Sein Gehalt im Mineral war extrem gering und Lecoq konnte nur 0,1 Gramm isolieren. Die Entdeckung von Metall wurde zu einer der Bestätigungen für die Richtigkeit von Mendelejews Vorhersage.

Physikalische Eigenschaften

Galiummetall ist sehr duktil und schmelzbar. Bei niedrigen Temperaturen bleibt es in einem festen Zustand. Um daraus eine Flüssigkeit zu machen, reicht eine Temperatur von 29,76 Grad Celsius oder 302,93 nach Calvin. Sie können es schmelzen, indem Sie es in der Hand halten oder in eine heiße Flüssigkeit tauchen. Zu hohe Temperaturen machen es sehr aggressiv: Ab 500 Grad Celsius kann es andere Metalle angreifen.

Das Kristallgitter von Gallium wird von zweiatomigen Molekülen gebildet. Sie sind sehr stabil, aber schwach miteinander verwandt. Es braucht sehr wenig Energie, um ihre Bindung zu lösen, sodass das Gallium leicht flüssig wird. In Bezug auf die Schmelzbarkeit ist es fünfmal höher als Indium.

Im flüssigen Zustand ist das Metall dichter und schwerer als im Festkörper. Außerdem leitet es den Strom besser. Unter normalen Bedingungen beträgt seine Dichte 5,91 g / cm³. Das Metall siedet bei -2230 Grad Celsius. Beim Erstarren dehnt es sich um etwa 3,2 % aus.

Chemische Eigenschaften

In vielen chemischen Eigenschaften ähnelt Gallium Aluminium, ist jedoch weniger aktiv und reagiert langsamer. Es reagiert nicht mit Luft und bildet sofort einen Oxidfilm, der die Oxidation verhindert. Es reagiert nicht auf Wasserstoff, Bor, Silizium, Stickstoff und Kohlenstoff.

Metall interagiert gut mit fast allen Halogenen. Reagiert mit Jod nur beim Erhitzen, reagiert mit Chlor und Brom schon bei Raumtemperatur. In heißem Wasser beginnt es Wasserstoff zu verdrängen, bildet mit Mineralsäuren Salze und setzt auch Wasserstoff frei.

Mit anderen Metallen ist Gallium in der Lage, Amalgame zu bilden. Wenn flüssiges Gallium auf ein festes Stück Aluminium getropft wird, beginnt es darin einzudringen. Durch das Eindringen in das Kristallgitter von Aluminium wird die flüssige Substanz spröde. Innerhalb weniger Tage lässt sich ein massiver Metallriegel ohne großen Kraftaufwand mit den Händen zerbröckeln.

Anwendung

In der Medizin wird das Metall Gallium zur Bekämpfung von Tumoren und Hyperkalzämie eingesetzt, es eignet sich auch zur Radioisotopendiagnostik von Knochenkrebs. Zubereitungen, die den Stoff enthalten, können jedoch Nebenwirkungen wie Übelkeit und Erbrechen verursachen.

Das Metall Gallium wird auch in der Ultrafrequenzelektronik verwendet. Es wird als piezoelektrisches Material zur Herstellung von Halbleitern und LEDs verwendet. Aus einer Legierung von Gallium mit Scandium oder Nickel werden Metallkleber gewonnen. Mit Plutonium legiert, spielt es die Rolle eines Stabilisators und wird in Atombomben verwendet.

Gläser mit diesem Metall haben einen hohen Brechungsindex für Strahlen, und sein Oxid Ga 2 O 3 ermöglicht es dem Glas, Infrarotstrahlen durchzulassen. Aus reinem Gallium lassen sich einfache Spiegel herstellen, da es das Licht gut reflektiert.

Verteilung und Einlagen von galia

Wo bekomme ich Galium? Metall kann ganz einfach online bestellt werden. Die Kosten reichen von 115 bis 360 US-Dollar pro Kilogramm. Das Metall gilt als selten, es liegt sehr verstreut in der Erdkruste vor und bildet praktisch keine eigenen Mineralien. Seit 1956 wurden alle drei gefunden.

Gallium findet sich häufig in Zink, Eisen, seine Verunreinigungen finden sich in Kohle, Beryll, Granat, Magnetit, Turmalin, Feldspat, Chlorit und anderen Mineralien. Im Durchschnitt beträgt sein Gehalt in der Natur etwa 19 g / t.

Gallium ist vor allem in Substanzen enthalten, die ihm in seiner Zusammensetzung ähnlich sind. Aus diesem Grund ist es schwierig und teuer, sie zu extrahieren. Das metalleigene Mineral wird Gallit mit der Formel CuGaS 2 genannt. Es enthält auch Kupfer und Schwefel.

Einfluss auf eine Person

Über die biologische Rolle von Metall und seine Wirkung auf den menschlichen Körper ist wenig bekannt. Im Periodensystem steht es neben den für uns lebenswichtigen Elementen (Aluminium, Eisen, Zink, Chrom). Es besteht die Meinung, dass Gallium als Ultramikroelement Teil des Blutes ist, dessen Fluss beschleunigt und die Bildung von Blutgerinnseln verhindert.

Auf die eine oder andere Weise ist eine geringe Menge der Substanz im menschlichen Körper enthalten (10 -6 - 10 -5%). Galium gelangt zusammen mit Wasser und landwirtschaftlichen Nahrungsmitteln in ihn. Es wird im Knochengewebe und in der Leber zurückgehalten.

Galiummetall gilt als wenig toxisch oder bedingt toxisch. Bei Hautkontakt bleiben kleine Partikel auf der Haut zurück. Es sieht aus wie ein grauer, schmutziger Fleck, der leicht mit Wasser entfernt werden kann. Die Substanz hinterlässt keine Verbrennungen, kann jedoch in einigen Fällen Dermatitis verursachen. Es ist bekannt, dass ein hoher Haliumgehalt im Körper Störungen der Leber, der Nieren und des Nervensystems verursacht, was jedoch sehr viel Metall erfordert.

DEFINITION

Gallium- das einunddreißigste Element des Periodensystems. Bezeichnung - Ga aus dem Lateinischen "Gallium". Das Hotel liegt in der vierten Periode, IIIA-Gruppe. Bezieht sich auf Metalle. Die Kernladung beträgt 31.

Gallium ist eines der seltenen Elemente und kommt in der Natur nicht in nennenswerten Konzentrationen vor. Es wird hauptsächlich aus Zinkkonzentraten gewonnen, nachdem Zink daraus geschmolzen wurde.

Gallium ist im freien Zustand ein silbrig-weißes (Abb. 1) Weichmetall mit niedrigem Schmelzpunkt. Es ist an der Luft ziemlich stabil, zersetzt kein Wasser, löst sich jedoch leicht in Säuren und Laugen.

Reis. 1. Gallium. Aussehen.

Atom- und Molekulargewicht von Gallium

Das relative Molekulargewicht einer Substanz (M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls mehr als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms beträgt, und die relative Atommasse eines Elements (Ar) ist, wie oft die durchschnittliche Masse der Atome eines chemischen Elements mehr als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms beträgt.

Da Gallium im freien Zustand in Form von einatomigen Ga-Molekülen vorliegt, fallen die Werte seiner Atom- und Molekülmassen zusammen. Sie sind gleich 69,723.

Galliumisotope

Gallium kommt in der Natur bekanntlich in Form von zwei stabilen Isotopen 69 Ga (60,11 %) und 71 Ga (39,89 %) vor. Ihre Massenzahlen sind 69 bzw. 71. Der Kern des 69-Ga-Isotops enthält einunddreißig Protonen und achtunddreißig Neutronen, während das 71-Ga-Isotop die gleiche Anzahl von Protonen und vierzig Neutronen enthält.

Es gibt künstliche instabile radioaktive Isotope von Gallium mit Massenzahlen von 56 bis 86 sowie drei isomere Zustände von Kernen, darunter das langlebigste Isotop 67 Ga mit einer Halbwertszeit von 3,26 Tagen.

Galliumionen

Auf dem äußeren Energieniveau des Galliumatoms gibt es drei Elektronen, die Valenz sind:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1.

Gallium gibt durch chemische Wechselwirkung seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Donor und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

Ga 0 –2e → Ga 2+;

Ga 0 -3e → Ga 3+.

Galliummolekül und -atom

Im freien Zustand liegt Gallium in Form von einatomigen Ga-Molekülen vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Galliumatom und -molekül charakterisieren:

Galliumlegierungen

Durch die Zugabe von Gallium zu Aluminium erhält man Legierungen, die gut warmumformbar sind; Gallium-Gold-Legierungen werden in Zahnersatz und Schmuck verwendet.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Das sind 29,76 o C. Wenn Sie es in eine warme Handfläche legen, beginnt es allmählich von einem festen Zustand in eine flüssige Form überzugehen.

Ein kleiner Ausflug in die Geschichte

Wie heißt das Metall, das in der Hand schmilzt? Wie oben erwähnt, ist ein solches Material als Gallium bekannt. Seine theoretische Existenz wurde bereits 1870 von einem russischen Wissenschaftler, dem Autor der Tabelle der chemischen Elemente, Dmitry Mendeleev, vorhergesagt. Grundlage für die Entstehung einer solchen Annahme war seine Untersuchung der Eigenschaften zahlreicher Metalle. Damals hätte kein Theoretiker gedacht, dass das Metall, das in den Händen schmilzt, in Wirklichkeit existiert.

Die Möglichkeit, ein extrem niedrig schmelzendes Material zu synthetisieren, dessen Aussehen Mendeleev vorhersagte, wurde vom französischen Wissenschaftler Emile Lecoq de Boisbaudran bewiesen. 1875 konnte er Gallium aus Zinkerz isolieren. Bei Experimenten mit dem Material erhielt der Wissenschaftler ein Metall, das in seinen Händen schmilzt.

Es ist bekannt, dass Émile Boisbaudran erhebliche Schwierigkeiten hatte, ein neues Element aus Zinkerz zu trennen. Bei den ersten Versuchen gelang es ihm, nur 0,1 Gramm Gallium zu extrahieren. Aber auch dies erwies sich als ausreichend, um die erstaunliche Eigenschaft des Materials zu bestätigen.

Wo kommt Gallium in der Natur vor?

Gallium ist ein Element, das nicht als Erzvorkommen vorkommt. Das Material ist in der Erdkruste stark dispergiert. In der Natur kommt es in extrem seltenen Mineralien wie Gallit und Zengeit vor. In Laborversuchen kann aus den Erzen von Zink, Aluminium, Germanium und Eisen eine geringe Menge Gallium isoliert werden. Manchmal wird es in Bauxit, Kohlevorkommen und anderen Mineralvorkommen gefunden.

Wie Gallium gewonnen wird

Derzeit synthetisieren Wissenschaftler am häufigsten Metall, das in ihren Händen schmilzt, aus Aluminiumlösungen, die bei der Verarbeitung von Aluminiumoxid abgebaut werden. Durch das Entfernen des Großteils des Aluminiums und das wiederholte Aufkonzentrieren von Metallen wird eine alkalische Lösung erhalten, in der sich ein geringer Anteil an Gallium befindet. Dieses Material wird durch Elektrolyse von der Lösung getrennt.

Anwendungen

Gallium hat bis heute keine industrielle Verwendung gefunden. Dies liegt an der weit verbreiteten Verwendung von Aluminium, das in fester Form ähnliche Eigenschaften aufweist. Trotzdem sieht Gallium vielversprechend aus, da es hervorragende Halbleitereigenschaften besitzt. Dieses Metall kann potentiell für die Herstellung von Transistorelementen, Hochtemperatur-Stromgleichrichtern, Solarzellen verwendet werden. Gallium scheint eine ausgezeichnete Lösung für optische Spiegelbeschichtungen zu sein, die das höchste Reflexionsvermögen aufweisen.

Das Haupthindernis für die Verwendung von Gallium im industriellen Maßstab sind die hohen Kosten seiner Synthese aus Erzen und Mineralien. Der Preis pro Tonne eines solchen Metalls auf dem Weltmarkt beträgt mehr als 1,2 Millionen US-Dollar.

Bisher hat Gallium nur in der Medizin eine wirksame Anwendung gefunden. Metall in flüssiger Form wird verwendet, um den Knochenabbau bei Krebspatienten zu verlangsamen. Es wird verwendet, um Blutungen bei extrem tiefen Wunden am Körper des Opfers schnell zu stoppen. Im letzteren Fall führt eine Verstopfung von Blutgefäßen mit Gallium nicht zur Bildung von Blutgerinnseln.

Wie oben erwähnt, ist Gallium ein Metall, das in den Händen schmilzt. Da die Temperatur, die für den Übergang des Materials in den flüssigen Zustand erforderlich ist, etwas mehr als 29 ° C beträgt, reicht es aus, es in den Handflächen zu halten. Nach einiger Zeit beginnt das zunächst feste Material vor unseren Augen zu schmelzen.

Ein ziemlich faszinierendes Experiment kann mit der Erstarrung von Gallium durchgeführt werden. Das präsentierte Metall neigt dazu, sich während der Erstarrung auszudehnen. Für ein interessantes Experiment reicht es, flüssiges Gallium in ein Glasfläschchen zu geben. Als nächstes müssen Sie mit dem Kühlen des Behälters beginnen. Nach einer Weile können Sie sehen, wie sich in der Blase Metallkristalle zu bilden beginnen. Sie haben eine bläuliche Farbe, im Gegensatz zu der silbrigen Tönung, die für ein Material im flüssigen Zustand charakteristisch ist. Wenn Sie das Abkühlen nicht unterbrechen, wird das kristallisierende Gallium schließlich das Glasfläschchen aufbrechen.

Abschließend

Also haben wir herausgefunden, welches Metall in der Hand schmilzt. Gallium ist heute kommerziell für eigene Experimente zu finden. Allerdings sollte das Material mit äußerster Sorgfalt behandelt werden. Festes Gallium ist ungiftig. Längerer Kontakt mit dem Material in flüssiger Form kann jedoch zu den unvorhergesehensten gesundheitlichen Folgen bis hin zu Atemstillstand, Lähmung der Gliedmaßen und einer Person ins Koma führen.

Der Inhalt des Artikels

GALLIUM(Gallium) Ga, chemisches Element der 13. (IIIa) Gruppe des Periodensystems, Ordnungszahl 31, Atommasse 69,72. Konfiguration der äußeren Elektronik 4s 2 4p 1. Es gibt 29 bekannte Galliumisotope von 56 Ga bis 84 Ga. Darunter sind zwei stabile - 69 Ga und 71 Ga. Natürliches Gallium besteht nur aus stabilen Isotopen - 69 Ga (60,108%) und 71 Ga (39,892%). Die stabilste Oxidationsstufe in Verbindungen: +3.

Entdeckungsverlauf von Gegenständen.

Wir können sagen, dass die Entdeckung von Gallium zweimal geschah. Das erste Mal war es ein Spiel mit hellem Verstand und erstaunlicher Intuition, und das zweite - ein Ergebnis von Entschlossenheit und Beharrlichkeit, das nach fünfzehn Jahren unaufhörlicher Suche Früchte trug. Unter den drei seltenen Elementen der 13. Gruppe ist Gallium am häufigsten - in der Erdkruste ist sein Gehalt um eine Größenordnung höher als bei Thallium und um zwei Größenordnungen höher als in Indium. Ironischerweise wurde es jedoch vorhergesagt und dann zehn Jahre später als seine weniger verbreiteten Nachbarn entdeckt. Indium und Thallium wurden zufällig entdeckt - 1861 suchte Crookes nach Selen und fand Thallium, und 1863 suchten Reich und Richter nach Thallium und fanden Indium. Gallium wurde vorhergesagt und dann gezielt gesucht ... nur fünfzehn Jahre.

Alles begann im Jahr 1859, als Paul Émile (dit François) Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) mit seinem verbesserten Kirchhoff-Spektroskop begann, Mineralien zu untersuchen, um unbekannte Elemente in ihnen zu finden.

Im Jahr 1863 bemerkte er ein bestimmtes Muster in der Änderung der Spektralbänder von dreiwertigen Elementen beim Übergang von einem Element zum anderen, aber es gab eine Lücke zwischen Aluminium und Indium, so dass angenommen wurde, dass es ein anderes Element geben muss, die spektrale Emission Linien, die eine Zwischenposition einnehmen sollten. Im selben Jahr erhielt er dank der finanziellen Unterstützung der Familie ein eigenes Labor und setzte seine Suche fort, unterstützt durch sein eigenes Konzept der Abhängigkeit von Banden in Emissionsspektren von den Atomgewichten von Elementen. Lange Zeit blieben die Durchsuchungen erfolglos, da er nach seinen Angaben mit geringen Mengen der Substanz operierte. Im Jahr 1868 erhielt das Labor von Boisbaudran eine große Menge Zinkblende (Sphalerit), die aus der Grube Pierefit in den Pyrenäen stammte.

Unterdessen legte D. I. Mendeleev 1869 in St. Petersburg der Russischen Chemischen Gesellschaft einen Bericht über die Beziehung zwischen den physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Elements und seinem Atomgewicht vor. Am 6. März verlas NA Menshutkin im Namen von Mendelejew einen Bericht, in dem es insbesondere heißt: „... von 65-75". Am 7. Januar 1871 wurde auf einer Sitzung der Russischen Chemischen Gesellschaft ein Zusatz hinzugefügt, dass "die III. Gruppe der geraden Reihen in der 3. Reihe des Elements nach Zink fehlt und daher ein Atomgewicht von 68 hat". . Dieser Artikel wurde benannt Eka-Aluminium, wegen der Ähnlichkeit seiner angeblichen chemischen Eigenschaften mit denen von Aluminium.

Im Februar 1874 begann Boisbaudran mit der Verarbeitung von 52 Kilogramm Sphalerit und am 27. August 1875 erhielt er beim Kontakt des Konzentrats nach Verarbeitung des Sphalerits mit Zinkfolie eine weiße Substanz. Der Niederschlag wurde in Salzsäure gelöst und dann erneut mit einem Überschuss an Ammoniakwasser aus der Lösung gefällt und das resultierende Filtrat wurde eingedampft. Das resultierende "Ammoniumsalz" wurde dann in siedendem Königswasser gelöst. Die so erhaltene Boisbaudran-Lösung wurde in die Flamme des Bunsenbrenners eingebracht, fand aber keine neuen Linien im Spektrum. Wahrscheinlich wäre es ihm nie gelungen, wenn er nicht erraten hätte, eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme und einen elektrischen Lichtbogen zu verwenden, um die Substanz zu verdampfen. Er sah im Sichtfenster des Gerätes eine schwach violette Linie mit einer Wellenlänge von 4172 Å, und es bestand kein Zweifel, dass diese Linie zu einem bisher unbekannten Element gehörte. Im nächsten Versuch konzentrierte Boisbaudran das Element durch wiederholtes Ausfällen von Sulfiden mit Schwefelwasserstoff und leitete die entstandene Lösung nach Behandlung mit Salzsäure in einen Lichtbogen. Das Sichtfenster zeigte nun deutlich die 4172Å-Linie und eine weitere, schwächere und ebenfalls bisher unbeobachtete violette Linie mit einer Wellenlänge von 4033Å.

Boisbaudran benannte das Element Gallium nach seiner Heimat Frankreich (lat. Gallia). Es gibt eine andere, eher anekdotische Version des Namens des Elements. Tatsache ist, dass das lateinische " Gallus"bedeutet dasselbe wie französisch" le coq“, Nämlich der Hahn. Soweit Lecoq Teil der Adelsfamilie von Bouabaudran war, ist anzunehmen, dass das neue Element nach der Familie benannt wurde.

Boisbaudran schätzte die ungefähre Menge an Gallium, die in dem untersuchten Tropfen der Lösung enthalten war, die sich auf 0,01 mg ergab. Nach etwa zwei Wochen konnte er 2-3 mg Galliumchlorid gemischt mit Zinkchlorid aufkonzentrieren. Ende September 1875 erhielt er in Paris Glückwünsche zur Entdeckung eines neuen Elements. Vor einem Bericht an der Pariser Akademie der Wissenschaften sollte er eine Reihe von Experimenten durchführen, um metallisches Gallium zu gewinnen und seine Eigenschaften zu bestimmen. Das Labor von Charles Adolphe Würz war das am besten ausgestattete Labor in Paris (das Gebäude ist bis heute erhalten geblieben). Dort konnte Boisbaudran im November 1875 erstmals eine geringe Menge metallisches Gallium durch Elektrolyse einer Lösung seines Ammoniakkomplexes gewinnen. Im Dezember 1875 demonstrierte er der Pariser wissenschaftlichen Elite 3,4 mg Metall und hielt bald einen Vortrag an der Akademie der Wissenschaften. In der veröffentlichten Arbeit wurden einige Eigenschaften von Gallium angegeben: Atomgewicht, Dichte (falsch bestimmt), Schmelzpunkt und einige andere.

Nach einiger Zeit in St. Petersburg lernte DI Mendeleev die Nachricht über die Entdeckung von Gallium kennen und schickte am 15. November 1875 eine Nachricht an die "Notizen der Französischen Akademie der Wissenschaften", dass das entdeckte Element zuvor von ihm vorhergesagt wurde eka -Aluminium und sein spezifisches Gewicht sollte etwa 6 und nicht 4,7 betragen, wie von Boisbaudran festgestellt. Mendelejew jubelte, denn der französische Wissenschaftler entdeckte als erster eines der von ihm vorhergesagten Elemente und bewies damit die Richtigkeit des periodischen Gesetzes.

Im Jahr 1876 gelang es Boisbaudran, nach der Verarbeitung von 435 kg Erz 650 mg reines Gallium zu gewinnen. Tatsächlich stellte sich heraus, dass die von ihm zunächst ermittelte Dichte des Metalls unterschätzt wurde, da die zu untersuchende Galliummenge gering war und das Metall selbst mit Verunreinigungen verunreinigt war. Der Artikel Über das neue Metall - Gallium veröffentlicht 1877 in Annales de Chimie » (Bd. 10 (1877) S.100–141) Boisbaudran schrieb: „Schließlich kombinierte ich die sechs Proben von reinem Gallium, die ich ursprünglich erhalten hatte, zu einem vollkommen homogenen Barren. Sein spezifisches Gewicht betrug 5,935. Mendelejews Vorhersage Exakt Bestätigt. Unter den mehreren hypothetischen Elementen, die von seiner ursprünglichen Klassifizierung vorhergesagt wurden, scheint es eines zu geben, das Gallium entspricht ... Ich muss gestehen, dass ich die Beschreibung von Mendelejew für sein hypothetisches Element nicht einmal vermutet habe. Ich würde sogar hinzufügen, dass meine Unwissenheit mich in dem Sinne begünstigt haben könnte, dass ich Verzögerungen erleben würde, wenn ich im Ammoniaksediment nach Gallium suchte und nicht in einer Lösung ... bereits galliumarm. Der niedrige Schmelzpunkt stimmt auch nicht mit den Vorhersagen der Theorie überein. Trotz des unwiderlegbaren Verdienstes von Mendelejews Hypothese unterscheiden sich einige Reaktionen und Eigenschaften des neuen Metalls also ganz von denen, die von der Theorie vorhergesagt wurden ... Daher scheint mir, dass weder Mendelejews Berechnungen noch meine eigene Hypothese zu Erkenntnissen über geführt hätten Gallium für lange Zeit, wenn nicht für meine spezielle experimentelle Methode, der ich gefolgt bin." Tatsächlich machte Boisbaudran in seiner Botschaft an Mendelejew höflich, aber gleichzeitig bestimmt klar, dass es seine Spektralmethode und nicht die Vorhersage des russischen Wissenschaftlers war, die zur Entdeckung von Gallium führte. Als Hommage an Boisbaudran ist anzumerken, dass er das experimentelle Design der Methode wirklich auf das für damalige Verhältnisse höchste Niveau gebracht hat und zusammen mit Kirchhoff und Bunsen zu Recht als Begründer der Spektralanalyse gilt. Seine Verdienste wurden mit der „Legion of Honor“ – der höchsten Auszeichnung Frankreichs – und der Davy Medal der London Chemical Society ausgezeichnet. Gleichzeitig muss zugegeben werden, dass der französische Forscher die Verdienste des russischen Wissenschaftlers nicht anerkennen wollte, der keineswegs die Priorität der Entdeckung von Gallium beanspruchte und dessen große Verallgemeinerung ein Ereignis von unvergleichlich größerem Ausmaß war und Bedeutung als die Entdeckung eines einzelnen chemischen Elements. Unten ist eine Tabelle, die Mendelejews Berechnungen und Boisbaudrans Daten für eine einfache Substanz vergleicht.

In der Natur sein.

Gallium ist ein typisches Spurenelement, manchmal wird es auch als selten bezeichnet. Clarke (eine numerische Schätzung des durchschnittlichen Gehalts in der Erdkruste) von Gallium in der Erdkruste ist ziemlich groß und beträgt 1,5 · 10 –3% (Masse). Damit ist sein Gehalt höher als der von Molybdän, Wismut, Wolfram, Quecksilber und einigen anderen Elementen, die normalerweise nicht als selten eingestuft werden. Gallium hat chalkophile und lithophile Eigenschaften und kommt daher in Ablagerungen unterschiedlicher Art vor. Gallium kommt in keinen nennenswerten Konzentrationen vor und sein durchschnittlicher Gehalt in den Trägermineralien überschreitet nicht Hundertstel Prozent. Bis Mitte des 20. Jahrhunderts. man glaubte, dass Gallium keine eigenen Mineralien bildet, und erst 1956 berichtete Ramdorf, dass in den Erzen von Lagerstätten in der Nähe der Städte Tsumeb (Namibia) und Kipushi (Republik Zaire) sein eigenes Galliummineral gefunden wurde. Die Zusammensetzung dieses äußerst seltenen Minerals wurde von Strunz, Geyer und Zelinger festgelegt. Es stellte sich heraus, dass es sich um ein gemischtes Sulfid aus Kupfer und Gallium handelte - CuGaS 2, genannt Gallit. Es wird zusammen mit Sphalerit, Chalkopyrit, Germanit und einigen anderen Sulfidmineralien gefunden. Gallite hat einen grau-metallischen Glanz und ist hochglanzpoliert. In der Natur zieht Gallium hauptsächlich seine nächsten Nachbarn im Periodensystem an - Aluminium, Zink und Germanium. Gallium ist aufgrund der Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften, Ionenradien und Ionisationspotentiale ein ständiger Begleiter von Aluminium. Die Ähnlichkeit der Atomradien von Zink und Gallium bestimmt die Möglichkeit ihrer gegenseitigen Substitution in der Natur. Sphalerite aus Fluorit-Sulfid-Lagerstätten (0,01–0,1% Ga) sind besonders reich an Gallium. Die Hauptquelle für Gallium ist Bauxit (Aluminiumoxidhydrat). Interessanterweise zeichnen sich Bauxiterze unabhängig von ihrem Standort und ihren Herkunftsmerkmalen durch eine konstant gleichmäßige Galliumverteilung in ihnen aus - 0,002–0,006%. Nephelin aus Apatit-Nephelin-Erzen des Khibiny-Gebirges enthält Gallium in signifikanten Mengen (0,01–0,04%). Gallium kommt auch in vielen anderen Mineralien vor (der durchschnittliche Gehalt ist angegeben): Sphalerit (ZnS) - 0,001%, Pyrit (FeS 2) - 0,001%, Germanit (Cu 3 GeS 4) - 1,85%, Zirkon (ZrSiO 4) - 0,001 – 0,005%, Spodumen (LiAlSi 2 O 6) – 0,001–0,07% usw. Außerdem findet sich in einigen Kohlen (insbesondere in England) ein erhöhter Galliumgehalt. Der Hochofenstaub aus der Verbrennung solcher Kohlen enthält bis zu 1,5 % Gallium.

Die wichtigsten Galliumreserven der Welt sind mit Bauxitvorkommen verbunden, deren Reserven so groß sind, dass sie noch viele Jahrzehnte lang nicht erschöpft sein werden. Der größte Teil des im Bauxit enthaltenen Galliums bleibt jedoch aufgrund fehlender Produktionskapazitäten unzugänglich, deren Menge aus wirtschaftlichen Gründen diktiert wird. Die tatsächlichen Galliumreserven sind schwer abzuschätzen. Nach Angaben der USA Geologische Untersuchungen Die weltweit mit Bauxitvorkommen verbundenen Galliumressourcen belaufen sich auf 1 Million Tonnen. China, die USA, Russland, die Ukraine und Kasachstan verfügen über bedeutende Galliumreserven.

Galliumproduktion und -markt.

Gallium ist ein Streuelement, das ein ständiger Begleiter von Aluminium und Zink ist, daher ist seine Herstellung immer an die Verarbeitung von Aluminium- oder Sulfid-Polymetallerzen (insbesondere Zink) gebunden. Normalerweise ist die Gewinnung von Gallium aus Zinkkonzentraten mit vielen Schwierigkeiten verbunden, die die hohen Kosten des Metalls bestimmen; daher ist die Hauptquelle (95%) der Galliumproduktion seit mehreren Jahrzehnten der Abfall der Aluminiumindustrie, und die sogenannt. Die integrierte Abfallverarbeitung (zusammen mit der Gewinnung von Zink, Indium, Germanium) macht etwa 5 % der Produktionskapazität aus. Darüber hinaus gibt es Technologien zur Gewinnung von Gallium aus Hochofenstaub und Asche aus der Kohleverbrennung sowie deren Koksabfällen.

Die Verfahren zur Gewinnung von Gallium, einem Nebenprodukt, werden so gewählt, dass die technologischen Schemata zur Herstellung von Aluminium nicht gestört werden. Es gibt zwei Verfahren zur Verarbeitung von Aluminiumerzen - das Bayer-Verfahren, das in der Autoklavenextraktion von Aluminium mit zirkulierenden (d. Gallium verhält sich bei beiden Behandlungsmethoden ähnlich wie Aluminium und geht beim Auslaugen in Form eines löslichen Hydroxo-Komplexes in Lösung.

Die zweite Stufe beider Prozesse ist die Zersetzung der Aluminatlösung, während sich Gallium zwischen Niederschlag und Lösung verteilt. Es gibt drei Hauptmethoden zur Zersetzung von Aluminatlösungen - das Mischen mit einem Aluminiumhydroxid-Keim (spontane Zersetzung), die Übertragung von Kohlendioxid (Karbonisierung), die Wirkung von Calciumoxid (Kalkmethode). Die Aciditätskonstante von Galliumhydroxid ist etwas höher als die von Aluminiumhydroxid, daher bleibt bei Verwendung von Karbonisierungs- und Spontanfällungsverfahren der größte Teil des Galliums in Lösung. Unter Carbonisierungsbedingungen fällt in der Anfangszeit nur Al (OH) 3 aus. Die verbleibende Lösung wird eingedampft und zur Auslaugung zurückgeführt.

Da die alkalische Lösung zur Gewinnung von Aluminium verwendet wird, reichert sich darin Gallium an. Die galliumhaltige zirkulierende Lösung wird zum Auslaugen verwendet, bis das Galliumhydroxid in signifikanten Mengen mit Al (OH) 3 copräzipitiert. Die Methode der fraktionierten Karbonisierung wird häufig verwendet, wenn reines Al (OH) 3 in den Anfangsstufen des CO 2 -Durchgangs und in den Endstufen - ein Niederschlag von Natriumaluminiumcarbonat, angereichert mit NaGa (OH) 2 CO 3 H ., ausgefällt wird 2 O Gallocarbonat Dieser Niederschlag wird normalerweise als primäres Galliumkonzentrat betrachtet (enthält 0,2–0,5 % Ga 2 O 3 ), das dann in wässrigem Alkali gelöst wird, gefolgt von der Elektrolyse der resultierenden Lösung. Die Karbonatisierungsmethode wird üblicherweise in Sinteranlagen verwendet, sie ist beim Bayer-Verfahren unerwünscht, da sie die Zusammensetzung der zirkulierenden Lösungen verändert.

In Fabriken, die nach dem Bayer-Verfahren arbeiten, wird nun ein Amalgamverfahren zur Abtrennung von metallischem Gallium aus Aluminatlösungen mit einer rotierenden Quecksilberkathode verwendet. Nach der Anreicherung von Gallium (1%) im Kathodenmaterial wird das gebildete Amalgam mit einer heißen Natriumhydroxidlösung zersetzt. Gallium wird aus der resultierenden Lösung durch Elektrolyse freigesetzt.

Gallium, das durch solche Verfahren gewonnen wird, enthält viele Elemente als auffällige Verunreinigungen (manchmal bis zu 5%), wie Aluminium, Zink, Quecksilber, Magnesium, Eisen, Zinn, Blei und andere. Bei der Herstellung von Halbleitermaterialien wird nur hochreines Metall (99,9999% und höher) verwendet, daher wurden spezielle Methoden der Tiefenreinigung entwickelt.

Die einfachste Reinigungsmethode ist die Filtration durch ein poröses Prallblech, basierend auf der Tatsache, dass bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt von Gallium die meisten Verunreinigungen darin mikrogewichtet sind und auf dem Filter zurückgehalten werden (der Gehalt an Zn, Si, Cu nimmt auf 0,0001-0,001 % ab. Blei und Zink können Sie auf diese Weise nicht loswerden.

Eine andere Reinigungsmethode ist die Säure-Base-Behandlung, die auf der langsamen Löslichkeit von Gallium in Säuren und Laugen bei niedrigen Temperaturen basiert, bei der einige der Verunreinigungen (Al, Mg, Zn - während der Behandlung von HCl und Cu, Fe, Ni usw. - unter Einwirkung von HNO 3, unter Einwirkung von Alkali - Zn, Ti, Pb) löst sich auf. Mithilfe einer Säure-Base-Behandlung wird Gallium mit einer Reinheit von 99,99 % gewonnen.

Die Amalgam-Reinigungsmethode basiert auf der Auflösung von Gallium in Quecksilber bei 300 °C. Beim anschließenden Abkühlen blättert Gallium ab und viele Verunreinigungen schwimmen in Form von Mikrokristallen an seine Oberfläche (dann herausgefiltert) oder bleiben im Quecksilber.

Die Reinigung von Gallium von flüchtigen Verunreinigungen (Zn, Hg, Cd und gelöste Gase) erfolgt durch thermische Behandlung im Vakuum bei 900-1300 ° C.

Bei der elektrolytischen Raffination ist es möglich, Blei, Kupfer und teilweise Eisen nahezu vollständig loszuwerden. Dazu wird vorgereinigtes Gallium in reinster Natronlauge gelöst und die entstandene alkalische Lösung elektrolysiert (Kathode ist reines geschmolzenes Gallium). Das Ergebnis ist ein Metall mit einer Reinheit von 99,999 %.

Zur Tiefenreinigung von Gallium werden kristallphysikalische Methoden verwendet - Zonenschmelzen, Recken aus der Schmelze nach Czochralski und fraktionierte Kristallisation. Letztere Methode zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus: In das unter einer Schicht verdünnter Salzsäure geschmolzene Metall wird ein Keim eingebracht und kristallisiert, bis 10 % der ursprünglichen Metallmenge in flüssigem Zustand verbleiben. In diesem Fall sind fast alle Verunreinigungen in der verbleibenden Flüssigkeit konzentriert. Nach 5-10 Zyklen ist das Metall zu 99,9999% rein. Normalerweise werden 99,999 % Metall dieser Reinigungsmethode unterzogen.

Daten zur Produktion von Primärgallium in verschiedenen Werken werden oft klassifiziert, so dass die jährlichen Produktionsmengen schwer abzuschätzen sind. Nach Schätzungen der USA Geological Surveys produzierte 2004 69 Tonnen primäres Gallium, genauso wie 2003. Die Hauptproduzenten von primärem Gallium sind China, Deutschland, Japan, Kasachstan und die Ukraine. Kleinere, aber immer noch bedeutende Mengen an Gallium werden in Russland, Ungarn und der Slowakei produziert. In den USA wird kein Primärmetall hergestellt. Die Weltproduktion von hochreinem Gallium betrug im Jahr 2004 86 Tonnen. Diese Zahl enthält sekundäres Gallium. Frankreich, Japan, die USA und Großbritannien sind führend in der Produktion von hochreinem Gallium. Die industrielle Kapazität für die Produktion von primärem Gallium im Jahr 2004 wurde auf 165 Tonnen geschätzt, hochreines Gallium - 140 Tonnen, sekundäres Gallium - 68 Tonnen.

Die Hauptverbraucher von raffiniertem Gallium sind die USA und Japan. Der Galliummarkt ist instabil. Im Jahr 2004 lagen die Preise für 99,99% Metall in den Vereinigten Staaten im Bereich von 250–325 USD / kg, für 99,9999% - 350 USD / kg, für 99,99999% - 550 USD / kg.

Eigenschaften einer einfachen Substanz.

Gallium ist ein silbrig-weißes Metall, das mit einer dünnen Oxidschicht an der Luft bedeckt ist. Die Dichte beträgt 5907 kg / m 3 (20 ° C), geschmolzenes Gallium ist schwerer - 6095 kg / m 3 (29,80 ° C). Gallium ist eines der am niedrigsten schmelzenden Metalle (nach Quecksilber und Cäsium), sein Schmelzpunkt liegt bei 29,76 °C, er ist jedoch stark druckabhängig – bei 12.000 Atmosphären nur noch 2,55 °C. Reines Gallium neigt zur Unterkühlung und kann in der geschmolzener Zustand für lange Zeit bei 0 ° C und manchmal (z. B. beim Dispergieren in einer alkoholischen Lösung von Natriumoleat) und bei –40 ° C. Beim Impfen tritt eine schnelle Kristallisation auf. Der Siedepunkt von Gallium (2204 ° C) ist höher als der der meisten Leichtmetalle, daher hat es ein extrem breites Spektrum an Flüssigphasenexistenz; von allen Metallen hat nur Zinn ein solches Phänomen. Gallium ist mit einer Mohs-Härte von 1,5 sehr weich, hinterlässt also beim Reiben eine dunkelgraue Farbe auf dem Papier und lässt sich leicht mit dem Fingernagel zerkratzen. Bei Zimmertemperatur ist es ziemlich plastisch. Gallium benetzt im Gegensatz zu Quecksilber Glas und viele andere Materialien mit Ausnahme von Polyethylen gut, daher werden Polyethylenschalen für die Lagerung und den Transport verwendet. Flüssiges Gallium ist bei hohen Temperaturen stark korrosiv und korrodiert viele Materialien stärker als jedes andere geschmolzene Metall. Zum Beispiel korrodiert beständiges chemisches Glas "Pyrex" bereits bei 500 ° C, Graphit bei 800 ° C, Alundum bei 1000 ° C. Unter den Metallen sind Wolfram (bis 300 ° C) am widerstandsfähigsten gegen die Einwirkung von Gallium C), Molybdän und Niob (bis 400°C), Tantal (bis 450°C), Beryllium (bis 1000°C).

Gallium hat eine einzigartige Struktur. Es kristallisiert in einem orthogonalen System (von griechisch sýn – zusammen und gõdnia – Winkel – Klassifizierung von Kristallen nach der Symmetrie ihrer Elementarzellen). Die Struktur von Gallium ähnelt der von kristallinem Jod und besteht aus Ga 2 -Pseudomolekülen. Der Abstand zwischen den Galliumatomen in ihnen beträgt 2,44 , und jedes Atom im Pseudomolekül ist von sechs weiter entfernten Atomen umgeben (paarweise) in Abständen von 2,70 , 2,73 und 2,79 . Im geschmolzenen Zustand werden Ga 2 -Moleküle zurückgehalten. Die Struktur von flüssigem Gallium ist hexagonal, dicht gepackt, enthält jedoch auch Ketten niedriger Ordnung. Gallium besteht im gasförmigen Zustand hauptsächlich aus Atomen.

Unter normalen Bedingungen an der Luft trübt Gallium wie Aluminium - es ist mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert. Wenn es in Sauerstoff oder in Luft zu Rotglut erhitzt wird, oxidiert es leicht. In feuchter Luft erfolgt die Oxidation schneller. Sauerstofffreies Wasser hat keine Wirkung auf Gallium, selbst am Siedepunkt. In Gegenwart von Sauerstoff, insbesondere unter Autoklavenbedingungen bei 300 °C, wird Gallium jedoch merklich oxidiert:

4Ga + 2H 2 O + 3O 2 = 4GaO (OH).

Gallium löst sich in verdünnten Mineralsäuren bei niedrigen Temperaturen langsam auf. In konzentrierten Säuren oder bei erhöhten Temperaturen ist der Auflösungsprozess viel schneller:

2Ga + 6HCl = 2GaCl 3 + 3H 2

2Ga + 6H 2 SO 4 = Ga 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O (beim Erhitzen)

Ga + 4HNO 3 = Ga (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

In heißen Laugenlösungen löst sich Gallium unter Wasserstoffentwicklung und Bildung von Hydroxo-Komplexen:

2Ga + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 + 3H 2.

Halogene, mit Ausnahme von Jod, interagieren bereits bei Kälte leicht mit Gallium:

2Ga + 3X 2 = 2GaX 3 (X = F, Cl, Br).

Beim Erhitzen verbindet sich Gallium mit Schwefel:

2Ga + 3S = Ga 2 S 3.

Gallium reagiert nicht mit Wasserstoff und Stickstoff; beim Erhitzen in einer Ammoniakatmosphäre über 900 ° C ergibt es Nitrid:

2Ga + 2NH3 = 2GaN + 3H2.

Galliumarsenid und seine Anwendung.

Fast das gesamte (95 %) des produzierten Galliums wird in Arsenid umgewandelt.

Galliumarsenid GaAs ist eine dunkelgraue kristalline Substanz mit einer violetten Tönung. Galliumarsenid ist wie die meisten A III B V-Verbindungen isostrukturell zu ZnS-Sphalerit, beständig gegen Wasser, Alkalien und Luft und wird leicht von Schwefel- und Salzsäure zersetzt.

GaAs + 3HCl = GaCl 3 + AsH 3

Kristallines Galliumarsenid wurde erstmals 1954 synthetisiert und sofort als Halbleiter entdeckt. Durch Dotierung mit verschiedenen Zusätzen ist es möglich, Kristalle mit Elektronen- und Lochleitfähigkeit zu erhalten (zur Bandtheorie der Struktur von Halbleitern und ihrer Dotierung, TRANSISTOR, SEMICONDUCTOR ELECTRONIC DEVICES). Die Bandlücke von Galliumarsenid beträgt 1,43 eV (zum Vergleich: Silizium hat 1,17 eV), also ein typischer Halbleiter. Wie Silizium wird Galliumarsenid verwendet, um verschiedene Halbleiterbauelemente herzustellen. Integrierte Schaltungen auf Basis von Galliumarsenid verbrauchen bis zu 40 % des produzierten Galliums. GaAs-Mikroschaltungen sind etwa eine Größenordnung teurer als Silizium (dies liegt an der Komplexität der Herstellung von Einkristallen), aber sie haben eine viel höhere Leistung.In integrierten Hochgeschwindigkeitsschaltungen gibt es jetzt keine Alternativen zu Arsen, während in in anderen Bereichen kann es durch andere Materialien ersetzt werden. Derzeit werden Technologien zur Herstellung gemischter Si-GaAs-Chips entwickelt, die eine hohe Betriebsgeschwindigkeit in Kombination mit relativer Kostengünstigkeit ermöglichen.

Einige Zeit nach der Synthese von Galliumarsenid wurde entdeckt, dass diese Verbindung andere interessante und wichtige Eigenschaften besitzt, die sie manchmal außer Konkurrenz mit anderen Halbleitermaterialien macht. Seine Bandlücke liegt nahe bei 1,5 eV, was als optimal für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie gilt. Der Wirkungsgrad von Galliumarsenid-Photovoltaikzellen (Solarzellen) erreicht 24%, was die Ergebnisse der besten Silizium-Photovoltaikkonverter deutlich übertrifft.

Halbleiterwandler von elektrischer Energie in elektromagnetische Strahlung sind weit verbreitet. In Galliumarsenid wurde erstmals für Halbleiter das Phänomen der Lichtemission unter Einwirkung von elektrischem Strom entdeckt, was 1962 zur Entwicklung eines Halbleiterlasers führte. Das Funktionsprinzip dieses Lasertyps basiert auf der Rekombination von Leitungselektronen und -löchern. Bei Galliumarsenid (im Gegensatz zu Silizium) wird bei fast jedem Rekombinationsvorgang ein Lichtquant emittiert. Bei einer geringen Erzeugungsrate von Elektron-Loch-Paaren (Pumpen) kommt es spontan zu einer strahlenden Rekombination; dieser Effekt wird in Halbleiterlichtquellen - Leuchtdioden (LEDs) - genutzt.

1963 eröffnete sich ein neues Anwendungsgebiet für Galliumarsenid. Der amerikanische Physiker John Gunn (S. 1928) stellte fest, dass eine konstante elektrische Spannung einer bestimmten Größe an einen Galliumarsenid-Kristall angelegt wird, um hochfrequente Schwingungen des elektrischen Stroms zu erzeugen. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die Strom-Spannungs-Kennlinie von Galliumarsenid einen abfallenden Abschnitt aufweist, in dem der Differenzwiderstand negativ ist. Auf dem Gunn-Effekt basierende Geräte werden verwendet, um elektromagnetische Schwingungen mit einer Leistung in der Größenordnung von mehreren kW im Pulsmodus und Hunderten von mW im Dauermodus bei Frequenzen von 100 MHz bis 100 GHz zu erzeugen und zu verstärken, sowie um hohe -Geschwindigkeitselemente von elektronischen Geräten.

Nun werden Einkristalle aus hochreinem Galliumarsenid durch traditionelle Methoden der Kristallzüchtung (nach Czochralski) gewonnen. Um einkristalline Schichten aus dotiertem Galliumarsenid zu erhalten, werden epitaktische Verfahren verwendet. Epitaxie ist ein orientiertes Wachstum eines Kristalls über einem anderen. Die Molekularstrahlepitaxie (MBE) und die Filmabscheidung aus der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) sind in der Halbleiter-Nanotechnologie besonders verbreitet. Die Synthese von Galliumarsenid nach dem MOVPE-Verfahren erfolgt in der Gasphase durch die Wechselwirkung von Trimethylgallium und Arsin in einer Wasserstoffatmosphäre:

(CH 3) 3 Ga + AsH 3 = GaAs + 3CH 4 (H 2, 700 ° C)

Molekularstrahlepitaxie ist das Wachstum von Kristallen im Ultrahochvakuum unter Verwendung von Strahlen von Atomen und Molekülen, die Bestandteile der wachsenden Verbindung sind. Dieses Verfahren ermöglicht es, Dotieratome in einen Kristall einzubringen und deren Gehalt und Volumenverteilung streng zu kontrollieren, sowie nanoskalige Strukturen auf der Oberfläche zu entwerfen, die notwendig sind, um die neuesten Halbleiterelemente konventioneller (Mikroschaltung) und Quanten- (Quanten-) Wells, Filamente und Punkte) Elektronik.

Die biologische Rolle von Gallium.

Über die Rolle von Gallium im Leben von Mensch und Tier ist fast nichts bekannt. Von einigem Interesse ist die Hypothese über die Ursachen der Anhäufung von Gallium in den Kohlevorkommen Englands, wonach diese eine Folge biologischer Prozesse ist. Gallium soll eine wichtige Rolle für das normale Wachstum des Pilzes spielen Aspergillus eng verwandt mit Penicillin-produzierenden Schimmelpilzen. Darüber hinaus ist Gallium für eine kleine Moorpflanze lebensnotwendig. Limna unerheblich.

Yuri Krutyakov

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Aus der Sicht eines Chemikers ist Gallium (Ga, lat. Gallium) ein erwähnenswertes Element der Hauptuntergruppe der dritten Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente von D.I., er hat keine.

Gallium als einfache Substanz in Reinform ist ein sprödes silbrig-weißes Metall. Sein wichtigstes Merkmal ist, dass Gallium bei einer Temperatur von 29,76 ° C schmilzt, sodass Sie es in warmem Wasser, auf einer Batterie und sogar in Ihrer Hand schmelzen können! Obwohl Gallium in der Welt der Metalle in Bezug auf die Schmelzbarkeit nur den dritten Platz einnimmt, ist es das einzige Metall, das sicher in der Handfläche flüssig gehalten werden kann: Quecksilber (erster Platz, Fp -38,83 ° C) ist sehr giftig, Cäsium (Platz 2, Schmelzpunkt 28,6 °C) ist so reaktiv, dass es sich an der Luft entzündet.

Der niedrige Schmelzpunkt, die relativ geringe chemische Aktivität und die sehr geringe Flüchtigkeit von Gallium einerseits und die äußerliche Ähnlichkeit mit anderen Metallen andererseits machen es möglich, Gallium für Tricks einzusetzen. Neben der bereits erwähnten Fähigkeit des Metalls, in der Hand zu schmelzen, lässt sich auch sein nahezu augenblickliches Schmelzen in heißem Wasser sehr effektiv nutzen: Ein Teelöffel wird aus Gallium hergestellt und damit heißer Tee verrührt. Wie Sie sich vorstellen können, schmilzt der Löffel und fließt zum Boden des Glases.

Eine weitere interessante physikalische Eigenschaft von Gallium ist der Siedepunkt von 2204 °C, wodurch Gallium über einen sehr weiten Temperaturbereich in flüssiger Form vorliegt und somit in Hochtemperaturthermometern Verwendung findet. Darüber hinaus verdampft Gallium bei Raumtemperatur (und auch bei 100 Grad) praktisch nicht: Es ist 4.520.000.000.000.000.000.000.000.000 mal weniger flüchtig als Wasser und 390.000.000.000.000.000.000.000.000 mal weniger flüchtig als Quecksilber ( berechnet auf Basis des Dampfdrucks bei 30 °C)

Gallium ist ein typisches Spurenelement und gilt ebenfalls als selten. Dispergiert bedeutet, dass es keine eigenen Mineralien enthält (mit Ausnahme des seltenen Minerals Gallit), sondern als Verunreinigung in verschiedenen Erzen vorkommt. Gallium ist ein ständiger Begleiter von Aluminium und Zink, daher ist seine Herstellung immer an die Verarbeitung von Aluminium- oder Sulfid-Polymetallerzen (insbesondere Zink) gebunden. Normalerweise ist die Gewinnung von Gallium aus Zinkkonzentraten mit vielen Schwierigkeiten verbunden, die zu hohen Kosten des Metalls führen, weshalb seit mehreren Jahrzehnten die Hauptquelle (95%) der Galliumproduktion der Abfall der Aluminiumindustrie war. Der durchschnittliche Galliumgehalt in der Erdkruste beträgt etwa 15-20 g pro Tonne. Zum Vergleich: In einer Tonne Erdkruste befinden sich etwa 50 kg Eisen, 80 kg Aluminium, 34 kg Kalzium. Auf jede Tonne abgebautes Aluminium kommen also nicht mehr als 200 g Gallium.