Գալիում

Կաղապար:Քիմիական տարր Կաղապար:Պարբերական համակարգի տարր Գալիում (Կաղապար:Lang-lat), Ga, տարրերի պարբերական համակարգի 3-րդ խմբի քիմիական p տարր, կարգահամարը՝ 31, ատոմական զանգվածը՝ 69,72։ Նրա ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքն է՝ 4s²4p¹ К-, L-, М- թաղանթները լրացված են։

Բնության մեջ գտնվում են երկու կայուն իզոտոպները՝ ⁶⁹Ga (60,5%) և ⁷¹Ga(39,5%)։ Արհեստականորեն ստացվել են 63-76 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպներ։ «Գալիում» տարրի («էկաալյումին») գոյությունը և նրա հիմնական հատկությունները կանխագուշակել է Դ․ Ի․ Մենդելեևը, 1870 թվականին։

Պատմություն

«Գալիում» տարրի («էկաալյումին») գոյությունը և նրա հիմնական հատկությունները կանխագուշակել է Դ․ Ի․ Մենդելեևը, 1870 թվականին։

Մենդելեևը բավականին լավ նկարագրել է տարրի ոչ միայն ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, այլ նաև սպեկտրոսկոպիայի բացահայտման եղանակը։ 1870 թվականի դեկտեմբերի 11-ին իր սեփական «ռուսական քիմիական հասարակություն ամսագիր» հոդվածում Մենդելեևը ցույց տվեց, որ ատոմային զանգվածը 6 գ/սմ³։

Հայտնաբերել է Պ․ Է․ Լեկոք դը Բուաբոդրանը ցինկի փայլում և անջատել 1875 թվականին։ Անվանվել է հայտնաբերման վայրի՝ Ֆրանսիայի (Gallia) անունով։ 1875 թվականի սեպտեմբերի 20-ին Փարիզի ակադեմիայի նիստում կարդացել են Պ․ Է․ Լեկոք դը Բուաբոդրանի նամակը, որում գրված էր նոր տարրի և նրա հատկությունների ուսումնասիրությունների մասին։ Նամակում ասվում էր, որ 1875 թվականի օգոստոսի 27-ին երեկոյան ժամը 3-ի և 4-ի կողմերը նա հայտնաբերել է նոր տարրի պարզ նմուշը։ Ուսումնասիրելով նմուշի սպեկտրը, Պ․ Է․ Լեկոք դը Բուաբոդրանը բացահայտեց երկու նոր մանուշակագույն գծեր։ Այդ նույն նամակում նա առաջարկեց նոր տարն անվանել Gallium:

Տարրն իր անվանումը ստացել է Ֆրանսիայի պատվին։ Կաղապար:Քաղվածք

Բնության մեջ

Հազվագյուտ և ցրված տարր է, կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 0,0015%-ը։ Միակ միներալը՝ CuGaS₂, հազվադեպ է հանդիպում։ Երկրակեղևում գտնվող գալիումի հիմնական մասը պարունակվում է ալյումինային միներալներում։ Բոքսիտները և նեֆելինները պարունակում են 0,002-0,01 % գալիում։ Փոքր քանակներով ուղեկցում է ցինկին, երկաթին, պարունակվում է նաև սֆալերիտներում (մինչև 0,02 %) և քարածխում։ Գալիումի կոնցենտրացիան ծովի ջրում 3·10⁻⁵ մգ/լ է։

Հանքավայրեր

Գալիումի հանքավայրեր կան Հարավ-Արևմտյան Աֆրիկայում, Ռուսաստանում, ԱՊՀ երկրներում։

Իզոտոպներ

Իզոտոպ	Վիճակ	Քայքայման էներգիան ՄէՎ	Սպին	Տրոհում	Հաճախություն %
60Ga	70 ms			K = 98,4, β+p = 1,6, β+α = 2,5 × 10−3
61Ga	0,15 s	9,0	(3/2−)	K/β+ = 100
62Ga	116,12 ms	9,17	0+	K/β+ = 100
63Ga	32,4 s	5,52	3/2−, 5/2−	K/β+ = 100
64Ga	2,627 min	7,165	0+	K/β+ = 100
65Ga	15,2 min	3,255	3/2−	K/β+ = 100
66Ga	9,49 h	5,175	0+	K/β+ = 100
67Ga	3,2612 d	1,000	3/2−	K = 100
68Ga	67,629 min	2,921	1+	K/β+ = 100
69Ga	stabil		3/2−		60,108
70Ga	21,14 min	1,656 (β−), 0,655 (K)	1+	β− = 99,59, K = 0,41
71Ga	stabil		3/2−		39,892
72Ga	14,10 h	4,001	3−	β− = 100
72m1Ga	39,68 ms	0,120	(0+)	IT = 100
73Ga	4,86 h	1,593	3/2−	β− = 100
74Ga	8,12 min	5,37	(3−)	β− = 100
74m1Ga	9,5 s	0,06 (IT), 5,43 (β−)	(0)	IT>50, β−<50
75Ga	126 s	3,392	3/2−	β− = 100
76Ga	32,6 s	7,01	(2+, 3+)	β− = 100
77Ga	13,2 s	5,34	(3/2−)	β− = 100
78Ga	5,09 s	8,2	(3+)	β− = 100
79Ga	2,847 s	7,0 (β−), 1,3 (β−n)	(3/2−)	β− = 100, β−n = 0,089
80Ga	1,697 s	10,38 (β−), 2,35 (β−n)	(3)	β− = 100, β−n = 0,89
81Ga	1,217 s	8,32 (β−), 3,39 (β−n)	(5/2−)	β− = 100, β−n = 11,9
82Ga	0,599 s	12,7 (β−), 5,3 (β−n)	(1,2,3)	β− = 100, β−n = 22,3
83Ga	0,31 s	11,5 (β−), 8,0 (β−n)		β− = 100, β−n = 40
84Ga	85 ms	14,0 (β−), 8,5 (β−n)		β− = 100, β−n = 70
85Ga	<150 ns		3/2−	β− = 100
86Ga	<150 ns			β− = 100

Ստացում

Գալիումի ստացման հիմնական աղբյուրը ալյումինի արտադրությունն է։ Միակ միներալը CuGaS₂, հազվադեպ է հանդիպում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Գալիումի բյուրեղները

Մետաղական գալիում

Գալիումը սպիտակ-արծաթափայլ փափուկ մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 29,8 °C, եռմանը՝ 223 °C, պինդ վիճակում խտությունը՝ 59,04 կգ/մ³ (20 °C), իսկ հեղուկ վիճակում՝ 6095 կգ/մ³ (29,8 °C)։

Բյուրեղացանցի կառուցվածք՝ շեղանկյուն, տվյալները а = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å: Քիմիական հատկություններով նման է ալյումինին։ Միացություններում սովորաբար եռարժեք է․ երկարժեք և միարժեք միացություններն անկայուն են։ Եռարժեք գալիումի միացությունները նման են ալյումինի միացություններին։ Օդում սովորական ջերմաստիճանում կայուն է։

Բնական գալիումը ունի 2 իզոտոպներ՝ ⁶⁹Ga (61,2 %) և ⁷¹Ga (38,8 %)։

Քիմիական հատկություններ

Տաքացնելիս (260 °C-ից բարձր) միանում է թթվածնին, սակայն առաջացած օքսիդի շերտը պաշտպանում է մետաղը հետագա օքսիդացումից։ Հայտնի են գալիումի երեք օքսիդ, ենթօքսիդը՝ Ga₂O, օքսիդը՝ GaO (ուժեղ վերականգնիչներ են) և եռօքսիդը՝ Ga₂O₃ (սպիտակ, ջրում անլուծելի նյութ է)։

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Գալիումի սպիտակ, դոնդողանման հիդրօքսիդը՝ Ga₂Օ₃•H₂O, որն ստացվում է գալիումի աղերի ջրային լուծույթներից, ամֆոտեր է, լուծվում է ալկալիներում, առաջացնելով գալատներ, թթուներում՝ գալիումի աղեր։ Լինելով ավելի թթվային, քան ալյումինի հիդրօքսիդը։

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Գալիումի հիդրօքսիդը լուծվում է ոչ միայն ուժեղ հիմքերում, այլև ամոնիակի լուծույթում։

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺\mathsf{[}𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Գալիումը հալոգենների հետ միանում է նույնիսկ սովորական պայմաններում (բացի յոդից)։ Հալոգենիդները խոնավածուծ են, լուծվում են ջրում և օրգանական լուծիչներում։

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}𝖦𝖺{𝖨}_{\mathrm{𝟥}}\stackrel{{}^{o}t}{\to }\mathrm{𝟥}𝖦𝖺𝖨$

$\mathrm{𝟦}𝖫𝗂𝖧\mathsf{+}𝖦𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖫𝗂\mathsf{[}𝖦𝖺{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖫𝗂𝖢𝗅$

Տաքացնելիս գալիումը միանում է ազոտին (900-1000 °C) և ծծմբին (1200-1300 °C)՝ առաջացնելով նիտրիդ և սուլֆիդ։ Ջրի հետ չի փոխազդում։ Դանդաղ փոխազդում է աղաթթվի, ծծմբական թթվի, ավելի հեշտ՝ ֆտորաջրածնական թթվի, պերքլորական թթվի և արքայաջրի հետ։

$\mathsf{[}𝖦𝖺{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{]}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Սառը ազոտական թթվի և ալկալիների տաք լուծույթների հետ չի փոխազդում։ Գալիումի սուլֆատը, նիտրատը, պերքլորատը գոյություն ունեն բյուրեղահիդրատների ձևով։ Բիսմութի, կադմիումի, կապարի և այլ մետաղների հետ առաջացնում է դյուրահալ համաձուլվածքներ։

Կիրառություն

Կիրառվում է բարձր ջերմաստիճանային ջերմաչափեր (600-1300 °C) պատրաստելու համար և վակուումային պոմպերում։ Գալիումական օպտիկական հայելիները ջերմակայուն են և ունեն անդրադարձման մեծ ունակություն (88 %)։ Գալիումի հալման ցածր ջերմաստիճան (60 °C-ից ցածր) ունեցող միահալույթների բաղադրիչն է, որոնք օգտագործվում են ազդանշանային հարմարանքներում։

⁷²Ga ռադիոակտիվ իզոտոպը կիրառվում է ոսկրի քաղցկեղի ախտորոշման համար։

Գալիումը կիրառվում է կիսահաղորդչային էլեկտրոնիկայում։ Կիրառման մեծ հեռանկար ունեն GaAs, GaP, GaSb միացությունները, որոնք կարող են օգտագործվել բարձր ջերմաստիճանային ուղղիչներում, տրանզիստորներում, արևային մարտկոցներում և ինֆրակարմիր ճառագայթման ընդունիչներում։

Գրականություն

• Шека И. А, Чаус И. С, Мнтюрева Т. Т., Галлий, К., 1963;
• Еремин Н. И., Галлий, М., 1964;
• Рустамов П. Г., Халькогениды галлия, Баку, 1967;
• Дымов А. М., Савостин А. П., Аналитическая химия галлия, М., 1968;
• Иванова Р. В., Химия и технология галлия, М., 1973;
• Коган Б. И., Вершковская О. В., Славиковская И. М., Галлий. Геология, применение, экономика, М., 1973;
• Яценко С. П., Галлий. Взаимодействие с металлами, М., 1974;
• Процессы экстракции и сорбции в химической технологии галлия, Алма-Ата, 1985;
• Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. К. А. Большакова, 2 изд., т. 1, М., 1976, с. 223-44;
• Федоров П. И., Мохосоев М. В.. Алексеев Ф. П., Химия галлия, индия и таллия, Новосиб., 1977. П. И. Федоров.

Արտաքին հղումներ

• Գալիումը Webelements-ում
• Գալիումը քիմիկան տարրերի հայտնի գրադարանում Կաղապար:Webarchive