ปริมาณแกลเลียมเฉลี่ยในเปลือกโลกคือ 19 กรัม/ตัน แกลเลียมเป็นธาตุทั่วไปที่มีลักษณะทางธรณีเคมีสองประการ เนื่องจากความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีของผลึกกับองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นหินหลัก (อัล, เฟ ฯลฯ ) และความเป็นไปได้ในวงกว้างที่จะเกิดไอโซมอร์ฟิซึมกับพวกมัน แกลเลียมจึงไม่ก่อให้เกิดการสะสมจำนวนมากแม้จะมีค่าคลาร์กอย่างมีนัยสำคัญก็ตาม แร่ธาตุต่อไปนี้มีความโดดเด่นด้วย เนื้อหาที่เพิ่มขึ้นแกลเลียม: สฟาเลอไรต์ (0 - 0.1%), แมกนีไทต์ (0 - 0.003%), แคสซิเทอไรต์ (0 - 0.005%), โกเมน (0 - 0.003%), เบริล (0 - 0.003%), ทัวร์มาลีน (0 - 0. 01% ), สปอดูมีน (0.001 - 0.07%), โฟลโกไพต์ (0.001 - 0.005%), ไบโอไทต์ (0 - 0.1%), มัสโควิต (0 - 0.01%), เซริไซต์ (0 - 0.005%), เลปิโดไลท์ (0.001 - 0.03%), คลอไรท์ (0 - 0.001%), เฟลด์สปาร์ (0 - 0.01%), เนฟีลีน (0 - 0.1%), เฮคมาไนต์ (0.01 - 0.07%), นาโทรไลต์ (0 - 0.1%) ความเข้มข้นของแกลเลียมในน้ำทะเลคือ 3·10−5 มก./ลิตร

เงินฝาก

แหล่งสะสมของแกลเลียมเป็นที่รู้จักในแอฟริกาตะวันตกเฉียงใต้และกลุ่มประเทศ CIS

การได้รับแกลเลียม

สำหรับแกลเลียม จะรู้จักแร่หายาก gallite CuGaS2 (ทองแดงผสมและแกลเลียมซัลไฟด์) พบร่องรอยของมันอยู่ตลอดเวลาด้วยสฟาเลอไรต์, ชาลโคไพไรต์และเจอร์มาไนต์ พบปริมาณที่มากขึ้น (มากถึง 1.5%) ในเถ้าถ่านบางชนิด อย่างไรก็ตาม แหล่งที่มาหลักของแกลเลียมคือสารละลายของการผลิตอลูมินาในระหว่างการประมวลผลแร่บอกไซต์ (โดยปกติจะมีสิ่งเจือปนเล็กน้อย (มากถึง 0.1%)) และเนฟิลีน แกลเลียมสามารถหาได้จากการแปรรูปแร่โพลีเมทัลลิกและถ่านหิน มันถูกสกัดโดยอิเล็กโทรไลซิสของของเหลวอัลคาไลน์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการแปรรูปอะลูมิเนียมธรรมชาติให้เป็นอลูมินาทางเทคนิค ความเข้มข้นของแกลเลียมในสารละลายอัลคาไลน์อะลูมิเนตหลังการสลายตัวในกระบวนการไบเออร์: 100-150 มก./ลิตร โดยวิธีการเผาผนึก: 50-65 มก./ลิตร ด้วยวิธีการเหล่านี้ แกลเลียมจะถูกแยกออกจากอะลูมิเนียมส่วนใหญ่โดยการทำให้เป็นคาร์บอน โดยมุ่งความสนใจไปที่ส่วนสุดท้ายของตะกอน จากนั้นตะกอนที่ได้รับการเสริมสมรรถนะจะถูกบำบัดด้วยปูนขาว แกลเลียมจะเข้าสู่สารละลาย จากที่ซึ่งโลหะหยาบถูกปล่อยออกมาโดยอิเล็กโทรไลซิส แกลเลียมที่ปนเปื้อนจะถูกล้างด้วยน้ำ จากนั้นกรองผ่านแผ่นที่มีรูพรุน จากนั้นให้ความร้อนในสุญญากาศเพื่อขจัดสิ่งเจือปนที่ระเหยง่าย เพื่อให้ได้แกลเลียมที่มีความบริสุทธิ์สูง จึงใช้วิธีการทางเคมี (ปฏิกิริยาระหว่างเกลือ) เคมีไฟฟ้า (สารละลายด้วยไฟฟ้า) และทางกายภาพ (การสลายตัว) มาก รูปแบบบริสุทธิ์(99.999%) ได้มาจากการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า เช่นเดียวกับการลด GaCl3 ที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์อย่างทั่วถึงด้วยไฮโดรเจน

คุณสมบัติทางกายภาพ

แกลเลียมผลึกมีการดัดแปลงหลายรูปแบบ แต่มีเพียง (I) เท่านั้นที่มีความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกส์ โดยมีโครงตาข่ายออร์โธฮอมบิก (หลอก-เตตราโกนัล) พร้อมพารามิเตอร์ a = 4.5186 Å, b = 7.6570 Å, c = 4.5256 Å การดัดแปลงอื่นๆ ของแกลเลียม (β, γ, δ, ε) ตกผลึกจากโลหะที่กระจายตัวด้วยความเย็นยิ่งยวด และไม่เสถียร ที่ความดันสูง จะสังเกตเห็นโครงสร้างโพลีมอร์ฟิกของแกลเลียม II และ III อีกสองโครงสร้าง โดยมีโครงตาข่ายลูกบาศก์และเตตราโกนัลตามลำดับ

ความหนาแน่นของแกลเลียมในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิ 20 °C คือ 5.904 g/cm³ แกลเลียมเหลว (จุดหลอมเหลว = 29.8 °C) มีความหนาแน่น 6.095 g/cm³ นั่นคือปริมาตรของแกลเลียมเมื่อแข็งตัว เพิ่มขึ้น แกลเลียมเดือดที่ 2230 °C คุณลักษณะอย่างหนึ่งของแกลเลียมคือช่วงอุณหภูมิที่กว้างของการดำรงอยู่ของสถานะของเหลว (ตั้งแต่ 30 ถึง 2230 °C) ในขณะที่มีความดันไอต่ำที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200 °C ความจุความร้อนจำเพาะของแกลเลียมของแข็งในช่วงอุณหภูมิ T=0-24 °C คือ 376.7 J/kg K (0.09 cal/g deg.) ในสถานะของเหลวที่ T=29-100 °C - 410 J/kg K (0.098 แคลอรี่/กรัมองศา)

ความต้านทานไฟฟ้าในสถานะของแข็งและของเหลวเท่ากับ 53.4·10−6 โอห์ม·ซม. (ที่ T=0 °C) และ 27.2·10−6 โอห์ม·ซม. (ที่ T=30 °C ตามลำดับ) ความหนืดของแกลเลียมเหลวที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกันเท่ากับ 1.612 สมดุลที่ T=98 °C และ 0.578 สมดุลที่ T=1100 °C แรงตึงผิวที่วัดที่ 30 °C ในบรรยากาศไฮโดรเจนคือ 0.735 นาโนเมตร/เมตร การสะท้อนของความยาวคลื่น 4360 Å และ 5890 Å คือ 75.6% และ 71.3% ตามลำดับ

แกลเลียมธรรมชาติประกอบด้วยสองไอโซโทป 69Ga (61.2%) และ 71Ga (38.8%) ภาพตัดขวางการจับนิวตรอนความร้อนสำหรับพวกมันคือ 2.1·10−28 ตร.ม. และ 5.1·10−28 ตร.ม. ตามลำดับ

การใช้แกลเลียม

แกลเลียมอาร์เซไนด์ GaAs เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์
แกลเลียมไนไตรด์ใช้ในการสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และ LED ในช่วงสีน้ำเงินและอัลตราไวโอเลต แกลเลียมไนไตรด์มีสารเคมีที่ดีเยี่ยมและ คุณสมบัติทางกลโดยทั่วไปสำหรับสารประกอบไนไตรด์ทั้งหมด
ไอโซโทปแกลเลียม-71 เป็นวัสดุที่สำคัญที่สุดในการตรวจจับนิวตริโน และด้วยเหตุนี้ เทคโนโลยีจึงเผชิญกับภารกิจเร่งด่วนอย่างยิ่งในการแยกไอโซโทปนี้ออกจากส่วนผสมตามธรรมชาติ เพื่อเพิ่มความไวของเครื่องตรวจจับนิวตริโน เนื่องจากปริมาณ 71Ga ในส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปอยู่ที่ประมาณ 39.9% การแยกไอโซโทปบริสุทธิ์และการใช้เป็นเครื่องตรวจจับนิวทริโนจึงสามารถเพิ่มความไวในการตรวจจับได้ 2.5 เท่า

แกลเลียมมีราคาแพง ในปี 2548 ในตลาดโลกแกลเลียมหนึ่งตันมีราคา 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐและเนื่องจากราคาที่สูงและในขณะเดียวกันก็มีความต้องการโลหะนี้อย่างมากจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องสร้างการสกัดที่สมบูรณ์ใน การผลิตและการแปรรูปอะลูมิเนียมจากถ่านหินในเชื้อเพลิงเหลว

แกลเลียมมีโลหะผสมจำนวนหนึ่งที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง และหนึ่งในโลหะผสมของมันมีจุดหลอมเหลวที่ 3 °C (ยูเทคติกใน Ga-Sn) แต่ในทางกลับกัน แกลเลียม (โลหะผสมในปริมาณที่น้อยกว่า) มีความเข้มข้นมาก รุนแรงต่อวัสดุโครงสร้างส่วนใหญ่ (การแตกร้าวและการกัดเซาะของโลหะผสมที่อุณหภูมิสูง) ตัวอย่างเช่น เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมและโลหะผสม แกลเลียมเป็นตัวลดความแรงอันทรงพลัง (ดูค่าความแรงที่ลดลงของการดูดซับ ผลของ Rehbinder) คุณสมบัติของแกลเลียมนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนที่สุดและศึกษาในรายละเอียดโดย P. A. Rebinder และ E. D. Shchukin ในระหว่างการสัมผัสอะลูมิเนียมกับแกลเลียมหรือโลหะผสมยูเทคติก (การเปราะของโลหะเหลว) นอกจากนี้ การทำให้อะลูมิเนียมเปียกด้วยฟิล์มแกลเลียมเหลวจะทำให้เกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับอะลูมิเนียมที่ผสมกับปรอท แกลเลียมละลายอะลูมิเนียมประมาณ 1% ที่จุดหลอมเหลว ซึ่งไปถึงพื้นผิวด้านนอกของฟิล์ม ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์โดยอากาศทันที ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของเหลวไม่เสถียรและไม่ได้ป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้ โลหะผสมแกลเลียมเหลวจึงไม่ถูกใช้เป็นตัวประสานการระบายความร้อนระหว่างส่วนประกอบที่สร้างความร้อน (เช่น โปรเซสเซอร์กลางของคอมพิวเตอร์) และหม้อน้ำอลูมิเนียม

แกลเลียมเป็นสารหล่อเย็นจึงไม่มีประสิทธิภาพและมักจะยอมรับไม่ได้
แกลเลียมเป็นสารหล่อลื่นที่ดีเยี่ยม กาวโลหะที่มีความสำคัญมากในทางปฏิบัติถูกสร้างขึ้นโดยใช้แกลเลียมและนิกเกิล แกลเลียมและสแกนเดียม
โลหะแกลเลียมยังใช้ในการเติมเทอร์โมมิเตอร์แบบควอตซ์ (แทนปรอท) เพื่อวัดอุณหภูมิที่สูง เนื่องจากแกลเลียมมีจุดเดือดสูงกว่าปรอทมาก
แกลเลียมออกไซด์เป็นส่วนหนึ่งของวัสดุเลเซอร์ที่มีความสำคัญเชิงกลยุทธ์ของกลุ่มโกเมน - GSGG, YAG, ISGG เป็นต้น

บทบาททางชีวภาพและคุณสมบัติการไหลเวียนของแกลเลียม

ไม่มีบทบาททางชีววิทยา

การสัมผัสผิวหนังกับแกลเลียมทำให้เกิดอนุภาคโลหะที่กระจัดกระจายขนาดเล็กพิเศษยังคงอยู่ ภายนอกดูเหมือนจุดสีเทา
ภาพทางคลินิกของพิษเฉียบพลัน: ความตื่นเต้นในระยะสั้น, ความง่วง, การประสานงานของการเคลื่อนไหวบกพร่อง, adynamia, areflexia, การหายใจช้า, การรบกวนจังหวะของมัน เมื่อเทียบกับพื้นหลังนี้จะสังเกตเห็นว่าเป็นอัมพาต แขนขาตอนล่างแล้วโคม่า เสียชีวิต การสูดดมละอองที่ประกอบด้วยแกลเลียมที่ความเข้มข้น 50 มก./ลบ.ม. ทำให้เกิดความเสียหายต่อไตในมนุษย์ เช่นเดียวกับการให้เกลือแกลเลียม 10-25 มก./กก. ทางหลอดเลือดดำ มีการระบุโปรตีนในปัสสาวะ ภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ และการกวาดล้างยูเรียที่บกพร่อง
เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ แนะนำให้ขนส่งแท่งแกลเลียมในถุงพลาสติกซึ่งมีแกลเลียมเหลวเปียกได้ไม่ดี

การมีอยู่ของแกลเลียม (“eka-aluminum”) และคุณสมบัติพื้นฐานของมันได้รับการคาดการณ์ไว้ในปี พ.ศ. 2413 โดย D. I. Mendeleev ธาตุนี้ถูกค้นพบโดยการวิเคราะห์สเปกตรัมในส่วนผสมสังกะสีพิเรเนียน และถูกแยกออกในปี พ.ศ. 2418 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส P. E. Lecoq de Boisbaudran; ตั้งชื่อตามฝรั่งเศส (lat. Gallia) ความบังเอิญที่แน่นอนของคุณสมบัติของแกลเลียมกับที่ทำนายไว้คือชัยชนะครั้งแรกของตารางธาตุ

อยู่ในธรรมชาติได้รับ:

ประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทปที่มีเลขมวล 69 (60.5%) และ 71 (39.5%) ปริมาณแกลเลียมโดยเฉลี่ยในเปลือกโลกค่อนข้างสูง 1.5·10 -3% โดยมวล ซึ่งเท่ากับปริมาณตะกั่วและโมลิบดีนัม แกลเลียมเป็นธาตุทั่วไป แร่แกลเลียมชนิดเดียวคือ gallite CuGaS 2 นั้นหายากมาก ธรณีเคมีของแกลเลียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับธรณีเคมีของอลูมิเนียมซึ่งมีสาเหตุมาจากความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ แกลเลียมส่วนใหญ่ในเปลือกโลกบรรจุอยู่ในแร่ธาตุอลูมิเนียม ปริมาณแกลเลียมในบอกไซต์และเนฟิลีนมีค่าตั้งแต่ 0.002 ถึง 0.01% ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของแกลเลียมยังพบได้ในสฟาเลอไรต์ (0.01-0.02%) ในถ่านหินแข็ง (ร่วมกับเจอร์เมเนียม) เช่นเดียวกับในแร่เหล็กบางชนิด จีน สหรัฐอเมริกา รัสเซีย ยูเครน และคาซัคสถาน มีปริมาณสำรองแกลเลียมจำนวนมาก
แหล่งที่มาหลักของแกลเลียมคือการผลิตอลูมิเนียม เมื่อแปรรูปบอกไซต์ แกลเลียมจะเข้มข้นในสุราแม่หลังจากแยกอัล(OH) 3 แกลเลียมถูกแยกได้จากสารละลายดังกล่าวโดยอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทดปรอท จากสารละลายอัลคาไลน์ที่ได้รับหลังจากบำบัดอะมัลกัมด้วยน้ำ จะเกิดการตกตะกอน Ga(OH) 3 ซึ่งละลายในอัลคาไล และแกลเลียมจะถูกแยกออกด้วยอิเล็กโทรไลซิส
แกลเลียมเหลวที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอัลคาไลน์ล้างด้วยน้ำและกรด (HCl, HNO 3) มี Ga 99.9-99.95% โลหะที่บริสุทธิ์กว่าได้มาจากการหลอมแบบสุญญากาศ การหลอมแบบโซน หรือโดยการดึงผลึกเดี่ยวจากการหลอม

คุณสมบัติทางกายภาพ:

เนื้อโลหะเป็นสีขาวเงิน นุ่ม หนัก คุณลักษณะที่โดดเด่นของแกลเลียมคือสถานะของเหลวที่หลากหลาย (จุดหลอมเหลว 29.8°C จุดเดือด 2230°C) และความดันไอต่ำที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200°C ความหนาแน่นของโลหะแข็งคือ 5.904 กรัม/ซม.3 (20°C) ซึ่งต่ำกว่าความหนาแน่นของโลหะเหลว ดังนั้นแกลเลียมที่ตกผลึกเหมือนน้ำแข็ง จึงสามารถแตกหลอดแก้วแตกได้ ความร้อนจำเพาะแกลเลียมของแข็ง 376.7 J/(kg · K)

คุณสมบัติทางเคมี:

ในอากาศที่อุณหภูมิปกติ แกลเลียมจะคงตัว ที่อุณหภูมิสูงกว่า 260°C จะเกิดออกซิเดชันช้าๆ ในออกซิเจนแห้ง (ฟิล์มออกไซด์จะปกป้องโลหะ) คลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยากับแกลเลียมในความเย็น ไอโอดีน - เมื่อถูกความร้อน แกลเลียมหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงกว่า 300° C ทำปฏิกิริยากับโลหะโครงสร้างและโลหะผสมทั้งหมด (ยกเว้น W) ทำให้เกิดสารประกอบระหว่างโลหะ
เมื่อถูกความร้อนภายใต้ความกดดัน แกลเลียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำ: 2Ga + 4H 2 O = 2GaOOH + 3H 2
Ga ทำปฏิกิริยาช้าๆกับกรดแร่เพื่อปล่อยไฮโดรเจน: 2Ga + 6HCl = 2GaCl 3 + 3H 2
ในเวลาเดียวกัน แกลเลียมละลายช้าๆ ในกรดซัลฟิวริกและไฮโดรคลอริก ละลายอย่างรวดเร็วในกรดไฮโดรฟลูออริก และแกลเลียมจะคงตัวในความเย็นในกรดไนตริก
แกลเลียมละลายช้าๆในสารละลายอัลคาไลร้อน 2Ga + 6H 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

การเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด:

แกลเลียมออกไซด์, Ga 2 O 3 - ผงสีขาวหรือสีเหลืองจุดหลอมเหลว 1795°C ได้มาจากการให้ความร้อนโลหะแกลเลียมในอากาศที่อุณหภูมิ 260 °C หรือในบรรยากาศที่มีออกซิเจน หรือโดยการเผาแกลเลียมไนเตรตหรือซัลเฟต มีอยู่ในรูปแบบของการแก้ไขสองแบบ ทำปฏิกิริยาช้าๆ กับกรดและด่างในสารละลาย โดยแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทริก:
แกลเลียมไฮดรอกไซด์, Ga(OH) 3 - ตกตะกอนในรูปของตะกอนคล้ายเยลลี่เมื่อทำการบำบัดสารละลายของเกลือแกลเลียมไตรวาเลนท์ด้วยไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลและคาร์บอเนต (pH 9.7) สามารถหาได้โดยการไฮโดรไลซิสของเกลือแกลเลียมไตรวาเลนต์
มันแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริกโดยมีความเป็นกรดมากกว่า เมื่อละลายในด่างจะก่อตัวขึ้น กัลลาเชียน(เช่นนา) ละลายในแอมโมเนียเข้มข้นและสารละลายแอมโมเนียมคาร์บอเนตเข้มข้น และตกตะกอนเมื่อต้ม ด้วยการให้ความร้อน แกลเลียมไฮดรอกไซด์สามารถเปลี่ยนเป็น GaOOH จากนั้นเป็น Ga 2 O 3 *H 2 O และสุดท้ายเป็น Ga 2 O 3
เกลือแกลเลียม- GaCl 3 - ผลึกดูดความชื้นไม่มีสี จุดหลอมเหลว 78 °C จุดเดือด 215 °C Ga 2 (SO 4) 3 *18H 2 O - สารไม่มีสี ละลายได้สูงในน้ำ รูปแบบ เกลือสองเท่าประเภทสารส้ม Ga(NO 3) 3 * 8H 2 O - ผลึกไม่มีสีละลายได้ในน้ำและเอทานอล
แกลเลียมซัลไฟด์, Ga 2 S 3 - ผลึกสีเหลืองหรือผงอสัณฐานสีขาวที่มีจุดหลอมเหลว 1250°C สลายตัวด้วยน้ำ
แกลเลียมไฮไดรด์ได้จากสารประกอบออร์กาโนแกลเลียม คล้ายกับโบรอนและอะลูมิเนียมไฮไดรด์: Ga 2 H 6 - ดิกัลเลน, ของเหลวระเหย, จุดหลอมเหลว - 21.4 °C, จุดเดือด 139 °C
x - โพลีกัลเลน, ของแข็งสีขาว ไฮไดรด์ไม่เสถียรและสลายตัวเมื่อปล่อยไฮโดรเจนออกมาลิเธียมกาลาเนต
, Li ได้มาจากสารละลายไม่มีตัวตนโดยปฏิกิริยา 4LiH + GaCl 3 = Li + 3LiCl

ผลึกไม่มีสี ไม่เสถียร ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำที่ปล่อยไฮโดรเจนออกมา

แอปพลิเคชัน:
แกลเลียมสามารถใช้ทำกระจกสะท้อนแสงที่มีการสะท้อนแสงสูง
แกลเลียมเป็นสารหล่อลื่นที่ดีเยี่ยม กาวโลหะที่มีความสำคัญเกือบมากได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แกลเลียมและนิกเกิล แกลเลียมและสแกนเดียม แกลเลียมอาร์เซไนด์ GaAs เช่นเดียวกับ GaP, GaSb ซึ่งมีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ สามารถใช้กับวงจรเรียงกระแสและทรานซิสเตอร์ที่มีอุณหภูมิสูงพลังงานแสงอาทิตย์
เช่นเดียวกับเครื่องรับรังสีอินฟราเรด
แกลเลียมออกไซด์เป็นส่วนหนึ่งของวัสดุเลเซอร์ที่สำคัญของกลุ่มโกเมน - GSGG, YAG, ISGG เป็นต้น

แกลเลียมมีราคาแพง ในปี 2548 ในตลาดโลกแกลเลียมหนึ่งตันมีราคา 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐและเนื่องจากราคาที่สูงและในขณะเดียวกันก็มีความต้องการโลหะนี้อย่างมากจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องสร้างการสกัดที่สมบูรณ์ใน การผลิตและการแปรรูปอะลูมิเนียมจากถ่านหินในเชื้อเพลิงเหลว
อีวานอฟ อเล็กเซย์

มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ HF Tyumen กลุ่ม 561

เกี่ยวกับองค์ประกอบที่มีเลขอะตอม 31 ผู้อ่านส่วนใหญ่จำได้เพียงว่ามันเป็นหนึ่งในสามองค์ประกอบที่ D.I. Mendeleev และแกลเลียมนั้นเป็นโลหะที่หลอมละลายได้มาก ความร้อนจากฝ่ามือก็เพียงพอที่จะทำให้มันกลายเป็นของเหลวได้

อย่างไรก็ตาม แกลเลียมไม่ใช่โลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุด (แม้ว่าคุณจะไม่นับสารปรอทก็ตาม) จุดหลอมเหลวของมันคือ 29.75°C และซีเซียมละลายที่ 28.5°C; มีเพียงซีเซียมเท่านั้น เช่นเดียวกับโลหะอัลคาไลใด ๆ ที่ไม่สามารถถือไว้ในมือของคุณได้ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะละลายแกลเลียมบนฝ่ามือของคุณมากกว่าซีเซียม

เราจงใจเริ่มเรื่องราวของเราเกี่ยวกับองค์ประกอบ 31 โดยกล่าวถึงบางสิ่งที่เกือบทุกคนรู้ เพราะการ “รู้” นี้ต้องการคำอธิบาย ทุกคนรู้ดีว่า Mendeleev ทำนายแกลเลียมและค้นพบโดย Lecoq de Boisbaudran แต่ไม่ใช่ทุกคนที่รู้ว่าการค้นพบนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เกือบทุกคนรู้ว่าแกลเลียมหลอมได้ แต่แทบไม่มีใครตอบคำถามว่าทำไมมันถึงหลอมได้

นักเคมีชาวฝรั่งเศส Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะผู้ค้นพบธาตุใหม่สามชนิด ได้แก่ แกลเลียม (พ.ศ. 2418) ซาแมเรียม (พ.ศ. 2422) และดิสโพรเซียม (พ.ศ. 2429) การค้นพบครั้งแรกทำให้เขามีชื่อเสียง

ในเวลานั้นเขาไม่ค่อยมีใครรู้จักนอกประเทศฝรั่งเศส เขาอายุ 38 ปีและมีส่วนร่วมในการวิจัยทางสเปกโทรสโกปีเป็นหลัก Lecoq de Boisbaudran เป็นนักสเปกโทรสโกปีที่ดีและสิ่งนี้นำไปสู่ความสำเร็จในท้ายที่สุด เขาค้นพบองค์ประกอบทั้งสามของเขาโดยการวิเคราะห์สเปกตรัม

ในปี ค.ศ. 1875 Lecoq de Boisbaudran ได้ตรวจสอบสเปกตรัมของซิงค์ผสมที่นำมาจากปิแยร์ฟิตต์ (พิเรนีส) มีการค้นพบเส้นสีม่วงใหม่ (ความยาวคลื่น 4170 Å) ในสเปกตรัมนี้ สายใหม่บ่งชี้ว่ามีองค์ประกอบที่ไม่รู้จักอยู่ในแร่ และโดยธรรมชาติแล้ว Lecoq de Boisbaudran ได้พยายามทุกวิถีทางเพื่อแยกองค์ประกอบนี้ออกจากกัน สิ่งนี้กลายเป็นเรื่องยากที่จะทำ: ปริมาณธาตุใหม่ในแร่มีค่าน้อยกว่า 0.1% และในหลาย ๆ ด้านก็คล้ายกับสังกะสี* หลังจากการทดลองอันยาวนาน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถได้รับธาตุใหม่ได้ แต่ในปริมาณที่น้อยมาก มีขนาดเล็กมาก (น้อยกว่า 0.1 กรัม) จน Lecoq de Boisbaudrap ไม่สามารถศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีได้ครบถ้วน

* วิธีการได้รับแกลเลียมจากซิงค์ผสมมีอธิบายไว้ด้านล่าง

การค้นพบแกลเลียม - นี่คือวิธีการตั้งชื่อองค์ประกอบใหม่เพื่อเป็นเกียรติแก่ฝรั่งเศส (Gallia เป็นชื่อภาษาละติน) - ปรากฏในรายงานของ Paris Academy of Sciences

ข้อความนี้ถูกอ่านโดย D.I. Mendeleev และได้รับการยอมรับในแกลเลียม eka-aluminium ซึ่งเขาคาดการณ์ไว้เมื่อห้าปีก่อน Mendeleev เขียนถึงปารีสทันที “วิธีการค้นพบและการแยกตัว ตลอดจนคุณสมบัติบางประการที่อธิบายไว้ ทำให้เราเชื่อว่าโลหะใหม่นี้ไม่ใช่ใครอื่นนอกจากเอคาอะลูมิเนียม” จดหมายของเขากล่าว จากนั้นเขาก็ทำซ้ำคุณสมบัติที่ทำนายไว้สำหรับองค์ประกอบนั้น ยิ่งกว่านั้นโดยที่ไม่เคยถือเมล็ดแกลเลียมไว้ในมือโดยไม่เห็นมันด้วยตนเอง นักเคมีชาวรัสเซียแย้งว่าผู้ค้นพบธาตุนั้นเข้าใจผิดว่าความหนาแน่นของโลหะใหม่ไม่สามารถเท่ากับ 4.7 ได้ดังที่ Lecoq de Boisbaudran เขียนไว้ - ต้องมากกว่านั้น ประมาณ 5.9...6.0 g/cm 3!

ผิดปกติพอสมควร แต่เกี่ยวกับการดำรงอยู่ กฎหมายเป็นระยะประการแรกคือการยืนยัน "การเสริมสร้าง" ฉันเรียนรู้จากจดหมายฉบับนี้เท่านั้น เขาได้แยกเมล็ดแกลเลียมและทำให้บริสุทธิ์อย่างระมัดระวังอีกครั้งเพื่อตรวจสอบผลการทดลองครั้งแรก นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อทำให้ "ผู้ทำนาย" ชาวรัสเซียที่มั่นใจในตนเองต้องอับอาย แต่ประสบการณ์แสดงให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้าม: ผู้ค้นพบถูกเข้าใจผิด เขาเขียนในภายหลังว่า: "ผมคิดว่าไม่จำเป็นต้องชี้ให้เห็นความสำคัญเป็นพิเศษที่ความหนาแน่นขององค์ประกอบใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการยืนยันมุมมองทางทฤษฎีของ Mendeleev"

คุณสมบัติอื่นๆ ขององค์ประกอบหมายเลข 31 ที่เมนเดเลเยฟทำนายไว้นั้นเกือบจะตรงกับข้อมูลการทดลองทุกประการ “คำทำนายของ Mendeleev เป็นจริงด้วยการเบี่ยงเบนเล็กน้อย: เอคาอะลูมิเนียมกลายเป็นแกลเลียม” นี่คือวิธีที่เองเกลส์อธิบายเหตุการณ์นี้ไว้ใน “Dialectics of Nature”

ไม่จำเป็นต้องพูดว่าการค้นพบองค์ประกอบแรกที่ Mendeleev ทำนายไว้ทำให้ตำแหน่งของกฎเป็นระยะแข็งแกร่งขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ทำไมแกลเลียมถึงหลอมละลายได้?

จากการทำนายคุณสมบัติของแกลเลียม Mendeleev เชื่อว่าโลหะนี้ควรจะหลอมละลายได้เนื่องจากอะนาล็อกในกลุ่ม - อลูมิเนียมและอินเดียม - ก็ไม่วัสดุทนไฟเช่นกัน

แต่จุดหลอมเหลวของแกลเลียมนั้นต่ำผิดปกติ ซึ่งต่ำกว่าอินเดียมถึงห้าเท่า สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยโครงสร้างที่ผิดปกติของผลึกแกลเลียม ตาข่ายคริสตัลของมันไม่ได้เกิดจากอะตอมเดี่ยวๆ (เหมือนในโลหะ "ปกติ") แต่เกิดจากโมเลกุลไดอะตอมมิก โมเลกุล Ga 2 มีความเสถียรมาก พวกมันจะถูกเก็บรักษาไว้แม้ในขณะที่แกลเลียมถูกถ่ายโอนไปยังสถานะของเหลว แต่โมเลกุลเหล่านี้เชื่อมต่อถึงกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอเท่านั้น และจำเป็นต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการทำลายพันธะของพวกมัน

คุณสมบัติอื่นๆ บางประการของธาตุหมายเลข 31 มีความเกี่ยวข้องกับไดอะตอมมิกซิตีของโมเลกุล ในสถานะของเหลว แกลเลียมจะมีความหนาแน่นและหนักกว่าในสถานะของแข็ง ค่าการนำไฟฟ้าของแกลเลียมเหลวยังมากกว่าค่าการนำไฟฟ้าของแกลเลียมแข็งอีกด้วย

ภายนอกดูเหมือนดีบุก: โลหะอ่อนสีขาวเงิน มันไม่ได้ออกซิไดซ์หรือทำให้เสื่อมเสียในอากาศ

และในคุณสมบัติทางเคมีส่วนใหญ่ แกลเลียมมีความใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม เช่นเดียวกับอะลูมิเนียม อะตอมของแกลเลียมมีอิเล็กตรอน 3 ตัวอยู่ในวงโคจรด้านนอก เช่นเดียวกับอะลูมิเนียม แกลเลียมทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนได้ง่ายแม้ในที่เย็น (ยกเว้นไอโอดีน) โลหะทั้งสองละลายได้ง่ายในกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก และทั้งสองทำปฏิกิริยากับด่างและให้ไฮดรอกไซด์แอมโฟเทอริก ค่าคงที่การแยกตัวของปฏิกิริยา

กา(OH) 3 → กา 3+ + 3OH –

ชม 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– ปริมาณในคำสั่งซื้อเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีของแกลเลียมและอะลูมิเนียมมีความแตกต่างกัน

แกลเลียมจะถูกออกซิไดซ์อย่างเห็นได้ชัดด้วยออกซิเจนแห้งที่อุณหภูมิสูงกว่า 260°C เท่านั้น และอะลูมิเนียม หากปราศจากฟิล์มป้องกันออกไซด์ ก็จะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนอย่างรวดเร็ว

เมื่อใช้ไฮโดรเจน แกลเลียมจะเกิดไฮไดรด์คล้ายกับโบรอนไฮไดรด์ อลูมิเนียมสามารถละลายได้เฉพาะไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ไม่ทำปฏิกิริยากับมัน

แกลเลียมก็คล้ายกับกราไฟท์ ควอตซ์ และน้ำ

บนกราไฟท์ - เพราะมันทิ้งรอยสีเทาไว้บนกระดาษ

สำหรับควอตซ์ – แอนไอโซโทรปีทางไฟฟ้าและความร้อน

ขนาด ความต้านทานไฟฟ้าผลึกแกลเลียมขึ้นอยู่กับแกนที่กระแสไหลไปตามแกน อัตราส่วนสูงสุดต่อต่ำสุดคือ 7 ซึ่งมากกว่าโลหะอื่นๆ เช่นเดียวกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

ค่าของมันไปในทิศทางของแกนผลึกศาสตร์สามแกน (ผลึกแกลเลียมเป็นขนมเปียกปูน) อยู่ในอัตราส่วน 31:16:11

และแกลเลียมก็คล้ายกับน้ำตรงที่เมื่อมันแข็งตัวก็จะขยายตัว ปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด – 3.2%

การรวมกันของความคล้ายคลึงที่ขัดแย้งกันเหล่านี้เพียงอย่างเดียวบ่งบอกถึงความเป็นเอกเทศเฉพาะตัวขององค์ประกอบหมายเลข 31

อีกทั้งยังมีคุณสมบัติที่ไม่พบในธาตุอื่นอีกด้วย เมื่อหลอมละลายแล้ว มันสามารถคงอยู่ในสถานะเย็นยิ่งยวดได้นานหลายเดือนที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว นี่เป็นโลหะชนิดเดียวที่ยังคงเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิขนาดใหญ่ตั้งแต่ 30 ถึง 2230°C และความผันผวนของไอระเหยมีน้อยมาก แม้ในสุญญากาศลึก มันจะระเหยอย่างเห็นได้ชัดที่อุณหภูมิเพียง 1,000°C ไอแกลเลียมซึ่งแตกต่างจากโลหะแข็งและของเหลวเป็นอะตอมเดี่ยว การเปลี่ยนผ่าน Ga 2 → 2Ga ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก สิ่งนี้อธิบายความยากของการระเหยของแกลเลียม

ช่วงอุณหภูมิขนาดใหญ่ของสถานะของเหลวเป็นพื้นฐานของการใช้งานทางเทคนิคหลักประการหนึ่งขององค์ประกอบหมายเลข 31

แกลเลียมมีประโยชน์อย่างไร?

โดยหลักการแล้วเทอร์โมมิเตอร์แบบแกลเลียมสามารถวัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ 30 ถึง 2230°C ขณะนี้เทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมมีจำหน่ายสำหรับอุณหภูมิสูงถึง 1200°C

องค์ประกอบหมายเลข 31 ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมที่หลอมละลายต่ำที่ใช้ในอุปกรณ์ส่งสัญญาณ โลหะผสมแกลเลียม-อินเดียมละลายแล้วที่อุณหภูมิ 16°C นี่คือโลหะผสมที่หลอมละลายได้มากที่สุดในบรรดาโลหะผสมที่รู้จักทั้งหมด

เนื่องจากองค์ประกอบกลุ่มที่ 3 ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าแบบ "รู" ในเซมิคอนดักเตอร์ แกลเลียม (ที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.999%) จึงถูกใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเจอร์เมเนียมและซิลิคอน

สารประกอบระหว่างโลหะของแกลเลียมที่มีองค์ประกอบกลุ่ม V - พลวงและสารหนู - มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์

การเติมแกลเลียมลงในมวลแก้วทำให้ได้แว่นตาที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง และแว่นตาที่ใช้ Ga 2 O 3 ส่งรังสีอินฟราเรดได้ดี

แกลเลียมเหลวสะท้อนแสงที่ตกกระทบได้ 88% ส่วนแกลเลียมที่เป็นของแข็งจะสะท้อนแสงน้อยกว่าเล็กน้อย ดังนั้นจึงสร้างกระจกแกลเลียมที่ผลิตได้ง่ายมาก - สามารถใช้แปรงเคลือบแกลเลียมได้ด้วยซ้ำ

บางครั้งความสามารถของแกลเลียมในการทำให้พื้นผิวแข็งเปียกได้ดีนั้นถูกนำมาใช้ แทนที่ปรอทในปั๊มสุญญากาศแบบแพร่ ปั๊มดังกล่าวจะ "ยึด" สุญญากาศได้ดีกว่าปั๊มปรอท

มีการพยายามใช้แกลเลียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ผลลัพธ์ของความพยายามเหล่านี้แทบจะไม่ถือว่าประสบความสำเร็จเลย แกลเลียมไม่เพียงแต่จับนิวตรอนอย่างแข็งขัน (จับขวางส่วนตัดขวาง 2.71 โรงนา) แต่ยังทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงกับโลหะส่วนใหญ่อีกด้วย

แกลเลียมไม่ได้กลายเป็นวัสดุอะตอม จริงอยู่ที่ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียม 72 Ga (มีครึ่งชีวิต 14.2 ชั่วโมง) ใช้เพื่อวินิจฉัยมะเร็งกระดูก แกลเลียม-72 คลอไรด์และไนเตรตถูกดูดซับโดยเนื้องอก และโดยการตรวจจับลักษณะการแผ่รังสีของไอโซโทปนี้ แพทย์เกือบจะแม่นยำในการกำหนดขนาดของการก่อตัวแปลกปลอม

อย่างที่คุณเห็นความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติขององค์ประกอบหมายเลข 31 นั้นค่อนข้างกว้าง ยังไม่สามารถใช้พวกมันได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากความยากลำบากในการรับแกลเลียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างหายาก (1.5 10 -3% ของน้ำหนักเปลือกโลก) และกระจัดกระจายมาก รู้จักแร่แกลเลียมพื้นเมืองเพียงไม่กี่ชนิด แร่ชนิดแรกและมีชื่อเสียงที่สุดคือ gallite CuGaS 2 ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2499 เท่านั้น ต่อมาพบแร่ธาตุอีกสองชนิดซึ่งหายากมากแล้ว

โดยทั่วไปแล้ว แกลเลียมจะพบได้ในสังกะสี อลูมิเนียม แร่เหล็ก และในถ่านหิน ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนเล็กน้อย และสิ่งที่เป็นลักษณะเฉพาะ: ยิ่งมีสิ่งเจือปนมากเท่าไร การสกัดก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากมีแกลเลียมในแร่ของโลหะเหล่านั้น (อลูมิเนียม สังกะสี) ที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับมันมากขึ้น แกลเลียมภาคพื้นดินส่วนใหญ่บรรจุอยู่ในแร่ธาตุอลูมิเนียม

การสกัดแกลเลียมถือเป็น "ความสุข" ที่มีราคาแพง ดังนั้นธาตุหมายเลข 31 จึงถูกใช้ในปริมาณน้อยกว่าธาตุเพื่อนบ้านใดๆ ในตารางธาตุ

แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่วิทยาศาสตร์ในอนาคตอันใกล้จะค้นพบบางสิ่งบางอย่างในแกลเลียมซึ่งจะทำให้มีความจำเป็นอย่างยิ่งและไม่สามารถถูกแทนที่ได้ดังที่เกิดขึ้นกับองค์ประกอบอื่นที่ Mendeleev ทำนายไว้ - เจอร์เมเนียม เมื่อ 30 ปีที่แล้ว มีการใช้งานน้อยกว่าแกลเลียมด้วยซ้ำ และจากนั้น “ยุคแห่งเซมิคอนดักเตอร์” ก็เริ่มต้นขึ้น...

การหารูปแบบ

คุณสมบัติของแกลเลียมทำนายโดย D.I. Mendeleev ห้าปีก่อนการค้นพบองค์ประกอบนี้ นักเคมีชาวรัสเซียผู้ชาญฉลาดรายนี้อาศัยการคาดการณ์ของเขาจากรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติระหว่างกลุ่มต่างๆ ของระบบคาบ แต่สำหรับ Lecoq de Boisbaudran การค้นพบแกลเลียมไม่ใช่อุบัติเหตุที่น่ายินดี นักสเปกโทรสโกปีผู้มีความสามารถ ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2406 เขาค้นพบรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมขององค์ประกอบที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน เมื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมของอินเดียมและอะลูมิเนียม เขาได้ข้อสรุปว่าองค์ประกอบเหล่านี้อาจมี "พี่น้อง" ซึ่งเส้นจะเติมเต็มช่องว่างในส่วนคลื่นสั้นของสเปกตรัม เส้นที่ขาดหายไปนี้เองที่เขามองหาและพบในสเปกตรัมของซิงค์ผสมจากเพียร์ฟิต

เพื่อการเปรียบเทียบ เราจะนำเสนอตารางคุณสมบัติหลักที่ D.I. ทำนายไว้ Mendeleev eka-aluminium และ gallium ค้นพบโดย Lecoq de Boisbaudran

เอกอะลูมิเนียม	แกลเลียม
น้ำหนักอะตอมประมาณ 68	น้ำหนักอะตอม 69.72
จะต้องละลายต่ำ	จุดหลอมเหลว 29.75°C
ความถ่วงจำเพาะใกล้กับ 6.0	ความถ่วงจำเพาะ 5.9 (ของแข็ง) และ 6.095 (ของเหลว)
ปริมาตรอะตอม 11.5	ปริมาตรอะตอม 11.8
ไม่ควรออกซิไดซ์ในอากาศ	ออกซิไดซ์เล็กน้อยที่ความร้อนสีแดงวิญญาณเท่านั้น
ที่อุณหภูมิสูงควรสลายน้ำ	ที่อุณหภูมิสูงน้ำจะสลายตัว
สูตรผสม: EaCl 3 Ea 2 O 3, Ea 2 (SO 4) 3	สูตรผสม: GaCl 3, Ga 3 O 3, Ga 2 (SO 4) 3
ควรสร้างสารส้ม Ea 2 (SO 4) 3 Me 2 SO 4 24H 2 O แต่ยากกว่าอลูมิเนียม	เกิดสารส้มที่มีองค์ประกอบ (NH 4) Ga(SO 4) 2 · 12H 2 O
ออกไซด์ Ea 2 O 3 ควรถูกรีดิวซ์ได้ง่ายและทำให้โลหะมีความผันผวนมากกว่า Al ดังนั้นเราจึงสามารถคาดหวังได้ว่าเอคาอะลูมิเนียมจะถูกค้นพบโดยการวิเคราะห์สเปกตรัม	แกลเลียมสามารถรีดิวซ์จากออกไซด์ได้อย่างง่ายดายโดยการเผาในกระแสไฮโดรเจน ซึ่งค้นพบโดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม

การเล่นคำเหรอ?

นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์บางคนเห็นในนามขององค์ประกอบหมายเลข 31 ไม่เพียงแต่ความรักชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความไม่สุภาพของผู้ค้นพบด้วย เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าคำว่า "แกลเลียม" มาจากภาษาละติน Gallia (ฝรั่งเศส) แต่ถ้าคุณต้องการคุณสามารถเห็นคำใบ้ของคำว่า "ไก่" ในคำเดียวกัน! ภาษาละตินสำหรับ "ไก่ตัวผู้" คือ gallus และภาษาฝรั่งเศสคือ le coq เลอค็อก เดอ บัวส์โบดรอง?

ขึ้นอยู่กับอายุ

ในแร่ธาตุ แกลเลียมมักมาพร้อมกับอะลูมิเนียม สิ่งที่น่าสนใจคืออัตราส่วนขององค์ประกอบเหล่านี้ในแร่ธาตุขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการก่อตัวของแร่ ในเฟลด์สปาร์ มีอะตอมแกลเลียมหนึ่งอะตอมต่ออะลูมิเนียมทุกๆ 120,000 อะตอม ในเนฟีลีนซึ่งก่อตัวในเวลาต่อมามาก อัตราส่วนนี้อยู่ที่ 1:6000 แล้ว และแม้แต่ไม้กลายเป็นหินที่ "อายุน้อยกว่า" ก็มีเพียง 1:13 เท่านั้น

สิทธิบัตรครั้งแรก

สิทธิบัตรการใช้แกลเลียมฉบับแรกเกิดขึ้นเมื่อ 60 ปีที่แล้ว พวกเขาต้องการใช้ธาตุหมายเลข 31 ในโคมไฟอาร์คไฟฟ้า

ระงับกำมะถัน ป้องกันตัวเองด้วยกำมะถัน

ปฏิกิริยาที่น่าสนใจระหว่างแกลเลียมกับกรดซัลฟิวริกเกิดขึ้น มันมาพร้อมกับการปล่อยธาตุกำมะถัน ในกรณีนี้ ซัลเฟอร์จะห่อหุ้มพื้นผิวของโลหะและป้องกันการละลายต่อไป หากคุณล้างโลหะ น้ำร้อนปฏิกิริยาจะกลับมาอีกครั้งและจะดำเนินต่อไปจนกว่า “ผิวหนัง” ใหม่ของกำมะถันจะเติบโตบนแกลเลียม

อิทธิพลที่เป็นอันตราย

แกลเลียมเหลวทำปฏิกิริยากับโลหะส่วนใหญ่ เกิดเป็นโลหะผสมและสารประกอบระหว่างโลหะซึ่งมีสมบัติเชิงกลค่อนข้างต่ำ ด้วยเหตุนี้การสัมผัสกับแกลเลียมจึงทำให้วัสดุโครงสร้างจำนวนมากสูญเสียความแข็งแรง เบริลเลียมมีความทนทานต่อแกลเลียมมากที่สุด: ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,000°C สามารถต้านทานความก้าวร้าวของธาตุหมายเลข 31 ได้สำเร็จ

และออกไซด์ด้วย!

การเติมแกลเลียมออกไซด์เล็กน้อยส่งผลต่อคุณสมบัติของออกไซด์ของโลหะหลายชนิดอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นส่วนผสมของ Ga 2 O 3 กับซิงค์ออกไซด์จึงช่วยลดความสามารถในการเผาผนึกได้อย่างมาก แต่ความสามารถในการละลายของสังกะสีในออกไซด์ดังกล่าวนั้นมากกว่าในสังกะสีบริสุทธิ์มาก และค่าการนำไฟฟ้าของไททาเนียมไดออกไซด์จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเติม Ga 2 O 3

วิธีการได้รับแกลเลียม

ไม่พบแหล่งสะสมแร่แกลเลียมทางอุตสาหกรรมในโลก ดังนั้นจึงต้องสกัดแกลเลียมจากแร่สังกะสีและอะลูมิเนียมที่มีแร่อยู่น้อยมาก เนื่องจากองค์ประกอบของแร่และปริมาณแกลเลียมในนั้นไม่เหมือนกันวิธีการรับองค์ประกอบหมายเลข 31 จึงค่อนข้างหลากหลาย ให้เราบอกคุณเป็นตัวอย่างว่าแกลเลียมสกัดจากซิงค์เบลนด์ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ค้นพบธาตุนี้ครั้งแรกได้อย่างไร

ประการแรก ซิงค์เบลนด์ ZnS จะถูกยิง และออกไซด์ที่ได้จะถูกชะล้างด้วยกรดซัลฟิวริก เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ อีกมากมาย แกลเลียมจะเข้าสู่สารละลาย ซิงค์ซัลเฟตมีอิทธิพลเหนือกว่าในสารละลายนี้ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกรวมถึงแกลเลียม ขั้นตอนแรกของการทำให้บริสุทธิ์คือการตกตะกอนของตะกอนเหล็กที่เรียกว่า ด้วยการทำให้สารละลายที่เป็นกรดเป็นกลางอย่างค่อยเป็นค่อยไป ตะกอนนี้จะตกตะกอน ประกอบด้วยอะลูมิเนียมประมาณ 10% เหล็ก 15% และ (ซึ่งสำคัญที่สุดสำหรับเราตอนนี้) 0.05...0.1% แกลเลียม ในการสกัดแกลเลียม กากตะกอนจะถูกชะล้างด้วยกรดหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยแกลเลียมไฮดรอกไซด์จะเป็นแอมโฟเทอริก วิธีอัลคาไลน์จะสะดวกกว่า เนื่องจากในกรณีนี้อุปกรณ์สามารถทำจากวัสดุที่มีราคาถูกกว่าได้

ภายใต้อิทธิพลของอัลคาไล สารประกอบอลูมิเนียมและแกลเลียมจะเข้าสู่สารละลาย เมื่อสารละลายนี้ถูกทำให้เป็นกลางอย่างระมัดระวัง แกลเลียมไฮดรอกไซด์จะตกตะกอน แต่อะลูมิเนียมบางส่วนก็ตกตะกอนเช่นกัน ดังนั้นตะกอนจึงละลายอีกครั้ง คราวนี้เป็นกรดไฮโดรคลอริก ผลที่ได้คือสารละลายแกลเลียมคลอไรด์ ซึ่งปนเปื้อนด้วยอะลูมิเนียมคลอไรด์เป็นส่วนใหญ่ สารเหล่านี้สามารถแยกออกได้ด้วยการสกัด เพิ่มอีเทอร์และไม่เหมือนกับ AlCl 3 ตรงที่ GaCl 3 ผ่านเข้าไปในตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทั้งหมด ชั้นต่างๆ จะถูกแยกออก อีเทอร์จะถูกกลั่นออก และแกลเลียมคลอไรด์ที่ได้จะถูกบำบัดด้วยโซดาไฟเข้มข้นอีกครั้งเพื่อตกตะกอนและแยกสิ่งเจือปนของเหล็กออกจากแกลเลียม โลหะแกลเลียมได้มาจากสารละลายอัลคาไลน์นี้ ได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสที่แรงดันไฟฟ้า 5.5 V. แกลเลียมสะสมอยู่บนแคโทดทองแดง

แกเลียมและฟัน

แกลเลียมเชื่อกันว่าเป็นพิษมานานแล้ว เฉพาะใน ทศวรรษที่ผ่านมาความเข้าใจผิดนี้ได้รับการข้องแวะ แกลเลียมที่ละลายต่ำมีทันตแพทย์สนใจ ย้อนกลับไปในปี 1930 มีการเสนอเป็นครั้งแรกให้แทนที่แกลเลียมด้วยปรอทในส่วนผสมสำหรับการอุดฟัน การวิจัยเพิ่มเติมทั้งในและต่างประเทศยืนยันถึงโอกาสในการทดแทนดังกล่าว วัสดุอุดโลหะไร้สารปรอท (แทนที่สารปรอทด้วยแกลเลียม) ถูกนำมาใช้ในทางทันตกรรมแล้ว

บางทีคุณสมบัติที่มีชื่อเสียงที่สุดของแกลเลียมก็คือจุดหลอมเหลวซึ่งมีอุณหภูมิ 29.76 °C มันเป็นโลหะที่หลอมละลายได้มากเป็นอันดับสองในตารางธาตุ (รองจากปรอท) ความสามารถในการหลอมละลายและความเป็นพิษต่ำของโลหะแกลเลียมทำให้สามารถถ่ายภาพนี้ได้ อย่างไรก็ตาม แกลเลียมเป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่ขยายตัวเมื่อโลหะหลอมละลายแข็งตัว (ที่เหลือคือ Bi, Ge)

Gallodent, แกลเลียม-ดีบุกยูเทคติก
โลหะแกลเลียมมีความเป็นพิษต่ำ ครั้งหนึ่งเคยถูกนำมาใช้เพื่ออุดฟันด้วยซ้ำ (แทนที่จะเป็นอะมัลกัม) แอปพลิเคชั่นนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อผสมผงทองแดงกับแกลเลียมหลอมเหลวจะได้ส่วนผสมซึ่งหลังจากนั้นไม่กี่ชั่วโมงจะแข็งตัว (เนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะ) และสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 600 องศาโดยไม่ละลาย แกลเลียมเปราะบางมาก (สามารถแตกได้เหมือนแก้ว)

ผลึกแกลเลียมขนาดใหญ่
อีกหนึ่ง คุณสมบัติที่น่าสนใจแกลเลียม - ความสามารถในการละลายจนเย็นยิ่งยวด แกลเลียมที่หลอมละลายสามารถทำให้เย็นลงได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวประมาณ 10-30 องศา และจะยังคงเป็นของเหลว แต่ถ้าคุณโยนแกลเลียมที่เป็นของแข็งหรือน้ำแข็งแห้งลงไปในการละลาย ผลึกขนาดใหญ่จะเริ่มเติบโตจากมันทันที ภาพถ่ายแสดงแท่งแกลเลียมที่กำลังแข็งตัว ภาพถ่ายแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการตกผลึกเริ่มต้นขึ้นในสามแห่ง และในเวลาเดียวกัน ผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่สามก้อนก็เริ่มเติบโต ซึ่งจากนั้นมาบรรจบกันและก่อตัวเป็นแท่งโลหะ (สิ่งนี้เกิดขึ้นประมาณสองชั่วโมงหลังการถ่ายภาพ)

ช้อนแกลเลียม
ช้อนแกลเลียมแบบโฮมเมด วิดีโอการละลายช้อนนี้:

เทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมอุณหภูมิสูง เทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมควอตซ์ แกลเลียมในเทอร์โมมิเตอร์
นี่คือการใช้แกลเลียมอีกประการหนึ่ง
แกลเลียมอยู่ในสถานะของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก และตามทฤษฎีแล้ว เครื่องวัดอุณหภูมิแกลเลียมสามารถวัดอุณหภูมิได้สูงถึง 2,000 องศา การใช้แกลเลียมเป็นของเหลวเทอร์โมเมตริกถูกเสนอครั้งแรกเมื่อนานมาแล้ว เทอร์โมมิเตอร์แบบแกลเลียมสามารถวัดอุณหภูมิได้สูงถึง 1,200 องศาอยู่แล้ว แต่คนทั่วไปมักไม่สามารถมองเห็นเทอร์โมมิเตอร์เหล่านี้ด้วยตนเองในห้องปฏิบัติการได้
เทอร์โมมิเตอร์ดังกล่าวไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายด้วยเหตุผลหลายประการ ประการแรก ที่อุณหภูมิสูง แกลเลียมเป็นสารที่มีฤทธิ์รุนแรงมาก ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 °C มันจะกัดกร่อนโลหะเกือบทั้งหมด ยกเว้นทังสเตน รวมถึงวัสดุอื่นๆ อีกหลายชนิด ควอตซ์ทนต่อแกลเลียมหลอมเหลวได้สูงถึง 1,100 °C แต่ปัญหาอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากควอตซ์ (และแก้วอื่นๆ ส่วนใหญ่) เปียกชื้นมากจากโลหะนี้ นั่นคือแกลเลียมจะเกาะติดกับผนังเทอร์โมมิเตอร์จากด้านในและจะไม่สามารถทราบอุณหภูมิได้ ปัญหาอื่นอาจเกิดขึ้นเมื่อเทอร์โมมิเตอร์เย็นลงต่ำกว่า 28 องศา เมื่อแกลเลียมแข็งตัว มันจะทำตัวเหมือนน้ำ โดยจะขยายตัวและทำให้เทอร์โมมิเตอร์แตกจากด้านใน เหตุผลสุดท้ายว่าทำไมเทอร์โมมิเตอร์แกลเลียมอุณหภูมิสูงจึงหาได้ยากมากในปัจจุบันคือการพัฒนาเทคโนโลยีและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเทอร์โมมิเตอร์แบบดิจิตอลใช้งานได้สะดวกกว่าเทอร์โมมิเตอร์เหลวมาก เครื่องควบคุมอุณหภูมิสมัยใหม่ที่มาพร้อมเทอร์โมคัปเปิลแพลทินัม-แพลตตินัม-โรเดียม ช่วยให้คุณสามารถวัดอุณหภูมิในช่วงตั้งแต่ -200 ถึง +1600°C โดยมีความแม่นยำที่ไม่สามารถบรรลุได้สำหรับเทอร์โมมิเตอร์เหลว นอกจากนี้เทอร์โมคัปเปิลอาจอยู่ห่างจากตัวควบคุมพอสมควร

แกลเลียมก่อให้เกิดโลหะผสมยูเทคติกที่ละลายต่ำกับโลหะหลายชนิด ซึ่งบางส่วนจะละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง
โลหะผสมแกลเลียม-อินเดียมละลายที่อุณหภูมิ 15.7°C กล่าวคือ ที่อุณหภูมิห้องจะกลายเป็นของเหลว ในการเตรียมโลหะผสมไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนส่วนผสมของโลหะจนกว่าจะละลายก็เพียงพอแล้วที่จะบีบอัดแกลเลียมและอินเดียมให้แน่น วิดีโอแสดงให้เห็นว่าจากจุดที่โลหะสองชนิดสัมผัสกัน (กระบอกใหญ่คือแกลเลียม ส่วนอันเล็กคืออินเดียม) โลหะผสมยูเทคติกเริ่มหยด

การทดลองที่น่าสนใจสามารถทำได้ไม่เพียงแต่กับการหลอมละลายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแข็งตัวของแกลเลียมด้วย ประการแรก แกลเลียมเป็นหนึ่งในสารไม่กี่ชนิดที่ขยายตัวเมื่อแข็งตัว (เช่นเดียวกับน้ำ) และประการที่สอง สีของโลหะหลอมเหลวค่อนข้างแตกต่างจากสีของของแข็ง
เทแกลเลียมเหลวจำนวนเล็กน้อยลงในขวดแก้วแล้ววางแกลเลียมแข็งชิ้นเล็กๆ ไว้ด้านบน (เมล็ดสำหรับการตกผลึก เนื่องจากแกลเลียมมีความสามารถในการทำความเย็นแบบซูเปอร์คูลลิ่ง) วิดีโอแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าผลึกโลหะเริ่มเติบโตได้อย่างไร (มีโทนสีน้ำเงิน ตรงกันข้ามกับการละลายสีเงินและสีขาว) หลังจากนั้นครู่หนึ่ง แกลเลียมที่ขยายตัวจะทำให้ฟองสบู่แตก
ส่วนตรงกลางของวิดีโอ (การเติบโตของผลึกแกลเลียม) ถูกเร่งความเร็วขึ้นสิบเท่า เพื่อไม่ให้วิดีโอยาวมาก

เช่นเดียวกับปรอท แกลเลียมหลอมเหลวสามารถใช้สร้าง "หัวใจที่กำลังเต้น" ได้ แม้ว่าแกลเลียมจะเป็นโลหะที่มีประจุบวกมากกว่าเหล็ก แต่ก็ทำงานในทางตรงกันข้าม เมื่อปลายเล็บสัมผัสหยดแกลเลียมหลอมเหลว มันจะ "กระจาย" เนื่องจากแรงตึงผิวลดลง และทันทีที่การสัมผัสเล็บถูกขัดจังหวะ แรงตึงผิวจะเพิ่มขึ้น และหยดจะสะสมอีกครั้งจนกระทั่งสัมผัสกับเล็บ

ผู้สนใจสามารถดาวน์โหลดได้

เคมี

แกลเลียมหมายเลข 31

กลุ่มย่อยแกลเลียม ปริมาณสมาชิกแต่ละคนของกลุ่มย่อยนี้ในเปลือกโลกตามแนวอนุกรม แกลเลียม (4-10~4%) - อินเดียม (2-10~6) - แทลเลียม (8-10-7) ลดลง องค์ประกอบทั้งสาม "มีการกระจายตัวอย่างมากและไม่ใช่เรื่องปกติที่จะพบพวกมันในรูปแบบของแร่ธาตุบางชนิด ในทางกลับกัน สิ่งเจือปนเล็กน้อยของสารประกอบนั้นมีแร่ของโลหะหลายชนิด Ga, In และ Ti ได้มาจากของเสียในระหว่าง การแปรรูปแร่ดังกล่าว
ในสถานะอิสระ แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นโลหะสีเงินสีขาว ค่าคงที่ที่สำคัญที่สุดมีการเปรียบเทียบด้านล่าง:
กาอิน ต

คุณสมบัติทางกายภาพของแกลเลียม

ความหนาแน่น g/cjH3 5.9 7.3 11.9
จุดหลอมเหลว, °C - - 30 157 304
จุดเดือด °C... . 2200 2020 1475
ค่าการนำไฟฟ้า (Hg = 1) - 2 11 6

โดยความแข็ง แกลเลียมใกล้นำ, อินและที - อ่อนกว่า 6-13
ในอากาศแห้ง แกลเลียมและอินเดียมจะไม่เปลี่ยนแปลงและแทลเลียมถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์สีเทา เมื่อถูกความร้อน องค์ประกอบทั้งสามจะรวมตัวกับออกซิเจนและซัลเฟอร์อย่างมีพลัง พวกมันทำปฏิกิริยากับคลอรีนและโบรมีนที่อุณหภูมิปกติ แต่จะทำปฏิกิริยากับไอโอดีนเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้น ตั้งอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้ารอบเหล็ก Ga, In และ Ti สามารถละลายได้ในกรด14’ 15
ความจุปกติของแกลเลียมและอินเดียมคือ 3 แทลเลียมให้อนุพันธ์ในรูปแบบไตรและโมโนวาเลนต์ 18
ออกไซด์ของแกลเลียมและแอนะล็อก - สีขาว Ga 2 O 3, สีเหลือง In203 และสีน้ำตาล T1203 - ไม่ละลายในน้ำ - ไฮดรอกไซด์ที่สอดคล้องกัน E (OH) 3 (ซึ่งสามารถได้มาจากเกลือ) เป็นตะกอนเจลาตินัสซึ่งในทางปฏิบัติไม่ละลายในน้ำ แต่ ละลายได้ในกรด White Ga และ In ไฮดรอกไซด์ยังละลายได้ในสารละลายของด่างแก่ด้วยการก่อตัวของ gallates และ indates คล้ายกับอะลูมิเนต ดังนั้นจึงมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก และคุณสมบัติที่เป็นกรดจะเด่นชัดน้อยกว่าใน 1n(OH) 3 และเด่นชัดใน Ga(OH) 3 มากกว่าใน Al(OH) 3 ดังนั้น นอกเหนือจากความเป็นด่างแก่แล้ว Ga(OH) 3 ยังสามารถละลายได้ในสารละลายเข้มข้นของ NH 4 OH ในทางตรงกันข้าม Ti(OH) 3 สีน้ำตาลแดงไม่ละลายในด่าง
ไอออน Ga" และ In" ไม่มีสี ไอออน Ti" มีสีเหลือง เกลือของกรดส่วนใหญ่ที่ผลิตได้จากกรดเหล่านี้ละลายได้ในน้ำสูง แต่มีไฮโดรไลซ์สูง เกลือที่ละลายน้ำได้ของกรดอ่อนหลายชนิดผ่านการไฮโดรไลซิสเกือบสมบูรณ์ แม้ว่าอนุพันธ์ของวาเลนต์ล่าง Ga และ In จะไม่เป็นแบบอย่างสำหรับพวกมัน แต่สำหรับแทลเลียม สารประกอบที่มีสถานะโมโนวาเลนต์นั้นมีลักษณะเฉพาะมากที่สุด ดังนั้นเกลือ T13+ จึงมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่เด่นชัดอย่างเห็นได้ชัด

แทลเลียมออกไซด์ (T120) เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาขององค์ประกอบที่อุณหภูมิสูง เป็นผงดูดความชื้นสีดำ เมื่อใช้น้ำ แทลเลียมออกไซด์จะเกิดไนตรัสไฮเดรตสีเหลือง (T10H) ซึ่งเมื่อถูกความร้อนจะแยกน้ำออกได้ง่ายและกลับไปเป็น T120
แทลเลียมออกไซด์ไฮเดรตละลายในน้ำได้สูงและเป็นเบสที่แข็งแกร่ง เกลือที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ไม่มีสีและ
ตกผลึกโดยไม่มีน้ำ คลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์แทบไม่ละลายน้ำ แต่เกลืออื่นๆ บางชนิดละลายในน้ำได้ TiOH ตามอำเภอใจและกรดอ่อนเนื่องจากการไฮโดรไลซิสทำให้เกิดปฏิกิริยาอัลคาไลน์ในสารละลาย ภายใต้อิทธิพลของสารออกซิไดซ์ที่แรง (เช่น น้ำคลอรีน) แทลเลียมโมโนวาเลนต์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแทลเลียมไตรวาเลนต์57-66
โดย คุณสมบัติทางเคมีธาตุและสารประกอบของมัน กลุ่มย่อยแกลเลียมมีความคล้ายคลึงกับกลุ่มย่อยเจอร์เมเนียมหลายประการ ดังนั้น สำหรับ Ge และ Ga ค่าความจุที่สูงกว่าจะมีเสถียรภาพมากกว่า สำหรับ Pb และ T1 ที่มีค่าต่ำกว่า ซึ่งเป็นลักษณะทางเคมีของไฮดรอกไซด์ในซีรีส์ Ge- Sn-Pb และ Ga-In-Ti เปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกัน บางครั้งความคล้ายคลึงกันที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นก็ปรากฏขึ้น เช่น ความสามารถในการละลายต่ำของเกลือเฮไลด์ (Cl, Br, I) ของทั้ง Pb และ Ti อย่างไรก็ตาม ก็มีความสำคัญเช่นกัน ความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบของทั้งสองกลุ่มย่อย (ส่วนหนึ่งเนื่องจากความจุที่แตกต่างกัน): ลักษณะที่เป็นกรดของไฮดรอกไซด์ Ga และแอนะล็อกนั้นเด่นชัดน้อยกว่าองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องของกลุ่มย่อยเจอร์เมเนียม ตรงกันข้ามกับ PbF 2, แทลเลียมฟลูออไรด์ ละลายน้ำได้สูง เป็นต้น

อาหารเสริมแกลเลียม

1. สมาชิกทั้งสามของกลุ่มย่อยที่อยู่ระหว่างการพิจารณาถูกค้นพบโดยใช้สเปกโตรสโคป: 1 แทลเลียม - ในปี 1861 อินเดียม - ในปี 1863 และแกลเลียม - ในปี 1875 องค์ประกอบสุดท้ายของเหล่านี้ถูกทำนายและอธิบายโดย D. I. Mendeleev 4 ปีก่อนการค้นพบ (VI § 1). แกลเลียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปที่มีเลขมวล 69 (60.2%) และ 71 (39.8) อินเดียม-113 (4.3) และ 115 (95.7); แทลเลียม - 203 (29.5) และ 205 (70.5%)
2. ในสถานะพื้น อะตอมของธาตุในกลุ่มย่อยแกลเลียมมีโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) และเป็นโมโนวาเลนต์ การกระตุ้นของสถานะไตรวาเลนท์ต้องใช้ต้นทุน 108 (Ga) , 100 (นิ้ว) หรือ 129, (Ti ) กิโลแคลอรี/กรัม-อะตอม พลังงานไอออไนเซชันติดต่อกันคือ 6.00; 20.51; 30.70 สำหรับ Ga; 5.785; 18.86; 28.03 สำหรับใน: 6.106; 20.42; 29.8 eV สำหรับ T1 ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมแทลเลียมอยู่ที่ประมาณ 12 กิโลแคลอรี/กรัม-อะตอม
3. แร่แกลไลท์แร่หายาก (CuGaS 2) เป็นที่รู้จักสำหรับแกลเลียม ร่องรอยของธาตุนี้มักพบในแร่สังกะสี จำนวนมากอย่างมีนัยสำคัญ: พบ E (มากถึง 1.5%) ในเถ้าถ่านบางชนิด อย่างไรก็ตามวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตแกลเลียมทางอุตสาหกรรมคือแร่บอกไซต์ซึ่งมักมีสิ่งเจือปนเล็กน้อย (มากถึง 0.1%) มันถูกสกัดโดยอิเล็กโทรไลซิสจากของเหลวอัลคาไลน์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการแปรรูปอะลูมิเนียมธรรมชาติให้เป็นอลูมินาเชิงเทคนิค ขณะนี้การผลิตแกลเลียมทั่วโลกประจำปีในปัจจุบันมีเพียงไม่กี่ตัน แต่สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก
4. อินเดียมส่วนใหญ่ได้มาจากผลพลอยได้ในระหว่างการประมวลผลที่ซับซ้อนของแร่ซัลเฟอร์ Zn, Pb และ Cu การผลิตทั่วโลกต่อปีมีจำนวนหลายสิบตัน
5. แทลเลียมมีความเข้มข้นส่วนใหญ่อยู่ในไพไรต์ (FeS2) ดังนั้นกากตะกอนจากการผลิตกรดซัลฟิวริกจึงเป็นวัตถุดิบที่ดีในการรับธาตุนี้ การผลิตแทลเลียมทั่วโลกต่อปีน้อยกว่าอินเดียม แต่ก็มีปริมาณหลายสิบตันเช่นกัน
6. ในการแยก Ga, In และ T1 ในสถานะอิสระ จะใช้อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือ หรือการลุกไหม้ของออกไซด์ในกระแสไฮโดรเจน ความร้อนของการหลอมและการระเหยของโลหะมีค่าดังต่อไปนี้: 1.3 และ 61 (Ga), 0.8 และ 54 (In), 1.0 และ 39 kcal/g-atom (T1) ความร้อนของการระเหิด (ที่ 25 °C) คือ 65 (Ga), 57 (In) และ 43 kcal/g-atom (T1) ธาตุทั้งสามเป็นคู่กันเกือบทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุลที่มีอะตอมเดี่ยวเกือบทั้งหมด
7. โครงผลึกของแกลเลียมไม่ได้เกิดจากอะตอมเดี่ยว ๆ (ตามปกติสำหรับโลหะ) แต่เกิดจากโมเลกุลไดอะตอมมิก (rf = 2.48A) มันจึงเป็นกรณีที่น่าสนใจของการอยู่ร่วมกันของโครงสร้างโมเลกุลและโลหะ (III § 8) โมเลกุล Ga2 จะถูกเก็บรักษาไว้ในแกลเลียมเหลวซึ่งมีความหนาแน่น (6.1 g/cm3) ความหนาแน่นมากขึ้นโลหะแข็ง (เปรียบเทียบกับน้ำและบิสมัท) ความดันที่เพิ่มขึ้นจะมาพร้อมกับอุณหภูมิหลอมเหลวของแกลเลียมที่ลดลง ที่แรงกดดันสูง นอกเหนือจากการดัดแปลงตามปกติ (Gal) แล้ว ยังมีการสร้างรูปแบบอื่นอีกสองรูปแบบอีกด้วย จุดสามจุด (ที่มีเฟสของเหลว) อยู่ที่ Gal - Gall ที่ 12,000 atm และ 3 °C และสำหรับ Gall - Gall ที่ 30,000 atm และ 45 °C
8. แกลเลียมมีแนวโน้มที่จะเกิดภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากและเป็นไปได้ที่จะทำให้มันอยู่ในสถานะของเหลวจนถึง -40 ° C การตกผลึกอย่างรวดเร็วซ้ำๆ ของการหลอมที่เย็นยิ่งยวดสามารถใช้เป็นวิธีการทำให้แกลเลียมบริสุทธิ์ได้ ในสถานะที่บริสุทธิ์มาก (99.999%) ได้มาจากการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า เช่นเดียวกับการลด GaCl3 ที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์อย่างระมัดระวังด้วยไฮโดรเจน จุดเดือดสูงและการขยายตัวค่อนข้างสม่ำเสมอเมื่อถูกความร้อนทำให้แกลเลียมเป็นวัสดุที่มีคุณค่าในการเติมเทอร์โมมิเตอร์ที่อุณหภูมิสูง แม้จะมีความคล้ายคลึงภายนอกกับปรอท แต่ความสามารถในการละลายร่วมกันของโลหะทั้งสองก็ค่อนข้างต่ำ (ในช่วง 10 ถึง 95 ° C จะแตกต่างกันไปจาก 2.4 ถึง 6.1 เปอร์เซ็นต์อะตอมมิกสำหรับ Ga ใน Hg และจาก 1.3 ถึง 3.8 เปอร์เซ็นต์อะตอมมิกสำหรับ Hg ใน Ga) . ต่างจากปรอท แกลเลียมเหลวไม่ละลายโลหะอัลคาไลและทำให้พื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะหลายชนิดเปียกได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ใช้ได้กับกระจก โดยการใช้แกลเลียมซึ่งสามารถสะท้อนแสงได้แรงกับกระจก (อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่าแกลเลียมบริสุทธิ์มากซึ่งไม่มีสารเจือปนอินเดียม ไม่เปียกแก้ว) การสะสมแกลเลียมบนฐานพลาสติกบางครั้งใช้เพื่อสร้างวงจรวิทยุอย่างรวดเร็ว โลหะผสมที่มี Ga 88% และ Sn 12% จะละลายที่ 15 °C และโลหะผสมที่มีแกลเลียมอื่นๆ บางชนิด (เช่น 61.5% Bi, 37.2 - Sn และ 1.3 - Ga) ได้รับการเสนอสำหรับการอุดฟัน พวกเขาไม่เปลี่ยนปริมาตรตามอุณหภูมิและคงอยู่ได้ดี แกลเลียมยังสามารถใช้เป็นยาแนวสำหรับวาล์วในเทคโนโลยีสุญญากาศได้ อย่างไรก็ตามควรระลึกไว้ว่าที่อุณหภูมิสูงจะเกิดปฏิกิริยารุนแรงต่อทั้งแก้วและโลหะหลายชนิด
9. ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้ในการขยายการผลิตแกลเลียมปัญหาการดูดซึม (เช่นการเรียนรู้โดยการฝึกฝน) ขององค์ประกอบนี้และสารประกอบของมันจะกลายมาเป็นเรื่องเร่งด่วนซึ่งต้องใช้ งานวิจัยเพื่อสำรวจพื้นที่ของตน การใช้เหตุผล- มีบทความวิจารณ์และเอกสารเกี่ยวกับแกลเลียม
10. ความสามารถในการอัดของอินเดียมนั้นสูงกว่าอลูมิเนียมเล็กน้อย (ที่ 10,000 atm ปริมาตรคือ 0.84 ของต้นฉบับ) เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง (เป็น 0.5 จากเดิมที่ 70,000 atm) และอุณหภูมิหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้น (สูงถึง 400°C ที่ 65,000 atm) โลหะอินเดียมจะแตกเมื่องอเหมือนแท่งดีบุก มันทิ้งรอยดำไว้บนกระดาษ การใช้อินเดียมที่สำคัญคือการผลิตวงจรเรียงกระแสเจอร์เมเนียม เครื่องปรับอากาศ(X § 6 เพิ่ม 15) เนื่องจากมีความสามารถในการหลอมละลายต่ำ จึงสามารถทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นในตลับลูกปืนได้
11. การนำอินเดียมเข้าไปเล็กน้อยในโลหะผสมทองแดงจะช่วยเพิ่มความต้านทานได้อย่างมาก น้ำทะเลและการเติมอินเดียมลงในเงินจะช่วยเพิ่มความเงางามและป้องกันการทำให้หมองในอากาศ การเติมอินเดียมจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสมสำหรับการอุดฟัน การเคลือบด้วยไฟฟ้าของโลหะอื่น ๆ ด้วยอินเดียมช่วยปกป้องโลหะเหล่านี้จากการกัดกร่อนได้ดี โลหะผสมของอินเดียมกับดีบุก (1:1 โดยน้ำหนัก) ประสานแก้วกับแก้วหรือโลหะ และโลหะผสม 24% In และ 76% Ga ละลายที่ 16°C โลหะผสม 18.1% ใน 41.0 - Bi, 22.1 - Pb, 10.6 - Sn และ 8.2 - Cd ละลายที่ 47 ° C ใช้ในทางการแพทย์สำหรับการแตกหักของกระดูกที่ซับซ้อน (แทนปูนปลาสเตอร์) มีเอกสารเกี่ยวกับเคมีของอินเดียมอยู่
12. ความสามารถในการอัดของแทลเลียมมีค่าประมาณเดียวกับอินเดียม แต่มีการดัดแปลงแบบ allotropic สองแบบ (หกเหลี่ยมและลูกบาศก์) ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนระหว่างที่อุณหภูมิ 235 °C ภายใต้ความกดดันสูง ก็มีอีกสิ่งหนึ่งเกิดขึ้น จุดสามจุดของทั้งสามรูปแบบอยู่ที่ 37,000 atm และ 110°C ความดันนี้สอดคล้องกับการลดลงอย่างกะทันหันประมาณ 1.5 เท่าของความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ (ซึ่งที่ 70,000 atm หรือประมาณ 0.3 ของค่าปกติ) ภายใต้ความดัน 90,000 atm แทลเลียมรูปแบบที่สามจะละลายที่อุณหภูมิ 650 °C
13. แทลเลียมส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตโลหะผสมที่มีดีบุกและตะกั่วซึ่งมีความต้านทานต่อกรดสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมที่มีองค์ประกอบ 70% Pb, 20% Sn และ 10% T1 ทนทานต่อการกระทำของส่วนผสมของกรดซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก และกรดไนตริกได้ดี มีเอกสารเกี่ยวกับแทลเลียม
14. แกลเลียมและอินเดียมอัดแน่นมีความเสถียรเมื่อเทียบกับน้ำ และแทลเลียมเมื่อมีอากาศจะถูกทำลายอย่างช้าๆ จากพื้นผิว กับ กรดไนตริกแกลเลียมทำปฏิกิริยาเพียงช้าๆ แต่แทลเลียมทำปฏิกิริยารุนแรงมาก ในทางตรงกันข้าม กรดซัลฟิวริกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮโดรคลอริกละลาย Ga และ In ได้ง่าย ในขณะที่ T1 มีปฏิกิริยากับพวกมันช้ากว่ามาก (เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มป้องกันของเกลือที่ละลายได้น้อยบนพื้นผิว) สารละลายที่เป็นด่างแก่ละลายแกลเลียมได้ง่าย ออกฤทธิ์ช้าๆ กับอินเดียมเท่านั้น และไม่ทำปฏิกิริยากับแทลเลียม แกลเลียมยังละลายอย่างเห็นได้ชัดใน NH4OH สารประกอบระเหยขององค์ประกอบทั้งสามจะทำให้เปลวไฟไม่มีสีเป็นสีเฉพาะ: Ga - แทบจะมองไม่เห็นด้วยตาสีม่วงเข้ม (L = 4171 A), ใน - สีน้ำเงินเข้ม (L = 4511 A), T1 - สีเขียวมรกต (A, = 5351 ก)
15. แกลเลียมและอินเดียมดูเหมือนจะไม่เป็นพิษ ในทางกลับกันแทลเลียมมีพิษสูงและออกฤทธิ์คล้ายกับ Pb และ As มันทำให้ประหลาดใจ ระบบประสาท, ระบบทางเดินอาหารและไต อาการพิษเฉียบพลันจะไม่เกิดขึ้นทันที แต่หลังจากผ่านไป 12-20 ชั่วโมง ด้วยพิษเรื้อรังที่พัฒนาอย่างช้าๆ (รวมถึงทางผิวหนัง) จะสังเกตความปั่นป่วนและการรบกวนการนอนหลับเป็นหลัก ในทางการแพทย์มีการใช้แทลเลียมเพื่อกำจัดขน (สำหรับไลเคน ฯลฯ ) เกลือแทลเลียมพบว่าใช้ในองค์ประกอบเรืองแสงเป็นสารที่เพิ่มระยะเวลาเรืองแสง พวกเขายังกลายเป็นการเยียวยาที่ดี
16. กับหนูและหนู
17. ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า แกลเลียมจะอยู่ระหว่าง Zn และ Fe และอินเดียมและแทลเลียมจะอยู่ระหว่าง Fe และ Sn การเปลี่ยนผ่าน Ga และ In ตามรูปแบบ E+3 + Ze = E สอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าปกติ: -0.56 และ -0.33 V (ในตัวกลางที่เป็นกรด) หรือ -1.2 และ -1.0 V (ในตัวกลางที่เป็นด่าง) แทลเลียมจะถูกแปลงโดยกรดให้เป็นสถานะโมโนวาเลนต์ (ศักย์ไฟฟ้าปกติ -0.34 V) การเปลี่ยนแปลง T1+3 + 2e = T1+ มีคุณลักษณะเด่นคือศักย์ปกติที่ + 1.28 V ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด หรือ +0.02 V ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
18. ความร้อนของการก่อตัวของออกไซด์ E203 ของแกลเลียมและสารอะนาล็อกจะลดลงในชุด 260 (Ga), 221 (In) และ 93 kcal/mol (T1) เมื่อถูกความร้อนในอากาศ แกลเลียมจะถูกออกซิไดซ์กับ GaO เท่านั้น ดังนั้นโดยปกติจะได้ Ga2O3 โดยการทำให้ Ga(OH)3 ขาดน้ำ อินเดียมเมื่อถูกความร้อนในอากาศจะก่อตัวเป็น In2O3 และแทลเลียมจะเกิดส่วนผสมของ T12O3 และ T120 โดยมีออกไซด์ในปริมาณที่สูงกว่า อุณหภูมิก็จะยิ่งต่ำลง แทลเลียมสามารถออกซิไดซ์ได้สูงถึง T1203 โดยการกระทำของโอโซน
19. ความสามารถในการละลายของ E2O3 ออกไซด์ในกรดเพิ่มขึ้นตามซีรีย์ Ga - In - Tl ในซีรีย์เดียวกัน ความแข็งแรงของพันธะขององค์ประกอบกับออกซิเจนจะลดลง: Ga2O3 ละลายที่ 1,795°C โดยไม่มีการสลายตัว, 1n203 เปลี่ยนเป็น 1n304 เพียงสูงกว่า 850°C เท่านั้น และ T12O3 ที่ถูกบดละเอียดเริ่มแยกออกซิเจนออกแล้วที่ประมาณ 90° ค. อย่างไรก็ตาม ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่ามากจึงจะแปลง T1203 เป็น T120 ได้อย่างสมบูรณ์ ภายใต้แรงดันออกซิเจนส่วนเกิน 1p203 จะละลายที่ 1910 °C และ T1203 จะละลายที่ 716 °C
20. เมื่อทำให้สารละลายที่เป็นกรดของเกลือแกลเลียมเป็นกลาง ไฮดรอกไซด์ของมันจะตกตะกอนประมาณในช่วง pH = 3-4 Ga(OH)3 ที่ตกตะกอนใหม่ละลายได้สูงในสารละลายแอมโมเนียเข้มข้น แต่เมื่ออายุมากขึ้น ความสามารถในการละลายก็จะลดลงเรื่อยๆ จุดไอโซอิเล็กทริกอยู่ที่ pH = 6.8 และ PR = 2 · 10~37 สำหรับ 1n(OH)3 พบว่า PR = 1 10-31 และสำหรับ T1(OH)3 - 1 10~45
21. สำหรับค่าคงที่การแยกตัวที่สองและสามของ Ga(OH)3 ตามประเภทที่เป็นกรดและพื้นฐาน ค่าต่อไปนี้ถูกกำหนด:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
กา(OH)3 K2“2. SP / NW = 4 -10 12
ดังนั้น แกลเลียมไฮดรอกไซด์จึงเป็นตัวแทนของอิเล็กโทรไลต์ที่ใกล้เคียงกับแอมโฟเทอริซิตี้ในอุดมคติมาก

1. ความแตกต่างของคุณสมบัติที่เป็นกรดของแกลเลียมไฮดรอกไซด์และแอนะล็อกของมันนั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเมื่อพวกมันทำปฏิกิริยากับสารละลายของด่างแก่ (NaOH, KOH) แกลเลียมไฮดรอกไซด์ละลายได้ง่ายจนเกิดเป็นแกลเลตประเภท M ซึ่งมีความเสถียรทั้งในสารละลายและสถานะของแข็ง เมื่อถูกความร้อน จะสูญเสียน้ำได้ง่าย (เกลือ Na ที่อุณหภูมิ 120 เกลือ K ที่อุณหภูมิ 137 °C) และเปลี่ยนเป็นเกลือปราศจากน้ำประเภท MGa02 แกลเลตโลหะไดวาเลนต์ (Ca, Sr) ที่ได้จากสารละลายมีลักษณะเป็นอีกประเภทหนึ่ง - M3 ■ 2H20 ซึ่งแทบไม่ละลายเช่นกัน พวกมันถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์ด้วยน้ำ
   แทลเลียมไฮดรอกไซด์สามารถถูกทำให้เป็นด่างได้ง่าย (โดยมีการก่อตัวของโซลลบ) แต่ไม่ละลายในพวกมันและไม่ก่อให้เกิดทัลเลท โดยวิธีแห้ง (โดยการหลอมออกไซด์กับคาร์บอเนตที่เกี่ยวข้อง) จะได้อนุพันธ์ของประเภท ME02 สำหรับองค์ประกอบทั้งสามของกลุ่มย่อยแกลเลียม อย่างไรก็ตาม ในกรณีของแทลเลียม กลับกลายเป็นส่วนผสมของออกไซด์
   1. รัศมีประสิทธิผลของไอออน Ga3+, In3* และ T13* คือ 0.62, 0.92 และ 1.05 A ตามลำดับ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ เห็นได้ชัดว่าพวกมันถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุลโดยตรง ไอออนไฮเดรตดังกล่าวจะแยกออกจากกันเล็กน้อยตามรูปแบบ E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H และค่าคงที่การแยกตัวของพวกมันจะอยู่ที่ประมาณ 3 ■ 10-3° (Ga) และ 2 10-4 (In) .
   2. เกลือเฮไลด์ Ga3+, In3* และ T13*’ โดยทั่วไปจะคล้ายกับเกลือ A13* ที่เกี่ยวข้อง นอกจากฟลูออไรด์แล้ว พวกมันค่อนข้างละลายได้และละลายได้สูงไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวทำละลายอินทรีย์อีกหลายชนิดด้วย ทาสีเฉพาะ Gal3 สีเหลืองเท่านั้น