Галий

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Галий
Галий – сребрист и блестящ метал
Сребрист и блестящ метал
Спектрални линии на галий
ЦинкГалийГерманий
Al

Ga

In
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Галий, Ga, 31
Група, период, блок 134p
Химическа серия слаб метал
Електронна конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p1
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 3
CAS номер 7440-55-3
Свойства на атома
Атомна маса 69,723 u
Атомен радиус (изч.) 130 (136) pm
Ковалентен радиус 122±3 pm
Радиус на ван дер Ваалс 187 pm
Степен на окисление 3, 2, 1, −1, −2, −4, −5[1]
Оксид Ga2O3 (амфотерен)
Ga2O (неутрален)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,81
Йонизационна енергия I: 578,8 kJ/mol
II: 1979,3 kJ/mol
III: 2963 kJ/mol
IV: 6180 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура ромбична
Плътност 5910 kg/m3
Температура на топене 302,915 K (29,915 °C)
Температура на кипене 2673 K (2400 °C) [2]
Моларен обем 11,80×10-3 m3/mol
Специф. топлина на топене 5,59 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 256 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1310 1448 1620 1838 2125 2518
Скорост на звука 2740 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет 370 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 6,78×106 S/m при 20 °C
Специф. ел. съпротивление 0,27 Ω.mm2/m при 20 °C
Топлопроводимост 40,6 W/(m·K)
Магнетизъм диамагнитен[3]
Модул на еластичност 9,8 GPa
Коефициент на Поасон 0,47
Твърдост по Моос 1,5
Твърдост по Бринел 56,8 – 68,7 MPa
История
Наименован на Галия
Откритие Пол-Емил Лекок дьо Боабодран (1875 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
66Ga синт. 9,5 часа β+ 66Zn
67Ga синт. 3,3 дни ε 67Zn
68Ga синт. 1,2 часа β+ 68Zn
69Ga 60,11 % стабилен
70Ga синт. 21 мин. β- 70Ge
ε 70Zn
71Ga 39,89 % стабилен
72Ga синт. 14,1 часа β- 72Ge
73Ga синт. 4,9 часа β- 73Ge

Галият е химичен елемент с атомен номер 31 и символ Ga. Открит е през 1875 година. Втечнява се при стайна температура (29,76 °C) дори при по-продължително държане в ръка. Той не се среща в свободно състояние в природата. Галият е мек сребрист метал. Смес на галий (68,5 %), индий (21,5 %) и калай (10 %), известна с тривиалното наименование галинстан, има температура на топене много по-ниска от тази на замръзването на водата: -19 °C. Използва се главно за направата на смеси, които се топят при ниски температури. Тъй като е ценен полупроводник, днес се използва в електрониката. Галиевият нитрид и индиево-галиевият нитрид дават синята и виолетовата светлина на светодиоди (LED) и лазерни диоди.

История[редактиране | редактиране на кода]

През 1871 съществуването на галия било предсказано за първи път от Дмитрий Менделеев. Той предсказал също редица от свойствата на елемента като плътност, точка на топене и др. [4]

Галият бил открит с помощта на спектроскопски изследвания от френския химик Пол-Емил Лекок де Боабудран (на френски: Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran) през 1875 по своя характеристичен спектър (две виолетови линии).[5]

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Свойства на Ga по различните кристални оси [6]
Свойства a b c
α (~25 °C, µm/m) 16 11 31
ρ (29,7 °C; nΩ•m) 543 174 81
ρ (0 °C; nΩ•m) 480 154 71,6
ρ (-195,85 °C; nΩ•m) 101 30,8 14,3
ρ (-268,92 °C; pΩ•m) 13,8 6,8 1,6
Кристализация на галий от стопилка

Галият не се среща самостоятелно в природата, но се получава лесно чрез топене на руда. Чистият галиев метал има блестящ сребрист цвят и стъклоподобна структура. Избягва се съхранението му в стъклени или метални съдове защото при замръзване той увеличава обема си 3,1 %. Галият е сред най-плътните течности и отстъпва по плътност на течната си фаза само на силиция, германия, бисмута и водата.

Физичните свойства на галия са силно анизотропни и са с различна стойност по трите кристалографски оси a, b и c. Свойствата на галия са също силно температурно зависими, особено близо до точката на топене.[6]

Галият не кристализира в нито една проста кристална структура. Стабилната фаза при нормални условия е орторомбична с 8 атоми. Всеки атом има само един най-близък съсед на разстояние 244 пикометра (pm) и шест други съседи вътре с допълнителни 39 pm. Стабилността на фазите зависи от температурата и налягането.

Приложения[редактиране | редактиране на кода]

Галиевите йони имат медицински приложения, защото са подобни на железните йони.

Подобно на водата, при втвърдяване галият се разширява. Намира приложение вместо живака в термометри за измерване на високи температури.

Галиевият арсенид е полупроводник и се използва за направата на светодиоди и свръхвисокочестотни транзистори. Изпаренията на галиевия арсенид са силно токсични и опасни за човека.

От откриването му през 1875 до ерата на полупроводниците главното приложение на галия било за направата на високотемпературни термометри и направата на метални смеси с необикновени свойства. С развитието на полупроводниците през 1960 започва ерата на галиевия арсенид.[7]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. ((de)) Hofmann, Patrick. Colture. Ein Programm zur interaktiven Visualisierung von Festkörperstrukturen sowie Synthese, Struktur und Eigenschaften von binären und ternären Alkali- und Erdalkalimetallgalliden. PhD Thesis, ETH Zurich, 1997. ISBN 3728125970. DOI:10.3929/ethz-a-001859893. с. 83 – 233.
  2. ((en)) Zhang Y. Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. // J. Chem. Eng. Data 56 (2). 2011. DOI:10.1021/je1011086. с. 328 – 337.
  3. ((en))  Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th. Boca Raton (FL), CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5.
  4. ((en)) Ball, Philip. The Ingredients: A Guided Tour of the Elements. Oxford University Press, 2002. ISBN 0-19-284100-9. с. 105.
  5. ((fr)) de Boisbaudran, Lecoq. Caractères chimiques et spectroscopiques d'un nouveau métal, le gallium, découvert dans une blende de la mine de Pierrefitte, vallée d'Argelès (Pyrénées). // Comptes rendus 81. 1835 – 1965. с. 493.
  6. а б ((en)) Rosebury, Fred. Handbook of Electron Tube and Vacuum Techniques. Springer, 1992. ISBN 978-1-56396-121-2. с. 26.
  7. ((en)) Moskalyk, R. R.. Gallium: the backbone of the electronics industry. // Minerals Engineering 16 (10). 2003. DOI:10.1016/j.mineng.2003.08.003. с. 921.