Historia

La existencia del galio fue predicha científicamente por D. I. Mendeleev. Al crear el sistema periódico de elementos químicos en 1869, basándose en la ley periódica que descubrió, dejó lugares vacantes en el tercer grupo para elementos desconocidos: análogos del aluminio y el silicio (eka-aluminio y eca-silicio). Mendeleev, basándose en las propiedades de elementos vecinos y bien estudiados, describió con bastante precisión no solo las propiedades físicas y químicas más importantes, sino también el método de descubrimiento: la espectroscopia. En particular, en un artículo fechado el 11 de diciembre (29 de noviembre, estilo antiguo) de 1870, publicado en el Journal of the Russian Chemical Society, Mendeleev indicó que el peso atómico del eka-aluminio es cercano a 68, con una gravedad específica de aproximadamente 6 g/cm 3 . En estado metálico, el metal será fusible.

Pronto se descubrió el galio, se aisló como una sustancia simple y se estudió por el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. 20 de septiembre de 1875. En una reunión de la Academia de Ciencias de París se leyó una carta de Lecoq de Boisbaudran sobre el descubrimiento de un nuevo elemento y el estudio de sus propiedades. La carta informaba que el 27 de agosto de 1875, entre las 15 y las 16 horas, había descubierto pruebas de un nuevo cuerpo simple en una muestra de blenda de zinc traída de la mina Pierfitte, en el valle de Argelès (Pirineos). Así, al examinar el espectro de la muestra, Lecoq de Boisbaudran identificó dos nuevas líneas violetas, que indican la presencia de un elemento desconocido en el mineral. En la misma carta sugirió llamar nuevo elemento Galio. El aislamiento del elemento estuvo lleno de dificultades considerables, ya que el contenido del nuevo elemento en el mineral era inferior al 0,2%. Como resultado, Lecoq de Boisbaudran logró obtener un nuevo elemento en una cantidad inferior a 0,1 gy estudiarlo. Las propiedades del nuevo elemento resultaron ser similares a las del zinc.

La noticia sobre el nombre del elemento en honor a Francia causó gran alegría. Mendeleev, al enterarse del descubrimiento a través de un informe publicado, descubrió que la descripción del nuevo elemento coincide casi exactamente con la descripción del eka-aluminio que había predicho anteriormente. Envió una carta sobre esto a Lecoq de Boisbaudran, indicando que la densidad del nuevo metal se determinó incorrectamente y debería ser 5,9-6,0, y no 4,7 g/cm 3 . Una verificación exhaustiva demostró que Mendeleev tenía razón, y el propio Lecoq de Boisbaudran escribió sobre esto:

Creo... que no es necesario señalar la importancia excepcional que tiene la densidad del nuevo elemento en relación con la confirmación de las opiniones teóricas de Mendeleev.

El descubrimiento del galio y los posteriores descubrimientos del germanio y el escandio fortalecieron la posición de la Ley Periódica, demostrando claramente su potencial predictivo. Mendeleev llamó a Lecoq de Boisbaudran uno de los "fortalecedores de la ley periódica".

origen del nombre

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran nombró el elemento en honor a su tierra natal, Francia, por su nombre en latín: Galia ( Galia) .

Existe una leyenda indocumentada que en el nombre del elemento su descubridor inmortalizó implícitamente su apellido ( Lecoq). Nombre latino del elemento ( Galio) consonante gallo- “gallo” (lat.). Cabe destacar que es el gallo. el coq(Francés) es un símbolo de Francia.

Estar en la naturaleza

El contenido medio de galio en la corteza terrestre es de 19 g/t. El galio es un oligoelemento típico con una doble naturaleza geoquímica. Debido a la similitud de sus propiedades químicas cristalinas con los principales elementos formadores de rocas (Al, Fe, etc.) y la amplia posibilidad de isomorfismo con ellos, el galio no forma grandes acumulaciones, a pesar del importante valor de Clarke. Se distinguen los siguientes minerales con un alto contenido de galio: esfalerita (0-0,1%), magnetita (0-0,003%), casiterita (0-0,005%), granate (0-0,003%), berilo (0-0,003%) , turmalina (0-0,01%), espodumena (0,001-0,07%), flogopita (0,001-0,005%), biotita (0-0,1%), moscovita (0-0,01%), sericita (0-0,005%), lepidolita (0,001-0,03%), clorita (0-0,001%), feldespatos (0-0,01%), nefelina (0-0,1%), hecmanita (0,01-0,07%), natrolita (0-0,1%). La concentración de galio en el agua de mar es 3⋅10 −5 mg/l.

Lugar de nacimiento

Se conocen depósitos de galio en el suroeste de África, Rusia y los países de la CEI.

Recibo

Para obtener galio metálico, a menudo se utiliza el raro mineral galita CuGaS 2 (mezcla de cobre y sulfuro de galio). Constantemente se encuentran rastros de él en esfalerita, calcopirita y germanita. Se encontraron cantidades mucho mayores (hasta un 1,5%) en las cenizas de algunos carbones duros. Sin embargo, la principal fuente de galio son las soluciones de alúmina obtenidas durante el procesamiento de bauxita (que generalmente contienen impurezas menores (hasta un 0,1%)) y nefelina. El galio también se puede obtener mediante el reciclaje minerales polimetálicos, carbón. Se extrae por electrólisis de líquidos alcalinos, que son un producto intermedio del procesamiento de la bauxita natural en alúmina técnica. Concentración de galio en solución de aluminato alcalino después de la descomposición en el proceso Bayer: 100-150 mg/l, por método de sinterización: 50-65 mg/l. Mediante estos métodos, el galio se separa de la mayor parte del aluminio mediante carbonización, concentrándose en la última fracción del sedimento. Luego, el sedimento enriquecido se trata con cal, el galio se disuelve, de donde se libera el metal en bruto mediante electrólisis. El galio contaminado se lava con agua, luego se filtra a través de placas porosas y se calienta al vacío para eliminar las impurezas volátiles. Para obtener galio de alta pureza se utilizan métodos químicos (reacciones entre sales), electroquímicos (electrólisis de soluciones) y físicos (descomposición). En forma muy pura (99,999%), se obtuvo mediante refinado electrolítico, así como mediante reducción de GaCl 3 cuidadosamente purificado con hidrógeno.

Propiedades físicas

Además de estos, se conocen 29 isótopos radiactivos artificiales de galio con números de masa de 56 Ga a 86 Ga y al menos 3 estados isoméricos de núcleos. Los isótopos radiactivos de galio de vida media más larga son 67 Ga (vida media de 3,26 días) y 72 Ga (vida media de 14,1 horas).

Propiedades químicas

Las propiedades químicas del galio son similares a las del aluminio, pero las reacciones del galio metálico tienden a ser mucho más lentas debido a su menor reactividad química. La película de óxido que se forma en la superficie del metal en el aire protege al galio de una mayor oxidación.

El galio reacciona lentamente con agua caliente, desplazando el hidrógeno y formando hidróxido de galio (III):

2 G a + 6 H 2 O → 2 G a (O H) 3 + 3 H 2 (\displaystyle (\mathsf (2Ga+6H_(2)O\rightarrow 2Ga(OH)_(3)+3H_(2)\ flecha hacia arriba)))

Al reaccionar con vapor sobrecalentado (350°C), se forma el compuesto GaOOH (óxido de galio hidrato o ácido metagálico):

2 G a + 4 H 2 O → t o 2 G a O O H + 3 H 2 (\displaystyle (\mathsf (2Ga+4H_(2)O(\xrightarrow (t^(o)))2GaOOH+3H_(2)) )) 2 G a + 6 H C l → 2 G a C l 3 + 3 H 2 (\displaystyle (\mathsf (2Ga+6HCl\rightarrow 2GaCl_(3)+3H_(2)\uparrow ))) 2 G a + G a I 3 → o t 3 G a I (\displaystyle (\mathsf (2Ga+GaI_(3)(\xrightarrow (^(o)t))3GaI)))

El galio no reacciona con hidrógeno, carbono, nitrógeno, silicio y boro.

A altas temperaturas, el galio puede destruir varios materiales y su efecto es más fuerte que el de la fusión de cualquier otro metal. Así, el grafito y el tungsteno son resistentes al galio fundido hasta 800°C, el alundum y el óxido de berilio BeO hasta 1000°C, el tantalio, el molibdeno y el niobio son resistentes hasta 400-450°C.

En la mayoría de los metales, el galio forma galuros, a excepción del bismuto, así como en los metales de los subgrupos del zinc, el escandio y el titanio. Uno de los gallidos V 3 Ga tiene una temperatura de transición bastante alta al estado superconductor de 16,8 K.

El galio forma galatos de hidruro:

4 L i H + G a C l 3 → L i [ G a H 4 ] + 3 L i C l (\displaystyle (\mathsf (4LiH+GaCl_(3)\rightarrow Li+3LiCl))) [ G a H 4 ] − + 4 H 2 O → G a (O H) 3 + O H − + 4 H 2 (\displaystyle (\mathsf (^(-)+4H_(2)O\rightarrow Ga(OH)_ (3)+OH^(-)+4H_(2)\arriba )))

El galio tiene una serie de aleaciones que son líquidas a temperatura ambiente (llamadas gallam), y una de sus aleaciones tiene un punto de fusión de -19°C (galinstan, eutéctico In-Ga-Sn). Los gallams se utilizan para reemplazar el mercurio tóxico como sellos líquidos en dispositivos de vacío y soluciones de difusión, y como lubricantes al unir piezas de cuarzo, vidrio y cerámica. Por otro lado, el galio (aleaciones en menor medida) es muy agresivo con la mayoría de materiales estructurales (fisuración y erosión de aleaciones a altas temperaturas). Por ejemplo, en relación con el aluminio y sus aleaciones, el galio es un potente reductor de resistencia (ver disminución de la resistencia por adsorción, efecto Rehbinder). Esta propiedad del galio fue demostrada y estudiada en detalle por P. A. Rebinder y E. D. Shchukin durante el contacto del aluminio con galio o sus aleaciones eutécticas (fragilización del metal líquido). Además, mojar el aluminio con una película de galio líquido provoca su rápida oxidación, similar a lo que ocurre con el aluminio amalgamado con mercurio. El galio disuelve aproximadamente el 1% del aluminio en su punto de fusión, que llega a la superficie exterior de la película, donde el aire lo oxida instantáneamente. La película de óxido sobre una superficie líquida es inestable y no protege contra una mayor oxidación. Como resultado, la aleación de galio líquido no se utiliza como interfaz térmica entre un componente generador de calor (por ejemplo, un procesador central de computadora) y un radiador de aluminio.

El galio y su aleación eutéctica con indio se utilizan como refrigerante en los circuitos de los reactores.

El galio se puede utilizar como lubricante y como tapar espejos proposito especial. Se han creado adhesivos metálicos importantes en la práctica a base de galio y níquel, galio y escandio.

El galio metálico también se utiliza para llenar termómetros de cuarzo (en su lugar) para medir altas temperaturas. Esto se debe a que el galio tiene un punto de ebullición significativamente más alto en comparación con el mercurio.

El óxido de galio forma parte de varios materiales láser importantes del grupo de los granates: GSGG (granate de gadolinio-escandio-galio), ISGG (granate de itrio-escandio-galio), etc.

Cristales de nitruro de galio ( izquierda) y arseniuro de galio

El arseniuro de galio GaAs se utiliza activamente en electrónica de microondas y láseres semiconductores.

El nitruro de galio GaN se utiliza en la creación de láseres semiconductores y LED en el rango azul y ultravioleta. El nitruro de galio tiene excelentes propiedades químicas y propiedades mecánicas, típico de todos los compuestos de nitruro.

El galio es un elemento del subgrupo principal del tercer grupo del cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev, con número atómico 31. Se designa con el símbolo Ga (lat. Galio). Pertenece al grupo de los metales ligeros. La sustancia simple galio es un metal blando y dúctil de color blanco plateado (según otras fuentes, gris claro) con un tinte azulado.
El contenido medio de galio en la corteza terrestre es de 19 g/t. El galio es un oligoelemento típico con una doble naturaleza geoquímica. Debido a la similitud de sus propiedades químicas cristalinas con los principales elementos formadores de rocas (Al, Fe, etc.) y la amplia posibilidad de isomorfismo con ellos, el galio no forma grandes acumulaciones, a pesar del importante valor de Clarke.

Se distinguen los siguientes minerales con un alto contenido de galio: esfalerita (0 - 0,1%), magnetita (0 - 0,003%), casiterita (0 - 0,005%), granada (0 - 0,003%), berilo (0 - 0,003%) , turmalina (0 - 0,01%), espodumena (0,001 - 0,07%), flogopita (0,001 - 0,005%), biotita (0 - 0,1%), moscovita (0 - 0,01%), sericita (0 - 0,005%), lepidolita (0,001 - 0,03%), clorita (0 - 0,001%), feldespatos (0 - 0,01%), nefelina (0 - 0,1%), hecmanita (0,01 - 0,07%), natrolita (0 - 0,1%). La concentración de galio en el agua de mar es de 3,10-5 mg/l.
Se conocen depósitos de galio en el suroeste de África, Rusia y los países de la CEI. Las reservas mundiales de galio en bauxita se estiman en más de mil millones de kilogramos. Además, una cantidad significativa de galio se encuentra en las reservas mundiales de mineral de zinc. Sin embargo, sólo una pequeña porción del galio contenido en la bauxita y el zinc es económicamente recuperable.
El galio puede ser escaso, pero no se le puede considerar raro. Es más abundante que muchos metales conocidos como el antimonio, el molibdeno, la plata y el tungsteno, pero a diferencia de estos elementos, el galio rara vez, o nunca, se encuentra en concentraciones económicas en minerales naturales. Las dos fuentes principales de galio comercial son su recuperación de la bauxita durante la producción de alúmina y su recuperación de los residuos resultantes de la lixiviación del óxido de zinc antes de la electrólisis.
El galio no existe en la corteza terrestre en forma elemental, pero se presenta con mayor frecuencia como sal de galio (III). Se produce principalmente a partir de bauxita. En 2010, con una capacidad de producción mundial de 256-261 toneladas, se produjeron de esta forma 78 toneladas de metal. Se estimó que la producción mundial de galio en 2010 fue de aproximadamente 201 a 212 toneladas. Esta circunstancia demuestra claramente alto grado recuperación secundaria de metales, así como el exceso de capacidad de producción/procesamiento en la actualidad. El consumo de galio en 2010 ascendió a 280 toneladas, lo que indica una escasez en el mercado mundial y un consumo parcial del metal de las reservas. En 2011, el consumo de galio disminuyó a 218 toneladas, lo que, por el contrario, resultó en un excedente de metal en el mercado (el volumen de producción primaria de galio en el mundo ascendió a 292 toneladas).
Recuperación secundaria (reciclado) de galio. La escasez de galio obtenido del mineral ha provocado volúmenes importantes de su producción secundaria. En Japón, aproximadamente 90 toneladas de galio metálico en 2010 se produjeron mediante el reciclaje de desechos, y otras 60 toneladas de galio potencialmente contenidas dentro del "circuito" de producción de epitaxia en fase líquida no están disponibles de inmediato para el consumo o en forma consumible para otros fines.
La reducción secundaria de galio durante los procesos de fabricación de semiconductores también es una fuente importante. Debido a la naturaleza de varios pasos de la fabricación de semiconductores y al requisito de un control de calidad extremadamente alto en cada paso, se requiere un volumen de galio mucho mayor del que realmente contienen los semiconductores. El Departamento de Energía de EE.UU. informó que en 2010, la capacidad global reciclaje El galio representaba aproximadamente el 42% (en parte como resultado del proceso de fabricación de semiconductores antes mencionado) de la capacidad total de producción de galio en el mundo.
Se cree que China es el principal productor de galio primario, seguida de Alemania, Kazajstán, Ucrania, Corea del Sur y Rusia. El galio también se produce en Hungría y Japón. La producción mundial de galio refinado, incluida la recuperación de residuos, se estima en 378 toneladas (2011).
China, Japón, Reino Unido y Estados Unidos fueron los principales productores de galio refinado en 2010. El galio se produce a partir del procesamiento de residuos en Canadá, Alemania, Japón, el Reino Unido y Estados Unidos. Neo Material estimó que el 50% del galio que se consumió en todo el mundo en 2010 provino de fuentes recicladas.
Los principales productores de galio en China son Aluminium Corporation China Ltd, Beijing Jia Semiconductor Material Co. Ltd, Chinese Crystal Technologies Ltd, East Gallium Hope Mianchi Industry Co. y Zhuhai Fangyuan. La capacidad total de producción de galio de China en 2010 se estimó en 141 toneladas.
La mayoría de La capacidad de producción primaria de galio se encuentra actualmente en China, Alemania y Kazajstán, tras la reducción del número de empresas que refinan galio en Rusia y el cierre de una planta en Francia. China aumentó su capacidad de producción primaria de galio de 141 toneladas/año en 2010 a 280 toneladas/año a finales de 2011.
Una proporción significativa del galio proviene de la producción secundaria, especialmente del reciclaje de GaAs y residuos de epitaxia en fase líquida. Los principales centros de producción secundaria son Japón y América del Norte. Al mismo tiempo, no hay suficientes datos sobre reciclaje eficiente residuos que contienen galio en China, a pesar de que el país se está convirtiendo en uno de los principales consumidores de este metal.
El galio es la base de la industria electrónica. El galio es la base de compuestos como el arseniuro de galio (GaAs) y el nitruro de galio (GaN), semiconductores utilizados en la industria electrónica. También se utiliza en la fabricación de células de memoria.
Los dispositivos optoelectrónicos como LED, diodos láser, fotosensores y células solares producidos a partir de GaAs siguen siendo el principal ámbito de consumo de galio en todo el mundo. En un futuro próximo, se espera que aumente el uso de GaAs, especialmente en los mercados de las comunicaciones. Se espera que el mayor uso de dispositivos de comunicación celular y navegación por satélite aumente la demanda de galio.
El galio se utiliza en forma de GaN en diodos láser y diodos emisores de luz (LED). Los nuevos dispositivos GaN se utilizan en almacenamiento de alta densidad (reproductores de CD y reproductores de vídeo digital), impresión láser de alta calidad, comunicaciones e iluminación. Los transistores de GaN funcionan a voltajes más altos y a densidades de energía más altas que los dispositivos de GaAs. El galio se utiliza en algunos termómetros de alta temperatura, y la aleación eutéctica de galio, indio y estaño se utiliza ampliamente en dichos termómetros, reemplazando al mercurio. El galio también se utiliza como componente en aleaciones de baja fusibilidad y para crear espejos brillantes. Sales de galio como la sal de galio. ácido cítrico y el nitrato de galio se utilizan en medicina.
La demanda mundial de galio en últimos años Fue el más fuerte en la industria optoelectrónica, especialmente en LED. Debido a sus propiedades superiores, el GaAs se utiliza cada vez más en lugar del silicio en circuitos integrados para muchas aplicaciones de protección. Mercado teléfonos móviles ha sido el principal responsable del aumento del consumo de galio en los últimos años.
El mercado del galio ha experimentado un crecimiento: en 2010, la demanda del metal fue fuerte tanto en el sector electrónico como en el optoelectrónico. El aumento en el consumo de galio ha sido impulsado por la creciente demanda de teléfonos inteligentes y teléfonos multibanda y multimodo, así como por el mayor uso de LED en iluminación y pantallas. En China, aproximadamente la mitad del consumo identificado corresponde a materiales magnéticos NdFeB, un patrón que no se replica en otras partes del mundo, pero que tiene potencial de crecimiento en Japón.
El galio puede ser reemplazado en la fabricación de semiconductores por indio, y en la tecnología de película delgada de células solares por tecnologías basadas en silicio, algunas formas de células fotovoltaicas basadas en seleniuro de cadmio de película delgada o seleniuro de indio y cobre, entre otras. El desarrollo de estas diferentes formas de tecnología de células solares significa que las perspectivas para el mercado mundial del galio siguen sin estar claras. Los beneficios del galio como componente de las tecnologías de fabricación de células solares tampoco parecen ser definitivamente superiores en comparación con los materiales y composiciones de la competencia.
El uso principal del galio es la producción de optoelectrónica y semiconductores. La mayor demanda de galio proviene de su uso como ánodo transparente en pantallas de gran superficie e iluminación de estado sólido, transistores de película delgada, imanes y baterías de neodimio, hierro y boro, baterías de litio y células fotovoltaicas de seleniuro de cobre, indio y galio. En general, el uso de galio en algunos productos electrónicos se ha visto restringido debido a su limitada disponibilidad. El metal está siendo reemplazado por ser menos importante desde el punto de vista económico, y la producción mundial total es sólo una décima parte de la del indio.

Consumo de galio en el mundo, toneladas*

año	2008	2009	2010	2011	2012
Japón	122.3	111.3	116.0	114.0	110.0
EE.UU	28.7	24.9	33.5	35.3	35.0
Otros paises	39.2	40.6	130.5	68.7	75.0
Total	190.2	176.8	280.0	218.0	220.0

* Datos resumidos

Los precios del galio (en adelante, precios del galio importado a los Estados Unidos, datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos) aumentaron de 2004 a 2011, con la excepción de 2005, 2006 y 2009, que fue impulsado por el crecimiento del mercado de teléfonos inteligentes, el mayor uso de LED en iluminación y demanda de dispositivos optoelectrónicos (Blu-ray, DVD, etc.). Entre 2003 y 2011, los precios del galio en el mercado mundial aumentaron más de 1,5 veces, de aproximadamente 411 dólares/kg a 688 dólares/kg. En 2012, los precios del galio cayeron ligeramente, hasta una media de 556 dólares el kilo, pero se mantuvieron en un nivel muy alto.

Con vastos recursos de bauxita, India tiene el potencial de aumentar la producción de alúmina a partir de fundiciones orientadas a la exportación, lo que podría ayudar a impulsar los suministros del metal para el consumo interno y el mercado global. Es probable que la demanda de galio aumente debido al crecimiento de la industria electrónica en el país. El desarrollo de tecnología local, así como la cooperación con países extranjeros para la limpieza y producción de metales. Los depósitos de zinc, como fuente alternativa, serán económicamente viables cuando se agoten las fuentes de galio fácilmente disponibles.
Se prevé que la demanda de galio crecerá un 15% anual hasta 2015, y este aumento de la demanda se alimentará tanto del exceso de capacidad existente, especialmente en el refinado secundario, como de la nueva capacidad central prevista para China y posiblemente V América del norte. En China se acumulará un suministro no utilizado de material reciclado, mientras que el reciclaje seguirá siendo bajo.

Química

Galio No. 31

Subgrupo de galio. El contenido de cada miembro de este subgrupo en la corteza terrestre a lo largo de la serie galio (4-10~4%) - indio (2-10~6) - talio (8-10-7) disminuye. Los tres "elementos están extremadamente dispersos y no es típico que se encuentren en forma de ciertos minerales. Por el contrario, las impurezas menores de sus compuestos contienen minerales de muchos metales. Ga, In y Ti se obtienen a partir de desechos durante el procesamiento de dichos minerales.
En estado libre, el galio, el indio y el talio son metales de color blanco plateado. Sus constantes más importantes se comparan a continuación:
Ga In Tl

Propiedades físicas del galio.

Densidad, g/cjH3 5,9 7,3 11,9
Punto de fusión, °C. . . 30 157 304
Punto de ebullición, °C... . 2200 2020 1475
Conductividad eléctrica (Hg = 1). . 2 11 6

Por dureza galio Cerca del liderato, In y Ti, aún más suaves 6-13.
En aire seco, el galio y el indio no cambian., y el talio está cubierto con una película de óxido gris. Cuando se calientan, los tres elementos se combinan energéticamente con oxígeno y azufre. Interactúan con cloro y bromo ya en temperatura normal, con yodo, solo cuando se calienta. Ubicados en la serie de voltaje alrededor del hierro, Ga, In y Ti son solubles en ácidos.14’ 15
La valencia habitual del galio y el indio es tres. El talio produce derivados en los que es trivalente y monovalente. 18
Los óxidos de galio y sus análogos (Ga 2 O 3 blanco, In203 amarillo y T1203 marrón) son insolubles en agua; los correspondientes hidróxidos E (OH) 3 (que se pueden obtener a partir de sales) son sedimentos gelatinosos, prácticamente insolubles en agua, pero soluble en ácidos. Los hidróxidos blancos de Ga e In también son solubles en soluciones de álcalis fuertes con la formación de galatos e indatos similares a los aluminatos. Son, por lo tanto, de naturaleza anfótera y las propiedades ácidas son menos pronunciadas en 1n(OH)3 y más pronunciadas en Ga(OH)3 que en Al(OH)3. Así, además de los álcalis fuertes, el Ga(OH)3 es soluble en soluciones fuertes de NH4OH. Por el contrario, el Ti(OH)3 de color marrón rojizo no se disuelve en álcalis.
Los iones Ga" e In" son incoloros, el ion Ti" tiene un color amarillento. Las sales de la mayoría de los ácidos producidos a partir de ellos son muy solubles en agua, pero están muy hidrolizadas; De las sales solubles de ácidos débiles, muchas sufren una hidrólisis casi completa. Si bien los derivados de valencias inferiores Ga e In no son típicos para ellos, para el talio son más característicos aquellos compuestos en los que es monovalente. Por lo tanto, las sales T13+ tienen propiedades oxidantes notablemente pronunciadas.

El óxido de talio (T120) se forma como resultado de la interacción de elementos a altas temperaturas. Es un polvo higroscópico negro. Con agua, el óxido de talio forma hidrato nitroso amarillo (T10H) que, cuando se calienta, se separa fácilmente del agua y vuelve a T120.
El hidrato de óxido de talio es muy soluble en agua y es una base fuerte. Las sales que forma son en su mayoría incoloras y
cristalizar sin agua. El cloruro, el bromuro y el yoduro son casi insolubles, pero algunas otras sales son solubles en agua. El TiOH arbitrario y los ácidos débiles debidos a la hidrólisis dan una reacción alcalina en solución. Bajo la influencia de agentes oxidantes fuertes (por ejemplo, agua con cloro), el talio monovalente se oxida a talio trivalente.57-66
Por propiedades químicas elementos y sus compuestos, el subgrupo galio es en muchos aspectos similar al subgrupo germanio. Así, para Ge y Ga, la valencia más alta es más estable, para Pb y T1, el carácter químico más bajo de los hidróxidos en la serie Ge-. Sn-Pb y Ga-In-Ti cambian de la misma manera. A veces aparecen similitudes más sutiles, por ejemplo, la baja solubilidad de las sales de haluro (Cl, Br, I) tanto de Pb como de Ti. diferencias entre los elementos de ambos subgrupos (en parte debido a su diferente valencia): la naturaleza ácida de los hidróxidos Ga y sus análogos es mucho menos pronunciada que la de los elementos correspondientes del subgrupo germanio, a diferencia del PbF 2, fluoruro de talio; es muy soluble, etc.

Suplementos de galio

1. Los tres miembros del subgrupo considerado fueron descubiertos utilizando un espectroscopio: 1 talio - en 1861, indio - en 1863 y galio - en 1875. El último de estos elementos fue predicho y descrito por D. I. Mendeleev 4 años antes de su descubrimiento (VI § 1). El galio natural está compuesto de isótopos con números másicos 69 (60,2%) y 71 (39,8); indio-113 (4,3) y 115 (95,7); talio: 203 (29,5) y 205 (70,5%).
2. En el estado fundamental, los átomos de los elementos del subgrupo de galio tienen la estructura de externo. conchas electrónicas 4s2 34p (Ga), 5s25p (In), 6s26p (Tl) y son monovalentes, i La excitación de estados trivalentes requiere el gasto de 108 (Ga), 100 (In) o 129, (Ti) kcal/g-átomo. Las energías de ionización consecutivas son 6,00; 20,51; 30,70 para Ga; 5,785; 18,86; 28,03 para En: 6,106; 20,42; 29,8 eV para T1. La afinidad electrónica del átomo de talio se estima en 12 kcal/g-átomo.
3. El raro mineral galita (CuGaS 2) es conocido por el galio. Constantemente se encuentran trazas de este elemento en los minerales de zinc. En las cenizas de algunas brasas se encontraron cantidades significativamente grandes de E (hasta un 1,5%). Sin embargo, la principal materia prima para la producción industrial de galio es la bauxita, que suele contener pequeñas impurezas (hasta un 0,1%). Se extrae por electrólisis de líquidos alcalinos, que son un producto intermedio del procesamiento de la bauxita natural en alúmina técnica. La producción mundial anual de galio es actualmente de sólo unas pocas toneladas, pero puede aumentar significativamente.
4. El indio se obtiene principalmente como subproducto de procesamiento complejo minerales de azufre Zn, Pb y Cu. Su producción mundial anual asciende a varias decenas de toneladas.
5. El talio se concentra principalmente en pirita (FeS2). Por tanto, los lodos procedentes de la producción de ácido sulfúrico son una buena materia prima para la obtención de este elemento. La producción mundial anual de talio es menor que la de indio, pero también asciende a decenas de toneladas.
6. Para aislar Ga, In y T1 en estado libre se utiliza la electrólisis de soluciones de sus sales o la incandescencia de los óxidos en una corriente de hidrógeno. Los calores de fusión y evaporación de los metales tienen los siguientes valores: 1,3 y 61 (Ga), 0,8 y 54 (In), 1,0 y 39 kcal/átomo g (T1). Sus calores de sublimación (a 25 °C) son 65 (Ga), 57 (In) y 43 kcal/g-átomo (T1). En parejas, los tres elementos están formados casi exclusivamente por moléculas monoatómicas.
7. La red cristalina del galio no está formada por átomos individuales (como es habitual en los metales), sino por moléculas diatómicas (rf = 2,48A). Representa pues un caso interesante de coexistencia de estructuras moleculares y metálicas (III § 8). Las moléculas de Ga2 también se conservan en el galio líquido, cuya densidad (6,1 g/cm3) es mayor que la densidad del metal sólido (analogía con el agua y el bismuto). Un aumento de presión va acompañado de una disminución del punto de fusión del galio. A altas presiones, además de la modificación habitual (Gal), se ha establecido la existencia de otras dos formas. Los puntos triples (con fase líquida) se encuentran para Gal - Gall a 12 mil atm y 3 °C, y para Gall - Gall a 30 mil atm y 45 °C.
8. El galio es muy propenso a la hipotermia, y se ha conseguido mantenerlo en estado líquido hasta -40°C. La cristalización rápida repetida de una masa fundida sobreenfriada puede servir como método para purificar el galio. En estado muy puro (99,999%), se obtuvo mediante refinado electrolítico, así como mediante reducción de GaCl3 cuidadosamente purificado con hidrógeno. Punto álgido La ebullición y la expansión bastante uniforme cuando se calienta hacen que el galio material valioso Para llenar termómetros de alta temperatura. A pesar de su similitud externa con el mercurio, la solubilidad mutua de ambos metales es relativamente baja (en el rango de 10 a 95 °C varía de 2,4 a 6,1 por ciento atómico para Ga en Hg y de 1,3 a 3,8 por ciento atómico para Hg en Ga) . A diferencia del mercurio, el galio líquido no disuelve los metales alcalinos y humedece bien muchas superficies no metálicas. En particular, esto se aplica al vidrio, al aplicar galio se pueden obtener espejos que reflejan fuertemente la luz (sin embargo, hay evidencia de que el galio muy puro, que no contiene impurezas de indio, no moja el vidrio). A veces se utiliza la deposición de galio sobre una base de plástico para producir rápidamente circuitos de radio. Una aleación de 88% Ga y 12% Sn se funde a 15 °C, y se han propuesto algunas otras aleaciones que contienen galio (por ejemplo, 61,5% Bi, 37,2 - Sn y 1,3 - Ga) para empastes dentales. No cambian su volumen con la temperatura y se mantienen bien. El galio también se puede utilizar como sellador para válvulas en la tecnología de vacío. Sin embargo, hay que tener en cuenta que a altas temperaturas resulta agresivo tanto con el vidrio como con muchos metales.
9. En relación con la posibilidad de ampliar la producción de galio, se vuelve urgente el problema de la asimilación (es decir, el dominio por la práctica) de este elemento y sus compuestos, lo que requiere trabajo de investigación para explorar sus áreas uso racional. Hay un artículo de revisión y monografías sobre el galio.
10. La compresibilidad del indio es ligeramente mayor que la del aluminio (a 10 mil atm el volumen es 0,84 del original). Al aumentar la presión, su resistencia eléctrica disminuye (a 0,5 del original a 70 mil atm) y la temperatura de fusión aumenta (hasta 400°C a 65 mil atm). Las barras de metal de indio crujen cuando se doblan, como las de estaño. Deja una marca oscura en el papel. Un uso importante del indio está asociado a la fabricación de rectificadores de corriente alterna de germanio (X § 6 add. 15). Por su baja fusibilidad puede actuar como lubricante en rodamientos.
11. La introducción de una pequeña cantidad de indio en las aleaciones de cobre aumenta en gran medida su resistencia a agua de mar, y la adición de indio a la plata realza su brillo y evita que se deslustre con el aire. La adición de indio aumenta la resistencia de las aleaciones para empastes dentales. El recubrimiento electrolítico de otros metales con indio los protege bien de la corrosión. Una aleación de indio con estaño (1:1 en peso) suelda bien el vidrio al vidrio o metal, y una aleación de 24% In y 76% Ga se funde a 16°C. Una aleación de 18,1% In con 41,0 - Bi, 22,1 - Pb, 10,6 - Sn y 8,2 - Cd, que se funde a 47 ° C, se utiliza médicamente para fracturas óseas complejas (en lugar de yeso). Hay una monografía sobre la química del indio.
12. La compresibilidad del talio es aproximadamente la misma que la del indio, pero se le conocen dos modificaciones alotrópicas (hexagonal y cúbica), cuyo punto de transición se encuentra a 235 °C. Bajo alta presión surge otro. El punto triple de las tres formas se encuentra a 37.000 atm y 110°C. Esta presión corresponde a una disminución abrupta de aproximadamente 1,5 veces la resistencia eléctrica del metal (que a 70 mil atm es aproximadamente 0,3 de lo normal). Bajo una presión de 90 mil atmósferas, la tercera forma de talio se funde a 650 °C.
13. El talio se utiliza principalmente para la fabricación de aleaciones con estaño y plomo, que tienen una alta resistencia a los ácidos. En particular, una aleación con una composición de 70% Pb, 20% Sn y 10% T1 resiste bien la acción de mezclas de ácidos sulfúrico, clorhídrico y nítrico. Hay una monografía sobre el talio.
14. El galio y el indio compacto son estables con respecto al agua, y el talio, en presencia de aire, es destruido lentamente desde la superficie. CON Ácido nítrico El galio reacciona lentamente, pero el talio reacciona muy vigorosamente. Por el contrario, el ácido sulfúrico, y especialmente el clorhídrico, disuelve fácilmente Ga e In, mientras que T1 interactúa con ellos mucho más lentamente (debido a la formación de una película protectora de sales poco solubles en la superficie). Las soluciones de álcalis fuertes disuelven fácilmente el galio, actúan lentamente sobre el indio y no reaccionan con el talio. El galio también se disuelve notablemente en NH4OH. Los compuestos volátiles de los tres elementos tiñen la llama incolora con colores característicos: Ga - casi invisible a la vista violeta oscuro (L = 4171 A), In - azul oscuro (L = 4511 A), T1 - verde esmeralda (A, = 5351 A).
15. El galio y el indio no parecen ser venenosos. Por el contrario, el talio es muy venenoso y su acción es similar a la del Pb y el As. Afecta al sistema nervioso, el tracto digestivo y los riñones. Los síntomas de intoxicación aguda no aparecen inmediatamente, sino después de 12 a 20 horas. En caso de intoxicación crónica de desarrollo lento (incluso a través de la piel), se observan principalmente agitación y alteraciones del sueño. En medicina, las preparaciones de talio se utilizan para la depilación (contra líquenes, etc.). Las sales de talio se han utilizado en composiciones luminosas como sustancias que aumentan la duración del brillo. También resultaron ser buen remedio contra ratones y ratas.
16. En la serie de voltaje, el galio se ubica entre Zn y Fe, y el indio y el talio se ubican entre Fe y Sn. Las transiciones Ga e In según el esquema E+3 + Ze = E corresponden a potenciales normales: -0,56 y -0,33 V (en medio ácido) o -1,2 y -1,0 V (en medio alcalino). Los ácidos convierten el talio al estado monovalente (potencial normal -0,34 V). La transición T1+3 + 2e = T1+ se caracteriza por un potencial normal de + 1,28 V en un ambiente ácido o +0,02 V en un ambiente alcalino.
17. Los calores de formación de los óxidos E2O3 del galio y sus análogos disminuyen en las series 260 (Ga), 221 (In) y 93 kcal/mol (T1). Cuando se calienta al aire, el galio prácticamente se oxida solo a GaO. Por tanto, el Ga2O3 se suele obtener deshidratando Ga(OH)3. El indio, cuando se calienta en el aire, forma In2O3 y el talio forma una mezcla de T12O3 y T120 con mayor contenido de óxido, cuanto menor es la temperatura. El talio puede oxidarse hasta T1203 por acción del ozono.
18. La solubilidad de los óxidos de E2O3 en ácidos aumenta a lo largo de la serie Ga - In - Tl. En la misma serie, la fuerza de enlace del elemento con el oxígeno disminuye: Ga2O3 se funde a 1795°C sin descomponerse, 1n203 se transforma en 1n304 sólo por encima de 850°C, y el T1203 finamente triturado comienza a separarse del oxígeno ya aproximadamente a 90°C. C. Sin embargo, se requieren temperaturas mucho más altas para convertir completamente T1203 en T120. Bajo presión excesiva de oxígeno, el 1p203 se funde a 1910 °C y el T1203 a 716 °C.
19. Los calores de hidratación de los óxidos según el esquema E203 + ZH20 = 2E(OH)3 son +22 kcal (Ga), +1 (In) y -45 (T1). De acuerdo con esto, la facilidad de eliminación del agua por los hidróxidos aumenta de Ga a T1: si Ga(OH)3 se deshidrata completamente sólo tras la calcinación, entonces T1(OH)3 se transforma en T1203 incluso estando bajo el líquido del que proviene. estaba aislado.
20. Al neutralizar soluciones ácidas de sales de galio, su hidróxido precipita aproximadamente en el rango de pH = 3-4. El Ga(OH)3 recién precipitado es muy soluble en soluciones fuertes de amoníaco, pero a medida que envejece, la solubilidad disminuye cada vez más. Su punto isoeléctrico se encuentra en pH = 6,8 y PR = 2·10~37. Para 1n(OH)3 se encontró que PR = 1 10-31, y para T1(OH)3 - 1 10~45.
21. Para la segunda y tercera constantes de disociación del Ga(OH)3 según tipos ácido y básico se determinaron los siguientes valores:

H3Ga03 /C2 = 5-10_I K3 = 2-10-12
Ga(OH)3K2“2. S-P / NO = 4 -10 12
Así, el hidróxido de galio representa un caso de electrolito muy cercano a la anfotericidad ideal.

1. La diferencia en las propiedades ácidas de los hidróxidos de galio y sus análogos se manifiesta claramente cuando interactúan con soluciones de álcalis fuertes (NaOH, KOH). El hidróxido de galio se disuelve fácilmente para formar galatos de tipo M, que son estables tanto en solución como en estado sólido. Cuando se calientan, pierden agua fácilmente (sal Na a 120 °C, sal K a 137 °C) y se transforman en las correspondientes sales anhidras del tipo MGa02. Los galatos de metales divalentes (Ca, Sr) obtenidos a partir de soluciones se caracterizan por otro tipo: M3 ■ 2H20, que también son casi insolubles. Están completamente hidrolizados por el agua.
   El hidróxido de talio se peptiza fácilmente con álcalis fuertes (con formación de un sol negativo), pero es insoluble en ellos y no produce tallatos. Por método seco (fusionando óxidos con los correspondientes carbonatos) se obtuvieron derivados del tipo ME02 para los tres elementos del subgrupo del galio. Sin embargo, en el caso del talio, resultaron ser mezclas de óxidos.
   1. Los radios efectivos de los iones Ga3+, In3* y T13* son 0,62, 0,92 y 1,05 A, respectivamente. ambiente acuático inmediatamente están rodeados por lo que parecen ser seis moléculas de agua. Estos iones hidratados están algo disociados según el esquema E(OH2)a G * E (OH2)5 OH + H, y sus constantes de disociación se estiman en 3 ■ 10-3° (Ga) y 2 10-4 (In). .
   2. Las sales de haluro Ga3+, In3* y T13*’ son generalmente similares a las correspondientes sales A13*. Además de los fluoruros, son relativamente fusibles y muy solubles no sólo en agua, sino también en varios disolventes orgánicos. Sólo están pintados los Gal3 amarillos.

   No será posible encontrar grandes depósitos en la naturaleza, ya que simplemente no se forman. En la mayoría de los casos, se puede encontrar en menas o minerales de germanita, donde existe la posibilidad de encontrar entre un 0,5 y un 0,7% de este metal. También cabe mencionar que el galio también se puede obtener procesando nefelina, bauxita, minerales polimetálicos o carbón. Primero se obtiene el metal, que se procesa: lavado con agua, filtración y calentamiento. y para conseguir Alta calidad este metal, use especial reacciones químicas. Se puede observar un alto nivel de producción de galio en los países africanos, concretamente en el sureste, Rusia y otras regiones.

   En cuanto a las propiedades de este metal, su color es plateado, y a baja condiciones de temperatura puede estar en estado sólido, pero no le resultará difícil derretirse si la temperatura es incluso ligeramente superior a la temperatura ambiente. Dado que este metal tiene propiedades similares al aluminio, se transporta en paquetes especiales.

   Usos del galio

   Hace relativamente poco tiempo, el galio se utilizó en la producción de aleaciones de bajo punto de fusión. Pero hoy en día se puede encontrar en la microelectrónica, donde se utiliza con semiconductores. Este material también es bueno como lubricante. Si se usan galio o escandio juntos, puede obtener Excelente calidad adhesivos metálicos. Además, el propio galio metálico se puede utilizar como relleno en termómetros de cuarzo, ya que tiene un punto de ebullición más alto que el mercurio.

   Además, se sabe que el galio se utiliza en la producción de lámparas eléctricas, la creación de sistemas de señalización y fusibles. Este metal también se puede encontrar en instrumentos ópticos, en particular, para mejorar sus propiedades reflectantes. El galio también se utiliza en productos farmacéuticos o radiofármacos.

   Pero al mismo tiempo, este metal es uno de los más caros, y es muy importante establecer una extracción de alta calidad del mismo cuando se produce aluminio y se procesa carbón como combustible, porque el galio natural único ahora se usa ampliamente debido a sus propiedades únicas. .

   Aún no ha sido posible sintetizar el elemento, aunque la nanotecnología da esperanzas a los científicos que trabajan con galio.

   El elemento químico galio prácticamente nunca se encuentra en la naturaleza en forma libre. Existe en impurezas minerales, de las que es bastante difícil separarse. El galio se considera una sustancia rara; algunas de sus propiedades no se han estudiado completamente. Sin embargo, se utiliza en medicina y electrónica. ¿Qué es este elemento? ¿Qué propiedades tiene?

   ¿Es el galio un metal o un no metal?

   El elemento pertenece al decimotercer grupo del cuarto período. Lleva el nombre de la región histórica de la Galia, de la que formaba parte Francia, patria del descubridor del elemento. Para designarlo se utiliza el símbolo Ga.

   El galio pertenece al grupo de los metales ligeros junto con el aluminio, el indio, el germanio, el estaño, el antimonio y otros elementos. Como sustancia simple, es quebradiza y suave, y tiene un color blanco plateado con un ligero tinte azulado.

   Historia del descubrimiento

   Mendeleev "predijo" el galio, dejándole un lugar en el tercer grupo de la tabla periódica (según el sistema obsoleto). Nombró aproximadamente su masa atómica e incluso predijo que el elemento se descubriría espectroscópicamente.

   Unos años más tarde, el metal fue descubierto por el francés Paul Emile Lecoq. En agosto de 1875, un científico estaba estudiando un espectro de un depósito en los Pirineos y notó nuevas líneas violetas. El elemento recibió el nombre de galio. Su contenido en el mineral era extremadamente pequeño y Lecoq logró aislar sólo 0,1 gramos. El descubrimiento del metal fue una de las confirmaciones de la exactitud de la predicción de Mendeleev.

   

   Propiedades físicas

   El galio metálico es muy dúctil y fusible. En temperaturas bajasél está en un estado sólido. Para convertirlo en líquido es suficiente una temperatura de 29,76 grados Celsius o 302,93 Calvin. Puedes derretirlo sosteniéndolo en tu mano o sumergiéndolo en un líquido caliente. Las temperaturas demasiado altas lo hacen muy agresivo: a partir de 500 grados centígrados, es capaz de corroer otros metales.

   La red cristalina del galio está formada por moléculas diatómicas. Son muy estables, pero débilmente conectados entre sí. Para romper su conexión, no es necesario en absoluto. un gran número de energía, por lo que el galio se vuelve líquido fácilmente. Es cinco veces más fusible que el indio.

   En estado líquido, el metal es más denso y pesado que en estado sólido. Además, conduce mejor la electricidad. En condiciones normales, su densidad es de 5,91 g/cm³. El metal hierve a -2230 grados Celsius. Cuando se endurece, se expande aproximadamente un 3,2%.

   

   Propiedades químicas

   En muchas propiedades químicas, el galio es similar al aluminio, pero es menos activo y las reacciones con él son más lentas. No reacciona con el aire formando instantáneamente una película de óxido que evita su oxidación. No reacciona con hidrógeno, boro, silicio, nitrógeno y carbono.

   El metal interactúa bien con casi cualquier halógeno. Reacciona con el yodo sólo cuando se calienta; reacciona con el cloro y el bromo incluso a temperatura ambiente. En agua caliente comienza a desplazar el hidrógeno, forma sales con ácidos minerales y también libera hidrógeno.

   El galio puede formar amalgamas con otros metales. Si se deja caer galio líquido sobre una pieza sólida de aluminio, comenzará a penetrar en ella. Al invadir la red cristalina del aluminio, la sustancia líquida lo volverá quebradizo. Al cabo de unos días, un bloque de metal sólido se puede triturar a mano sin mucho esfuerzo.

   Solicitud

   En medicina, el galio metálico se utiliza para combatir tumores y la hipercalcemia, y también es adecuado para el diagnóstico por radioisótopos del cáncer de huesos. Sin embargo, los medicamentos que contienen la sustancia pueden causar efectos secundarios, como náuseas y vómitos.

   El galio metálico también se utiliza en la electrónica de microondas. Se utiliza para la fabricación de semiconductores y LED, como piezomaterial. Los adhesivos metálicos se obtienen a partir de una aleación de galio con escandio o níquel. Cuando se alea con plutonio, desempeña el papel de estabilizador y se utiliza en bombas nucleares.

   El vidrio con este metal tiene un alto índice de refracción y su óxido Ga 2 O 3 permite que el vidrio transmita rayos infrarrojos. El galio puro se puede utilizar para hacer espejos sencillos porque refleja bien la luz.

   

   Abundancia y depósitos de galio.

   ¿Dónde puedo conseguir galio? El metal se puede pedir fácilmente en línea. Su costo oscila entre 115 y 360 dólares el kilogramo. El metal se considera raro, está muy disperso en la corteza terrestre y prácticamente no forma sus propios minerales. Desde 1956 se han encontrado los tres.

   El galio se encuentra a menudo en el zinc y el hierro. Sus impurezas se encuentran en el carbón, el berilo, el granate, la magnetita, la turmalina, el feldespato, las cloritas y otros minerales. De media, su contenido en la naturaleza es de unos 19 g/t.

   

   La mayor parte del galio se encuentra en sustancias que tienen una composición similar. Debido a esto, es difícil y costoso extraerlo de ellos. El mineral propio del metal se llama galita y tiene la fórmula CuGaS 2 . También contiene cobre y azufre.

   Impacto en los humanos

   ACERCA DE papel biológico Se sabe poco sobre el metal y sus efectos en el cuerpo humano. EN tabla periódica se encuentra junto a los elementos que son vitales para nosotros (aluminio, hierro, zinc, cromo). Existe la opinión de que el galio, como ultramicroelemento, forma parte de la sangre, acelera su flujo y previene la formación de coágulos sanguíneos.

   De una forma u otra, el cuerpo humano contiene una pequeña cantidad de la sustancia (10 -6 - 10 -5%). El galio ingresa junto con el agua y los productos alimenticios agrícolas. Se retiene en el tejido óseo y el hígado.

   El galio metálico se considera poco tóxico o condicionalmente tóxico. Al entrar en contacto con la piel, quedan pequeñas partículas en ella. Parece una mancha gris sucia que se puede quitar fácilmente con agua. La sustancia no deja quemaduras, pero en algunos casos puede provocar dermatitis. Se sabe que niveles elevados de galio en el organismo provocan trastornos en el hígado, los riñones y el sistema nervioso, pero para ello se requiere una cantidad muy grande de metal.