Gallium er et metall som smelter. Gallium er et sjeldent metall som smelter i hendene dine

Som er 29,76 o C. Legger du den i en varm håndflate, begynner den gradvis å endre seg fra fast til flytende form.

En kort utflukt i historien

Hva heter metallet som smelter i hånden din? Som nevnt ovenfor er et slikt materiale kjent som gallium. Dens teoretiske eksistens ble spådd tilbake i 1870 av en innenlandsk vitenskapsmann, forfatteren av tabellen over kjemiske elementer, Dmitry Mendeleev. Grunnlaget for fremveksten av en slik antagelse var hans studie av egenskapene til en rekke metaller. På den tiden kunne ikke en eneste teoretiker ha forestilt seg at metallet som smelter i hendene eksisterer i virkeligheten.

Muligheten for å syntetisere et ekstremt smeltbart materiale, hvis utseende Mendeleev spådde, ble bevist av den franske forskeren Emile Lecoq de Boisbaudran. I 1875 lyktes han med å isolere gallium fra sinkmalm. Under eksperimenter med materialet fikk forskeren et metall som smelter i hendene hans.

Det er kjent at Emile Boisbaudran opplevde betydelige vanskeligheter med å isolere et nytt grunnstoff fra sinkmalm. Under sine første eksperimenter klarte han å trekke ut bare 0,1 gram gallium. Men selv dette var nok til å bekrefte den fantastiske egenskapen til materialet.

Hvor finnes gallium i naturen?

Gallium er et av grunnstoffene som ikke oppstår som malmforekomster. Materialet er svært spredt i jordskorpen. I naturen finnes det i ekstremt sjeldne mineraler som gallitt og zengeitt. Under laboratorieeksperimenter kan en liten mengde gallium isoleres fra malmene av sink, aluminium, germanium og jern. Noen ganger finnes det i bauxitt, kullforekomster og andre mineralforekomster.

Hvordan få tak i gallium

For tiden syntetiserer forskere oftest metallet, som smelter i hendene, fra aluminiumsløsninger som utvinnes under bearbeiding av aluminiumoksyd. Som et resultat av å fjerne hoveddelen av aluminium og utføre prosedyren for gjentatt konsentrasjon av metaller, oppnås en alkalisk løsning som inneholder en liten andel gallium. Slikt materiale isoleres fra løsning ved elektrolyse.

Bruksområder

Gallium har ennå ikke funnet anvendelse i industrien. Dette skyldes den utbredte bruken av aluminium, som har lignende egenskaper i fast form. Til tross for dette ser gallium ut som et lovende materiale fordi det har utmerkede halvlederegenskaper. Dette metallet kan potensielt brukes til produksjon av transistorelementer, høytemperaturstrømlikerettere og solcellepaneler. Gallium ser ut som en utmerket løsning for å lage optiske speilbelegg som vil ha høyest reflektivitet.

Den største hindringen for bruk av gallium i industriell skala er fortsatt de høye kostnadene ved syntesen fra malm og mineraler. Prisen per tonn slikt metall på verdensmarkedet er mer enn 1,2 millioner dollar.

Til dags dato har gallium funnet effektiv bruk bare i det medisinske feltet. Metallet i flytende form brukes til å bremse bentap hos mennesker som lider av kreft. Det brukes til raskt å stoppe blødninger i nærvær av ekstremt dype sår på kroppen til ofrene. I det siste tilfellet fører ikke blokkering av blodkar av gallium til dannelse av blodpropp.

Som nevnt ovenfor er gallium et metall som smelter i hendene. Siden temperaturen som kreves for at materialet skal omdannes til flytende tilstand er litt over 29 o C, er det nok å holde det i håndflatene. Etter en tid vil det opprinnelig faste materialet begynne å smelte bokstavelig talt foran øynene våre.

Et ganske fascinerende eksperiment kan utføres med størkning av gallium. Det presenterte metallet har en tendens til å utvide seg under størkning. For å utføre et interessant eksperiment er det nok å plassere flytende gallium i et hetteglass. Deretter må du begynne å avkjøle beholderen. Etter en tid vil du legge merke til hvordan metallkrystaller begynner å dannes i boblen. De vil ha en blåaktig farge, i motsetning til den sølvfargede fargen som er karakteristisk for materialet i flytende tilstand. Hvis avkjølingen fortsetter, vil det krystalliserende galliumet til slutt sprenge glassbeholderen.

Endelig

Så vi fant ut hva slags metall som smelter i hånden. I dag kan gallium finnes på salg for å utføre egne eksperimenter. Imidlertid bør materialet håndteres med ekstrem forsiktighet. Fast gallium er et ikke-giftig stoff. Men langvarig kontakt med materialet i flytende form kan føre til de mest uforutsette helsekonsekvensene, inkludert pustestans, lammelse av lemmer og en person som går inn i koma.

Som er 29,76 o C. Legger du den i en varm håndflate, begynner den gradvis å endre seg fra fast til flytende form.

En kort utflukt i historien

Hvor finnes gallium i naturen?

Hvordan få tak i gallium

Bruksområder

Endelig

Husker du T-1000-terminatoren laget av flytende metall, som kjempet med en eldgammel modell av ødeleggeren, spilt perfekt av Arnold Schwarzenegger? Men et slikt "flytende" metall eksisterer faktisk, og er ikke bare et oppdrett av noens fantastiske fantasi. Dette metallet kalles - gallium, og den har noen ganske interessante egenskaper.

Dette sprø metallet har et smeltepunkt på bare 29,76 C, og hvis du holder den i varme hender i en viss tid, vil den begynne å smelte. Eksistensen av gallium ble først forutsagt tilbake i 1871 av den store russiske vitenskapsmannen Dmitri Mendeleev, faren til det periodiske system av grunnstoffer. På den tiden kunne ingen av de "store vitenskapelige sinnene" ha forestilt seg at et slikt metall kunne eksistere i naturen, og vår russiske kjemiker var til og med i stand til nøyaktig å forutsi flere av dets viktigste nøkkelegenskaper, eller snarere dens lave tetthet og smeltepunkt.

Gallium forekommer ikke i naturen i sin rene form, men dets forbindelser finnes i ubetydelige mengder i bauxitt og sinkmalm. Gallium er et mykt, duktilt, sølvfarget metall. Ved lave temperaturer er den i fast tilstand, men smelter ved en temperatur som ikke er mye høyere enn romtemperatur (29,8°C). Fra oppdagelsen av grunnstoffet i 1875 og frem til halvledertiden ble gallium først og fremst brukt til å lage lavsmeltende legeringer. For tiden brukes alt gallium i mikroelektronikk. Galliumarsenid, hovedelementforbindelsen som brukes, brukes i mikrobølgekretser og infrarøde applikasjoner.

I dag brukes gallium hovedsakelig i halvlederindustrien, i produksjonen av de mest avanserte digitale dingsene som vi bruker hver dag. Gallium kan forresten finnes fritt tilgjengelig på Internett (hvis du graver veldig hardt), for de som ønsker å gjennomføre sine egne eksperimenter. Du må bare være mer forsiktig med det, selv om galliummetall anses som et ikke-giftig metall, hevder noen kilder at langvarig eksponering for dette metallet på ubeskyttet hud kan forårsake alvorlige hudsykdommer: hudkontakt med gallium fører til at ultra- små spredte partikler av metallet forblir på den. Utad ser det ut som en grå flekk.

Gallium er dyrt i 2005, et tonn gallium koster på verdensmarkedet 1,2 millioner dollar USA, og på grunn av den høye prisen og samtidig stor etterspørsel etter dette metallet, er det svært viktig å etablere dens komplette utvinning i aluminiumsproduksjon og prosessering av stenkull til flytende brensel. På grunn av det lave smeltepunktet anbefales galliumbarrer å transporteres i polyetylenposer, som er dårlig fuktet av flytende gallium.

I videoen kan du se hvordan små biter av gallium begynner å smelte i hånden din:

og hvordan en galliumskje løses opp i te:

Et interessant eksperiment kan utføres ikke bare med smelting, men også med størkning av gallium. For det første er gallium et av få stoffer som utvider seg når de størkner (akkurat som vann), og for det andre er fargen på det smeltede metallet ganske forskjellig fra fargen på det faste stoffet.
Hell en liten mengde flytende gallium i et hetteglass og legg et lite stykke fast gallium på toppen (et frø for krystallisering, siden gallium er i stand til underkjøling). Videoen viser tydelig hvordan metallkrystaller begynner å vokse (de har en blåaktig fargetone, i motsetning til den sølvhvite smelten). Etter en tid sprenger det ekspanderende gallium boblen.
Den midtre delen av videoen (veksten av galliumkrystaller) ble fremskyndet ti ganger, slik at videoen ikke ble veldig lang:

Gallium er et av de sjeldneste metallene på planeten vår. Det er umulig å finne den i sin rene form på jorden. Det finnes bare i form av forbindelser i sinkmalm og bauxitt. I det periodiske systemet til Mendeleev inntar dette elementet en hederlig trettiførste plass. Metallet har en unik egenskap - smeltepunktet er bare 29,8 grader Celsius. Dette er litt mer enn vår vanlige romtemperatur. I videoen kan du se hvordan en galliumskje løses opp i en kopp varm te på bare noen sekunder.

1. Metallet ble først oppdaget i 1875.

2. Det ble opprinnelig brukt til å lage lavtsmeltende legeringer. Med ankomsten av halvledernes tid begynte gallium å bli stadig mer brukt i mikroelektronikk.

3. For fremstilling av halvlederlasere og lysdioder i det blå og ultrafiolette området brukes vanligvis galliumnitrid.

4. Kokepunktet for gallium er mye høyere enn for kvikksølv. Denne egenskapen gjør at metallet kan brukes i kvartstermometre (i stedet for kvikksølv) for å måle høye temperaturer.

5. Et tonn gallium koster mer enn en million dollar og prisen stiger hvert år.

6. Langvarig kontakt med hud og gallium kan forårsake akutt forgiftning med dødelig utgang. Symptomene er kortvarig spenning, etterfulgt av sløvhet, svekket koordinasjon av bevegelser, adynami, areflexia, endringer i respirasjonsrytmen og fullstendig immobilitet i underekstremitetene. Da faller personen i koma og kommer aldri ut av den.

7. På grunn av det faktum at gallium smelter veldig lett, transporteres det kun i spesielle polyetylenposer.

Gallium er et sølvgrå metall med en blåaktig fargetone og er ganske skjør. Det forekommer ikke i naturen i sin rene form og er et sporelement. Gjennomsnittlig galliuminnhold i jordskorpen er 19 g/t. Gallium finnes i mineraler, hovedsakelig sfaleritt, magnetitt, kassiteritt, granat, beryl, turmalin, spodumen, flogopitt, biotitt, muskovitt, serisitt, lepidolitt, kloritt, feltspat, nefelin, hekmanitt og natrolitt. Det ganske sjeldne mineralet gallitt CuGaS₂ brukes til å isolere rent gallium. I tillegg kan gallium oppnås som et biprodukt av bauksittbearbeiding.

Gallium smelter ved bare 29,76°C, så det smelter selv i hånden. Ved en temperatur nær romtemperatur smelter ytterligere tre metaller: , og . Men på grunn av deres høye toksisitet eller reaktivitet, i motsetning til gallium, kan de ikke håndteres.

Hvordan ble gallium oppdaget?

Eksistensen av gallium ble spådd av D.I. Mendeleev i 1871 basert på det han formulerte. Mendeleev ga dette elementet navnet "eka-aluminium" og spådde dets egenskaper som tetthet og smeltepunkt. Mendeleev spådde også:

karakteren til oksidet,
forbindelse i forbindelser med klor.
at metallet sakte vil oppløses i syrer og alkalier;
det vil ikke reagere med luft;
eka-aluminiumoksyd M2O3 må reagere med syrer for å danne salter MX3;
at det må danne basiske salter;
klorid er mer flyktig enn ZnCl2;
at dette elementet vil bli oppdaget ved hjelp av spektroskopi.

Mendeleev viste seg å være Nostardamus i kjemi: da gallium ble oppnådd, ble alle egenskapene forutsagt av forskeren bekreftet!

I 1875 studerte den franske kjemikeren Paul Émile Lecoq de Boisbaudran sfaleritt ved hjelp av spektroskopi og oppdaget to lilla linjer som tilhørte det nye elementet. Et år senere isolerte forskeren et nytt element ved hjelp av elektrolyse. Boisbaudran kalte dette elementet etter det latinske navnet på Frankrike - Gallia. Det er en legende om at forskeren la en annen betydning i dette navnet. Lecoq er konsonant med fransk le coq, dvs. "hane" (på latin gallus). Boisbaudran, som ved et uhell, udødeliggjorde navnet sitt i navnet til det nye elementet.

Ved å studere det resulterende galliumet, bestemte Boisbaudran at tettheten var forskjellig fra den som ble forutsagt av Mendeleev. Da Mendeleev fikk vite om dette, skrev han til sin franske kollega med en anbefaling. Og som det viste seg, var det ikke forgjeves: Boisbaudrans første data var faktisk feil.

Anvendelser av gallium

Det meste av gallium som utvinnes brukes til å produsere halvledere. Arsenid (GaAs) og galliumnitrid (GaN) brukes i elektroniske komponenter i mange enheter, for å lage integrerte kretser, høyytelsesprosessorer og mikrobølgeforsterkere. Galliumarsenid brukes i forskjellige elektro-optiske infrarøde enheter. Gallium-aluminiumarsenid brukes til å lage infrarøde laserdioder med høy effekt. Blå og fiolette laserdioder produseres basert på galliumnitrid og indiumgalliumnitrid. Forresten, galliumnitridlaser brukes i Blu-ray-diskstasjoner.

Solceller basert på galliumarsenid, fosfid og indium galliumarsenid er installert på romsatellitter og rovere.

Gallium har en interessant funksjon: det senker smeltepunktet til legeringene det er inneholdt i. I dette tilfellet faller temperaturen lavere enn for hver komponent i legeringen separat (eutektiske sammensetninger). Ja, legering Galinstan(68,5 % gallium, 21,5 % indium og 10 % tinn) har et smeltepunkt på -19 °C og brukes i enkelte termometre i stedet for kvikksølv.

Gallium brukes også i medisin. Generelt er metallet preget av lav toksisitet og utfører ikke en naturlig biologisk funksjon. Derfor kan galliumbaserte legemidler brukes i behandling og diagnostisering av kreft (gallium-67 og -68 isotoper). Gallium brukes også i behandlingen av visse bakterielle infeksjoner: Ga³⁺-ionet erstatter Fe³⁺ i de metabolske veiene til bakteriell respirasjon, og forårsaker deres død. Galliumbaserte legemidler kan brukes i behandlingen av malaria.

Gallium hjelper også med å oppdage nøytrinopartikler som kommer fra solen. Som regel er det en svært kompleks og tidkrevende prosess å identifisere slike partikler. Gallium i registreringsblandingen øker følsomheten til analysen og hjelper følgelig med å oppdage nøytrinoer. GALLEX-detektorene til Gran Sasso National Laboratory inneholder 12,2 tonn gallium-71. De fanger opp nøytrinoer som kommer fra solen og gjør den til en radioaktiv isotop, hvis stråling kan registreres. Lignende studier er også utført ved Baksan Neutrino Observatory (Kabardino-Balkaria), hvor nøytrino-detektorer inneholder 5 tonn flytende gallium.

Du kan sjekke termometre ved smeltetemperaturen til gallium! Denne verdien - 302,9146 K (29,7646 °C) - er anerkjent som en standard av International Bureau of Weights and Measures.

I 2007, ved å bruke 7 nm tykke galliumionstråler, trykket Simon Fraser University verdens minste bok, Teeny Ted fra Turnip Town. Boken viste seg å være 0,07 x 0,10 mm stor.

Gallium har en annen morsom bruk: galliumskjeer, som ser umulige ut fra aluminium, brukes til forsvinnende skje-trikset. I varm te eller kaffe vil en slik skje rett og slett smelte!

Kilder:

Paul Parsons, Gail Dixon - Det periodiske system En visuell guide til grunnstoffene (s.78);