Галлий

ГАЛЛИЙ (латинский Gallium), Ga, химический элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 31, атомная масса 69,723. В природе два стабильных нуклида: ⁶⁹Ga (60,108% по массе) и ⁷¹Ga (39,892%). Галлий  относится к рассеянным элементам, его содержание в земной коре 1,8·10^-3% по массе; минералы галлия галлит и зёнгеит очень редки. Как примесь галлия содержится в рудах алюминия, цинка и др.

Историческая справка. Существование галлия («экаалюминия») предсказал в начале 1870-х годов Д. И. Менделеев, он также описал некоторые свойства этого элемента. В 1875 году П. Лекок де Буободран спектральным методом обнаружил галлий в цинковой руде, выделил его в виде металла и некоторых соединений; новый элемент назвал в честь своей родины (от латинского Gallia - Галлия, древнеримское название территории Франции).

Свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома галлия 4s²4р¹; в соединениях проявляет степень окисления +3, редко +1 и +2; электроотрицательность по Полингу 1,81; атомный радиус 136 пм, радиус иона Ga³⁺ 76 пм (координационное число 6). Галлий  - пластичный металл светло-серый с синеватым оттенком. Существует в виде нескольких полиморфных модификаций; для наиболее устойчивой α-модификации с ромбической решёткой t_пл 29,76 °С, t_кип 2204 °С. При 29,6 °С плотность твёрдого галлия 5904 кг/м³, жидкого 6095 кг/м³.

На воздухе на поверхности металлического галлия образуется оксидная плёнка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. Галлий  реагирует с галогенами при комнатной температуре или при слабом нагревании, образуя тригалогениды (например, трихлорид галлия GaCl₃). При нагревании галлий взаимодействует с кислородом воздуха (образуется оксид Ga₂О₃), с серой (сульфид Ga₂S₃), с фосфором (фосфид GaP), с мышьяком (арсенид GaAs), с сурьмой (антимонид GaSb). Металлический галлий активно реагирует с разбавленными кислотами с выделением водорода. Оксид Ga₂О₃ и гидроксид Ga(OH)₃ амфотерны и реагируют с кислотами и щелочами. При взаимодействии Ga(OH)₃ с растворами щелочей образуются соли - галлаты. При действии на Ga₂О₃ водорода и других восстановителей (при нагревании) можно получить соединения, содержащие галлий в степенях окисления +2 и, реже, +1. Со многими металлами галлий образует интерметаллические соединения - галлиды, из которых наибольший интерес представляют Nb₃Ga и V₃Ga, обладающие сверхпроводящими свойствами, с некоторыми металлами - легкоплавкие сплавы. Для галлия известны различные галлий органические соединения.

Получение. Сырьём для производства галлия служат бокситы, некоторые цинковые и другие руды, содержание галлия в которых доходит до 1-2% по массе. Например, 1 кг галлия можно получить из отходов, образующихся при промышленном производстве около 50 тонн Al. Галлий  выделяют из растворов (в которых Ga концентрируется после выделения Al) электролизом на ртутном катоде. Образовавшуюся при этом амальгаму Na и Ga разлагают водой и из полученного раствора извлекают Ga, например электролизом. Для получения галлия высокой чистоты используют зонную плавку и направленную кристаллизацию. Объём мирового производства около 5·10⁴ кг/год.

Применение. Соединения галлия, обладающие полупроводниковыми свойствами (например, GaP, GaAs, GaSb), находят применение в электронике (изготовление полупроводников и лазерной техники). Для галлия характерен самый большой из всех химических элементов интервал между температурами плавления и кипения (около 2200°), поэтому его используют для изготовления высокотемпературных (до 1000 °С) термометров. Синтетический гадолиний-галлиевый гранат используют в качестве лазерного материала и подложек для эпитаксиальных плёнок, сплавы галлия - для изготовления предохранителей противопожарных устройств.

Лит.: Дымов А. М., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М., 1968; Федоров П. И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия. Новосиб., 1977; Гринь Ю. Н., Гладышевский Р. Е. Галлиды: Справочник. М., 1989.