Галій

Галій, Ґалій, (Ga) — хімічний елемент з атомним номером 31, проста речовина якого однойменний сріблясто-білий м'який метал. Галій належить до групи 13 періодичної таблиці або до III групи за старою класифікацією.

Металевий галій стійкий до дії повітря, води. З кислотами та лугами утворює галати. Густина твердого галію 5904 кг/м³; рідкого — 6095 кг/м³. Температура плавлення 29,75 °C, кипіння 2403 °C. Геохімічно близький до Al, Zn, Fe. Вміст у земній корі 1,5×10-3 мас. %. Основна маса галію зосереджена в мінералах алюмінію і накопичується в нефелінових сієнітах (середній вміст 0,004 %), лужних метасоматитах (до 0,02 %), бокситах (0,0052 %), сфалеритах (до 0,018 %). У вивержених породах галій тісно пов'язаний з алюмінієм. У гідротермальних родовищах галій накопичується як ізоморфна домішка (до 0,01–0,02 %) у сфалеритах, а в зоні гіпергенезу — разом з Al в бокситах (2·10-3−1·10-2%).

Історія Французький хімік Поль Еміль Лекок де Буабодран увійшов в історію як відкривач трьох нових елементів: галію (1875), самарію (1879) і диспрозію (1886). Перше з цих відкриттів принесло йому славу. У той час за межами Франції він був мало відомий. Йому було 38 років, займався він переважно спектроскопічними дослідженнями. Спектроскопістом Лекок де Буабодран був вмілим, і це, зрештою, призвело до успіху: всі три свої елементи він відкрив методом спектрального аналізу. У 1875 році Лекок де Буабодран досліджував спектр цинкової обманки, привезеної з П'єрфіта (Піренеї). У цьому спектрі і була виявлена нова фіолетова лінія. Нова лінія свідчила про присутність у мінералі невідомого елемента і Лекок де Буабодран доклав максимум зусиль, щоб цей елемент виділити. Зробити це виявилося непросто: вміст нового елемента в руді був менш як 0,1 %, і багато в чому він був подібний до цинку. Після тривалих дослідів вченому вдалося все-таки отримати новий елемент, але в дуже невеликій кількості. Настільки невеликому (близько 0,01 мг), що вивчити його фізичні та хімічні властивості Лекок де Буабодран зміг небагато. Проте, переробивши 435 кілограми сировини, він зміг отримати 0,65 грама галію.About a New Metal, Gallium

Варто зазначити, що ще у 1871 році Менделєєв передбачив існування галію, базуючись на відкритому ним періодичному законі. За схожість, він назвав галій екаалюмінієм.History of Eka-aluminium Хоча Буабодран, за його словами, не знав про передбачення Менделєєва на початку своїх дослідів, дізнавшись про них, він перевірив і підтвердив, що властивості нововідкритого елементу й екаалюмінію збігаються.

Походження назви Від латинської назви Франції — Галлія. Існує версія, що Буабодран увіковічив власне ім'я — Лекок — у назві нового елементу, адже le coq перекладається з французької як півень — gallus, проте вона вважається скоріше анекдотичною.Scientist of the Day - Paul Emile Lecoq de Boisbaudran

Отримання

Попри те, що галій порівняно розповсюджений елемент і його розвідані запаси складають мільярд кілограмів в одних лише бокситах, більша частина галію є економічно невигідною до добування. Через це велика частина галію перероблюється повторно.

Первинно галій отримують з бокситів і нефелінових сієнітів попутно з алюмінієм, і з цинкових концентратів попутно з цинкомGallium—A Smart Metal.

Під час добування алюмінію з бокситів в ході процесу Баєра галій накопичується у баєрівському розчиніGallium – can future demand be met by geological and technological availability?, і потім виділяється за допомогою різних методів: фракційне осадження (осадження алюмінію і галію під дією вуглекислого газу і подальше їх розділення за допомогою гідроксиду кальцію або алюмінату натрію), електроліз на ртутному катод (при якому утворюється амальгама галію з ртуттю, яку потім розкладають), цементація (реакція алюмінієво-галієвого сплаву з відновниками, такими як амальгама натрію), рідинно-рідинна екстракція (за допомогою розчинника Kelex-100) і йонний обмін. Останній використовується найбільш широко, але його основними проблемами є попутна екстракція ванадію і деградація амідоксимових груп що знижує ефективність обміну. Загалом, близько 70 % галію що міститься у відходах виробництва алюмінію видобувається з них. Таким чином отримується понад 90 % світового добутку галіюRecovery of gallium from Bayer liquor: A review

Галій поряд з германієм є у кам'яному вугіллі. Під час газифікації вугілля і його скраплювання галій разом з германієм концентрується в золі виносу.

У 2015 році у світі було добуто та очищено близько 724 тонн галію (включно зі вторинною переробкою).2015 Minerals Yearbook Найбільше галію було добуто у наступних країнах: Країна Добуто, тонн Китай 600 Німеччина 40 Казахстан 25 Південна Корея 16 Україна 15 Японія 10 Росія 10 Угорщина 8

Застосування Арсенід галію є одним з основних матеріалів для виготовлення напівпровідників, після кремнію і германію. Арсенід галію використовується для виробництва світлодіодів, сонячних батарей, мікросхем.Gallium-arsenide — The material and its application Нітрид галію також використовується для цих цілей.Gallium Nitride as an Electromechanical Material Сполуки галію також використовуються у лазерній техніці.Development of gallium-nitride-based light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes for energy-efficient lighting and displays

Галій є рідким у дуже широкому діапазоні температур, від 29 до 2204 °C, тому використовується для виготовлення високотемпературних термометрів.

Перспективним є використання галію для виготовлення зубних пломб.Gallium and silicon synergistically promote osseointegration of dental implant in patients with osteoporosis

Галій має хорошу адгезію до скла, тому використовується для виробництва дзеркал. Для цього галій здавлюють між двома листами нагрітого скла. Для видимого світла коефіцієнт відбиття такого дзеркала становить близько 75 %.Области применения галлия

Галій має властивість концентруватися у пухлинах, тому радіоактивний ізотоп галій-67 використовується для їх пошуку і локалізації. Також, згідно з дослідженнями, нітрат галію має протипухлинну активність, здатен стримувати гіперкальціємію і пригнічувати .Medical Applications and Toxicities of Gallium Compounds

Сплави галію з іншими металами мають дуже низьку температуру плавлення, наприклад галістан — сплав галію, індію й олова, плавиться при -19 °C.

Галій завдяки своїй низькій температурі топлення є основою матеріалу, з якого у перспективі виготовлятимуть голки для внутрішньовенних ін'єкцій, які розм'якшуються всередині тіла і зменшують ризик пошкодження вени. Дослідження на мишах показали перевагу таких голок над звичайними.

У 2014 році Kochut Jewelry створили першу у світі ювелірну прикрасу з галієм.

Див. також Арсенід галію Нітрид галію Дигалан Ізотопи галію

Примітки

Література

Шека И. А, Чаус И. С, Мнтюрева Т. Т., Галлий, К., 1963 ; Еремин Н. И., Галлий, М., 1964 ; Рустамов П. Г., Халькогениды галлия, Баку, 1967 ; Дымов А. М., Савостин А. П., Аналитическая химия галлия, М., 1968 ; Иванова Р. В., Химия и технология галлия, М., 1973 ; Коган Б. И., Вершковская О. В., Славиковская И. М., Галлий. Геология, применение, экономика, М., 1973 ; Яценко С. П., Галлий. Взаимодействие с металлами, М., 1974 ; Процессы экстракции и сорбции в химической технологии галлия, Алма-Ата, 1985 ; Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. К. А. Большакова, 2 изд., т. 1, М., 1976, с. 223-44 ; Федоров П. И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П., Химия галлия, индия и таллия, Новосиб., 1977. П. И. Федоров .