Galio Propries, Struttura, Ottieni, Usi

Lui gallio È un elemento metallico rappresentato dal simbolo GA e appartiene al gruppo 13 della tabella periodica. Chimicamente sembra alluminio nel suo anfoterismo; Tuttavia, entrambi i metalli finiscono per esibire proprietà che li rendono differenziabili tra loro.

Ad esempio, le leghe di alluminio possono funzionare per dare loro tutti i tipi di figure; Mentre quelli del gallio hanno punti di fusione molto bassi, costituiti da liquidi d'argento. Allo stesso modo, il punto di fusione del gallio è inferiore a quello dell'alluminio; Il primo può sciogliersi per il calore della mano, mentre il secondo no.

Cristalli di gallio ottenuti per deposito. Fonte: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

La somiglianza chimica tra Gallia e alluminio li raggruppa anche geochimicamente; Cioè, minerali o alluminio ricco, come i bauxiti, hanno concentrazioni stimabili di gallio. Oltre a questa fonte mineralogica, ci sono altri zinco, piombo e carbonio, ampiamente diffusi in tutta la crosta terrestre.

Popolarmente il gallio non è un metallo noto. Il suo semplice nome può evocare l'immagine di un gallo in mente. In effetti, le rappresentazioni grafiche e generali del gallio si trovano di solito con l'immagine di un gallo d'argento; Dipinto con gallio liquido, sostanza di grande bagnatura su vetro, ceramica e la stessa mano.

Gli esperimenti in cui vengono fusi i pezzi di gallio metallico sono frequenti, così come la manipolazione del suo liquido e la sua tendenza a macchiare tutto ciò che tocca.

Mentre il gallio non è tossico, come il mercurio, è un agente distruttivo in metallo, perché li rendono fragili e inutilizzabili (in primo luogo). D'altra parte, interno farmacologicamente nei processi in cui le matrici biologiche usano il ferro.

Per coloro che si trovano nel mondo dell'optolettronica e dei semiconduttori, avranno il gallio in grande stima, comparabile e, forse, superiore allo stesso silicio. D'altra parte, i termometri, gli specchi e gli oggetti basati sulle loro leghe sono stati fabbricati con il gallico.

Chimicamente, questo metallo ha ancora molto da offrire; Forse nel campo della catalisi, dell'energia nucleare, nello sviluppo di nuovi materiali a semiconduttore, o "semplicemente" nel chiarimento della sua struttura confusa e complessa.

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Storia

Previsioni della sua esistenza

Nel 1871, il chimico russo Dmitri Mendeleev aveva già previsto l'esistenza di un elemento le cui proprietà assomigliavano a quelle dell'alluminio; a cui, ha chiamato Ekaluminio. Questo elemento dovrebbe trovarsi appena sotto l'alluminio. Mendeleev ha anche predetto le proprietà (densità, punto di fusione, formule dei suoi ossidi, ecc.) dell'Ekaluminio.

Scoperta e isolamento

Sorprendentemente, quattro anni dopo il chimico francese Paul-Emili Lecoq di Boisbaudran, aveva trovato un nuovo elemento in un campione di sfalerite (zinco blenda), dai Pirenei. Poteva scoprirlo grazie a un'analisi spettroscopica, in cui ha osservato lo spettro di due linee viola che non coincidevano con quello di un altro elemento.

Avendo scoperto un nuovo elemento, Lecoq ha condotto esperimenti su 430 kg di sfalerite, da cui è stato in grado di isolare 0,65 grammi di questo; E dopo una serie di misurazioni delle sue proprietà fisiche e chimiche, è giunto alla conclusione che era l'Ekaluminos di Mendeleev.

Per isolarlo, LeCOQ ha eseguito l'elettrolisi del rispettivo idrossido nell'idrossido di potassio; Probabilmente lo stesso con cui ha sciolto la sfenità. Certificando che era l'Ekaluminio e, per essere anche il suo scopritore, gli diede il nome di "Galio" (Gali in inglese). Questo nome derivava dal nome "Gallia", che in latino significa Francia.

Tuttavia, il nome presenta un'altra curiosità: "Lecoq" in francese significa "gallo" e in latino "gallus". Essendo un metallo, "Gallus" divenne "gallio"; Sebbene in spagnolo la conversione sia molto più diretta. Pertanto, non è un caso che tu pensi a un gallo quando parli del gallico.

Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto e caratteristiche fisiche

Il gallio è un metallo argento di superficie vetrosa, toilette, con un sapore astringente. Il suo solido è morbido e fragile, e quando le fratture lo fa in modo concide; Cioè, i pezzi formati sono curvi, simili ai gusci del mare.

Quando si scioglie, a seconda dell'angolo con cui ha osservato, può mostrare una luminosità bluastra. Questo liquido d'argento non è tossico da contattare; Tuttavia, "aggrappati" troppo alle superfici, specialmente se sono ceramiche o vetri. Ad esempio, una singola goccia di gallio può permeare l'interno di un vetro per coprirlo da uno specchio d'argento.

Se un frammento solido di esso viene depositato nel fluido, funge da nucleo in cui si sviluppano e crescono i cristalli di gallio che si sviluppano e crescono.

Numero atomico (Z)

31 (₃₁GA)

Massa molare

69.723 g/mol

Punto di fusione

29.7646 ºC. Questa temperatura può essere raggiunta se un vetro di gallio viene mantenuto tra le mani per sciogliere.

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Punto di ebollizione

2400 ºC. Notare il grande divario tra 29,7 ºC e 2400 ° C; Cioè, il fluido gallio ha una pressione del vapore molto bassa, e questo è realizzato da uno degli elementi con la massima differenza di temperatura tra lo stato liquido e gassoso.

Densità

-A temperatura ambiente: 5,91 g/cm³

-Al punto di fusione: 6.095 g/cm³

Si noti che la stessa cosa accade con il gallio come con l'acqua: la densità del suo liquido è maggiore di quella del suo solido. Pertanto, i loro cristalli galleggiano sul gallio liquido (iceberg di gallio). In effetti, l'espansione del volume solido (tre volte) è tale, il che è scomodo conservare il gallio fluido in contenitori che non sono materie plastiche.

Calore di fusione

5,59 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

256 kJ/mol

Capacità termica molare

25,86 J/(mol · K)

Pressione del vapore

A 1037 ºC solo il liquido esercita una pressione di 1 pa.

Elettronegatività

1.81 sulla scala Pauling

Energie di ionizzazione

-Primo: 578,8 kJ/mol (GA⁺ gassoso)

-Secondo: 1979.3 KJ/mol (GA²⁺ gassoso)

-Terzo: 2963 KJ/mol (GA³⁺ gassoso)

Conduttività termica

40,6 W/(M · K)

Resistività elettrica

270 nω · m a 20 ºC

Durezza MOHS

1.5

Sostanza vischiosa

1.819 cp a 32 ºC

Tensione superficiale

709 Dins/cm a 30 ºC

Anfoterismo

Come l'alluminio, il gallio è anfoterico; reagisce con gli acidi e le basi. Ad esempio, gli acidi forti possono dissolverlo per formare vendite di Gallia (III); Se sono h₂SW₄ e hno₃, Producono GA₂(SW₄)₃ e ha vinto₃)₃, rispettivamente. Mentre quando reagiscono con basi forti ci sono sali di gala, con lo ione GA (OH)₄^-.

Nota la somiglianza tra GA (OH)₄^- E il (oh)₄^- (Alluminare). Se viene aggiunto l'idrossido di gallio (III), GA (OH) viene aggiunto all'ambiente₃, che è anche anfoterico; Quando reagisce con basi forti, GA (OH) produce di nuovo₄^-, Ma se reagisce con acidi forti rilascia la complessa ACU₂)₆"³⁺.

Reattività

Il gallio metallico è relativamente inerte a temperatura ambiente. Non reagisce con l'aria, poiché un sottile strato di ossido₂O₃, lo protegge dall'ossigeno e dallo zolfo. Tuttavia, quando l'ossidazione del metallo continua, trasformandosi completamente nel suo ossido. E se è presente lo zolfo, ad alte temperature reagiscono per formare GA₂S₃.

Non ci sono solo ossidi di gallio e solfuri, ma anche fosfuri (gap), arseniuros (GAAS), nitro (GAN) e antimoniuros (GASB). Tali composti possono avere origine dalla reazione diretta degli elementi ad alte temperature o da percorsi sintetici alternativi.

Allo stesso modo, il gallio può reagire con gli alogeni per formare i rispettivi Haluros; come Ga₂Cl₆, GAF₃ e ga₂Yo₃.

Questo metallo, come l'alluminio e i suoi congeneri (membri dello stesso gruppo 13), può interagire covalentemente con gli atomi di carbonio per causare composti organometallici. Nel caso di quelli con collegamenti GA-C, sono chiamati organoghi.

Il più interessante del gallio non è nessuna delle sue precedenti caratteristiche chimiche, ma la sua enorme facilità con cui può essere sollevata (simile a quella del mercurio e del suo processo di amalgazione). I loro atomi di GA sono "codice" rapidamente tra i cristalli metallici, il che dà origine a leghe di gallio.

Struttura elettronica e configurazione

Complessità

Il gallio non è solo insolito sul fatto che è un metallo che fonda il calore del palmo della mano, ma anche la sua struttura è complessa e incerta.

Da un lato, è noto che i loro cristalli adottano una struttura ortorrombica (GA-I) in condizioni normali; Tuttavia, questa è solo una delle molte possibili fasi per questo metallo, che non è specificato ciò che l'ordinamento dei suoi atomi sia accurato. È quindi una struttura più complessa di quanto possa apparire con gli occhi nudi.

Sembra che i risultati variano in base all'angolo o alla direzione in cui viene analizzata la sua struttura (anisotropia) (anisotropia). Allo stesso modo, queste strutture sono molto sensibili al minimo cambiamento di temperatura o pressione, il che fa non definire il gallio come un singolo tipo di cristallo al momento dell'interpretazione dei dati.

Dimeri

Gli atomi GA interagiscono tra loro grazie al collegamento metallico. Tuttavia, è stato trovato un certo grado di covalenza tra due atomi vicini, quindi si assume l'esistenza del dimero GA₂ (Gaga).

In teoria, questo legame covalente dovrebbe essere formato dalla sovrapposizione dell'orbitale 4p, con il suo unico elettrone secondo la configurazione elettronica:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p¹

Questa miscela di interazioni covalenti-metalliche è attribuita al basso punto di fusione del gallio; Dal momento che da un lato ci può essere un "mare di elettroni" che mantiene fortemente gli atomi GA nel vetro, dall'altro₂, le cui interazioni intermolecolari sono deboli.

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Fasi sotto alte pressioni

Quando la pressione aumenta da 4 a 6 GPa, i cristalli di gallio subiscono transizioni di fase; Dall'ortorrombico passa al cubico centrato sul corpo (GA-II), e da questo passa alla fine al tetragonale centrato sul corpo (GA-III). Nell'intervallo di stampa, si sta formando una miscela di cristalli, il che rende ancora più difficile l'interpretazione delle strutture.

Numeri di ossidazione

Gli elettroni più energetici sono quelli che si trovano negli orbitali 4S e 4p; Avendo tre di loro, si prevede quindi che il gallio possa perderli se combinato con più elementi elettronegativi di lui.

Quando ciò si verifica, si assume l'esistenza del cation³⁺, E si dice che il suo numero o lo stato di ossidazione sia +3 o GA (III). In effetti, questo è il più comune di tutti i suoi numeri di ossidazione. I seguenti composti, ad esempio, possiedono gallio come +3: GA₂O₃ (GA₂³⁺O₃^2-), Ga₂Br₆ (GA₂³⁺Br₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Ga³⁺N₂^3-) e ga₂Tè₃ (GA₂³⁺Tè₃^2-).

Il gallio può anche trovare un numero di ossidazione di +1 e +2; Sebbene siano molto meno comuni di +3 (simili come accade con l'alluminio). Esempi di tali composti sono il GACL (GA⁺Cl^-), Ga₂O (Ga₂⁺O^2-) e il gas (GA²⁺S^2-).

Si noti che l'esistenza di ioni con magnitudini di carico identica al numero di ossidazione che viene considerato.

Dov'è e ottieni

Un campione di gallita minerale, che è raro ma è l'unico con una concentrazione apprezzabile di gallio. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.Com-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Il gallio si trova nella crosta terrestre con un'abbondanza proporzionale a quella dei metalli di cobalto, piombo e niobio. È presentato come solfuro o ossido idratato, ampiamente diffuso come impurità contenute in altri minerali.

I suoi ossidi e solfuri sono pochi solubili in acqua, quindi la concentrazione del gallio nei mari e i fiumi è bassa. Inoltre, l'unico minerale "ricco" è il pollo (Cugas₂, immagine superiore). Tuttavia, non è pratico sfruttare il pollo per ottenere questo metallo. Meno noto è ancora il minerale di gallio.

Pertanto, non ci sono venti ideali per questo metallo (con una concentrazione maggiore dello 0,1% in massa).

Invece, il gallio è ottenuto come prodotto secondario del trattamento metallico di altri metalli. Ad esempio, può essere estratto da bauxiti, miscele di zinco, tori, carboni, galli, piriti, germanitas, ecc.; Cioè, di solito è associato a alluminio, zinco, carbonio, piombo, ferro e germanio in diversi corpi minerali.

Cromatografia a scambio di ioni ed elettrolisi

Quando la materia prima minerale viene digerita o sciolta, in mezzi fortemente acidi o di base, si ottiene una miscela di ioni metallici solubilizzati in acqua. Essendo il gallio un prodotto secondario, i suoi ioni GA³⁺ Rimangono sciolti nella miscela una volta che i metalli di interesse sono precipitati.

Quindi, vuoi separare questi GA³⁺ degli altri ioni, con l'unico scopo di aumentare la sua concentrazione e purezza del metallo risultante.

Per fare ciò, oltre alle tecniche di precipitazione convenzionali, la cromatografia a scambio ionico viene utilizzata utilizzando una resina. Grazie a questa tecnica, GA è separato (per esempio)³⁺ di ca²⁺ o fede³⁺.

Una volta ottenuta una soluzione altamente concentrata di ioni Ga³⁺, È sottoposto a elettrolisi; cioè, il GA³⁺ Ricevere elettroni per essere in grado di formarsi come metallo.

Isotopi

Il gallio è nella natura principalmente come due isotopi: il ⁶⁹GA, con un'abbondanza del 60,11 %; e il ⁷¹GA, con un'abbondanza del 39,89 %. È per questo motivo che il peso atomico del gallio è 69.723 u. Gli altri isotopi di gallio sono sintetici e radioattivi, con masse atomiche che oscillano tra ⁵⁶Ga a ⁸⁶Ga.

Rischi

Ambientale e fisico

Dal punto di vista ambientale, il gallio metallico non è molto reattivo e solubile in acqua, quindi le loro fuoriuscite in teoria non rappresentano gravi rischi di contaminazione. Inoltre, non è noto cosa possa avere il ruolo biologico negli organismi, essendo la maggior parte dei suoi atomi escreti dalle urine, senza segni di essere in grado di accumularsi in nessuno dei suoi tessuti.

A differenza di Mercurio, Gallic può essere manipolato a mani nude. In effetti, l'esperimento per cercare di scioglierlo con il calore delle mani è abbastanza comune. Una persona può toccare il liquido d'argento risultante senza timore di danneggiare o ferire la pelle; Anche se lascia un punto d'argento su di esso.

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Ora, ingeriscilo potrebbe essere tossico, poiché in teoria si dissolverebbe nello stomaco per generare GACL₃; Sale gallino i cui effetti corporei sono indipendenti dal metallo.

Danno ai metalli

Il gallio è caratterizzato dalla colorazione o dall'adesione alle superfici; E se questi sono metallici, li attraversa e formano leghe istantaneamente. Questa caratteristica di essere in grado di allegare quasi tutti i metalli non rende opportuno versare fluido Gali su qualsiasi oggetto metallico.

Pertanto, gli oggetti metallici corrono il rischio di rompere a pezzi in presenza di gallio. La sua azione può essere così lenta e inosservata, che porta sorprese indesiderate; Soprattutto, se si è versato su una sedia di metallo, che potrebbe cadere quando qualcuno si siede dentro.

Ecco perché coloro che desiderano manipolare la Gallia non dovrebbero mai metterlo in contatto con altri metalli. Ad esempio, il suo liquido è in grado di dissolvere il foglio di alluminio, oltre a intrufolarsi nei cristalli indiani, di ferro e di stagno, per renderli fragili.

In termini generali, nonostante il nuovo menzionato.

Applicazioni

Termometri

Termometri del Galinstan. Fonte: Gelegenheitsauter [pub pubblish]

Il gallio ha sostituito il mercurio come liquido per leggere le temperature contrassegnate dal termometro. Tuttavia, il suo punto di fusione di 29,7 ºC è ancora alto per questa applicazione, motivo per cui nel suo stato metallico non sarebbe possibile usarlo nei termometri; Invece, viene utilizzata una lega chiamata Galinstan (GA-in-SN).

La lega del Galinstan ha un punto di fusione intorno a -18 ºC e ha aggiunto la sua tossicità zero lo rende una sostanza ideale per la progettazione di termometri medici indipendenti di mercurio. In questo modo, se si rompe sarebbe sicuro pulire il disastro; sebbene sporca il pavimento a causa della sua capacità di bagnare le superfici.

Fabbricazione di specchi

Ancora una volta, si fa menzione dell'umidità del gallio e delle sue leghe. Quando si tocca una superficie di porcellana o un vetro, si diffonde in tutta la superficie per coprirla completamente in uno specchio d'argento.

Oltre agli specchi, le leghe del gallio sono state utilizzate per creare oggetti in tutte le forme, perché una volta raffreddate si solidificano. Ciò potrebbe avere un grande potenziale nanotecnologico: costruire oggetti di dimensioni molto piccole, che funzionerebbero logicamente a basse temperature e mostrerebbe proprietà uniche basate sul gallio.

Computer

Dalle leghe di gallio sono state sviluppate la pasta termica utilizzata nei processori informatici.

Droghe

Ga ioni³⁺ Mantengono una certa somiglianza con la fede³⁺ Nel modo in cui intervengono nei processi metabolici. Pertanto, se esiste una funzione, un parassita o batteri che richiedono il ferro per l'esecuzione, possono fermarsi confondendolo con il gallio; Questo è il caso dei batteri Pseudomonas.

Quindi, è qui che appaiono i farmaci di gallio, che possono semplicemente consistere nei loro sali inorganici o organogali. La Ganita, nome commerciale per il nitrato di gallio, GA (no₃)₃, Viene utilizzato per regolare elevate concentrazioni di calcio (ipercalcemia) associate al carcinoma osseo.

Tecnologico

Gallio Arseniuro e Nitulo. Con loro sono stati fabbricati transistor, laser e emettitori di luce (blu e viola), chip, celle solari, ecc. Ad esempio, grazie ai laser del GAN ​​puoi leggere i dischi blu-ray.

Catalizzatori

Gli ossidi di gallio sono stati usati per studiare la loro catalisi in diverse reazioni organiche di grande interesse industriale. Uno dei più recenti catalizzatori gallici è costituito dal proprio liquido, su cui sono dispersi gli atomi di altri metalli che funzionano come centri attivi o siti.

Ad esempio, il catalizzatore Galio-Paladio è stato studiato nella reazione della deidenazione butana; cioè, fai butano. Questo catalizzatore consiste in gallio liquido che agisce come supporto per gli atomi di paladio.

Riferimenti

1. Sella Andrea. (23 settembre 2009). Gallio. Mondo chimico. Recuperato da: Chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Gallio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Li, r., Wang, l., Li, l., Yu, t., Zhao, h., Chapman, k. W. Liu, h. (2017). Struttura locale di gallio liquido sotto pressione. Rapporti scientifici, 7 (1), 5666. Doi: 10.1038/S41598-017-05985-8
4. Brahama d. Sharma e Jerry Donohue. (1962). Un raffinamento della struttura cristallina del gallio. Zeitschrift Fiir Kristallógraphie, BD. 117, s. 293-300.
5. Wang, w., Qin, e., Liu, x. et al. (2011). Distribuzione, occorrenza e cause di arricchimento del gallio nei carboni del campo di carbone Jungar, Mongolia interna. Sci. Cina Earth Sci. 54: 1053. doi.org/10.1007/S11430-010-4147-0
6. Marques Miguel. (S.F.). Gallio. Recuperato da: Nautilus.Fis.Uc.Pt
7. I redattori di Enyclopedia Britannica. (5 aprile 2018). Gallio. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com
8. Bloom Josh. (3 aprile 2017). Gallio: si scioglie in bocca, non le mani! L'American Council on Science and Health. Recuperato da: ACSH.org
9. Dottore. Doug Stewart. (2019). Fatti per elementi di gallio. Chemicool. Recuperato da: Chemicool.com
10. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2019). Gallio. Database PubChem. CID = 5360835. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov