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镓(Gallium,舊譯作鉫、錁)是一种化学元素,它的化学符号是Ga,原子序数是31,是一种貧金屬。 在自然界中常以微量分散于铝矾土矿、闪锌矿等矿石中。
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镓   31Ga




外觀
金屬:銀色
概況
名稱·符號·序數 镓(gallium)·Ga·31
元素類別 贫金属
·週期· 13·4·p
標準原子質量 69.723(5)
電子排布

[] 3d104s24p1
2, 8, 18, 3

歷史
預測 德米特里·门捷列夫(1871年)
發現 保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰(1875年)
分離 保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰(1875年)
物理性質
物態 固态
密度 (接近室温
5.91 g·cm−3
熔點時液體密度 6.095 g·cm−3
熔點 302.9146 K,29.7646 °C,85.5763 °F
沸點 2673 K,2400 °C,4352 °F
熔化熱 5.59 kJ·mol−1
汽化熱 254 kJ·mol−1
比熱容 25.86 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1310 1448 1620 1838 2125 2518
原子性質
氧化態 3, 2, 1
两性
電負性 1.81(鲍林标度)
電離能

第一:578.8 kJ·mol−1
第二:1979.3 kJ·mol−1
第三:2963 kJ·mol−1

更多
原子半徑 135 pm
共價半徑 122±3 pm
范德華半徑 187 pm
雜項
晶體結構 正交
磁序 抗磁性
電阻率 (20 °C)270 n Ω·m
熱導率 40.6 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)18 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)2740 m·s−1
楊氏模量 9.8 GPa
泊松比 0.47
莫氏硬度 1.5
布氏硬度 60 MPa
CAS號 7440-55-3
最穩定同位素

主条目:镓的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
69Ga 60.11% 穩定,带38个中子
71Ga 39.89% 穩定,带40个中子

Gallium,舊譯作)是一种化学元素,它的化学符号Ga原子序数是31,是一种貧金屬

在自然界中常以微量分散于铝矾土矿、闪锌矿等矿石中。

命名与发现

1871年,俄国化学家门捷列夫以他的元素周期律,预测「镓」的存在,稱之為「eka-aluminium」,意思「鋁下元素」(下一行的元素)。其密度、熔点等性质,與隨後發現「鎵」实值相差无几[1]

鋁下元素
原子量 68 69.72
密度(g/cm3) 6.0 5.904
熔點(℃) 29.78

1875年,德布瓦博德兰检测在闪锌矿样品的原子光谱时发现两条紫色谱线[2],后来经过电解其氢氧化物的氢氧化钾溶液得到镓。德布瓦博德兰以“高卢”(Gallia)为这个元素命名,在拉丁语中这是对法国高卢的称呼。也有人认为是运用不同语言的双关语而用他的名字(其中包含“Lecoq”)命名:Le coq在法语中是“公鸡”(rooster)之意,而后者在拉丁语中又是“吊带”(gallus,与镓gallium相近)的意思。不过1877年德布瓦博德兰写文章否定这个猜测[3]

物理性质

镓非常柔软,富有延展性,固态时为青灰色[4],液态时为银白色。鎵的熔点在29.78℃,因此置於手心即会熔化;但鎵沸点很高(2403℃)。

已熔融后的鎵,在温度下降到室温时,可保持液态达数日之久,如果继续降温,镓也可能保持过冷的液态,此时加入晶核或者对其震荡,即可重新回到固态[5];在液态转化为固态时,膨胀率为3.4%[5],所以适宜贮藏于塑料容器中。

镓能浸润玻璃,因此不宜存放于玻璃容器中。

化学性质

镓在化学反应中存在+1、+2和+3化合价,其中+3为其主要化合价。镓的金属活动性类似锌,却比铝低[6]。镓是两性金属,既能溶于酸(产生Ga3+)也能溶于碱(生成镓酸盐)。镓在常温下,表面产生致密的氧化膜阻止进一步氧化,在冷的硝酸中钝化。加热时和卤素、硫迅速反应,和硫的反应按计量比不同产生不同的硫化物。
镓在加热下也能和反应:

  • Ga + Se → GaSe(棕色)
  • 2 Ga + Se → Ga2Se(黑色)

镓即使在1000℃也不能和氮气反应,而在略高于此温度时能和氨气反应,产生疏松的灰色粉末状的氮化镓,它能被热的浓碱分解,放出氨气。

生产

99.9999%(6N)镓(真空安瓿密封)

镓是炼铝和炼锌过程中的一种副产品,然而从闪锌矿中得到的镓很少。大部分的镓萃取自于拜耳法中粗炼的氢氧化铝溶液。通过电池的电解和氢氧化钠汞齐的水解得到镓酸钠,再由电解得到镓。半导体镓则要用区域熔融技术提纯,或从熔融物中提取单晶(即柴氏法)。99.9999%纯的镓已经能例行取得,并且在商业上有广泛应用。[7]

1986年镓产量估计为40吨。[8]2007年,镓产量为184吨,其中只有不到100吨是采矿而来,其余都来自废渣回收。[9]到2011年世界镓产量约为216吨。[10]

用途

镓可用作光学玻璃合金真空管等;砷化镓用在半导体之中,最常用作发光二极管LED)。

合金

镓和铟可以形成低熔点合金,如含25%铟的镓合金,在16℃时便熔化,可用于自动灭火装置中[4]。若温度在熔点之上,镓和铟混合研磨时便可自动形成合金。

毒性

当前并未发现镓和镓的化合物具有毒性,包括流传最广的生殖毒性。但镓有时附着到桌面和手套上留下一些黑色的印迹,这时只需要进行清洗。

参考文献

  1. ^ Ball, Philip. The Ingredients: A Guided Tour of the Elements. Oxford University Press. 2002: 105. ISBN 0-19-284100-9. 
  2. ^ de Boisbaudran, Lecoq. Caractères chimiques et spectroscopiques d'un nouveau métal, le gallium, découvert dans une blende de la mine de Pierrefitte, vallée d'Argelès (Pyrénées). Comptes rendus. 1835–1965, 81: 493 [2008-09-23]. 
  3. ^ Weeks, Mary Elvira. The discovery of the elements. XIII. Some elements predicted by Mendeleeff. Journal of Chemical Education. 1932, 9 (9): 1605–1619. Bibcode:1932JChEd...9.1605W. doi:10.1021/ed009p1605. 
  4. ^ 4.0 4.1 《无机化学》第四版(ISBN: 978-7-04-028478-2).高等教育出版社.12.3 硼族元素.P354. 12.3.1 硼族元素概述
  5. ^ 5.0 5.1 《无机化学》丛书.张青莲 主编.第二卷.P515 8 镓分族.2.6 物理性质
  6. ^ 《无机化学》丛书。张青莲主编。第二卷.P515 8镓分族.2.7化学性质
  7. ^ Moskalyk, R. R. Gallium: the backbone of the electronics industry. Minerals Engineering. 2003, 16 (10): 921. doi:10.1016/j.mineng.2003.08.003. 
  8. ^ Greber, J. F.(2012)"Gallium and Gallium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a12_163.
  9. ^ Kramer, Deborah A. Mineral Commodity Summary 2006: Gallium (PDF). United States Geological Survey. [2008-11-20]. 
  10. ^ Gallium report – U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2012



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