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镓的特性
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镓在元素周期表中的位置
总体特性
名称, 符号, 序号 镓、Ga、31
系列 贫金属
, 周期, 元素分区 13族(IIIA), 4, p
密度硬度 5904kg/m3、1.5
颜色和外表 银白色
Gallium crystals.jpg
地壳含量 1×10-3%
原子属性
原子量 69.723 原子量单位
原子半径(计算值) 130(136)pm
共价半径 126 pm
范德华半径 187 pm
价电子排布 []3d104s24p1
电子在每能级的排布 2,8,18,3
氧化价(氧化物) 3(两性的)
晶体结构 正交晶格
物理属性
物质状态 固态
熔点 302.91 K(29.76 °C
沸点 2477 K(2204 °C)
摩尔体积 11.80×10-6m3/mol
汽化热 258.7 kJ/mol
熔化热 5.59 kJ/mol
蒸气压 9.31×10-36 (302.9K)
声速 2740 m/s(293.15K)
其他性质
电负性 1.81(鲍林标度
比热容量 370 J/(kg·K)
电导率 6.78×106/(米欧姆)
热导率 40.6 W/(m·K)
第一电离能 578.8 kJ/mol
第二电离能 1979.3 kJ/mol
第三电离能 2963 kJ/mol
第四电离能 6180 kJ/mol
最稳定的同位素
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量
MeV
衰变产物
69Ga 60.1 % 稳定
71Ga 39.9 % 稳定
在没有特别注明的情况下使用的是
国际标准基准单位单位和标准气温和气压

Gallium,舊譯作)是一种化学元素,它的化学符号Ga,它的原子序数是31,是一种弱性金属。

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[编辑]

镓是由法国化学家布瓦博得朗在1875年发现。他以“高卢”(Gallia)为这个元素命名,在拉丁语中这是对法国的称呼。布瓦博得朗从光谱上发现了以前从未见过的新谱线,于是断定分析的这种物质含有以前不曾发现的元素,经过电解后得到了镓。

物理性质[编辑]

镓非常柔软,富有延展性,固态时为青灰色[1],液态时为银白色。它的熔点在29.78℃,故把它放在手中即会熔化;但沸点很高(2403℃)。

已熔融后的金属,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[2];在液态转化为固态时,膨胀率为3.4%[2],所以适宜贮藏于塑料容器中。

镓能浸润玻璃。

化学性质[编辑]

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[3]。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[编辑]

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体(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。[4]

1986年镓产量估计为40吨。[5]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。[6]到2011年世界镓产量约为216吨。 [7]

用途[编辑]

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[编辑]

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[1]。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[编辑]

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[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 《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
  2. ^ 2.0 2.1 《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
  3. ^ 《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
  4. ^ Moskalyk, R. R. Gallium: the backbone of the electronics industry. Minerals Engineering. 2003, 16 (10): 921. doi:10.1016/j.mineng.2003.08.003. 
  5. ^ Greber, J. F. (2012) "Gallium and Gallium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a12_163.
  6. ^ Kramer, Deborah A. Mineral Commodity Summary 2006: Gallium. United States Geological Survey. [2008-11-20]. 
  7. ^ Gallium report – U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2012