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31Ga




外觀
金屬:銀色
銀色金屬光澤
概況
名稱·符號·序數 鎵(gallium)·Ga·31
元素類別 貧金屬
·週期· 13·4·p
標準原子質量 69.723(5)
電子排布

[] 3d104s24p1
2, 8, 18, 3

鎵的電子層(2, 8, 18, 3)
歷史
預測 德米特里·門捷列夫(1871年)
發現 保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭(1875年)
分離 保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭(1875年)
物理性質
物態 固態
密度 (接近室溫
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
(([[兩性]] ))
電負性 1.81(鮑林標度)
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

正交晶系

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

主條目:鎵的同位素

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

Gallium,舊譯作)是一種化學元素,它的化學符號Ga,它的原子序數是31,是一種弱性金屬。

在自然界中常以微量分散於鋁礬土礦、閃鋅礦等礦石中。

命名與發現[編輯]

1871年,俄國化學家門捷列夫用他的元素周期律預測了鎵的密度、熔點等性質,且與真實值相差無幾[1]

1875年,德布瓦博德蘭檢測在閃鋅礦樣品的原子光譜時發現兩條紫色譜線[2],後來經過電解其氫氧化物的氫氧化鉀溶液得到了鎵。德布瓦博德蘭以「高盧」(Gallia)為這個元素命名,在拉丁語中這是對法國高盧的稱呼。也有人認為是運用不同語言的雙關語而用他的名字(其中包含「Lecoq」)命名:Le coq在法語中是「公雞」(rooster)之意,而後者在拉丁語中又是「弔帶」(gallus,與鎵gallium相近)的意思。不過1877年德布瓦博德蘭寫文章否定了這個猜測[3]

物理性質[編輯]

鎵非常柔軟,富有延展性,固態時為青灰色[4],液態時為銀白色。它的熔點在29.78℃,故把它放在手中即會熔化;但沸點很高(2403℃)。

已熔融後的金屬,在溫度下降到室溫時,可保持液態達數日之久,如果繼續降溫,鎵也可能保持過冷的液態,此時加入晶核或者對其震蕩,即可重新回到固態[5];在液態轉化為固態時,膨脹率為3.4%[5],所以適宜貯藏於塑料容器中。

鎵能浸潤玻璃。

化學性質[編輯]

鎵在化學反應中存在+1、+2和+3化合價,其中+3為其主要化合價。鎵的金屬活動性類似鋅,卻比鋁低[6]。鎵是兩性金屬,既能溶於酸(產生Ga3+)也能溶於鹼(生成鎵酸鹽)。鎵在常溫下,表面產生緻密的氧化膜阻止進一步氧化,在冷的硝酸中鈍化。加熱時和鹵素、硫迅速反應,和硫的反應按計量比不同產生不同的硫化物。
鎵在加熱下也能和反應:

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

鎵即使在1000℃也不能和氮氣反應,而在略高於此溫度時能和氨氣反應,產生疏鬆的灰色粉末狀的氮化鎵,它能被熱的濃鹼分解,放出氨氣。

生產[編輯]

99.9999%(6N)鎵(真空安瓿密封)

鎵是煉鋁和煉鋅過程中的一種副產品,然而從閃鋅礦中得到的鎵很少。大部分的鎵萃取自於拜耳法中粗煉的氫氧化鋁溶液。通過電池的電解和氫氧化鈉汞齊的水解得到鎵酸鈉,再由電解得到鎵。半導體鎵則要用區域熔融技術提純,或從熔融物中提取單晶體(即柴氏法)。99.9999%純的鎵已經能例行取得,並且在商業上有廣泛應用。[7]

1986年鎵產量估計為40噸。[8]2007年,鎵產量為184噸,其中只有不到100噸是採礦而來,其餘都來自廢渣回收。[9]到2011年世界鎵產量約為216噸。 [10]

用途[編輯]

鎵可用作光學玻璃合金真空管等;砷化鎵用在半導體之中,最常用作發光二極體LED)。

合金[編輯]

鎵和銦可以形成低熔點合金,如含25%銦的鎵合金,在16℃時便熔化,可用於自動滅火裝置中[4]。若溫度在熔點之上,鎵和銦混合研磨時便可自動形成合金。

毒性[編輯]

當前並未發現鎵和鎵的化合物具有毒性,包括流傳最廣的生殖毒性。但鎵有時附著到桌面和手套上留下一些黑色的印跡,這時只需要進行清洗。

參考文獻[編輯]

  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 《無機化學》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 《無機化學》叢書.張青蓮 主編.第二卷.P515 8 鎵分族.2.6 物理性質
  6. ^ 《無機化學》叢書.張青蓮 主編.第二卷.P515 8 鎵分族.2.7 化學性質
  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. United States Geological Survey. [2008-11-20]. 
  10. ^ Gallium report – U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2012