Свойства галлия и его соединений

Краткая историческая справка

Металлургия галлия

Кристаллофизические методы

Физические методы

Наиболее широко применяется вакуумная дистилляция. Применяют для очистки от низкокипящих металлов - ртути, кадмия, цинка, мышьяка. Плавку ведут в индукционной печи в тиглях из высокочистого графита. Индиевые слитки промывают спиртом, загружают в графитовые тигли и помещают в печь. В печи создают вакуум (0,13 Па) и поддерживают температуру 600 – 950 °С, выдерживают индий 30 – 40 минут. Если требуется очистка от таллия, температуру повышают до 1050 - 1100 °С. Содержание примесей кадмия, ртути и таллия после вакуумной плавки < 10^{- 4} %. Потери индия в возгоны составляют 5-10 %.

К ним относятся зонная плавка и вытягивание слитка из расплава. Эти методы применяют для глубокой очистки индия, используемого в полупроводниковой электронике. Индий плавят в лодочках (зонная плавка) или тиглях (метод вытягивания), изготовленных из чистого кварца или высокочистого плотного графита в вакууме или атмосфере аргона или водорода.

Фракционной кристаллизацией можно осуществить глубокую очистку индия только от примесей меди, никеля и серебра, у которых коэффициенты распределения меньше 0,1. Очистка от примесей Нg, Sn, Рb, Сd, Zn, Gа, Тi, Вi кристаллизационными методами малоэффективна вследствие близости значений коэффициентов распределения к единице. Эти примеси следует удалять другими, рассмотренными выше методами.

Галлий был открыт в 1875 г. французским химиком Лекок де Буабодраном спектральным методом в цинковой обманке. Свойства этого элемента за 4 года до его открытия были с большой точностью предсказаны Д. И. Менделеевым.

Физические свойства. Галлий – мягкий, легкоплавкий металл серебристого цвета. Его атомный номер 31, атомная масса 69,72 г/моль, ромбическая гранецентрированная решетка. Плотность галлия составляет 5,904 г/см³, температура плавления 29,88 ºС, температура кипения 2230 ºС. Удельное электро-сопротивление при 0 ºС равно 53,4∙10⁶ Ом∙см. Температура перехода в состояние сверхпроводимости равна 1,1 К. Сечение захвата тепловых нейтронов составляет 2,71·10²⁴ см², нормальный электродный потенциал равен -0,52 В. Для галлия характерен широкий интервал жидкого состояния (от 30 до 2230 ºС). При быстром охлаждении жидкий галлий может сохраняться в холодном состоянии до – 40 ºС. Переход из жидкого состояния в твердое сопровождается увеличением объема на 3,2 %. При механической обработке на холоду галлия практически не обнаруживают наклепа, так как он рекристаллизуется уже при комнатной температуре.

Химические свойства. На воздухе галлий при обычной температуре устойчив, жидкий галлий выше 260 ºС медленно окисляется (пленка оксида защищает металл). С водородом, углеродом и азотом галлий не взаимодействует. Хлор и бром реагируют с галлием на холоду, йод – при нагревании. Расплавленный галлий выше 300 ºС взаимодействует со всеми конструкционными металлами. В серной и соляной кислоте галлий медленно растворяется с выделением водорода. В азотной кислоте любой концентрации на холоду он устойчив, при нагревании наблюдается медленное растворение с выделением NO₂. Галлий растворяется в плавиковой кислоте и царской водке. Горячие растворы гидроксида натрия медленно растворяют галлий с образованием галлата NaGaO₂. Галлий относится к III группе Периодической системы элементов. Галлий образует устойчивые соединения с высшей степенью окисления, кроме того, известны соединения, соответствующие степеням 2 и 3.

Дата добавления: 2014-01-11