Любители радиотехники и определенная часть пользователей сети Интернет, скорее всего, находили информацию об уникальном химическом элементе – галлии. Температура плавления Ga составляет 30°C, т.е., по сути, металл может перейти в жидкое состояние от теплоты рук: данный факт вызывает удивление и желание провести небольшой эксперимент, чтобы убедиться в его «магических» свойствах. Наиболее любознательные индивидуумы интересуются не только тем, как выглядит галлий (а выглядит он как обычный кусок металла), но и хотят попробовать получить данный материал в домашних условиях.
Описание металла
Галлий (Ga, Gallium) – химический элемент из группы легких металлов с порядковым номером 31 и атомной массой 69,7. Добывают из цинковой руды и бокситов, а в чистом виде он в природе отсутствует. Имеет мягкую и хрупкую структуру, серебристо-белый (или светло-серый) цвет с едва уловимым синеватым отливом.
Обратите внимание! Более 85% данного материала получается из побочных продуктов алюминиевого производства, методом зонного плавления или путем испарения в вакууме.
Данный химический элемент зачастую применяется в особом процентном соотношении с мышьяком. Подобное соединение галлия и мышьяка носит название арсенида галлия (сокращенно – GaAs). В результате смешения двух элементов создается полупроводник, который, наравне с кремнием и германием, активно используется в следующих хозяйственных отраслях:
- радиоэлектронике;
- промышленности;
- медицине;
- лазерной технике;
- т.д.
Интересный факт! Ga способен оставаться в жидком состоянии даже при охлаждении ниже температуры его плавления.
Широкого распространения Ga не получил в основном из-за своей природной редкости и сложности в получении. Но при этом рассматриваемый химический элемент применяется в производстве транзисторов, всевозможных интегральных схем, светодиодов, фотоприемников, противопожарных сигнальных системах, предохранителях, оптических приборах (помогает улучшить отражательные качества) и даже в ряде фармацевтических препаратов. Помимо использования в микроэлектронике, производстве легковых сплавов и электроламп, галлий понадобится для создания великолепного по своим качествам металлического клея или же в качестве смазки. Примечательно, что Ga можно применять как вещество-наполнитель для кварцевых градусников.
Как получить
Галлий совершенно безопасен для здоровья человека (если его не есть), так как температура кипения составляет около 2500°C: при комнатной температуре металл не испаряется и «надышаться» его парами не получится. Ga – очень редкий металл, который получается путем выплавки цинка из цинковых концентратов. Чтобы сделать галлий дома, потребуется:
- Добыть особый галлит (CuGaS2, Gallite) – редкий минерал, представляющий собой двойной сульфид меди и галлия серо-черного цвета (не путать с галитом-солью).
- Обжечь кусочек CuGaS2, чтобы избавиться от серы, которая преобразуется в сернистый газ (также можно растворить серу в концентрате из HNO3 – азотной кислоты).
- Отделить галлий от меди при помощи химической реакции осаждения, либо применяя амфотерность данного вида металла (Ga без труда растворяется в щелочах, а CuO – не растворяется).
- Осадить Ga при помощи электролиза с необходимым напряжением и плотностью тока.
- Можно также получить Ga при помощи реакции вытеснения (с магнием) из соли галлия.
Как видно из вышесказанного, сделать галлий в домашних условиях будет весьма проблематично (если сказать прямо – практически невозможно): просто посмотреть очередное видео на YouTube и понять принцип выработки галлия не получится. Придется обзавестись химическим заводом, либо как минимум получить доступ к химической лаборатории со всеми нужными веществами. Добыть галлий очень сложно, проще купить металл, чем пытаться его изготовить. Цена 1 кг галлия на российском рынке составляет 15 000-23 000 руб.
История металла
Впервые наличие в природе галлия предсказал Д. И. Менделеев. Еще в процессе создания своей периодической системы элементов в 1869 г. великий русский ученый оставил пустые ячейки для III группы химических веществ, стоящих в одном ряду с алюминием и кремнием. Дмитрий Иванович даже смог заранее описать ключевые свойства галлия, а также способ его открытия. Чуть позже, в декабре 1870 года, химик указал в своей публикации ориентировочный атомный вес экаалюминия (около 68) и его удельный вес (6 г/см3). Менделеев заявил, что данный металл будет иметь низкую температуру плавления.
Спустя 5 лет (27.08.1875) член Французской академии наук, Поль Эмиль Лекок де Буабодран, открыл Ga и заявил о своем открытии 20 сентября 1875 г. Буабодран обнаружил новый химический элемент в образце сфалерита, привезенного из долины Аржелес – части горной системы Пиренеи. В процессе исследования спектра образца «цинковой обманки» ученый заметил 2 линии фиолетового цвета, что свидетельствовало о наличии в кусочке кристалла сфалерита неизвестного ранее элемента. Любопытно, что содержание Ga в руде составляло менее 0,2%: несмотря на сложности в отделении от кусочка сфалерита нового элемента, ученый смог вычленить около 0,1 г галлия, исследовать полученное вещество и найти определенные сходства нового металла с цинком.
Поль де Буабодран предложил назвать новый металл в честь города Галлии, латинского наименования своей родины (Франции). Научное сообщество приняло его инициативу, и Gallium занял свое заслуженное место в периодической системе. Открытие галлия, а затем и германия со скандием, способствовало популяризации периодической системы химических элементов. Сам Д. И. Менделеев окрестил Буабодрана «укрепителем Периодического закона».