Галлий (Ga)

[gallium] — элемент III группы Периодической системы, атомный номер 31, атомная масса 69,72; серебристо-белый легкий металл. Состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 69 (60,5 %) и 71 (39,5 %). Существование Ga («экаалюминия») и основные его свойства были предсказаны в 1870 г. Д. И. Менделеевым. Элемент был открыт спектральным анализом в пиренейской цинковой обманке и выделен в 1875 г. французским химиком П. Э. Лекоком де Буабодраном; назван в честь Франции (лат. Gallia). Среднее содержание Ga в земной коре относительно высокое, 1,5 • 10^-3 мас. %, что равно содержанию Pb и Mo. Ga-типичный рассеянный элемент. Единственный минерал Ga-галлит 52 очень редок. Основная часть Ga в литосфере заключена в минералах алюминия. Содержание Ga в бокситах и нефелинах колеблется от 0,002 до 0,01 %.
Ga имеет ромбическую (псевдотетрагональную) решетку с параметрами а = 0,45197 нм, b = 0,76601 нм, c = 0,45257 нм. Плотность, г/см³, твердого Ga 5,904 (20 °С), жидкого 6,095 (29,8 °С), т.е. при затвердевании объем увеличивается; t_пл = 29,8 °С, t_кип = 2230 °С. Удельная теплоемкость, Дж/(кг • К), твердого Ga 376, жидкого 410 в интервале 29 — 100 °С. Удельное электрическое сопротивление, Ом • см, твердого Ga 53,4 • 10^-6 (20 °С), жидкого 27,2 • 10^-6 (30 °С). На воздухе при обычной температуре Ga стоек. Выше 260 °С-в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (оксидная пленка защищает металл). В H₂SO₄ и НСl Ga растворяется медленно, в HF — быстро, в HNO₃ на холоду Ga устойчив. В горячих растворах щелочей медленно растворяется. Сl и Вr реагируют с Ga на холоду, I — при нагревании. Расплавленный Ga при / > 300 °С взаимодействует со всеми конструкционными металлами и сплавами.
Из солей Ga наибольшее значение имеют GaCl3 (t_пл = 78 °С, t_кип = 200 °С) и Ga₂(SO₄)₂ Последний с сульфатами щелочных металлов и аммония образует двойные соли типа квасцов, например (NH₄)Ga(SO₄)₂ • 12H₂0. Ga образует малорастворимый в воде и кислотах ферроцианид Ga₄[Fe(CN)₆]₃, что используется для его отделения от Al и ряда элементов.
Основной источник получения Ga — алюминиевое производство. Ga при переработке бокситов по способу Байера концентрируется в оборотных маточных растворах после выделения Al(ОН)₃. Из таких растворов Ga выделяют электролизом на Hg-катоде. Из щелочного раствора, полученного после обработки амальгамы водой, осаждают Ga(OH)_{3/sub> который растворяют в щелочи, и выделяют Ga электролизом. При содово- известковом способе переработки бокситовой или нефелиновой руды Ga концентрируется в последних фракциях осадков, выделяемых в процессе карбонизации. Для дополнительного обогащения осадок гидрооксидов обрабатывают известковым молоком. При этом большая часть Al остается в осадке, a Ga переходит в раствор, из которого пропусканием СО2 выделяют галлиевый концентрат (6-8 % Ga2O3); последний растворяют в щелочи и выделяют Ga электролитически. Полученный электролизом щелочного раствора жидкий Ga, промытый водой и кислотами (НСl, HNO3), содержит 99,9-99,95 % Ga. Более чистый металл получают плавкой в вакууме, зонной плавкой или вытягиванием кристалла из расплава.
Широкого промышленного применения Ga пока не имеет. Потенциально возможные масштабы попутного получения Ga в производстве Al до сих пор значительно превосходят спрос на металл. Наиболее перспективно применение Ga в виде химических соединений типа GaAs, GaP, GaSb, обладающих полупроводниковыми свойствами. Ga можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражательной способностью. Жидкий Ga и его сплавы предложено использовать для изготовления высокотемпературных термометров (600-1300 °С). Сплав на основе Ga (с In, Sn, Zn или Al), называют галламой, применяют в качестве теплоносителей ядерных реакторов, для устройства гидравлических затворов, плавких предохранителей и т. п.}