სახე

მოვერცხლისფრო-თეთრი

ძირითადი თვისებები

დასახელება, სიმბოლო, ნომერი

გალიუმი, Ga, 31

წარმოთქმა

ელემენტის კატეგორია

პოსტ-გარდამავალი მეტალი

ჯგუფი, პერიოდი, ბლოკი

13, 4, p

ატომური მასა

69.723(1)  გ მოლი-1

ელექტრონული კონფიგურაცია

[Ar] 3d10 4s2 4p1

ელექტრონები ორბიტალებზე

2, 8, 18, 3
(იხ. სურათი)

ფიზიკური თვისებები

აგრეგატული მდგომარეობა

მყარი

სიმკვრივე

5.91 გ სმ-3

სიმკვრივე თხევად მგდომარეობაში (ლღობის ტემპერატურაზე)

6.095 გ სმ-3

ლღობის ტემპერატურა

302.9146 K, 29.7646˚C
85.5763 ˚F

დუღილის ტემპერატურა

2477 K, 2204 ˚C, 3999 ˚F

კრიტიკული წერტილი

დნობის სითბო

5.59 კჯ მოლი-1

აორთქლების სითბო

254 კჯ მოლი-1

სპეციალური სითბოტევადობა

(25 ˚C)
25.86 კჯმოლი-1
K-1

ორთლის წნევა
P(Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
T(K)-ზე 1310 1448 1620 1838 2125 2518

ატომური თვისებები

ჟანგვითი რიცხვები

3, 2, 1
(ამფოტერული ოქსიდი)

ელექტროუარყოფითობა

1.81 (პოლინგის შკალა)

იონიზაციის ენერგიები

I: 578.8 კჯმოლი-1
II: 1979.3 კჯმოლი-1
III: 2963 კჯმოლი-1

ატომური რადიუსი

135 pm

კოვანელტური რადიუსი

122±3 pm

ვან დერ ვაალსის რადიუსი

187 pm

სხვადასხვა

კრისტალური სტრუქტურა

ორთორომბული

მაგნიტური მოწესრიგებულობა

დიამაგნიტური

კუთრი ელექტრული წინაღობა

(20˚C) 270ნΏ მ

სითბოგამტარობა

(300 K) 40.6 ვტმ-1K-1

სითბოგადაცემა

(25˚C) 1.2 µm m-1K-1

ბგერის სიჩქარე

(20˚C) 2740 მ/წმ

იუნგის მოდული

9.8 გპა

შერის მოდული

___ გპა

ბულკის მოდული

___ გპა

სიმტკიცე მოსის მიხედვით

1.5

CAS-ის რეფისტრაციის ნომერი

7440-55-3

მდგრადი იზოტოპები

იზოტოპი NA ნახევარ-სიცოცხლე DM DE(MeV) DP
69Ga 60.11% 69Ga მდგრადია 38 ნეიტრონით
71Ga 39.89% 71Ga მდგრადია 40 ნეიტრონით

გალიუმი

გალიუმი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს, რომლის სიმბოლოა Ga და ატომური ნომერი 31. ბუნებაში ელემენტური გალიუმი არ გვხვდება, მაგრამ გალიუმ (III) მარილები კვალის სახით გვხვდება ბოქსიტებში და თუთიის საბადოებში. გალიუმი წარმოადგენს რბილ მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის მეტალს, დაბალი ლღობის ტემპერატურით 302.91K (29.76°C, 85.576°F), რომელიც ახლოსაა ოთახის ტემპერატურასთან. იგი შეიძლება ხელშიც კი გალღვეს. გალიუმი ერთადერთი მეტალია, რომლის კრისტალური მესერი შედგება ორატომიანი მოლეკულებისაგან. მოლეკულები (Ga2)შენარჩუნებულია თხევად გალიუმშიც, რომლის სიმკვრივე (6.1) მეტია მყარი მეტალის სიმკვრივეზე (ანალოგია წყალტან და ბისმუტთან და სხვა). თხევადი გალიუმი ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე დიდხანს რჩება ”გადამეტცივებულ” მდგომარეობაში და დიდხანს არ მყარდება. გალიუმის ეს თვისება და მისი მარალი დუღილის ტემპერატურა (2300°C) და გაცხელებისას და გაცხელებისას საკმაოდ თანაბარი გაფართოება, მას ხდის ძვირფას მასალად მაღალი ტემპერატურების გასაზომად (500 – 1000°C-დან ზევით) თერმომეტრების დასამზადებლად (კვარცის თერმომეტრები).

ნალღობიდან გალიუმის კრისტალიზაცია

ნახევარგამტარებში ძირითადად გამოიყენება გალიუმის არსენიდი (გამოიყენება მიკროტალღურ წრებრუნვასა და ინფრაწითელ გამოსხივებაში). გალიუმის ნიტრიდი და ინდიუმ-გალიუმის ნიტრიდი (ნაკლებად გამოიყენებიან ნახევარგამტარებად) იძლევიან ლურჯი და იისფერი ნათების დიოდებს (LEDs) და ლაზერულ დიოდებს. არ არის ცნობილი, რომ ბიოლოგიაში, გალიუმი აუცილებელ ელემენტს წარმოადგენს. მაგრამ გალიუმ (III) იონური მარილები, ისევე როგორც რკინა (III) მონაწილეობს ორგანიზმში მიმდინარე ბევრ პროცესში. ეს პროცესები ასევე მოიცავენ ანთებებს, რომელიც ბევრი დაავადების მარკერს წარმოადგენს. გალიუმის ზოგიერთი მარილი გამოიყენება, როგორც ფარმაცევტულ, ასევე რადიო ფარმაცევტულ მედიცინაში.

გალიუმი კარგად ეფინება (ასველებს) მინას, რის შედეგადაც შესაძლებელია სარკის მიღება, რომელიც ძლიერ ირეკლავს სხივს და უძლებს გაცხელებას მაღალ ტემპერატურაზე.

 

 

გავრცელება

 

როგორც ზემოთ ავღნიშნეთ, გალიუმი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება. დედამიწის ქერქში იგი უმნიშვნელო რაოდენობითაა (0.002%-ზე ნაკლები) კვალის სახით თუთიისა და ბიოქსიტების საბადოებში. მას კიდევაც ექსტრაგირებენ ამ ნაერთებისაგან. ასევე ექსტრაგირებენ გალიუმს კოქსიდან და გერმანიტიდა, რომელშიც იგი შედარებით დიდი რაოდენობითაა (0.6 – 0.7%-მდე).

 

 

 

მიღება

 

გალიუმი ალიმინისა და ცინკის მირების დროს წარმოადგენს ბიპროდუქტს. მას ძირითადად ექსტრაგირებენ ნედლი ალუმინის ჰიდროქსიდის ხსნარიდან (ბაიერის პროცესი) ალუმინისა და ალუმინი ოქსიდის მიღების დროს. ვერცხლისწყლისამალგამის ელექტროლიზით და ჰიდროლიზით ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ერთად. მიიღება ნატრიუმის გალატი. შემდგომი ელექტროლიზით კი მიიღება მეტალური გალიუმი.

 

 

ისტორია

 

გალიუმი წარმოდგება ლათინური სიტყვისაგან ”Gallia” , რაც ნიშნავს საფრანგეთს, იგი აღმოჩენილ იქნა 1875 წელს პ.ე. ლეკოკ დე ბუაბოდრანის (Paul Emile Lecoq de Boisbaudran) მიერ (რომელიც წარმოშობით საფრანგეთიდან იყო). იგი სწავლობდა პირენეის ცინკის კრიალას დამახასიათებელ სპექტრს (ორი იისფერი ხაზი). ამ აღმოჩენამდე გალიუმის თვისებების უმეტესობა იწინასწარმეტყველა დ. მენდელეევმა, რომელსაც მან უწოდა ”ეკა ალუმინი”, პერიოდულ სისტემაში მისი ადგილმდებარეობის გამო. ლეკოკმა ტავისუფალი მეტალი მიიღო გალიუმის ჰიდროქსიდის ელექტროლიზით კალიუმის ჰიდროქსიდში.

 

გამოყენება

 

2007 წელს აშშ-ში გამოყენებული გალიუმის 98%-ს წარმოადგენდა გალიუმის არსენიდი (GaAs) და გალიუმის ნიტრიდი (GaN). აშშ-ში ნახევარგამტარი გალიუმის 66% გამოიყენება ინტეგრირებულ სქემებში (ძირითადად გალიუმის არსენიდი), რომელთა ბაზაზე მზადდება ულტრა მაღალი სიჩქარის ლოჯიკური ჩიპები და MESFETs მეტალის ნახევარგამტარული ველის ეფექტის ტრანზისტორები, რომელთა ბაზაზეც მზადდება დაბალი ხმაურის მიკროტალღური გამაძლიერებლები ფიწურ ტელეფონებში, ხოლო გალიუმის 20% გამოიყენება ოფთოელექტრონიკაში.

ალუმინ-გალიუმის არსენიდი (AlGaAs) გამოიყენება მარალი სიმძლავრის ინფრაწითელ ლაზერულ დიოდებში.როგორც ნახევარგამტარი ინდიუმ-გალიუმ ნიტრიდის და გალიუმის ნიტრიდის შემადგენელი კომპონენტი გალიუმი გამოიყენება ლურჯი და იისფერი ოფთოელექტრონული მექანიზმების მისაღებად, უმეტესად ლაზერულ დიოდებში. მაგალითად, გალიუმ-ნიტრიდ 405ნმ ლაზერის დიოდი გამოიყენება, როგორც იისფერი ნათების წყარო დიდი მოცულობის კომპაქტ დისკების მონაცემების შესანახად ლურჯი სხივების დისკ სტანდარტებში.

 

გამოყენება ბიომედიცინაში

 

გალიუმის ნიტრატი (განიტის სახელით ცნობილი) გამოიყენება, როგორც ინტრავენური ფარმაცევტული პრეპარატი ჰიპერკალციემიის სამკურნალოდ, რომელიც ძვლებში ასოცირდება სიმსივნესთან ერთად.

გალიუმის გალტონატი გალიუმ (III) იონის შემცველი აბის სახით. გამოიყენება კლინიკურ და პრეკლინიკურ ნიმუშებში, როგორც სხვადასხვა სახის სიმსივნეების, ინფენქციური დაავადებებისა და ანთებითი დაავადებების პოტენციური სამკურნალო საშუალება.

გამოკვლევებმა უჩვენა, რომ გალიუმის იონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ადამიანებში ფიბროზული ცისტის ბაქტერიული ინფექციების საწინააღმდეგოდ. გალიუმი ზომით მსგავსია რკინის, რომელიც აუცილებელი მკვებავია სუნთქვის დროს. როდესაც ბაქტერია Pseudomonas -ი შეცდომით შეარჩევს გალიუმის იონს, მის მონაწილეობას სუნთქვაში ხელი ეშლება და ბაქტერია იღუპება. მექანიზმი მდგომარეობს იმაში, რომ რკინის ჟანგვა-აღდგენითი აქტივობა დიდია, რაც საშუალებას იძლევა სუნთქვის დროს ელექტრონების გადატანისა, მაშინ როცა გალიუმი არააქტიურია ჟანგვა-აღდგენითი პროცესების დროს.

 

რადიოგალიუმ მარილები

 

გალიუმ-67 მარილები, როგორიცაა გალიუმ ციტრატი და გალიუმ ნიტრატი, გამოიყენება როგორც რადიოფარმაცევტული აგენტები ბირთვულ მედიცინაში.

გალიუმ-68 არის პოზიტრონების გამომყოფი, რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდია 68 წუთი. იგი ამჟამად გამოიყენება, როგორც დიაგნოსტიკური რადიონუკლეიდი CT-PET-ში.

 

გალიუმის შუქდიოდები

გალიუმის ფოსფატის კრისტალი

 

შენადნობები

 

გალიუმი ალუმინთან გვაძლევს შენადნობს, რომელიც ადვილად ექვემდებარება ცხელ გადამუშავებას, ხოლო მისი შენადნობი ოქროსტან გამოიყენება საიუველირო და კბილის პროტეზირების საქმეში. შენადნობი გალისტანი (68.5% Ga, 21.5%In, 10%Sn) იყინება -19°C (-2.2°F). შემოთავაზებულ იქნა აგრეთვე, რომ სენადნობების ეს ოჯახი გამოყენებულ იქნეს წყლის ნაცვლად კომპიუტერული ჩიპების გასაცივებლად.

ალუმინი საკმაოდ აქტიურად ურთიერთქმედებს წყალთან წყალბადის გამოყოფით, მაგრამ რეაქციას ხელს უშლის მტკიცე,ძალიან თხელი (0.0001მმ სისქის) ოქსიდური აპკი, რომელიც იცავს ალუმინს შემდგომი დაჟანგვისაგან. გალისტანი გამოიყენება ალუმინის გასააქტიურებლად (აცილებს რა მას ოქსიდის ფენას) და ამგვარად ალუმინს შეუძლია წყალთან ურთიერთქმედება წყალბადის გამოყოფით. გალიუმ-ალუმინის სხვა შენადნობებიც გამოიყენება როგორც ქიმიური ენერგიის მარაგი, რომელიც აუცილებელია წყლიდან წყალბადის აღსადგენად.

 

 

ქიმია

 

გალიუმი ძირითადად გვხვდება +3 ჟანგვითი რიცხვით. ზოგიერთ ნაერთებში გვხვდება ჟანგვითი რიცხვით +1. ამასთან ისინი განიცდიან დისპროპორციონირების რეაქციას და გადადიან ელემენტურგალიუმში და გალიუმ (III) ნაერთებში. ზოგჯერ გალიუმ (II) ნაერთები, არიან შერეული ჟანგვითი რიცხვით, რომლებიც შეიცავენ როგორც გალიუმ (I) ისე გალიუმ (III).

  

 

 

ქალკოგენ ნაერთები

ოთახის ტემპერატურაზე ქალკოგენნაერთები არ ურთიერთქმედებს ჰაერთან და წყალთან პასიური ოქსიდის ფენის წარმოქმნის გამო, თუმცა, მაღალ ტემპერატურაზე იგი ჰაერზე რეაგირებს ჟანგბადთან გალიუმ (III) ოქსიდის (Ga2O3) წარმოქმნით. ვაკუუმში 500°C-დან 700°C-მდე ელემენტური გალიუმით Ga2O3-ს აღდგენით მიიღება მუქი ყავისფერი გალიუმ (I) ოქსიდი - Ga2O. Ga2O ძლიერი აღმდგენი აგენტია. მას შეუძლია H2SO4 აღადგინოს H2S-მდე. იგი განიცდის დისპროპორციონირებას 800°C-ზე ისევ გალიუმად და Ga2O3.

გალიუმ (III) სულფიდი, Ga2S3-ს აქვს სამი კრისტალური მოდიფიკაცია. იგი შეიძლება მივიღოთ გალიუმის ურთიერთქმედებით გოგირდწყალბადთან (H2S), 950°C-ზე, აქ ალტერნატიულად შეიძლება გამოყენებულ იქნას Ca(OH)3, 747°C-ზე.

2 Ga(OH)3 + 3 H2S → Ga2S3 + 6 H2O

ტუტე მეტალების კარბონატების და Ga2O3-ის ნარევის ურთიერთქმედებით H2S-თან მიიღება თიოგალატი, რომელიც შეიცავს [Ga2S4]2− ანიონს. ძლიერი მჟავები შლიან ამ მარილს და გამოიყოფა H2S. ვერცხლისწყლის მარილი HgGa2S4 შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ლუმინოფორი.

გალიუმი აგრეთვე წარმოქმნის სულფიდებს დაბალი ჯანგვითი რიცხვით, მაგალითად, ასეთია გალიუმ (II) სულფიდი და მწვანე გალიუმ (I) სულფიდი.

სხვა ბინალურ ქალკოგენებს Ga2Se3 და Ga2Te3 აქვთ ცინკისკრიალას სტრუქტურა. ისინი წარმოქმნიან ნახევარგამტარებს, მაგრამ ადვილად ჰიდროლიზდებიან, რაც ზღუდავს მატ გამოყენებას.

ძლიერი მჯავები ხსნიან გალიუმს და წარმოიქმნება გალიუმ (III) მარილები, როგორიცაა Ga2(SO4)3 და Ga(NO3)3. გალიუმ (III) მარილების წყალხსნარები შეიცავენ ჰიდრატირებულ გალიუმის იონს, [Ga(H2O)6]3+. გალიუმ (III) ჰიდროქსიდი, Ga(OH)3 შეიძლება ნალექის სახით გამოიყოს გალიუმ (III) ხსნარზე ამონიუმის დამატებით. Ga(OH)3 დეჰიდრატაციით 100 °C ტემპერატურაზე მიიღება გალიუმის ოქსიდ-ჰიდროქსიდი GaO(OH).

მწვავე ტუტის ხსნარები ხსნიან გალიუმს და წარმოიქმნება გალატის მარილები, რომლებიც შეიცავენ Ga(OH)−4 ანიონს. ამფოტერული გალიუმის ჰიდროქსიდი აგრეთვე იხსნება ტუტეებში გალატ-მარილების წარმოქმნით.

 

 

 

პნიქტოგენ ნაერთები

 

გალიუმი ურთიერთქმედებს ამიაკთან 1050°C ტემპერატურაზე და წარმოქმნის გალიუმის ნიტრიდს - GaN. გალიუმი ასევე წარმოქმნის ბინალურ შენაერთებს ფოსფორთან, დარიშხანთან და სტიბიუმთან: გალიუმის ფოსფიდი - GaP, გალიუმ არსენიდი - GaAs და გალიუმ ანთიმონიდი GaSb. ამ ნაერთებს ZnS-ის მსგავსი სტრუქტურა აქვს და გააჩნია ნახევარგამტარული თვისებები. GaP, GaAs და GaSb შეიძლება სინთეზირებულ იქნას გალიუმის უშუალო ურთიერთქმედებით ელემენტალურ ფოსფორთან, დარიშხანტან და სტიბიუმთან. ისინი ავლენენ უფრო მაღალ ელექტროგამტარობას, ვიდრე GaN. GaP აგრეთვე მიიღება Ga2O-ის ურთიერტქმედებით ფოსფორთან დაბალ ტემპერატურაზე. გალიუმი ასევე წარმოქმნის სამკომპონენტიან ნიტრიდს, მაგალითად:

Li3Ga + N2 → Li3GaN2

ასევე არსებობს მსგავსი ნაერთები ფოსფორთან Li3GaP2 და დარიშხანთან Li3GaAs2. ეს ნაერთები ადვილად განიცდიან ჰიდროლიზს განზავებული მჟავებითა და წყლით.

 

ჰალოგენები

 

გალიუმ (III) ოქსიდი ურთიერთქმედებს ფტორნაერთებთან, როგორიცაა HF და F2 და წარმოქმნის გალიუმ (III) ფტორიდებს - GaF3. იგი წარმოადგენს იონურ ნაერთს, რომელიც არ იხსნება წყალში, თუმცა იგი იხსნება ფტორწყალბადმჟავაში, რომელთანაც იგი წარმოქმნის ადუქტს წყალთან - GaF3•3H2O. დეჰიდრატაციით ეს ადუქტი წარმოქმნის GaF2OH•nH2O. ადუქტი მოქმედებს ამიაკთან და წარმოქმნის GaF3•3NH3, რომელიც შემდგომი გაცხელებით იძლევა უწყლო GaF3.

გალიუმ (III) ქლორიდი მიიღება მეტალური გალიუმის ურთიერთქმედებით აირად ქლორთან. განსხვავებით ტრიქლორიდისაგან, გალიუმ (III) ქლორიდი წარმოქმნის დიმერულ მოლეკულებს: Ga2Cl6, რომლის ლღობის ტემპერატურაა 78°C. ასევე ხდება ბრომიდის და იოდიდის შემთხვევაში: Ga2Br6 და Ga2I6.

სხვა 13 ჯგუფის ტრიჰალოგენიდების მსგავსად, გალიუმ (III) ჰალოგენიდები წარმოადგენენ ლუისის მჟავებს. ისინი ტუტე მეტალების ჰალოგენიდებთან რეაგირებენ, როგორც ჰალოგენ აქცეპტორები და წარმოქმნიან GaX−4 ანიონის შემცველ მარილებს, სადაც X არის ჰალოგენი. ისინი აგრეთვე ურთიერთქმედებენ ალკილჰალოგენიდებთან და წარმოქმნიან კარბკათიონს და GaX−4.

გალიუმ (III) ჰალოგენიდები მაღალ ტემპერატურაზე გაცხელებით რეაგირებენ ელემენტურ გალიუმთან და წარმოქმნიან გალიუმ (I) ჰალოგენიდს, მაგალითად GaCl3 ურთიერთქმედებს გალიუმთან და წარმოქმნის GaCl:

2 Ga + GaCl3 3 GaCl (აირი)

დაბალ ტემპერატურაზე წონასწორობა გადახრილია მარცხნივ და GaCl დისპროპორციონირდება უკან ელემენტური გალიუმისა და GaCl3-ში. GaCl აგრეთვე შეიძლება მივიღოთ Ga ურთიერთქმედებით HCl -თან.

950°C ტემპერატურაზე, იგი შემდეგ გადადის წითელ მყარ ნაერთში.

გალიუმ (I) ნაერთები სტაბილიზირდებიან ადუქტების წარმოქმნით ლუსის მჟავებთან, მაგალითად:

GaCl + AlCl3 → Ga+[AlCl4]−

ე.წ. " გალიუმ (II) ჰალოგენიდები " - GaX2, წარმოადგენენ გალიუმ (I) ჰალოგენიდების აქტიურ ადუქტებს შესაბამის გალიუმ (III) ჰალოგენიდებთან ერთად, რომელთა სტრუქტურაა Ga+[GaX4]−. მაგალითად:

GaCl + GaCl3 → Ga+[GaCl4]−

  

  

  

წყალბადნაერთები

 

ალუმინის მსგავსად გალიუმი წარმოქმნის ჰიდრიდებს - GaH3, რომელიც ცნობილია გალანის სახელით. იგი შეიძლება მივიღოთ ლითიუმ გალანატის (LiGaH4)-ის ურთიერთქმედებით გალიუმ (III) ქლორიდთან −30 °C ტემპერატურაზე.

3 LiGaH4 + GaCl3 → 3 LiCl + 4 GaH3

დიმეთილეთერის, როგორც გამხსნელის თანაობისას GaH3 პოლიმერიზდება (GaH3)n. თუ გამხსნელი არ გამოიყენება, დიმერი Ga2H6 (დიგალანი) წარმოიქმნება აირის სახით. მისი სტრუქტურა მსგავსია დიბორანისა, რომელიც შეიცავს ორი წყალბადის ატომს ორი გალიუმის ცენტრით. განსხვავებით α-AlH3, რომელშიც ალუმინის კოორდინაციული რიცხვია ექვსი.

გალანი −10 °C-ზე ზემოთ არასტაბილურია და იშლება ელემენტალურ გალიუმად და წყალბადად.

 

 

 

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით