El metal sólido se derrite en las manos. Galio: un metal que se derrite en las manos.
Definición
Galio (lat. Galio), Ga, elemento químico del grupo III del sistema periódico D. I. Mendeleev Dmitry Ivanovich, número de serie 31, masa atómica 69.72; metal suave blanco plateado.
Propiedades físicas
El galio cristalino tiene varias modificaciones polimórficas, sin embargo, solo una (I) es termodinámicamente estable, con una red ortorrómbica (pseudotetragonal) con parámetros a \u003d 4.5186 Å, b \u003d 7.6570 Å, c \u003d 4.5256 Å. Otras modificaciones de galio (β, γ, δ, ε) cristalizan en un metal disperso sobreenfriado y son inestables. A presión elevada, se observaron dos estructuras polimórficas más de galio II y III, que tenían, respectivamente, celosías cúbicas y tetragonales.
La densidad de galio en estado sólido a una temperatura de T \u003d 20 ° C es 5.904 g / cm3, el galio líquido a T \u003d 29.8 ° C tiene una densidad de 6.095 g / cm3, es decir, el volumen de galio aumenta con la solidificación. El punto de fusión del galio es ligeramente más alto que la temperatura ambiente y es igual a Tmelt \u003d 29.8 ° C; el galio hierve a Tkip \u003d 2230 ° C. 
Una de las características del galio es un amplio rango de temperatura para la existencia de un estado líquido (de 30 a 2230 ° C), mientras que tiene una baja presión de vapor a temperaturas de hasta 1100 ÷ 1200 ° C. El calor específico del galio sólido en el rango de temperatura T ÷ 24 ° C es 376.7 J / kg · K (0.09 cal / g · deg.), En estado líquido a T \u003d 29 ÷ 100 ° C - 410 J / kg · K (0.098 cal / g · deg).
Estar en la naturaleza
El galio es un elemento disperso típico, a veces también se clasifica como raro.
El galio de Clark (una estimación numérica del contenido promedio en la corteza terrestre) en la corteza terrestre es bastante grande y asciende a 1.5 · 10-3% (masa). Por lo tanto, su contenido es mayor que el molibdeno, el bismuto, el tungsteno, el mercurio y algunos otros elementos que generalmente no se consideran raros. 
La principal fuente de galio es la bauxita (alúmina hidratada). Es interesante que los minerales de bauxita, independientemente de su ubicación y características de origen, se caractericen por una distribución constante y uniforme de galio en ellos: 0.002-0.006%. Las nefelinas de los minerales de apatita-nefelina de las montañas Khibiny contienen galio en cantidades significativas (0.01-0.04.
Las principales reservas mundiales de galio están asociadas con depósitos de bauxita, cuyas reservas son tan grandes que no se agotarán durante muchas décadas. Sin embargo, la mayor parte del galio contenido en la bauxita permanece inaccesible debido a la falta de capacidad de producción, cuyo volumen está dictado por razones económicas. Las reservas reales de galio son difíciles de estimar. Según los expertos de EE. UU. Encuestas geológicas Los recursos mundiales de galio asociados con los depósitos de bauxita ascienden a 1 millón de toneladas. China, Estados Unidos, Rusia, Ucrania y Kazajstán poseen importantes reservas de galio.
Consiguiendo
El galio es un elemento disperso, que es un compañero constante de aluminio y zinc; por lo tanto, su producción siempre está ligada al procesamiento de minerales de aluminio o sulfuro polimetálicos (especialmente zinc). Por lo general, la extracción de galio de los concentrados de zinc se asocia con muchas dificultades que causan un alto precio del metal; por lo tanto, durante varias décadas, la fuente principal (95 para la producción de galio son los desechos de la industria del aluminio y el llamado procesamiento complejo de desechos (junto con la recuperación de zinc, el indio). , Alemania) representan aproximadamente el 5% de la capacidad de producción. Además, existen tecnologías para la extracción de galio del polvo de alto horno y las cenizas de la quema de carbón, así como sus desechos de coque.
Solicitud
El galio aún no tiene amplias aplicaciones industriales.
La escala potencialmente posible de la producción asociada de galio en la producción de aluminio aún supera con creces la demanda de metal.
La aplicación más prometedora de galio en forma de compuestos químicos como GaAs, GaP, GaSb, con propiedades semiconductoras. Se pueden usar en rectificadores y transistores de alta temperatura, paneles solares y otros dispositivos, donde el efecto fotoeléctrico se puede usar en la capa de barrera, así como en receptores infrarrojos. El galio se puede utilizar para la fabricación de espejos ópticos altamente reflectantes.
El galio es caro, en 2005, una tonelada de galio en el mercado mundial costó 1,2 millones de dólares estadounidenses, y debido al alto costo y al mismo tiempo con una gran demanda de este metal, es muy importante establecer su extracción total en la producción de aluminio y el procesamiento del carbón. combustible líquido.
El galio tiene varias aleaciones que son líquidas a temperatura ambiente, y una de sus aleaciones tiene un punto de fusión de 3 ° C, pero por otro lado el galio (aleaciones en menor medida) es muy agresivo para la mayoría de los materiales estructurales (agrietamiento y erosión de aleaciones a alta temperatura), y como refrigerante, es ineficaz y, a menudo, simplemente inaceptable.
El galio es un excelente lubricante. Los adhesivos metálicos prácticamente muy importantes se crean a base de galio y níquel, galio y escandio.
El óxido de galio es parte de una serie de materiales láser estratégicamente importantes del grupo granate: GHA, YAG, ISGG, etc.
Los termómetros de galio permiten, en principio, medir temperaturas de 30 a 2230 ° C.Los termómetros de galio ahora están disponibles para temperaturas de hasta 1200 ° C.
El elemento n. ° 31 va a la producción de aleaciones fusibles utilizadas en dispositivos de señalización. La aleación de galio con indio ya se funde a 16 ° C. Es la más fusible de todas las aleaciones conocidas.
El galio es un elemento químico con número atómico 31. Pertenece al grupo de los metales ligeros y se denota con el símbolo "Ga". El galio en su forma pura no se encuentra en la naturaleza, pero sus compuestos en cantidades insignificantes se encuentran en minerales de bauxita y zinc. El galio es un metal de plástico blando de color plateado. A bajas temperaturas, está en estado sólido, pero se derrite incluso a una temperatura no mucho más alta que la temperatura ambiente (29.8 ° C). En el video a continuación, puede ver cómo se derrite una cucharada de galio en una taza de té caliente.
(Total 7 fotos + 1 video)
1. Desde el descubrimiento del elemento en 1875 hasta la era de los semiconductores, el galio se utilizó principalmente para crear aleaciones fusibles.
2. Actualmente, todo el galio se usa en microelectrónica.
3. El arseniuro de galio, el compuesto del elemento principal utilizado, se utiliza en circuitos de microondas y aplicaciones infrarrojas.
4. El nitruro de galio se usa menos cuando se crean láseres semiconductores y LED en el rango azul y ultravioleta.
5. El galio no tiene un papel biológico conocido por la ciencia. Pero, dado que los compuestos de sales de galio y hierro se comportan de manera similar en los sistemas biológicos, los iones de galio a menudo reemplazan a los iones de hierro en aplicaciones médicas.
El galio es un metal gris plateado con un tinte azulado, bastante frágil. En la naturaleza, en su forma pura, no ocurre y es un elemento disperso. El contenido promedio de galio en la corteza terrestre es de 19 g / t. El galio se encuentra en minerales, principalmente esfalerita, magnetita, casiterita, granada, berilo, turmalina, espodumenina, flogopita, biotita, muscovita, sericita, lepidolita, clorita, feldespatos, nefelina, heckmanita y natrolita. El bastante raro mineral Gallite CuGaS₂ se usa para aislar galio puro. Además, se puede obtener galio como un subproducto del procesamiento de la bauxita.
El galio se derrite a solo 29.76 ° C, por lo que se derrite incluso en la mano. A una temperatura cercana a la temperatura ambiente, se funden tres metales más :, y. Pero debido a su alta toxicidad o reactividad, a diferencia del galio, no se pueden recoger.
Como se descubrió el galio
D. I. Mendeleev predijo la existencia de galio en 1871 sobre la base de lo que formuló. Mendeleev le dio a este elemento el nombre de "ecaaluminio" y predijo propiedades tales como la densidad, el punto de fusión. Mendeleev también predijo:
- la naturaleza del óxido
- enlace en compuestos con cloro.
- que el metal se disolverá lentamente en ácidos y álcalis;
- no reaccionará con el aire;
- el óxido de ecaaluminio M₂O₃ debe reaccionar con los ácidos para formar sales de MX₃;
- que debe formar sales básicas;
- el cloruro es más volátil que ZnCl₂;
- que este elemento será descubierto por espectroscopía
Mendeleev resultó ser Nostardamus en química: cuando se obtuvo galio, ¡se confirmaron todas las propiedades predichas por el científico!
En 1875, el químico francés Paul Emile Lecock de Bois Baudodran estudió la esfalerita mediante espectroscopía y descubrió dos líneas violetas pertenecientes a un nuevo elemento. Un año después, el científico aisló un nuevo elemento mediante electrólisis. Este elemento Bouabodran nombrado en honor del nombre latino de Francia - Gallia. Existe la leyenda de que el científico le dio otro significado a este nombre. Lecock es consonante con el francés le coqes decir "Gallo" (en latín gallus) Buabodran, por así decirlo, inadvertidamente inmortalizó su nombre en nombre de un nuevo elemento.
Al estudiar el galio obtenido, Buabodran determinó que la densidad es diferente de la predicha por Mendeleev. Cuando Mendeleev se enteró de esto, le escribió a un colega francés con una recomendación. Y resultó que no en vano: los primeros datos de Buabodran fueron realmente incorrectos.
Aplicaciones de galio
La mayor parte del galio extraído se usa para producir semiconductores. El arseniuro (GaAs) y el nitruro de galio (GaN) se utilizan en los componentes electrónicos de muchos dispositivos para crear circuitos integrados, procesadores de alto rendimiento y amplificadores de microondas. El arseniuro de galio se usa en varios dispositivos infrarrojos electroópticos. El arseniuro de aluminio y galio se utiliza para crear diodos láser infrarrojos de alta potencia. Los diodos láser azul y violeta se producen a partir de nitruro de galio y nitruro de galio indio. Por cierto, se utiliza un láser de nitruro de galio en las unidades de disco Blu-ray.
Las células solares basadas en arseniuro de galio, fosfuro de indio y galio y arseniuro se instalan en satélites espaciales y rovers.
El galio tiene una característica interesante: reduce en gran medida el punto de fusión de las aleaciones en las que está contenido. En este caso, la temperatura cae más baja que la de cada componente de la aleación por separado (composiciones eutécticas). Entonces aleación Galinstan (68.5% de galio, 21.5% de indio y 10% de estaño) tiene un punto de fusión de -19 ° C y se usa en algunos termómetros en lugar de mercurio.
El galio también se usa en medicina. En general, el metal se caracteriza por una baja toxicidad y no realiza una función biológica natural. Por lo tanto, los medicamentos a base de galio pueden usarse en el tratamiento y diagnóstico del cáncer (isótopos de galio-67 y -68). El galio también se usa en el tratamiento de ciertas infecciones bacterianas: el ion Ga³⁺ reemplaza al Fe³⁺ en la respiración metabólica de las bacterias, causando su muerte. Los medicamentos a base de galio se pueden usar para tratar la malaria.
El galio también ayuda a detectar partículas de neutrinos provenientes del sol. Como regla general, la identificación de tales partículas es un proceso muy complejo y lento. El galio en la composición de la mezcla de registro aumenta la sensibilidad del análisis y, en consecuencia, ayuda a reparar el neutrino. Los detectores GALLEX en el Gran Sasso National Laboratory contienen 12.2 toneladas de galio-71. Capturan neutrinos que emanan del sol y lo convierten en un isótopo radiactivo, cuya radiación se puede reparar. Estudios similares también se llevan a cabo en el observatorio de neutrinos Baksan (Kabardino-Balkaria), donde los detectores de neutrinos contienen 5 toneladas de galio líquido.
¡Los termómetros se pueden verificar por el punto de fusión del galio! Este valor, 302.9146 K (29.7646 ° C), es reconocido por el estándar de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas.
En 2007, utilizando los haces de iones de galio de 7 nm de espesor en la Universidad Simon Fraser, se publicó el libro más pequeño del mundo, Teeny Ted de Turnip Town. El libro resultó ser 0.07 x 0.10 mm.
El galio tiene otro uso divertido: las cucharas de galio, que por su apariencia son indistinguibles del aluminio, se usan para enfocar con una cuchara que desaparece. En el té o café caliente, ¡una cuchara simplemente se derretirá!
Fuentes:
- Paul Parsons, Gail Dixon - La tabla periódica Una guía visual de los elementos (p.78);
¿Recuerdas el terminador "T-1000" de metal líquido, que luchó con el antiguo modelo del exterminador, en el papel que Arnold Schwarzenegger desempeñó perfectamente? Pero tal metal "líquido" en realidad existe, y no solo es el fruto de la fantástica imaginación de alguien. Este metal se llama galio, y tiene algunas propiedades bastante interesantes.
Este metal quebradizo tiene un punto de fusión de solo 29,76 Cy si lo mantienes en manos cálidas durante cierto tiempo, comenzará a derretirse. La existencia del galio fue predicha por primera vez en 1871 por el gran científico ruso Dmitry Mendeleev, el padre de la tabla periódica de elementos. En ese momento, ninguna de las "grandes mentes científicas" podría haber imaginado que tal metal podría existir en la naturaleza, y nuestro químico ruso incluso pudo predecir varias de sus propiedades clave, o más bien su baja densidad y punto de fusión. 
El galio en su forma pura no se encuentra en la naturaleza, pero sus compuestos en cantidades insignificantes se encuentran en minerales de bauxita y zinc. El galio es un metal de plástico blando de color plateado. A bajas temperaturas, está en estado sólido, pero se derrite incluso a una temperatura no mucho más alta que la temperatura ambiente (29.8 ° C). Desde el descubrimiento del elemento en 1875 hasta la era de los semiconductores, el galio se usó principalmente para crear aleaciones fusibles. Actualmente, todo el galio se usa en microelectrónica. El arseniuro de galio, el compuesto del elemento primario utilizado, se utiliza en circuitos de microondas y aplicaciones infrarrojas.
Hoy en día, el galio se usa principalmente en la industria de semiconductores, en la producción de los dispositivos digitales más modernos que usamos todos los días. Por cierto, el galio se puede encontrar en la venta gratuita en Internet (si cava muy duro), para aquellos que desean realizar sus propios experimentos. Solo con él es necesario tener más cuidado, aunque el galio metálico se considera un metal no tóxico, algunas fuentes afirman que la exposición prolongada de este metal a la piel sin protección puede causar enfermedades graves de la piel: el contacto de la piel con galio hace que permanezcan partículas de metal dispersas ultrafinas. Exteriormente, parece una mancha gris. 
El galio es caro, en 2005, una tonelada de galio le costó al mercado mundial 1,2 millones de dólaresEstados Unidos, y debido al alto precio y al mismo tiempo con una gran necesidad de este metal, es muy importante establecer su extracción total en la producción de aluminio y el procesamiento de carbón para combustible líquido. Debido al bajo punto de fusión de los lingotes de galio, se recomienda transportar en bolsas hechas de polietileno, que está mal humedecido por galio líquido. 
En el video puedes ver cómo pequeños trozos de galio comienzan a derretirse en la mano:
y cómo una cuchara de galio se disuelve en té:
Se puede llevar a cabo un experimento interesante no solo con la fusión, sino también con el endurecimiento del galio. En primer lugar, el galio es una de las pocas sustancias que se expande con la solidificación (al igual que el agua), y en segundo lugar, el color del metal fundido es bastante diferente del color del sólido.
Vierta una pequeña cantidad de galio líquido en un vial de vidrio y coloque un pequeño trozo de galio sólido encima (semilla para cristalización, ya que el galio es capaz de sobreenfriarse). El video muestra claramente cómo los cristales metálicos comienzan a crecer (tienen un tinte azulado, en contraste con el fundido blanco plateado). Después de un tiempo, el galio en expansión revienta la burbuja.
La parte media del video (crecimiento de cristales de galio) se acelera diez veces para que el video no sea muy largo: