Войти
Галлий - это химический элемент с символом Gaи атомным номером 31. Элементарный галлий представляет собой мягкий серебристый металл при стандартной температуре и давлении ; однако в жидком состоянии он становится серебристо-белым. Если приложить слишком большую силу, галлий может треснуть раковиной. Он находится в группе 13 периодической таблицы и, таким образом, имеет сходство с другими металлами этой группы: алюминий, индий и таллий. Галлий встречается в природе не как свободный элемент, а как соединения галлия (III) в следовых количествах в рудах цинка и в боксите. Элементарный галлий представляет собой жидкость при температуре выше 29,76 ° C (85,57 ° F) и тает в руках человека при нормальной температуре человеческого тела 37,0 ° C (98,6 ° F).
Температура плавления галлия используется как точка отсчета температуры. Сплавы галлия используются в термометрах как нетоксичная и экологически чистая альтернатива ртути и могут выдерживать более высокие температуры, чем ртуть. Еще более низкая температура плавления –19 ° C (–2 ° F), значительно ниже точки замерзания воды, заявлена для сплава галинстан (62–95% галлия, 5–22% индия и 0–16% олова по весу), но это может быть точка замерзания с эффектом переохлаждения.
С момента открытия в 1875 году галлий был использован для изготовления сплавов с низкими температурами плавления. Он также используется в полупроводниках как легирующая добавка в полупроводниковых подложках.
Галлий преимущественно используется в электронике. арсенид галлия, основное химическое соединение галлия в электронике, используется в микроволновых схемах, схемах высокоскоростного переключения и инфракрасном схемы. Полупроводниковые нитрид галлия и нитрид индия-галлия производят синие и фиолетовые светоизлучающие диоды (светодиоды) и диодные лазеры. Галлий также используется в производстве искусственного гадолиниевого граната галлия для ювелирных изделий. Галлий считается технологически важным элементом..
Галлий не играет известной естественной роли в биологии. Галлий (III) ведет себя аналогично солям трехвалентного железа в биологических системах и использовался в некоторых медицинских применениях, включая фармацевтику и радиофармацевтические препараты.
Кристаллизация галлия из расплава Элементарный галлий в природе не встречается, но его легко получить путем плавки. Очень чистый галлий - это серебристо-синий металл, который в раковине раскалывается, как стекло. Жидкий галлий расширяется на 3,10% при затвердевании; поэтому его не следует хранить в стеклянных или металлических контейнерах, потому что контейнер может разорваться при изменении состояния галлия. Галлий разделяет жидкое состояние более высокой плотности с коротким списком других материалов, который включает воду, кремний, германий, висмут и плутоний.
Галлий атакует большинство других металлов, диффундируя в металлическую решетку. Например, он диффундирует в границы зерен алюминия -цинка сплавов и стали, что делает их очень хрупкий. Галлий легко сплавляется со многими металлами и в небольших количествах используется в плутоний-галлиевом сплаве в плутониевых сердечниках ядерных бомб для стабилизации кристаллической структуры плутония..
точка плавления галлия при 302,9146 K (29,7646 ° C, 85,5763 ° F), чуть выше комнатной температуры и примерно такая же, как средние летние дневные температуры в Средние широты Земли. Эта точка плавления (т.пл.) является одной из формальных контрольных точек температуры в Международной температурной шкале 1990 (ITS-90), установленной Международным бюро мер и весов (BIPM).. тройная точка галлия, 302,9166 K (29,7666 ° C, 85,5799 ° F), используется Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) вместо точки плавления..
Температура плавления галлия позволяет ему плавиться в руке человека, а затем затвердевать, если его удалить. Жидкий металл имеет сильную тенденцию к переохлаждению ниже его точки плавления / точки замерзания : наночастицы Ga могут оставаться в жидком состоянии при температуре ниже 90 К. Посадка кристалла в помогает инициировать замораживание. Галлий - один из четырех нерадиоактивных металлов (с цезием, рубидием и ртутью ), которые, как известно, находятся в жидком состоянии в обычном помещении или около него. температура. Из этих четырех галлий - единственный, который не является ни высокореактивным (рубидий и цезий), ни высокотоксичным (ртуть) и поэтому может использоваться в стеклянных высокотемпературных термометрах. Он также примечателен тем, что имеет один из самых больших диапазонов жидкости для металла и имеет (в отличие от ртути) низкое давление пара при высоких температурах. Температура кипения галлия, 2673 К, более чем в восемь раз выше, чем его температура плавления по абсолютной шкале, наибольшему соотношению между точкой плавления и точкой кипения любого элемента. В отличие от ртути, жидкий металлический галлий смачивает стекло и кожу, а также большинство других материалов (за исключением кварца, графита и тефлона ), что делает механически более трудным обращение с ним, хотя он значительно менее токсичен и требует гораздо меньше мер предосторожности. Нарисованный на стекле галлий - блестящее зеркало. По этой причине, а также из-за загрязнения металлов и проблем с расширением при замерзании образцы металлического галлия обычно поставляются в полиэтиленовых пакетах внутри других контейнеров.
| Свойство | a | b | c |
|---|---|---|---|
| α (~ 25 ° C, мкм / м) | 16 | 11 | 31 |
| ρ (29,7 ° C, нОм · м) | 543 | 174 | 81 |
| ρ (0 ° C, нОм · м) | 480 | 154 | 71,6 |
| ρ (77 К, нОм · м) | 101 | 30,8 | 14,3 |
| ρ (4,2 К, пОм · м) | 13,8 | 6,8 | 1,6 |
Галлий не кристаллизуется ни в одной из простых кристаллических структур. Стабильная фаза при нормальных условиях является ромбической с 8 атомами в обычной элементарной ячейке. В элементарной ячейке каждый атом имеет только одного ближайшего соседа (на расстоянии 244 pm ). Остальные шесть соседей элементарной ячейки отстоят на 27, 30 и 39 пм дальше и сгруппированы попарно на одинаковом расстоянии. Многие стабильные и метастабильные фазы обнаруживаются в зависимости от температуры и давления.
Связь между двумя ближайшими соседями является ковалентной ; следовательно, димеры Ga 2 рассматриваются как фундаментальные строительные блоки кристалла. Это объясняет низкую температуру плавления по отношению к соседним элементам, алюминию и индию. Эта структура поразительно похожа на структуру йода и может образовываться из-за взаимодействий между отдельными 4p-электронами атомов галлия, находящимися дальше от ядра, чем 4s-электроны и остов [Ar] 3d. Это явление повторяется с ртутью с ее "псевдо-благородным газом" [Xe] 4f5d6s электронной конфигурацией, которая является жидкостью при комнатной температуре. 3d-электроны не очень хорошо защищают внешние электроны от ядра, и, следовательно, первая энергия ионизации галлия больше, чем у алюминия. Димеры Ga 2 не сохраняются в жидком состоянии, и жидкий галлий демонстрирует сложную низкокоординированную структуру, в которой каждый атом галлия окружен 10 другими атомами, по сравнению со значениями 11-12, типичными для большинства жидких металлов.
Физические свойства галлия сильно анизотропны, т.е. имеют разные значения по трем основным кристаллографическим осям a, b и c (см. Таблицу), что приводит к значительной разнице между линейным (α) и объемом коэффициенты теплового расширения. Свойства галлия сильно зависят от температуры, особенно вблизи точки плавления. Например, коэффициент теплового расширения увеличивается на несколько сотен процентов при плавлении.
Галлий имеет 31 известный изотоп, в диапазоне массового числа от 56 до 86. Только два изотопа являются стабильными и встречаются в природе: галлий-69 и галлий-71. Галлий-69 более распространен: он составляет около 60,1% природного галлия, а галлий-71 составляет оставшиеся 39,9%. Все остальные изотопы радиоактивны, причем галлий-67 является самым долгоживущим (период полураспада 3,261 дня). Изотопы легче галлия-69 обычно распадаются через бета плюс распад (эмиссия позитронов) или захват электронов до изотопов цинка, хотя самые легкие (с массовыми числами 56-59) распадаются из-за быстрого испускания протона. Изотопы тяжелее галлия-71 распадаются посредством бета минус распад (электронная эмиссия), возможно, с задержанным нейтронным излучением, до изотопов германия, в то время как галлий-70 может распад через бета-минус распад и электронный захват. Галлий-67 уникален среди легких изотопов тем, что в нем в качестве режима распада используется только захват электронов, поскольку его энергии распада недостаточно для излучения позитронов. Галлий-67 и галлий-68 (период полураспада 67,7 мин) используются в ядерной медицине.
Галлий находится в основном в степени окисления +3 . Степень окисления +1 также присутствует в некоторых соединениях, хотя она встречается реже, чем для более тяжелых конгенеров галлия - индия и таллия. Например, очень стабильный GaCl 2 содержит как галлий (I), так и галлий (III), и его можно составить как GaGaCl 4 ; напротив, монохлорид нестабилен при температуре выше 0 ° C, диспропорционируя на элементарный галлий и хлорид галлия (III). Соединения, содержащие связи Ga – Ga, представляют собой настоящие соединения галлия (II), такие как GaS (который может быть сформулирован как Ga 2 (S) 2) и диоксан комплекс Ga 2Cl4(C4H8O2)2.
Сильные кислоты растворяют галлий, образуя соли галлия (III), такие как (сульфат галлия) и Ga (NO. 3). 3 (нитрат галлия) Водные растворы солей галлия (III) содержат гидратированный ион галлия, [Ga (H. 2O). 6]..гидроксид галлия (III), Ga (OH). 3, может осаждаться из растворов галлия (III) путем добавления аммиака. Дегидратация Ga (OH). 3при 100 ° C дает гидроксид галлия, GaO (OH).
Щелочной гидроксид растворы растворяют галлий, образуя соли галлата (не путать с одноименными солями галловой кислоты ), содержащие анион Ga (OH). 4. Гидроксид галлия, который является амфотерным, также растворяется в щелочи с образованием галлатных солей.Хотя более ранние работы предполагали, что Ga (OH). 6является еще одним возможным галлат-анионом, он не был обнаружен в la
Галлий реагирует с халькогенами только при относительно высоких температурах. При комнатной температуре металлический галлий не реагирует с воздухом и водой, поскольку он образует пассивный, защитный оксидный слой. Однако при более высоких температурах он реагирует с атмосферным кислородом с образованием оксида галлия (III), Ga. 2O. 3. Восстановление Ga. 2O. 3элементарным галлием в вакууме при температуре от 500 ° C до 700 ° C дает темно-коричневый оксид галлия (I), Ga. 2O. Ga. 2O представляет собой очень сильный восстановитель , способный восстанавливать H. 2SO. 4 до H. 2S. Он диспропорционирует при 800 ° C обратно в галлий и Ga. 2O. 3.
сульфид галлия (III), Ga. 2S. 3, имеет 3 возможные кристаллические модификации. Его можно получить реакцией галлия с сероводородом (H. 2S) при 950 ° C. В качестве альтернативы можно использовать Ga (OH). 3при 747 ° C:
Реакция смеси карбонаты щелочных металлов и Ga. 2O. 3с H. 2S приводят к образованию тиогаллатов, содержащих анион [Ga. 2S. 4].. Сильные кислоты разлагают эти соли, высвобождая при этом H 948 S. Соль ртути, HgGa. 2S. 4, может использоваться в качестве люминофора.
. Галлий также образует сульфиды в более низких степенях окисления, такие как сульфид галлия (II) и зеленый, последний из который получают из первого путем нагревания до 1000 ° С в потоке азота.
Другие бинарные халькогениды, Ga. 2Se. 3и Ga. 2Te. 3, имеют структуру цинковой обманки. Все они полупроводники, но легко гидролизуются и имеют ограниченное применение.
Пластины из нитрида галлия (слева) и арсенида галлия (справа) Галлий реагирует с аммиаком при 1050 ° C с образованием нитрида галлия, GaN. Галлий также образует бинарные соединения с фосфором, мышьяком и сурьмой : фосфид галлия (GaP), арсенид галлия (GaAs) и антимонид галлия (GaSb). Эти соединения имеют ту же структуру, что и ZnS, и обладают важными полупроводниковыми свойствами. GaP, GaAs и GaSb можно синтезировать путем прямой реакции галлия с элементарным фосфором, мышьяком или сурьмой. Они обладают более высокой электропроводностью, чем GaN. GaP также может быть синтезирован путем взаимодействия Ga. 2O с фосфором при низких температурах.
Галлий образует тройные нитриды ; например:
Возможны аналогичные соединения с фосфором и мышьяком: Li. 3GaP. 2и Li. 3GaAs. 2. Эти соединения легко гидролизуются разбавленными кислотами и водой.
Оксид галлия (III) реагирует с фторирующими агентами, такими как HF или F. 2 с образованием фторида галлия (III), GaF. 3. Это ионное соединение, которое не растворяется в воде. Однако он растворяется в плавиковой кислоте, в которой он образует аддукт с водой, GaF. 3· 3H. 2O. При попытке дегидратировать этот аддукт образуется GaF. 2OH · nH. 2O. Аддукт реагирует с аммиаком с образованием GaF. 3· 3NH. 3, который затем может быть нагрет до безводного GaF. 3.
Трихлорид галлия образуется в результате реакции металлического галлия с хлором газ. В отличие от трифторида, хлорид галлия (III) существует в виде димерных молекул Ga. 2Cl. 6с температурой плавления 78 ° C. Эквивалентные соединения образуются с бромом и йодом, Ga. 2Br. 6 и Ga. 2I. 6.
. Как и другие тригалогениды группы 13, галогениды галлия (III) представляют собой кислоты Льюиса, реагирующие как акцепторы галогенидов с галогенидами щелочных металлов с образованием солей, содержащих Анионы GaX. 4, где X - галоген. Они также реагируют с алкилгалогенидами с образованием карбокатионов и GaX. 4.
При нагревании до высокой температуры галогениды галлия (III) реагируют с элементарным галлием с образованием соответствующего галлия (I). галогениды. Например, GaCl. 3реагирует с Ga с образованием GaCl:
При более низких температурах равновесие смещается влево, и GaCl снова диспропорционирует до элементарного галлия. и GaCl. 3. GaCl также можно получить реакцией Ga с HCl при 950 ° C; продукт может конденсироваться в виде красного твердого вещества.
Соединения галлия (I) могут быть стабилизированы путем образования аддуктов с кислотами Льюиса. Например:
Так называемые «галогениды галлия (II)», GaX. 2, на самом деле являются аддуктами галогенидов галлия (I) с соответствующие галогениды галлия (III), имеющие структуру Ga. [GaX. 4].. Например:
Как и алюминий, галлий также образует гидрид, GaH. 3, известный как галлан, который может быть получен реакцией галланата лития (LiGaH. 4) с хлоридом галлия (III) при -30 ° C:
В присутствии диметилового эфира в качестве растворителя GaH. 3полимеризуется до (GaH. 3). n. Если растворитель отсутствует Используемый димер Ga. 2H. 6(дигаллан ) образуется в виде газа. Его структура аналогична диборану, имея два атома водорода, соединяющих два центра галлия, в отличие от α- AlH. 3, в котором алюминий имеет координационное число 6.
Галлан нестабильно при температуре выше -10 ° C, разлагается на элементарный галлий и водород.
Галлийорганические соединения обладают такой же реакционной способностью, что и органические соединения индия, менее реакционноспособны, чем алюминийорганические соединения, но более активны, чем органические соединения галлия. Алкилгаллий мономерный. Кислотность Льюиса уменьшается в порядке Al>Ga>In, и в результате галлийорганические соединения не образуют мостиковых димеров, как это делают алюминийорганические соединения. Галлийорганические соединения также менее реакционны, чем алюминийорганические соединения. Они действительно образуют стабильные пероксиды. Эти алкилгаллии являются жидкими при комнатной температуре, имеют низкие температуры плавления, довольно подвижны и легковоспламеняемы. Трифенилгаллий является мономером в растворе, но его кристаллы образуют цепочечные структуры из-за слабых межмолекулярных взаимодействий Ga ··· C.
Трихлорид галлия является обычным исходным реагентом для образования галлийорганических соединений, таких как карбогаллирование реакции. Трихлорид галлия реагирует с циклопентадиенидом лития в диэтиловом эфире с образованием тригонального плоского циклопентадиенильного комплекса галлия GaCp 3. Галлий (I) образует комплексы с лигандами арена, такими как гексаметилбензол. Поскольку этот лиганд является довольно объемным, структура [Ga (η-C 6Me6)] является структурой полусэндвича . Менее объемные лиганды, такие как мезитилен, позволяют прикрепить два лиганда к центральному атому галлия в изогнутой сэндвич-структуре. Бензол еще менее объемный и допускает образование димеров: например, [Ga (η-C 6H6)2] [GaCl 4 ] · 3C 6H6.
Play media Сливающиеся вместе маленькие капельки галлия В 1871 году существование галлия было впервые предсказано русским химиком Дмитрием Менделеевым, который назвал его «эка-алюминий » из его положение в своей периодической таблице. Он также предсказал несколько свойств эка-алюминия, которые близко соответствуют реальным свойствам галлия, такие как его плотность, точка плавления, оксидный характер и связь в хлориде.
| Свойство | предсказания Менделеева | Фактические свойства |
|---|---|---|
| Атомный вес | ~ 68 | 69,723 |
| Плотность | 5,9 г / см | 5,904 г / см |
| Температура плавления | Низкая | 29,767 ° C |
| Формула оксида | M2O3 | Ga2O3 |
| Плотность оксида | 5,5 г / см | 5,88 г / см |
| Природа жидкости оксид | амфотерный | амфотерный |
Менделеев далее предсказал, что эка-алюминий будет обнаружен с помощью спектроскопа, и что металлический эка-алюминий будет медленно растворяться в кислоты и щелочи и не вступают в реакцию с воздухом. Он также предсказал, что M 2O3будет растворяться в кислотах с образованием солей MX 3, что соли экаалюминия будут образовывать основные соли, что сульфат экаалюминия должен образовывать квасцы, и что безводный MCl 3 должен иметь большую летучесть, чем ZnCl 2 : все эти прогнозы подтвердились.
Галлий был обнаружен с помощью спектроскопии французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном в 1875 году по его характеристическому спектру (две фиолетовые линии) в образце сфалерита. Позже в том же году Lecoq получил свободный металл путем электролиза гидроксида в растворе гидроксида калия.
Он назвал элемент «галлий», от латинского Галлия, что означает Галлия, в честь его родины, Франции. Позже утверждалось, что в одной из тех многоязычных каламбур, столь любимых людьми науки в 19 веке, он также назвал галлий в честь себя: «Le coq» по-французски означает «петух. ", а на латыни слово" петух "-" галл ". В статье 1877 года Лекок опроверг эту гипотезу.
Первоначально де Буабодран определил плотность галлия как 4,7 г / см - единственное свойство, которое не соответствовало предсказаниям Менделеева; Затем Менделеев написал ему и предложил заново измерить плотность, и де Буабодран затем получил правильное значение 5,9 г / см, которое точно предсказал Менделеев.
От его открытия в 1875 году до эпохи полупроводников., основным применением галлия была высокотемпературная термометрия и металлические сплавы с необычными свойствами стабильности или легкости плавления (некоторые из них были жидкими при комнатной температуре). Разработка арсенида галлия как полупроводника с прямой запрещенной зоной в 1960-х годах положила начало важнейшему этапу в применении галлия.
Галлий не существует в качестве свободного элемента в земной коре, а некоторые минералы с высоким содержанием, такие как галлит (CuGaS 2), слишком редки, чтобы служить в качестве основного источника. Содержание в земной коре составляет приблизительно 16,9 частей на миллион. Это сопоставимо с содержанием в коре свинца, кобальта и ниобия. Однако, в отличие от этих элементов, галлий не образует собственных рудных месторождений с концентрациями>0,1 мас.% В руде. Скорее это происходит при следовых концентрациях, аналогичных величине корки в цинковых рудах, и при несколько более высоких значениях (~ 50 ppm) в алюминиевых рудах, из которых он извлекается как побочный продукт. Такое отсутствие независимых месторождений связано с геохимическим поведением галлия, которое свидетельствует об отсутствии сильного обогащения в процессах, связанных с образованием большинства рудных месторождений.
По оценкам Геологической службы США (USGS), более 1 миллиона тонн галлия содержится в известных запасах бокситовых и цинковых руд. Некоторые виды угольной дымовой пыли содержат небольшие количества галлия, обычно менее 1% по весу. Однако эти количества не могут быть извлечены без добычи основных материалов (см. Ниже). Таким образом, доступность галлия в основном определяется скоростью добычи бокситов, цинковых руд (и угля).
Галлий 99,9999% (6N) в вакуумной ампуле Галлий производится исключительно как побочный продукт при переработке руд других металлов. Его основным исходным материалом является боксит, основная руда алюминия, но небольшие количества также извлекаются из сульфидных цинковых руд (сфалерит является основным вмещающим минералом). В прошлом важным источником были определенные угли.
Во время переработки боксита в оксид алюминия в процессе Байера галлий накапливается в щелоке гидроксида натрия. Из него его можно извлечь разными способами. Самым последним из них является использование ионообменной смолы. Достижимая эффективность извлечения критически зависит от исходной концентрации в исходном боксите. При типичной концентрации исходного материала 50 частей на миллион извлекается около 15% содержащегося галлия. Остальное относится к потокам красного шлама и гидроксида алюминия. Галлий удаляется из ионообменной смолы в растворе. Затем электролиз дает металлический галлий. Для использования полупроводника его дополнительно очищают с помощью зонной плавки или экстракции монокристалла из расплава (процесс Чохральского ). Чистота 99,9999% обычно достигается и имеется в продаже.
Бокситовый рудник на Ямайке (1984) Его статус побочного продукта означает, что производство галлия ограничено количеством бокситов, сульфидных цинковых руд (и уголь) добывается в год. Следовательно, его доступность необходимо обсуждать с точки зрения потенциала предложения. Потенциал предложения побочного продукта определяется как количество, которое экономически извлекается из основных материалов в год при текущих рыночных условиях (т. Е. Технологиях и цене). Запасы и ресурсы не относятся к побочным продуктам, так как они не могут быть извлечены независимо от основных продуктов. По последним оценкам, потенциал предложения галлия составляет минимум 2100 т / год из бокситов, 85 т / год из сульфидных цинковых руд и, возможно, 590 т / год из угля. Эти цифры значительно превышают текущее производство (375 т в 2016 году). Таким образом, в будущем можно будет значительно увеличить производство побочного продукта галлия без значительного увеличения производственных затрат или цены. Средняя цена на низкосортный галлий составляла 120 долларов за килограмм в 2016 году и 135–140 долларов за килограмм в 2017 году.
В 2017 году мировое производство низкосортного галлия составляло ок. 315 тонн, что на 15% больше, чем в 2016 году. Китай, Япония, Южная Корея, Россия и Украина были ведущими производителями, в то время как Германия прекратила первичное производство галлия в 2016 году. Выход высокочистого галлия составил ок. 180 тонн, в основном из Китая, Японии, Словакии, Великобритании и США. Годовая производственная мощность в мире в 2017 году оценивалась в 730 тонн низкосортного и 320 тонн очищенного галлия.
Китай произвел ок. 250 тонн низкосортного галлия в 2016 г. и ок. 300 тонн в 2017 году. На его долю также приходилось более половины мирового производства светодиодов.
Применение полупроводников доминирует в коммерческом спросе на галлий, составляя 98% от общего объема. Следующее крупное применение - гадолиний-галлий-гранаты.
Синие светодиоды на основе галлия Галлий чрезвычайно высокой чистоты (>99,9999%) коммерчески доступен для обслуживания полупроводниковой промышленности. Арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), используемые в электронных компонентах, составляли около 98% потребления галлия в Соединенных Штатах в 2007 году. Используется около 66% полупроводникового галлия. в США в интегральных схемах (в основном арсенид галлия), таких как производство сверхбыстрых логических микросхем и MESFET для малошумящих СВЧ-предусилителей в сотовых телефонах. Около 20% этого галлия используется в оптоэлектронике.
Во всем мире арсенид галлия составляет 95% годового потребления галлия в мире. В 2016 году он составил 7,5 млрд долларов, из которых 53% приходятся на сотовые телефоны, 27% - на беспроводную связь, а остальное - на автомобильные, бытовые, волоконно-оптические и военные приложения. Недавнее увеличение потребления GaAs в основном связано с появлением 3G и 4G смартфонов, которые используют в 10 раз больше GaAs, чем старые модели.
Арсенид галлия и нитрид галлия его также можно найти в различных оптоэлектронных устройствах, рыночная доля которых составила 15,3 миллиарда долларов в 2015 году и 18,5 миллиарда долларов в 2016 году. Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) используется в мощных инфракрасных лазерных диодах. Полупроводники нитрид галлия и нитрид индия-галлия используются в синих и фиолетовых оптоэлектронных устройствах, в основном в лазерных диодах и светоизлучающих диодах. Например, диодные лазеры на нитриде галлия с длиной волны 405 нм используются в качестве источника фиолетового света для дисководов компакт-дисков с высокой плотностью Blu-ray Disc.
Другим основным применением нитрида галлия является кабельное телевидение. передача, коммерческая беспроводная инфраструктура, силовая электроника и спутники. Рынок только радиочастотных устройств на основе GaN оценивался в 370 миллионов долларов в 2016 году и 420 миллионов долларов в 2016 году.
Многопереходные фотоэлектрические элементы, разработанные для спутниковых энергетических приложений, производятся молекулярно- лучевая эпитаксия или металлоорганическая парофазная эпитаксия тонких пленок арсенида галлия, фосфида индия-галлия или арсенида индия-галлия. Марсоход Mars Exploration Rovers и несколько спутников используют арсенид галлия с тройным переходом на германиевые ячейки. Галлий также входит в состав фотоэлектрических соединений (таких как сульфид меди, индия, галлия, селена, Cu (In, Ga) (Se, S). 2), используемых в солнечных панелях в качестве экономичной альтернативы кристаллический кремний.
Галинстан из разбитого термометра, легко смачивающий кусок обычного стекла 
Благодаря низкой температуре плавления галлий и его сплавы могут иметь различные трехмерные формы с использованием 3D-печать и аддитивное производство Галлий легко сплавляется с большинством металлов и используется в качестве ингредиента в легкоплавких сплавах. Почти эвтектический сплав галлия, индия и олова представляет собой жидкость комнатной температуры, используемую в медицинских термометрах. Этот сплав с торговым наименованием Галинстан (где «-stan» относится к олову, олово на латыни), имеет низкую температуру замерзания -19 ° C (-2,2 ° F). Было высказано предположение, что это семейство сплавов может также использоваться для охлаждения компьютерных микросхем вместо воды и часто используется в качестве замены термопасты в высокопроизводительных вычислениях. Сплавы галлия были оценены как заменители ртути зубные амальгамы, но эти материалы еще не получили широкого распространения.
Поскольку галлий смачивает стекло или фарфор, галлий можно использовать для создания блестящих зеркал. Если смачивающее действие сплавов галлия нежелательно (как в стеклянных термометрах Галинстан ), стекло необходимо защитить прозрачным слоем оксида галлия (III).
плутоний, используемый в ямах ядерного оружия, стабилизирован в δ-фазе и становится пригодным для механической обработки посредством легирования галлием.
Хотя галлий не имеет естественной функции в биологии, ионы галлия взаимодействуют с процессами в организме аналогично железу (III). Поскольку эти процессы включают воспаление, маркер многих болезненных состояний, несколько солей галлия используются (или находятся в разработке) в качестве фармацевтических препаратов и радиофармацевтических препаратов в медицине. Интерес к противораковым свойствам галлия возник, когда было обнаружено, что цитрат Ga (III), вводимый животным с опухолями, локализован в местах опухоли. Клинические испытания показали, что нитрат галлия обладает противоопухолевой активностью в отношении неходжкинской лимфомы и уротелиального рака. Появилось новое поколение комплексов галлий-лиганд, таких как трис (8-хинолинолато) галлий (III) (KP46) и мальтолат галлия. Нитрат галлия (торговая марка Ganite) использовался в качестве внутривенного фармацевтического средства подходит для лечения гиперкальциемии, связанной с опухолью метастазами в кости. Считается, что галлий нарушает функцию остеокластов, и терапия может быть эффективной, если другие методы лечения не дали результата. Мальтолат галлия, пероральная, хорошо усваиваемая форма иона галлия (III), является Антипролиферативный по отношению к патологически пролиферирующим клеткам, особенно раковым клеткам и некоторым бактериям, которые принимают его вместо трехвалентного железа (Fe). Исследователи проводят клинические и доклинические испытания этого соединения в качестве потенциального средства лечения ряда онкологических, инфекционных и воспалительных заболеваний.
Когда ионы галлия ошибочно поглощаются бактериями, например, вместо железа (III), как Pseudomonas, ионы мешают дыханию, и бактерии погибают. Это происходит потому, что железо является окислительно-восстановительно-активным, что позволяет переносить электроны во время дыхания, в то время как галлий является окислительно-восстановительным неактивным.
Комплекс амин - фенол Ga (III) соединение MR045 избирательно токсично для паразитов, устойчивых к хлорохину, распространенному препарату против малярии. И комплекс Ga (III), и хлорохин действуют, ингибируя кристаллизацию гемозоина, продукта утилизации, образующегося в результате переваривания крови паразитами.
Галлий-67 соли, такие как цитрат галлия и нитрат галлия, используются в качестве радиофармацевтических агентов в ядерной медицине визуализации. известное как сканирование галлия. Используется радиоактивный изотоп Ga, и соединение или соль галлия не имеет значения. Организм обрабатывает Ga разными способами, как если бы это было Fe, и ион связывается (и концентрируется) в областях воспаления, таких как инфекция, и в областях быстрого деления клеток. Это позволяет визуализировать такие участки с помощью методов ядерного сканирования.
Галлий-68, эмиттер позитронов с периодом полураспада 68 минут, теперь используется в качестве диагностического радионуклида в ПЭТ-КТ, когда он связан с фармацевтическими препаратами такие как DOTATOC, аналог соматостатина, используемый для исследования нейроэндокринных опухолей, и DOTA-TATE, более новый, используемый для нейроэндокринной метастаз и нейроэндокринный рак легкого, например некоторые типы. Фармацевтический препарат галлия-68 является химическим, и радионуклид экстрагируется элюированием из германия-68, синтетического радиоизотопа из германия, в генераторы галлия-68.
Галлий используется для обнаружения нейтрино. Возможно, самое большое количество чистого галлия, когда-либо собранное в одном месте, - это галлий-германиевый нейтринный телескоп, который использовался в эксперименте SAGE в Баксанской нейтринной обсерватории в России. Этот детектор содержит 55–57 тонн (~ 9 кубических метров) жидкого галлия. Другим экспериментом был нейтринный детектор GALLEX, который работал в начале 1990-х годов в итальянском горном туннеле. Детектор содержал 12,2 тонны обводненного галлия-71. Солнечные нейтрино привели к тому, что несколько атомов Ga стали радиоактивными Ge, которые были обнаружены. Этот эксперимент показал, что поток солнечных нейтрино на 40% меньше, чем предсказывала теория. Этот дефицит не был объяснен до тех пор, пока не были построены более совершенные детекторы солнечных нейтрино и теории (см. SNO ).
Галлий также используется в качестве источника жидких металлов для сфокусированного ионного пучка. Например, сфокусированный пучок ионов галлия был использован для создания самой маленькой в мире книги Teeny Ted from Turnip Town. Еще одним применением галлия является добавка воска для скольжения для лыж и других материалов с низким коэффициентом трения. материалы поверхности.
Хорошо известная розыгрыш среди химиков состоит в том, чтобы изготовить ложки из галлия и использовать их для подачи чая ничего не подозревающим гостям, поскольку галлий имеет внешний вид, похожий на его более легкий гомолог алюминия. Затем ложки тают в горячем чае.
| Опасности | |
|---|---|
| Пиктограммы GHS |  |
| Сигнальное слово GHS | Опасно |
| Предупреждения об опасности GHS | H290, H318 |
| Меры предосторожности GHS | P280, P305, P351, P338, P310 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  0 1 0 |
Металлический галлий не токсичен. Однако воздействие комплексов галогенида галлия может вызвать острую токсичность. Ион Ga растворимых солей галлия имеет тенденцию к образованию нерастворимого гидроксида при введении в больших дозах; осаждение этого гидроксида приводило к нефротоксичности у животных. В более низких дозах растворимый галлий хорошо переносится и не накапливается как яд, а выводится в основном с мочой. Выведение галлия происходит в две фазы: первая фаза имеет биологический период полураспада , равный 1 часу, а вторая фаза имеет биологический период полураспада 25 часов.
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с Галлием. |
 | Викиисточником есть текст из Британской энциклопедии 1911 года статьи Галлий. |
Категория: Галлий.