Галлий

Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Га́ллий (химический символ — Ga, от Шаблон:Lang-la) — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы, IIIA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 31.

Простое вещество галлий — это мягкий хрупкий металл серебристо-белого (по другим данным светло-серого) цвета с синеватым оттенком.

История

Существование галлия было научно предсказано Д. И. Менделеевым. При создании периодической системы химических элементов в 1869 г. он, основываясь на открытом им Периодическом законе, оставил вакантные места в третьей группе для неизвестных элементов — аналогов алюминия и кремния (экаалюминий и экасилиций). Менделеев, основываясь на свойствах соседних, хорошо изученных элементов, достаточно точно описал не только важнейшие физические и химические свойства, но и метод открытия — спектроскопию. В частности, в статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, опубликованной в «Журнале Русского химического общества», Менделеев указал, что атомный вес экаалюминия близок к 68, удельный вес около 6 г/см³.

Свойства экаалюминия (ожидаемые) и галлия

Свойство	Экаалюминий	Галлий
Атомная масса	~68	69.723
Удельный вес	5.9 г/см3	5.904 г/см3
Температура плавления	Низкая	29.767 °C
Формула оксида	M2O3	Ga2O3
Плотность оксида	5.5 г/см3	5.88 г/см3
Гидроксид	амфотерный	амфотерный

Вскоре галлий был открыт, выделен в виде простого вещества и изучен французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. 20 сентября 1875 года. На заседании Парижской академии наук было зачитано письмо Лекока де Буабодрана об открытии нового элемента и изучении его свойств. В письме сообщалось, что 27 августа 1875 года между 3 и 4 часами вечера он обнаружил признаки нового простого тела в образце цинковой обманки, привезённом из рудника Пьерфитт в долине Аржелес (Пиренеи). Так, исследуя спектр образца, Лекок де Буабодран выявил две новые фиолетовые линии, соответствующие длинам волн 404 и 417 нм и свидетельствующие о присутствии в минерале неизвестного элемента. В этом же письме он предложил назвать новый элемент Gallium. Выделение элемента было сопряжено с немалыми трудностями, поскольку содержание нового элемента в руде было меньше 0,2 %. В итоге Лекоку де Буабодрану удалось получить новый элемент в количестве менее 0,1 г и исследовать его. По свойствам новый элемент оказался сходен с цинком.

Бурный восторг вызвало сообщение о названии элемента в честь Франции, по её римскому наименованию. Менделеев, узнав об открытии из опубликованного доклада, обнаружил, что описание нового элемента почти в точности совпадает с описанием предсказанного им ранее экаалюминия. Об этом он отправил письмо Лекоку де Буабодрану, указав, что плотность нового металла определена неверно и должна быть 5,9—6,0, а не 4,7 г/см³. Тщательная проверка показала правоту Менделеева, а сам Лекок де Буабодран писал по этому поводу: Шаблон:Начало цитатыЯ думаю…, нет необходимости указывать на исключительное значение, которое имеет плотность нового элемента в отношении подтверждения теоретических взглядов МенделееваШаблон:Конец цитаты

Открытие галлия и последовавшие вскоре открытия германия и скандия укрепило позиции Периодического закона, ярко продемонстрировав его прогностический потенциал. Менделеев называл Лекока де Буабодрана одним из «укрепителей периодического закона».

Происхождение названия

Поль Эмиль Лекок де Буабодран назвал элемент в честь своей родины Франции, по её латинскому названию — Галлия (Шаблон:Lang).

Существует недокументированная легенда, что в названии элемента его первооткрыватель неявно увековечил и свою фамилию (Шаблон:Lang). Латинское название элемента (Шаблон:Lang) созвучно Шаблон:Lang — «петух» (лат.). Примечательно, что именно петух Шаблон:Lang (франц.) является символом Франции.

Нахождение в природе

Среднее содержание галлия в земной коре — 19 г/т. Галлий — типичный рассеянный элемент, обладающий двойной геохимической природой. Ввиду близости его кристаллохимических свойств с главными породообразующими элементами (Al, Fe и др.) и широкой возможности изоморфизма с ними галлий не образует больших скоплений, несмотря на значительную величину кларка. Выделяются следующие минералы с повышенным содержанием галлия: сфалерит (0—0,1 %), магнетит (0—0,003 %), касситерит (0—0,005 %), гранат (0—0,003 %), берилл (0—0,003 %), турмалин (0—0,01 %), сподумен (0,001—0,07 %), флогопит (0,001—0,005 %), биотит (0—0,1 %), мусковит (0—0,01 %), серицит (0—0,005 %), лепидолит (0,001—0,03 %), хлорит (0—0,001 %), полевые шпаты (0—0,01 %), нефелин (0—0,1 %), гекманит (0,01—0,07 %), натролит (0—0,1 %). Концентрация галлия в морской воде 3Шаблон:E мг/л.

Месторождения

Месторождения галлия известны в Юго-Западной Африке, России, странах СНГ.

Физические свойства

Кристаллы галлия

Металлический галлий

Кристаллический галлий имеет несколько полиморфных модификаций, однако термодинамически устойчивой является только одна (I), имеющая орторомбическую (псевдотетрагональную) решётку с параметрами Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr. Другие модификации галлия (Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math, Шаблон:Math) кристаллизуются из переохлаждённого диспергированного металла и являются нестабильными. При повышенном давлении наблюдались ещё две полиморфные структуры галлия II и III, имеющие, соответственно, кубическую и тетрагональную решётки.

Плотность галлия в твёрдом состоянии при температуре 20 °C равна Шаблон:Nobr, жидкий галлий (Шаблон:Nobr) имеет плотность Шаблон:Nobr, то есть при затвердевании объём галлия увеличивается. Это свойство является весьма редким, его проявляют лишь немногие простые вещества и соединения (в частности, вода, кремний, германий, сурьма, висмут и плутоний). Кипит галлий при 2204 °CШаблон:Уточнить. Одной из особенностей галлия является широкий температурный интервал существования жидкого состояния (от 30 и до 2204 °C), при этом он имеет низкое давление пара при температурах до 1100—1200 °C. Удельная теплоёмкость твёрдого галлия в температурном интервале Шаблон:Nobr равна Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr), в жидком состоянии при Шаблон:Nobr удельная теплоёмкость равна Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr).

Удельное электрическое сопротивление в твёрдом и жидком состоянии равны, соответственно, 53,4Шаблон:E Ом·см (при Шаблон:Nobr) и 27,2Шаблон:E Ом·см (при Шаблон:Nobr). Вязкость жидкого галлия при разных температурах равна Шаблон:Nobr при Шаблон:Nobr и 0,578 сантипуаз при Шаблон:Nobr. Поверхностное натяжение, измеренное при 30 °C в атмосфере водорода, равно Шаблон:Nobr. Коэффициенты отражения для длин волн Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr составляют 75,6 % и 71,3 %, соответственно.

Энергии ионизации: Ga → Ga⁺ (первый электрон) 6,00 эВ, Ga⁺ → Ga²⁺ 20,510 эВ, Ga²⁺ → Ga³⁺ 30,66 эВ.

Изотопы

Шаблон:Main Природный галлий состоит из двух стабильных изотопов ⁶⁹Ga (изотопная распространённость Шаблон:Nobr) и ⁷¹Ga (Шаблон:Nobr). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов равно для них Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr, соответственно.

Помимо них, известны 29 искусственных радиоактивных изотопов галлия с массовыми числами от ⁵⁶Ga до ⁸⁶Ga и по крайней мере 3 изомерных состояний ядер. Наиболее долгоживущие радиоактивные изотопы галлия — это ⁶⁷Ga (период полураспада 3,26 суток) и ⁷²Ga (период полураспада 14,1 часов).

Химические свойства

Химические свойства галлия близки к свойствам алюминия, но реакции металлического галлия, как правило, идут гораздо медленнее из-за меньшей химической активности. Оксидная плёнка, образующаяся на поверхности металла на воздухе, предохраняет галлий от дальнейшего окисления.

Галлий медленно реагирует с горячей водой, вытесняя из неё водород и образуя гидроксид галлия(III):

На практике же данная реакция не происходит из-за быстрого окисления поверхности металла.

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

При реакции с перегретым паром (350 °C) образуется соединение GaOOH (гидрат оксида галлия или метагаллиевая кислота):

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{{}^{o}t}{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺𝖮𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Галлий взаимодействует с минеральными кислотами с выделением водорода и образованием солей:

На практике реакция происходит только с концентрированными минеральными кислотами и значительно ускоряется при нагревании.

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Продуктами реакции с щелочами и карбонатами калия и натрия являются гидроксогаллаты, содержащие ионы Ga(OH)₄⁻ и Ga(OH)₆³⁻ :

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺\mathsf{[}𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Галлий реагирует с галогенами: реакция с хлором и бромом идёт при комнатной температуре, с фтором — уже при −35 °C (около 20 °C — с воспламенением), взаимодействие с иодом начинается при нагревании.

При высоких температурах нагреванием в запаянной камере можно получить неустойчивые галогениды галлия(I) — GaCl, GaBr, GaI:

$\mathrm{𝟤}𝖦𝖺\mathsf{+}𝖦𝖺{𝖨}_{\mathrm{𝟥}}\stackrel{98^{o}C}{\to }\mathrm{𝟥}𝖦𝖺𝖨$

Галлий не взаимодействует с водородом, углеродом, азотом, кремнием и бором.

При высоких температурах галлий способен разрушать различные материалы и его действие сильнее расплава любого другого металла. Так, графит и вольфрам устойчивы к действию расплава галлия до 800 °C, алунд и оксид бериллия BeO — до 1000 °C, тантал, молибден и ниобий устойчивы до 400—450 °C.

С большинством металлов галлий образует галлиды, исключением являются висмут, а также металлы подгрупп цинка, скандия, титана. Один из галлидов V₃Ga имеет довольно высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние Шаблон:Nobr.

Галлий образует гидридогаллаты:

$\mathrm{𝟦}𝖫𝗂𝖧\mathsf{+}𝖦𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖫𝗂\mathsf{[}𝖦𝖺{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖫𝗂𝖢𝗅$

Устойчивость ионов падает в ряду BH₄⁻ → AlH₄⁻ → GaH₄⁻. Ион BH₄⁻ устойчив в водном растворе, AlH₄⁻ и GaH₄⁻ быстро гидролизуются:

$\mathsf{[}𝖦𝖺{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{]}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Галлийорганические соединения представлены алкильными (например, триметилгаллий) и арильными (например, трифенилгаллий) производными общей формулы GaR₃, а также их галогеналкильными и галогенарильными аналогами GaHal_{3−Шаблон:Math}R_{Шаблон:Math}. Галлийорганические соединения неустойчивы к воде и воздуху, однако реагируют не так бурно, как алюминийорганические соединения.

При растворении Ga(OH)₃ и Ga₂O₃ в кислотах образуются аквакомплексы [Ga(H₂O)₆]³⁺, поэтому из водных растворов соли галлия выделяются в виде кристаллогидратов, например, хлорид галлия GaCl₃·6H₂O, галлийкалиевые квасцы KGa(SO₄)₂·12H₂O. Аквакомплексы галлия в растворах бесцветны.

Вступает в реакцию с раствором дихромата калия и концентрированной серной кислотой (не ниже 50 %) в соотношении примерно 1:1. При достижении необходимой концентрации реагирующих веществ на поверхности галлия появляется явление поверхностного натяжения, от чего из-за постоянной смены количества полученных веществ капля жидкого металла приобретает способность к «пульсации». Данные расширения и сокращения напоминают работу сердца, от чего данный опыт получил название «Галлиевое Сердце». Данная реакция не имеет никакого практического значения для науки и является показательной для этого металла.

Недавно исследователи выяснили, что ковалентные связи, которые образует галлий, в которых атомы имеют общие электроны, исчезают при плавлении, но вновь возникают при более высоких температурах, что меняет представления о поведении галлия. Оказалось, что значительное увеличение энтропии при плавлении галлия освобождает атомы, что является ключевым моментом обоснования его низкой температуры плавления.

Получение

Для получения металлического галлия чаще используют редкий минерал галлит CuGaS₂ (смешанный сульфид меди и галлия). Его следы постоянно встречаются со сфалеритом, халькопиритом и германитом. Значительно бо́льшие его количества (до 1,5 %) были обнаружены в золе некоторых каменных углей. Однако основным источником получения галлия служат растворы глинозёмного производства при переработке боксита (обычно содержащие незначительные его примеси (до 0,1 %)) и нефелина. Галлий также можно получить с помощью переработки полиметаллических руд, угля. Извлекается он электролизом щелочных жидкостей, являющихся промежуточным продуктом переработки природных бокситов на технический глинозём. Концентрация галлия в щелочном алюминатном растворе после разложения в процессе Байера: Шаблон:Nobr, по способу спекания: Шаблон:Nobr. По этим способам галлий отделяют от большей части алюминия карбонизацией, концентрируя в последней фракции осадка. Затем обогащённый осадок обрабатывают известью, галлий переходит в раствор, откуда черновой металл выделяется электролизом. Загрязнённый галлий промывают водой, после этого фильтруют через пористые пластины и нагревают в вакууме для того, чтобы удалить летучие примеси. Для получения галлия высокой чистоты используют химический (реакции между солями), электрохимический (электролиз растворов) и физический (разложение) методы. В очень чистом виде (99,999 %) он был получен путём электролитического рафинирования, а также восстановлением водородом тщательно очищенного GaCl₃.

Галлий является побочным продуктом в производстве алюминия. В 2024 году в Сибирском федеральном университете (СФУ) был предложен метод получения галлия из отходов производства алюминия.

Добыча: мировое потребление галлия на 2023 год составит около 100 т галлия, на сумму около 432 млн долл. По оценкам, КНР обеспечивает до 98 % мирового производства галлия.

Основные соединения

• Ga₂H₆ — летучая жидкость, Шаблон:Math −21,4 °C, Шаблон:Math 139 °C. В эфирной суспензии с гидридом лития или гидридом таллия образует соединения LiGaH₄ и TlGaH₄ (тетрагидридогаллаты). Образуется в результате обработки тетраметилдигаллана триэтиламином. Имеются банановые связи, как и в диборане.
• Ga₂O₃ — белый или жёлтый порошок, Шаблон:Math 1795 °C. Существует в виде двух модификаций: Шаблон:Math-Ga₂О₃ — бесцветные тригональные кристаллы с плотностью 6,48 г/см³, малорастворимые в воде, растворимые в кислотах; Шаблон:Math-Ga₂О₃ — бесцветные моноклинные кристаллы c плотностью 5,88 г/см³, малорастворимые в воде, кислотах и щелочах. Получают нагреванием металлического галлия на воздухе при 260 °C или в атмосфере кислорода, или прокаливанием нитрата или сульфата галлия. Шаблон:Math −1089,10 кДж/моль; Шаблон:Math −998,24 кДж/моль; Шаблон:Math 84,98 Дж/моль·K. Проявляют амфотерные свойства, хотя осно́вные свойства, по сравнению с алюминием, усилены:

$𝖦{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖦𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

$𝖦{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺\mathsf{[}𝖦𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}$

$𝖦{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖦𝖺{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

• Ga(OH)₃ — выпадает в виде желеобразного осадка при обработке растворов солей трёхвалентного галлия гидроксидами и карбонатами щелочных металлов (pH 9,7). Растворяется в концентрированном аммиаке и концентрированном растворе карбоната аммония, при кипячении осаждается. Нагреванием гидроксид галлия можно перевести в GaOOH, затем в Ga₂O₃·H₂O, и, наконец, в Ga₂O₃. Можно получить гидролизом солей трёхвалентного галлия.
• GaF₃ — белый порошок с Шаблон:Math >950 °C, Шаблон:Math 1000 °C , плотностью 4,47 г/см³. Малорастворим в воде. Известен кристаллогидрат GaF₃·3Н₂O. Получают нагреванием оксида галлия в атмосфере фтора.
• GaCl₃ — бесцветные гигроскопичные кристаллы с Шаблон:Math 78 °C, Шаблон:Math 215 °C, плотностью 2,47 г/см³. Хорошо растворим в воде. В водных растворах гидролизуется. Применяется в качестве катализатора в органических синтезах. Безводный GaCl₃, подобно AlCl₃, дымит на влажном воздухеШаблон:Нет АИ.
• GaBr₃ — бесцветные гигроскопичные кристаллы с Шаблон:Math 122 °C, Шаблон:Math 279 °C, плотностью 3,69 г/см³. Растворяется в воде. В водных растворах гидролизуется. В аммиаке малорастворим. Получают непосредственно из элементов.
• GaI₃ — гигроскопичные светло-жёлтые иглы с Шаблон:Math 212 °C, Шаблон:Math 346 °C, плотностью 4,15 г/см³. Гидролизуется тёплой водой. Получают непосредственно из элементов.
• Ga₂S₃ — жёлтые кристаллы или белый аморфный порошок с Шаблон:Math 1250 °C и плотностью 3,65 г/см³. Взаимодействует с водой, при этом полностью гидролизуется. Получают взаимодействием галлия с серой или сероводородом.
• Ga₂(SO₄)₃·18H₂O — бесцветное, хорошо растворимое в воде вещество. Получается при взаимодействии галлия, его оксида и гидроксида с серной кислотой. С сульфатами щелочных металлов и аммония легко образует квасцы, например, KGa(SO₄)₂·12Н₂О.
• Ga(NO₃)₃·8H₂O — бесцветные, растворимые в воде и этаноле кристаллы. При нагревании разлагается с образованием оксида галлия(III). Получается действием азотной кислоты на гидроксид галлия.

Применение

Галлий до́рог, в 2005 году на мировом рынке тонна галлия стоила 1,2 млн долларов США. В связи с высокой ценой и с большой потребностью в этом металле очень важно наладить его полное извлечение при алюминиевом производстве и переработке каменных углей в жидкое топливо. Около 97 % мирового производства галлия идёт на различные полупроводниковые соединения.

Применение металлического галлия

Галлий имеет ряд сплавов, жидких при комнатной температуре (так называемых галлам), и один из его сплавов имеет температуру плавления −19 °C (галинстан, эвтектика In-Ga-Sn). Галламы применяются для замены токсичной ртути в качестве жидких затворов вакуумных аппаратов и диффузионных растворов, в качестве смазок при соединении кварцевых, стеклянных и керамических деталей. С другой стороны, галлий (сплавы в меньшей степени) весьма агрессивен к большинству конструкционных материалов (растрескивание и размывание сплавов при высокой температуре). Например, по отношению к алюминию и его сплавам галлий является мощным понизителем прочности, (см. адсорбционное понижение прочности, эффект Ребиндера). Это свойство галлия было продемонстрировано и детально изучено П. А. Ребиндером и Е. Д. Щукиным при контакте алюминия с галлием или его эвтектическими сплавами (жидкометаллическое охрупчивание). Кроме того, смачивание алюминия плёнкой жидкого галлия вызывает его стремительное окисление, подобно тому, как это происходит с алюминием, амальгамированным ртутью. Галлий растворяет при температуре плавления около 1 % алюминия, который достигает внешней поверхности плёнки, где мгновенно окисляется воздухом. Оксидная плёнка на жидкой поверхности неустойчива и не защищает от дальнейшего окисления.

Галлий и его эвтектический сплав с индием используется как теплоноситель в контурах реакторов.

Галлий может использоваться как смазочный материал и как покрытие зеркал специального назначения. На основе галлия и никеля, галлия и скандия созданы важные в практическом плане металлические клеи.

Металлическим галлием также заполняют кварцевые термометры (вместо ртути) для измерения высоких температур. Это связано с тем, что галлий имеет значительно более высокую температуру кипения по сравнению со ртутью.

Галлий-плутониевый сплав (с содержанием галлия порядка 3—3,5 ат.%) используется в плутониевых ядерных бомбах для стабилизации кристаллической структуры плутония в дельта-фазе в широком диапазоне температур. Кроме того, добавка галлия повышает коррозионную стойкость плутония и почти обнуляет его температурный коэффициент расширения; при этом, в отличие от алюминия, галлий имеет низкое сечение (α, n)-реакции. В частности, бомба «Толстяк», сброшенная на Нагасаки, содержала плутоний, стабилизированный галлием.

Из-за низкой температуры плавления слитки галлия рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается жидким галлием.

Применение галлия в полупроводниковой промышленности

Галлий входит в состав полупроводниковых материалов в виде бинарных соединений типа III—V, а также гетероструктур на их основе Шаблон:Кратное изображение Арсенид галлия GaAs активно используется в сверхвысокочастотной электронике для создания высокочастотных транзисторов, в особенности транзисторов с высокой подвижностью (HEMT) и микроволновых монолитных интегральных схем (MMIC) на их основе, а также в некоторых светодиодов, в том числе лазерных

Нитрид галлия GaN используется в создании полупроводниковых лазеров и светодиодов, ультрафиолетового и фиолетового излучения. На основе гетероструктуры, состоящей из нитрида галлия, в которой один слой легирован индием, InGaN, производятся высокоэффективные синие, фиолетовые и зелёные светодиоды. Кроме того, производятся белые светодиоды путём покрытия синих светодиодов люминофором, являющиеся эффективным источником света. Такие светодиоды широко используются для освещения.

Помимо оптоэлектроники, нитрид галлия так же используется в силовой электронике для создания мощных быстродействующих транзисторов, а также сверхвысокочатотных мощных HEMT-транзисторов в составе MMIC. Нитрид галлия обладает превосходными химическими и механическими свойствами, типичными для всех нитридных соединений.

Для светодиодов, полупроводниковых лазеров и других приложений оптоэлектроники и фотовольтаики используются и другие полупроводниковые соединения галлия типа A^IIIB^V: нитрид индия-галлия, арсенид индия-галлия, нитрид индия-галлия-алюминия, антимонид галлия, арсенид-фосфид галлия, арсенид-антимонид-фосфид индия-галлия, фосфид галлия, арсенид алюминия-галлия и многие другие.

Кроме соединений III—V, полупроводниковыми свойствами обладает оксид галлия(III), ведутся исследования по его применению в силовой и оптоэлектронике.

Другие применения соединений галлия

Оксид галлия входит в состав ряда важных лазерных материалов группы гранатов — ГСГГ (гадолиний-скандий-галлиевый гранат), ИСГГ (иттрий-скандий-галлиевый гранат) и др.

Лангасит (LGS, силикат лантана-галлия) используется как пьезоматериал.

Изотоп галлий-71, составляющий в природной смеси изотопов около 39,9 %, является материалом для регистрации нейтрино. Использование его в качестве детектора нейтрино способно повысить чувствительность регистрации в 2,5 раза.

В медицине

В медицине галлий используется для торможения потери костной массы у онкологических больных и для быстрой остановки кровотечения из глубоких ран, не вызывая образование тромбов. Также галлий является мощным антибактериальным средством и ускоряет заживление ран.

Биологическая роль

Не играет биологической роли.

Контакт кожи с галлием приводит к тому, что сверхмалые дисперсные частицы металла остаются на ней. Внешне это выглядит как серое пятно. При попытке убрать его размазывается ещё сильнее. Лучший способ убрать пятна с рук или поверхности — воспользоваться жидким мылом.

Галлий малотоксичен по одним сведениям, высокотоксичен — по другим. Клиническая картина отравления: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма. На этом фоне наблюдается паралич нижних конечностей, далее — кома, смерть. Ингаляционное воздействие галлий-содержащего аэрозоля в концентрации 50 мг/м³ вызывает у человека поражение почек, равно как и внутривенное введение 10—25 мг/кг солей галлия. Отмечается протеинурия, азотемия, нарушение клиренса мочевины.

Литература

• Шека И. А, Чаус И. С, Мнтюрева Т. Т. Галлий. К., 1963;
• Ерёмин Н. И. Галлий. М., 1964;
• Рустамов П. Г. Халькогениды галлия. Баку, 1967;
• Дымов А. М., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М., 1968;
• Иванова Р. В. Химия и технология галлия. М., 1973;
• Коган Б. И., Вершковская О. В., Славиковская И. М. Галлий. Геология, применение, экономика. М., 1973;
• Яценко С. П. Галлий. Взаимодействие с металлами. М., 1974;
• Процессы экстракции и сорбции в химической технологии галлия. Алма-Ата, 1985;
• Химия и технология редких и рассеянных элементов. Под ред. К. А. Большакова, 2 изд., т. 1, М., 1976, с. 223—244;
• Фёдоров П. И., Мохосоев М. В.. Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия. Новосиб., 1977.
• Шаблон:Книга

Ссылки

• Галлий на Webelements
• Галлий в Популярной библиотеке химических элементов Шаблон:Wayback
• Materials Horizons: обнаружены неизвестные свойства металла галлия // 28 июня 2024