galyum - Gallium

Galyum,  31 Ga
Galyum kristalleri.jpg
galyum
Telaffuz / æ l i ə m / ( GAL -ee-əm )
Dış görünüş gümüşi mavi
Standart atom ağırlığı A r, std (Ga) 69.723(1)
Periyodik tablodaki galyum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Al

Ga

In
çinkogalyumgermanyum
Atom numarası ( Z ) 31
Grup grup 13 (bor grubu)
Dönem 4. dönem
Engellemek   p-blok
Elektron konfigürasyonu [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 1
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 3
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP sağlam
Erime noktası 302.9146  K ​(29.7646 °C, ​85.5763 °F)
Kaynama noktası 2673 K ​(2400 °C, ​4352 °F)
Yoğunluk ( rt yakın  ) 5.91 g / cc 3.
sıvı olduğunda (  mp'de ) 6.095 g / cc 3.
Füzyon ısısı 5,59  kJ/mol
Buharlaşma ısısı 256 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi 25,86 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P  (Pa) 1 10 100 1 bin 10 bin 100 bin
de  T  (K) 1310 1448 1620 1838 2125 2518
atomik özellikler
oksidasyon durumları -5, −4, -3, -2, -1, +1, +2, +3amfoterik oksit)
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 1.81
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı ampirik: 135  pm
kovalent yarıçap 122±3 pm
Van der Waals yarıçapı 187 pm
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
Spektral hatları galyum
Diğer özellikler
Doğal oluşum ilkel
Kristal yapı ortorombiktir
Galyum için ortorombik kristal yapı
Ses hızı ince çubuk 2740 m/s (20 °C'de)
Termal Genleşme 18 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik 40,6 W/(m⋅K)
elektrik direnci 270 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralama diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık -21.6 x 10 -6  cm 3 / mol (290 K)
Gencin modülü 9.8 GPa
Poisson oranı 0.47
Mohs sertliği 1.5
Brinell sertliği 56.8–68.7 MPa
CAS numarası 7440-55-3
Tarih
adlandırma Gallia'dan sonra (Latince: Fransa), kaşifin anavatanı
Tahmin Dimitri Mendeleyev (1871)
Keşif ve ilk izolasyon Lecoq de Boisbaudran (1875)
Galyumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
66 Ga 9,5 saat β + 66 çinko
67 Ga 3,3 gün ε 67 çinko
68 Ga 1.2 saat β + 68 çinko
69 Ga %60.11 kararlı
70 Ga 21 dakika β - 70 Ge
ε 70 çinko
71 Ga %39.89 kararlı
72 Ga 14,1 sa β - 72 Ge
73 Ga 4,9 saat β - 73 Ge
Kategori Kategori: Galyum
| Referanslar

Galyum a, kimyasal element ile sembolü  Ga ve atom numarası  ile keşfedilen 31. Fransız kimyager Paul-Emile'e Lecoq de Boisbaudran 1875 yılında, Galyum olan grup 13 (periyodik tablonun ve grubun diğer metallere benzerlikler vardır , alüminyum , indiyum ve talyum ).

Element galyum yumuşak, gümüş olan bir metal de , standart sıcaklık ve basınçta . Sıvı halde gümüşi beyaz olur. Çok fazla kuvvet uygulanırsa galyum konkoidal olarak kırılabilir . 1875'teki keşfinden bu yana galyum, düşük erime noktalarına sahip alaşımların yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır . Ayrıca yarı iletkenlerde , yarı iletken alt tabakalarda bir katkı maddesi olarak kullanılır .

Galyumun erime noktası, sıcaklık referans noktası olarak kullanılır. Galyum alaşımları, termometrelerde cıvaya toksik olmayan ve çevre dostu bir alternatif olarak kullanılır ve cıvadan daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Galinstan alaşımı için suyun donma noktasının oldukça altında -19 °C (-2 °F) gibi daha düşük bir erime noktası olduğu iddia edilmektedir (%62–95 galyum, %5–22 indiyum ve % 0– ağırlıkça %16 kalay ), ancak bu aşırı soğutmanın etkisiyle donma noktası olabilir .

Galyum doğada serbest olarak ortaya değil, eser miktarda galyum (III) bileşikleri, çinko (örneğin cevherleri sfalerit ) ve boksit . Elemental galyum, 29.76 °C'den (85.57 °F) yüksek sıcaklıklarda bir sıvıdır ve 37.0 °C'lik (98.6 °F) normal insan vücut sıcaklığında bir kişinin ellerinde erir.

Galyum ağırlıklı olarak elektronikte kullanılır . Galyumun elektronikteki birincil kimyasal bileşiği olan galyum arsenit , mikrodalga devrelerinde, yüksek hızlı anahtarlama devrelerinde ve kızılötesi devrelerde kullanılır. Yarı iletken galyum nitrür ve indiyum galyum nitrür , mavi ve mor ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve diyot lazerler üretir . Galyum ayrıca mücevherat için yapay gadolinyum galyum granat üretiminde de kullanılır . Galyum, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Tıp Kütüphanesi ve Frontiers Media tarafından teknoloji açısından kritik bir unsur olarak kabul edilir .

Galyumun biyolojide bilinen bir doğal rolü yoktur. Galyum(III) , biyolojik sistemlerdeki demir tuzlarına benzer şekilde davranır ve farmasötikler ve radyofarmasötikler dahil olmak üzere bazı tıbbi uygulamalarda kullanılmıştır .

Fiziki ozellikleri

Galyumun eriyikten kristalleşmesi

Elementel galyum doğada bulunmaz, ancak eritilerek kolayca elde edilir . Çok saf galyum, cam gibi konkoidal olarak kırılan gümüşi mavi bir metaldir . Galyum sıvısı katılaştığında %3,10 oranında genişler; bu nedenle cam veya metal kaplarda saklanmamalıdır, çünkü galyum durumu değiştiğinde kap kırılabilir. Galyum, yüksek yoğunluklu sıvı halini su , silikon , germanyum , bizmut ve plütonyum içeren diğer malzemelerin kısa bir listesiyle paylaşır .

Galyum , metal kafese difüze olarak diğer metallerin çoğuna saldırır . Örneğin, içine nüfuz tanecik sınırları arasında alüminyum - çinko alaşımları ve çelik onları çok kırılgan hale. Birçok metal kolayca alaşımları galyum ve az miktarlarda kullanılan plütonyum-galyum alaşım plütonyum içinde çekirdeklerin bir nükleer bomba plütonyum kristal yapısını stabilize etmek için.

Erime noktası 302.9146 K (29.7646 ° C, 85,5763 ° F) galyum, oda sıcaklığının hemen üzerinde ve yaklaşık olarak yeryüzü orta enlemlerde ortalama yaz gündüz sıcaklığı gibi aynıdır. Bu erime noktası (mp), Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (BIPM) tarafından kurulan 1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeğindeki (ITS-90) resmi sıcaklık referans noktalarından biridir . Üçlü nokta galyum, 302.9166 K (29,7666 ° C, 85,5799 ° F), ABD tarafından kullanılan Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü , erime noktası tercih (NIST).

Galyumun erime noktası, insan elinde erimesine ve çıkarılırsa katılaşmasına izin verir. Sıvı metal, erime noktasının / donma noktasının altında aşırı soğumaya karşı güçlü bir eğilime sahiptir : Ga nanoparçacıkları sıvı halde 90 K'nin altında tutulabilir. Bir kristalle tohumlama , donmayı başlatmaya yardımcı olur. Galyum , normal oda sıcaklığında veya yakınında sıvı olduğu bilinen dört radyoaktif olmayan metalden ( sezyum , rubidyum ve cıva ile ) biridir. Dördünden galyum, ne yüksek oranda reaktif (rubidyum ve sezyum) ne de yüksek derecede toksik (cıva) olan ve bu nedenle cam içinde metal yüksek sıcaklık termometrelerinde kullanılabilen tek galyumdur . Aynı zamanda, bir metal için en geniş sıvı aralıklarından birine sahip olması ve (cıvadan farklı olarak) yüksek sıcaklıklarda düşük buhar basıncına sahip olmasıyla da dikkate değerdir . Galyumun kaynama noktası, 2673 K, herhangi bir elementin erime noktası ile kaynama noktası arasındaki en büyük oran olan mutlak ölçekte erime noktasından sekiz kat daha yüksektir . Cıvadan farklı olarak, sıvı galyum metali diğer birçok malzemeyle birlikte (kuvars, grafit ve Teflon hariç) camı ve cildi ıslatır , bu da büyük ölçüde daha az toksik olmasına ve çok daha az önlem gerektirmesine rağmen mekanik olarak işlenmesini zorlaştırır. Cam üzerine boyanmış galyum parlak bir aynadır. Bu nedenle, metal kontaminasyonu ve donma-genleşme problemlerinin yanı sıra, galyum metal numuneleri genellikle diğer kaplar içinde polietilen paketler içinde tedarik edilir.

Farklı kristal eksenleri için galyum özellikleri
Mülk a B C
α (~25 °C, μm/m) 16 11 31
ρ (29,7 °C, nΩ·m) 543 174 81
ρ (0 °C, nΩ·m) 480 154 71.6
ρ (77 K, nΩ·m) 101 30.8 14.3
ρ (4,2 K, pΩ·m) 13.8 6.8 1.6

Galyum basit kristal yapıların hiçbirinde kristalleşmez . Normal koşullar altında kararlı faz , geleneksel birim hücrede 8 atomlu ortorombiktir . Bir birim hücre içinde, her atomun yalnızca bir en yakın komşusu vardır (244 pm uzaklıkta  ). Kalan altı birim hücre komşusu 27, 30 ve 39 pm daha uzağa yerleştirilmiş ve aynı mesafeye sahip çiftler halinde gruplandırılmıştır. Birçok kararlı ve yarı kararlı faz, sıcaklık ve basıncın fonksiyonu olarak bulunur.

En yakın iki komşu arasındaki bağ kovalenttir ; dolayısıyla Ga 2 dimerleri kristalin temel yapı taşları olarak görülür. Bu, komşu elementler olan alüminyum ve indiyuma göre düşük erime noktasını açıklar. Bu yapı, dikkat çekici şekilde benzer olan iyot ve daha uzakta 4s elektron ve [Ar] 3d daha çekirdekten, çünkü galyum atomlu tek 4p elektron arasındaki etkileşimin oluşturabilir 10 çekirdek. Bu fenomen , oda sıcaklığında sıvı olan "sözde soy gaz" [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 elektron konfigürasyonu ile cıva ile tekrarlanır . 3d 10 elektronları dış elektronları çekirdekten çok iyi korumaz ve bu nedenle galyumun ilk iyonlaşma enerjisi alüminyumdan daha büyüktür. Ga 2 dimerler sıvı hal ve sıvı galyum sergileyen en likit metallerin tipik 11-12 değerleri ile karşılaştırıldığında, her galyum atomu 10 diğerleri tarafından çevrelenmiş olduğu bir kompleks düşük koordine bir yapı, içinde kalıcı olmamaktadır.

Galyumun fiziksel özellikleri oldukça anizotropiktir, yani üç ana kristalografik eksen a , b ve c boyunca farklı değerlere sahiptir (tabloya bakınız), lineer (a) ve hacimsel termal genleşme katsayıları arasında önemli bir fark oluşturur . Galyumun özellikleri, özellikle erime noktasına yakın, büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Örneğin, termal genleşme katsayısı, erime üzerine yüzde birkaç yüz artar.

izotoplar

Galyum, kütle numarası 56 ila 86 arasında değişen 31 bilinen izotopa sahiptir . Yalnızca iki izotop kararlıdır ve doğal olarak oluşur, galyum-69 ve galyum-71. Galyum-69 daha bol miktarda bulunur: doğal galyumun yaklaşık %60,1'ini oluştururken, galyum-71 kalan %39,9'unu oluşturur. Diğer tüm izotoplar radyoaktiftir, galyum-67 en uzun ömürlüdür (yarı ömür 3.261 gün). Galyum-69'dan daha hafif izotoplar genellikle beta artı bozunma (pozitron emisyonu) veya elektron yakalama yoluyla çinko izotoplarına bozunur , ancak en hafif birkaçı (56 ila 59 kütle numaralarıyla) hızlı proton emisyonu yoluyla bozunur . Galyum-71'den daha ağır izotoplar , muhtemelen gecikmiş nötron emisyonu ile beta eksi bozunması (elektron emisyonu) yoluyla germanyum izotoplarına bozunurken , galyum-70 hem beta eksi bozunması hem de elektron yakalama yoluyla bozunabilir. Galyum-67, bozunma enerjisi pozitron emisyonuna izin vermek için yeterli olmadığı için, bir bozunma modu olarak yalnızca elektron yakalamaya sahip olması bakımından ışık izotopları arasında benzersizdir. Galyum-67 ve galyum-68 (yarı ömür 67.7 dakika) nükleer tıpta kullanılır.

Kimyasal özellikler

Galyum öncelikle +3 oksidasyon durumunda bulunur . +1 oksidasyon durumu, bazı bileşiklerde de bulunur, ancak galyumun daha ağır türdeşleri indiyum ve talyum için olduğundan daha az yaygındır . Örneğin, çok stabil gacl 2 her iki galyum (I) ve galyum (III) 'içerir ve Ga olarak formüle edilebilir I Ga III Cl 4 ; aksine, monoklorür 0 °C'nin üzerinde kararsızdır ve elemental galyum ve galyum(III) klorüre orantısız hale gelir. Ga-Ga bağları içeren bileşikler, GaS (Ga 2 4+ (S 2− ) 2 olarak formüle edilebilir ) ve dioksan kompleksi Ga 2 Cl 4 (C 4 H 8 O 2 ) gibi gerçek galyum(II) bileşikleridir. 2 .

sulu kimya

Kuvvetli asitler galyumu çözerek Ga(NO ) gibi galyum(III) tuzları oluşturur.
3
)
3
(galyum nitrat). Galyum(III) tuzlarının sulu çözeltileri, hidratlanmış galyum iyonu, [Ga(H) içerir.
2
Ö)
6
]3+
. Galyum(III) hidroksit , Ga(OH)
3
, amonyak eklenerek galyum(III) çözeltilerinden çökeltilebilir . Dehidrasyon Ga(OH)
3
100 °C'de galyum oksit hidroksit, GaO(OH) üretir.

Alkali hidroksit çözeltileri galyumu çözerek Ga(OH) içeren galat tuzları oluşturur (aynı isimli gallik asit tuzları ile karıştırılmamalıdır ).-
4
anyon. Amfoterik olan galyum hidroksit de alkalide çözünür ve galat tuzları oluşturur. Daha önceki çalışmalar
Ga(OH) önermesine rağmen3−
6
başka bir olası gallat anyonu olarak, daha sonraki çalışmalarda bulunmadı.

Oksitler ve kalkojenitler

Galyum, kalkojenlerle yalnızca nispeten yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer . Oda sıcaklığında, galyum metali pasif , koruyucu bir oksit tabakası oluşturduğu için hava ve su ile reaktif değildir . Daha yüksek sıcaklıklarda, ancak, bu, atmosfer ile reaksiyona giren oksijen formu galyum (III) oksit , Ga
2
Ö
3
. azaltma Ga
2
Ö
3
500 °C ila 700 °C'de vakumda elemental galyum ile koyu kahverengi galyum(I) oksit verir , Ga
2
Ç
. ga
2
O
, H'yi indirgeyebilen çok güçlü bir indirgeyici ajandır .
2
BU YÜZDEN
4
için H
2
S
. 800 °C'de galyum ve
Ga ile orantısızdır.
2
Ö
3
.

Galyum(III) sülfür , Ga
2
S
3
, 3 olası kristal modifikasyonu vardır. Galyumun hidrojen sülfür ile reaksiyonu ile yapılabilir ( H
2
S
) 950 °C'de. Alternatif olarak, Ga(OH)
3
747 °C'de kullanılabilir:

2 Ga(OH)
3
+ 3 Saat
2
S
Ga
2
S
3
+ 6 Saat
2
Ö

Alkali metal karbonatlar ve Ga karışımının reaksiyona girmesi
2
Ö
3
ile H
2
S
,
[Ga içeren tiyogallatların oluşumuna yol açar.
2
S
4
]2–
anyon. Kuvvetli asitler bu tuzları parçalayarak
H'yi açığa çıkarır.
2
S
sürecinde. Cıva tuzu, HgGa
2
S
4
, fosfor olarak kullanılabilir .

Galyum ayrıca, galyum(II) sülfür ve yeşil galyum(I) sülfür gibi daha düşük oksidasyon durumlarında sülfürler oluşturur ; bunlardan ikincisi, bir nitrojen akımı altında 1000 °C'ye ısıtılarak birincisinden üretilir.

Diğer ikili kalkojenitler, Ga
2
Gör
3
ve Ga
2
Te
3
, çinkoblend yapısına sahiptir. Hepsi yarı iletkendir, ancak kolayca hidrolize edilirler ve sınırlı yararları vardır.

Nitrürler ve pirititler

Galyum nitrür (solda) ve galyum arsenit (sağda) gofretler

Galyum , galyum nitrür , GaN oluşturmak için 1050 °C'de amonyak ile reaksiyona girer . Galyum ayrıca fosfor , arsenik ve antimon ile ikili bileşikler oluşturur : galyum fosfit (GaP), galyum arsenit (GaAs) ve galyum antimonit (GaSb). Bu bileşikler ZnS ile aynı yapıya sahiptir ve önemli yarı iletken özelliklere sahiptir. GaP, GaAs ve GaSb, galyumun elemental fosfor, arsenik veya antimon ile doğrudan reaksiyonu ile sentezlenebilir. GaN'den daha yüksek elektrik iletkenliği sergilerler. GaP, Ga ile reaksiyona girerek de sentezlenebilir.
2
Düşük sıcaklıklarda fosforlu
O.

Galyum üçlü nitrürler oluşturur ; Örneğin:

Li
3
Ga
+ N
2
Li
3
GaN
2

Fosfor ve arsenik ile benzer bileşikler mümkündür: Li
3
Açıklık
2
ve Li
3
GaAs
2
. Bu bileşikler, seyreltik asitler ve su ile kolayca hidrolize edilir .

Halideler

Galyum(III) oksit , HF veya F gibi florlayıcı maddelerle reaksiyona girer
2
formu galyum (III) florür , GAF
3
. Suda güçlü bir şekilde çözünmeyen iyonik bir bileşiktir. Bununla birlikte, su ile bir
katkı maddesi oluşturduğu hidroflorik asit içinde çözünür , GaF
3
·3H
2
Ç
. Bu eklentiyi kurutmaya çalışmak GaF oluşturur
2
OH· n H
2
Ç
.
Eklenti, GaF oluşturmak için amonyak ile reaksiyona girer.
3
·3NH
3
daha sonra susuz
GaF oluşturmak için ısıtılabilir
3
.

Galyum triklorür , galyum metalinin klor gazı ile reaksiyona girmesiyle oluşur . Triflorürün aksine, galyum(III) klorür dimerik moleküller olarak bulunur, Ga
2
Cl
6
, 78 °C'lik bir erime noktası ile. Eşdeğer bileşikler brom ve iyot ile oluşturulur, Ga
2
Br
6
ve Ga
2
ben
6
.

Diğer grup 13 trihalojenürler gibi, galyum(III) halojenürler de Lewis asitleridir ve halojenür alıcıları olarak alkali metal halojenürlerle reaksiyona girerek GaX içeren tuzlar oluştururlar .-
4
anyonlar, burada X bir halojendir. Ayrıca
karbokasyonlar ve GaX oluşturmak için alkil halojenürlerle reaksiyona girerler.-
4
.

Yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığında, galyum(III) halojenürler, ilgili galyum(I) halojenürleri oluşturmak için elemental galyum ile reaksiyona girer. Örneğin, GaCl
3
GaCl oluşturmak için Ga ile reaksiyona girer :

2 Ga + GaCl
3
⇌ 3 GaCl (g)

Daha düşük sıcaklıklarda, denge sola doğru kayar ve GaCl, elemental galyum ve GaCl ile orantısız hale gelir.
3
. GaCl, Ga'nın 950 °C'de HCl ile reaksiyona sokulmasıyla da üretilebilir; ürün kırmızı bir katı olarak yoğunlaştırılabilir.

Galyum(I) bileşikleri, Lewis asitleri ile eklentiler oluşturarak stabilize edilebilir. Örneğin:

GaCl + AlCl
3
G+
[AlCl
4
]-

Sözde "galyum(II) halojenürler", GaX
2
, aslında Ga yapısına sahip ilgili galyum(III) halojenürler ile galyum(I) halojenürlerin eklentileridir.+
[GaX
4
]-
. Örneğin:

GaCl + GaCl
3
G+
[GaCl
4
]-

hidritler

Gibi alüminyum , galyum da meydana hidrid , GAH
3
Lityum gallanatın reaksiyona girmesiyle üretilebilen galan olarak bilinen ( LiGaH
4
) -30 °C'de galyum(III) klorür ile:

3 LiGaH
4
+ GaCl
3
→ 3 LiCl + 4 GaH
3

Çözücü olarak dimetil eter varlığında , GaH
3
polimerize olur (GaH
3
)
n
. Solvent kullanılmazsa, dimer Ga
2
H
6
( digallane ) gaz halinde oluşur. Bu yapı, benzer diboran α- farklı olarak, iki galyum merkezleri köprü, iki hidrojen atomuna sahip olan, AlH
3
alüminyumun koordinasyon sayısı 6'dır.

Gallane, -10 °C'nin üzerinde kararsızdır, elementel galyum ve hidrojene ayrışır .

Organogalyum bileşikleri

Organotalyum bileşikleri, organoindiyum bileşiklerine benzer reaktiviteye sahiptir, organoalüminyum bileşiklerinden daha az reaktiftir, ancak organotalyum bileşiklerinden daha reaktiftir. Alkilgalyumlar monomeriktir. Lewis asitliği Al > Ga > In düzeninde azalır ve bunun sonucunda organogalyum bileşikleri organoalüminyum bileşikleri gibi köprülü dimerler oluşturmazlar. Organogalyum bileşikleri ayrıca organoalüminyum bileşiklerinden daha az reaktiftir. Kararlı peroksitler oluştururlar. Bu alkilgalyumlar oda sıcaklığında sıvılardır, düşük erime noktalarına sahiptirler ve oldukça hareketli ve yanıcıdırlar. Trifenilgalyum çözeltide monomeriktir, ancak kristalleri zayıf moleküller arası Ga···C etkileşimleri nedeniyle zincir yapıları oluşturur.

Galyum triklorür, karbogalasyon reaksiyonlarında olduğu gibi organogalyum bileşiklerinin oluşumu için yaygın bir başlangıç ​​reaktifidir . Galyum triklorür reaksiyon gösterdiği lityum siklopentadienid olarak dietil eter köşeli düzlemsel galyum siklopentadienil kompleksi GACP oluşturmak üzere 3 . Galyum(I) , heksametilbenzen gibi aren ligandları ile kompleksler oluşturur . Bu ligand oldukça hacimli olduğundan, [Ga(η 6 -C 6 Me 6 )] + 'nın yapısı bir yarım sandviçinkidir . Gibi daha büyük, örneğin ligandları mesitilen iki ligand bir bükülmüş sandviç yapısında temel galyum atomuna bağlı izin verir. Benzen daha da az hacimlidir ve dimerlerin oluşumuna izin verir: bir örnek [Ga(η 6 -C 6 H 6 ) 2 ] [GaCl 4 ]·3C 6 H 6'dır .

Tarih

Küçük galyum damlacıkları birbirine kaynaşıyor

1871'de galyumun varlığı ilk olarak Rus kimyager Dmitri Mendeleev tarafından periyodik tablosundaki konumundan " eka-alüminyum " olarak adlandırıldı . Ayrıca eka-alüminyumun yoğunluğu , erime noktası , oksit karakteri ve klorürde bağlanma gibi galyumun gerçek özelliklerine yakından karşılık gelen çeşitli özelliklerini de öngördü .

Mendeleev'in 1871 tahminleri ile galyumun bilinen özellikleri arasındaki karşılaştırma
Mülk Mendeleev'in tahminleri Gerçek özellikler
Atom ağırlığı ~68 69.723
Yoğunluk 5.9 g / cm ' 3 5,904 g / cc 3.
Erime noktası Düşük 29.767 °C
oksit formülü M 2 O 3 Ga 2 O 3
oksit yoğunluğu 5.5 g / cm ' 3 5.88 g / cc 3.
Hidroksitin doğası amfoterik amfoterik

Mendeleev ayrıca eka-alüminyumun spektroskop aracılığıyla keşfedileceğini ve metalik eka-alüminyumun hem asitlerde hem de alkalilerde yavaş yavaş çözüleceğini ve hava ile reaksiyona girmeyeceğini öngördü . Ayrıca, E tahmin 2 O 3 MX elde asitler haline çözünür 3 bu EKA-alüminyum tuzları bazik tuzları oluşturacak, tuzlar, oluşturan gerektiği EKA-alüminyum sülfat şapların , ve susuz MCI 3 ZnCI daha büyük bir uçuculuğa sahip olmalıdır ve 2 : tüm bu tahminler doğru çıktı.

Galyum, 1875 yılında Fransız kimyager Paul Emile Lecoq de Boisbaudran tarafından bir sfalerit örneğinde karakteristik spektrumundan (iki mor çizgi) spektroskopi kullanılarak keşfedildi . O yılın ilerleyen saatlerinde Lecoq , hidroksitin potasyum hidroksit çözeltisi içinde elektrolizi yoluyla serbest metali elde etti .

O gelen, eleman "gallia" adlı Latince Gallia'da anlam Galya'yı Fransa'nın anavatanına sonra. Daha sonra , 19. yüzyılda bilim adamlarının tercih ettiği türden çok dilli bir kelime oyunuyla galyuma da kendi adını verdiği iddia edildi: "Le coq" Fransızca " horoz " ve Latince "horoz" anlamına gelir. " galus "tur. Bir 1877 makalesinde, Lecoq bu varsayımı reddetti.

Başlangıçta, Boisbaudran de 4.7 olarak galyum yoğunluğu tespit g / cm 3 , Mendeleev tahminler eşleştiremedi tek özelliği; Mendeleyev sonra ona yazdığı ve o yoğunluk ölçmesi gerekmektedir önerdi ve Boisbaudran de daha sonra 5.9 doğru değerini g / cm elde 3 Mendeleyev tam tahmin ettiğini,.

1875'teki keşfinden yarı iletkenler çağına kadar, galyumun birincil kullanımları, yüksek sıcaklık termometrikleri ve olağandışı stabilite veya erime kolaylığı özelliklerine sahip metal alaşımlarıydı (bazıları oda sıcaklığında sıvıdır).

Galyum arsenitinin 1960'larda doğrudan bant aralıklı bir yarı iletken olarak geliştirilmesi, galyum uygulamalarında en önemli aşamayı başlattı. 1978'de elektronik endüstrisi galyumu ışık yayan diyotlar, fotovoltaikler ve yarı iletkenler üretmek için kullanırken, metal işi alaşımların erime noktasını düşürmek için kullandı .

oluşum

Galyum, Yerkabuğunda serbest bir element olarak mevcut değildir ve galit (CuGaS 2 ) gibi az sayıdaki yüksek içerikli mineraller, birincil kaynak olarak hizmet edemeyecek kadar nadirdir. Yerkabuğundaki bolluk yaklaşık olarak 16.9  ppm'dir . Bu, kurşun , kobalt ve niyobyumun kabuksal bolluklarıyla karşılaştırılabilir . Ancak bu elementlerden farklı olarak galyum, cevher içinde ağırlıkça > %0,1 konsantrasyonlarda kendi cevher yataklarını oluşturmaz. Daha ziyade çinko cevherlerindeki kabuk değerine benzer eser konsantrasyonlarda ve her ikisinden de yan ürün olarak ekstrakte edildiği alüminyum cevherlerinde biraz daha yüksek değerlerde (~ 50 ppm) meydana gelir. Bu bağımsız tortu eksikliği, çoğu cevher yatağının oluşumuyla ilgili süreçlerde güçlü bir zenginleşme göstermeyen galyumun jeokimyasal davranışından kaynaklanmaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırmalar Galyun fazla 1 milyon ton boksit ve çinko cevherlerinin bilinen rezervleri bulunan (USGS) tahminleri. Bazı kömür baca tozları , tipik olarak ağırlıkça %1'den az olan küçük miktarlarda galyum içerir. Bununla birlikte, bu miktarlar, ana malzemelerin madenciliği yapılmadan çıkarılamaz (aşağıya bakınız). Bu nedenle, galyum mevcudiyeti temel olarak boksit, çinko cevherleri (ve kömür) çıkarılma hızı ile belirlenir.

Üretim ve kullanılabilirlik

%99,9999 (6N) galyum vakumlu ampulde mühürlenmiştir

Galyum, yalnızca diğer metallerin cevherlerinin işlenmesi sırasında bir yan ürün olarak üretilir . Ana kaynak malzeme boksit , baş cevher alüminyum , ancak küçük miktarlarda sülfürlü çinko cevheri (ayıklanır sfalerit ana ana mineral olmak üzere). Geçmişte, bazı kömürler önemli bir kaynaktı.

İşlenmesi sırasında boksit için alümina olarak Bayer prosesinde , galyum biriken sodyum hidroksit çözeltisinde. Bundan çeşitli yöntemlerle çıkarılabilir. En yenisi iyon değiştirici reçinenin kullanılmasıdır . Ulaşılabilir ekstraksiyon verimliliği, kritik olarak besleme boksitindeki orijinal konsantrasyona bağlıdır. 50 ppm'lik tipik bir besleme konsantrasyonunda, içerilen galyumun yaklaşık %15'i ekstrakte edilebilir. Geri kalan kısım, kırmızı çamur ve alüminyum hidroksit akışlarına rapor verir . Galyum, çözelti içinde iyon değiştirici reçineden çıkarılır. Elektroliz daha sonra galyum metali verir. İçin yarı iletken kullanımı, ayrıca ile saflaştırılır bölge eritme bir eriyik (ya da tek kristal ekstre Czochralski işlemi ). %99,9999'luk saflıklar rutin olarak elde edilir ve ticari olarak temin edilebilir.

Jamaika'daki boksit madeni (1984)

Yan ürün statüsü, galyum üretiminin, yılda çıkarılan boksit, sülfidik çinko cevheri (ve kömür) miktarı ile sınırlandırıldığı anlamına gelir. Bu nedenle, kullanılabilirliğinin arz potansiyeli açısından tartışılması gerekmektedir. Bir yan ürünün tedarik potansiyeli, mevcut piyasa koşullarında (yani teknoloji ve fiyat) her yıl ana malzemelerinden ekonomik olarak çıkarılabilen miktar olarak tanımlanır . Rezervler ve kaynaklar , ana ürünlerden bağımsız olarak elde edilemedikleri için yan ürünlerle ilgili değildir. Son tahminler, galyum tedarik potansiyelini boksitten minimum 2.100 t/yıl, sülfidik çinko cevherlerinden 85 t/yıl ve kömürden potansiyel olarak 590 t/yıl olarak ortaya koymaktadır. Bu rakamlar, mevcut üretimden (2016'da 375 t) önemli ölçüde daha yüksektir. Böylece, galyum yan ürün üretiminde gelecekteki büyük artışlar, üretim maliyetlerinde veya fiyatlarda önemli artışlar olmaksızın mümkün olacaktır. Düşük dereceli galyum için ortalama fiyat, 2016'da kilogram başına 120 dolar ve 2017'de kilogram başına 135-140 dolardı.

2017 yılında, dünyanın düşük dereceli galyum üretimi ca. 315 ton — 2016'ya göre %15'lik bir artış. Çin, Japonya, Güney Kore, Rusya ve Ukrayna önde gelen üreticilerdi, Almanya ise 2016'da birincil galyum üretimini durdurdu. Yüksek saflıkta galyum verimi ca. 180 ton, çoğunlukla Çin, Japonya, Slovakya, İngiltere ve ABD menşeli 2017 dünya yıllık üretim kapasitesinin düşük kalite için 730 ton ve rafine galyum için 320 ton olduğu tahmin edildi.

Çin ca üretti. 2016'da 250 ton düşük dereceli galyum ve yaklaşık. 2017'de 300 ton. Ayrıca küresel LED üretiminin yarısından fazlasını oluşturdu.

Uygulamalar

Yarı iletken uygulamaları, toplamın %98'ini oluşturan galyum için ticari talebe hakimdir. Bir sonraki büyük uygulama gadolinyum galyum garnetler içindir .

yarı iletkenler

Galyum bazlı mavi LED'ler

Son derece yüksek saflıkta (>%99,9999) galyum yarı iletken endüstrisine hizmet etmek için ticari olarak mevcuttur. Elektronik bileşenlerde kullanılan galyum arsenit (GaAs) ve galyum nitrür (GaN), 2007 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki galyum tüketiminin yaklaşık %98'ini temsil ediyordu. Yarı iletken galyumun yaklaşık %66'sı ABD'de entegre devrelerde (çoğunlukla galyum arsenit) kullanılmaktadır. örneğin cep telefonlarında düşük gürültülü mikrodalga ön yükselticiler için ultra yüksek hızlı mantık çipleri ve MESFET'lerin üretimi gibi . Bu galyumun yaklaşık %20'si optoelektronikte kullanılmaktadır .

Dünya çapında, galyum arsenit, yıllık küresel galyum tüketiminin %95'ini oluşturur. 2016 yılında %53'ü cep telefonlarından, %27'si kablosuz iletişimden ve geri kalanı otomotiv, tüketici, fiber optik ve askeri uygulamalardan olmak üzere 7.5 milyar $'a ulaştı. GaAs tüketimindeki son artış, büyük ölçüde eski modellere göre 10 kat daha fazla GaAs kullanan 3G ve 4G akıllı telefonların ortaya çıkmasıyla ilgilidir .

Galyum arsenit ve galyum nitrür, 2015'te 15,3 milyar dolar ve 2016'da 18,5 milyar dolar pazar payına sahip çeşitli optoelektronik cihazlarda da bulunabilir. Alüminyum galyum arsenit (AlGaAs), yüksek güçlü kızılötesi lazer diyotlarında kullanılır. Yarı iletkenler galyum nitrür ve indiyum galyum nitrür , mavi ve mor optoelektronik cihazlarda, çoğunlukla lazer diyotları ve ışık yayan diyotlarda kullanılır . Örneğin, galyum nitrür 405 nm diyot lazerleri, daha yüksek yoğunluklu Blu-ray Disk kompakt veri disk sürücüleri için mor ışık kaynağı olarak kullanılır .

Galyum nitrürün diğer önemli uygulamaları kablolu televizyon iletimi, ticari kablosuz altyapı, güç elektroniği ve uydulardır. Yalnızca GaN radyo frekansı cihaz pazarının 2016'da 370 milyon dolar ve 2016'da 420 milyon dolar olduğu tahmin ediliyor.

Uydu güç uygulamaları için geliştirilen çok eklemli fotovoltaik hücreler , galyum arsenit, indiyum galyum fosfit veya indiyum galyum arsenitten oluşan ince filmlerin moleküler ışınlı epitaksi veya metalorganik buhar fazlı epitaksi ile yapılır . Mars Keşif Rovers ve birkaç uydu germanyum hücreleri üzerinde üç bağlantı galyum arsenit kullanın. Galyum ayrıca fotovoltaik bileşiklerin (bakır indiyum galyum selenyum sülfür Cu(In,Ga)(Se,S) gibi) bir bileşenidir.
2
) kristal silikona uygun maliyetli bir alternatif olarak güneş panellerinde kullanılır .

Galinstan ve diğer alaşımlar

Kırık bir termometreden Galinstan, sıradan bir cam parçasını kolayca ıslatıyor
Düşük erime noktaları sayesinde galyum ve alaşımları, 3D baskı ve eklemeli imalat kullanılarak çeşitli 3D formlarda şekillendirilebilir.

Galyum , çoğu metalle kolayca alaşım yapar ve düşük erime noktalı alaşımlarda bir bileşen olarak kullanılır . Galyum, indiyum ve kalayın neredeyse ötektik alaşımı, tıbbi termometrelerde kullanılan oda sıcaklığında bir sıvıdır. Galinstan ticari adıyla (Latincede kalay, stannum anlamına gelen "-stan" ile) bu alaşım, -19 °C (-2,2 °F) gibi düşük bir donma noktasına sahiptir. Bu alaşım ailesinin su yerine bilgisayar çiplerini soğutmak için de kullanılabileceği ve genellikle yüksek performanslı bilgi işlemde termal macun yerine kullanıldığı öne sürülmüştür . Galyum alaşımları, cıva diş amalgamlarının ikamesi olarak değerlendirilmiştir , ancak bu malzemeler henüz geniş bir kabul görmemiştir.

Galyum için ıslatır cam veya porselen , galyum parlak oluşturmak için kullanılabilir aynası . Galyum alaşımlarının ıslatma etkisi istenmediğinde ( Galinstan cam termometrelerinde olduğu gibi), cam şeffaf bir galyum(III) oksit tabakası ile korunmalıdır .

Plütonyum kullanılan Nükleer silah çukurları stabilize edilir δ faz ve ile işlenebilir hale galyum ile alaşım .

Biyomedikal uygulamalar

Galyum biyolojide doğal bir işlevi olmamasına rağmen, galyum iyonları vücuttaki süreçlerle demir(III)'e benzer bir şekilde etkileşime girer . Bu süreçler , birçok hastalık durumu için bir belirteç olan iltihaplanmayı içerdiğinden , tıpta farmasötikler ve radyofarmasötikler olarak birkaç galyum tuzu kullanılır (veya geliştirilmektedir) . Galyumun antikanser özelliklerine olan ilgi, tümör taşıyan hayvanlara enjekte edilen 67 Ga(III) sitratın tümör bölgelerine lokalize olduğu keşfedildiğinde ortaya çıktı . Klinik deneyler, galyum nitratın Hodgkin dışı lenfoma ve ürotelyal kanserlere karşı antineoplastik aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. Tris(8-kinolinolato)galyum(III) (KP46) ve galyum maltolat gibi yeni nesil galyum-ligand kompleksleri ortaya çıkmıştır. Galyum nitrat (marka adı Ganite), kemiklere tümör metastazı ile ilişkili hiperkalsemiyi tedavi etmek için intravenöz bir farmasötik olarak kullanılmıştır . Galyumun osteoklast işlevine müdahale ettiği düşünülür ve diğer tedaviler başarısız olduğunda terapi etkili olabilir. Galyum (III) iyonunun oral, yüksek oranda emilebilir bir formu olan galyum maltolat , patolojik olarak çoğalan hücrelere, özellikle kanser hücrelerine ve ferrik demir (Fe 3+ ) yerine onu kabul eden bazı bakterilere karşı bir anti-proliferatiftir . Araştırmacılar, bir dizi kanser, bulaşıcı hastalık ve iltihaplı hastalık için potansiyel bir tedavi olarak bu bileşik üzerinde klinik ve klinik öncesi denemeler yürütüyor.

Galyum iyonları, Pseudomonas gibi bakteriler tarafından yanlışlıkla demir(III) yerine alındığında , iyonlar solunumu engeller ve bakteriler ölür. Bunun nedeni, demirin redoks-aktif olması, galyum redoks-inaktif iken solunum sırasında elektron transferine izin vermesidir.

Kompleks bir amin - fenol Ga(III) bileşiği MR045, sıtmaya karşı yaygın bir ilaç olan klorokine dirençli parazitler için seçici olarak toksiktir . Hem Ga(III) kompleksi hem de klorokin , parazitler tarafından kanın sindirilmesinden oluşan bir atık ürün olan hemozoinin kristalleşmesini engelleyerek etki eder .

radyogalyum tuzları

Galyum sitrat ve galyum nitrat gibi galyum -67 tuzları , galyum taraması olarak bilinen nükleer tıp görüntülemede radyofarmasötik ajanlar olarak kullanılır . Radyoaktif izotop, 67 Ga kullanılır ve galyum bileşik veya tuz önemsizdir. Vücut Ga 3+ 'yı Fe 3+ gibi birçok şekilde işler ve iyon enfeksiyon gibi iltihaplanma alanlarında ve hızlı hücre bölünmesi alanlarında bağlanır (ve konsantre olur). Bu, bu tür sitelerin nükleer tarama teknikleri ile görüntülenmesine izin verir.

Galyum-68 gibi farmasötik preparatlara bağlı olduğunda, 68 dakikalık bir yarı ömre sahip olan bir pozitron yayıcı, hemen PET-CT bir tanı radyonüklid olarak kullanıldığında DOTATOC , bir somatostatin için kullanılan analog nöroendokrin tümörleri soruşturma ve DOTA-Tate , daha yenisi, nöroendokrin metastazı ve belirli mikrositom türleri gibi akciğer nöroendokrin kanseri için kullanılır . Bir farmasötik olarak Galyum-68ın hazırlanması kimyasal ve radyonüklid ile ekstrakte edilir , elüsyon germanyum-68, bir gelen sentetik radyoizotop ve germanyum içinde, galyum-68 jeneratörü .

Diğer kullanımlar

galyum
Tehlikeler
GHS piktogramları GHS05: Aşındırıcı
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H290 , H318
P280 , P305 , P351 , P338 , P310
NFPA 704 (ateş elması)
1
0
0

Galyum, nötrino tespiti için kullanılır . Muhtemelen tek bir noktada toplanan en büyük saf galyum miktarı, Rusya'daki Baksan Nötrino Gözlemevinde SAGE deneyinde kullanılan Galyum-Almanyum Nötrino Teleskobu'dur . Bu dedektör 55-57 ton (~9 metreküp) sıvı galyum içerir. Başka bir deney, 1990'ların başında bir İtalyan dağ tünelinde çalıştırılan GALLEX nötrino dedektörüydü. Dedektör 12,2 ton sulanmış galyum-71 içeriyordu. Güneş nötrinoları, 71 Ga'nın birkaç atomunun, tespit edilen 71 Ge radyoaktif hale gelmesine neden oldu . Bu deney, güneş nötrino akışının teorinin öngördüğünden %40 daha az olduğunu gösterdi. Bu eksiklik, daha iyi güneş nötrino dedektörleri ve teorileri inşa edilene kadar açıklanmadı (bakınız SNO ).

Galyum, odaklanmış bir iyon ışını için sıvı metal iyon kaynağı olarak da kullanılır . Örneğin, dünyanın en küçük kitabı olan Turnip Town'dan Teeny Ted'i oluşturmak için odaklanmış bir galyum iyon ışını kullanıldı . Galyumun başka bir kullanımı, kayaklar ve diğer düşük sürtünmeli yüzey malzemeleri için kayma mumunda katkı maddesi olarak kullanılmasıdır.

Kimyagerler arasında iyi bilinen bir şaka , galyum kaşıkları tasarlamak ve onları şüphelenmeyen misafirlere çay servisi yapmak için kullanmaktır, çünkü galyum daha hafif homolog alüminyuma benzer bir görünüme sahiptir. Kaşıklar daha sonra sıcak çayda erir.

okyanustaki galyum

İz element testlerindeki ilerlemeler, bilim adamlarının Atlantik ve Pasifik Okyanuslarında çözünmüş galyum izlerini keşfetmelerine izin verdi. Son yıllarda, Beaufort Denizi'nde çözünmüş galyum konsantrasyonları ortaya çıktı. Bu raporlar, Pasifik ve Atlantik Okyanusu sularının olası profillerini yansıtmaktadır. Pasifik Okyanusları için, tipik çözünmüş galyum konsantrasyonları <~150 m derinliklerde 4-6 pmol/kg arasındadır. Karşılaştırıldığında, Atlantik suları için >~350 m derinlikte 25–28 pmol/kg.

Galyum, okyanuslarımıza esas olarak Aeolian girdisi yoluyla girmiştir, ancak okyanuslarımızda galyum bulunması, okyanuslardaki alüminyum dağılımını çözmek için kullanılabilir. Bunun nedeni, galyumun jeokimyasal olarak alüminyuma benzer, sadece daha az reaktif olmasıdır. Galyum ayrıca alüminyumdan biraz daha büyük bir yüzey suyunda kalma süresine sahiptir. Galyum, alüminyuma benzer bir çözünmüş profile sahiptir, çünkü bu galyum alüminyum için izleyici olarak kullanılabilir. Galyum, havadaki demir girdilerinin izleyicisi olarak da kullanılabilir. Galyum, kuzeybatı Pasifik, güney ve orta Atlantik Okyanuslarında demir için bir izleyici olarak kullanılır. Örneğin, kuzeybatı Pasifik'te, kutup altı bölgesindeki düşük galyumlu yüzey suları, düşük toz girişi olduğunu düşündürür, bu da daha sonra aşağıdaki yüksek besinli, düşük klorofilli çevresel davranışı açıklayabilir .

Önlemler

Metalik galyum toksik değildir. Bununla birlikte, galyum halojenür komplekslerine maruz kalma, akut toksisite ile sonuçlanabilir. Çözünür galyum tuzlarının Ga 3+ iyonu, büyük dozlarda enjekte edildiğinde çözünmeyen hidroksit oluşturma eğilimindedir; bu hidroksitin çökelmesi hayvanlarda nefrotoksisite ile sonuçlanmıştır . Daha düşük dozlarda, çözünür galyum iyi tolere edilir ve zehir olarak birikmez, bunun yerine çoğunlukla idrar yoluyla atılır. Galyum atılımı iki aşamada gerçekleşir: birinci fazın biyolojik yarılanma ömrü 1 saat, ikinci fazın biyolojik yarılanma ömrü 25 saattir.

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar