稀散金屬-鎵
化學(xué)先生 / 2019-05-18
1875年，法國化學(xué)家布瓦邦德朗在用光譜分析法分析從比利牛斯山的閃鋅礦得到的提取物時(shí)，發(fā)現(xiàn)了門捷列夫在周期表中預(yù)言的“類鋁”一驚。他先把礦石溶解，再于溶液中加入金屬鋅，即在鋅上有沉淀生成，此沉淀用氫氧焰燃燒，再用分光鏡檢查，發(fā)現(xiàn)兩條從未見過的新譜線，其波長(zhǎng)約為417nm(納米)，進(jìn)一步研究后確定為一新元素。當(dāng)年，他用電解方法制得這種金屬。
為了紀(jì)念自已的祖國法蘭西，布瓦邦德朗把新發(fā)現(xiàn)的元素命名為“驚”( Gallium)，即法國的古名“家里亞”，它源自于法國的拉丁名稱: Gallia.。但是，也有人指出，他本人的名字Lecq在法語中意為“雄雞”，也就是拉丁語中的“Gals＂，因此，有人懷疑布瓦邦德朗用自己的名字命名了一種新元素。是一種有白色光澤的軟金屬，熔點(diǎn)出奇的低，只有29.78℃。取一小粒驚放在手心里，過不多久就熔化成小液珠滾來滾去，像水銀珠一樣。
鎵在地殼中的量約為0.0004％，與錫差不多，不算太少。然而，錫礦比較集中，在自然界的分布卻非常分散，幾乎沒有單獨(dú)存在的鎵礦，所以鎵皞又稱作“稀散金屬”。鎳有時(shí)和鋁混合在一起，存在于鋁土礦里。這是因?yàn)殒夋嚭弯X在元素周期表里都屬于第三主族，而鎵離子和鋁離子大小也差不多，所以它們就容易在一種礦石里共存。又因?yàn)殒壴雍弯\原子大小也接近，所以和鋅也容易同處于散鋅礦中。鎵還容易和儲(chǔ)共存于煤中。所以煤燃燒后剩下的煙道灰里就含有微量的鎵和鍺。
的很多寶貴特性和它的純度有關(guān)。用普通化學(xué)方法提煉，最多只能得到99％的純度，也就是平常說的四個(gè)九。近半個(gè)世紀(jì)以來，人們?cè)阪壍奶峒兎矫娅@得極大進(jìn)展，從而推進(jìn)了鎵的應(yīng)用。
鎵的化學(xué)性質(zhì)和鋁很相似，也和同一族的金屬銦、宅很相似。在平常的溫度下，鎵在干燥的空氣中不起變化。只有赤熱時(shí)，才能被空氣氧化。鎵對(duì)水也非常穩(wěn)定，在室溫下，金屬鎵就能和氯或溴強(qiáng)烈作用。硫酸，特別是鹽酸容易溶解鎵。強(qiáng)酸溶液或氫氧化銨溶液也容易溶解鎵。鎵的氫氧化物也能溶解于強(qiáng)堿溶液之中，生成驚酸鹽。氫氧化鎵的酸性比氫氧化鋁還要強(qiáng)些。
在化學(xué)上，這叫做具有“兩性”性質(zhì)。就是說，這種物質(zhì)既具有堿性，也具有酸性。
鎵的熔點(diǎn)很低，它熔化后不容易凝固。當(dāng)鎵處于液體狀態(tài)的時(shí)候，受熱后體積均勻地膨脹。平常的水銀溫度計(jì)對(duì)測(cè)量煉鋼爐、原子能反應(yīng)堆的高溫?zé)o能為力，因?yàn)樗y在3569℃會(huì)化作蒸汽。驚的沸點(diǎn)高達(dá)2070℃，從熔點(diǎn)30℃到點(diǎn)2070℃溫度范圍很寬，這樣，就可以做高溫溫度計(jì)的材料。
人們還利用鎵熔點(diǎn)低的特性，把惇跟鋅、錫、鋼這些金屬在一起，制成低館點(diǎn)合金，把它用到自動(dòng)救火龍頭的開關(guān)上。一旦發(fā)生火災(zāi)，溫度升高，這種易熔合金做的開關(guān)保險(xiǎn)熔化，水便從龍頭自動(dòng)噴出滅火。
液體像也可用來代替水銀，用于各種高真空泵，或者紫外線燈泡。在原子反應(yīng)堆里，還用來做熱傳導(dǎo)介質(zhì)，把反應(yīng)堆中的熱量傳導(dǎo)出來。鎵能緊密地粘在玻璃上，因此，可以制成反光鏡，用在一些特殊的光學(xué)儀器上。
驚還有一些奇妙的特性。大多數(shù)金屬是熱脹冷縮的，然而像卻是冷脹熱縮。當(dāng)驚從液體凝結(jié)成固體時(shí)，體積要膨脹3％。所以，像跟大多數(shù)的金屬相反，液體的比重反而比固體的大。因此，金屬稼應(yīng)當(dāng)存放在塑料的或橡膠制的容器里。如果裝在玻璃瓶子里，一旦液態(tài)的像凝固時(shí)，體積膨脹，會(huì)把瓶子撐破。
驚屬于元素周期表的第三族。它和第五族元素一一砷、銻、磷、氮化合后，形成一系列具有半導(dǎo)體性能的化合物。例如砷化鎳、銻化、磷化等都具有良好的半導(dǎo)體性能，是目前實(shí)際應(yīng)用較多的半導(dǎo)體材料。
原先以真空電子管為核心的電子設(shè)備大多笨重。自從以像等金屬為原料的半導(dǎo)體出現(xiàn)以后，使許許多多的電子設(shè)備體積大為縮小，從而實(shí)現(xiàn)了小型化、微型化，甚至還可以制成集成板塊電路，在整個(gè)電子工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域引起一場(chǎng)深刻的革命。砷和鎵的化合物一砷化，是近年來新發(fā)展起來的一種性能優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。用砷化鎵可以制成碑化鎵激光器，這是一種功效高、體積小的新型激光器。鎵和磷的化合物一一磷化鎵是一種半導(dǎo)體發(fā)光材料它能夠發(fā)射出紅光或綠光。人們把它做成各種阿拉伯?dāng)?shù)字形狀，在有的電子計(jì)算機(jī)里，就利用它來顯示計(jì)算結(jié)果。
金屬還有一個(gè)奇異的特性，就是它在低溫時(shí)，有良好的“超導(dǎo)性”。在接近絕對(duì)零度即-273.16℃時(shí)，電阻變得極低，幾乎等于零。這時(shí)，它的導(dǎo)電性能非常好。如果在這樣低的溫度下通電，電流的損失是微不足道的。這明族元素種性質(zhì)叫做“超導(dǎo)性”。早在1911年，人們就發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。用超導(dǎo)材料制造電機(jī)，不僅可以節(jié)省能量消耗，而且大大節(jié)約原材料。一臺(tái)常規(guī)的5884千瓦電機(jī)重379噸，果用超導(dǎo)材料后僅重40噸，總造價(jià)下降一半。要建造500萬千瓦以上的大型電機(jī)，幾乎非用超導(dǎo)技術(shù)不可。采用超導(dǎo)材料作遠(yuǎn)距離輸電線十分經(jīng)濟(jì)，輸送效率可達(dá)9.5％以上，損耗極少。
現(xiàn)在人們正在千方百計(jì)地努力尋找在較高溫度下，甚至在室溫下還保持超導(dǎo)性能的新材料。1個(gè)原子和3個(gè)釩原子化合所形成的化合物(俗稱“釩三鎵”)，即是這種超導(dǎo)材料。
應(yīng)當(dāng)注意的是，傢及其化合物有毒，毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汞和砷!醫(yī)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，像可以損傷腎，破壞骨髓。沉積在軟組織中，能造成神經(jīng)、肌肉中毒。它可能與引起腫瘤、抑制正常生長(zhǎng)有關(guān)。
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