Gal

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Ten artykuł dotyczy metalu. Zobacz też: Gal (ujednoznacznienie).
Gal
cynk ← gal → german
Wygląd
srebrzystobiały
Gal
Widmo emisyjne galu
Widmo emisyjne galu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. gal, Ga, 31
(łac. gallium)
Grupa, okres, blok 13, 4, p
Stopień utlenienia III
Właściwości metaliczne metal
Właściwości tlenków amfoteryczne
Masa atomowa 69,723(1) u[1][a]
Stan skupienia stały
Gęstość 5904 kg/m³
Temperatura topnienia 29,7646 °C
Temperatura wrzenia 2204 °C
Numer CAS 7440-55-3
PubChem 5360835[2]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Gal (Ga, łac. gallium) – pierwiastek chemiczny z bloku p układu okresowego, o liczbie atomowej 31. Jest twardym i kruchym metalem[3] o kolorze srebrzystobiałym. Ma przełam muszlowy podobny do szkła. Topi się w temperaturze 29,76 °C, trzymany w dłoni zamienia się w ciecz.

Występuje w śladowych ilościach w boksycie, kaolinicie i rudach cynku. Na skalę przemysłową uzyskuje się go z boksytu. Niskiej temperaturze topnienia towarzyszy wysoka temperatura wrzenia (2204 °C), dzięki czemu stosuje się go w termometrach wysokotemperaturowych. Stop galu z indem i cyną (galinstan) ma jeszcze niższą temperaturę topnienia (około −20 °C). W przeciwieństwie do rtęci, gal i jego związki nie są trujące. Powszechnie wykorzystywanym związkiem jest arsenek galu, będący półprzewodnikiem, mającym wiele zastosowań.

Gal ma dwa trwałe izotopy, o masach atomowych 69 i 71. Znane są także dziesiątki izotopów radioaktywnych, o krótkich czasach połowicznego rozpadu.

Odkrycie[edytuj | edytuj kod]

Gal został odkryty w 1875 podczas analizy widmowej błyszczu cynkowego. Francuski chemik Lecoq de Boisbaudran zauważył kilka fioletowych prążków zwiastujących istnienie nieznanego dotąd pierwiastka. W tym samym roku uzyskał wolny gal, poddając elektrolizie amoniakalny roztwór siarczanu galu. Gal wydzielił się na platynowej katodzie.

Istnienie galu, na podstawie prawa okresowości pierwiastków, przewidzieli Dymitr Mendelejew[4] (1869) i Julius Lothar Meyer (1870). Mendelejew nadał mu nazwę ekaglin i trafnie przewidział jego właściwości. Zgadzała się wartościowość (+3), taka sama jak glinu. Mendelejew uważał, że masa atomowa będzie wynosić 68, a Boisbaudran stwierdził, że jest ona równa 69,865. Mendelejew twierdził, że ekaglin będzie tworzyć ałuny, co też się potwierdziło. Jedynie podany przez Boisbaudrana ciężar właściwy znacznie różnił się od przewidywań Mendelejewa. Mendelejew zwrócił się listownie do odkrywcy z prośbą o sprawdzenie pomiarów, bowiem ciężar właściwy galu powinien według niego wynosić około 6 g/cm³. Okazało się, że pomiary Boisbaudrana faktycznie były błędne i ciężar właściwy galu wynosi 5,935 g/cm³. Po przeprowadzeniu bardziej precyzyjnych pomiarów, stwierdzono, że wynosi on 5,904 g/cm³[5].

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Pierwiastkowy gal nie występuje w przyrodzie, ale można go łatwo uzyskać poprzez wytapianie.

Bardzo czysty gal ma srebrzysty kolor. Należy unikać przechowywania go w pojemnikach ze szkła, ponieważ rozszerza się podczas krzepnięcia o ok. 3,1%. Podobnie jak rtęć, gal w stanie ciekłym tworzy spontanicznie stopy z wieloma innymi metalami, dlatego nie należy go przechowywać również w metalowych pojemnikach, w związku z czym przechowuje się go w pojemnikach polietylenowych.

Niska temperatura topnienia (ok. 29,8 °C) pozwala na roztopienie galu poprzez trzymanie go w dłoni. W stanie ciekłym ma tendencję do przechładzania się, do krystalizacji potrzebny jest zarodek krystalizacji. Gal jest jednym z niewielu metali (obok fransu, rubidu, cezu czy rtęci), które są ciekłe w temperaturze zbliżonej do pokojowej. W związku z tym znajduje zastosowanie przy produkcji wysokotemperaturowych termometrów. Gal ma także bardzo wysoką (w porównaniu z temperaturą topnienia) temperaturę wrzenia (i bardzo niską prężność pary). W przeciwieństwie do rtęci, ciekły gal zwilża szkło i skórę, przez co praca z nim może być niewygodna, lecz nie jest trujący.

Gal krystalizuje w układzie rombowym o unikatowej strukturze, w której każdy atom ma bliskiego sąsiada w odległości 244 pm i 3 pary dalszych atomów oddalonych o 270–280 pm[6]. Jest to struktura, której nie przyjmuje żaden inny metal, natomiast przypomina strukturę krystaliczną jodu[3]. Wiązania pomiędzy najbliższymi atomami mają charakter kowalencyjny, w związku z czym podstawowymi cząsteczkami budującymi kryształy galu są dimery Ga
2
.

Gal powoli roztwarza się w mocnych kwasach i zasadach.

Fluorek, arsenek i fosforek galu mają własności półprzewodnikowe. Domieszkuje się nimi krzem stosowany w przemyśle elektronicznym. Warstwy z arsenku galu stosuje się w układach scalonych typu MMIC.

Gal nie ma żadnego znaczenia biologicznego, ale są przypuszczenia, że ma wpływ na szybkość przemiany materii[potrzebny przypis]. Związki galu nie wykazują działania toksycznego.

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

  • jako domieszka przy produkcji półprzewodników i tranzystorów
  • do produkcji luster (gdyż zwilża szkło)
  • przy produkcji stopów niskotopliwych
  • do polepszania właściwości spoiw lutowniczych
  • do produkcji termometrów wysokotemperaturowych
  • jako katalizator w produkcji wodoru z wody metodą utleniania glinu
  • do sztuczek iluzjonistycznych typu zginanie łyżeczek w dłoni

Stop galu, indu i cyny (galinstan) bywa stosowany w termometrach lekarskich – jego temperatura topnienia wynosi około −20 °C.

Uwagi[edytuj | edytuj kod]

  1. Wartość w nawiasie oznacza niepewność związaną z ostatnią cyfrą znaczącą.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać Juris Meija i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI10.1515/pac-2015-0305.
  2. Gal (CID: 5360835) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  3. a b Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 785. ISBN 83-01-13654-5.
  4. Andrzej; Anna Czerwińscy: Chemia. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, technikum. Kształcenie w zakresach podstawowym, rozszerzonym tom 1. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 2002, s. 24. ISBN 83-02-08215-5.
  5. Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 237–238. OCLC 839118859.
  6. N.N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Oxford; New York: Pergamon Press, 1984, s. 223. ISBN 0-08-022057-6.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]