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奇妙的“稀散金属”---镓

2021-04-09 09:45:23

1875年,法国化学家布瓦邦德朗在用光谱分析法分析从比利牛斯山的闪锌矿得到的提取物时,发现了门捷列夫在周期表中预言的“类铝”——镓。他先把矿石溶解,再于溶液中加入金属锌,即在锌上有沉淀生成,此沉淀用氢氧焰燃烧,再用分光镜检查,发现两条从未见过的新谱线,其波长约为417nm(纳米),进一步研究后确定为一新元素。当年,他用电解方法制得这种金属。


氧化镓


为了纪念自己的祖国法兰西,布瓦邦德朗把新发现的元素命名为“镓”(Gallium),即法国的古名“家里亚”,它源自于法国的拉丁名称:Gallia。但是,也有人指出,他本人的名字Lecoq在法语中意为“雄鸡”,也就是拉丁语中的“Gallus”,因此,有人怀疑布瓦邦德朗用自己的名字命名了一种新元素。


镓是一种有白色光泽的软金属,熔点出奇的低,只有29.78℃。取一小粒镓放在手心里,过不多久就熔化成小液珠滚来滚去,像水银珠一样。


镓在地壳中的量约为0.0004%,与锡差不多,不算太少。然而,锡矿比较集中,镓在自然界的分布却非常分散,几乎没有单独存在的镓矿,所以镓又称作“稀散金属”。镓有时和铝混合在一起,存在于铝土矿里。这是因为镓和铝在元素周期表里都属于第三主族,而镓离子和铝离子大小也差不多,所以它们就容易在一种矿石里共存。又因为镓原子和锌原子大小也接近,所以镓和锌也容易同处于散锌矿中。镓还容易和锗共存于煤中。所以煤燃烧后剩下的烟道灰里就含有微量的镓和锗。


镓的很多宝贵特性和它的纯度有关。用普通化学方法提炼,ZUI多只能得到99.99%的纯度,也就是平常说的四个九。近半个世纪以来,人们在镓的提纯方面获得极大进展,从而推进了镓的应用。


镓的化学性质和铝很相似,也和同一族的金属铟、铊很相似。在平常的温度下,镓在干燥的空气中不起变化。只有赤热时,才能被空气氧化。镓对水也非常稳定,在室温下,金属镓就能和氯或溴强烈作用。硫酸,特别是盐酸容易溶解镓。强酸溶液或氢氧化铵溶液也容易溶解镓。镓的氢氧化物也能溶解于强碱溶液之中,生成镓酸盐。氢氧化镓的酸性比氢氧化铝还要强些。在化学上,这叫做具有“两性”性质。就是说,这种物质既具有碱性,也具有酸性。


镓还有一些奇妙的特性。大多数金属是热胀冷缩的,然而镓却是冷胀热缩。当镓从液体凝结成固体时,体积要膨胀3%。所以,镓跟大多数的金属相反,液体的比重反而比固体的大。因此,金属稼应当存放在塑料的或橡胶制的容器里。如果装在玻璃瓶子里,一旦液态的镓凝固时,体积膨胀,会把瓶子撑破。


镓属于元素周期表的第三族。它和第五族元素——砷、锑、磷、氮化合后,形成一系列具有半导体性能的化合物。例如砷化镓、锑化镓、磷化镓等,都具有良好的半导体性能,是目前实际应用较多的半导体材料。


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