镓（化学元素）

镓（化学元素）

镓 （化学元素） 次浏览 | 2022.05.09 13:30:04 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 镓化学元素

镓，是银白色金属。质软、性脆，在空气中表现稳定。加热可溶于酸和碱；与沸水反应剧烈，但在室温时仅与水略有反应。高温时能与大多数金属作用。由液态转化为固态时，膨胀率为3.1%，宜存放于塑料容器中。1875年8月27日，元素镓被发现。

中文名

镓

外文名

Gallium

熔点

29.78℃

沸点

2403℃

水溶性

不溶于水

密度

5.904克/厘米3

外观

银白色金属

危险性符号

Xi

危险性描述

R36/37/38

英文名

Gallium

符号

Ga

序号

31

CAS号

7440-55-3

族

ⅢA

周期

4

元素分区

p

原子质量

69.723

发现人

布瓦博得朗

发现时间

1875

简介

镓，是元素周期表第四周期ⅢA族元素，元素符号Ga，原子序数31，原子量69.723。1875年法国化学家布瓦博德朗在闪锌矿中离析出几克性质与门捷列夫预言的“类铝”相同的元素，并命名，元素名来源于他的祖国，愿意为“法国的”。

镓是化学史上第一个先从理论预言[1]，后在自然界中被发现验证的化学元素。镓在地壳中的含量约0.001%，含量最富的锗石中也只含0.5%左右。固体镓为蓝灰色，液体镓为银白色；熔点29.78°C，沸点2403°C，固体密度5.907克/厘米³。镓与钒、铌、锆形成的合金具有超导性。

发现科学提炼

在化学元素周期系建立的过程中，性质相似的元素成为一族已为化学家们接受。当时法国化学家布瓦邦德朗利用光谱分析发觉到，在铝族中，在铝和铟之间缺少一个元素。从1865年开始，他用分光镜寻找这个元素，分析了许多矿物，但是都没有成功。直到1875年9月，布瓦邦德朗在法国化学家们面前表演了一组实验，证明新元素的存在。当时布瓦邦德朗测定的新元素比重是4.7，而门捷列夫根据元素周期系推算出的比重应该是5.9～6。布瓦邦德朗又重新测定了这种新元素，证实了比重应该是5.96。他将此物质命名为gallium，元素符号定为Ga。

镓的发现不仅是一个化学元素的发现，它的发现引起了科学家们对门捷列夫制定的元素周期系的重视，使化学元素周期系得到赞扬和承认。发现人布瓦博德朗，1875在法国的布瓦博德朗在用光谱分析从闪锌矿得到的提取物时，发现了镓。

镓用来制作光学玻璃、真空管、半导体的原料，装入石英温度计可测量高温。加入铝中可制得易热处理的合金。镓和金的合金应用在装饰和镶牙方面，也用来作有机合成的催化剂。

种类

高纯镓

高纯镓：high purity gallium，一般杂质总含量在10-5以下的金属镓。按镓含量分为5N，6N，7N和8N共四种级别。质软，淡蓝色光泽。熔点29.78℃。沸点2403℃。斜方晶型，各向异性显著。0℃的电阻率沿a，b，c三个轴分别为1.75×10-6Ω•m，8.20×10-6Ω•m和55.30×10-6Ω•m。超纯镓剩余电阻率比值ρ300K/ρ4.2K为55 000。采用化学处理、电解精炼、真空蒸馏、区域熔炼、拉单晶等多种工艺方法制备。主要用于电子工业和通讯领域，是制取各种镓化合物半导体的原料，硅、锗半导体的掺杂剂，核反应堆的热交换介质。

硝酸镓

分子式：Ga(NO3)3•9H2O，用途：为制取镓化合物原料。性质：无色透明结晶体，易吸潮，空气中易分解。易溶于水，20℃时每100g水可溶解295g，可溶于乙醇，但不溶于乙醚。102℃开始脱水，170℃完全分解，生成二氧化镓。由浓硝酸和氢氧化镓或金属镓作用制取。

磷酸镓

磷酸镓：gallium phosphate

分子式：GaPO4•2H2O  

性质：白色无定形粉末，难溶于水(溶度积1.0×10-21)。140℃脱水。540℃转化为晶体。密度3.26g/cm3。熔点1670℃。和磷酸作用生成磷酸氢镓化合物。

制法：由镓盐溶液和碱金属磷酸盐在pH=5时反应制取。

氧化镓

氧化镓别名三氧化二镓，氧化镓（Ga2O3）是一种宽禁带半导体，Eg=4.9eV，其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。Ga2O3是一种透明的氧化物半导体材料，在光电子器件方面有广阔的应用前景 ，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。它还可以用作O2化学探测器。

性质理化性质高纯三甲基镓

金属镓固态为淡蓝色，液态呈银白色，熔点29.93`C，沸点2403`C，密度5.9g电阻率27x10-8fI•m，液态镓的蒸气压很低，1350℃时仅为133.3Pa，在所有元素中，镓的液态温度范围最宽（从29.93-2403'C)，由于固态镓的结构复杂，液态镓易出现过冷现象，在快速冷却时，液体镓可以在一40℃的过冷状态下仍保持液态。液态镓转为固态时，镓体积膨胀，膨胀率达3.2%，液态镓几乎能润湿所有物质的表面，具有优良的浇注性能，镓能迅速扩散到某些金属的晶格内，在高温下能和许多金属生成合金。

镓的外电子层构型为「Ar]3d104s2p1，有＋1--+3三种价态，其中以＋3价化合物最稳定。镓在常温空气中稳定，260℃时才开始和氧作用，100℃时钵不和水作用，但200℃时高压水蒸气会氧化镓生成氢氧化镓。镓的化学性质和锌、铝相似，属于两性元素。和铝相似，既能溶于酸，又能溶于碱。镓的化学活性和锌相近，但不如铝活泼。镓缓慢溶于硫酸和盐酸中，室温下不溶于硝酸，但溶于热的硝酸、高氯酸、氢氟酸和王水中。随纯度提高，镓在酸和碱中溶解速度变慢，镓能和卤素作用生成各种卤化物，和硫、硒、磷、砷、锑生成半导体性质的化合物，金属镓腐蚀很强，镓对人体无害，是一种安全金属。

综合性质

元素名称：镓

元素原子量：69.72

元素类型：金属

原子体积:(立方厘米/摩尔)：11.8

地壳中含量：（ppm）：18

元素在太阳中的含量:(ppm)：0.04

元素在海水中的含量:(ppm)：  0.00001

发现人：布瓦博德朗    发现年代：1875年

原子序数：31

元素符号：Ga

元素英文名称：Gallium

相对原子质量：69.72

核内质子数：31

核外电子数：31

核电核数：31

质子质量：5.1863E-26

质子相对质量：31.217

所属周期：4

所属族数：IIIA摩尔质量：70

氢化物：GaH3

氧化物：Ga2O3

最高价氧化物化学式：Ga2O3

密度：5.907

熔点：29.78

沸点：2403.0

以下为增加内容：

氧化态：Main  Ga+3

Other  Ga+1, Ga+2

声音在其中的传播速率：（m/S）：2740

晶胞参数：

a = 451.97 pm

b = 766.33 pm

c = 452.6 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

电离能 (kJ/ mol) 

M - M+ 578.8

M+ - M2+ 1979

M2+ - M3+ 2963

M3+ - M4+ 6200

M4+ - M5+ 8700

M5+ - M6+ 11400

M6+ - M7+ 14400

M7+ - M8+ 17700

M8+ - M9+ 22300

M9+ - M10+ 26100

外围电子排布：4s2 4p1

晶体结构：晶胞为正交晶胞。

莫氏硬度：1.5 

核外电子排布：2,8,18,3

颜色和状态：蓝白色金属

原子半径：1.81

常见化合价：+3

提炼实际应用

元素来源：它凝固时膨胀,，常是作为从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物得到的。

镓在常温下，看上去象一块锡，如果你想把它放在手心里，它马上就熔化了，成为银亮的小珠。原来镓的熔点很低，只有29．8℃。镓的熔点虽然很低，可是沸点却高达2070℃。人们就利用镓的这个特性来制造测量高温的温度计。把这种温度计伸进炉火熊熊的炼钢炉中，玻璃外壳都快熔化了，里边的镓还没有沸腾，如果用耐高温的石英玻璃来制造镓温度计的外壳，它能够一直测到1500℃的高温。所以，人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。

镓具有较好的铸造特性，由于它“热缩冷胀”，被用来制造铅字合金，使字体清晰。在原子能工业中，用镓作为热传导介质，把反应堆中的热量传导出来。 镓与许多金属，如铋、铅、锡、镉，铟、铊等，生成熔点低于60℃的易熔合金。其中如含铟25％的镓铟合金(熔点16℃)，含锡8％的镓锡合金(熔点20℃)，可以用在电路熔断器和各种保险装置上，温度一高，它们就会自动熔化断开，起到安全保险的作用。

镓同玻璃合作，有增强玻璃折射率的效能，可以用来制造特种光学玻璃。因为镓对光的反射能力特别强，同时又能很好地附着在玻璃上，承受较高的温度，所以用它做反光镜最适宜，镓镜能把70％以上射来的光反射出去。

镓的一些化合物，如今与尖端科学技术结下了不解之缘。砷化镓是近年来新发现的一种半导体材料，性能优良，用它作为电子元件，可以使电子设备的体积大为缩小，实现微型化。人们还用砷化镓做元件制成了激光器，这是一种效率高、体积小的新型激光器。镓和磷的化合物——磷化镓是一种半导体发光元件，能够射出红光或绿光，人们把它做成了各种阿拉伯数字形状，在电子计算机中，就利用它来显示计算结果。

制备方法

可由铝土矿或闪锌矿中提取。最后经电解制得纯净镓。[2]

主要从炼锌废渣和炼铝废渣中回收提取。 

工业生产以工业级金属镓为原料，用电解法、减压蒸馏法、分步结晶法、区域熔融法进一步提纯，制得高纯镓。电解法 以99.99%的工业级金属镓为原料，经电解精炼等工艺，制得高纯镓的纯度≥99.999%。以≥99．999%的高纯镓为原料，经拉制单晶或其他提纯工艺进一步提纯，制得高纯镓的纯度≥99．99999%。 

储存方法

由于液态镓的密度高于固体密度，凝固时体积膨胀，而且熔点很低，储存时会不断地熔化凝固。所以使用玻璃储存会撑破瓶子和浸润玻璃造成浪费，镓适合使用塑料瓶（不能盛满）储存。

用途

元素用途：用于半导体工业，发光二极管和砷化镓激光二极管。

其他化合物：GaCl3-氯化锌，一种稀有蓝白色三价金属元素,在低温时硬而脆,而一超过室温就熔融。镓的化学活性低于铝，在常温下几乎不受氧和水的侵蚀，只在高温下才被氧化；它与稀酸作用缓慢，可溶于热的强酸及强碱中，分别形成镓盐或镓酸盐；卤素与镓反应生成三卤化镓或一卤化镓；镓在高温下能与硫、硒、碲、磷、砷、锑反应，生成的化合物都有半导体性质；镓的氧化和氢氧化物都是两性的，可溶于酸和碱中。镓可用作高温温度计和真空装置中的密封液；镓的最重要的应用是在制造半导体器件方面；镓还用来制造阴极蒸汽灯等。

最新研发

2014年9月23日，美国北卡罗来纳州一个科研团队日前研发出一种可进行自我修复的变形液态金属，距离打造“终结者”变形机器人的目标更进一步。

科学家们使用镓和铟合金合成液态金属，形成一种固溶合金，在室温下就可以成为液态，表面张力为每米500毫牛顿。这意味着，在不受外力情况下，当这种合金被放在平坦桌面上时会保持一个几乎完美的圆球不变。当通过少量电流刺激后，球体表面张力会降低，金属会在桌面上伸展。这一过程是可逆的：如果电荷从负转正，液态金属就会重新成为球状。更改电压大小还可以调整金属表面张力和金属块粘度，从而令其变为不同结构。

北卡罗来纳州立大学副教授迈克尔·迪基（Michael Dickey）说：“只需要不到一伏特的电压就可改变金属表面张力，这种改变是相当了不起的。我们可以利用这种技术控制液态金属的活动，从而改变天线形状、连接或断开电路等。”

此外，这项研究还可以用于帮助修复人类切断的神经，以避免长期残疾。研究人员宣称，该突破有助于建造更好的电路、自我修复式结构，甚至有一天可用来制造《终结者》中的T-1000机器人。

参考资料