Металл, который плавится в руке: в чем особенности галлия

Галлий сотню лет после открытия оставался лабораторной диковинкой. Но сейчас это один из самых дорогих металлов в мире. О его уникальных свойствах и востребованности рассказывают профильные издания.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

Данный текст создан автоматически при помощи ИИ и не проходил проверку редактора, поэтому может содержать фактологические или грамматические ошибки. Подробности в публикации

• Галлий - редкий металл с уникальными свойствами, плавящийся при температуре тела человека и обладающий полупроводниковыми характеристиками.
• Добыча галлия резко возросла с 1990-х годов, сейчас он один из самых дорогих металлов в мире (1,2 млн долларов за тонну), 90% мирового производства приходится на Китай.
• Галлий широко применяется в электронике, медицине и технике, в том числе для производства полупроводников, светодиодов, в разработке лекарств и создании высокотехнологичных материалов.

Галлий в чистом виде в природе не встречается

Что такое галлий? Галлий — химический элемент, который занимает в Периодической системе элементов Менделеева место под номером 31, обозначается символом Ga. Это типичный рассеянный элемент. В чистом виде в природе он не встречается, содержится в ряде минералов, в том числе в гранате, берилле, хлорите, в полевом шпате и ряде не так широко известных видов минералов.

Среднее содержание галлия в земной коре составляет 19 г на тонну. Месторождения минералов с содержанием галлия находятся в Юго-Западной Африке, в некоторых странах СНГ, в том числе в Казахстане. Чаще всего его добывают при переработке вторсырья, которое остается при производстве алюминия.

Как выглядит галлий? Это простое вещество представляет собой мягкий хрупкий металл. Сразу после извлечения из минералов он имеет ярко серебристый цвет, затем становится серо-белым или светло-серым с синеватым оттенком.

Его существование предсказал Дмитрий Менделеев

Ученый-химик Дмитрий Менделеев создал свою Периодическую систему элементов в 1869 году. Тогда он описал физические и химические свойства вещества с атомным номером 31, которое науке было еще неизвестно. Вскоре, в 1875 году, его открыл французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран при исследовании цинковых руд, в частности, изучая минерал сфалерит.

Ученый добыл всего 0,1 г этого элемента, но это было вещество со свойствами, который ранее описал Менделеев. Элементу дали название галлий в честь латинского наименования Франции (Gallia), родины первооткрывателя элемента.

Открытие галлия символично. Оно наглядно демонстрировало прогностический потенциал периодического закона, открытого Менделеевым. Позже это подтверждалось при открытии других неизвестных элементов, которые занимали свои места в таблице. Сам же галлий еще целый век оставался лабораторной диковинкой, пока в 1970 году не были открыты его уникальные полупроводниковые свойства.

Галлий обладает уникальными особенностями

Галлий — мягкий пластичный металл, который бывает в твердом состоянии только при низких температурах. Но и в таком состоянии его можно легко резать ножом.

По информации образовательной платформы BY JU'S, галлий начинает плавиться при температуре 29,7 °С. Это значит, что кусочек металла в руках человека приобретает жидкое состояние и становится похожим на ртуть.

В жидком состоянии галлий может пребывать в широком диапазоне температур — от температуры плавления 29,7 °С до температуры кипения, которая превышает 2200 °С. Это значит, что при обычных температурах металл долго остается жидким, но не испаряется.

Другая уникальная особенность галлия — его способность проникать в межкристаллическую решетку многих металлов. Например, при контакте с алюминием и его сплавами галлий их разрушает. Если покрыть этим металлом алюминиевую банку, она рассыплется в руках. Сайт неорганической химии Chemistry утверждает, что галлий вызывает коррозию всех металлов, кроме вольфрама и тантала, которые обладают высокой устойчивостью к ней.

Один из самых дорогих металлов

Хотя сам по себе галлий не встречается в природе, есть источники его получения. Основной из них — глиноземные растворы при переработке бокситов, из которых галлий добывают путем электролиза. Как побочный продукт в производстве алюминия его также добывают из отходов этого производства.

Другие источники галлия:

• редкий минерал галлит;
• зола некоторых каменных углей.

С открытием полупроводниковых свойств галлия его добыча резко возросла. Если в 1990-е годы добывалось чуть больше 6 т в год, сейчас несколько сотен тонн. Лидер добычи галлия — Китай, на долю которого приходится более 90% его мирового производства. Из вторсырья ценный металл добывают в Канаде, США, Японии, Словакии, ФРГ. Галлий — один из самых дорогих металлов на мировом рынке. Одна тонна стоит $1,2 млн.

Галлий востребован в электронике

Где используют галлий? Большая часть дорогого металла (до 97%) применяется в производстве полупроводников для электроники. Они необходимы при создании мобильных телефонов, жидкокристаллических дисплеев, в оптоволоконной связи, в технологиях Wi-Fi, Bluetooth. Кроме того, галлий востребован в силовой электронике для создания мощных быстродействующих транзисторов.

Галлий способен превращать электричество в свет, как сообщается на сайте о чудесных исследованиях Wonderopolis. Это позволяет широко применять металл в создании полупроводниковых лазеров и в изготовлении светодиодов. С ним появилась возможность создавать белые, фиолетовые, зеленые светодиоды. Издание о передовых материалах и технологиях Unicore информирует, что за создание синих светодиодов группа разработчиков награждена Нобелевской премией по физике 2014 года.

Свойство галлия быть жидким при температуре тела, но не испаряться, открывает фантастические возможности его применения для носимой электроники. Как жидкие провода, он может применяться в эластичных электросхемах, составлять единое целое с человеческим телом. Это позволит создавать датчики для передачи тактильных ощущений. А это один шаг до создания киборгов.

Применяется в разных сферах

Галлий используют в разных сферах. Он стал востребован и в медицине:

• Используется для торможения потери костной массы у онкобольных.
• Применяется для быстрой остановки кровотечений из глубоких ран. При этом не вызывает образование тромбов.
• Галлий оказался мощным антибактериальным средством. С ним разрабатываются фармацевтические и радиофармацевтические препараты.

Но еще нет единого мнения о токсичности этого материала. Хотя известны случаи отравления галлием, приводящие к параличу и коме.

Галлий применяется в технике. На его основе создаются необычные металлические клеи и смазочные материалы. На сайте Института изучения материалов Institute of Making пишут об использовании галлия для изготовления зеркал в космических телескопах.

Галлий — металл с уникальными свойствами. Без него невозможно развитие новейших высокотехнологичных производств.