Реферати українською » Химия » Галій і його сполуки


Реферат Галій і його сполуки

Страница 1 из 6 | Следующая страница

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

>КАФЕДРАПРИКЛАДНОЙ ЕКОЛОГІЇ ЙОХРАНЫОКРУЖАЮЩЕЙСРЕДЫ

>КУРСОВАЯ РОБОТА

по хімії

ТЕМА:Галлий та його сполуки

студента групи:ЭП-96

факультет: екології та хімічної

технології

Морозова Валентина Володимировича

Донецьк, 1997

>Преподователь: доцент ЖислінаИ.Л.

<- 2 ->

Зміст.

стор.

0. Зміст 2

1. Історичні відомості 3

2. Поширення у природі. Характеристика

природних сполук (мінералів) 4

3. Способи отримання елемента у чистому вигляді 4

4. Властивості елемента:

4.1.Физичесие 5

4.2. Хімічні 7

5.Соединения елемента, їхнє одержання й поліпшуючи властивості: 8

5.1.Соединения з киснем 8

5.1.1. Окисли 8

5.1.2.Гидроокись 9

5.1.3.Перекисние сполуки 10

5.2.Галлати 10

5.2.1.Металлов I групи 10

5.2.2.Металлов II групи 11

5.2.3.Редкоземельних елементів 11

5.3. Солікислородсодержащих кислот 12

5.3.1.Сульфати 12

5.3.2.Селенати 12

5.3.3. Селеніти 13

5.3.4.Молибдати 13

5.3.5.Вольфрамати 13

5.3.6.Нитрати 13

5.3.7. Фосфати 14

5.3.8.Арсенати 14

5.3.9.Карбонати 14

5.3.10.Силикати 15

5.3.11. Солі органічних кислот 15

5.4.Халькогениди 15

5.4.1.Сульфиди 15

5.4.2.Селениди 16

5.4.3.Теллуриди 17

5.5.Галогениди 17

5.5.1.Фториди 17

5.5.2.Хлориди 18

5.5.3.Бромиди 20

5.5.4.Иодиди 21

5.6.Роданиди іферроцианиди 21

5.6.1.Роданиди 21

5.6.2.Ферроцианиди 21

5.7.Соединения знеметаллами 22

5.7.1.Нитрид 22

5.7.2.Фосфид 23

5.7.3.Арсенид 24

5.7.4.Антимонид 24

5.7.5.Гидриди ікарбиди 24

6. Особливі властивості елемента та її сполук,

їх застосування 25

7. Література 29

<- 3 ->

>ГАЛЛИЙ, (латів.Gallium)Ga

1. ІСТОРИЧНІ ДАНІ.

Наприкінці 1870 року, виступаючи на засіданні Російського фізико-хімічного суспільства, Д. І. Менделєєв сказав, зокрема, що у п'ятому ряду третьої групи повинен бути поки що не відкритий, але безумовно що у природі елемент. У цьому Менделєєв дуже докладно описав властивості ">ека-алюминия" (так учений умовно назвав цей елемент, що у таблиці йому відводилося місце під алюмінієм) і навіть висловив упевненість, "що він відкритий спектральним дослідженням". (Виверт долі: чи мігБунзен припустити, що розроблений їм спектральний аналіз зіграє з нею гіркий жарт - незаперечно доведе хибність його необдуманої оцінки періодичного закону?) Чекати довелося порівняно недовго. У 1875 року французький хімік Поль ЕмільЛекок деБуабодран, досліджуючиспектроскопическим шляхомцинковую обманку - добре відомий мінерал, привезений із містечкаПьерфитт в Піренеях, виявив фіолетову незнайомку - новуспектральную лінію,свидетельствовавшую у тому, що у мінералі присутній невідомий хімічний елемент. Але побачити нову лінію - це лише півсправи, тепер потрібно було виділення з мінералу винуватця її в спектрі. Завдання було легке, оскільки зміст шуканого елемента у цинкової обманку виявилося дуже незначним. І все-таки хіміку супроводжував успіх: після численних дослідів йому удалося одержати маленьку дрібку нового металу - всього 0,1 грама. Отже, труднощі позаду, але в порядку денному стояло вже таке запитання: користуючись почесним правом першовідкривача,Лекок деБуабодран мав дати "новонародженому" ім'я. Робота із вшанування своєї батьківщини учений вирішив вказувати назву "галієм " (>Галлия - латинську назву Франції). Щоправда, недоброзичливці невдовзі стали говорити, у цьому слові хімік хитро зашифрував натяк зважується на власну прізвище: адже ">галлус " - латиною "півень", французькою ж півень - "ле кок", ну, а звідси доЛекока деБуабодрана, так би мовити, недалеко ходити.

Невдовзі повідомлення про відкриття галію було опубліковано у доповіді французької Академії наук. Коли Д. І. Менделєєв ознайомився з нею, вона відразу зрозумів, йдеться у тому самомуека-алюминии, якому було вже уготоване місце у його таблиці елементів. У листі, адресованому французької Академії наук, Менделєєв повідомляв: "...спосіб відкриття і виділення, і навіть деякі описані властивості змушують припускати, що метал - нічим іншим, якека-алюминий".

У насправді, властивості теоретичногоека-алюминия і реального галію дивовижно збігалися. Розбіжність виявився лише в щільності: на думку Менделєєва, вони мали становити близько 6г/см3, аЛекок деБуабодран вказував інше значення - 4,7. То ж прав? Той, що ніколи навіть бачив цей метал, чи ту, хто тільки тримав їх у руках, а й проводив з нею дослідження? Не вперше у історії науки теорія зіштовхувалася зі практикою, думку сперечалась із експериментом.

Щоб довести точність своїх початкових даних,Лекок деБуабодран знову виділив крупинки галію, старанно очистив їх і піддав ретельному дослідженню. І що саме з'ясувалося?

Щільність галію дійсно була близька до 6. Французький хімік публічно визнав правоту свого російського колеги. "He потрібно, гадаю, вказувати на виняткового значення, що має щільність нового елемента на утвердження теоретичних висновків Менделєєва",

- писав тоді першовідкривач галію.

<- 4 ->

2.РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРИРОДЕ.

>Галлий і двох стабільних ізотопів із масовими числами 69 (60,5%) і 71 (39,5%). Хоча середнє зміст галію в земної корі досить висока, 0,0015% щодо маси, що дорівнює змісту свинцю і молібдену, й у десятки разів більше, ніж, наприклад, танталу чи вольфраму, у сотні разів більше, ніж ртуті чи срібла.Галлий - типовий розсіяний елемент. У природі він є у виключно малих кількостях (0,002% і від), зазвичай - боксити,нефелини,сфалерити, кам'яні вугілля, деякі залізні руди. Більшість галію криється у мінералах з алюмінієм, менше - з залізом, цинком, міддю та інші металами. Річ у тім, що галій практично немає ніякого як власних родовищ, і "персональних" мінералів.

Лише порівняно нещодавно у південно-східної частини Африки виявили першийгаллиевий мінерал, що й отримав назвугаллит

-CuGaS2. У ньому є майже 37% галію. Доти найбагатший галіємминералом - бувгерманит зТсумба у Південно-Східній Африці. У ньому міститься 0,6 - 0,7% галію. Як, порівняно багата галієм зола кам'яних вугілля. Англійські вчені підрахували, кожна тонна вугілля, видобутого на Британських островах, містить у середньому 5 грамів галію.

3.ПОЛУЧЕНИЕ.

Навіть така, начебто, незначна концентрація цього елемента, як і попелі кам'яних вугілля, вважається цілком достатнім щодо його промислового вилучення. (Усе світі щодо: залізну руду, на тонну якої припадає 300 - 400 кілограмів заліза, прийнято називати бідної.) Зате масштаби виробництва галію, відверто кажучи, невеликі. Перші 50 кілограмів цього металу отримали Німеччині 1932 року. Через приблизно століття виробництво галію зросла лише до 350 кілограмів. І хоча б сьогодні лік охочих іде на тонни, такий рідкісний метал, як реній, що його земної корі міститься у десятки тисяч разів менше, ніж галію, за обсягом виробництва залишив його давно минули.

Головним джерелом отримання галію служать... відходи алюмінієвого виробництва. Бодай на один сировину й годі й говорити витрачатися, процес вилучення галію настільки складний (цього потрібно, наприклад, хоча б покласти відокремлення його від алюмінію!), що вона виявляється однією з дорогих металів на світовому ринку. У 1950-х років 1 кілограм галію коштував 3000 доларів - майже 3 рази дорожче золота! Тільки подумати: невеличкийслиточек металу, цілком вміщується на долоні, - і такі солідна сума!..

Методи виділення, тож отримання галію розробили самим першовідкривачем та її учнемЮнгфлейшем. Для отримання в лабораторних умовах найкраще спочатку осадити галій якцианоферрата(II). Останній при сильному нагріванні перетворюється на сумішGa2O3 іFe2O3. Суміш окислівсплавлением збисульфатом калію переводять їх у розчинне стан. Потім з солянокислого розчину дією великої кількості їдкого розжарюй висаджують залізо (окис галію розчинна в луги). Після цього галій можна з лужного розчинуелектролитически.Кейл (>Keil, 1926) рекомендує сплавлятицианоферрат(II) з твердим їдким розжарюй в срібному тиглі, потім розчиняти плав у питній воді (у своїй залізо виділиться як гідроокису) і з фільтрату післяподкисления соляної кислотою аміаком осадити галій як гідроокису.Гидроокись припрокаливании перетворюється на окис, з якій можна отримати метал, сильно нагріваючи речовина в струмі водню.Ричардс (>Richards,.1923) описав метод, яким свинець, отриманий прирафинировании цинку дистиляцією (виділеного з руд, містять галій), переробляється на галій.

<- 5 ->

Згерманита галій можна це й кількісно отримати за методикою Берга іКейла (>Berg,Keil, 1932), засновану на легкої розчинностіGaCl, в ефірі. УЛеопольдсхолле багато років тому почали отримувати галій в заводських умовах при переплавляннюмансфельдского мідного сланцю. Містили галій залишки, у яких маються також важкі метали іалюминий,преимущественно як сульфатів, фосфатів імолибдатов (>Feit, 1933) - передусім обробляютьNaOH. Потімотфильтровивают які гідроокису важких металів, а розчин нейтралізують.Випадающий у своїй осад, крім галію, має ще цинк і алюміній як фосфатів і сульфатів.Осадок знову розчиняють в сірчаної кислоті і розчин розбавляють водою. Причому у результаті фракційного осадження сірководнем з сірчанокислого розчину останній збагачується галієм внаслідок відділення залишків молібдену і цинку.

Потім розчин змішують компанії з рішучим їдкимнатром, причому фосфорна кислота відокремлюється яктринатрийфосфата, майженерастворимого вщелочи. Залишившись розчин піддають електролізу. При ретельної роботі виходить майже чистий галій.

У промисловості галій отримують так. При переробці бокситів галій за способом Баєра концентрується в оборотних маткових розчинах після виділенняAl(OH)3. З таких розчинів галій виділяють електроліз на ртутному катоді. З лужного розчину, отриманого після обробки амальгами водою, в облогу берутьGa(OH)3, яку розчиняють вщелочи і виділяють галій електроліз.

Присодово-известковом способі переробкибокситовой чинефелиновой руди галійконцетрируется на минулих фракціях опадів, виділених у процесікарбонизации. Для додаткового збагачення осадгидроокисей обробляють вапняним молоком. У цьому більшістьAl залишається в осаді, а галій перетворюється на розчин, з якихпропусканием CO2 виділяютьгаллиевий концентрат (6-8%Ga2O3); останній розчиняють в луги та виділяють галійелектролитически.

Джерелом галію він може служити залишковийанодний сплав процесу рафінуванняAl методомтрехслойного електролізу. У виробництві цинку джерелами галію євозгони (>вельцокисли), які утворюються при переробці хвостів вилуговування цинкових недогарків.

Отриманий електроліз лужного розчину рідкий галій, промитий водою і кислотами (HCl,HNO3), містить 99,9-99,95%Ga.

Більше чистий метал отримують плавкою в вакуумі, зонної плавкою чи витягуванням монокристала з розплаву.

4.СВОЙСТВА.

>ФИЗИЧЕСКИЕСВОЙСТВА.

>Галлий - щодо м'який, ковкий метал, блискучого сріблястого кольору, з блакитнувато-сірими штрихами. Він плавиться при 29,78 З (теплота плавлення 19,16кал/г).Закипает лише за - 2230 З.Расплавленний метал при охолодженні не застигає негайно, якщо його не помішувати паличкою; що такої втручання може залишатися рідким місяцями. Властивості галію, у багатьох відносинах які від інших металів, визначаються її незвичним будовою. У кристалі в кожного атома три сусіда по прошарку. Одне з них розташований з відривом 0,244 нм, а через два інших - істотно більшому відстані один від друга - 0,271 нм. Відстань між верствами також велика і становить 0,274 нм. Тому вважатимуться, що кристал галію складається з частинокGa2, пов'язаних між собоюван-дер-ваальсовими силами. Цим пояснюється його низька температура плавлення. Вона має унікальний температурний інтервал стану (від 29,78 до 2230 З). МолекулиGa2 зберігаються в рідкому стані, тоді як і парах металевий галій майже завждиодноатомен. Високу температуру кипіння галію тим, що з плавленні

<- 6 ->

утворюється щільна упаковка атомів з координаційним числом 12, для

руйнації якій потрібно велику енергію. Зокрема таким

будовою пояснюється велика щільність рідкого галію порівняно

з кристалічним. Щільність розплавленого галію більше, ніж в

твердого металу. На відміну від ртуті рідкий галій (коли він

недостатньо очищено) добре змочує скло.Галлий дуже схильний

допереохлаждению. Будучи розплавлений і знову охолоджений, може

місяцями зберігатися в рідкому стані при кімнатної і більше

низької температури.

Призатвердевании сильнопереохлажденногодиспергированного металу можуть утворитися кристали нестійкоюb-модификации галію з температурою плавлення - 16,3 З, у структурі якої атоми галію утворюють зигзагоподібні ланцюжка. Крім неї, отримані ще три несталі модифікації галію.

>Галлий маєромбическую (>псевдотрегональную) грати з параметрами a = 4,5197 A, b = 7,6601 A, з = 4,5257 A. Щільність (>г/см3) твердого металу 5,904 (20 З), рідкого 6,095 (29,8 З), т. е. призатвердевании обсяг збільшується. Крім великого інтервалу стану (2200 З), ще однієї характерною рисою галію є низька тиск пара при високих температурах до 1100-1200 З.Удельнаятеплоемкость твердого галію 376,7Дж/(кг*К), тобто. 0,09кал/(г*град) винтеравале 0-24 З, рідкого відповідно 410Дж/(кг*К), тобто. 0,098кал/(г*град) винтеравале 29-100 З. Питома електричне опір (>ом*см) твердого галію 53,4*10-6 (0 З), рідкого 27,2*10-6 (30 З).Вязкость (пуаз= 0,1н*сек/м2): 1,612 (98

З), 0,578 (1100 З), поверхове натяг 0,735н/м (735дин/см) (30 З у атмосфері H2). Коефіцієнти відображення для довжин хвиль 4360 A і 5890 A відповідно рівні 75,6% і 71,3%.Сечение захоплення теплових нейтронів 2,71 барна (2,7*10-28 м2).

Таблиця 1

Властивості галію тоді якпредсказанними властивостямиекаалюминия

>ЭкаалюминийГаллий

Атомний вагу ~68 Атомний вагу 69,72

Питома вага 6,0 Питома вага 5,9

Атомний обсяг 11,5 Атомний обсяг 11,8

Питома вага окисла 5,5 Питома вага окисла 3,9

Металлегкоплавкий Температура плавлення металу

29,78 З

Метал стійкий надворі Метал стійкий надворі

Метал здатний до утворенняГаллий здатний до утворенняквасцовквасцов

Температура кипіння хлориду Температура кипінняGaCl3 201 З; нижче, ніж хлориду цинкуZnCl2 730 З

Метал легко виходить Металевий галій виходить

відновленням при нагріванні

окисла в струмі водню чи електролітичним шляхом з водного розчину

>Сульфид не осаджується Якщо галій в розчині присутній

сірководнем один, то сірководень не бере в облогу

сульфіду галію.

(Проте сульфід галію можна майже кількісносоосадить коїться з іншимисульфидами, якщо вони глушаться з лужного чиуксуснокислого розчину.)

У табл. 1 наведено властивості галію й у порівняння властивостіекаалюминия пророкованого Менделєєвим виходячи з періодичного закону.

<- 7 ->

>ХИМИЧЕСКИЕСВОЙСТВА.

На повітрі галій стійкий при звичайній температурі, оскільки покривається, подібно алюмінію, міцноїоксиднойпленкой. Вище 260 З в сухому кисні спостерігається повільне окислювання. Воду не розкладає. У сірчаної і соляної кислотах галій розчиняється повільно, в плавикової - швидко, в азотної кислоті на холоду - стійкий. У гарячих розчинах лугів галій повільно розчиняється.

>2Ga +6H2O +6NaOH -->3H2 +2Na3[Ga(OH)6]

>Хлор і бром сильно діють на метал вже в холоду. З йодом галій з'єднується при нагріванні. Принакаливании галій сполучається з киснем і сіркою.Расплавленний галій при високих температурах вище 300 З взаємодіє з усіма конструкційними металами і сплавами. З водного розчину галій легко можна назватиелектролитически, але кількісно це важко.

Нормальний потенціал галію щодо нормального водневого електрода дорівнює - 0,52 в.

>Галлий взаємодіє практично з усіма металами, крім підгрупи цинку, скандію і титану.

Останнім відповідають подвійні системи, які мають абоевтектический характер, або (у разі важких металів -Cd,Hg, Tl,Bi,Pb) обмежену взаємну розчинність в рідкому стані. Для цих металів не характерно також освіту безперервних твердих розчинів; найбільшої розчинність (0,85ат. % ) в галлії

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація