Металл плавится в руке

Какой металл тает в руке?

Первым в мире научно предсказал открытие столь необычного металла создатель периодической системы химических элементов Дмитрий Иванович Менделеев.

В разработанном периодическом законе он специально оставил места в таблице для элементов, которые еще не обнаружила наука в природе, но вероятность обнаружения которых была очень велика. Подразумевалось нахождение наукой аналогов алюминия и кремния. Дмитрий Иванович даже описал свойства веществ, которые откроют в будущем. Более того, он даже указал способ, каким их откроют — спектроскопия (выявление в спектре по новым в нем линиям).

Все потом именно так и произошло в дальнейшем. В 1875 году французский ученый в области химии Поль Эмиль Лекок де Буабодран увидел в спектре цинковой обманки две новые линии фиолетового цвета. Линии эти явно принадлежали какому-то неизвестному веществу, присутствующему в исследуемом образце цинковой обманки.
Поль Эмиль Лекок де Буабодран
Фото: ru.wikipedia.org

О своем открытии ученый позже сделал доклад в академии наук Франции. При этом предложил свое название новому открытому химическому элементу — галлий. Название было в академии единодушно принято, поскольку оно указывало на родину научного открытия. Как известно, Франция в эпоху могущества Рима называлась Gallium.

С открытием галлия связана интересная история. Менделеев, узнав из журнала об открытии, написал во Францию письмо на тот счет, что под это вещество он уже оставил в своей таблице свободную клетку. Галлий ее может занять, но при условии, что во Франции исправят ошибки с его описанием. Дело в том, что Поль Эмиль Лекоком де Буабодран неверно указал атомный и удельный вес нового химического элемента.

Во Франции более тщательно изучили вещество и признали правоту Менделеева. Это сделал сам Поль Эмиль Лекоком де Буабодран, написав письмо Дмитрию Ивановичу. И. Н. Крамской, «Портрет химика Дмитрия Ивановича Менделеева», 1878 г.
Фото: artchive.ru

Чтобы не утомлять читателя описанием свойств галлия, отмечу только одно его свойство:

  • этот металл, находясь в твердом состоянии, легко тает в руке при комнатной температуре.

Галлий может находиться и в жидком состоянии. Известны и его сплавы с другими металлами. Однако это очень дорогой металл. Добывают его с большим трудом, так как галлий находится в соединениях в крайне маленьком количестве — считанные граммы на тонну руды. Но востребованность его в мире постоянно растет.

Основной потребитель галлия — электронная промышленность. А она стремительно развивается. Увеличивающийся спрос диктует и цены. На мировом рынке металлов тонну галлия можно нынче купить, заплатив почти два миллиона американских долларов! Галлий. Мягкий хрупкий металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком
Фото: ru.wikipedia.org

Так что если кто-то пожелает удивить друзей и знакомых тем, как на его ладони тает кусочек настоящего металла (а не окрашенного под прикольный фокус кубика льда), то ему потребуется основательно потратиться. Потратиться не только на сам металл, но и на устройство, поддерживающее внутри себя постоянную температуру существенно ниже температуры тела человека.

Теги: металл, галлий, Дмитрий Менделеев, интересные истории, Франция, научное открытие, Поль Эмиль Лекок де Буабодран

Металл, который тает в руках

Он хрупкий, как стекло, плавится при комнатной температуре и не любит другие металлы.
Знакомьтесь: галлий.
В 1869 году его существование предсказал Дмитрий Менделеев. Основываясь на открытом периодическом законе, он оставил места в третьей группе для неизвестных элементов. Ориентируясь по «соседям», Менделеев достаточно точно описал их химические и физические свойства. А в 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран выступил на заседании Парижской академии наук, сообщив, что открыл новый элемент. Как раз так, как и предсказал Менделеев, — с помощью спектроскопии. Свою «находку» он предложил назвать галлием от слова «Галлия» (римское название исторической части Европы, включающей в том числе и Францию. — Прим. ред.). Хотя некоторые поговаривали, что за основу химик взял свою фамилию Лекок, созвучную французскому le coq («петух»). А по-латински «петух» — gallus, откуда недалеко и до галлия (gallium). В любом случае галлий занял третью группу четвертого периода системы химических элементов Менделеева под атомным номером 31.
Металл достаточно редкий. Собственные минералы галлия в природе обнаружены лишь в Намибии и Заире. В качестве примеси он входит в состав многих минералов, но его количество там крайне мало. И даже из бокситов, а именно на них приходится 90% мирового выпуска галлия, извлекается до 20%. Так что производство является сложным и дорогостоящим процессом. Основные страны, где им занимаются, — Китай, Германия, Япония.

Галлий обладает весьма интересными свойствами. Во-первых, тепла человеческого тела вполне достаточно, чтобы превратить этот серебристый металл в жидкость. Температура его плавления — всего 29,8 °С. Для сравнения: у свинца — 327 °С, у золота — 1063 °С, а у вольфрама — 3420 °С. Именно благодаря низкой температуре плавления галлий является основным компонентом многих легкоплавких сплавов, которые широко используют в технике. Удобно, к примеру, применять его в устройствах пожарной сигнализации. Стоит воздуху в помещении слегка нагреться, как столбик галлиевого сплава, вмонтированный в реле, начинает таять. В результате замыкаются электрические контакты и звуковой или световой сигнал извещает об опасности. Надежнее любого вахтера!
Во-вторых, галлий может длительное время не затвердевать в переохлажденном состоянии. Можно положить его вечером в морозильник и утром найти в таком же расплавленном виде. И даже если вылить каплю на лед, она еще долго не затвердеет. Зато, когда это произойдет, объем металла значительно увеличится. Это свойство проявляют немногие простые вещества и соединения, такие как, например, вода. Поэтому галлий обычно хранят в небольших желатиновых капсулах или резиновых баллонах.

Наконец, третье его достоинство в том, что он остается жидким в огромном интервале температур (от 29,8 до 2230 °С). А так как кипеть начинает лишь при 2230 °С, его используют при изготовлении высокотемпературных термометров и манометров. Сравните: температура кипения ртути — 356,7 °С.
Казалось бы, легкоплавкость в сочетании с возможностью долгое время оставаться жидким должны делать его прекрасным теплоносителем. Но не тут-то было! По отношению к другим металлам жидкий галлий недружелюбен: при повышенных температурах большинство из них он растворяет, то есть разрушает.
Зато способность хорошо отражать световые лучи позволяет широко использовать галлий при производстве зеркал. Причем они не тускнеют даже при повышенных температурах! Включают галлий и в состав медицинских препаратов, так как было установлено, что его ионы способны заменять ионы железа. Галлий является мощным антибактериальным средством, способен затормозить потерю костной массы у онкологических больных, быстро остановить кровотечение и ускорить заживление ран. Однако основной сферой применения его уникальных способностей остается микроэлектроника.

Галлий

Галлий плавится всего при 29,76 °C, поэтому он тает даже в руке. При температуре, близкой к комнатной, плавятся еще три металла: ртуть, цезий и рубидий. Но из-за высокой токсичности или реакционной способности их, в отличие от галлия, нельзя брать в руки.

Как был открыт галлий

Существование галлия было предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 на основании сформулированного им Периодического закона. Менделеев дал этому элементу название «экаалюминий» и предсказал у него такие свойства как плотность, температуру плавления. Также Менделеев предсказал:

  • характер оксида,
  • связь в соединениях с хлором.
  • что металл будет медленно растворяться в кислотах и щелочах;
  • он не будет реагировать с воздухом;
  • оксид экаалюминия M₂O₃ должен реагировать с кислотами с образованием солей MX₃;
  • что он должен образовывать основные соли;
  • хлорид обладает большей летучестью, чем Zn­Cl₂;
  • что этот элемент откроют с помощью спектроскопии.

Менделеев оказался Ностардамусом в химии: когда галлий был получен, все предсказанные ученым свойства подтвердились!

В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран изучал сфалерит с помощью спектроскопии и обнаружил две фиолетовые линии, принадлежащие новому элементу. Год спустя ученый выделил новый элемент с помощью электролиза. Этот элемент Буабодран назвал в честь латинского названия Франции — Gal­lia. Существует легенда, что в это название ученый вкладывал и другой смысл. Лекок созвучно с французским le coq, т.е. «петух» (на латыни gal­lus). Буабодран как бы ненароком увековечил свое имя в названии нового элемента.

Изучая полученный галлий, Буабодран определил, что плотность отличается от предсказанной Менделеевым. Когда Менделеев узнал об этом, то написал французскому коллеге с рекомендацией перепроверить результаты. И как оказалось, не напрасно: первые данные Буабодрана действительно были неверными.

Области применения галлия

Бóльшая часть добываемого галлия используется для производства полупроводников. Арсенид (GaAs) и нитрид галлия (GaN) используются в электронных компонентах многих устройств, для создания интегральных схем, высокопроизводительных процессоров, микроволновых усилителей. Арсенид галлия используется в различных электрооптических инфракрасных приборах. Арсенид галлия-алюминия применяется для создания инфракрасных лазерных диодов высокой мощности. На основе нитрида галлия и нитрида индия-галлия производят синие и фиолетовые лазерные диоды. Кстати, лазер на нитриде галлия применяется в приводах Blu-ray дисков.

Фотоэлементы на основе арсенида галлия, фосфида и арсенида индия-галлия установлены на космических спутниках и марсоходах.

Галлий имеет интересную особенность: он сильно понижает температуру плавления сплавов, в которых содержится. При этом температура опускается ниже, чем у каждого компонента сплава по отдельности (эвтектические составы). Так, сплав Галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова) имеет температуру плавления -19 °С и используется в некоторых термометрах вместо ртути.

Галлий применяется и в медицине. В целом металл характеризуется низкой токсичностью и не выполняет естественной биологической функции. Поэтому препараты на основе галлия могут применяться при лечении и диагностике раковых заболеваний (изотопы галлий-67 и -68). Также галлий используется при лечении некоторых бактериальных инфекций: ион Ga³⁺ замещает Fe³⁺ в метаболических путях дыхания бактерий, вызывая их гибель. Препараты на основе галлия могут применяться при лечении малярии.

Еще галлий помогает обнаружить нейтрино-частицы, исходящие от Солнца. Как правило, выявление таких частиц — это весьма сложный и трудоемкий процесс. Галлий в составе регистрационной смеси повышает чувствительность анализа, а соответственно, и помогает зафиксировать нейтрино. Детекторы GALLEX Национальной лаборатории Гран-Сассо содержат 12,2 тонны галлия-71. Они улавливают нейтрино, исходящие от Солнца, и превращают его в радиоактивный изотоп, излучение которого можно зафиксировать. Подобные исследования также проводят в Баксанской нейтринной обсерватории (Кабардино-Балкария), где нейтрино-детекторы содержат 5 тонн жидкого галлия.

По температуре плавления галлия можно проверять термометры! Эта величина — 302,9146 K (29,7646 °C) – признана стандартом Международного бюро мер и весов.

В 2007 году с помощью пучков ионов галлия толщиной 7 нм в Si­mon Fras­er Uni­ver­si­ty напечатали самую маленькую в мире книгу – Tee­ny Ted from Turnip Town. Книга получилась размером 0,07x 0,10 мм.

У галлия есть еще одно забавное применение: ложки из галлия, по виду не отличимые от алюминиевых, используют для фокуса с исчезающей ложкой. В горячем чае или кофе такая ложка попросту расплавится!

Галлий – это химический элемент с атомным номером 31. Относится к группе легких металлов и обозначается символом «Ga». Галлий в чистом виде не встречается в природе, однако его соединения в ничтожно малых количествах содержатся в бокситах и цинковых рудах. Галлий – мягкий пластичный металл серебристого цвета. При низких температурах находится в твердом состоянии, но плавится уже при температуре, не намного превышающей комнатную (29,8°C).


С момента открытия элемента в 1875 году и до наступления эры полупроводников, галлий в основном использовался для создания легкоплавких сплавов.


В настоящее время весь галлий используется в микроэлектронике.


Арсенид галлия, основное используемое соединение элемента, применяется в микроволновых схемах и инфракрасных приложениях.


Нитрид галлия используется при создании полупроводниковых лазеров и светодиодов синего и ультрафиолетового диапазона.


У галлия нет известной науке биологической роли. Но, так как соединения галлия и соли железа сходно ведут себя в биологических системах, ионы галлия часто заменяют ионы железа в медицинском применении.

Галлий — металл, который плавится в руке

Температура его плавления составляет +29,8 °C


Стоп-кадр с видео в YouTube

Галлий – весьма необычный металл. Он хрупкий как стекло, плавится при комнатной температуре и является крайне агрессивным к другим металлам.

В 1869 году существование галлия предсказал Д. И. Менделеев, который при создании периодической системы химических элементов, основываясь на открытом им Периодическом законе, оставил вакантные места в третьей группе для неизвестных элементов (аналоги алюминия и кремния, экаалюминий и экасилиций).

Основываясь на свойствах уже хорошо изученных элементов, Менделеев довольно точно описал их физические и химические свойства, а также метод открытия — спектроскопия.

Открыл и выделил галлий в виде простого вещества французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран. В 1875 году на заседании Парижской академии наук им было зачитано письмо об открытии нового элемента и изучении его свойств.

В письме речь шла о том, что ночью 27 августа 1875 года в образце цинковой обманки он обнаружил признаки нового простого тела. При исследовании спектра образца, Лекок де Буабодран выявил пару новых фиолетовых линий, указывающих на присутствии в минерале неизвестного элемента, который он предложил назвать Gallium.

Отмечается, что выделение этого элемента было сопряжено с большими трудностями, так как его содержание в руде было менее 0,1 процента, но в конечном счете Лекок де Буабодран смог получить новый элемент в количестве менее 0,1 грамма и исследовать его.


Стоп-кадр с видео в YouTube

Менделеев узнал об этом открытии из опубликованного доклада и обнаружил, что описание нового элемента почти в точности совпадает с его описанием предсказанного ранее экаалюминия. Он отправил соответствующее письмо Лекоку де Буабодрану, в котором указал, что плотность нового металла определена неверно и должна быть 5,9-6,0 , а не 4,7 грамма на кубический сантиметр.

Необычные свойства галлия позволяют осуществить с этим металлом серебристого цвета довольно много различных экспериментов, два из которых представлены на видео ниже. Например, им можно «атаковать» алюминиевую банку или понаблюдать за «бьющимся сердцем» (галлий погружается в серную кислоту и раствор бихромата).

Галлий — удивительный металл, тающий в руках

Галлий — это химический элемент из 3 группы периодической системы Менделеева. Он имеет порядковый номер 31, атомную массу 69,72, обозначается значком Ga и обладает серебристо-белым мягким металлическим цветом. Добывают галлий только преимущественно из цинковых руд и бокситов, в чистом виде его не существует. Но что удивительно для простого обывателя, это то, что имея очень низкую температуру для плавления, можно собственными глазами, не в лабораторных условиях, увидеть, как металл буквально растает в руках, словно снег. Галлий плавится при 29,8°C.

Кому же он может пригодиться такой? Может и многим. Несмотря на его таяние, галлий широко применяют в микроэлектронике, а начиная с 1875 года, когда его впервые открыли, с помощью такого металла создавали легкоплавкие сплавы. Сейчас химическое соединения «Галлия», именуемое Арсенид галлия (GaAs) используется в инфракрасных приложениях и микроволновых схемах. А вот в современных лазерах, различных светодиодах голубого и ультрафиолетового света используют другое соединение металла — нитрид галлия.

Широко применяют его в медицине, так как было установлено, что частицы галлия способны заменить частички железа, необходимые для функционирования организма. А также его включают в состав различных медицинских препаратов. Металлическим галлием, кроме всего, заполняют кварцевые термометры для измерения высоких температур, заменяя им привычную нам ртуть. Связано это с тем, что по сравнению с ртутью металл имеет очень высокую температуру кипения.

Для человека прямой контакт с металлом губителен. Острое отравления можно определить по таким признакам: кратковременное возбуждение, арефлексия, заторможенность, адинамия, нарушение координации движений, замедление и нарушение ритма дыхания. И параллельно со всем этим наступает паралич нижних конечностей, а в итоге — кома и смерть.

Считается он и очень дорогим металлом на мировом рынке. Например, по данным 2005 года одна тонна металла стоила 1,2 миллиона долларов США. Разумеется, научный прогресс не стоит на месте, и наиболее широко сейчас стоит вопрос о том, чтобы извлекать галлий при создании жидкого топлива из каменного угля.

Металл плавится в руке

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *