Название
Галлий металлический — химический элемент 13-й группы периодической системы с атомным номером 31 и символом Ga. Международное наименование — Gallium. CAS № 7440-55-3. Это мягкий серебристо-белый металл с низкой температурой плавления и широким диапазоном существования в жидком состоянии.
В промышленности галлий поставляется в виде металла различной степени чистоты. Для электронной и полупроводниковой отрасли применяют высокочистые марки, включая 5N, 6N и 7N.
Описание
Галлий относится к постпереходным металлам. По химическим свойствам он сходен с алюминием, но при обычных условиях менее активен. На воздухе поверхность металла постепенно покрывается тонкой оксидной плёнкой.
Главная особенность галлия — температура плавления немного выше комнатной. При нагревании примерно до 29,8 °C металл переходит в жидкое состояние и сохраняет его в очень широком диапазоне температур. Галлий способен переохлаждаться, поэтому расплав иногда остаётся жидким и ниже температуры затвердевания.
Металл хорошо смачивает стекло и некоторые другие поверхности. Он способен проникать в структуру ряда металлов и сплавов, особенно алюминия, снижая их механическую прочность. Тару и оборудование выбирают с учётом химической совместимости.
Внешний вид
При температуре 20 °C чистый галлий находится в твёрдом состоянии. Металл имеет серебристый блеск, а после расплавления образует подвижную серебристую жидкость.
Характерные признаки:
-
цвет — серебристо-белый;
-
агрегатное состояние при 20 °C — твёрдое;
-
структура — металлическая, кристаллическая;
-
запах — отсутствует;
-
состояние выше 29,8 °C — жидкий металл;
-
растворимость в воде — практически отсутствует.
Высокочистый галлий имеет однородную металлическую поверхность без выраженных посторонних включений. Внешний вид технических марок зависит от чистоты и условий хранения.
Токсичность
Металлический галлий не относится к веществам с высокой острой токсичностью, однако обращаться с ним следует как с промышленным химическим продуктом. Токсикологические свойства зависят от химической формы: соединения галлия могут иметь иной профиль опасности, чем элементарный металл.
При работе рекомендуется:
-
использовать защитные перчатки и очки;
-
избегать попадания вещества в глаза и длительного контакта с кожей;
-
соблюдать правила производственной гигиены;
-
не нагревать металл без необходимости;
-
избегать контакта с алюминием и несовместимыми металлами.
При высоких температурах возможно образование паров и оксидных аэрозолей, поэтому термические процессы проводят при эффективной вентиляции. Отходы галлия собирают отдельно для регенерации или утилизации.
Синонимы
Русские наименования:
-
галлий;
-
металлический галлий;
-
галлий металлический;
-
элементарный галлий;
-
галлий высокой чистоты.
Английские наименования:
-
Gallium;
-
Gallium metal;
-
Metallic gallium;
-
Elemental gallium;
-
High-purity gallium.
Для технической документации рекомендуется использовать обозначение Gallium, символ Ga и CAS 7440-55-3. Для высокочистого продукта дополнительно указывают массовую долю основного вещества или класс чистоты.
Физические данные
Основные физико-химические характеристики металлического галлия:
-
химическая формула — Ga;
-
атомная масса — 69,723 г/моль;
-
температура плавления — около 29,76–29,78 °C;
-
температура кипения — около 2204 °C при атмосферном давлении;
-
плотность при 20 °C — около 5,91 г/см³ для твёрдого металла;
-
плотность твёрдого галлия около точки плавления — примерно 5,904 г/см³;
-
плотность жидкого галлия около 29,8 °C — примерно 6,095 г/см³.
Необычная особенность галлия — увеличение объёма при затвердевании. Плотность твёрдой фазы ниже плотности расплава, поэтому при кристаллизации металл расширяется примерно на 3 %. Это учитывают при выборе тары: полностью заполненные жёсткие стеклянные ёмкости использовать нежелательно.
Сферы применения
Галлий востребован прежде всего в электронной, оптоэлектронной и материаловедческой промышленности. Значительная часть металла используется для производства соединений и полупроводниковых материалов.
Основные направления применения:
-
производство полупроводников — получение арсенида галлия GaAs и нитрида галлия GaN;
-
светодиодная техника — изготовление материалов для LED-компонентов и оптоэлектронных устройств;
-
силовая электроника — производство компонентов на основе соединений галлия;
-
радиочастотная техника — выпуск высокочастотных полупроводниковых приборов;
-
солнечная энергетика — применение соединений галлия в отдельных фотоэлектрических элементах;
-
производство низкоплавких сплавов — получение специальных металлических композиций;
-
термометрия — использование благодаря низкой температуре плавления и широкому диапазону жидкого состояния;
-
научные исследования — изготовление экспериментальных сплавов и лабораторных образцов.
Для электронной промышленности особенно важна степень чистоты металла. Даже небольшие количества примесей могут влиять на свойства полупроводниковых материалов, поэтому при заказе необходимо согласовать чистоту, допустимый уровень примесей, массу партии, упаковку и требования к сертификату анализа.