Химические элементы

Галлий. Металл для фокусов

В интернете какое-то время был широко распространен видеоролик про растворение «железной» ложки в стакане горячей воды. Этот фокус вызвал большой ажиотаж, но только не среди ученых. Ведь они-то знают, что существует такой металл, как галлий. Поговорим же о нем более предметно.

Галлий был предсказан еще Д. И. Менделеевым в 1871 году. Более того, великий русский химик смог предсказать и метод, с помощью которого будет открыт эка-алюминий (такое он дал название еще неоткрытому элементу). Спустя всего 4 года Дмитрий Иванович мог бы устроить небольшой праздник в честь триумфа периодического закона. Ведь все его предсказания сбылись. Француз Лекок де Буабодран сначала обнаружил неизвестный элемент спектроскопическим методом, а немного позднее ему удалось выделить соли галлия. Назвал он его в честь своей Родины Франции, которая на латинском языке именуется Gallia.

Галлий заслуженно относят к редким элементам, ведь он составляет лишь 1,5×10^-3 % массы земной коры. К тому же он не имеет собственных минералов, а является примесью к минералам цинка и алюминия. В связи с этим он считается рассеянным элементом.

Области применения чистого галлия обусловлены в первую очередь его физическими свойствами: этот металл плавится при температуре в 29,76 °C, поэтому хорошо подходит в качестве смазывающего материала. На его основе создано большое количество металлических клеев. Также им заполняют кварцевые термометры, заменяя более токсичную ртуть. Его еще используют для атомной промышленности в качестве среды для разделения различных элементов продуктов деления. Подробнее рассказать не можем по понятным причинам.

Скорее всего, на разных видео вы видели такой трюк: человек берет в руку кусочек галлия и он плавится в руке. Здесь есть одно большое НО! Во-первых, так можно расплавить только очень маленький кусочек галлия. Скорее даже пластинку. Во-вторых, большой кусочек галлия просто так в руке не расплавить. Хотя его температура плавления ниже температуры человеческого тела (36,6 °C), но с одной стороны к кусочку подводится тепло, а с других его поверхностей тепло передается окружающей среде.

Поэтому обычно идут на хитрости: либо сильно растирают руки перед экспериментом, либо за кадром стоит фен, который дует теплым воздухом, либо используется какой-нибудь сплав галлия, который имеет еще меньшую температуру плавления. Например сплав галлия с индием. Если все же расплавить кусочек галлия в руках, то затем он оставит темно-серые пятна. Отмывать такие пятна не слишком легко.

Гораздо шире применяются соединения галлия. Например, нитрид этого металла GaN обладает полупроводниковыми свойствами. Из-за этого из него изготавливают оптоэлектронные приборы, светодиоды. Другое бинарное соединение GaAs используют при производстве чипов. Оксид галлия Ga₂O₃ играет важную роль в лазерных материалах. Солнечные батареи, которые устанавливают на марсоходы, имеют в своем составе вышеупомянутый арсенид галлия.

Индий. Очень рассеянный

Данный элемент является очень рассеянным. Его содержание в минералах еле доходит до десятых долей процента. Это привело к тому, что данный элемент очень долго не могли открыть. Как найти то, что сильно размазано повсюду?

Все бы так и оставалось, но такие ученые, как Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Вильгельм Бунзен для изучения химического состава веществ стали применять физические методы исследования. Они разработали спектральный анализ. Вкратце, его суть заключается в том, что к атому подводят энергию в каком-то виде. Например при нагревании. В результате эта энергия поглощается и переводит внешний электрон на более высокую орбиталь. Но там ему находиться не выгодно согласно принципу минимума энергии. Электрон спускается обратно на свое место. При этом происходит излучение определенной длины волны. Для каждого элемента длина волны своя. Набор таких волн для конкретного элемента называется спектром.

В 1863 году немецкие химики Рейх и Рихтер проанализировали минерал цинковую обманку. Искали они линии таллия, но не нашли. Зато нашли новую линию в спектре, которая ранее нигде не встречалась. Эта линия соответствовала синему цвету. Он очень похож на цвет индиго. Так был открыт индий.

Данный элемент — это металл серебристо-белого цвета, блестящий на свету. Из-за его мягкости и высокой пластичности индий является самым хилым металлом. Он в 20 раз мягче чистого золота. Но есть парадоксальный факт: если добавить немного индия в свинец, то такой сплав будет тверже, чем чистый свинец. Недостаточная твердость и излишняя мягкость закрыли дорогу к применению во многих областях.