Галлий и его характеристики
Общая характеристика галлия
Галлий принадлежит к числу редких элементов и в сколько-нибудь значительных концентрациях в природе не встречается. Его получают главным образом из цинковых концентратов после выплавки из них цинка.
В свободном состояние галлий представляет собой серебристо-белый (рис. 1) мягкий металл с низкой температурой плавления. На воздухе он довольно стоек, воду не разлагает, но легко растворяется в кислотах и щелочах.
Рис. 1. Галлий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса галлия
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии галлий существует в виде одноатомных молекул Ga, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 69,723.
Изотопы галлия
Известно, что в природе галлий может находиться в виде двух стабильных изотопов 69Ga (60,11%) и 71Ga (39,89%). Их массовые числа равны 69 и 71 соответственно. Ядро атома изотопа галлий 69Ga содержит тридцать один протон и тридцать восемь нейтронов, а изотопа 71Ga – столько же протонов и сорок нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные радиоактивные изотопы галлия с массовыми числами от 56-ти до 86-ти, а также три изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 67Ga с периодом полураспада равным 3,26 суток.
Ионы галлия
На внешнем энергетическом уровне атома галлий имеется три электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p1.
В результате химического взаимодействия галлий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Ga0 -2e → Ga2+;
Ga0 -3e → Ga3+.
Молекула и атом галлия
В свободном состоянии галлий существует в виде одноатомных молекул Ga. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу галлия:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
6,00 |
|
Относительная электроотрицательность |
181 |
|
Радиус атома, нм |
0,141 |
Сплавы галлия
Добавлением галлия к алюминию получают сплавы, хорошо поддающиеся горячей обработке; сплавы галлия с золотом применяются в зубопротезном и ювелирном деле.
Примеры решения задач
| Задание | Природный галлий имеет два изотопа. Содержание изотопа 71Ga составляет 36%. Найти другой изотоп, если средняя относительная атомная масса элемента галлия равна 69,72. Определить число нейтронов в найденном изотопе. |
| Решение | Пусть массовое число второго изотопа галлия равно «х» — хGa. Определим содержание второго изотопа галлия в природе:
w(хGa) = 100% — w(71Ga) = 100% — 36% = 64%. Средняя относительная атомная масса химического элемента рассчитывается как: Ar = [Ar(71Ga)×w(71Ga) + Ar(хGa)×w(хGa)] / 100%; 69,72 = [71× 36 + х× 64] / 100%; 6972 = 2556 + 64х; х = 69. Следовательно, второй изотоп галлия — 69Ga. Порядковый номер галлия – 31, значит в ядре атома галлия содержит 31 протон и 31 электрон, а количество нейтронов равно: n10 (69Ga) = Ar(69Ga) – N (номер элемента) = 69 – 31 = 38. |
| Ответ | Изотоп 69Ga, содержащий 38 нейтронов и 31 протон. |
| Задание | По своим химическим свойствам галлий схож с другим элементом – алюминием. Основываясь на этом сходстве запишите формулы оксидов и гидроксидов, в состав которых входит галлий, а также составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства этого элемента. |
| Ответ | Галлий, как и алюминий расположен в III группе главной подгруппе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. В своих соединениях он подобно алюминию проявляет степень окисления (+3). Для галлия характерен один оксид (Ga2O3) и один гидроксид (Ga(OH)3), проявляющие амфотерные свойства.
Ga2O3 + 3SiO2 = Ga2(SiO3)3; Ga2O3 + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2O; Ga2O3 + 6NaOH = 2Na3GaO3 + 3H2O. Ga(OH)3 + 3HCl = GaCl3 + 3H2O; Ga(OH)3 + 3NaOH = Na3GaO3 + 3H2O; 2Ga(OH)3 + 3SO2 = Ga2(SO4)3 + 3H2O. |
