Početna za: GALIJ, Ga  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje galija:

Galij se dobiva kao sporedni proizvod kod dobivanja aluminija preradom aluminatne lužine nastale dobivanjem glinice Bayerovim postupkom i preradom anodnog mulja koji nastaje i elektrolitičkom rafinacijom aluminija. Iz aluminatne lužine galij se dobiva elektrolizom u reaktoru koji se sastoji od živine katode i anode od nikalne mreže u obliku poluvaljka. U tijeku procesa na katodi se izdvaja smjesa koja sadrži galij, natrij, aluminij, željezo, silicij, cink i druge metale. Tretiranjem vrućom vodom nastali natrij daje hidroksid (NaOH) koji reagira s galijem stvarajući natrijev galat. Otopina natrijevog galata u lužini ponovo se podvrgava elektrolizi pri čemu se izdvaja sirovi galij. Iz anodne legure (mulja), koja sadrži do 0,3% galija, njegovo izdvajanje može se vršiti alkalnim ili kiselim postupcima. U alkalnom postupku anodna legura izlužuje se vrućom vodenom otopinom natrijeva hidroksida pri čemu se otapaju aluminij i galij uz nastajanje aluminata i galata. Iz dobivene otopine galij se izdvaja elektrolizom, kao i pri izdvajanju iz aluminatne lužine.

U kiselim postupcima izluživanje anodne legure vrši se otopinom klorovodične ili sumporne kiseline pri čemu nastaju galijeve soli koje se iz otopine odvajaju ekstrakcijom pomoću butil-acetata i amil-acetata otparavanjem tog otapala. Nastale se soli otope u NaOH, a iz otopine se izdvoji sirovi galij. Budući da je za primjene potreban izuzetno čist metal (99,99999% Ga), sirovi galij se mora pročistiti. Proces rafinacije obuhvaća čišćenje galija kiselinama i lužinama, elektrolitičko čišćenje te čišćenje zonskim taljenjem (vidi objašnjenje kod germanija) ili izvlačenjem monokristala.


Svojstva i upotreba galija:

Vrlo čisti galij je mekan metal srebrnoplavkastog sjaja. Na prijelomu pokazuje morfologiju karakterističnu za staklo. Vrlo je mekan tako da se može rezati nožem. Odlikuje se niskim talištem (29,8°C) i visokim vrelištem (2230°C) pa se u tekućoj fazi nalazi u najvećem temperaturnom rasponu od svih metala. Ima vrlo nizak tlak vlastitih para i pri visokim temperaturama te vrlo izraženu sposobnost pothlađivanja. Stoga je potrebno inicirati proces očvršćavanja zasipanjem pothladene tekuće faze jezgrama kristalizacije. Pri očvršćavanju volumen se povećava za 3,1% pa se galij ne smije držati u staklenim ili metalnim posudama.

Galij na zraku brzo oksidira pri čemu se na površini stvara zaštitni oksidni sloj koji je stabilan do temperature 260°C. Daljnjim zagrijavanjem do 500°C, metalni galij počinje izgarati. Razrijeđene kiseline i lužine nagrizaju ga vrlo polako, a zlatotopka i koncentrirane lužine alkalijskih metala nagrizaju ga vrlo brzo. S antimonom, arsenom i fosforom lako stvara binarne i ternarne spojeve. S jodom reagira na višim temperaturama, a s ostalim halogenim elementima reagira burno i pri niskim temperaturama. S vodom na sobnoj temperaturi reagira vrlo sporo, ali s kipućom vrlo burno. Lako se legira stvarajući čvrste otopine. Već pri sobnoj temperaturi otapa živu, bakar, aluminij, zlato i cink, a pri višim temperaturama otapa sve metale.

Galij se najviše upotrebljava za dobivanje spojeva s elementima 15. (V.B) skupine periodnog sustava elemenata i kao legirajući metal. Manje količine galija koriste se kao tekućina u visokotemperaturnim termometrima zbog navedenog temperaturnog raspona tekuće faze. Zbog visoke cijene galija ova namjena ograničena je samo na specijalne mjerne uređaje. Tekući galij kvasi staklene i porculanske plohe te na njima, nakon očvršćivanja, stvara prekrasan zrcalni sloj. U poluvodičkoj tehnologiji ultračisti galij koristi se kao dopirajuća primjesa, a u spoju s arsenom, galijev arsenid (GaAs), kao poluvodički materijal (vidi: Spojevi galija). Također se koristi kao aktivator u luminiscentnim nanosima, kao sastojak dentalnih amalgama, te u lučnim ispravljačima.


Spojevi galija:

Poznati su razni spojevi galija kojima odgovara stehiometrijski omjer oksidacijskog broja +1 (GaBr, Gal, GaCl, Ga2S), međutim oni nisu dokazani, a stanja s oksidacijskim brojevima +2 i +3 jesu.

-Galijev(II)-sulfid (GaS) ima žute kristale slojevite strukture u kojem je svaki atom galija tetraedarski okružen s tri sumporova i jednim galijevim atomom, tj. postoji Ga-Ga veza. Talište mu je pri 970°C.

-Galijev(III)-klorid (GaCl3) bezbojan je kristal koji se na zraku dimi. Upotrebljava se kao katalizator pri alkiliranju. 

-Galijev arsenid (GaAs) i galijev fosfid (Gap) važni su poluvodički materijali za izradu elektroluminescentnih i telekomunikacijskih elemenata. Galijev arsenid koristi se kao poluvodički laserski medij jer direktno pretvara elektricitet u koherentno lasersko zračenje. Pobuda i rekombinacija odvija se u uskom području p-n spoja pod djelovanjem razlike potencijala uzduž spoja. Galijev arsenid dobiva se reakcijom vodika i arsenovih para s galijevim oksidom (Ga2O3) pri temperaturi 600°C.

 Početna za: GALIJ, Ga