Реферат скачан с сайта allreferat wow ua




Скачать 334.51 Kb.
НазваниеРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
страница1/4
Дата публикации24.01.2014
Размер334.51 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > География > Реферат
  1   2   3   4
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Галлий и его соединения

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КУРСОВАЯ РАБОТА по химии ТЕМА: Галлий и его соединения студента группы: ЭП-96 факультет: экологии и химической технологии Морозова Валентина Владимировича Донецк, 1997 Преподователь: доцент Жислина И.Л. <- 2 -> Содержание. стр. 0. Содержание 2 1. Исторические сведения 3 2. Распространение в природе. Характеристика природных соединений (минералов) 4 3. Способы получения элемента в чистом виде 4 4. Свойства элемента: 4.1. Физичесие 5 4.2. Химические 7 5. Соединения элемента, их получение и свойства: 8 5.1. Соединения с кислородом 8 5.1.1. Окислы 8 5.1.2. Гидроокись 9 5.1.3. Перекисные соединения 10 5.2. Галлаты 10 5.2.1. Металлов I группы 10 5.2.2. Металлов II группы 11 5.2.3. Редкоземельных элементов 11 5.3. Соли кислородсодержащих кислот 12 5.3.1. Сульфаты 12 5.3.2. Селенаты 12 5.3.3. Селениты 13 5.3.4. Молибдаты 13 5.3.5. Вольфраматы 13 5.3.6. Нитраты 13 5.3.7. Фосфаты 14 5.3.8. Арсенаты 14 5.3.9. Карбонаты 14 5.3.10. Силикаты 15 5.3.11. Соли органических кислот 15 5.4. Халькогениды 15 5.4.1. Сульфиды 15 5.4.2. Селениды 16 5.4.3. Теллуриды 17 5.5. Галогениды 17 5.5.1. Фториды 17 5.5.2. Хлориды 18 5.5.3. Бромиды 20 5.5.4. Иодиды 21 5.6. Роданиды и ферроцианиды 21 5.6.1. Роданиды 21 5.6.2. Ферроцианиды 21 5.7. Соединения с неметаллами 22 5.7.1. Нитрид 22 5.7.2. Фосфид 23 5.7.3. Арсенид 24 5.7.4. Антимонид 24 5.7.5. Гидриды и карбиды 24 6. Особые свойства элемента и его соединений, их применение 25 7. Литература 29 <- 3 -> ГАЛЛИЙ, (лат. Gallium) Ga 1. ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. В конце 1870 года, выступая на заседании Русскогофизико-химического общества, Д. И. Менделеев сказал, в частности,что в пятом ряду третьей группы должен находиться пока еще не от-крытый, но безусловно существующий в природе элемент. При этом Мен-делеев очень подробно описал свойства "эка-алюминия" (так ученый ус-ловно назвал этот элемент, поскольку в таблице ему отводилось местопод алюминием) и даже высказал уверенность, "что он будет открытспектральным исследованием". (Ирония судьбы: мог ли Бунзен пред-положить, что разработанный им спектральный анализ сыграет с нимгорькую шутку - неопровержимо докажет ошибочность его скоропалитель-ной оценки периодического закона?) Ждать пришлось сравнительнонедолго. В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабод-ран, исследуя спектроскопическим путем цинковую обманку - хорошо из-вестный минерал, привезенный из местечка Пьерфитт в Пиренеях, об-наружил фиолетовую незнакомку - новую спектральную линию, свидетель-ствовавшую о том, что в минерале присутствует неизвестный химическийэлемент. Но увидеть новую линию - это лишь полдела, теперь предсто-яло выделить из минерала виновника ее появления в спектре. Задачабыла не из легких, так как содержание искомого элемента в цинковойобманке оказалось крайне незначительным. Все же химику сопутствовалуспех: после многочисленных опытов ему удалось получить крупицунового металла - всего 0,1 грамма. Итак, трудности позади, а наповестке дня стоял уже следующий вопрос: пользуясь почетным правомпервооткрывателя, Лекок де Буабодран должен был дать "новорожден-ному" имя. В честь своей родины ученый решил назвать его "галлием "(Галлия - латинское название Франции). Правда, злые языки вскорестали поговаривать, что в этом слове химик хитро зашифровал намек насвою фамилию: ведь "галлус " - по-латыни "петух", по-французски жепетух - "ле кок", ну, а отсюда до Лекока де Буабодрана, как говорит-ся, рукой подать. Вскоре сообщение об открытии галлия было опубликовано в докладефранцузской Академии наук. Когда Д. И. Менделеев ознакомился с ним,он сразу понял, что речь идет о том самом эка-алюминии, которому ужебыло уготовано место в его таблице элементов. В письме, адресованномфранцузской Академии наук, Менделеев сообщал: "...способ открытия ивыделения, а также немногие описанные свойства заставляют пред-полагать, что металл - не что иное, как эка-алюминий". В самом деле, свойства теоретического эка-алюминия и реальногогаллия удивительно совпадали. Расхождение оказалось лишь в плотнос-ти: по мнению Менделеева, она должна была составлять около 6 г/см3,а Лекок де Буабодран указывал другое значение - 4,7. Так кто жеправ? Тот, кто никогда даже не видел этот металл, или тот, кто нетолько держал его в руках, но и проводил с ним различныеисследования? Не впервые в истории науки теория сталкивалась с прак-тикой, мысль спорила с экспериментом. Чтобы доказать точность своих первоначальных данных, Лекок деБуабодран снова выделил крупицы галлия, тщательно очистил их и под-верг скрупулезному исследованию. И что же выяснилось? Плотность галлия действительно была близка к 6. Французскийхимик публично признал правоту своего русского коллеги. "He нужно, ядумаю, указывать на исключительное значение, которое имеет плотностьнового элемента для подтверждения теоретических выводов Менделеева",- писал тогда первооткрыватель галлия. <- 4 -> 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ. Галлий состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами69 (60,5%) и 71 (39,5%). Хотя среднее содержание галлия в земнойкоре относительно высокое, 0,0015% по массе, что равно содержаниюсвинца и молибдена, и в десятки раз больше, чем, например, танталаили вольфрама, в сотни раз больше, чем ртути или серебра. Галлий -типичный рассеянный элемент. В природе он встречается в исключитель-но малых количествах (0,002% и меньше), обычно это - бокситы,нефелины, сфалериты, каменные угли, некоторые железные руды. Основ-ная часть галлия заключена в минералах с алюминием, меньше - сжелезом, цинком, медью и другими металлами. Дело в том, что галлийпрактически не имеет как собственных месторождений, так и "пер-сональных" минералов. Лишь сравнительно недавно в юго-восточной части Африки был об-наружен первый галлиевый минерал, который и получил название галлит- CuGaS2. В нем содержится почти 37% галлия. До этого самым богатымгаллием минералом - был германит из Тсумба в Юго-Восточной Африке. Внём содержится 0,6 - 0,7% галлия. Как выяснилось, сравнительнобогата галлием зола каменных углей. Английские ученые подсчитали,что каждая тонна угля, добытого на Британских островах, содержит всреднем 5 граммов галлия. 3. ПОЛУЧЕНИЕ. Даже такая, казалось бы, ничтожная концентрация этого элемента,как в золе каменных углей, считается вполне достаточной для егопромышленного извлечения. (Все в мире относительно: железную руду,на тонну которой приходится 300 - 400 килограммов железа, принятоназывать бедной.) Зато и масштабы производства галлия, прямо скажем,невелики. Первые 50 килограммов этого металла получили в Германии в1932 году. Спустя примерно четверть века производство галлия возрос-ло лишь до 350 килограммов. И хотя сегодня счет идет на тонны, дажетакой редчайший металл, как рений, которого в земной коре содержитсяв десятки тысяч раз меньше, чем галлия, по объему производства ос-тавил его далеко позади. Главным источником получения галлия служат... отходы алюмини-евого производства. Хоть на сырье и не приходится тратиться, сампроцесс извлечения галлия настолько сложен (чего стоит, например,хотя бы отделение его от алюминия!), что он оказывается одним изсамых дорогих металлов на мировом рынке. В середине 50-х годов 1килограмм галлия стоил 3000 долларов - почти в три раза дорожезолота! Подумать только: небольшой слиточек металла, вполне умеща-ющийся на ладони, - и такая солидная сумма!.. Методы выделения и получения галлия были разработаны самимпервооткрывателем и его учеником Юнгфлейшем. Для получения влабораторных условиях лучше всего сначала осадить галлий в виде ци-аноферрата(II). Последний при сильном нагревании превращается всмесь Ga2O3 и Fe2O3. Смесь окислов сплавлением с бисульфатом калияпереводят в растворимое состояние. Затем из солянокислого растворадействием большого количества едкого кали высаживают железо (окисьгаллия растворима в щелочи). После этого галлий можно выделить изщелочного раствора электролитически. Кейл (Keil, 1926) рекомендуетсплавлять цианоферрат(II) с твёрдым едким кали в серебряном тигле,затем растворять плав в воде (при этом железо выделится в виде гид-роокиси) и из фильтрата после подкисления соляной кислотой аммиакомосадить галлий в виде гидроокиси. Гидроокись при прокаливаниипереходит в окись, из которой можно получить металл, сильно нагреваявещество в токе водорода. Ричардс (Richards,.1923) описал метод, покоторому свинец, полученный при рафинировании цинка дистилляцией(выделенного из руд, содержащих галлий), перерабатывается на галлий. <- 5 ->Из германита галлий можно просто и количественно получить пометодике Берга и Кейла (Berg, Keil, 1932), которая основана на лёг-кой растворимости GaCl, в эфире. В Леопольдсхолле много лет назадстали получать галлий в заводских условиях при переплавке мансфель-дского медного сланца. Содержащие галлий остатки, в которых имеютсятакже тяжёлые металлы и алюминий,преимущественно в виде сульфатов,фосфатов и молибдатов (Feit, 1933) - прежде всего обрабатывают NaOH.Затем отфильтровывают выпадающие гидроокиси тяжелых металлов, а рас-твор нейтрализуют. Выпадающий при этом осадок, помимо галлия, содер-жит еще цинк и алюминий в виде фосфатов и сульфатов. Осадок вновьрастворяют в серной кислоте и раствор разбавляют водой. При этом врезультате фракционного осаждения сероводородом из сернокислого рас-твора последний обогащается галлием вследствие отделения остатковмолибдена и цинка. Затем раствор смешивают с твердым едким натром, причем фосфор-ная кислота отделяется в виде тринатрийфосфата, почти нерастворимогов щёлочи. Оставшийся раствор подвергают электролизу. При тщательнойработе получается почти чистый галлий. В промышленности галлий получают так. При переработке бокситовгаллий по способу Байера концентрируется в оборотных маточных рас-творах после выделения Al(OH)3. Из таких растворов галлий выделяютэлектролизом на ртутном катоде. Из щелочного раствора, полученногопосле обработки амальгамы водой, осаждают Ga(OH)3, которую растворя-ют в щёлочи и выделяют галлий электролизом. При содово-известковом способе переработки бокситовой илинефелиновой руды галлий концетрируется в последних фракциях осадков,выделяемых в процессе карбонизации. Для дополнительного обогащенияосадок гидроокисей обрабатывают известковым молоком. При этом боль-шая часть Al остаётся в осадке, а галлий переходит в раствор, изкоторого пропусканием CO2 выделяют галлиевый концентрат (6-8%Ga2O3); последний растворяют в щелочи и выделяют галлий элек-тролитически. Источником галлия также может служить остаточный анодный сплавпроцесса рафинирования Al по методу трёхслойного электролиза. В про-изводстве цинка источниками галлия являются возгоны (вельцокислы),образующиеся при переработке хвостов выщелачивания цинковых огар-ков. Полученный электролизом щелочного раствора жидкий галлий,промытый водой и кислотами (HCl, HNO3), содержит 99,9-99,95% Ga. Более чистый металл получают плавкой в вакууме, зонной плавкойили вытягиванием монокристалла из расплава. 4. СВОЙСТВА. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Галлий - относительно мягкий, ковкий металл, блестящего сереб-ристого цвета с голубовато-серыми штрихами. Он плавится при 29,78 С(теплота плавления 19,16 кал/г). Закипает только при - 2230 C. Рас-плавленный металл при охлаждении не застывает немедленно, если толь-ко его не помешивать палочкой; без такого вмешательства он может ос-таваться жидким месяцами. Свойства галлия, во многих отношениях от-личающиеся от остальных металлов, определяются его необычным стро-ением. В кристалле у каждого атома три соседа по слою. Один из нихрасположен на расстоянии 0,244 нм, а два других - на значительнобольшем расстоянии друг от друга - 0,271 нм. Расстояние между слоямитакже велико и составляет 0,274 нм. Поэтому можно считать, что крис-талл галлия состоит из частиц Ga2, связанных между собой ван-дер-ва-альсовыми силами. Этим объясняется его низкая температура плавления.Он имеет уникальный температурный интервал жидкого состояния (от29,78 до 2230 C). Молекулы Ga2 сохраняются в жидком состоянии, тогдакак в парах металлический галлий почти всегда одноатомен. Высокуютемпературу кипения галлия объясняют тем, что при плавлении <- 6 ->образуется плотная упаковка атомов с координационным числом 12, дляразрушения которой требуется большая энергия. В частности такимстроением объясняется большая плотность жидкого галлия по сравнениюс кристаллическим. Плотность расплавленного галлия больше, чем утвердого металла. В отличие от ртути жидкий галлий (если оннедостаточно очищен) хорошо смачивает стекло. Галлий очень склоненк переохлаждению. Будучи расплавлен и вновь охлажден, он можетмесяцами сохраняться в жидком состоянии при комнатной и болеенизкой температуре. При затвердевании сильно переохлажденного диспергированногометалла могут образоваться кристаллы неустойчивой b-модификации гал-лия с температурой плавления - 16,3 С, в структуре которой атомыгаллия образуют зигзагообразные цепочки. Кроме нее, получены еще тринеустойчивые модификации галлия. Галлий имеет ромбическую (псевдотрегональную) решётку спараметрами a = 4,5197 A, b = 7,6601 A, c = 4,5257 A. Плотность(г/см3) твёрдого металла 5,904 (20 C), жидкого 6,095 (29,8 C), т. е.при затвердевании объём увеличивается. Кроме большого интервала жид-кого состояния (2200 C), ещё одной отличительной особенностью галлияявляется низкое давление пара при температурах до 1100-1200 C.Удельная теплоёмкость твёрдого галлия 376,7 Дж/(кг*К), т.е. 0,09кал/(г*град) в интеравале 0-24 C, жидкого соответственно 410Дж/(кг*К), т.е. 0,098 кал/(г*град) в интеравале 29-100 C. Удельноеэлектрическое сопротивление (ом*см) твёрдого галлия 53,4*10-6 (0 C),жидкого 27,2*10-6 (30 C). Вязкость (пуаз= 0,1 н*сек/м2): 1,612 (98C), 0,578 (1100 C), поверхностное натяжение 0,735 н/м (735 дин/см)(30 C в атмосфере H2). Коэффициенты отражения для длин волн 4360 аи5890 асоответственно равны 75,6% и 71,3%. Сечение захвата тепловыхнейтронов 2,71 барна (2,7*10-28 м2). Таблица 1 Свойства галлия в сравнении с предсказанными свойствами эка-алюминия Экаалюминий Галлий Атомный вес ~68 Атомный вес 69,72 Удельный вес 6,0 Удельный вес 5,9 Атомный объем 11,5 Атомный объем 11,8 Удельный вес окисла 5,5 Удельный вес окисла 3,9 Металл легкоплавкий Температура плавления металла 29,78 C Металл устойчив на воздухе Металл устойчив на воздухе Металл способен к образованию Галлий способен к образованию квасцов квасцов Температура кипения хлорида Температура кипения GaCl3 201 C; ниже, чем хлорида цинка ZnCl2 730 C Металл легко получается Металлический галлий получается восстановлением при нагревании окисла в токе водорода или элек- тролитическим путем из водного раствора Сульфид не осаждается Если галлий в растворе присутствует сероводородом один, то сероводород не осаждает сульфида галлия. (Однако сульфид галлия можно почти количественно соосадить сдругими сульфидами, если они осаждаются из щелочного или уксуснокис-лого раствора.) В табл. 1 приведены свойства галлия и для сравнения свойстваэкаалюминия предсказанного Менделеевым на основании периодическогозакона. <- 7 -> ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. На воздухе галлий устойчив при обычной температуре, так какпокрывается, подобно алюминию, прочной оксидной плёнкой. Выше 260 Cв сухом кислороде наблюдается медленное окисление. Воду не разлага-ет. В серной и соляной кислотах галлий растворяется медленно, вплавиковой - быстро, в азотной кислоте на холоду - устойчив. Вгорячих растворах щелочей галлий медленно растворяется. 2Ga + 6H2O + 6NaOH --> 3H2 + 2Na3[Ga(OH)6] Хлор и бром сильно действуют на металл уже на холоду. С йодомгаллий соединяется при нагревании. При накаливании галлий соединяет-ся с кислородом и серой. Расплавленный галлий при температурах выше300 C взаимодействует со всеми конструкционными металлами исплавами. Из водного раствора галлий легко можно выделить элек-тролитически, но количественно это сделать трудно. Нормальный потенциал галлия относительно нормального водород-ного электрода равен - 0,52 в. Галлий взаимодействует практически со всеми металлами, кромеподгруппы цинка, скандия и титана. Последним соответствуют двойные системы, которые имеют либо эв-тектический характер, либо (в случае тяжелых металлов - Cd, Hg, Tl,Bi, Pb) ограниченную взаимную растворимость в жидком состоянии. Дляэтих металлов не характерно также образование непрерывных твердыхрастворов; наибольшей растворимостью (0,85 ат. % ) в галлии обладаетцинк. В отдельную группу выделяются щелочные металлы. Они образуют сгаллием сравнительно высокоплавкие соединения, большей частью сос-тава M5Ga8 и MGa4. Твердых растворов в этих системах нет совсем. В областях,прилегающих к щелочным металлам, наблюдается расслаивание (кромесистемы с литием и, возможно, с натрием). Все остальные металлы (переходные, кроме подгруппы цинка,Щелочноземельные, а также лантаниды и актиниды) образуют с таллиембольшое число интерметаллических соединений (до 5 - 6 и более в од-ной системе). Они не имеют областей расслоения, однако для ниххарактерно наличие широких областей твердых растворов на основе этихметаллов (до 20 - 30 ат. %) при отсутствии растворимости в галлии.Некоторые из образующихся в этих системах интерметаллидов обладаютвысокими температурами плавления. Но наибольший интерес представляютсоединения V3Ga и их аналоги с относительно высокими температурамиперехода в сверхпроводящее состояние. Сплавы металлов с галлием, жидкие при комнатной температуре,называются галламами. Наиболее стойки к воздействию галлия при нагревании бериллий(до 1000), вольфрам (до 300), тантал (до 450), молибден и ниобий (до400). Основная валентность галлия 3+, и только соединения, отвечающиеэтой степени окисления, устойчивы в водных растворах. Нормальныйпотенциал галлия относительно раствора его соли - 0,56 В. От-носительно щелочного раствора, где можно предполагать реакцию Ga+ 4OH-= Ga(ОН)4 + 3e, потенциал галлия -1:326 В. Галлий образует устойчивые в водных растворах комплексы -галогеногаллаты и производные щавелевой, винной, лимонной, аскор-биновой и т. п. кислот. В неводных средах образуются аммиакаты и комплексы с органичес-кими веществами, содержащими азот, кислород, серу, фосфор и т. д.Галлий может занимать центральное место в комплексах типагетерополисоединений. <- 8 ->
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Политология. (реферат)

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<