Gali

Đặc trưng

Gali dạng nguyên tố không có trong tự nhiên, nhưng dễ dàng thu được từ việc nung chảy quặng chứa nó. Gali kim loại cực tinh khiết có màu trắng bạc và đứt gãy concoit khi ở trạng thái rắn của nó là tương tự như thủy tinh. Gali kim loại nở ra khoảng 3,1% khi rắn lại (tỷ trọng khi nóng chảy là 6.095 kg/m³ trong khi ở 25 °C là 5.950 kg/m³), và vì thế việc lưu giữ nó trong các bình chứa bằng thủy tinh hay kim loại cần nên tránh, do khả năng bình chứa bị phá vỡ là cao khi thời tiết lạnh. Gali chia sẻ trạng thái tỷ trọng cao hơn khi nóng chảy với một vài chất liệu khác như gecmani, bitmut, antimoan và nước.
Gali cũng ăn mòn phần lớn các kim loại khác bằng cách khuếch tán vào trong lưới tinh thể kim loại của chúng. Ví dụ, gali khuếch tán vào các ranh giới hạt của hợp kim Al/Zn hay thép, làm cho chúng trở nên rất giòn. Ngoài ra, gali kim loại cũng dễ dàng tạo ra hợp kim với các kim loại khác và nó đã từng được dùng với số lượng nhỏ trong lõi của quả bom nguyên tử đầu tiên với mục đích hỗ trợ sự ổn định của cấu trúc tinh thể plutoni.
Điểm nóng chảy khoảng 30 °C cho phép nó nóng chảy ngay trong tay người. Kim loại này có xu hướng siêu lạnh rất mạnh dưới điểm nóng chảy/điểm đóng băng của nó, vì thế cần phải có mầm nhằm kết tinh khi hóa rắn nó. Gali là một trong số các kim loại (cùng xezi, rubidi, franxi và thủy ngân) ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng, và vì thế có thể sử dụng trong các nhiệt kế đo nhiệt độ cao kiểu kim loại trong thủy tinh. Nó cũng đáng chú ý như là một trong số các kim loại có khoảng rộng nhiệt độ ở trạng thái lỏng, và (khác với thủy ngân) nó có áp suất hơi rất thấp ở các khoảng nhiệt độ khá cao. Không giống như thủy ngân, gali kim loại lỏng thấm ướt da và thủy tinh, làm cho nó trở thành khó thu dọn hơn về mặt cơ học (mặc dù nó ít độc hại hơn thủy ngân và cũng không cần phải quá nhiều biện pháp phòng ngừa). Vì lý do này cũng như vấn đề nhiễm bẩn vào các kim loại khác cùng sự nở ra khi đông đặc, nên các mẫu vật gali kim loại nói chung cần bảo quản trong các túi polyetylen trong ruột các bình chứa khác.
Gali không kết tinh theo bất kỳ kiểu cấu trúc tinh thể đơn giản nào khác ngoài pha ổn định trong các điều kiện thông thường là trực thoi với 8 nguyên tử trong mỗi đơn vị kết tinh thông thường. Mỗi nguyên tử chỉ có một nguyên tử hàng xóm nằm gần nhất (cách 244 pm) và 6 nguyên tử láng giềng khác trong phạm vi xa hơn nữa khoảng 39 pm. Nhiều trạng thái ổn định và cận ổn định khác cũng được tìm thấy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất.
Liên kết giữa các nguyên tử gần nhau nhất có đặc trưng cộng hóa trị, vì thế các nhị trùng Ga₂ được nhìn nhận như là các khối nền tảng xây dựng ra tinh thể. Hợp chất với asen (asenua gali) là một chất bán dẫn nói chung hay được sử dụng trong các đèn LED.
Gali kim loại có độ tinh khiết cao bị ăn mòn từ từ bởi các axít vô cơ.

Lịch sử

Gali (tiếng La tinh Gallia nghĩa là "Gaul," là tên gọi của khu vực ngày nay về cơ bản là nước Pháp; và tiếng La tinh gallus nghĩa là "gà trống") được Lecoq de Boisbaudran phát hiện bằng phương pháp quang phổ năm 1875 nhờ các vạch phổ đặc trưng của nó (hai vạch màu tím) khi khảo sát blenđơ kẽm thu được từ khu vực Pyrenees. Trước khi phát hiện ra nó thì phần lớn các tính chất của nó đã được D. I. Mendeleev dự đoán và miêu tả (ông gọi nguyên tổ giả thuyết của mình là "eka-aluminium" (eka-nhôm)) trên cơ sở vị trí của nó trong bảng tuần hoàn của ông. Sau này, năm 1875, Boisbaudran đã thu được kim loại tự do bằng cách điện phân hiđrôxít của nó trong dung dịch hiđrôxít kali (KOH). Ông gọi nguyên tố này là "gallia" theo tên gọi của quê hương mình (Pháp). Sau này, trong một trong các trò chơi chữ đa ngôn ngữ trong thế kỷ XIX, người ta còn cho rằng ông đã đặt tên gali theo họ của chính mình, do họ của ông, "Lecoq," trong tiếng Pháp có nghĩa là "gà trống," và tên gọi trong tiếng La tinh cho "gà trống" thì là "gallus". Tuy nhiên, trong bài báo viết năm 1877 thì Lecoq đã phủ nhận phỏng đoán này.

Trong tự nhiên

Gali không tồn tại dưới dạng tự do trong tự nhiên, mà cũng không có khoáng chất nào có hàm lượng gali đủ cao để có thể coi là nguồn chủ yếu trong việc tách chiết nó hay các hợp chất của nó. Tuy nhiên, gali tồn tại dưới dạng dấu vết và được tách ra từ bôxít, than đá, diaspore (quặng chứa chủ yếu là α-AlO(OH)), germanit và sphalerit. Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) ước tính trữ lượng gali dựa trên hàm lượng 50 ppm theo trọng lượng trong cáctrữ lượng bôxít và quặng kẽm đã biết. Một số bụi khói từ quá trình cháy của than đá cũng chứa lượng nhỏ gali, thông thường dưới 1% theo trọng lượng.
Phần lớn gali được tách ra từ dung dịch hiđrôxít nhôm thô trong công nghệ Bayer để sản xuất nhôm và ôxít nhôm. Các pin thủy ngân dùng trong điện phân và thủy phân hỗn hống với hiđrôxít natri (NaOH) dẫn tới galat natri. Quá trình điện phân tiếp theo sinh ra gali kim loại. Để dùng làm chất bán dẫn, quá trình làm tinh khiết tiếp theo được thực hiện theo phương pháp nóng chảy khu vực hoặc tách tinh thể đơn từ gali nóng chảy (công nghệ Czochralski).Độ tinh khiết tới 99,9999% cũng đã thu được và có sẵn ở quy mô thương mại.
Giá hiện tại của 1 gam gali độ tinh khiết 99,9999% vào khoảng cỡ $1,886
Có bán hộp 15g Gali 99,9999% khoảng 27,99 $

Phòng ngừa

Trong khi được coi là không độc hại, nhưng các dữ liệu về gali là chưa đưa ra kết luận cuối. Một số nguồn cho rằng nó có thể gây ra viêm da do phơi nhiễm kéo dài; nhưng các thử nghiệm khác lại không có phản ứng dương tính. Giống như phần lớn các kim loại khác, gali dạng bột cực mịn mất độ bóng láng của mình mà có màu xám.