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鎵(jia)（Gallium）是灰藍色(se)或(huo)銀白(bai)色(se)的(de)金屬，元(yuan)素符號Ga，原(yuan)子量69.723。鎵(jia)的(de)熔點很(hen)低，但沸點很(hen)高。純(chun)液態鎵(jia)有(you)顯著的(de)過冷的(de)趨勢，在(zai)空氣(qi)中易氧化，形成氧化膜。

理化性質

物理性質

淡(dan)藍色(se)金屬，在29.76℃時變(bian)為銀白色(se)液體。液態鎵(jia)很容易過冷（即冷卻至0℃而不固化）。鎵(jia)能(neng)浸潤玻璃(li)，故不宜使用玻璃(li)容器(qi)存放。

受熱至(zhi)熔點時變(bian)為液(ye)體，再(zai)冷卻至(zhi)0℃而不固化，由(you)液(ye)體轉(zhuan)變(bian)為固體時，其體積(ji)約(yue)增大(da)3.2%。常溫(wen)時鎵在干燥(zao)空氣中穩定(ding)。

純(chun)鎵是(shi)銀白色的，可以浸潤玻璃，沸點很(hen)高，在大約1500℃時有很(hen)低的蒸汽壓。

物理性質

硬度 1.5～2.5

溶(rong)解性 微溶(rong)于(yu)汞(gong)，形成鎵汞(gong)齊

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密度 5.904g/cm3

化學性質

電子排布[Ar]3d104s24p1，位于第(di)四周(zhou)期第(di)ⅢA族。

在(zai)潮(chao)濕(shi)空氣中氧(yang)化，加熱至500℃時著火。室溫時跟(gen)(gen)水反應緩慢，跟(gen)(gen)沸水反應劇烈生(sheng)成氫氧(yang)化鎵放出(chu)氫氣。加熱時溶于無機酸或苛性堿溶液。能(neng)跟(gen)(gen)鹵素、硫、磷、砷、銻等(deng)反應。

鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)干燥空氣中較(jiao)穩定并生(sheng)(sheng)(sheng)成氧化(hua)物(wu)薄膜(mo)阻止繼續氧化(hua)，在(zai)潮(chao)濕空氣中失去光澤(ze)。與堿(jian)反(fan)應(ying)(ying)(ying)放(fang)出(chu)氫氣，生(sheng)(sheng)(sheng)成鎵(jia)(jia)(jia)酸(suan)鹽。能(neng)被冷(leng)濃鹽酸(suan)浸蝕，對熱硝酸(suan)顯鈍性(xing)，高溫(wen)時能(neng)與多數非金屬(shu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)；溶于(yu)酸(suan)和(he)(he)堿(jian)中，鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)化(hua)學反(fan)應(ying)(ying)(ying)中存(cun)在(zai)+1、+2和(he)(he)+3化(hua)合價，其(qi)中+3為其(qi)主要(yao)化(hua)合價。鎵(jia)(jia)(jia)的(de)活動性(xing)與鋅相似，卻比鋁低(di)。鎵(jia)(jia)(jia)是兩(liang)性(xing)金屬(shu)，既能(neng)溶于(yu)酸(suan)（產生(sheng)(sheng)(sheng)Ga3+）也能(neng)溶于(yu)堿(jian)。鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)常溫(wen)下，表面產生(sheng)(sheng)(sheng)致(zhi)密的(de)氧化(hua)膜(mo)阻止進一步氧化(hua)。加熱時和(he)(he)鹵素、硫(liu)迅速(su)反(fan)應(ying)(ying)(ying)，和(he)(he)硫(liu)的(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)按計(ji)量比不(bu)同(tong)產生(sheng)(sheng)(sheng)不(bu)同(tong)的(de)硫(liu)化(hua)物(wu)。

生理(li)學：還沒有(you)發現鎵有(you)生理(li)微(wei)量(liang)元素的(de)功能(neng)。和鋁一(yi)樣，它只(zhi)通過腸道很微(wei)量(liang)的(de)吸收。可(ke)以利用(yong)三氧化二鎵在(zai)老鼠、家鼠、狗肺部(bu)沉積的(de)數(shu)據。

皮下注射(she)鎵后，鎵在(zai)組織(zhi)(zhi)中的(de)分(fen)布(bu)模式(shi)是定時的(de)，這和(he)(he)靜脈注射(she)很相似。鎵在(zai)組織(zhi)(zhi)中的(de)分(fen)布(bu)模式(shi)取決于攝入鎵的(de)劑量。主(zhu)要的(de)排(pai)泄渠道是尿液。癌癥患者對鎵的(de)清理分(fen)為(wei)(wei)兩階(jie)段，半衰(shuai)期分(fen)別為(wei)(wei)87分(fen)鐘和(he)(he)24.5小時。

鎵(jia)的(de)毒(du)性(xing)是(shi)和(he)生物(wu)的(de)種類相關(guan)的(de)。在服用濃度高(gao)于750mg/kg時才會表現(xian)出對(dui)人腎(shen)臟的(de)毒(du)性(xing)。對(dui)老鼠的(de)實驗表明，鎵(jia)會導致鎵(jia)，鈣和(he)磷酸鹽在腎(shen)中的(de)沉(chen)積，這會堵(du)塞腎(shen)腔(qiang)。

分析化(hua)學：Dymov和Savostin曾對鎵(jia)的(de)分析化(hua)學作(zuo)了全面的(de)回顧(gu)。由(you)于鎵(jia)在(zai)(zai)環境中(zhong)(zhong)的(de)濃(nong)度很低，靈敏度是選(xuan)擇探測(ce)方法(fa)(fa)時(shi)的(de)主(zhu)要問題。由(you)于這個原因(yin)，最常用(yong)熒光(guang)計和中(zhong)(zhong)子(zi)活(huo)化(hua)法(fa)(fa)。可以(yi)(yi)在(zai)(zai)測(ce)量前(qian)對樣(yang)品進(jin)行濃(nong)縮(suo)，例(li)如，通(tong)過溶劑提(ti)取，提(ti)高了靈敏度，但(dan)增加了勞動量。8-羥基醌常用(yong)于生物(wu)材料(liao)中(zhong)(zhong)鎵(jia)的(de)熒光(guang)測(ce)定(ding)法(fa)(fa)。水楊醛二(er)氯腙化(hua)碳作(zuo)為熒光(guang)物(wu)質(zhi)，使探測(ce)極限降到(dao)了2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和二(er)乙基二(er)硫(liu)代氨(an)基甲酸鹽的(de)混合物(wu)用(yong)于在(zai)(zai)中(zhong)(zhong)子(zi)活(huo)化(hua)法(fa)(fa)前(qian)提(ti)取鎵(jia)。鎵(jia)的(de)探測(ce)極限可以(yi)(yi)達到(dao)1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共(gong)價半徑(jing) 125皮(pi)米

離子半徑 82皮米

第一(yi)電(dian)離能(neng) 578.8kJ/mol

電負性（鮑林標度(du)） 1.81

毒(du)理性質：鎵的(de)毒(du)性是(shi)和生物的(de)種類相關的(de)。在一項(xiang)研究中(zhong)，老鼠的(de)LD50大于220mg/kg，狗的(de)只有18mg/kg。狗的(de)死(si)亡是(shi)由于腎功(gong)能的(de)衰竭。

鎵(jia)和鎵(jia)的化合物有微弱的毒性，但是沒有任何文獻表明鎵(jia)有生殖毒性。相反，硝酸鎵(jia)可以用(yong)于治療某些疾病。鎵(jia)容(rong)易附(fu)著到(dao)桌面(mian)、手、還(huan)有手套上(shang)留下黑(hei)色的斑(ban)跡。

制備方法

可由鋁(lv)土礦(kuang)或(huo)閃鋅礦(kuang)中提取(qu)。最(zui)后經電解制(zhi)得純凈鎵。

主要從煉(lian)鋅廢渣(zha)和煉(lian)鋁廢渣(zha)中回收提取。

工(gong)業生(sheng)產(chan)以工(gong)業級(ji)(ji)金(jin)屬鎵(jia)(jia)(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，用(yong)電(dian)解法(fa)、減壓蒸餾(liu)法(fa)、分步結晶法(fa)、區域熔(rong)融法(fa)進(jin)一(yi)步提純(chun)(chun)，制得高純(chun)(chun)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)。電(dian)解法(fa)以99.99%的(de)工(gong)業級(ji)(ji)金(jin)屬鎵(jia)(jia)(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，經(jing)電(dian)解精煉等工(gong)藝，制得高純(chun)(chun)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)純(chun)(chun)度(du)≥99.999%。以≥99.999%的(de)高純(chun)(chun)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，經(jing)拉制單(dan)晶或其(qi)他提純(chun)(chun)工(gong)藝進(jin)一(yi)步提純(chun)(chun)，制得高純(chun)(chun)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)純(chun)(chun)度(du)≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制(zhi)造半(ban)(ban)導(dao)體氮化(hua)(hua)鎵(jia)、砷化(hua)(hua)鎵(jia)、磷化(hua)(hua)鎵(jia)、鍺半(ban)(ban)導(dao)體摻雜元；純鎵(jia)及低熔合金可作核反(fan)應(ying)的(de)熱交(jiao)換介質；高(gao)溫溫度計的(de)填充料；有機反(fan)應(ying)中作二酯(zhi)化(hua)(hua)的(de)催化(hua)(hua)劑。

鎵(jia)(jia)的(de)(de)工業(ye)應(ying)用(yong)還很(hen)(hen)原始，盡管它獨特的(de)(de)性能(neng)可(ke)能(neng)會應(ying)用(yong)于很(hen)(hen)多方(fang)面。液(ye)態鎵(jia)(jia)的(de)(de)寬溫度(du)范圍以及它很(hen)(hen)低的(de)(de)蒸汽壓(ya)使(shi)它可(ke)以用(yong)于高溫溫度(du)計和高溫壓(ya)力計。鎵(jia)(jia)化合物(wu)，尤其是砷化鎵(jia)(jia)在電子工業(ye)已(yi)經引起了(le)越來越多的(de)(de)注意。沒(mei)有(you)(you)能(neng)利(li)用(yong)的(de)(de)精確的(de)(de)世界鎵(jia)(jia)產(chan)量數據，但(dan)是臨近地區(qu)的(de)(de)產(chan)量只有(you)(you)20噸/年。

鎵-68會發(fa)射正電(dian)子(zi)，可以用于正電(dian)子(zi)斷(duan)層成(cheng)像。

鎵銦合(he)金可用(yong)于汞的替代品。

醫學應用

在(zai)觀察到癌組(zu)織對67Ga有(you)吸引力之后，美國國家癌癥學會指出穩定的(de)(de)鎵對于嚙(nie)齒動(dong)物的(de)(de)腫(zhong)瘤很有(you)療效。這曾在(zai)癌癥病人身上試驗過。當服用(yong)劑量為750mg/kg時，鎵對人的(de)(de)腎臟有(you)害。不停(ting)的(de)(de)灌輸鎵的(de)(de)配制藥(yao)品可以降低(di)鎵對腎小管的(de)(de)毒性。

發現歷史

鎵(jia)是化(hua)學史(shi)上(shang)第(di)一個先(xian)從(cong)理論預言，后(hou)在自然界中(zhong)被(bei)(bei)(bei)發現驗證的(de)化(hua)學元(yuan)素(su)。1871年(nian)，門捷列夫發現元(yuan)素(su)周(zhou)期表中(zhong)鋁元(yuan)素(su)下(xia)面有個間隙尚未(wei)(wei)被(bei)(bei)(bei)占據，他預測這種未(wei)(wei)知元(yuan)素(su)的(de)原子量大(da)約是68，密度為(wei)5.9g/cm3，性質與鋁相似，他的(de)這一預測被(bei)(bei)(bei)法國化(hua)學家(jia)布瓦博得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證實(shi)了。

鎵在(zai)巴(ba)黎由布瓦博(bo)得(de)朗(lang)于1875年發(fa)現。他在(zai)閃鋅礦(kuang)礦(kuang)石(shi)（ZnS）中(zhong)提(ti)取(qu)的鋅的原子光譜上觀察到了(le)一(yi)個新的紫色(se)線。他知道這(zhe)意味(wei)著一(yi)種未知的元素出(chu)現了(le)。

在(zai)1875年11月，布瓦博得朗提(ti)取并(bing)提(ti)純了(le)(le)這種新的金(jin)屬(shu)，并(bing)證明了(le)(le)它(ta)像(xiang)鋁。在(zai)1875年12月，他向法國科學院宣布了(le)(le)它(ta)。

含量分布

由于鎵在(zai)地殼中的濃度很低。在(zai)地殼中占(zhan)總量的0.0015%。它的分布很廣(guang)泛，但不(bu)以純金屬(shu)狀態(tai)存(cun)(cun)在(zai)，而(er)以硫鎵銅礦（CuGaS2）形式存(cun)(cun)在(zai)，不(bu)過很稀少(shao)，經(jing)濟上(shang)也不(bu)重要。鎵是閃鋅礦、黃鐵礦、礬土、鍺石工業(ye)處理(li)過程中的副(fu)產(chan)品。

自(zi)然(ran)界(jie)中常(chang)以(yi)微量分散于鋁(lv)土礦(kuang)、閃鋅(xin)礦(kuang)等礦(kuang)石中。由(you)鋁(lv)土礦(kuang)中提取制得(de)(de)。在(zai)高(gao)(gao)溫灼燒鋅(xin)礦(kuang)時，鎵(jia)就(jiu)以(yi)化(hua)合物的形式揮發(fa)出(chu)來，在(zai)煙道里凝結(jie)，鎵(jia)常(chang)與銦(yin)和鉈共生(sheng)。經電(dian)解、洗滌可以(yi)制得(de)(de)粗(cu)鎵(jia)，再經提煉可得(de)(de)高(gao)(gao)純度鎵(jia)。

時(shi)下世(shi)界90%以上(shang)的(de)原生(sheng)(sheng)(sheng)鎵(jia)都是(shi)在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)氧(yang)化鋁(lv)(lv)過程中提取的(de)，是(shi)對礦產(chan)資源的(de)一種綜合利(li)用，通(tong)過提取金(jin)屬(shu)(shu)鎵(jia)增加了礦產(chan)資源的(de)附(fu)加值，提高氧(yang)化鋁(lv)(lv)的(de)品質降(jiang)低了廢棄(qi)物(wu)“赤(chi)泥”的(de)污染，因(yin)此(ci)非常符合當前低碳經濟以最小的(de)自然(ran)資源代價獲(huo)取最大利(li)用價值的(de)原則(ze)。鎵(jia)在(zai)其它金(jin)屬(shu)(shu)礦床中的(de)含量極低，經過一定富集后也只能達到幾百克/噸(dun)，因(yin)而(er)鎵(jia)的(de)提取非常困難，另一方面(mian)，由于(yu)伴生(sheng)(sheng)(sheng)關(guan)系，鎵(jia)的(de)產(chan)量很難由于(yu)鎵(jia)價格上(shang)漲而(er)被大幅拉(la)動，因(yin)此(ci)，原生(sheng)(sheng)(sheng)鎵(jia)的(de)年產(chan)量極少，全球年產(chan)量不(bu)足(zu)300噸(dun)，是(shi)原生(sheng)(sheng)(sheng)銦產(chan)量的(de)一半(ban)，如(ru)果(guo)這(zhe)種狀況不(bu)能得到改善，未來20-30年這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)(shu)鎵(jia)將(jiang)會出現嚴(yan)重短缺。

儲存方法

由于液態鎵的密度(du)高于固(gu)(gu)體(ti)密度(du)，凝(ning)固(gu)(gu)時(shi)體(ti)積膨脹，而(er)且熔(rong)點很低(di)，儲存(cun)時(shi)會不(bu)(bu)斷地(di)熔(rong)化凝(ning)固(gu)(gu)。所以使(shi)用(yong)玻璃儲存(cun)會撐破瓶子和浸潤玻璃造成浪費(fei)，鎵適合使(shi)用(yong)塑料瓶（不(bu)(bu)能盛滿）儲存(cun)。

最新研發

2014年9月(yue)23日，美國北(bei)卡(ka)羅(luo)來納州一(yi)個科研團隊日前研發(fa)出一(yi)種可進(jin)行自(zi)我修(xiu)復的變(bian)形液態金屬(shu)，距離打(da)造“終結者”變(bian)形機器人的目標更(geng)進(jin)一(yi)步。

科學(xue)家們使(shi)用鎵和銦合金(jin)(jin)合成液(ye)態金(jin)(jin)屬，形成一(yi)種固(gu)溶合金(jin)(jin)，在(zai)室溫下就可以(yi)成為液(ye)態，表面(mian)張(zhang)力(li)為每(mei)米500毫牛頓。這意(yi)味著(zhu)，在(zai)不受(shou)外力(li)情況下，當這種合金(jin)(jin)被放在(zai)平坦(tan)桌面(mian)上(shang)時會(hui)保持一(yi)個幾乎完美(mei)的圓球(qiu)不變(bian)。當通過少(shao)量電流刺(ci)激后，球(qiu)體表面(mian)張(zhang)力(li)會(hui)降低，金(jin)(jin)屬會(hui)在(zai)桌面(mian)上(shang)伸展。這一(yi)過程(cheng)是(shi)可逆的：如果(guo)電荷從正轉負，液(ye)態金(jin)(jin)屬就會(hui)重新(xin)成為球(qiu)狀(zhuang)。更改電壓大小還(huan)可以(yi)調(diao)整金(jin)(jin)屬表面(mian)張(zhang)力(li)和金(jin)(jin)屬塊粘度，從而令其變(bian)為不同結構。

北卡羅來納(na)州立大學(xue)副教授邁克爾·迪(di)基（Michael Dickey）說：“只(zhi)需要不到一伏特的電壓就可改變(bian)金(jin)(jin)屬表面張力，這種(zhong)改變(bian)是相(xiang)當(dang)了不起的。我們(men)可以利用這種(zhong)技(ji)術控制(zhi)液態金(jin)(jin)屬的活動，從而改變(bian)天線形狀、連接或斷開電路(lu)等。”

此外，這(zhe)項研究(jiu)還可以用于幫助(zhu)修復人類切(qie)斷的神經，以避免長期(qi)殘疾。研究(jiu)人員宣稱，該突破(po)有(you)助(zhu)于建造(zao)更好(hao)的電路、自我修復式(shi)結(jie)構，甚至有(you)一天可用來制(zhi)造(zao)《終結(jie)者》中的T-1000機器人。

2023年(nian)8月，廣西(xi)大學本碩(shuo)博創(chuang)業(ye)團隊“保‘鎵’衛國(guo)”研(yan)發(fa)出(chu)核(he)心技術，成功制備出(chu)純度均達到國(guo)際領先(xian)水(shui)平的芯片產業(ye)關鍵原材(cai)料(liao)7N高純鎵。

熔沸點的差異

有趣的(de)(de)是(shi)，盡(jin)管鎵(jia)(jia)的(de)(de)熔(rong)(rong)點(dian)僅僅只有區區29.76℃，按(an)照正(zheng)常人直(zhi)覺式的(de)(de)認知，鎵(jia)(jia)的(de)(de)沸(fei)點(dian)應該很低，但事實上鎵(jia)(jia)的(de)(de)沸(fei)點(dian)達到(dao)了整整2403℃——差(cha)了2373℃。這(zhe)個沸(fei)點(dian)幾乎(hu)與高沸(fei)點(dian)金屬——銅、鐵(tie)等相當。對(dui)比一(yi)下，汞的(de)(de)熔(rong)(rong)點(dian)是(shi)-38.86℃，沸(fei)點(dian)是(shi)356.72℃，僅僅差(cha)了395.58℃。現代研(yan)究表(biao)明，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)Ga晶(jing)體中存在Ga2分子，熔(rong)(rong)化時(shi)克服的(de)(de)是(shi)分子間的(de)(de)范德(de)華力，而沸(fei)騰時(shi)Ga2要裂解成原子，克服的(de)(de)是(shi)共(gong)價鍵的(de)(de)靜電(dian)力。這(zhe)就導(dao)致了鎵(jia)(jia)熔(rong)(rong)化容易沸(fei)騰難(nan)(nan)，因(yin)為(wei)共(gong)價鍵是(shi)很難(nan)(nan)被(bei)破壞的(de)(de)。