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鎵（Gallium）是灰藍色或銀白(bai)色的(de)金屬，元素符號(hao)Ga，原(yuan)子(zi)量69.723。鎵的(de)熔點很(hen)低，但沸點很(hen)高。純液(ye)態鎵有顯著的(de)過冷的(de)趨勢，在空氣中(zhong)易氧化，形成氧化膜(mo)。

理化性質

物理性質

淡藍色金(jin)屬，在29.76℃時變為銀(yin)白色液體。液態鎵很容易過冷（即冷卻至0℃而不(bu)固(gu)化）。鎵能浸潤玻璃，故不(bu)宜使(shi)用玻璃容器存放。

受熱至熔點時變為液體(ti)(ti)(ti)，再冷卻(que)至0℃而(er)不固化，由液體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變為固體(ti)(ti)(ti)時，其體(ti)(ti)(ti)積約增(zeng)大3.2%。常溫時鎵在干燥空氣中穩定。

純鎵是銀白(bai)色的，可(ke)以(yi)浸潤玻璃，沸點(dian)很高，在大約1500℃時有(you)很低的蒸(zheng)汽壓。

物理性質

硬度(du) 1.5～2.5

溶解性(xing) 微(wei)溶于汞(gong)，形成鎵汞(gong)齊(qi)

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密度 5.904g/cm3

化學性質

電子排布(bu)[Ar]3d104s24p1，位(wei)于第四周期第ⅢA族(zu)。

在(zai)潮濕空氣中氧化，加熱至500℃時著火。室溫(wen)時跟(gen)水反應緩慢(man)，跟(gen)沸水反應劇烈生成氫(qing)氧化鎵放出(chu)氫(qing)氣。加熱時溶于無機酸或苛(ke)性堿溶液。能跟(gen)鹵素、硫、磷、砷、銻(ti)等(deng)反應。

鎵(jia)在干燥空氣中(zhong)(zhong)較穩(wen)定并生成氧(yang)化(hua)物(wu)薄膜阻止繼續氧(yang)化(hua)，在潮濕(shi)空氣中(zhong)(zhong)失去光澤。與堿反(fan)應(ying)放出氫氣，生成鎵(jia)酸(suan)鹽。能(neng)被冷濃(nong)鹽酸(suan)浸蝕，對熱硝(xiao)酸(suan)顯鈍性，高溫時能(neng)與多數非(fei)金(jin)(jin)屬反(fan)應(ying)；溶于(yu)酸(suan)和(he)堿中(zhong)(zhong)，鎵(jia)在化(hua)學反(fan)應(ying)中(zhong)(zhong)存(cun)在+1、+2和(he)+3化(hua)合價(jia)，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)+3為(wei)其(qi)(qi)主要化(hua)合價(jia)。鎵(jia)的(de)活動性與鋅相(xiang)似，卻比鋁(lv)低。鎵(jia)是兩(liang)性金(jin)(jin)屬，既能(neng)溶于(yu)酸(suan)（產生Ga3+）也能(neng)溶于(yu)堿。鎵(jia)在常溫下，表(biao)面產生致密的(de)氧(yang)化(hua)膜阻止進一(yi)步(bu)氧(yang)化(hua)。加(jia)熱時和(he)鹵素、硫迅速反(fan)應(ying)，和(he)硫的(de)反(fan)應(ying)按計量比不(bu)同產生不(bu)同的(de)硫化(hua)物(wu)。

生理學(xue)：還(huan)沒有發現(xian)鎵有生理微量元(yuan)素的(de)功能。和鋁一(yi)樣(yang)，它只(zhi)通過腸(chang)道(dao)很微量的(de)吸收(shou)。可以利用三(san)氧化二(er)鎵在老鼠、家(jia)鼠、狗肺部沉積的(de)數據(ju)。

皮下(xia)注射鎵后(hou)，鎵在組織中的(de)(de)分(fen)布模(mo)式是定時(shi)的(de)(de)，這和靜脈注射很相似。鎵在組織中的(de)(de)分(fen)布模(mo)式取決于(yu)攝入鎵的(de)(de)劑(ji)量。主要的(de)(de)排泄渠道是尿液。癌(ai)癥患者對鎵的(de)(de)清理分(fen)為(wei)兩階段，半(ban)衰期分(fen)別為(wei)87分(fen)鐘(zhong)和24.5小(xiao)時(shi)。

鎵(jia)(jia)的(de)毒性是和生物的(de)種(zhong)類相(xiang)關的(de)。在服用濃度高(gao)于750mg/kg時才會表現出對人(ren)腎(shen)(shen)臟的(de)毒性。對老鼠(shu)的(de)實(shi)驗(yan)表明，鎵(jia)(jia)會導致鎵(jia)(jia)，鈣和磷酸鹽(yan)在腎(shen)(shen)中(zhong)的(de)沉積，這(zhe)會堵塞腎(shen)(shen)腔。

分(fen)析化(hua)學(xue)：Dymov和(he)Savostin曾(ceng)對鎵的(de)分(fen)析化(hua)學(xue)作了全面的(de)回(hui)顧。由于鎵在環境(jing)中(zhong)的(de)濃度很低，靈敏(min)(min)度是選(xuan)擇(ze)探測(ce)(ce)方法時的(de)主要問題。由于這個原因，最常用(yong)熒(ying)(ying)光(guang)計和(he)中(zhong)子活化(hua)法。可(ke)以(yi)在測(ce)(ce)量前對樣品進行濃縮，例如，通(tong)過溶(rong)劑提取，提高了靈敏(min)(min)度，但增(zeng)加(jia)了勞(lao)動量。8-羥基醌常用(yong)于生物材(cai)料中(zhong)鎵的(de)熒(ying)(ying)光(guang)測(ce)(ce)定法。水楊(yang)醛二氯腙化(hua)碳作為(wei)熒(ying)(ying)光(guang)物質，使探測(ce)(ce)極(ji)限降到了2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和(he)二乙基二硫(liu)代氨基甲酸鹽的(de)混合物用(yong)于在中(zhong)子活化(hua)法前提取鎵。鎵的(de)探測(ce)(ce)極(ji)限可(ke)以(yi)達到1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共價半徑 125皮米

離子半徑 82皮米

第一(yi)電離(li)能 578.8kJ/mol

電負性（鮑林標度(du)） 1.81

毒理性(xing)質：鎵的(de)(de)(de)(de)毒性(xing)是(shi)和(he)生(sheng)物的(de)(de)(de)(de)種(zhong)類相關的(de)(de)(de)(de)。在一項研究(jiu)中，老鼠的(de)(de)(de)(de)LD50大于220mg/kg，狗(gou)的(de)(de)(de)(de)只(zhi)有(you)18mg/kg。狗(gou)的(de)(de)(de)(de)死亡是(shi)由于腎功能的(de)(de)(de)(de)衰竭。

鎵(jia)(jia)和鎵(jia)(jia)的化合(he)物有微弱的毒(du)性(xing)，但(dan)是(shi)沒(mei)有任(ren)何文獻(xian)表明鎵(jia)(jia)有生殖毒(du)性(xing)。相(xiang)反，硝酸鎵(jia)(jia)可以用于治療某些疾病。鎵(jia)(jia)容易附著到桌面、手(shou)、還有手(shou)套上留下黑色的斑跡。

制備方法

可由鋁土礦或閃鋅礦中(zhong)提取(qu)。最(zui)后經電解(jie)制得純(chun)凈鎵。

主要從煉鋅(xin)廢渣和煉鋁廢渣中回(hui)收提(ti)取(qu)。

工(gong)(gong)業(ye)生產以(yi)(yi)工(gong)(gong)業(ye)級金屬(shu)鎵(jia)為原料，用電(dian)解法、減壓蒸餾法、分(fen)步(bu)結晶(jing)法、區域熔融法進一步(bu)提純(chun)(chun)(chun)(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)。電(dian)解法以(yi)(yi)99.99%的工(gong)(gong)業(ye)級金屬(shu)鎵(jia)為原料，經電(dian)解精煉等工(gong)(gong)藝，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)的純(chun)(chun)(chun)(chun)度(du)≥99.999%。以(yi)(yi)≥99.999%的高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)為原料，經拉制(zhi)單晶(jing)或其(qi)他提純(chun)(chun)(chun)(chun)工(gong)(gong)藝進一步(bu)提純(chun)(chun)(chun)(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)的純(chun)(chun)(chun)(chun)度(du)≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制造半(ban)導體氮化(hua)鎵、砷(shen)化(hua)鎵、磷化(hua)鎵、鍺半(ban)導體摻(chan)雜元；純鎵及低熔合金可(ke)作(zuo)核(he)反應的(de)熱交換(huan)介質(zhi)；高溫(wen)溫(wen)度計的(de)填充料；有機反應中作(zuo)二酯化(hua)的(de)催化(hua)劑。

鎵(jia)的(de)(de)工業應(ying)用(yong)還很原始，盡管它獨(du)特的(de)(de)性能(neng)(neng)可能(neng)(neng)會(hui)應(ying)用(yong)于(yu)(yu)很多方面。液態鎵(jia)的(de)(de)寬溫(wen)度范(fan)圍以及它很低(di)的(de)(de)蒸(zheng)汽壓使它可以用(yong)于(yu)(yu)高溫(wen)溫(wen)度計和(he)高溫(wen)壓力計。鎵(jia)化(hua)合物，尤其是(shi)砷化(hua)鎵(jia)在電子工業已經引(yin)起了越(yue)來越(yue)多的(de)(de)注意。沒有能(neng)(neng)利(li)用(yong)的(de)(de)精(jing)確的(de)(de)世(shi)界(jie)鎵(jia)產量數據，但是(shi)臨近地區(qu)的(de)(de)產量只有20噸/年。

鎵(jia)-68會發射正電子(zi)，可以用于正電子(zi)斷層成像。

鎵銦合金可用(yong)于(yu)汞的替代品。

醫學應用

在(zai)觀(guan)察到癌(ai)組織對(dui)67Ga有(you)吸引力(li)之后(hou)，美國(guo)國(guo)家(jia)癌(ai)癥學會指出(chu)穩定的(de)鎵(jia)(jia)對(dui)于(yu)嚙齒動物的(de)腫瘤很有(you)療效(xiao)。這曾(ceng)在(zai)癌(ai)癥病人身上(shang)試驗過(guo)。當服(fu)用劑量(liang)為750mg/kg時，鎵(jia)(jia)對(dui)人的(de)腎(shen)臟有(you)害。不(bu)停的(de)灌輸鎵(jia)(jia)的(de)配制藥(yao)品可以降低鎵(jia)(jia)對(dui)腎(shen)小(xiao)管的(de)毒性(xing)。

發現歷史

鎵是化學史上第(di)一(yi)個(ge)先從理論預(yu)言，后在(zai)自然界中被發現驗證(zheng)的(de)化學元(yuan)素(su)。1871年(nian)，門捷列(lie)夫發現元(yuan)素(su)周期表中鋁元(yuan)素(su)下面有個(ge)間隙(xi)尚未被占據，他預(yu)測(ce)這種未知(zhi)元(yuan)素(su)的(de)原子量(liang)大約是68，密度(du)為5.9g/cm3，性(xing)質與鋁相似，他的(de)這一(yi)預(yu)測(ce)被法(fa)國化學家(jia)布(bu)瓦博得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證(zheng)實了。

鎵在(zai)巴黎由布瓦博得朗于1875年發現。他在(zai)閃鋅(xin)礦礦石（ZnS）中提取的鋅(xin)的原子光譜上(shang)觀察到了(le)一個新的紫色線。他知道這意(yi)味(wei)著一種未知的元素出(chu)現了(le)。

在(zai)1875年(nian)(nian)11月，布(bu)瓦博得朗提(ti)取并提(ti)純了(le)(le)這(zhe)種(zhong)新的金屬(shu)，并證明(ming)了(le)(le)它像鋁(lv)。在(zai)1875年(nian)(nian)12月，他(ta)向法國科(ke)學院宣(xuan)布(bu)了(le)(le)它。

含量分布

由于鎵在地殼中(zhong)的(de)濃度很低。在地殼中(zhong)占總量的(de)0.0015%。它的(de)分布很廣泛，但(dan)不(bu)以(yi)(yi)純(chun)金屬狀態存(cun)在，而以(yi)(yi)硫鎵銅礦（CuGaS2）形(xing)式存(cun)在，不(bu)過(guo)很稀少，經(jing)濟上也不(bu)重要(yao)。鎵是閃鋅礦、黃鐵(tie)礦、礬土、鍺石工業處理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)副產品。

自然(ran)界中(zhong)常以(yi)微量分散(san)于鋁土(tu)礦、閃鋅(xin)礦等礦石(shi)中(zhong)。由(you)鋁土(tu)礦中(zhong)提(ti)取制得。在高溫灼燒(shao)鋅(xin)礦時(shi)，鎵就(jiu)以(yi)化合物(wu)的形式揮發出(chu)來(lai)，在煙道里凝結，鎵常與銦和鉈(she)共生。經(jing)電(dian)解、洗滌可以(yi)制得粗(cu)鎵，再經(jing)提(ti)煉可得高純度鎵。

時下世(shi)界90%以上的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)生(sheng)鎵(jia)都是(shi)在生(sheng)產氧化鋁過程中提取的(de)(de)(de)(de)，是(shi)對礦產資(zi)源的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)(zhong)綜合(he)利用，通過提取金(jin)屬鎵(jia)增(zeng)加(jia)了礦產資(zi)源的(de)(de)(de)(de)附加(jia)值，提高氧化鋁的(de)(de)(de)(de)品質降低(di)了廢棄物(wu)“赤泥”的(de)(de)(de)(de)污(wu)染，因此(ci)非(fei)常符(fu)合(he)當前低(di)碳經(jing)濟以最小的(de)(de)(de)(de)自然資(zi)源代(dai)價(jia)獲(huo)取最大利用價(jia)值的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)則。鎵(jia)在其它金(jin)屬礦床中的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)極(ji)低(di)，經(jing)過一(yi)定富集后也只(zhi)能(neng)達到幾百克/噸，因而(er)(er)鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)提取非(fei)常困難，另一(yi)方面(mian)，由于伴生(sheng)關系，鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)產量(liang)(liang)很(hen)難由于鎵(jia)價(jia)格上漲而(er)(er)被(bei)大幅拉動，因此(ci)，原(yuan)(yuan)生(sheng)鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)年產量(liang)(liang)極(ji)少，全球年產量(liang)(liang)不足300噸，是(shi)原(yuan)(yuan)生(sheng)銦產量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)一(yi)半(ban)，如果(guo)這(zhe)種(zhong)(zhong)狀況不能(neng)得到改善，未來20-30年這(zhe)些金(jin)屬鎵(jia)將(jiang)會出現嚴(yan)重短缺。

儲存方法

由于液態(tai)鎵的密度高于固(gu)體密度，凝固(gu)時體積(ji)膨脹，而且熔點很(hen)低，儲存時會不斷地熔化凝固(gu)。所以使用玻(bo)璃儲存會撐破瓶子和浸潤(run)玻(bo)璃造成浪費，鎵適合(he)使用塑料瓶（不能(neng)盛(sheng)滿）儲存。

最新研發

2014年9月23日，美國北卡(ka)羅來納州一個(ge)科研團隊(dui)日前研發出一種(zhong)可(ke)進(jin)(jin)行自我(wo)修復的變形(xing)液態金屬，距離打造“終結者(zhe)”變形(xing)機器人的目標更(geng)進(jin)(jin)一步。

科學家們使(shi)用鎵和銦合金(jin)(jin)合成(cheng)(cheng)液態金(jin)(jin)屬(shu)，形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)種固(gu)溶合金(jin)(jin)，在室溫下就(jiu)可以成(cheng)(cheng)為(wei)液態，表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)為(wei)每米500毫牛頓。這意味著，在不受外力(li)情況下，當(dang)這種合金(jin)(jin)被放(fang)在平坦桌面(mian)(mian)上時會(hui)(hui)保持一(yi)個幾乎完(wan)美(mei)的圓(yuan)球不變。當(dang)通過少量電流刺激后，球體表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)會(hui)(hui)降低，金(jin)(jin)屬(shu)會(hui)(hui)在桌面(mian)(mian)上伸展。這一(yi)過程(cheng)是(shi)可逆的：如果電荷從正轉負，液態金(jin)(jin)屬(shu)就(jiu)會(hui)(hui)重新成(cheng)(cheng)為(wei)球狀(zhuang)。更改電壓大小(xiao)還可以調整金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)和金(jin)(jin)屬(shu)塊(kuai)粘度，從而令其變為(wei)不同(tong)結(jie)構。

北(bei)卡羅來納州立(li)大學(xue)副(fu)教授(shou)邁克(ke)爾(er)·迪(di)基（Michael Dickey）說(shuo)：“只需要不(bu)(bu)到一伏特的電壓就可改變金屬(shu)表面張力，這種改變是相當了不(bu)(bu)起的。我們可以(yi)利用(yong)這種技(ji)術(shu)控制液態金屬(shu)的活動(dong)，從而改變天線形狀(zhuang)、連接(jie)或(huo)斷開電路等。”

此外，這項研究(jiu)還可以用(yong)于幫(bang)助修復人(ren)(ren)類切斷的神經，以避(bi)免長期殘疾。研究(jiu)人(ren)(ren)員(yuan)宣稱，該突破有助于建造更好的電路、自我(wo)修復式結(jie)構，甚至有一天(tian)可用(yong)來制造《終結(jie)者》中的T-1000機(ji)器人(ren)(ren)。

2023年8月，廣西(xi)大學本碩博創業團隊“保‘鎵’衛國(guo)”研(yan)發出(chu)核(he)心技術(shu)，成功制備出(chu)純度均達到(dao)國(guo)際(ji)領先水平的芯片產業關鍵(jian)原材料7N高純鎵。

熔沸點的差異

有(you)趣的(de)(de)(de)是(shi)，盡管鎵(jia)的(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)僅僅只有(you)區區29.76℃，按照(zhao)正常人直覺式(shi)的(de)(de)(de)認知，鎵(jia)的(de)(de)(de)沸點(dian)應(ying)該很(hen)低(di)，但事實上鎵(jia)的(de)(de)(de)沸點(dian)達到了整整2403℃——差了2373℃。這(zhe)個沸點(dian)幾乎與(yu)高沸點(dian)金屬——銅、鐵等(deng)相當。對比(bi)一(yi)下，汞的(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)是(shi)-38.86℃，沸點(dian)是(shi)356.72℃，僅僅差了395.58℃。現代研究(jiu)表明，這(zhe)是(shi)因為Ga晶體中存在Ga2分(fen)(fen)子，熔(rong)化時克服的(de)(de)(de)是(shi)分(fen)(fen)子間的(de)(de)(de)范德華力(li)，而(er)沸騰(teng)時Ga2要裂解(jie)成(cheng)原子，克服的(de)(de)(de)是(shi)共(gong)價鍵(jian)的(de)(de)(de)靜電(dian)力(li)。這(zhe)就導(dao)致了鎵(jia)熔(rong)化容(rong)易沸騰(teng)難(nan)，因為共(gong)價鍵(jian)是(shi)很(hen)難(nan)被破壞的(de)(de)(de)。