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鎵（Gallium）是(shi)灰(hui)藍(lan)色或銀白色的(de)金屬，元素符號(hao)Ga，原子量69.723。鎵的(de)熔點很(hen)低，但沸點很(hen)高。純液態鎵有顯著的(de)過(guo)冷(leng)的(de)趨勢，在空氣(qi)中易氧化，形成氧化膜(mo)。

理化性質

物理性質

淡(dan)藍色金屬，在29.76℃時變(bian)為銀(yin)白色液(ye)體。液(ye)態鎵很容易過冷(leng)（即(ji)冷(leng)卻至0℃而不(bu)固化）。鎵能浸潤(run)玻璃(li)，故不(bu)宜使用玻璃(li)容器(qi)存放。

受熱至熔點(dian)時變為(wei)液體(ti)(ti)，再冷卻至0℃而不固化，由液體(ti)(ti)轉(zhuan)變為(wei)固體(ti)(ti)時，其(qi)體(ti)(ti)積約增(zeng)大(da)3.2%。常溫時鎵在干燥空氣中穩定。

純(chun)鎵是(shi)銀白(bai)色的，可以(yi)浸潤玻(bo)璃，沸(fei)點很高，在大(da)約1500℃時有很低的蒸汽(qi)壓。

物理性質

硬度 1.5～2.5

溶解(jie)性 微溶于汞，形(xing)成(cheng)鎵汞齊

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密(mi)度 5.904g/cm3

化學性質

電子(zi)排(pai)布(bu)[Ar]3d104s24p1，位于第(di)四周期第(di)ⅢA族。

在潮濕空(kong)氣中氧化，加熱至500℃時(shi)著火(huo)。室溫時(shi)跟水反應(ying)緩(huan)慢，跟沸水反應(ying)劇(ju)烈(lie)生成氫氧化鎵放出(chu)氫氣。加熱時(shi)溶于無機酸或苛(ke)性堿溶液。能跟鹵素(su)、硫(liu)、磷(lin)、砷、銻等反應(ying)。

鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)干燥(zao)空氣(qi)中較(jiao)穩定(ding)并生(sheng)成(cheng)氧(yang)化(hua)物薄(bo)膜(mo)阻止(zhi)繼(ji)續氧(yang)化(hua)，在(zai)(zai)潮濕空氣(qi)中失去(qu)光澤。與堿(jian)反(fan)(fan)(fan)應(ying)放出氫氣(qi)，生(sheng)成(cheng)鎵(jia)(jia)酸(suan)(suan)鹽(yan)。能(neng)被冷濃鹽(yan)酸(suan)(suan)浸蝕，對熱硝酸(suan)(suan)顯鈍性(xing)，高溫時能(neng)與多數非金屬反(fan)(fan)(fan)應(ying)；溶(rong)于(yu)酸(suan)(suan)和(he)(he)(he)堿(jian)中，鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)化(hua)學反(fan)(fan)(fan)應(ying)中存在(zai)(zai)+1、+2和(he)(he)(he)+3化(hua)合(he)價，其中+3為其主要化(hua)合(he)價。鎵(jia)(jia)的(de)活動性(xing)與鋅相似，卻比(bi)鋁低(di)。鎵(jia)(jia)是兩性(xing)金屬，既能(neng)溶(rong)于(yu)酸(suan)(suan)（產生(sheng)Ga3+）也能(neng)溶(rong)于(yu)堿(jian)。鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)常溫下，表面產生(sheng)致密(mi)的(de)氧(yang)化(hua)膜(mo)阻止(zhi)進一步氧(yang)化(hua)。加熱時和(he)(he)(he)鹵素、硫(liu)迅速反(fan)(fan)(fan)應(ying)，和(he)(he)(he)硫(liu)的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)按計量比(bi)不(bu)同產生(sheng)不(bu)同的(de)硫(liu)化(hua)物。

生理學(xue)：還沒有發現鎵(jia)(jia)有生理微(wei)量(liang)元素的(de)功能。和(he)鋁(lv)一樣，它只通(tong)過腸道很微(wei)量(liang)的(de)吸收。可(ke)以利用三氧化二鎵(jia)(jia)在老鼠、家鼠、狗肺部沉積的(de)數據。

皮下注射鎵后(hou)，鎵在(zai)組(zu)織(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布模式(shi)是定時(shi)的(de)(de)(de)(de)，這(zhe)和靜脈注射很相(xiang)似。鎵在(zai)組(zu)織(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布模式(shi)取決于攝入鎵的(de)(de)(de)(de)劑量。主要(yao)的(de)(de)(de)(de)排泄渠道是尿液。癌(ai)癥患者對鎵的(de)(de)(de)(de)清理分(fen)為(wei)兩階(jie)段，半衰期分(fen)別(bie)為(wei)87分(fen)鐘和24.5小時(shi)。

鎵(jia)的(de)毒性是和生物的(de)種類相關的(de)。在(zai)(zai)服(fu)用濃度高(gao)于750mg/kg時(shi)才會表(biao)現出對(dui)人(ren)腎(shen)臟的(de)毒性。對(dui)老(lao)鼠的(de)實(shi)驗表(biao)明，鎵(jia)會導致鎵(jia)，鈣和磷酸鹽在(zai)(zai)腎(shen)中的(de)沉積，這會堵塞腎(shen)腔。

分(fen)(fen)析化(hua)學：Dymov和Savostin曾對鎵的(de)分(fen)(fen)析化(hua)學作了(le)全面的(de)回顧。由于(yu)(yu)鎵在(zai)(zai)環境中的(de)濃度很低，靈(ling)(ling)敏度是(shi)選擇探(tan)測(ce)(ce)方法(fa)時的(de)主要(yao)問題(ti)。由于(yu)(yu)這個原因，最常(chang)用熒(ying)光計和中子活(huo)化(hua)法(fa)。可以(yi)在(zai)(zai)測(ce)(ce)量前(qian)對樣品進行濃縮，例如(ru)，通過溶劑提取，提高了(le)靈(ling)(ling)敏度，但(dan)增加了(le)勞動量。8-羥基醌(kun)常(chang)用于(yu)(yu)生(sheng)物材料中鎵的(de)熒(ying)光測(ce)(ce)定法(fa)。水楊醛(quan)二(er)氯(lv)腙化(hua)碳作為熒(ying)光物質(zhi)，使(shi)探(tan)測(ce)(ce)極限降到(dao)了(le)2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和二(er)乙(yi)基二(er)硫代氨基甲(jia)酸(suan)鹽的(de)混合物用于(yu)(yu)在(zai)(zai)中子活(huo)化(hua)法(fa)前(qian)提取鎵。鎵的(de)探(tan)測(ce)(ce)極限可以(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

第一電離能 578.8kJ/mol

電(dian)負性（鮑林標度） 1.81

毒理性質：鎵的毒性是和(he)生物(wu)的種類相關(guan)的。在一項(xiang)研究中，老鼠的LD50大于(yu)(yu)220mg/kg，狗的只有18mg/kg。狗的死亡是由(you)于(yu)(yu)腎(shen)功(gong)能的衰竭。

鎵(jia)和鎵(jia)的(de)化合(he)物(wu)有微弱的(de)毒性(xing)，但(dan)是沒有任(ren)何文獻表(biao)明鎵(jia)有生殖(zhi)毒性(xing)。相反，硝酸鎵(jia)可以用于治療某些疾(ji)病(bing)。鎵(jia)容(rong)易附(fu)著到桌面、手(shou)、還(huan)有手(shou)套上留下黑色的(de)斑跡。

制備方法

可由鋁土(tu)礦(kuang)或閃(shan)鋅礦(kuang)中提(ti)取。最后經電解(jie)制得純凈鎵。

主要從(cong)煉(lian)鋅廢渣和煉(lian)鋁廢渣中回收(shou)提取。

工(gong)業(ye)生產以(yi)(yi)工(gong)業(ye)級金屬鎵(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，用(yong)電(dian)解法(fa)(fa)、減壓(ya)蒸餾法(fa)(fa)、分步結晶法(fa)(fa)、區域熔融法(fa)(fa)進(jin)一步提(ti)純(chun)(chun)(chun)(chun)，制(zhi)(zhi)得高(gao)(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)(jia)。電(dian)解法(fa)(fa)以(yi)(yi)99.99%的(de)工(gong)業(ye)級金屬鎵(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，經(jing)電(dian)解精煉等工(gong)藝，制(zhi)(zhi)得高(gao)(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)(jia)的(de)純(chun)(chun)(chun)(chun)度(du)(du)≥99.999%。以(yi)(yi)≥99.999%的(de)高(gao)(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)(jia)為(wei)原(yuan)料，經(jing)拉制(zhi)(zhi)單晶或其(qi)他(ta)提(ti)純(chun)(chun)(chun)(chun)工(gong)藝進(jin)一步提(ti)純(chun)(chun)(chun)(chun)，制(zhi)(zhi)得高(gao)(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)(jia)的(de)純(chun)(chun)(chun)(chun)度(du)(du)≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制造半導(dao)(dao)體(ti)氮化(hua)鎵(jia)、砷(shen)化(hua)鎵(jia)、磷化(hua)鎵(jia)、鍺半導(dao)(dao)體(ti)摻雜元(yuan)；純鎵(jia)及低熔合金可作核反應的熱交換介質；高溫(wen)溫(wen)度(du)計的填充料；有機反應中作二酯化(hua)的催化(hua)劑。

鎵(jia)的(de)(de)工業應(ying)用(yong)(yong)還很原(yuan)始，盡(jin)管(guan)它(ta)獨(du)特的(de)(de)性能(neng)可(ke)(ke)能(neng)會應(ying)用(yong)(yong)于很多(duo)方面。液態鎵(jia)的(de)(de)寬溫(wen)度范圍以及它(ta)很低的(de)(de)蒸汽壓使它(ta)可(ke)(ke)以用(yong)(yong)于高(gao)溫(wen)溫(wen)度計和高(gao)溫(wen)壓力計。鎵(jia)化合物，尤其是砷化鎵(jia)在電子(zi)工業已經引起了越來越多(duo)的(de)(de)注意。沒(mei)有(you)能(neng)利用(yong)(yong)的(de)(de)精確的(de)(de)世界(jie)鎵(jia)產量(liang)數據，但是臨近地區(qu)的(de)(de)產量(liang)只有(you)20噸/年(nian)。

鎵-68會(hui)發射正電子，可以(yi)用于正電子斷層(ceng)成像。

鎵銦合(he)金可(ke)用(yong)于(yu)汞(gong)的替代品。

醫學應用

在觀(guan)察到癌(ai)組織對67Ga有吸引(yin)力之后，美(mei)國(guo)國(guo)家癌(ai)癥學(xue)會指出穩定的(de)(de)鎵(jia)對于嚙齒(chi)動物的(de)(de)腫瘤(liu)很(hen)有療效。這(zhe)曾在癌(ai)癥病(bing)人身上試驗過。當服用劑量為750mg/kg時，鎵(jia)對人的(de)(de)腎臟(zang)有害(hai)。不停的(de)(de)灌輸(shu)鎵(jia)的(de)(de)配(pei)制(zhi)藥品可以降低鎵(jia)對腎小管(guan)的(de)(de)毒性。

發現歷史

鎵是化學(xue)史上第一(yi)個先從(cong)理論預言，后在自然界中(zhong)被(bei)發(fa)現(xian)驗(yan)證(zheng)的(de)化學(xue)元素。1871年，門(men)捷列夫發(fa)現(xian)元素周期表中(zhong)鋁(lv)元素下面有個間(jian)隙尚未被(bei)占據，他(ta)(ta)預測(ce)(ce)這種未知元素的(de)原子(zi)量(liang)大約是68，密(mi)度為(wei)5.9g/cm3，性(xing)質與(yu)鋁(lv)相似(si)，他(ta)(ta)的(de)這一(yi)預測(ce)(ce)被(bei)法(fa)國化學(xue)家(jia)布瓦博得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證(zheng)實了。

鎵在巴(ba)黎由布瓦博得(de)朗(lang)于1875年發現。他(ta)在閃鋅礦(kuang)礦(kuang)石（ZnS）中(zhong)提取的鋅的原子光譜上(shang)觀(guan)察到了一個(ge)新的紫色線。他(ta)知道這意(yi)味(wei)著(zhu)一種未知的元素出現了。

在1875年(nian)11月，布瓦博得朗提取并提純了(le)(le)這種新(xin)的金屬(shu)，并證明(ming)了(le)(le)它像鋁(lv)。在1875年(nian)12月，他(ta)向法國科學院宣(xuan)布了(le)(le)它。

含量分布

由于鎵在地(di)(di)殼中(zhong)的(de)濃度很低。在地(di)(di)殼中(zhong)占總(zong)量的(de)0.0015%。它的(de)分布很廣泛，但不以(yi)純(chun)金屬狀態存在，而以(yi)硫(liu)鎵銅礦(kuang)（CuGaS2）形式存在，不過(guo)很稀(xi)少，經(jing)濟上也不重(zhong)要。鎵是閃鋅(xin)礦(kuang)、黃鐵(tie)礦(kuang)、礬土、鍺石(shi)工業處理過(guo)程中(zhong)的(de)副產品(pin)。

自然界中(zhong)(zhong)常以微量分散于(yu)鋁土(tu)礦(kuang)(kuang)、閃鋅礦(kuang)(kuang)等礦(kuang)(kuang)石中(zhong)(zhong)。由鋁土(tu)礦(kuang)(kuang)中(zhong)(zhong)提取制得。在(zai)高(gao)(gao)溫灼燒鋅礦(kuang)(kuang)時，鎵就以化合(he)物的形(xing)式揮(hui)發出(chu)來(lai)，在(zai)煙道里凝結(jie)，鎵常與銦和鉈共生。經電解、洗滌(di)可(ke)以制得粗鎵，再經提煉可(ke)得高(gao)(gao)純(chun)度鎵。

時(shi)下世界90%以上的(de)(de)(de)原生鎵(jia)(jia)(jia)都是在(zai)生產氧化鋁過(guo)程中提(ti)取的(de)(de)(de)，是對礦產資(zi)源(yuan)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種綜合利用，通過(guo)提(ti)取金屬鎵(jia)(jia)(jia)增加了礦產資(zi)源(yuan)的(de)(de)(de)附(fu)加值(zhi)，提(ti)高氧化鋁的(de)(de)(de)品質(zhi)降低了廢棄物“赤泥”的(de)(de)(de)污染(ran)，因(yin)此(ci)非(fei)常符合當前(qian)低碳經濟以最(zui)小的(de)(de)(de)自然資(zi)源(yuan)代價獲取最(zui)大利用價值(zhi)的(de)(de)(de)原則(ze)。鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)其它金屬礦床(chuang)中的(de)(de)(de)含量(liang)(liang)極低，經過(guo)一(yi)(yi)定富集后也只(zhi)能達(da)到(dao)幾百(bai)克/噸，因(yin)而鎵(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)提(ti)取非(fei)常困(kun)難，另一(yi)(yi)方面，由(you)于(yu)伴生關系，鎵(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)產量(liang)(liang)很難由(you)于(yu)鎵(jia)(jia)(jia)價格上漲而被大幅拉動，因(yin)此(ci)，原生鎵(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)年產量(liang)(liang)極少(shao)，全球年產量(liang)(liang)不足300噸，是原生銦產量(liang)(liang)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)半，如果這(zhe)種狀況不能得到(dao)改善(shan)，未來20-30年這(zhe)些金屬鎵(jia)(jia)(jia)將會出現嚴重短缺。

儲存方法

由于液態鎵(jia)的(de)密(mi)度高于固體(ti)密(mi)度，凝(ning)固時體(ti)積(ji)膨脹，而且熔點很低，儲(chu)存(cun)時會(hui)不斷地(di)熔化凝(ning)固。所以使(shi)用玻璃儲(chu)存(cun)會(hui)撐破瓶子和浸潤玻璃造成(cheng)浪費，鎵(jia)適合使(shi)用塑料(liao)瓶（不能(neng)盛滿）儲(chu)存(cun)。

最新研發

2014年9月23日，美(mei)國北(bei)卡羅來納州一(yi)(yi)個科(ke)研團隊日前研發出一(yi)(yi)種可進行自(zi)我修復的變形(xing)液(ye)態金(jin)屬(shu)，距離打造“終結者”變形(xing)機器(qi)人的目(mu)標更進一(yi)(yi)步。

科(ke)學家們使用鎵和(he)銦合(he)金(jin)(jin)合(he)成液(ye)態金(jin)(jin)屬，形成一(yi)(yi)種固溶合(he)金(jin)(jin)，在室溫(wen)下(xia)就(jiu)可(ke)(ke)以成為液(ye)態，表面張(zhang)力(li)為每米(mi)500毫牛頓。這(zhe)意味著，在不受(shou)外力(li)情況下(xia)，當(dang)(dang)這(zhe)種合(he)金(jin)(jin)被(bei)放在平(ping)坦桌面上(shang)時會(hui)保持一(yi)(yi)個幾乎完美的圓球不變。當(dang)(dang)通過少量電流刺(ci)激后(hou)，球體表面張(zhang)力(li)會(hui)降低，金(jin)(jin)屬會(hui)在桌面上(shang)伸展。這(zhe)一(yi)(yi)過程是可(ke)(ke)逆的：如果(guo)電荷從(cong)正轉負，液(ye)態金(jin)(jin)屬就(jiu)會(hui)重新成為球狀(zhuang)。更改(gai)電壓大小(xiao)還(huan)可(ke)(ke)以調整(zheng)金(jin)(jin)屬表面張(zhang)力(li)和(he)金(jin)(jin)屬塊粘度，從(cong)而令其變為不同結(jie)構(gou)。

北卡羅來納(na)州(zhou)立(li)大學副教授邁克爾·迪基（Michael Dickey）說：“只需要不到一伏特的(de)電(dian)壓就可改(gai)變(bian)金屬(shu)表面張力，這(zhe)(zhe)種改(gai)變(bian)是相當了不起的(de)。我們可以(yi)利用這(zhe)(zhe)種技術控(kong)制液態(tai)金屬(shu)的(de)活(huo)動，從而改(gai)變(bian)天線形狀、連接或斷開電(dian)路等。”

此(ci)外(wai)，這項研(yan)究還可以(yi)用(yong)于幫助修(xiu)復人(ren)類切斷(duan)的神經(jing)，以(yi)避免長期殘(can)疾。研(yan)究人(ren)員(yuan)宣(xuan)稱，該突破有(you)(you)助于建造(zao)更好的電(dian)路(lu)、自(zi)我修(xiu)復式結構，甚(shen)至(zhi)有(you)(you)一天可用(yong)來制造(zao)《終(zhong)結者》中(zhong)的T-1000機(ji)器人(ren)。

2023年(nian)8月，廣西大學(xue)本碩博創業(ye)團(tuan)隊“保(bao)‘鎵’衛國(guo)”研發出核心技(ji)術，成功制備出純(chun)度均達到國(guo)際(ji)領先水平的(de)芯片產業(ye)關鍵原(yuan)材料7N高純(chun)鎵。

熔沸點的差異

有趣的(de)是，盡(jin)管鎵的(de)熔(rong)(rong)點僅(jin)僅(jin)只(zhi)有區(qu)區(qu)29.76℃，按照正常(chang)人直覺式的(de)認知，鎵的(de)沸(fei)(fei)(fei)點應該(gai)很(hen)(hen)低，但事實上鎵的(de)沸(fei)(fei)(fei)點達到了(le)整(zheng)整(zheng)2403℃——差了(le)2373℃。這(zhe)個沸(fei)(fei)(fei)點幾乎與(yu)高沸(fei)(fei)(fei)點金屬——銅、鐵等相當。對比一下(xia)，汞的(de)熔(rong)(rong)點是-38.86℃，沸(fei)(fei)(fei)點是356.72℃，僅(jin)僅(jin)差了(le)395.58℃。現代研究表明，這(zhe)是因(yin)為(wei)Ga晶體(ti)中存在(zai)Ga2分(fen)子(zi)，熔(rong)(rong)化(hua)時克(ke)服(fu)的(de)是分(fen)子(zi)間(jian)的(de)范(fan)德華力，而沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)時Ga2要(yao)裂解成(cheng)原子(zi)，克(ke)服(fu)的(de)是共價鍵(jian)的(de)靜電(dian)力。這(zhe)就(jiu)導(dao)致了(le)鎵熔(rong)(rong)化(hua)容(rong)易(yi)沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)難，因(yin)為(wei)共價鍵(jian)是很(hen)(hen)難被破壞的(de)。