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鎵（Gallium）是灰藍色或銀白色的金屬，元素符號Ga，原子量69.723。鎵的熔點很(hen)低，但沸點很(hen)高。純液態(tai)鎵有顯著(zhu)的過冷(leng)的趨(qu)勢，在空氣(qi)中易氧化，形成氧化膜。

理化性質

物理性質

淡藍色金屬(shu)，在29.76℃時變為(wei)銀白色液(ye)體(ti)。液(ye)態鎵很(hen)容易過冷(leng)（即冷(leng)卻(que)至0℃而(er)不固化）。鎵能浸潤玻璃(li)，故不宜使用玻璃(li)容器存放。

受熱至熔(rong)點時變為液體，再(zai)冷卻(que)至0℃而(er)不(bu)固化(hua)，由液體轉(zhuan)變為固體時，其(qi)體積約增(zeng)大3.2%。常溫時鎵在(zai)干燥空(kong)氣中穩定。

純(chun)鎵是銀白色的，可以浸潤玻(bo)璃，沸點很高，在大約(yue)1500℃時(shi)有很低的蒸(zheng)汽壓。

物理性質

硬度 1.5～2.5

溶解性(xing) 微(wei)溶于(yu)汞，形成(cheng)鎵汞齊

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密度 5.904g/cm3

化學性質

電(dian)子排布[Ar]3d104s24p1，位于第(di)四(si)周期(qi)第(di)ⅢA族。

在潮濕空(kong)氣(qi)中氧化，加熱(re)至(zhi)500℃時著火。室溫(wen)時跟水(shui)反(fan)應緩慢，跟沸水(shui)反(fan)應劇烈生成氫氧化鎵放出氫氣(qi)。加熱(re)時溶于無機(ji)酸或苛性堿溶液。能跟鹵素、硫、磷(lin)、砷、銻等反(fan)應。

鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)干燥空(kong)氣(qi)中(zhong)較穩定(ding)并生(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)物薄膜(mo)阻(zu)止繼續氧(yang)(yang)化(hua)，在(zai)潮(chao)濕空(kong)氣(qi)中(zhong)失去(qu)光澤。與(yu)堿(jian)反應(ying)放出氫氣(qi)，生(sheng)成(cheng)(cheng)鎵(jia)(jia)(jia)酸(suan)鹽(yan)。能被冷(leng)濃(nong)鹽(yan)酸(suan)浸蝕，對熱硝(xiao)酸(suan)顯鈍性，高溫(wen)(wen)時能與(yu)多數非金屬(shu)反應(ying)；溶于酸(suan)和(he)堿(jian)中(zhong)，鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)化(hua)學反應(ying)中(zhong)存在(zai)+1、+2和(he)+3化(hua)合價，其中(zhong)+3為其主要化(hua)合價。鎵(jia)(jia)(jia)的(de)(de)活動(dong)性與(yu)鋅相似，卻比(bi)鋁低。鎵(jia)(jia)(jia)是(shi)兩性金屬(shu)，既能溶于酸(suan)（產(chan)(chan)生(sheng)Ga3+）也能溶于堿(jian)。鎵(jia)(jia)(jia)在(zai)常溫(wen)(wen)下，表面(mian)產(chan)(chan)生(sheng)致密的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)膜(mo)阻(zu)止進(jin)一步氧(yang)(yang)化(hua)。加(jia)熱時和(he)鹵(lu)素、硫(liu)迅(xun)速反應(ying)，和(he)硫(liu)的(de)(de)反應(ying)按計量比(bi)不同(tong)產(chan)(chan)生(sheng)不同(tong)的(de)(de)硫(liu)化(hua)物。

生理學：還沒有發(fa)現鎵有生理微(wei)量元(yuan)素的(de)功能。和鋁一樣(yang)，它只通(tong)過腸道很(hen)微(wei)量的(de)吸收。可以利用三氧化二(er)鎵在老(lao)鼠、家鼠、狗肺部沉積的(de)數據。

皮下注射鎵(jia)后(hou)，鎵(jia)在(zai)組織中(zhong)的(de)(de)分(fen)布(bu)模(mo)式是定時的(de)(de)，這和靜脈注射很(hen)相(xiang)似(si)。鎵(jia)在(zai)組織中(zhong)的(de)(de)分(fen)布(bu)模(mo)式取決于攝入鎵(jia)的(de)(de)劑量。主(zhu)要(yao)的(de)(de)排泄渠(qu)道是尿液。癌癥患(huan)者對鎵(jia)的(de)(de)清理分(fen)為(wei)兩(liang)階段(duan)，半衰期分(fen)別為(wei)87分(fen)鐘和24.5小時。

鎵(jia)(jia)的毒性(xing)是和(he)生物的種類相關(guan)的。在(zai)服用濃(nong)度高于(yu)750mg/kg時(shi)才會表現(xian)出對人腎臟的毒性(xing)。對老(lao)鼠(shu)的實驗表明，鎵(jia)(jia)會導致鎵(jia)(jia)，鈣和(he)磷酸鹽在(zai)腎中的沉積，這會堵(du)塞腎腔。

分析化學(xue)：Dymov和(he)Savostin曾對鎵的(de)分析化學(xue)作了(le)全面(mian)的(de)回顧(gu)。由于(yu)鎵在(zai)環境中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)濃度(du)很低，靈敏(min)度(du)是選擇探測(ce)方法(fa)時的(de)主要(yao)問題(ti)。由于(yu)這個原因，最常用熒光計和(he)中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)活化法(fa)。可(ke)以在(zai)測(ce)量前對樣品進行濃縮，例如，通過溶劑提取，提高了(le)靈敏(min)度(du)，但增加(jia)了(le)勞(lao)動量。8-羥基(ji)醌常用于(yu)生(sheng)物材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)鎵的(de)熒光測(ce)定法(fa)。水(shui)楊醛二(er)氯(lv)腙化碳作為熒光物質，使探測(ce)極限(xian)降到了(le)2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和(he)二(er)乙基(ji)二(er)硫(liu)代氨(an)基(ji)甲酸鹽的(de)混合物用于(yu)在(zai)中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)活化法(fa)前提取鎵。鎵的(de)探測(ce)極限(xian)可(ke)以達到1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共價半徑(jing) 125皮米

離子半徑 82皮米

第一電離(li)能 578.8kJ/mol

電負性（鮑(bao)林標度） 1.81

毒理性(xing)質：鎵的(de)(de)毒性(xing)是和(he)生物的(de)(de)種類相關的(de)(de)。在一(yi)項研究中，老(lao)鼠的(de)(de)LD50大于220mg/kg，狗的(de)(de)只有(you)18mg/kg。狗的(de)(de)死亡是由于腎功能的(de)(de)衰竭。

鎵(jia)和(he)鎵(jia)的(de)化合物(wu)有微弱的(de)毒性(xing)，但是沒有任何文獻表明鎵(jia)有生殖毒性(xing)。相反，硝酸鎵(jia)可以用于治(zhi)療某些(xie)疾病(bing)。鎵(jia)容易附(fu)著到桌(zhuo)面、手、還有手套上留下黑色的(de)斑跡。

制備方法

可由鋁土(tu)礦或閃鋅(xin)礦中提取。最后經(jing)電解制(zhi)得(de)純凈鎵。

主要從煉(lian)鋅(xin)廢(fei)渣和煉(lian)鋁廢(fei)渣中回收提取(qu)。

工(gong)(gong)業生產以(yi)工(gong)(gong)業級金屬鎵為(wei)原料，用電(dian)(dian)解(jie)法、減(jian)壓蒸餾法、分步(bu)(bu)結晶法、區域(yu)熔融法進(jin)一(yi)步(bu)(bu)提(ti)純(chun)(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)鎵。電(dian)(dian)解(jie)法以(yi)99.99%的(de)工(gong)(gong)業級金屬鎵為(wei)原料，經電(dian)(dian)解(jie)精煉(lian)等工(gong)(gong)藝(yi)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)鎵的(de)純(chun)(chun)度≥99.999%。以(yi)≥99.999%的(de)高(gao)純(chun)(chun)鎵為(wei)原料，經拉制(zhi)單晶或其他提(ti)純(chun)(chun)工(gong)(gong)藝(yi)進(jin)一(yi)步(bu)(bu)提(ti)純(chun)(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)(chun)鎵的(de)純(chun)(chun)度≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制造半(ban)導體氮化(hua)(hua)鎵(jia)、砷化(hua)(hua)鎵(jia)、磷化(hua)(hua)鎵(jia)、鍺半(ban)導體摻雜元；純鎵(jia)及低熔合金(jin)可作核反(fan)應的熱交換介質；高溫溫度計的填充料；有機反(fan)應中(zhong)作二酯化(hua)(hua)的催(cui)化(hua)(hua)劑。

鎵(jia)的(de)(de)工業(ye)應用(yong)還(huan)很(hen)(hen)原始，盡(jin)管它(ta)獨特的(de)(de)性能可能會應用(yong)于很(hen)(hen)多方(fang)面(mian)。液態鎵(jia)的(de)(de)寬溫(wen)(wen)度范圍以(yi)及它(ta)很(hen)(hen)低(di)的(de)(de)蒸汽(qi)壓使它(ta)可以(yi)用(yong)于高(gao)溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度計(ji)和(he)高(gao)溫(wen)(wen)壓力(li)計(ji)。鎵(jia)化合物，尤其(qi)是砷化鎵(jia)在電(dian)子工業(ye)已經引起了越來(lai)越多的(de)(de)注意。沒有能利用(yong)的(de)(de)精確(que)的(de)(de)世界鎵(jia)產量數(shu)據，但是臨(lin)近地區的(de)(de)產量只有20噸/年。

鎵-68會發射正電子(zi)，可以(yi)用于正電子(zi)斷層成像(xiang)。

鎵銦合(he)金可用于(yu)汞的替代品。

醫學應用

在觀(guan)察到癌(ai)(ai)組織對67Ga有(you)吸引力之后，美國國家癌(ai)(ai)癥學(xue)會指出(chu)穩定(ding)的(de)(de)鎵(jia)對于(yu)嚙齒動(dong)物(wu)的(de)(de)腫瘤很有(you)療效(xiao)。這曾在癌(ai)(ai)癥病人(ren)(ren)身上試驗過。當服用(yong)劑量(liang)為750mg/kg時，鎵(jia)對人(ren)(ren)的(de)(de)腎臟(zang)有(you)害。不(bu)停(ting)的(de)(de)灌輸(shu)鎵(jia)的(de)(de)配制藥品(pin)可(ke)以降低(di)鎵(jia)對腎小(xiao)管的(de)(de)毒性。

發現歷史

鎵是化學(xue)史(shi)上第一個(ge)(ge)先從理論預(yu)言(yan)，后在(zai)自然(ran)界中被(bei)發現驗證(zheng)的化學(xue)元(yuan)素(su)。1871年(nian)，門捷列(lie)夫發現元(yuan)素(su)周期(qi)表中鋁元(yuan)素(su)下面(mian)有個(ge)(ge)間(jian)隙尚未(wei)(wei)被(bei)占據，他預(yu)測這種(zhong)未(wei)(wei)知元(yuan)素(su)的原子量大約是68，密度為(wei)5.9g/cm3，性質(zhi)與鋁相似，他的這一預(yu)測被(bei)法國化學(xue)家布(bu)瓦(wa)博得(de)朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證(zheng)實了。

鎵在巴黎(li)由布瓦博(bo)得朗于1875年(nian)發現。他在閃(shan)鋅(xin)礦礦石(shi)（ZnS）中提取的鋅(xin)的原子光譜(pu)上觀察到了(le)一(yi)(yi)個新的紫色線(xian)。他知道這意味著一(yi)(yi)種未(wei)知的元(yuan)素出現了(le)。

在1875年11月，布瓦博得朗提取并提純了這種新的(de)金屬，并證明了它像鋁。在1875年12月，他向法國科學院宣布了它。

含量分布

由于鎵(jia)在地(di)殼(ke)中(zhong)的(de)濃度很低。在地(di)殼(ke)中(zhong)占(zhan)總量的(de)0.0015%。它的(de)分布很廣泛，但(dan)不(bu)以(yi)純金屬狀態存(cun)在，而以(yi)硫鎵(jia)銅(tong)礦（CuGaS2）形式存(cun)在，不(bu)過很稀少(shao)，經(jing)濟上也不(bu)重要。鎵(jia)是閃鋅礦、黃鐵(tie)礦、礬土、鍺石工業處(chu)理過程中(zhong)的(de)副產(chan)品(pin)。

自然界中(zhong)(zhong)常以微量(liang)分散于鋁土(tu)礦(kuang)、閃鋅礦(kuang)等(deng)礦(kuang)石中(zhong)(zhong)。由鋁土(tu)礦(kuang)中(zhong)(zhong)提(ti)取(qu)制得(de)。在高溫灼燒鋅礦(kuang)時，鎵(jia)就以化合物的形式揮發出來，在煙道(dao)里凝結，鎵(jia)常與銦和鉈(she)共生。經(jing)電解、洗滌(di)可以制得(de)粗(cu)鎵(jia)，再經(jing)提(ti)煉(lian)可得(de)高純度鎵(jia)。

時下世(shi)界(jie)90%以上(shang)的(de)(de)原生鎵(jia)(jia)(jia)(jia)都是在(zai)生產(chan)氧(yang)化鋁(lv)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)提取(qu)的(de)(de)，是對礦(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)(de)一種綜合利(li)用，通過(guo)提取(qu)金屬(shu)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)增加(jia)了礦(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)(de)附加(jia)值，提高氧(yang)化鋁(lv)的(de)(de)品質降(jiang)低了廢棄物“赤(chi)泥”的(de)(de)污(wu)染，因(yin)此非(fei)常(chang)符合當前低碳經濟以最小的(de)(de)自然(ran)資源(yuan)代價(jia)獲取(qu)最大利(li)用價(jia)值的(de)(de)原則(ze)。鎵(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)其它金屬(shu)礦(kuang)床中(zhong)(zhong)的(de)(de)含量極低，經過(guo)一定富集后也(ye)只能達(da)到幾百克/噸(dun)，因(yin)而鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)提取(qu)非(fei)常(chang)困難，另一方面(mian)，由于伴(ban)生關系，鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)產(chan)量很難由于鎵(jia)(jia)(jia)(jia)價(jia)格上(shang)漲而被大幅拉(la)動，因(yin)此，原生鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)年(nian)產(chan)量極少，全球年(nian)產(chan)量不(bu)足(zu)300噸(dun)，是原生銦(yin)產(chan)量的(de)(de)一半(ban)，如果這(zhe)種狀況不(bu)能得到改善，未來(lai)20-30年(nian)這(zhe)些金屬(shu)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)將(jiang)會出現嚴重(zhong)短(duan)缺。

儲存方法

由于(yu)液態鎵(jia)的(de)密(mi)(mi)度(du)高于(yu)固(gu)體密(mi)(mi)度(du)，凝固(gu)時體積膨(peng)脹，而且(qie)熔(rong)點很低，儲(chu)存時會(hui)不斷地熔(rong)化凝固(gu)。所以(yi)使用(yong)玻璃儲(chu)存會(hui)撐破瓶子(zi)和浸潤玻璃造成浪(lang)費，鎵(jia)適合使用(yong)塑料瓶（不能盛滿）儲(chu)存。

最新研發

2014年9月23日(ri)，美國北卡羅(luo)來納州一個科(ke)研團(tuan)隊日(ri)前研發(fa)出一種可進行自我修復的(de)變形(xing)液態金屬，距離打造(zao)“終(zhong)結者”變形(xing)機器人的(de)目標更進一步。

科學家們使用鎵和銦合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)合(he)(he)成(cheng)液態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)，形成(cheng)一(yi)種固溶合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，在室溫下就可以(yi)成(cheng)為(wei)液態(tai)(tai)，表面張力(li)為(wei)每(mei)米500毫牛頓(dun)。這意味著，在不受外力(li)情(qing)況下，當這種合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)被(bei)放(fang)在平坦桌(zhuo)面上時會保持一(yi)個幾乎完(wan)美的(de)圓(yuan)球(qiu)不變(bian)。當通過(guo)少量(liang)電(dian)(dian)(dian)流刺激后(hou)，球(qiu)體表面張力(li)會降低，金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)會在桌(zhuo)面上伸展。這一(yi)過(guo)程是可逆(ni)的(de)：如果電(dian)(dian)(dian)荷從(cong)正轉負，液態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)就會重新成(cheng)為(wei)球(qiu)狀。更改電(dian)(dian)(dian)壓大小還可以(yi)調整金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)表面張力(li)和金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)塊粘度(du)，從(cong)而令其變(bian)為(wei)不同結構。

北(bei)卡羅來納州(zhou)立大(da)學副教授邁克爾·迪基(ji)（Michael Dickey）說：“只需要不(bu)到一(yi)伏特的電(dian)(dian)壓就(jiu)可改變(bian)金屬表面張(zhang)力，這種改變(bian)是相當了(le)不(bu)起(qi)的。我(wo)們可以利(li)用這種技術控(kong)制液態金屬的活(huo)動，從(cong)而改變(bian)天(tian)線形(xing)狀、連(lian)接或斷開電(dian)(dian)路等(deng)。”

此外，這項研究還可以(yi)用(yong)于(yu)幫助修復人類切斷(duan)的(de)神(shen)經，以(yi)避免長期(qi)殘疾。研究人員宣稱，該突破有助于(yu)建(jian)造更(geng)好的(de)電路、自我修復式結(jie)構，甚至有一天可用(yong)來(lai)制造《終結(jie)者(zhe)》中的(de)T-1000機器人。

2023年8月(yue)，廣(guang)西大(da)學本碩博創(chuang)業(ye)(ye)團隊(dui)“保‘鎵’衛國(guo)”研發出核(he)心技(ji)術(shu)，成功制(zhi)備出純(chun)度均達到國(guo)際領先水(shui)平的芯片產業(ye)(ye)關鍵原材料7N高(gao)純(chun)鎵。

熔沸點的差異

有趣的(de)(de)(de)(de)是(shi)，盡管(guan)鎵的(de)(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)(dian)僅僅只有區區29.76℃，按照正常(chang)人直(zhi)覺式的(de)(de)(de)(de)認知，鎵的(de)(de)(de)(de)沸(fei)點(dian)(dian)(dian)應(ying)該很(hen)低，但事實上鎵的(de)(de)(de)(de)沸(fei)點(dian)(dian)(dian)達到了整整2403℃——差了2373℃。這個沸(fei)點(dian)(dian)(dian)幾乎與高沸(fei)點(dian)(dian)(dian)金屬——銅、鐵等相(xiang)當。對比一下(xia)，汞的(de)(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)(dian)是(shi)-38.86℃，沸(fei)點(dian)(dian)(dian)是(shi)356.72℃，僅僅差了395.58℃。現代研究表明，這是(shi)因為Ga晶體中存在Ga2分子(zi)，熔(rong)化時克(ke)服的(de)(de)(de)(de)是(shi)分子(zi)間的(de)(de)(de)(de)范德華(hua)力(li)，而(er)沸(fei)騰時Ga2要裂解成原子(zi)，克(ke)服的(de)(de)(de)(de)是(shi)共價鍵的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)力(li)。這就導致(zhi)了鎵熔(rong)化容易沸(fei)騰難，因為共價鍵是(shi)很(hen)難被(bei)破壞的(de)(de)(de)(de)。