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鎵(jia)（Gallium）是灰藍色(se)或銀白色(se)的(de)(de)金屬，元素符號Ga，原子量69.723。鎵(jia)的(de)(de)熔點(dian)很低，但沸點(dian)很高(gao)。純液態鎵(jia)有顯著(zhu)的(de)(de)過冷(leng)的(de)(de)趨(qu)勢(shi)，在(zai)空氣中(zhong)易氧化，形成氧化膜(mo)。

理化性質

物理性質

淡藍色金屬，在29.76℃時變為(wei)銀白色液體。液態鎵很容易過(guo)冷（即冷卻至(zhi)0℃而不固(gu)化）。鎵能浸潤玻璃(li)，故不宜使(shi)用玻璃(li)容器存放。

受熱至(zhi)熔(rong)點時(shi)變(bian)為液體，再(zai)冷卻至(zhi)0℃而不固化，由液體轉變(bian)為固體時(shi)，其體積約增大3.2%。常溫時(shi)鎵(jia)在干燥(zao)空氣中穩(wen)定。

純鎵是銀白色的(de)(de)，可(ke)以浸潤玻璃(li)，沸點很(hen)高，在大(da)約(yue)1500℃時有很(hen)低的(de)(de)蒸汽壓。

物理性質

硬度 1.5～2.5

溶解性 微溶于汞，形成(cheng)鎵汞齊

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密度 5.904g/cm3

化學性質

電子排布(bu)[Ar]3d104s24p1，位于第(di)四(si)周(zhou)期(qi)第(di)ⅢA族(zu)。

在潮濕空(kong)氣中氧化，加(jia)熱至500℃時(shi)著火(huo)。室溫時(shi)跟水反應緩慢(man)，跟沸水反應劇烈生成氫氧化鎵放(fang)出氫氣。加(jia)熱時(shi)溶(rong)于無(wu)機酸或苛性堿溶(rong)液。能跟鹵(lu)素、硫、磷、砷、銻等(deng)反應。

鎵(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)干燥(zao)空(kong)(kong)氣(qi)中較穩定并生成氧(yang)化物(wu)(wu)薄膜阻(zu)止繼續(xu)氧(yang)化，在(zai)潮濕空(kong)(kong)氣(qi)中失(shi)去光澤。與(yu)堿反應(ying)(ying)放出氫氣(qi)，生成鎵(jia)(jia)(jia)(jia)酸鹽(yan)。能被冷濃(nong)鹽(yan)酸浸(jin)蝕，對熱硝酸顯鈍性(xing)，高溫時(shi)能與(yu)多數非金屬反應(ying)(ying)；溶于(yu)(yu)酸和堿中，鎵(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)化學(xue)反應(ying)(ying)中存(cun)在(zai)+1、+2和+3化合價(jia)，其中+3為其主(zhu)要化合價(jia)。鎵(jia)(jia)(jia)(jia)的活動性(xing)與(yu)鋅相似，卻比鋁低。鎵(jia)(jia)(jia)(jia)是兩性(xing)金屬，既(ji)能溶于(yu)(yu)酸（產(chan)生Ga3+）也(ye)能溶于(yu)(yu)堿。鎵(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)常溫下，表(biao)面產(chan)生致密的氧(yang)化膜阻(zu)止進一步(bu)氧(yang)化。加熱時(shi)和鹵素、硫(liu)(liu)迅速反應(ying)(ying)，和硫(liu)(liu)的反應(ying)(ying)按計量(liang)比不(bu)同產(chan)生不(bu)同的硫(liu)(liu)化物(wu)(wu)。

生(sheng)理(li)學：還(huan)沒(mei)有發現鎵有生(sheng)理(li)微量元素的功能。和(he)鋁一樣(yang)，它只通過腸道很(hen)微量的吸收。可以(yi)利用三氧(yang)化二鎵在老(lao)鼠、家(jia)鼠、狗肺部沉積的數據。

皮下(xia)注射鎵后，鎵在(zai)組織中的(de)分(fen)(fen)布(bu)模式(shi)是定(ding)時(shi)的(de)，這和靜脈注射很相(xiang)似。鎵在(zai)組織中的(de)分(fen)(fen)布(bu)模式(shi)取決(jue)于(yu)攝(she)入鎵的(de)劑量(liang)。主(zhu)要(yao)的(de)排泄(xie)渠道是尿液。癌癥患者對鎵的(de)清(qing)理分(fen)(fen)為(wei)兩(liang)階段，半(ban)衰期分(fen)(fen)別為(wei)87分(fen)(fen)鐘和24.5小時(shi)。

鎵的(de)(de)毒性是(shi)和(he)(he)生物的(de)(de)種類相關的(de)(de)。在服用(yong)濃度高于750mg/kg時才會(hui)表現出(chu)對人(ren)腎(shen)臟的(de)(de)毒性。對老鼠的(de)(de)實驗表明，鎵會(hui)導(dao)致鎵，鈣和(he)(he)磷酸(suan)鹽在腎(shen)中(zhong)的(de)(de)沉積，這(zhe)會(hui)堵(du)塞(sai)腎(shen)腔。

分(fen)(fen)析化(hua)(hua)學(xue)：Dymov和(he)Savostin曾(ceng)對鎵(jia)(jia)的分(fen)(fen)析化(hua)(hua)學(xue)作了(le)全(quan)面的回顧。由(you)于鎵(jia)(jia)在環境中(zhong)(zhong)的濃度(du)(du)很(hen)低(di)，靈敏度(du)(du)是選擇探測(ce)方法(fa)(fa)時(shi)的主要(yao)問題。由(you)于這個原因，最常(chang)用(yong)熒光(guang)計和(he)中(zhong)(zhong)子活化(hua)(hua)法(fa)(fa)。可以(yi)在測(ce)量前對樣品(pin)進行濃縮，例(li)如，通過(guo)溶劑提(ti)取，提(ti)高了(le)靈敏度(du)(du)，但增加了(le)勞動量。8-羥基(ji)醌常(chang)用(yong)于生物材料(liao)中(zhong)(zhong)鎵(jia)(jia)的熒光(guang)測(ce)定法(fa)(fa)。水楊醛二氯腙化(hua)(hua)碳(tan)作為熒光(guang)物質，使探測(ce)極限降到了(le)2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和(he)二乙基(ji)二硫代氨基(ji)甲酸鹽的混合(he)物用(yong)于在中(zhong)(zhong)子活化(hua)(hua)法(fa)(fa)前提(ti)取鎵(jia)(jia)。鎵(jia)(jia)的探測(ce)極限可以(yi)達到1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共價(jia)半徑 125皮米

離子半徑 82皮米

第(di)一電離能 578.8kJ/mol

電負性(xing)（鮑林標度） 1.81

毒理性質：鎵的(de)(de)(de)毒性是和生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)種類相關的(de)(de)(de)。在一項(xiang)研究(jiu)中，老鼠的(de)(de)(de)LD50大(da)于(yu)(yu)220mg/kg，狗的(de)(de)(de)只有18mg/kg。狗的(de)(de)(de)死亡是由于(yu)(yu)腎功能的(de)(de)(de)衰竭。

鎵和鎵的化合物有(you)(you)微弱的毒性，但是沒(mei)有(you)(you)任何文獻表明鎵有(you)(you)生(sheng)殖毒性。相反，硝酸鎵可(ke)以用于(yu)治療某(mou)些疾病。鎵容易附著到桌面(mian)、手、還(huan)有(you)(you)手套(tao)上留下黑色的斑跡。

制備方法

可由(you)鋁土礦或閃鋅礦中提取(qu)。最后經電解制得純(chun)凈鎵。

主(zhu)要從煉鋅廢渣和煉鋁(lv)廢渣中回收提取。

工(gong)(gong)(gong)(gong)業生產(chan)以(yi)(yi)工(gong)(gong)(gong)(gong)業級金屬(shu)鎵(jia)為(wei)(wei)原料，用電解法(fa)、減壓蒸餾法(fa)、分步結晶法(fa)、區域熔融法(fa)進一步提純(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)鎵(jia)。電解法(fa)以(yi)(yi)99.99%的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)業級金屬(shu)鎵(jia)為(wei)(wei)原料，經電解精煉(lian)等工(gong)(gong)(gong)(gong)藝，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)鎵(jia)的(de)(de)純(chun)度≥99.999%。以(yi)(yi)≥99.999%的(de)(de)高(gao)純(chun)鎵(jia)為(wei)(wei)原料，經拉制(zhi)單(dan)晶或其他提純(chun)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝進一步提純(chun)，制(zhi)得(de)高(gao)純(chun)鎵(jia)的(de)(de)純(chun)度≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制(zhi)造半導(dao)體(ti)(ti)氮化鎵(jia)(jia)、砷化鎵(jia)(jia)、磷化鎵(jia)(jia)、鍺半導(dao)體(ti)(ti)摻雜元；純(chun)鎵(jia)(jia)及低熔合(he)金可(ke)作(zuo)核反應的(de)(de)熱交換介質；高溫溫度(du)計的(de)(de)填充料；有(you)機反應中作(zuo)二酯(zhi)化的(de)(de)催化劑。

鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)工業(ye)(ye)應(ying)用(yong)還(huan)很原(yuan)始(shi)，盡管它(ta)獨特的(de)(de)(de)(de)性能(neng)可(ke)(ke)能(neng)會應(ying)用(yong)于(yu)很多(duo)方面。液態鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)寬(kuan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)范圍以(yi)及它(ta)很低的(de)(de)(de)(de)蒸汽(qi)壓使它(ta)可(ke)(ke)以(yi)用(yong)于(yu)高溫(wen)(wen)(wen)溫(wen)(wen)(wen)度(du)計和高溫(wen)(wen)(wen)壓力計。鎵(jia)化合(he)物，尤其(qi)是(shi)砷(shen)化鎵(jia)在電子工業(ye)(ye)已經(jing)引起了越來越多(duo)的(de)(de)(de)(de)注意。沒(mei)有能(neng)利用(yong)的(de)(de)(de)(de)精確的(de)(de)(de)(de)世界鎵(jia)產量數據，但是(shi)臨近地區的(de)(de)(de)(de)產量只有20噸(dun)/年。

鎵-68會發射正電子(zi)，可以用于正電子(zi)斷層成(cheng)像。

鎵(jia)銦合(he)金可用于(yu)汞的替代品。

醫學應用

在觀(guan)察到癌(ai)組織對67Ga有吸引(yin)力之后，美國國家癌(ai)癥學會指出穩定的(de)鎵(jia)(jia)對于嚙齒動物的(de)腫瘤(liu)很(hen)有療效。這曾在癌(ai)癥病人(ren)身上試驗過。當(dang)服用劑量(liang)為750mg/kg時，鎵(jia)(jia)對人(ren)的(de)腎臟有害。不(bu)停的(de)灌輸(shu)鎵(jia)(jia)的(de)配制藥品(pin)可以降(jiang)低鎵(jia)(jia)對腎小管的(de)毒性(xing)。

發現歷史

鎵(jia)是化學(xue)(xue)史上第(di)一個先從理論預言(yan)，后在自然界中被(bei)發現驗(yan)證的化學(xue)(xue)元素(su)。1871年，門捷列夫發現元素(su)周期表中鋁(lv)元素(su)下面有個間(jian)隙尚未被(bei)占(zhan)據(ju)，他(ta)預測(ce)這種未知元素(su)的原(yuan)子(zi)量大約是68，密度為5.9g/cm3，性(xing)質與鋁(lv)相似，他(ta)的這一預測(ce)被(bei)法國化學(xue)(xue)家布(bu)瓦博(bo)得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證實了。

鎵在巴黎由布瓦(wa)博得朗于1875年發現。他在閃鋅礦礦石（ZnS）中提取的鋅的原子光譜上觀察(cha)到了一個新的紫(zi)色線。他知(zhi)道這意(yi)味著(zhu)一種未知(zhi)的元(yuan)素出現了。

在1875年11月(yue)，布(bu)瓦博(bo)得朗提取并提純了這種(zhong)新的金屬，并證明了它像鋁。在1875年12月(yue)，他向法國科學院宣布(bu)了它。

含量分布

由(you)于鎵在地(di)殼中(zhong)的(de)濃度很(hen)低。在地(di)殼中(zhong)占總(zong)量的(de)0.0015%。它(ta)的(de)分布(bu)很(hen)廣泛，但不以(yi)純金屬狀態存(cun)在，而以(yi)硫鎵銅礦（CuGaS2）形式存(cun)在，不過很(hen)稀少，經濟上也(ye)不重要。鎵是(shi)閃鋅礦、黃鐵礦、礬土、鍺石工業處理過程中(zhong)的(de)副(fu)產品。

自然界中常以(yi)微(wei)量分散于(yu)鋁土礦、閃鋅(xin)礦等礦石(shi)中。由鋁土礦中提取制得。在高(gao)溫灼燒鋅(xin)礦時，鎵(jia)就以(yi)化(hua)合物的(de)形式揮(hui)發出來，在煙道里凝結，鎵(jia)常與銦和鉈(she)共(gong)生(sheng)。經電解、洗(xi)滌(di)可(ke)(ke)以(yi)制得粗鎵(jia)，再(zai)經提煉可(ke)(ke)得高(gao)純度鎵(jia)。

時下世界90%以上(shang)的(de)(de)原生(sheng)(sheng)(sheng)鎵(jia)(jia)都(dou)是(shi)在生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)氧化(hua)鋁過程中(zhong)提(ti)取(qu)的(de)(de)，是(shi)對礦(kuang)(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)(de)一(yi)(yi)種綜合(he)利(li)(li)用(yong)，通過提(ti)取(qu)金(jin)屬鎵(jia)(jia)增加(jia)了(le)礦(kuang)(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)(de)附加(jia)值，提(ti)高氧化(hua)鋁的(de)(de)品質降(jiang)低了(le)廢棄物“赤泥”的(de)(de)污(wu)染，因(yin)此(ci)(ci)非常符合(he)當前低碳(tan)經濟以最小的(de)(de)自然資源(yuan)代價獲(huo)取(qu)最大利(li)(li)用(yong)價值的(de)(de)原則。鎵(jia)(jia)在其(qi)它金(jin)屬礦(kuang)(kuang)床中(zhong)的(de)(de)含量(liang)極低，經過一(yi)(yi)定富(fu)集后也只(zhi)能達到幾百(bai)克/噸，因(yin)而鎵(jia)(jia)的(de)(de)提(ti)取(qu)非常困難，另一(yi)(yi)方面，由(you)于(yu)伴生(sheng)(sheng)(sheng)關系，鎵(jia)(jia)的(de)(de)產(chan)量(liang)很難由(you)于(yu)鎵(jia)(jia)價格上(shang)漲而被大幅拉動，因(yin)此(ci)(ci)，原生(sheng)(sheng)(sheng)鎵(jia)(jia)的(de)(de)年產(chan)量(liang)極少，全球年產(chan)量(liang)不足300噸，是(shi)原生(sheng)(sheng)(sheng)銦(yin)產(chan)量(liang)的(de)(de)一(yi)(yi)半，如果這(zhe)種狀況(kuang)不能得到改善，未(wei)來20-30年這(zhe)些金(jin)屬鎵(jia)(jia)將會出現嚴重短缺(que)。

儲存方法

由于液態(tai)鎵的密度高于固(gu)體(ti)密度，凝固(gu)時體(ti)積(ji)膨脹，而且熔點很(hen)低，儲存時會不(bu)斷地熔化(hua)凝固(gu)。所以使(shi)用玻(bo)璃(li)儲存會撐破瓶子和浸潤玻(bo)璃(li)造成浪費，鎵適合使(shi)用塑料瓶（不(bu)能盛(sheng)滿）儲存。

最新研發

2014年9月(yue)23日(ri)，美國北卡羅來納州(zhou)一(yi)(yi)(yi)個(ge)科研團(tuan)隊日(ri)前(qian)研發出一(yi)(yi)(yi)種可進行自我修(xiu)復的變(bian)形液態(tai)金屬，距離打造“終結者”變(bian)形機器人(ren)的目(mu)標(biao)更進一(yi)(yi)(yi)步。

科學家們(men)使用鎵和銦合(he)金(jin)(jin)合(he)成液(ye)態(tai)金(jin)(jin)屬，形成一(yi)種(zhong)固(gu)溶合(he)金(jin)(jin)，在室溫下(xia)就可以成為(wei)(wei)液(ye)態(tai)，表(biao)(biao)面張力(li)為(wei)(wei)每米500毫牛頓。這(zhe)意味著(zhu)，在不(bu)受外力(li)情況下(xia)，當這(zhe)種(zhong)合(he)金(jin)(jin)被放在平坦(tan)桌(zhuo)面上(shang)(shang)時會保(bao)持(chi)一(yi)個(ge)幾乎完美的圓球不(bu)變。當通過(guo)少(shao)量電(dian)流(liu)刺激后，球體表(biao)(biao)面張力(li)會降(jiang)低，金(jin)(jin)屬會在桌(zhuo)面上(shang)(shang)伸展。這(zhe)一(yi)過(guo)程是可逆的：如(ru)果(guo)電(dian)荷(he)從(cong)正轉負，液(ye)態(tai)金(jin)(jin)屬就會重(zhong)新成為(wei)(wei)球狀(zhuang)。更(geng)改(gai)電(dian)壓大(da)小還可以調整金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)面張力(li)和金(jin)(jin)屬塊粘度(du)，從(cong)而令其變為(wei)(wei)不(bu)同結(jie)構(gou)。

北卡羅(luo)來納州(zhou)立(li)大學副教授邁克爾·迪基（Michael Dickey）說：“只需(xu)要不到一伏特的電壓就可改變金(jin)屬(shu)表面張力(li)，這種改變是相當了不起的。我們可以(yi)利用這種技術控制液態(tai)金(jin)屬(shu)的活動，從而改變天(tian)線形(xing)狀、連接(jie)或斷開電路等(deng)。”

此外(wai)，這項研究(jiu)還可(ke)以用于幫助修復人類(lei)切斷的神經，以避免長(chang)期(qi)殘(can)疾。研究(jiu)人員宣稱(cheng)，該突(tu)破有助于建造更好(hao)的電路(lu)、自我(wo)修復式結構，甚至有一天可(ke)用來(lai)制造《終結者》中的T-1000機器人。

2023年8月(yue)，廣西大(da)學(xue)本碩博創業團隊(dui)“保‘鎵’衛國(guo)”研發出(chu)核心技術，成功制備出(chu)純(chun)度均達到國(guo)際領先水平的芯片產(chan)業關鍵原材料7N高(gao)純(chun)鎵。

熔沸點的差異

有趣的(de)是(shi)，盡(jin)管(guan)鎵(jia)的(de)熔(rong)點僅僅只有區(qu)區(qu)29.76℃，按照正常人直覺式的(de)認知(zhi)，鎵(jia)的(de)沸(fei)點應(ying)該很低，但事實上鎵(jia)的(de)沸(fei)點達到了(le)整整2403℃——差(cha)了(le)2373℃。這個沸(fei)點幾乎(hu)與(yu)高沸(fei)點金屬——銅、鐵等相當。對比(bi)一下，汞的(de)熔(rong)點是(shi)-38.86℃，沸(fei)點是(shi)356.72℃，僅僅差(cha)了(le)395.58℃。現(xian)代研(yan)究表明，這是(shi)因為Ga晶體中存在(zai)Ga2分子，熔(rong)化時克(ke)服的(de)是(shi)分子間的(de)范德華力，而沸(fei)騰時Ga2要裂解成(cheng)原子，克(ke)服的(de)是(shi)共(gong)價鍵的(de)靜(jing)電力。這就導致了(le)鎵(jia)熔(rong)化容易(yi)沸(fei)騰難(nan)，因為共(gong)價鍵是(shi)很難(nan)被破壞的(de)。