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鎵(jia)（Gallium）是灰藍色或銀白色的(de)(de)金屬(shu)，元素符(fu)號Ga，原子量(liang)69.723。鎵(jia)的(de)(de)熔點很低(di)，但沸(fei)點很高(gao)。純(chun)液態鎵(jia)有顯著的(de)(de)過(guo)冷(leng)的(de)(de)趨勢，在空氣中易氧化，形成氧化膜。

理化性質

物理性質

淡(dan)藍色金屬，在29.76℃時變(bian)為銀白色液體。液態鎵很容(rong)易過冷(leng)（即冷(leng)卻至(zhi)0℃而不固化）。鎵能(neng)浸潤玻(bo)璃(li)，故不宜使用玻(bo)璃(li)容(rong)器存放。

受熱至熔點時變(bian)為(wei)液(ye)(ye)體(ti)，再冷卻至0℃而不固化，由液(ye)(ye)體(ti)轉變(bian)為(wei)固體(ti)時，其(qi)體(ti)積(ji)約增大3.2%。常溫時鎵在干燥空氣(qi)中穩定。

純鎵是銀白色(se)的(de)，可以浸(jin)潤玻(bo)璃，沸點(dian)很(hen)高(gao)，在大(da)約1500℃時有(you)很(hen)低的(de)蒸汽壓。

物理性質

硬度 1.5～2.5

溶解(jie)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[Ar]3d104s24p1，位于第四周期(qi)第ⅢA族。

在潮(chao)濕空氣中氧(yang)化(hua)，加熱至500℃時(shi)著火。室(shi)溫時(shi)跟(gen)水(shui)(shui)反(fan)應(ying)緩慢，跟(gen)沸水(shui)(shui)反(fan)應(ying)劇烈生成氫氧(yang)化(hua)鎵放(fang)出氫氣。加熱時(shi)溶(rong)于無機酸或苛(ke)性堿(jian)溶(rong)液。能(neng)跟(gen)鹵素、硫、磷、砷、銻(ti)等反(fan)應(ying)。

鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)(zai)干(gan)燥(zao)空氣中(zhong)較穩定并生(sheng)成氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物薄(bo)膜阻止繼續(xu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)，在(zai)(zai)(zai)潮濕空氣中(zhong)失去光澤。與(yu)堿(jian)反(fan)(fan)應放出氫氣，生(sheng)成鎵(jia)(jia)酸(suan)鹽。能(neng)(neng)被冷濃鹽酸(suan)浸(jin)蝕(shi)，對熱硝(xiao)酸(suan)顯(xian)鈍性，高溫時(shi)能(neng)(neng)與(yu)多數非金屬反(fan)(fan)應；溶(rong)于(yu)酸(suan)和堿(jian)中(zhong)，鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)(zai)化(hua)(hua)(hua)學反(fan)(fan)應中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)+1、+2和+3化(hua)(hua)(hua)合價，其中(zhong)+3為其主要(yao)化(hua)(hua)(hua)合價。鎵(jia)(jia)的(de)活動性與(yu)鋅相似，卻比鋁低(di)。鎵(jia)(jia)是兩性金屬，既(ji)能(neng)(neng)溶(rong)于(yu)酸(suan)（產(chan)(chan)生(sheng)Ga3+）也能(neng)(neng)溶(rong)于(yu)堿(jian)。鎵(jia)(jia)在(zai)(zai)(zai)常溫下(xia)，表面產(chan)(chan)生(sheng)致密(mi)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜阻止進一步(bu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)。加熱時(shi)和鹵素、硫迅(xun)速反(fan)(fan)應，和硫的(de)反(fan)(fan)應按計量比不(bu)同產(chan)(chan)生(sheng)不(bu)同的(de)硫化(hua)(hua)(hua)物。

生(sheng)理學：還沒有發現鎵(jia)有生(sheng)理微(wei)量元素的(de)(de)功能。和鋁(lv)一(yi)樣，它只(zhi)通過腸道很微(wei)量的(de)(de)吸收。可以利(li)用(yong)三氧化二鎵(jia)在老(lao)鼠、家(jia)鼠、狗肺部沉積的(de)(de)數(shu)據(ju)。

皮下注射(she)鎵后，鎵在組織中的(de)分(fen)(fen)布模式(shi)(shi)是定時的(de)，這和靜(jing)脈(mo)注射(she)很相似。鎵在組織中的(de)分(fen)(fen)布模式(shi)(shi)取(qu)決于攝入鎵的(de)劑量(liang)。主(zhu)要的(de)排泄渠(qu)道是尿液。癌(ai)癥患者對鎵的(de)清理分(fen)(fen)為兩階段，半衰期分(fen)(fen)別為87分(fen)(fen)鐘和24.5小時。

鎵的(de)(de)毒性(xing)是(shi)和(he)(he)生(sheng)物的(de)(de)種類相關的(de)(de)。在服用濃度高于750mg/kg時才會(hui)表(biao)現出對人腎臟的(de)(de)毒性(xing)。對老鼠的(de)(de)實(shi)驗(yan)表(biao)明，鎵會(hui)導(dao)致(zhi)鎵，鈣和(he)(he)磷酸鹽在腎中的(de)(de)沉積，這會(hui)堵塞腎腔。

分析化學：Dymov和Savostin曾(ceng)對(dui)鎵(jia)(jia)的(de)(de)分析化學作了(le)(le)全面(mian)的(de)(de)回顧。由(you)于鎵(jia)(jia)在(zai)環境中的(de)(de)濃(nong)度(du)很低(di)，靈敏度(du)是選擇(ze)探(tan)(tan)測(ce)方法(fa)(fa)時的(de)(de)主(zhu)要(yao)問題(ti)。由(you)于這個(ge)原因，最常用熒光(guang)(guang)計和中子(zi)活(huo)化法(fa)(fa)。可以在(zai)測(ce)量前對(dui)樣品(pin)進行濃(nong)縮，例如，通過溶(rong)劑提(ti)取，提(ti)高了(le)(le)靈敏度(du)，但增加了(le)(le)勞(lao)動(dong)量。8-羥基(ji)醌(kun)常用于生物材料中鎵(jia)(jia)的(de)(de)熒光(guang)(guang)測(ce)定法(fa)(fa)。水楊醛二氯(lv)腙(zong)化碳作為熒光(guang)(guang)物質(zhi)，使(shi)探(tan)(tan)測(ce)極限降到了(le)(le)2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和二乙基(ji)二硫代氨基(ji)甲酸(suan)鹽的(de)(de)混合物用于在(zai)中子(zi)活(huo)化法(fa)(fa)前提(ti)取鎵(jia)(jia)。鎵(jia)(jia)的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)極限可以達到1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共價半徑 125皮(pi)米(mi)

離子半徑 82皮米

第一(yi)電離能 578.8kJ/mol

電負性（鮑林(lin)標度） 1.81

毒理性質：鎵的(de)毒性是和生物的(de)種類相(xiang)關的(de)。在一項研(yan)究中，老鼠的(de)LD50大(da)于220mg/kg，狗的(de)只有18mg/kg。狗的(de)死(si)亡是由于腎功能的(de)衰竭。

鎵(jia)和鎵(jia)的(de)化(hua)合物有(you)微弱的(de)毒(du)性(xing)，但是沒有(you)任(ren)何文獻(xian)表明鎵(jia)有(you)生殖毒(du)性(xing)。相(xiang)反，硝酸鎵(jia)可以(yi)用(yong)于治療(liao)某(mou)些疾(ji)病。鎵(jia)容(rong)易附著到桌面、手、還(huan)有(you)手套上(shang)留(liu)下黑色的(de)斑跡。

制備方法

可由(you)鋁土礦或閃鋅礦中提取。最(zui)后經(jing)電解制得純凈鎵。

主要(yao)從煉鋅(xin)廢渣(zha)和煉鋁(lv)廢渣(zha)中回(hui)收提取。

工業生產以(yi)工業級金屬(shu)鎵(jia)為原(yuan)料，用(yong)電解法、減壓蒸餾法、分步(bu)結晶法、區域熔(rong)融法進(jin)一步(bu)提純(chun)(chun)(chun)(chun)，制得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)。電解法以(yi)99.99%的(de)(de)工業級金屬(shu)鎵(jia)為原(yuan)料，經(jing)電解精煉(lian)等工藝，制得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)的(de)(de)純(chun)(chun)(chun)(chun)度≥99.999%。以(yi)≥99.999%的(de)(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)為原(yuan)料，經(jing)拉制單晶或其他提純(chun)(chun)(chun)(chun)工藝進(jin)一步(bu)提純(chun)(chun)(chun)(chun)，制得(de)高(gao)純(chun)(chun)(chun)(chun)鎵(jia)的(de)(de)純(chun)(chun)(chun)(chun)度≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制造半導體氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)、砷(shen)化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)、磷(lin)化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)、鍺半導體摻雜元(yuan)；純鎵(jia)及低熔合金(jin)可作核(he)反應的熱交換(huan)介質(zhi)；高(gao)溫(wen)溫(wen)度(du)計的填充料；有機(ji)反應中作二酯化(hua)(hua)(hua)的催化(hua)(hua)(hua)劑。

鎵(jia)(jia)的(de)工業應用還(huan)很原始，盡管它獨(du)特(te)的(de)性能可能會應用于(yu)很多(duo)方面(mian)。液態鎵(jia)(jia)的(de)寬溫度(du)范圍以及它很低的(de)蒸汽壓使它可以用于(yu)高(gao)溫溫度(du)計和(he)高(gao)溫壓力(li)計。鎵(jia)(jia)化合物，尤其是(shi)砷化鎵(jia)(jia)在電子工業已經(jing)引起了(le)越來越多(duo)的(de)注意。沒有(you)能利(li)用的(de)精確的(de)世界鎵(jia)(jia)產(chan)量(liang)數據，但是(shi)臨近地區的(de)產(chan)量(liang)只有(you)20噸/年。

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

鎵銦(yin)合(he)金可用于汞的替代品。

醫學應用

在(zai)觀察到癌組織對67Ga有吸引力(li)之后，美國國家癌癥(zheng)學會指出穩定的(de)鎵(jia)對于嚙齒動(dong)物的(de)腫(zhong)瘤很有療(liao)效。這曾(ceng)在(zai)癌癥(zheng)病人(ren)身上試驗過。當服用劑量為(wei)750mg/kg時(shi)，鎵(jia)對人(ren)的(de)腎(shen)臟(zang)有害。不停的(de)灌(guan)輸(shu)鎵(jia)的(de)配制藥品可以降低鎵(jia)對腎(shen)小管(guan)的(de)毒性。

發現歷史

鎵是化學史上(shang)第(di)一個先(xian)從理論預(yu)言，后在自然界中被發現驗證的化學元(yuan)素。1871年，門捷(jie)列夫發現元(yuan)素周期表中鋁(lv)元(yuan)素下面有個間隙(xi)尚未被占(zhan)據(ju)，他預(yu)測這種未知元(yuan)素的原子量大約是68，密度(du)為5.9g/cm3，性質與鋁(lv)相似，他的這一預(yu)測被法國化學家布瓦博(bo)得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證實了。

鎵在巴黎由布瓦博(bo)得(de)朗于(yu)1875年發現(xian)。他在閃鋅(xin)礦礦石（ZnS）中(zhong)提(ti)取(qu)的鋅(xin)的原子(zi)光譜上觀(guan)察到了(le)一個新的紫色線。他知道這意味著一種未(wei)知的元素出現(xian)了(le)。

在1875年11月(yue)，布瓦博得朗提(ti)取并(bing)提(ti)純了這種新的金屬，并(bing)證明(ming)了它像(xiang)鋁。在1875年12月(yue)，他向法國科學(xue)院宣布了它。

含量分布

由于(yu)鎵(jia)在地(di)(di)殼中的濃度很(hen)低(di)。在地(di)(di)殼中占總量的0.0015%。它的分布很(hen)廣泛，但(dan)不(bu)以純金屬狀態存(cun)在，而以硫鎵(jia)銅礦(kuang)（CuGaS2）形式存(cun)在，不(bu)過很(hen)稀少(shao)，經濟(ji)上(shang)也不(bu)重要(yao)。鎵(jia)是閃鋅礦(kuang)、黃鐵礦(kuang)、礬土、鍺石工業處理(li)過程(cheng)中的副產品。

自然界中常(chang)以微量分散于鋁土礦(kuang)(kuang)、閃鋅(xin)(xin)礦(kuang)(kuang)等礦(kuang)(kuang)石中。由鋁土礦(kuang)(kuang)中提(ti)取制(zhi)得。在高(gao)溫灼燒(shao)鋅(xin)(xin)礦(kuang)(kuang)時，鎵(jia)就以化(hua)合物的形(xing)式揮發出來，在煙(yan)道里凝結，鎵(jia)常(chang)與銦和鉈(she)共生。經電(dian)解、洗滌可以制(zhi)得粗鎵(jia)，再經提(ti)煉可得高(gao)純度(du)鎵(jia)。

時下(xia)世界90%以上(shang)的(de)原(yuan)(yuan)生鎵(jia)都是在生產(chan)氧化鋁(lv)過(guo)程(cheng)中(zhong)提(ti)(ti)取的(de)，是對礦(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)一(yi)種綜合利(li)(li)用，通過(guo)提(ti)(ti)取金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鎵(jia)增加了(le)礦(kuang)產(chan)資源(yuan)的(de)附加值，提(ti)(ti)高氧化鋁(lv)的(de)品質(zhi)降低(di)(di)了(le)廢棄(qi)物“赤泥”的(de)污染(ran)，因此(ci)非常符合當前低(di)(di)碳(tan)經濟以最小的(de)自然資源(yuan)代價(jia)獲取最大利(li)(li)用價(jia)值的(de)原(yuan)(yuan)則。鎵(jia)在其(qi)它金(jin)(jin)屬(shu)(shu)礦(kuang)床中(zhong)的(de)含(han)量(liang)極(ji)低(di)(di)，經過(guo)一(yi)定富(fu)集后(hou)也只能達(da)到(dao)幾(ji)百克/噸(dun)，因而(er)鎵(jia)的(de)提(ti)(ti)取非常困難(nan)，另一(yi)方面，由(you)于伴(ban)生關(guan)系，鎵(jia)的(de)產(chan)量(liang)很難(nan)由(you)于鎵(jia)價(jia)格上(shang)漲(zhang)而(er)被大幅(fu)拉動，因此(ci)，原(yuan)(yuan)生鎵(jia)的(de)年(nian)產(chan)量(liang)極(ji)少，全球年(nian)產(chan)量(liang)不足300噸(dun)，是原(yuan)(yuan)生銦產(chan)量(liang)的(de)一(yi)半，如果(guo)這(zhe)種狀況不能得到(dao)改善，未來20-30年(nian)這(zhe)些金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鎵(jia)將會(hui)出現嚴(yan)重短缺。

儲存方法

由于液態鎵(jia)的(de)密(mi)度高于固體密(mi)度，凝(ning)固時體積(ji)膨脹(zhang)，而且熔(rong)點很(hen)低(di)，儲存時會不斷地(di)熔(rong)化凝(ning)固。所以(yi)使用(yong)玻璃儲存會撐破(po)瓶子和(he)浸潤玻璃造成浪費，鎵(jia)適合使用(yong)塑(su)料瓶（不能(neng)盛滿）儲存。

最新研發

2014年(nian)9月23日，美國北(bei)卡(ka)羅來納(na)州一個(ge)科(ke)研團隊日前研發(fa)出一種可進行(xing)自我修復的變形液態金屬(shu)，距(ju)離打造“終結者”變形機器(qi)人的目標更進一步(bu)。

科學家們(men)使用鎵和銦合(he)金(jin)(jin)合(he)成(cheng)(cheng)液(ye)(ye)態金(jin)(jin)屬，形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)種固(gu)溶(rong)合(he)金(jin)(jin)，在(zai)室溫下就(jiu)可以成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)(wei)液(ye)(ye)態，表面(mian)張力(li)(li)為(wei)(wei)(wei)每米500毫牛頓。這(zhe)意味著，在(zai)不受外力(li)(li)情況下，當這(zhe)種合(he)金(jin)(jin)被放在(zai)平坦桌(zhuo)面(mian)上時會(hui)保持一(yi)個幾乎完美的圓球(qiu)不變。當通(tong)過(guo)少量電(dian)(dian)流刺激后，球(qiu)體(ti)表面(mian)張力(li)(li)會(hui)降低，金(jin)(jin)屬會(hui)在(zai)桌(zhuo)面(mian)上伸展。這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)是可逆的：如果電(dian)(dian)荷從(cong)正轉負，液(ye)(ye)態金(jin)(jin)屬就(jiu)會(hui)重(zhong)新成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)(wei)球(qiu)狀。更改電(dian)(dian)壓大(da)小還可以調整金(jin)(jin)屬表面(mian)張力(li)(li)和金(jin)(jin)屬塊粘度(du)，從(cong)而令其變為(wei)(wei)(wei)不同結構。

北卡(ka)羅來納州立大學副教授(shou)邁克爾·迪基（Michael Dickey）說：“只需要不(bu)到一伏特(te)的(de)電壓就可改變(bian)金(jin)屬(shu)表面張力，這(zhe)種(zhong)改變(bian)是相當了不(bu)起(qi)的(de)。我們可以利用這(zhe)種(zhong)技術控制液(ye)態(tai)金(jin)屬(shu)的(de)活動，從(cong)而改變(bian)天線形狀、連接(jie)或斷開電路等。”

此外，這項(xiang)研究(jiu)還可(ke)以用(yong)于(yu)幫助(zhu)修復人(ren)類切斷的(de)神經，以避免(mian)長期殘疾。研究(jiu)人(ren)員(yuan)宣稱，該突破有(you)助(zhu)于(yu)建(jian)造(zao)更好(hao)的(de)電路、自我修復式結構，甚至有(you)一(yi)天(tian)可(ke)用(yong)來(lai)制造(zao)《終(zhong)結者》中的(de)T-1000機器(qi)人(ren)。

2023年8月，廣西大(da)學本碩博創業(ye)團(tuan)隊“保‘鎵’衛國(guo)”研發出核心技術，成(cheng)功制備(bei)出純(chun)度均(jun)達到國(guo)際領先水平的芯片產業(ye)關鍵原材(cai)料7N高純(chun)鎵。

熔沸點的差異

有趣的(de)是(shi)，盡管鎵的(de)熔(rong)(rong)點(dian)僅(jin)僅(jin)只(zhi)有區(qu)區(qu)29.76℃，按照正常人(ren)直覺(jue)式的(de)認知，鎵的(de)沸(fei)(fei)點(dian)應(ying)該很低，但事實上(shang)鎵的(de)沸(fei)(fei)點(dian)達到了整整2403℃——差了2373℃。這(zhe)(zhe)個沸(fei)(fei)點(dian)幾乎與高沸(fei)(fei)點(dian)金屬(shu)——銅、鐵等相當。對比一下，汞(gong)的(de)熔(rong)(rong)點(dian)是(shi)-38.86℃，沸(fei)(fei)點(dian)是(shi)356.72℃，僅(jin)僅(jin)差了395.58℃。現代研究表明，這(zhe)(zhe)是(shi)因為(wei)(wei)Ga晶體中存(cun)在Ga2分子(zi)，熔(rong)(rong)化(hua)時克(ke)服(fu)的(de)是(shi)分子(zi)間的(de)范(fan)德華力，而(er)沸(fei)(fei)騰(teng)時Ga2要裂解成原子(zi)，克(ke)服(fu)的(de)是(shi)共(gong)價(jia)(jia)鍵的(de)靜電(dian)力。這(zhe)(zhe)就導致了鎵熔(rong)(rong)化(hua)容易沸(fei)(fei)騰(teng)難(nan)，因為(wei)(wei)共(gong)價(jia)(jia)鍵是(shi)很難(nan)被破壞的(de)。