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鎵(jia)（Gallium）是(shi)灰藍色(se)或銀白色(se)的金(jin)屬，元素符號Ga，原(yuan)子量69.723。鎵(jia)的熔點很(hen)低，但沸點很(hen)高。純液態鎵(jia)有(you)顯著的過(guo)冷的趨勢(shi)，在空氣中易(yi)氧化，形成氧化膜。

理化性質

物理性質

淡藍色(se)金(jin)屬，在29.76℃時變為銀(yin)白色(se)液體。液態(tai)鎵很容(rong)易過冷（即冷卻至0℃而不(bu)固化）。鎵能浸(jin)潤玻璃，故不(bu)宜使用玻璃容(rong)器(qi)存放。

受熱至熔點時變為液體，再冷(leng)卻至0℃而不(bu)固化，由液體轉變為固體時，其體積約(yue)增(zeng)大3.2%。常溫(wen)時鎵在干燥空氣中穩(wen)定。

純(chun)鎵是銀(yin)白色的，可以(yi)浸潤玻璃，沸(fei)點很(hen)高，在大約(yue)1500℃時有(you)很(hen)低的蒸(zheng)汽(qi)壓。

物理性質

硬度(du) 1.5～2.5

溶解(jie)性 微(wei)溶于汞，形成(cheng)鎵汞齊

熔點 29.76℃

沸點 2403℃

密度(du) 5.904g/cm3

化學性質

電子(zi)排布[Ar]3d104s24p1，位(wei)于第(di)四周期第(di)ⅢA族。

在潮濕空氣中氧化(hua)，加熱至500℃時著火。室溫時跟(gen)(gen)水反應緩慢，跟(gen)(gen)沸水反應劇(ju)烈(lie)生成(cheng)氫(qing)(qing)氧化(hua)鎵(jia)放出氫(qing)(qing)氣。加熱時溶于無(wu)機酸或苛性堿溶液。能跟(gen)(gen)鹵(lu)素、硫、磷、砷、銻等反應。

鎵(jia)(jia)在干燥空氣(qi)中較穩定(ding)并生成氧化(hua)物(wu)薄膜阻止繼續氧化(hua)，在潮(chao)濕空氣(qi)中失(shi)去(qu)光澤。與堿(jian)(jian)反(fan)應放出氫(qing)氣(qi)，生成鎵(jia)(jia)酸鹽。能被冷濃(nong)鹽酸浸蝕，對熱硝酸顯鈍性，高溫(wen)時能與多數(shu)非金(jin)屬反(fan)應；溶于酸和(he)堿(jian)(jian)中，鎵(jia)(jia)在化(hua)學反(fan)應中存在+1、+2和(he)+3化(hua)合價(jia)(jia)，其(qi)中+3為其(qi)主要化(hua)合價(jia)(jia)。鎵(jia)(jia)的活動性與鋅(xin)相似(si)，卻比鋁低。鎵(jia)(jia)是兩(liang)性金(jin)屬，既(ji)能溶于酸（產(chan)生Ga3+）也能溶于堿(jian)(jian)。鎵(jia)(jia)在常溫(wen)下，表面產(chan)生致密的氧化(hua)膜阻止進一步氧化(hua)。加熱時和(he)鹵素(su)、硫(liu)(liu)迅速反(fan)應，和(he)硫(liu)(liu)的反(fan)應按(an)計(ji)量比不同產(chan)生不同的硫(liu)(liu)化(hua)物(wu)。

生理學：還沒有(you)發(fa)現鎵(jia)有(you)生理微量(liang)元(yuan)素的功能。和鋁一樣，它只通過腸(chang)道很(hen)微量(liang)的吸收。可以利用(yong)三(san)氧化二鎵(jia)在老(lao)鼠(shu)、家(jia)鼠(shu)、狗肺(fei)部沉積的數據。

皮下(xia)注射鎵(jia)(jia)(jia)后，鎵(jia)(jia)(jia)在組織(zhi)中(zhong)的(de)分(fen)布模式是(shi)定時的(de)，這和(he)靜脈(mo)注射很相似。鎵(jia)(jia)(jia)在組織(zhi)中(zhong)的(de)分(fen)布模式取(qu)決于攝入鎵(jia)(jia)(jia)的(de)劑(ji)量。主要的(de)排泄渠道是(shi)尿液。癌(ai)癥患者對鎵(jia)(jia)(jia)的(de)清理分(fen)為(wei)兩階段，半(ban)衰期分(fen)別為(wei)87分(fen)鐘和(he)24.5小時。

鎵的毒性是和(he)生物的種類相關的。在服用濃度高于(yu)750mg/kg時才(cai)會(hui)(hui)表現出對人腎(shen)臟(zang)的毒性。對老鼠的實驗表明，鎵會(hui)(hui)導致鎵，鈣和(he)磷酸鹽在腎(shen)中的沉積(ji)，這會(hui)(hui)堵(du)塞腎(shen)腔。

分(fen)析(xi)(xi)化(hua)學(xue)：Dymov和(he)Savostin曾對鎵(jia)的(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)化(hua)學(xue)作(zuo)了全面的(de)(de)回顧。由于鎵(jia)在環境中(zhong)(zhong)的(de)(de)濃(nong)度(du)很低(di)，靈(ling)(ling)敏度(du)是選擇探(tan)測(ce)方(fang)法(fa)時的(de)(de)主要問題。由于這(zhe)個(ge)原因，最(zui)常用(yong)(yong)熒(ying)光計和(he)中(zhong)(zhong)子活(huo)化(hua)法(fa)。可以(yi)在測(ce)量(liang)前(qian)對樣品進行濃(nong)縮，例如，通過(guo)溶劑提取，提高了靈(ling)(ling)敏度(du)，但增(zeng)加了勞動(dong)量(liang)。8-羥基(ji)醌常用(yong)(yong)于生物材料中(zhong)(zhong)鎵(jia)的(de)(de)熒(ying)光測(ce)定法(fa)。水楊醛二(er)氯(lv)腙(zong)化(hua)碳(tan)作(zuo)為熒(ying)光物質，使探(tan)測(ce)極限(xian)(xian)降到了2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和(he)二(er)乙基(ji)二(er)硫代氨基(ji)甲酸鹽(yan)的(de)(de)混合(he)物用(yong)(yong)于在中(zhong)(zhong)子活(huo)化(hua)法(fa)前(qian)提取鎵(jia)。鎵(jia)的(de)(de)探(tan)測(ce)極限(xian)(xian)可以(yi)達(da)到1ng/L。

原子序數 31

原子量 69.72

共價半徑 125皮(pi)米

離子半徑 82皮米

第(di)一電(dian)離能 578.8kJ/mol

電負性（鮑林標度） 1.81

毒(du)理性質：鎵的(de)毒(du)性是和生物的(de)種(zhong)類(lei)相關(guan)的(de)。在一項研究中，老(lao)鼠的(de)LD50大于220mg/kg，狗的(de)只有18mg/kg。狗的(de)死亡(wang)是由(you)于腎功能的(de)衰(shuai)竭。

鎵和鎵的化合物有微弱的毒性，但(dan)是沒有任何(he)文獻表(biao)明鎵有生殖毒性。相反(fan)，硝酸鎵可以用(yong)于(yu)治療某些疾病。鎵容易附(fu)著到(dao)桌面(mian)、手、還有手套上留下(xia)黑(hei)色的斑(ban)跡。

制備方法

可由鋁土礦或閃鋅礦中提取(qu)。最后(hou)經電(dian)解制得純凈鎵(jia)。

主(zhu)要從煉(lian)鋅廢(fei)渣(zha)和煉(lian)鋁廢(fei)渣(zha)中回收提取。

工業(ye)生產(chan)以工業(ye)級金屬鎵為原(yuan)料，用電(dian)解法、減(jian)壓蒸餾(liu)法、分(fen)步(bu)結晶法、區域熔融法進(jin)一步(bu)提純(chun)(chun)，制(zhi)得高純(chun)(chun)鎵。電(dian)解法以99.99%的(de)工業(ye)級金屬鎵為原(yuan)料，經(jing)電(dian)解精煉等(deng)工藝(yi)，制(zhi)得高純(chun)(chun)鎵的(de)純(chun)(chun)度≥99.999%。以≥99.999%的(de)高純(chun)(chun)鎵為原(yuan)料，經(jing)拉制(zhi)單晶或其他提純(chun)(chun)工藝(yi)進(jin)一步(bu)提純(chun)(chun)，制(zhi)得高純(chun)(chun)鎵的(de)純(chun)(chun)度≥99.99999%。

應用領域

工業用途

制(zhi)造半導體氮化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)、砷化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)、磷化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)、鍺半導體摻雜(za)元；純鎵(jia)(jia)及低熔合金(jin)可作(zuo)核反應(ying)的熱交換介質；高溫(wen)溫(wen)度計的填充料；有機反應(ying)中作(zuo)二酯化(hua)(hua)的催化(hua)(hua)劑。

鎵(jia)的(de)(de)工業(ye)(ye)應用(yong)(yong)還很(hen)原始，盡(jin)管(guan)它(ta)獨特的(de)(de)性能(neng)可(ke)能(neng)會(hui)應用(yong)(yong)于很(hen)多(duo)方面。液態鎵(jia)的(de)(de)寬溫(wen)度范圍以及它(ta)很(hen)低的(de)(de)蒸汽壓使它(ta)可(ke)以用(yong)(yong)于高溫(wen)溫(wen)度計和高溫(wen)壓力(li)計。鎵(jia)化合物，尤其是砷化鎵(jia)在電子工業(ye)(ye)已(yi)經引起(qi)了(le)越來越多(duo)的(de)(de)注(zhu)意。沒有(you)能(neng)利用(yong)(yong)的(de)(de)精確(que)的(de)(de)世界鎵(jia)產(chan)量數據，但是臨近地區的(de)(de)產(chan)量只有(you)20噸(dun)/年(nian)。

鎵-68會發射(she)正電子，可以用于(yu)正電子斷層成像。

鎵(jia)銦合金可用于汞的替代品。

醫學應用

在觀察到(dao)癌(ai)組織對(dui)67Ga有(you)吸(xi)引力之后，美國(guo)國(guo)家癌(ai)癥(zheng)學會指(zhi)出穩(wen)定的(de)(de)鎵(jia)(jia)對(dui)于嚙齒動物的(de)(de)腫瘤很有(you)療效。這曾在癌(ai)癥(zheng)病人身上試驗過。當服(fu)用(yong)劑量為750mg/kg時，鎵(jia)(jia)對(dui)人的(de)(de)腎臟(zang)有(you)害。不(bu)停(ting)的(de)(de)灌輸鎵(jia)(jia)的(de)(de)配(pei)制(zhi)藥品(pin)可以降低(di)鎵(jia)(jia)對(dui)腎小管的(de)(de)毒性(xing)。

發現歷史

鎵是化學史上第一個(ge)先(xian)從理(li)論預(yu)言，后(hou)在自然界中(zhong)被發現驗證(zheng)的(de)化學元素(su)。1871年，門捷(jie)列夫發現元素(su)周期表(biao)中(zhong)鋁元素(su)下(xia)面有個(ge)間隙尚未(wei)被占(zhan)據，他預(yu)測(ce)這種未(wei)知元素(su)的(de)原子量大(da)約是68，密度為(wei)5.9g/cm3，性質與鋁相似，他的(de)這一預(yu)測(ce)被法國化學家(jia)布瓦博得(de)朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證(zheng)實了。

鎵在(zai)(zai)巴黎由布瓦博得(de)朗于1875年發現。他(ta)在(zai)(zai)閃(shan)鋅礦礦石（ZnS）中(zhong)提取的(de)鋅的(de)原子(zi)光譜上觀(guan)察(cha)到了一(yi)個(ge)新的(de)紫色線。他(ta)知道這意味著一(yi)種未(wei)知的(de)元素(su)出現了。

在(zai)1875年(nian)(nian)11月(yue)，布(bu)瓦博得朗提(ti)取并提(ti)純了這(zhe)種(zhong)新的金屬，并證明了它像鋁。在(zai)1875年(nian)(nian)12月(yue)，他向(xiang)法國(guo)科(ke)學院宣布(bu)了它。

含量分布

由(you)于鎵(jia)在地(di)殼中(zhong)的濃度很低。在地(di)殼中(zhong)占總量的0.0015%。它的分(fen)布很廣(guang)泛，但不以純金屬狀(zhuang)態(tai)存在，而以硫鎵(jia)銅礦（CuGaS2）形式存在，不過很稀少，經濟上也不重要(yao)。鎵(jia)是閃鋅(xin)礦、黃(huang)鐵礦、礬土、鍺石(shi)工業(ye)處理(li)過程中(zhong)的副產品(pin)。

自然界中常以微量分(fen)散于鋁(lv)土礦、閃鋅礦等礦石(shi)中。由鋁(lv)土礦中提取制得(de)。在高溫灼燒(shao)鋅礦時，鎵(jia)就以化合物的形式揮發出(chu)來，在煙道里凝結，鎵(jia)常與銦和鉈共生。經(jing)電解(jie)、洗滌可(ke)(ke)以制得(de)粗鎵(jia)，再(zai)經(jing)提煉可(ke)(ke)得(de)高純度鎵(jia)。

時下(xia)世界90%以上的(de)(de)(de)(de)原生(sheng)鎵(jia)都(dou)是(shi)(shi)在(zai)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)氧化鋁過(guo)程中提取的(de)(de)(de)(de)，是(shi)(shi)對礦產(chan)(chan)(chan)資源的(de)(de)(de)(de)一種(zhong)綜合(he)利用(yong)，通過(guo)提取金屬(shu)鎵(jia)增加(jia)了礦產(chan)(chan)(chan)資源的(de)(de)(de)(de)附加(jia)值(zhi)，提高氧化鋁的(de)(de)(de)(de)品質降低了廢棄物“赤泥”的(de)(de)(de)(de)污染，因(yin)(yin)此(ci)非常(chang)符合(he)當前低碳經(jing)濟以最小(xiao)的(de)(de)(de)(de)自(zi)然資源代價(jia)獲取最大利用(yong)價(jia)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)原則。鎵(jia)在(zai)其它金屬(shu)礦床中的(de)(de)(de)(de)含量(liang)極低，經(jing)過(guo)一定富集(ji)后也只能達到幾百克(ke)/噸，因(yin)(yin)而(er)(er)鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)提取非常(chang)困難(nan)，另一方(fang)面(mian)，由于(yu)伴生(sheng)關系(xi)，鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)量(liang)很難(nan)由于(yu)鎵(jia)價(jia)格上漲而(er)(er)被大幅(fu)拉動，因(yin)(yin)此(ci)，原生(sheng)鎵(jia)的(de)(de)(de)(de)年產(chan)(chan)(chan)量(liang)極少，全球年產(chan)(chan)(chan)量(liang)不(bu)足300噸，是(shi)(shi)原生(sheng)銦產(chan)(chan)(chan)量(liang)的(de)(de)(de)(de)一半，如(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)狀況不(bu)能得到改善(shan)，未來20-30年這(zhe)些金屬(shu)鎵(jia)將會出現嚴(yan)重(zhong)短缺(que)。

儲存方法

由于液態鎵(jia)的密(mi)度高(gao)于固(gu)體密(mi)度，凝固(gu)時體積膨(peng)脹，而且熔點很(hen)低，儲存時會(hui)不斷地(di)熔化凝固(gu)。所以(yi)使用玻(bo)璃(li)儲存會(hui)撐破(po)瓶子和浸潤玻(bo)璃(li)造成浪費，鎵(jia)適合使用塑料(liao)瓶（不能(neng)盛滿）儲存。

最新研發

2014年9月(yue)23日，美國(guo)北卡羅來納(na)州一個科(ke)研團隊日前研發(fa)出一種可進行自我修復的變形液態金屬(shu)，距離打(da)造“終結者”變形機(ji)器人的目標更(geng)進一步。

科學家們使(shi)用(yong)鎵和銦合(he)金(jin)合(he)成(cheng)液(ye)態金(jin)屬，形成(cheng)一(yi)(yi)種(zhong)固(gu)溶合(he)金(jin)，在(zai)(zai)室溫(wen)下就(jiu)可以(yi)成(cheng)為液(ye)態，表(biao)面(mian)張力(li)為每米500毫(hao)牛頓。這(zhe)意(yi)味著，在(zai)(zai)不(bu)受(shou)外力(li)情況(kuang)下，當這(zhe)種(zhong)合(he)金(jin)被(bei)放在(zai)(zai)平坦桌面(mian)上時會保持一(yi)(yi)個幾乎完美的圓球(qiu)不(bu)變(bian)(bian)。當通(tong)過少量電(dian)(dian)流刺激后(hou)，球(qiu)體表(biao)面(mian)張力(li)會降低，金(jin)屬會在(zai)(zai)桌面(mian)上伸(shen)展。這(zhe)一(yi)(yi)過程是可逆的：如果電(dian)(dian)荷從正(zheng)轉負，液(ye)態金(jin)屬就(jiu)會重新成(cheng)為球(qiu)狀。更(geng)改電(dian)(dian)壓大(da)小(xiao)還(huan)可以(yi)調整金(jin)屬表(biao)面(mian)張力(li)和金(jin)屬塊粘度，從而(er)令(ling)其變(bian)(bian)為不(bu)同結構(gou)。

北(bei)卡(ka)羅(luo)來(lai)納州(zhou)立大學(xue)副教授(shou)邁克(ke)爾·迪基（Michael Dickey）說：“只(zhi)需要不(bu)到一伏特的(de)電壓(ya)就可改(gai)變(bian)(bian)金(jin)屬表面(mian)張力，這(zhe)種改(gai)變(bian)(bian)是相當了不(bu)起的(de)。我們可以利用這(zhe)種技術控(kong)制液態金(jin)屬的(de)活動，從(cong)而(er)改(gai)變(bian)(bian)天(tian)線形狀、連接或斷開電路等。”

此外，這項研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)還可以用(yong)于幫(bang)助修(xiu)復(fu)(fu)人類切斷的神經，以避(bi)免長期殘(can)疾(ji)。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人員宣稱，該突(tu)破有助于建造(zao)更好(hao)的電(dian)路、自我修(xiu)復(fu)(fu)式(shi)結構，甚至有一天可用(yong)來制造(zao)《終結者(zhe)》中的T-1000機器人。

2023年8月(yue)，廣西大學(xue)本(ben)碩(shuo)博創業(ye)團隊(dui)“保‘鎵’衛國”研發出(chu)(chu)核心(xin)技(ji)術，成功(gong)制備(bei)出(chu)(chu)純度均達到國際領先(xian)水(shui)平的芯片產業(ye)關鍵原材料7N高純鎵。

熔沸點的差異

有趣(qu)的(de)(de)是(shi)(shi)，盡管鎵的(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)僅(jin)僅(jin)只有區(qu)區(qu)29.76℃，按照正常人(ren)直覺式的(de)(de)認(ren)知，鎵的(de)(de)沸(fei)(fei)(fei)點(dian)(dian)應該很低，但事實上鎵的(de)(de)沸(fei)(fei)(fei)點(dian)(dian)達到了(le)(le)(le)整(zheng)整(zheng)2403℃——差(cha)了(le)(le)(le)2373℃。這(zhe)個(ge)沸(fei)(fei)(fei)點(dian)(dian)幾乎與(yu)高沸(fei)(fei)(fei)點(dian)(dian)金屬(shu)——銅、鐵等相當。對比一(yi)下，汞的(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)是(shi)(shi)-38.86℃，沸(fei)(fei)(fei)點(dian)(dian)是(shi)(shi)356.72℃，僅(jin)僅(jin)差(cha)了(le)(le)(le)395.58℃。現代研究表明，這(zhe)是(shi)(shi)因(yin)為Ga晶體中存在Ga2分(fen)子，熔(rong)化時(shi)克(ke)服的(de)(de)是(shi)(shi)分(fen)子間的(de)(de)范德華(hua)力，而沸(fei)(fei)(fei)騰時(shi)Ga2要裂解成原子，克(ke)服的(de)(de)是(shi)(shi)共價(jia)鍵的(de)(de)靜電力。這(zhe)就(jiu)導(dao)致了(le)(le)(le)鎵熔(rong)化容易沸(fei)(fei)(fei)騰難(nan)，因(yin)為共價(jia)鍵是(shi)(shi)很難(nan)被破壞的(de)(de)。