Gali (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp gallium /ɡaljɔm/),[1] còn được viết là ga-li,[1] là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Ga và số nguyên tử là 31. Là một kim loại yếu màu bạc ánh kim, gali cứng và giòn ở nhiệt độ thấp nhưng hóa lỏng rất dễ dàng, chỉ cao hơn nhiệt độ phòng một chút (29,8 °C) và vì thế nó sẽ nóng chảy khi nằm trong lòng bàn tay của người. Nó xuất hiện dưới dạng dấu vết trong boxide và quặng kẽm. Ứng dụng quan trọng nhất của nó có lẽ là để tạo ra các hợp chất như nitride gali và asenua gali, được dùng như là các chất bán dẫn, chủ yếu trong các điốt phát quang (đèn LED). Gali có nguồn gốc là tên gọi kỉ niệm nước Pháp do chữ “Gallia” là tên cổ xưa của nước Pháp.
Gali dạng nguyên tố không có trong tự nhiên, nhưng thuận tiện thu được từ việc nung chảy quặng chứa nó. Gali sắt kẽm kim loại cực tinh khiết có màu trắng bạc và đứt gãy concoit khi ở trạng thái rắn của nó là tựa như như thủy tinh. Gali sắt kẽm kim loại nở ra khoảng chừng 3,1 % khi rắn lại ( tỷ trọng khi nóng chảy là 6.095 kg / m³ trong khi ở 25 °C là 5.950 kg / m³ ), và vì vậy việc lưu giữ nó trong những bình chứa bằng thủy tinh hay sắt kẽm kim loại cần nên tránh, do năng lực bình chứa bị phá vỡ là cao khi thời tiết lạnh. Gali san sẻ trạng thái tỷ trọng cao hơn khi nóng chảy với một vài vật liệu khác như germani, bismuth, antimon và nước .Gali cũng ăn mòn hầu hết những sắt kẽm kim loại khác bằng cách khuếch tán vào trong lưới tinh thể sắt kẽm kim loại của chúng. Ví dụ, gali khuếch tán vào những ranh giới hạt của kim loại tổng hợp Al / Zn [ 2 ] hay thép. [ 3 ], làm cho chúng trở nên rất giòn. Ngoài ra, gali sắt kẽm kim loại cũng thuận tiện tạo ra kim loại tổng hợp với những sắt kẽm kim loại khác và nó đã từng được dùng với số lượng nhỏ trong lõi của quả bom nguyên tử tiên phong với mục tiêu tương hỗ sự không thay đổi của cấu trúc tinh thể plutoni .
Điểm nóng chảy khoảng 30 °C cho phép nó nóng chảy ngay trong tay người. Kim loại này có xu hướng siêu lạnh rất mạnh dưới điểm nóng chảy/điểm đóng băng của nó, vì thế cần phải có mầm nhằm kết tinh khi hóa rắn nó. Gali là một trong số các kim loại (cùng xezi, rubidi, franci và thủy ngân) ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng, và vì thế có thể sử dụng trong các nhiệt kế đo nhiệt độ cao kiểu kim loại trong thủy tinh. Nó cũng đáng chú ý như là một trong số các kim loại có khoảng rộng nhiệt độ ở trạng thái lỏng, và (khác với thủy ngân) nó có áp suất hơi rất thấp ở các khoảng nhiệt độ khá cao. Không giống như thủy ngân, gali kim loại lỏng thấm ướt da và thủy tinh, làm cho nó trở thành khó thu dọn hơn về mặt cơ học (mặc dù nó ít độc hại hơn thủy ngân và cũng không cần phải quá nhiều biện pháp phòng ngừa). Vì lý do này cũng như vấn đề nhiễm bẩn vào các kim loại khác cùng sự nở ra khi đông đặc, nên các mẫu vật gali kim loại nói chung cần bảo quản trong các túi polyetylen trong ruột các bình chứa khác.
Gali không kết tinh theo bất kể kiểu cấu trúc tinh thể đơn thuần nào khác ngoài pha không thay đổi trong những điều kiện kèm theo thường thì là trực thoi với 8 nguyên tử trong mỗi đơn vị chức năng kết tinh thông thường. Mỗi nguyên tử chỉ có một nguyên tử hàng xóm nằm gần nhất ( cách 244 pm ) và 6 nguyên tử láng giềng khác trong khoanh vùng phạm vi xa hơn nữa khoảng chừng 39 pm. Nhiều trạng thái không thay đổi và cận không thay đổi khác cũng được tìm thấy dưới ảnh hưởng tác động của nhiệt độ và áp suất .Liên kết giữa những nguyên tử gần nhau nhất có đặc trưng cộng hóa trị, do đó những nhị trùng Ga2 được nhìn nhận như thể những khối nền tảng kiến thiết xây dựng ra tinh thể. Hợp chất với asen ( Gali ( III ) arsenide ) là một chất bán dẫn nói chung hay được sử dụng trong những đèn LED .Gali sắt kẽm kim loại có độ tinh khiết cao bị ăn mòn từ từ bởi những acid vô cơ .
Gali (tiếng La tinh Gallia nghĩa là “Gaul,” là tên gọi của khu vực ngày nay về cơ bản là nước Pháp; và tiếng La tinh gallus nghĩa là “gà trống”) được Lecoq de Boisbaudran phát hiện bằng phương pháp quang phổ năm 1875 nhờ các vạch phổ đặc trưng của nó (hai vạch màu tím) khi khảo sát blenđơ kẽm thu được từ khu vực Pyrenees. Trước khi phát hiện ra nó thì phần lớn các tính chất của nó đã được D. I. Mendeleev dự đoán và miêu tả (ông gọi nguyên tổ giả thuyết của mình là “eka-aluminium” (eka-nhôm)) trên cơ sở vị trí của nó trong bảng tuần hoàn của ông. Sau này, năm 1875, Boisbaudran đã thu được kim loại tự do bằng cách điện phân Hydroxide của nó trong dung dịch Kali hydroxide(KOH). Ông gọi nguyên tố này là “gallia” theo tên gọi của quê hương mình (Pháp). Sau này, trong một trong các trò chơi chữ đa ngôn ngữ trong thế kỷ XIX, người ta còn cho rằng ông đã đặt tên gali theo họ của chính mình, do họ của ông, “Lecoq,” trong tiếng Pháp có nghĩa là “gà trống,” và tên gọi trong tiếng La tinh cho “gà trống” thì là “gallus“. Tuy nhiên, trong bài báo viết năm 1877 thì Lecoq đã phủ nhận phỏng đoán này.
Gali không sống sót dưới dạng tự do trong tự nhiên, mà cũng không có khoáng chất nào có hàm lượng gali đủ cao để hoàn toàn có thể coi là nguồn hầu hết trong việc tách chiết nó hay những hợp chất của nó. Tuy nhiên, gali sống sót dưới dạng dấu vết và được tách ra từ Bô xít, than đá, diaspore ( quặng chứa hầu hết là α-AlO ( OH ) ), germanit và sphalerit. Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ ( USGS ) ước tính trữ lượng gali dựa trên hàm lượng 50 ppm theo khối lượng trong cáctrữ lượng boxide và quặng kẽm đã biết. Một số bụi khói từ quy trình cháy của than đá cũng chứa lượng nhỏ gali, thường thì dưới 1 % theo khối lượng. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Phần lớn gali được tách ra từ dung dịch Nhôm hydroxide thô trong công nghệ Bayer để sản xuất nhôm và oxide nhôm. Các pin thủy ngân dùng trong điện phân và thủy phân hỗn hống với Natri hydroxide (NaOH) dẫn tới galat natri. Quá trình điện phân tiếp theo sinh ra gali kim loại. Để dùng làm chất bán dẫn, quá trình làm tinh khiết tiếp theo được thực hiện theo phương pháp nóng chảy khu vực hoặc tách tinh thể đơn từ gali nóng chảy (công nghệ Czochralski).Độ tinh khiết tới 99,9999% cũng đã thu được và có sẵn ở quy mô thương mại.
Giá hiện tại của 1 gam gali độ tinh khiết 99,9999 % vào khoảng chừng cỡ USD 1,886 Có bán hộp 15 g Gali 99,9999 % khoảng chừng 27,99 USD
Trong công nghiệp bán dẫn và điện tử nó được sử dụng khá thoáng đãng do giá tiền của sắt kẽm kim loại có độ tinh khiết cao ( 99,9999 + % ) là không quá cao .
- Thành phần trong chất bán dẫn Gali(III) arsenide, trong các mạch tích hợp (IC) và trong các thiết bị quang điện như điốt laze và đèn LED.
- Gali được sử dụng rộng rãi như là chất liệu thêm vào các chất bán dẫn để sản xuất các thiết bị như transistor.
- Gali là thành phần hiếm nhất trong các phức chất quang điện mới như (sulfide/selenide) đồng (indi/gali) [Cu(In, Ga)(Se, S)2], mới được các nhà khoa học Nam Phi thông báo gần đây để sử dụng trong các tấm pin mặt trời như là giải pháp thay thế cho tinh thể sillic hiện tại không đủ nguồn cung cấp.
Trong vai trò tác nhân thấm ướt và cải tổ đặc thù của kim loại tổng hợp :
- Do tính chất thấm ướt thủy tinh hặc đồ sứ nển gali có thể sử dụng để tạo ra các gương rất rõ nét.
- Gali dễ dàng tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, đã từng được sử dụng trong việc sản xuất các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp. Plutoni dùng trong các lõi của vũ khí hạt nhân được gia công bằng cách tạo hợp kim với gali để ổn định các thù hình của nó.
- Gali được thêm vào tới 2% trong các loại que hàn để cải thiện tính thấm ướt và khả năng nóng chảy.
Cơ chế tàng trữ nguồn năng lượng :
- Nhôm là kim loại có độ hoạt động hóa học đủ mạnh để khử nước thành hiđrô và bị oxy hóa thành oxide nhôm. Tuy nhiên, oxide nhôm tạo thành lớp mỏng trên bề mặt nhôm có tính năng bảo vệ không cho nhôm bị oxy hóa tiếp. Khi gali được thêm vào để tạo hợp kim với nhôm thì lớp vỏ bảo vệ không được tạo ra, vì thế hợp kim có thể là tiềm năng trong việc tạo ra nguồn cung cấp ở dạng rắn cho hiđrô dùng trong các mục đích vận tải, nó có thể là thuận tiện hơn so với việc nén hiđrô trong các bình chứa. Việc nấu chảy lại oxide nhôm và hỗn hợp gali thành nhôm và gali kim loại và tái tạo chúng thành các điện cực có thể chiếm phần lớn năng lượng đầu vào cho hệ thống, trong khi điện năng sản xuất bởi các tế bào nhiên liệu hiđrô chiếm phần lớn năng lượng đầu ra.[8][9] Hiệu quả nhiệt động lực học của quá trình nấu chảy nhôm là khoảng 50%. Vì thế, không quá một nửa năng lượng cần để nấu chảy nhôm có thể được phục hồi lại từ các tế bào nhiên liệu.
Hợp kim lỏng:
- Người ta cũng gợi ý rằng hợp kim lỏng của gali với thiếc có thể sử dụng để làm mát các chip máy tính thay cho nước. Nó dẫn nhiệt cao hơn nước tới khoảng 65 lần và vì thể khả năng làm mát của nó cũng cao hơn, điều này làm cho nó trở thành một chất làm mát có ưu thế hơn. [1]
- Gali lỏng còn dùng trong một số nhiệt kế đo nhiệt độ cao.
Ứng dụng y sinh học :
Khác :
- Gallat magiê chứa tạp chất (như ion Mn2+), được sử dụng trong bột phosphor hoạt hóa cực tím.
- Phát hiện neutrino. Có lẽ lượng gali nguyên chất lớn nhất được chứa đựng tại một chỗ là máy dò neutrino GALLEX, hoạt động từ đầu thập niên 1990 tại một đường hầm trong núi tại Italia. Cỗ máy này chứa 12,2 tấn gali-71 lỏng. Các neutrino từ Mặt Trời có thể làm cho một số nguyên tử Ga-71 trở thành Ge-71 có tính phóng xạ và từ đó phát hiện được sự có mặt của chúng. Luồng neutrino Mặt Trời được suy ra từ đó hụt so với lý thuyết tới 40%. Điều này vẫn chưa giải thích được cho đến khi người ta chế ra các máy dò neutrino mặt trời tốt hơn và/hoặc xây dựng các lý thuyết mới (xem SNO).[2]
- Làm nguồn ion kim loại lỏng cho chùm ion hội tụ.
Trong khi được coi là không ô nhiễm, nhưng những tài liệu về gali là chưa đưa ra Tóm lại cuối. Một số nguồn cho rằng nó hoàn toàn có thể gây ra viêm da do phơi nhiễm lê dài ; nhưng những thử nghiệm khác lại không có phản ứng dương thế. Giống như hầu hết những sắt kẽm kim loại khác, gali dạng bột cực mịn mất độ bóng láng của mình mà có màu xám .
