单质镓

一: 物理性质

   固体镓为蓝灰色斜方晶体,液体镓是有银白色光泽的软金属,密度5.91g·cm-3,熔点302.8K,很低,放在手中即可熔化,而沸点很高,为2676K。液态范围为2000余度。这和它的结构有关,每个镓原子周围有7个镓原子,其中有1个和它的距离(244pm)比其它6个的距离(270~280pm)要近,接近镓原子的共价半径的两倍,于是在金属中可以想象为含有“Ga2”团,金属镓稍热即熔化(熔融态主要由Ga2组成),若要使其沸腾,成为蒸气(为Ga原子组成),就要破坏Ga—Ga键,需消耗更多能量。因而沸点很高。正由于金属镓原子间距离不同,固态的密度(5.91)比液态的密度(6.09)反而小,是凝固时体积膨胀的少数几种金属之一。镓与铝、锌、锡、铟形成低熔点合金,与钒、铌、锆形成的合金具有超导性。

二: 化学性质
   镓的化学活泼性比铝低,和铝类似,镓也是两性金属元素,主要氧化态为+1和+3,其化学性质主要表现在以下几个方面:

(1)与氧化水的反应

   镓在常温下因其表面易形成一层氧化膜而使之稳定,则不与空气中的氧和水作用。但高温时,能与氧反应,形成氧化数为+Ⅲ氧化物。

        4Ga + 3O2 2Ge2O3

(2)与非金属的反应

   镓在常温下就能与卤素反应(与碘反应需加热),生成三卤化镓或一卤化镓,与硫反应需在高温下。

        2Ga + 3X2  2GaX3

(3)与酸的反应

   镓与稀酸作用缓慢,但易溶于热的硝酸,浓的氢氟酸和热浓的高氯酸以及王水中,生成镓盐。
        2Ga + 3H2SO4 Ga2(SO4)3 + 3H2

         Ga + 6HNO3 Ga(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O

(4)与碱的反应

   镓除溶于酸外,还可溶于碱,是两性金属:

        2Ga + NaOH + 2H2O 2NaGaO2 + 3H2

 

氢氧化镓

   Ga(OH)3的酸性(~10-7)比Al(OH)3的酸性(~10-11)还强。这主要是镓为第四周期中紧接过渡元素(含3d10)后的第一个元素。因有效核电荷增加,致使镓的离于半径(62pm)比同族上一周期的铝的离子半径(51pm)增加不多,而核电荷却增加了18,因此,Ga(Ⅲ)的电场力比Al(Ⅲ)的还强,对氧原子引力也就大,Ga(OH)3的酸性也就比Al(OH)3的强。同理,四周期的Ge(OH)4酸性略强于Si(OH)4,但随着族数的增加,这种影响就不太明显了,这是次级周期性的一种体现。

   因Ga(OH)3显两性,所以它既可溶于酸,也可溶于碱。

 

镓盐

   GaX3的性质和AlX3相似,除氯化物为离子型化合物外,其余均为共价型化合物,熔点低,溶于有机溶剂,强烈水解。低温气态时为双聚分子。