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鎵、銦、鉈

銅臭 / 2022-08-01

本分族元素原子的最外縣那電子僅有一個，容易移去，故各元素的第一電子的電離電位比在周期系內(nèi)左右鄰近的元素都低。因此，這三個元素和破金局元案相同，它們的比較容易抓發(fā)的化合物放在本生火焰內(nèi)會發(fā)出特性顏色的光，事實上，這三種元素都是通過各個的光譜而發(fā)現(xiàn)的。鉈的外文原意是樹芽，表示它的稱色的特性光譜線。銦的外文原意是靛藍，表示它的藍色的特性光譜線，鎵是門捷列夫所預言的元素第一個被證實的，也是用光譜分析方法發(fā)現(xiàn)的;它的特性光譜線是紫色。

一、鎵分族元素的存在、制備和性質(zhì)

鎵、銦、鉈分散很廣，但為量極微。鎵是鋅、鐵、鋁、鉻等礦的一個共生的粗分，但含量皆不超過0.01%。在生鐵和金屬鋁內(nèi)，鎵是很普通的雜質(zhì)，為煉鋁工業(yè)的副產(chǎn)品。銦一般存在于閃鋅礦內(nèi),也常含于錦和錫的礦內(nèi)。它的主要來源是鋅，它在鋅內(nèi)的含量可達0.1%。鉈常與堿金屬在一起，有時也存在于鐵、鋅、鋁和碲的礦內(nèi)，它常從使用含鉈的黃鐵礦的硫酸工廠的煙道灰提取。

鎵分族元素用電極沉積法或用碳或氨為還原劑加熱使它們的化合物還原面制得。制備的困難不在于最后的還原作用，面在于事先從貧礦將它們的化合物提浪。

鎵是軟而有延展性的金局，有白色光澤，在29.78°C熔化，很容易過冷面不凝固(過冷現(xiàn)象)。和水一樣，鎵在凝固時體積膨服。在常溫時，在空氣內(nèi)穩(wěn)定:在赤熱時，表面即為空氣所氧化。雖在低溫，鎵與氯及溴仍有強烈的作用，加熱始與碘化合。

銦為銀白色金屬，性軟，可用刀切，這元素在干燥空氣丙不失光澤;加熱，即為氧化物的薄膜所復蓋;只在加熱到它的熔點以上才開始迅速氧化。在氯內(nèi)強烈的燃燒，也直接與共他鹵素和硫化合。

鉈的銀白色而有光澤的表面與空氣接觸即失光澤，稀硝酸是溶解這元素的最好溶劑。它在硫酸內(nèi)較難溶，在鹽酸內(nèi)更難溶，因為所生成的產(chǎn)物是不可溶的。在常溫時鉈與鹵素反應;加熱，與硫、硒、碲化合，并與砷及銻形成合金。磷僅與之發(fā)生表面作用。

鎵分族的高糖度金廚及其合金皆可作新型半導體材料。金屬鎵可用作石英玻璃溫度葉內(nèi)的液體，以測高溫。銦及其鎘鉍合金完全用于原子工業(yè)，作測定及吸收申子之用。銦的化合物可作元素光普測定的內(nèi)標準和作媒染劑等。金屬鉈可用作螢光粉冶化劑;它的化合物用于制造硒整流片、光電池、催化劑等。

二、三價鎵、銦、鉈的化合物

正三價是全族元素的特性價，不過這種價的化合物的穩(wěn)定性隨著原子量的增高而降低，硼與鋁只有三價的穩(wěn)定化合物。鎵和銦除三價的化合物外，還有一價的和二價的化合物。一價鉈的化合物則比三價穩(wěn)定。

1.鹵化物

鎵與銦的四種三鹵化物皆經(jīng)制得,鉈的三鹵化物中只有三氟化物和三氯化物存在，三溴化物和三碘化物皆不存在，這是由于鉈?????容易轉(zhuǎn)變?yōu)殂B???而溴離子和碘離子皆為還原劑。表15-8列出礙族元素的三鹵化物的熔點沸點和一部分在液態(tài)時的電導性。

表15-8 鎵分組三鹵化物的性質(zhì)
	性質(zhì)	MF?	MCl?	MBr?	MI?
BX?	熔點，°C 沸點，°C	-128 -101	-107 12.5	-46 90.8	43 210
AIX?	熔點，°C 沸點，°C	1290 1291（升華）	192.6 （1700毫米） 180（升華）	97.5 255	179.5 381
GaX?	熔點，°C 沸點，°C 當量電導姆×10?	950（升華） — —	77.9 201.3 0.1	121.5 279 5	212 346 0.02
InX?	熔點，°C 沸點，°C 當量電導姆×10?	1170 1200 —	586 升華 14.7	436 升華 6.4	210 — 2.3
TlX?	熔點，°C 沸點，°C	550 —	25（？）升華	不存在	不存在

由表內(nèi)數(shù)據(jù)可見，三氟化物除硼而外皆為離子型化合物，其分的三鹵化物主要為共價型。與鋁相同，鎵和姻的三氯化物、三澳化物和三碘化物，在氣態(tài)時都是二聚體，故有下式所表示的結(jié)構(gòu)：

無水三氟化物皆難溶于水，其余三鹵化物皆易溶，三鹵化物在水溶液內(nèi)雖然水解作用很強，但皆電離。

無水三鹵化物的最好的制法是在高溫時使元素彼此直接化合，然后用升華發(fā)提純;也可使氧化物與氨鹵酸反應制得三鹵化物的水溶液。除鉈而外，氬鹵酸與金屬作用也產(chǎn)生三鹵化物的水溶液。蒸發(fā)溶液使之濃縮則得三鹵化物的水合品體或堿式鹽。

2.氧化物和氫氧化物

本分族各元素的氧化物皆可與氧化鋁相比擬。氧化鎵?????有兩種變體，一種在600C以下穩(wěn)定，稱為a- Ga?O?,為菱形品體，結(jié)構(gòu)與剛玉c-Al?O?相同。另一種在高溫時穩(wěn)定，名β- Ga?O?,為單斜或正交晶體，不溶于酸。銦?????與鉈?????的氧化物皆無變體;加熱于硝酸鹽即可制得這類氧化物。

氫氧化鎵Ga(OH)?有明確的兩性，但堿性較Al(OH)?為弱,酸性則較強。它溶于堿，形成鎵酸鹽，如K[Ga?O?]，與鋁酸鹽M???[AI?O?]相當。銦有同樣的性質(zhì)，生成銦酸鹽M???[InO?],但鉈則不如此。氫氧化鉈TI(OH)?無兩性，它是種弱堿，而不是酸。因此，加堿于鎵?????鹽或銦?????鹽的溶液所生成的氬氧化物的沉淀，當加入過量的堿時，即行溶解;但鉈但鹽不如此，加堿所產(chǎn)生的氬氧化鉈?????無酸性，故不溶于過量的堿。

從上述可見，本族元素在三價的氨氧化物里中心原子的電荷相同，但由于離子的大小不同，電離特性就表現(xiàn)不同，離子小的氫氧化物離解為酸，大的離解為堿，中間的為兩性。

3.硫化物

本分族各元素皆有三價氧化物，但三價的硫化物只有鎵和銦的穩(wěn)定，鉈的不存在，原因與鉈的三碘化物和三溴化物不存在相同。硫化鎵Ga?S?為黃色固體，熔點1225℃,可由元素直接化合而制得。它的化學性質(zhì)與硫化鋁同,容易為水所分解而放出H?S。與此相反，硫化銦In?S?很穩(wěn)定，且不溶于水。通硫化氬于銦?????鹽溶液內(nèi)則得黃色硫化銦的沉淀。在稀酸液內(nèi)加熱即轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色結(jié)晶變體，熔點1050℃。硫化錮溶于硫化銨或堿金屬溶液內(nèi),形成硫銦酸鹽,如NH?[InS?]。

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