鎵制備方法

可由鋁土礦或閃鋅礦中提取。最后經(jīng)電解制得純凈鎵。

主要從煉鋅廢渣和煉鋁廢渣中回收提取。

工業(yè)生產(chǎn)以工業(yè)級金屬鎵為原料，用電解法、減壓蒸餾法、分步結(jié)晶法、區(qū)域熔融法進(jìn)一步提純，制得高純鎵。 電解法 以99.99%的工業(yè)級金屬鎵為原料，經(jīng)電解精煉等工藝，制得高純鎵的純度≥99.999%。以≥99.999%的高純鎵為原料，經(jīng)拉制單晶或其他提純工藝進(jìn)一步提純，制得高純鎵的純度≥99.99999%。

鎵物理性質(zhì)

淡藍(lán)色金屬，在29.76℃時變?yōu)殂y白色液體。液態(tài)鎵很容易過冷即冷卻至0℃而不固化。微溶于汞，形成鎵汞齊。鎵能浸潤玻璃，故不宜使用玻璃容器存放。

受熱至熔點(diǎn)時變?yōu)橐后w，再冷卻至0℃而不固化，由液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w時，其體積約增大3.2%。硬度1.5～2.5。常溫時鎵在干燥空氣中穩(wěn)定。

很容易水解，尤其是在生理學(xué)的pH值下。純鎵是銀白色的，可以浸潤玻璃，沸點(diǎn)很高，在大約1500℃時有很低的蒸汽壓。

鎵化學(xué)性質(zhì)

電子排布[Ar]3d¹⁰4s²4p¹，位于第四周期第ⅢA族。

在潮濕空氣中氧化，加熱至500℃時著火。室溫時跟水反應(yīng)緩慢，跟沸水反應(yīng)劇烈生成氫氧化鎵放出氫氣。加熱時溶于無機(jī)酸或苛性堿溶液。能跟鹵素、硫、磷、砷、銻等反應(yīng)。

鎵在干燥空氣中較穩(wěn)定并生成氧化物薄膜阻止繼續(xù)氧化，在潮濕空氣中失去光澤。與堿反應(yīng)放出氫氣，生成鎵酸鹽。能被冷濃鹽酸浸蝕，對熱硝酸顯鈍性，高溫時能與多數(shù)非金屬反應(yīng)；溶于酸和堿中，鎵在化學(xué)反應(yīng)中存在 1、 2和 3化合價，其中 3為其主要化合價。鎵的活動性與鋅相似，卻比鋁低。鎵是兩性金屬，既能溶于酸（產(chǎn)生Ga³ ）也能溶于堿。鎵在常溫下，表面產(chǎn)生致密的氧化膜阻止進(jìn)一步氧化。加熱時和鹵素、硫迅速反應(yīng)，和硫的反應(yīng)按計量比不同產(chǎn)生不同的硫化物。

生理學(xué)：還沒有發(fā)現(xiàn)鎵有生理微量元素的功能。和鋁一樣，它只通過腸道很微量的吸收?？梢岳萌趸壴诶鲜?、家鼠、狗肺部沉積的數(shù)據(jù)。

皮下注射鎵后，鎵在組織中的分布模式是定時的，這和靜脈注射很相似。鎵在組織中的分布模式取決于攝入鎵的劑量。主要的排泄渠道是尿液。癌癥患者對鎵的清理分為兩階段，半衰期分別為87分鐘和24.5小時。

鎵的毒性是和生物的種類相關(guān)的。在服用濃度高于750mg/kg時才會表現(xiàn)出對人腎臟的毒性。對老鼠的實驗表明，鎵會導(dǎo)致鎵，鈣和磷酸鹽在腎中的沉積，這會堵塞腎腔。

分析化學(xué)：Dymov和Savostin曾對鎵的分析化學(xué)作了全面的回顧。由于鎵在環(huán)境中的濃度很低，靈敏度是選擇探測方法時的主要問題。由于這個原因，最常用熒光計和中子活化法?？梢栽跍y量前對樣品進(jìn)行濃縮，例如，通過溶劑提取，提高了靈敏度，但增加了勞動量。8-羥基醌常用于生物材料中鎵的熒光測定法。水楊醛二氯腙化碳作為熒光物質(zhì)，使探測極限降到了2ng/L。pyrrolidinecarbodithioate和二乙基二硫代氨基甲酸鹽的混合物用于在中子活化法前提取鎵。鎵的探測極限可以達(dá)到1ng/L。

毒理性質(zhì)：鎵的毒性是和生物的種類相關(guān)的。在一項研究中，老鼠的LD₅₀大于220mg/kg，狗的只有18mg/kg。狗的死亡是由于腎功能的衰竭。

鎵和鎵的化合物有微弱的毒性，但是沒有任何文獻(xiàn)表明鎵有生殖毒性。相反，硝酸鎵可以用于治療某些疾病。鎵容易附著到桌面、手、還有手套上留下黑色的斑跡。

鎵工業(yè)用途

制造半導(dǎo)體氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、鍺半導(dǎo)體摻雜元；純鎵及低熔合金可作核反應(yīng)的熱交換介質(zhì)；高溫溫度計的填充料；有機(jī)反應(yīng)中作二酯化的催化劑。

鎵的工業(yè)應(yīng)用還很原始，盡管它獨(dú)特的性能可能會應(yīng)用于很多方面。液態(tài)鎵的寬溫度范圍以及它很低的蒸汽壓使它可以用于高溫溫度計和高溫壓力計。鎵化合物，尤其是砷化鎵在電子工業(yè)已經(jīng)引起了越來越多的注意。沒有能利用的精確的世界鎵產(chǎn)量數(shù)據(jù)，但是臨近地區(qū)的產(chǎn)量只有20噸/年。

鎵-68會發(fā)射正電子，可以用于正電子斷層成像。

鎵銦合金可用于汞的替代品。

鎵醫(yī)學(xué)應(yīng)用

在觀察到癌組織對67Ga有吸引力之后，美國國家癌癥學(xué)會指出穩(wěn)定的鎵對于嚙齒動物的腫瘤很有療效。這曾在癌癥病人身上試驗過。當(dāng)服用劑量為750mg/kg時，鎵對人的腎臟有害。不停的灌輸鎵的配制藥品可以降低鎵對腎小管的毒性。

鎵是化學(xué)史上第一個先從理論預(yù)言，后在自然界中被發(fā)現(xiàn)驗證的化學(xué)元素。1871年，門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表中鋁元素下面有個間隙尚未被占據(jù)，他預(yù)測這種未知元素的原子量大約是68，密度為5.9 g/cm3，性質(zhì)與鋁相似，他的這一預(yù)測被法國化學(xué)家布瓦博得朗（Paul Emile Lecoq de Boisbaudran）證實了。

鎵在巴黎由布瓦博得朗于1875年發(fā)現(xiàn)。他在閃鋅礦礦石（ZnS）中提取的鋅的原子光譜上觀察到了一個新的紫色線。他知道這意味著一種未知的元素出現(xiàn)了。

在1875年11月，布瓦博得朗提取并提純了這種新的金屬，并證明了它像鋁。在1875年12月，他向法國科學(xué)院宣布了它。

由于鎵在地殼中的濃度很低。在地殼中占總量的0.0015%。它的分布很廣泛，但不以純金屬狀態(tài)存在，而以硫鎵銅礦（CuGaS₂）形式存在，不過很稀少，經(jīng)濟(jì)上也不重要。鎵是閃鋅礦、黃鐵礦、礬土、鍺石工業(yè)處理過程中的副產(chǎn)品。

自然界中常以微量分散于鋁土礦、閃鋅礦等礦石中。由鋁土礦中提取制得。在高溫灼燒鋅礦時，鎵就以化合物的形式揮發(fā)出來，在煙道里凝結(jié)，鎵常與銦和鉈共生。經(jīng)電解、洗滌可以制得粗鎵，再經(jīng)提煉可得高純度鎵。

時下世界90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的，是對礦產(chǎn)資源的一種綜合利用，通過提取金屬鎵增加了礦產(chǎn)資源的附加值，提高氧化鋁的品質(zhì)降低了廢棄物“赤泥”的污染，因此非常符合當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)以最小的自然資源代價獲取最大利用價值的原則。鎵在其它金屬礦床中的含量極低，經(jīng)過一定富集后也只能達(dá)到幾百克/噸，因而鎵的提取非常困難，另一方面，由于伴生關(guān)系，鎵的產(chǎn)量很難由于鎵價格上漲而被大幅拉動，因此，原生鎵的年產(chǎn)量極少，全球年產(chǎn)量不足300噸，是原生銦產(chǎn)量的一半，如果這種狀況不能得到改善，未來20-30年這些金屬鎵將會出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。

由于液態(tài)鎵的密度高于固體密度，凝固時體積膨脹，而且熔點(diǎn)很低，儲存時會不斷地熔化凝固。所以使用玻璃儲存會撐破瓶子和浸潤玻璃造成浪費(fèi)，鎵適合使用塑料瓶（不能盛滿） 儲存。

2014年9月23日，美國北卡羅來納州一個科研團(tuán)隊日前研發(fā)出一種可進(jìn)行自我修復(fù)的變形液態(tài)金屬，距離打造“終結(jié)者”變形機(jī)器人的目標(biāo)更進(jìn)一步。

科學(xué)家們使用鎵和銦合金合成液態(tài)金屬，形成一種固溶合金，在室溫下就可以成為液態(tài)，表面張力為每米500毫牛頓。這意味著，在不受外力情況下，當(dāng)這種合金被放在平坦桌面上時會保持一個幾乎完美的圓球不變。當(dāng)通過少量電流刺激后，球體表面張力會降低，金屬會在桌面上伸展。這一過程是可逆的：如果電荷從正轉(zhuǎn)負(fù)，液態(tài)金屬就會重新成為球狀。更改電壓大小還可以調(diào)整金屬表面張力和金屬塊粘度，從而令其變?yōu)椴煌Y(jié)構(gòu)。

北卡羅來納州立大學(xué)副教授邁克爾·迪基（Michael Dickey）說：“只需要不到一伏特的電壓就可改變金屬表面張力，這種改變是相當(dāng)了不起的。我們可以利用這種技術(shù)控制液態(tài)金屬的活動，從而改變天線形狀、連接或斷開電路等?！?

此外，這項研究還可以用于幫助修復(fù)人類切斷的神經(jīng)，以避免長期殘疾。研究人員宣稱，該突破有助于建造更好的電路、自我修復(fù)式結(jié)構(gòu)，甚至有一天可用來制造《終結(jié)者》中的T-1000機(jī)器人。2100433B