Металл твердый тает в руках. Металл, который плавится в руках… Интересно, не правда ли? Как получают галлий

2. Некоторые люди сравнивали его с потерпевшим крушение космическим кораблем; у некоторых людей оно все еще ассоциируется с местным фольклором ведьм, зловещие звуки сравнивают с заклинаниями легендарных ведьм. Как бы то ни было, в большинстве случаев его рассматривают как харизматическое и заманчивое дополнение к пейзажу графства Ланкашир.

3. Отдаленное местоположение поющего дерева-органа, конечно, является частью его очарования. Дизайн выполнен в виде дерева, оно имеет изогнутую и закрученную форму, его форма определена ветром, очевидно, что оно сделано руками человека. Искусство и природа объединяются и торжествуют, когда на 3-метровой высоте в Аппенинских горах скульптура поет свою одинокую песню.

4. Концепция очень проста – и в этом заключается красота. Поющее дерево-орган - множество оцинкованных стальных труб, оно было создано командой архитекторов Тонкин Лю (Tonkin Liu), состоящей из Анны Лю (Anna Liu) и Майка Тонкина (Mike Tonkin). Эти трубы используют энергию ветра и издают хоровой звук, несходный, но отточенный.

5. Некоторые трубы предназначены только для того, чтобы просто создавать впечатление, другие трубы разрезаны по ширине, когда дует ветер, они издают звук. Трубы настраиваются при помощи отверстий на нижней стороне, каждое отверстие сделано в соответствии с длиной трубы и звуком, который они должны издавать.

6. Название скульптуры произошло от культового и очень страшного немецкого детского телесериала 1960-х гг. В телесериале рассказывалась история высокомерной принцессы, которая сказала своему поклоннику, что она согласится выйти за него замуж, если он найдет одноименное дерево.

7. Достаточно только названия, чтобы вызвать страх у людей, которые были молоды в то время, но там еще есть говорящие медведи, ужасные карлики, страшные леса и еще много всего. Посмотрите на фотографию слева и представьте сказку, выдуманную Вагнером (Wagner), фильм по которой снял Фриц Ланг (Fritz Lang) с уклоном в направлении к «Кабинету доктора Калигари» и немецкому экспрессионизму, и будете близки к истине.

8. В то время, когда большинство телепередач и фильмов в Великобритании были черно-белыми, этот фильм был цветным. Ирония заключается в том, что такое яркое начало было полностью утеряно во времена коммунизма в Восточной Германии.

9. Скульптура получила множество призов, включая международную премию РИБА (Королевский институт британских архитекторов) за особые успехи в архитектуре.

10.

Singing Ringing Tree расположилось чуть ли не на самом ветреном холме Пеннинских гор графства Ланкашир. Чем-то эта скульптура напоминает дерево, которое со временем согнулось под порывами ветра. Однако это не просто скульптура, а подобие органа, озвучивающего налетающие массы незримого воздуха.

Ветер проходит через трубки-ветви мифического “дерева”, на концах которых (не всех) сделаны специальные отверстия. Получающаяся музыка несколько устрашает, но, тем не менее, чем-то напоминает смесь звуков флейты, свиста и гула.

Из-за того что направление ветра всё время меняется и проходит через разные слои трубок – скульптура никогда не “поёт” одинаковые мелодии.

Однако те, кто уже побывал на холмах Ланкашира (северо-запад Великобритании), советуют приезжать посмотреть на Singing Ringing Tree в обычный (не слишком ветреный) день, когда стальной “орган” звучит мягко и переливчато, нисколько не нарушая идиллию окружающей природы и даже будто бы сливаясь с ней.
Необычная музыкальная скульптура – творение Майка Тонкина (Mike Tonkin) и Анны Лю (Anna Liu) из дуэта tonkin liu - расположилась на одном из живописных холмов (Crown Point) близ городка Бернли.

Вообще-то, Singing Ringing Tree – лишь один из четырёх проектов, объединённых под общим названием Panopticons, создание которых спонсировали агентство регионального развития Северо-Запада (Northwest Regional Development Agency) и экономическое товарищество Ланкашира (Lancashire Economic Partnership). Все они устанавливались, чтобы увлечь местных жителей прогулками на природе, а заодно и привлечь в небольшие города туристов, которым было бы интересно своими глазами увидеть необычные арт-объекты. Серия скульптур XXI века была открыта в течение 2006-го и 2007 годов.

Singing Ringing Tree была представлена на суд публики в декабре 2006 года, а своё название она получила от одноимённого немецкого фильма “Поющее звенящее дерево” (“Das singende, klingende Bäumchen”), который транслировался по BBC в 1960-х годах.

Кстати, в слово “panopticon” (паноптикум) британцы вложили несколько иной смысл. Если в русском языке оно означает собрание разнообразных необычных предметов или круглую тюрьму, в которой смотритель располагается в центре. То в английском у него теперь есть ещё одно смысловое значение: сооружение, из (или возле) которого открывается панорамный вид окрестностей. Именно поэтому отбирались самые высокие места Ланкашира.

С холма Crown Point открывается чудесный вид всей восточной части графства и панорамный вид Бернли. Как говорят местные жители, в хорошую погоду можно увидеть даже соседние города.

Всего на создание этого проекта ушло около 60 тысяч фунтов ($118 тысяч) и 350 трубок различных размеров из оцинкованной стали, которые “поют” самые разные мелодии, охватывая несколько октав.

Авторы работы подчёркивают, что уже после установки скульптуры они с помощью инженеров из консалтинговой компании Jane Wernick Associates специально настраивали её звучание так, чтобы оно гармонировало со звуками окружающей природы.

“Это было наше отступление от света и цвета в сторону звука, - говорит Майк, - нам было интересно, и мы многому научились в ходе этого проекта”.

Напоследок заметим, что в 2007 году архитектурное совершенство Singing Ringing Tree было оценено Королевским институтом британской архитектуры (Royal Institute of British Architects - RIBA). И скульптура в числе прочих 13 лауреатов получила национальную премию.

Помните терминатора "Т-1000" из жидкого металла, воевавшего с древней моделью уничтожителя, в роли которого отлично сыграл Арнольд Шварценеггер? А ведь такой "жидкий" металл существует на самом деле, а не только является плодом чьего-то фантастического воображения. Называется этот металл - галлий , и у него есть несколько довольно интересных свойств.

Этот хрупкий металл имеет температуру плавления всего 29,76 С , и если его подержать в теплых руках определенное время, он начнет плавиться. Существование галлия впервые предсказал еще в 1871 году великий русский ученый Дмитрий Менделеев, отец периодической таблицы элементов. В то время никто из "великих ученых умов" и предположить не мог, что такой металл может существовать в природе, а наш русский химик даже точно смог предсказать несколько его главных ключевых свойств, а точнее его низкую плотность и температуру плавления.

Галлий в чистом виде не встречается в природе, однако его соединения в ничтожно малых количествах содержатся в бокситах и цинковых рудах. Галлий – мягкий пластичный металл серебристого цвета. При низких температурах находится в твердом состоянии, но плавится уже при температуре, не намного превышающей комнатную (29,8°C). С момента открытия элемента в 1875 году и до наступления эры полупроводников, галлий в основном использовался для создания легкоплавких сплавов.В настоящее время весь галлий используется в микроэлектронике. Арсенид галлия, основное используемое соединение элемента, применяется в микроволновых схемах и инфракрасных приложениях.

В наше время галлий в основном используется в полупроводниковой промышленности, в производстве самых современных цифровых гаджетов, которыми мы пользуемся каждый день. Кстати галлий можно найти в свободной продаже в интернете (если очень сильно покопаться), для желающих провести свои собственные эксперименты. Только с ним надо быть поаккуратнее, хотя металлический галлий считается нетоксичным металлом, некоторые источники утверждают, что длительное воздействие этого металла на незащищенную кожу может вызвать серьезные кожные заболевания: контакт кожи с галлием приводит к тому, что сверхмалые дисперсные частицы металла остаются на ней. Внешне это выглядит как серое пятно.

Галлий дорог, в 2005 году на мировом рынке тонна галлия стоила 1,2 млн долларов США, и в связи с высокой ценой и в то же время с большой потребностью в этом металле очень важно наладить его полное извлечение при алюминиевом производстве и переработке каменных углей на жидкое топливо. Из-за низкой температуры плавления слитки галлия рекомендуется транспортировать в пакетах из полиэтилена, который плохо смачивается жидким галлием.

На видео можно увидеть, как небольшие кусочки галлия начинают плавиться в руке:

и как галлиевая ложка растворяется в чае:

Интересный эксперимент можно провести не только с плавлением, но так же и с затвердеванием галлия. Во первых, галлий это одно из немногих веществ, которые расширяются при затвердевании (так же как и вода), а во вторых, цвет расплавленного металла довольно сильно отличается от цвета твердого.
Небольшое количество жидкого галлия, наливаем в стеклянный пузырек и сверху помещаем маленький кусочек твердого галлия (затравка для кристаллизации, так как галлий способен переохлаждаться). На видео хорошо видно как начинают расти кристаллы металла (они имеют синеватый оттенок, в отличие от серебристо-белого расплава). Через некоторое время, расширяющийся галлий разрывает пузырек.
Средняя часть видео (рост кристаллов галлия) ускорена в десять раз, чтобы видео было не очень длинным:

Определение
Галлий (лат. Gallium), Ga, химический элемент III группы периодической системы Д. И. Менделеева Дмитрия Ивановича, порядковый номер 31, атомная масса 69,72; серебристо-белый мягкий металл.

Физические свойства
Кристаллический галий имеет несколько полиморфных модификаций, однако термодинамически устойчивой является только одна (I), имеющая орторомбическую (псевдотетрагональную) решётку с параметрами а = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. Другие модификации галлия (β, γ, δ, ε) кристаллизуются из переохлаждённого диспергированного металла и являются нестабильными. При повышенном давлении наблюдались ещё две полиморфные структуры галлия II и III, имеющие, соответственно, кубическую и тетрагональную решётки.

Плотность галлия в твёрдом состоянии при температуре T=20°С равна 5,904 г/см3, жидкий галлий при T=29,8°С имеет плотность 6,095 г/см3, то есть при затвердевании объём галлия увеличивается. Температура плавления галлия немного выше комнатной и равна Tпл.=29,8 °C, кипит галлий при Tкип.=2230°С.


Одной из особенностей галлия является широкий температурный интервал существования жидкого состояния (от 30 и до 2230°С), при этом он имеет низкое давление пара при температурах до 1100÷1200°С. Удельная теплоёмкость твёрдого галлия в температурном интервале T÷24°С равна 376,7 Дж/кг·К (0,09 кал/г·град.), в жидком состоянии при T=29÷100°С - 410 Дж/кг·К (0,098 кал/г·град).

Нахождение в природе
Галлий - типичный рассеянный элемент, иногда его также относят и к редким.
Кларк (числовая оценка среднего содержания в земной коре) галлия в земной коре довольно велик и составляет 1,5·10-3 %(масс.). Таким образом, его содержание больше, чем молибдена, висмута, вольфрама, ртути и некоторых других элементов, обычно не относимых к редким.

Основным источником галлия являются бокситы (гидратированный оксид алюминия). Интересно, что бокситовые руды независимо от их местонахождения и особенностей происхождения характеризуются постоянно-равномерным распределением в них галлия - 0,002-0,006 %. Нефелины из апатито-нефелиновых руд Хибинских гор содержат галлий в значительных количествах (0,01-0,04 .

Основные мировые резервы галлия связывают с месторождениями бокситов, запасы которых настолько велики, что не будут истощены в течение многих десятилетий. Однако большая часть галлия, содержащегося в боксите, остается недоступной вследствие недостатка производственных мощностей, объем которых диктуется экономическими причинами. Реальные запасы галлия трудно поддаются оценке. По мнению специалистов U.S. Geological Surveys мировые ресурсы галлия, связанные с месторождениям бокситов, составляют 1 млн тонн. Значительными запасами галлия обладают Китай, США, Россия, Украина, Казахстан.

Получение
Галлий – рассеянный элемент, являющийся постоянным спутником алюминия и цинка, поэтому его производство всегда привязано к переработке алюминиевых или сульфидных полиметаллических (в особенности цинковых) руд. Обычно извлечение галлия из цинковых концентратов сопряжено со многими трудностями, обусловливающими высокую цена металла, поэтому на протяжении уже нескольких десятилетий основным источником (95 получения галлия являются отходы алюминиевой промышленности, а на долю т.н. комплексной переработки отходов (попутно с извлечением цинка, индия, германия) приходится около 5% производственных мощностей. Кроме того, существуют технологии извлечения галлия из колошниковой пыли и золы от сжигания углей, а также отходов их коксования.

Применение
Широкого промышленного применения галлий пока не имеет.
Потенциально возможные масштабы попутного получения галлий в производстве алюминия до сих пор значительно превосходят спрос на металл.

Наиболее перспективно применение галлия в виде химических соединений типа GaAs, GaP, GaSb, обладающих полупроводниковыми свойствами. Они могут применяться в высокотемпературных выпрямителях и транзисторах, солнечных батареях и др. приборах, где может быть использован фотоэффект в запирающем слое, а также в приёмниках инфракрасного излучения. Галлий можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражательной способностью.
Галлий дорог, в 2005 году на мировом рынке тонна галлия стоила 1,2 млн американских долларов, и в связи с высокой стоимостью и в то же время с большой потребностью в этом металле очень важно наладить его полное извлечение при алюминиевом производстве и переработке каменных углей на жидкое топливо.

Галлий имеет ряд сплавов, жидких при комнатной температуре, и один из его сплавов имеет температуру плавления 3 °C, но с другой стороны галлий (сплавы в меньшей степени) весьма агрессивен к большинству конструкционных материалов (растрескивание и размывание сплавов при высокой температуре), и как теплоноситель он малоэффективен, а зачастую просто неприемлем.

Галлий - превосходный смазочный материал. На основе галлия и никеля, галлия и скандия созданы практически очень важные металлические клеи.

Оксид галлия входит в состав ряда стратегически важных лазерных материалов группы гранатов - ГСГГ, ИАГ, ИСГГ и др.

Галлиевые термометры позволяют в принципе измерить температуру от 30 до 2230° С. Сейчас выпускаются галлиевые термометры для температур до 1200° С.

Элемент № 31 идет на производство легкоплавких сплавов, используемых в сигнальных устройствах. Сплав галлия с индием плавится уже при 16° С. Это самый легкоплавкий из всех известных сплавов.

Галлий - это серебристо-серый металл с синеватым отливом, достаточно хрупкий. В природе в чистом виде он не встречается и является рассеянным элементом. Среднее содержание галлия в земной коре составляет 19 г/т. Галлий содержится в минералах, преимущественно это сфалерит, магнетит, касситерит, гранат, берилл, турмалин, сподумен, флогопит, биотит, мусковит, серицит, лепидолит, хлорит, полевые шпаты, нефелин, гекманит и натролит. Достаточно редкий минерал галлит Cu­GaS₂ используют для выделения чистого галлия. Кроме того, галлий может быть получен в качестве побочного продукта переработки бокситов.

Галлий плавится всего при 29,76 °C, поэтому он тает даже в руке. При температуре, близкой к комнатной, плавятся еще три металла: , и . Но из-за высокой токсичности или реакционной способности их, в отличие от галлия, нельзя брать в руки.

Как был открыт галлий

Существование галлия было предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 на основании сформулированного им . Менделеев дал этому элементу название «экаалюминий» и предсказал у него такие свойства как плотность, температуру плавления. Также Менделеев предсказал:

• характер оксида,
• связь в соединениях с хлором.
• что металл будет медленно растворяться в кислотах и щелочах;
• он не будет реагировать с воздухом;
• оксид экаалюминия M₂O₃ должен реагировать с кислотами с образованием солей MX₃;
• что он должен образовывать основные соли;
• хлорид обладает большей летучестью, чем Zn­Cl₂;
• что этот элемент откроют с помощью спектроскопии.

Менделеев оказался Ностардамусом в химии: когда галлий был получен, все предсказанные ученым свойства подтвердились!

В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран изучал сфалерит с помощью спектроскопии и обнаружил две фиолетовые линии, принадлежащие новому элементу. Год спустя ученый выделил новый элемент с помощью электролиза. Этот элемент Буабодран назвал в честь латинского названия Франции - Gal­lia. Существует легенда, что в это название ученый вкладывал и другой смысл. Лекок созвучно с французским le coq , т.е. «петух» (на латыни gal­lus ). Буабодран как бы ненароком увековечил свое имя в названии нового элемента.

Изучая полученный галлий, Буабодран определил, что плотность отличается от предсказанной Менделеевым. Когда Менделеев узнал об этом, то написал французскому коллеге с рекомендацией . И как оказалось, не напрасно: первые данные Буабодрана действительно были неверными.

Области применения галлия

Бóльшая часть добываемого галлия используется для производства полупроводников. Арсенид (GaAs) и нитрид галлия (GaN) используются в электронных компонентах многих устройств, для создания интегральных схем, высокопроизводительных процессоров, микроволновых усилителей. Арсенид галлия используется в различных электрооптических инфракрасных приборах. Арсенид галлия-алюминия применяется для создания инфракрасных лазерных диодов высокой мощности. На основе нитрида галлия и нитрида индия-галлия производят синие и фиолетовые лазерные диоды. Кстати, лазер на нитриде галлия применяется в приводах Blu-ray дисков.

Фотоэлементы на основе арсенида галлия, фосфида и арсенида индия-галлия установлены на космических спутниках и марсоходах.

Галлий имеет интересную особенность: он сильно понижает температуру плавления сплавов, в которых содержится. При этом температура опускается ниже, чем у каждого компонента сплава по отдельности (эвтектические составы). Так, сплав Галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова) имеет температуру плавления -19 °С и используется в некоторых термометрах вместо ртути.

Галлий применяется и в медицине. В целом металл характеризуется низкой токсичностью и не выполняет естественной биологической функции. Поэтому препараты на основе галлия могут применяться при лечении и диагностике раковых заболеваний (изотопы галлий-67 и -68). Также галлий используется при лечении некоторых бактериальных инфекций: ион Ga³⁺ замещает Fe³⁺ в метаболических путях дыхания бактерий, вызывая их гибель. Препараты на основе галлия могут применяться при лечении малярии.

Еще галлий помогает обнаружить нейтрино-частицы, исходящие от Солнца. Как правило, выявление таких частиц - это весьма сложный и трудоемкий процесс. Галлий в составе регистрационной смеси повышает чувствительность анализа, а соответственно, и помогает зафиксировать нейтрино. Детекторы GALLEX Национальной лаборатории Гран-Сассо содержат 12,2 тонны галлия-71. Они улавливают нейтрино, исходящие от Солнца, и превращают его в радиоактивный изотоп, излучение которого можно зафиксировать. Подобные исследования также проводят в Баксанской нейтринной обсерватории (Кабардино-Балкария), где нейтрино-детекторы содержат 5 тонн жидкого галлия.

По температуре плавления галлия можно проверять термометры! Эта величина - 302,9146 K (29,7646 °C) – признана стандартом Международного бюро мер и весов.

В 2007 году с помощью пучков ионов галлия толщиной 7 нм в Si­mon Fras­er Uni­ver­si­ty напечатали самую маленькую в мире книгу – Tee­ny Ted from Turnip Town. Книга получилась размером 0,07x 0,10 мм.

У галлия есть еще одно забавное применение: ложки из галлия, по виду не отличимые от алюминиевых, используют для фокуса с исчезающей ложкой. В горячем чае или кофе такая ложка попросту расплавится!

Источники:

• Paul Par­sons, Gail Dixon - The Pe­ri­od­ic Ta­ble A vis­ual guide to the el­e­ments (p.78) ;