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鎵、銦、鉈

铜臭 / 2022-08-01

本分族元素原子的最外县那电子仅有一个，容易移去，故各元素的第一电子的电离电位比在周期系内左右邻近的元素都低。因此，这三个元素和破金局元案相同，它們的比較容易抓发的化合物放在本生火焰内会发出特性颜色的光，事实上，这三种元素都是通过各个的光譜而发现的。鉈的外文原意是树芽，表示它的称色的特性光譜线。銦的外文原意是靛藍，表示它的藍色的特性光譜线，鎵是門捷列夫所預言的元素第一个被证实的，也是用光譜分析方法发現的;它的特性光譜线是紫色。

一、鎵分族元素的存在、制备和性质

鎵、銦、鉈分散很广，但为量极微。鎵是鋅、铁、鋁、鉻等矿的一个共生的粗分，但含量皆不超过0.01%。在生铁和金属鋁內，鎵是很普通的杂质，为炼鋁工业的副产品。銦一般存在于閃鋅矿內,也常含于锦和錫的矿内。它的主要来源是鋅，它在鋅内的含量可达0.1%。鉈常与碱金属在一起，有时也存在于铁、鋅、鋁和碲的矿内，它常从使用含鉈的黄铁矿的硫酸工厂的烟道灰提取。

鎵分族元素用电极沉积法或用碳或氨为还原剂加热使它們的化合物还原面制得。制备的困难不在于最后的还原作用，面在于事先从贫矿将它們的化合物提浪。

鎵是軟而有延展性的金局，有白色光泽，在29.78°C熔化，很容易过冷面不凝固(过冷现象)。和水一样，鎵在凝固时体积膨服。在常温时，在空气内稳定:在赤热时，表面即为空气所氧化。虽在低温，鎵与氯及溴仍有强烈的作用，加热始与碘化合。

銦为銀白色金属，性軟，可用刀切，这元素在干燥空气丙不失光泽;加热，即为氧化物的薄膜所复盖;只在加热到它的熔点以上才开始迅速氧化。在氯内强烈的燃燒，也直接与共他卤素和硫化合。

鉈的銀白色而有光澤的表面与空气接触即失光澤，稀硝酸是溶解这元素的最好溶剂。它在硫酸内較难溶，在盐酸内更难溶，因为所生成的产物是不可溶的。在常温时鉈与卤素反应;加热，与硫、硒、碲化合，并与砷及銻形成合金。磷仅与之发生表面作用。

鎵分族的高糖度金厨及其合金皆可作新型半导体材料。金属鎵可用作石英玻璃温度叶内的液体，以测高温。銦及其鎘鉍合金完全用于原子工业，作测定及吸收申子之用。銦的化合物可作元素光普测定的内标准和作媒染剂等。金屬鉈可用作螢光粉冶化剂;它的化合物用于制造硒整流片、光电池、催化剂等。

二、三价鎵、銦、鉈的化合物

正三价是全族元素的特性价，不过这种价的化合物的稳定性随着原子量的增高而降低，硼与鋁只有三价的稳定化合物。鎵和铟除三价的化合物外，还有一价的和二价的化合物。一价鉈的化合物則比三价稳定。

1.卤化物

镓与銦的四种三卤化物皆經制得,鉈的三卤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，这是由于鉈⁽ᴵᴵᴵ⁾容易轉变为鉈⁽ᴵ⁾而溴离子和碘离子皆为还原剂。表15-8列出碍族元素的三卤化物的熔点沸点和一部分在液态时的电导性。

表15-8 镓分组三卤化物的性质
	性质	MF₃	MCl₃	MBr₃	MI₃
BX₃	熔点，°C 沸点，°C	-128 -101	-107 12.5	-46 90.8	43 210
AIX₃	熔点，°C 沸点，°C	1290 1291（升华）	192.6 （1700毫米） 180（升华）	97.5 255	179.5 381
GaX₃	熔点，°C 沸点，°C 当量电导姆×10⁶	950（升华） — —	77.9 201.3 0.1	121.5 279 5	212 346 0.02
InX₃	熔点，°C 沸点，°C 当量电导姆×10⁶	1170 1200 —	586 升华 14.7	436 升华 6.4	210 — 2.3
TlX₃	熔点，°C 沸点，°C	550 —	25（？）升华	不存在	不存在

由表内数据可见，三氟化物除硼而外皆为离子型化合物，其分的三卤化物主要为共价型。与铝相同，鎵和姻的三氯化物、三澳化物和三碘化物，在气态时都是二聚体，故有下式所表示的结构：

无水三氟化物皆难溶于水，其余三卤化物皆易溶，三卤化物在水溶液内虽然水解作用很强，但皆电离。

无水三卤化物的最好的制法是在高温时使元素彼此直接化合，然后用升华发提纯;也可使氧化物与氨卤酸反应制得三卤化物的水溶液。除鉈而外，氩卤酸与金属作用也产生三卤化物的水溶液。蒸发溶液使之濃縮則得三卤化物的水合品体或碱式盐。

2.氧化物和氫氧化物

本分族各元素的氧化物皆可与氧化鋁相比拟。氧化鎵⁽ᴵᴵᴵ⁾有两种变体，一种在600C以下稳定，称为a- Ga₂O₃,为菱形品体，结构与刚玉c-Al₂O₃相同。另一种在高温时稳定，名β- Ga₂O₃,为单斜或正交晶体，不溶于酸。銦⁽ᴵᴵᴵ⁾与鉈⁽ᴵᴵᴵ⁾的氧化物皆无变体;加热于硝酸盐即可制得这类氧化物。

氢氧化鎵Ga(OH)₃有明确的两性，但碱性較Al(OH)₃为弱,酸性则較强。它溶于碱，形成鎵酸盐，如K[Ga₂O₃]，与鋁酸盐M⁽ᴵ⁾[AI₂O₃]相当。銦有同样的性质，生成銦酸盐M⁽ᴵ⁾[InO₂],但鉈则不如此。氫氧化鉈TI(OH)₃无两性，它是种弱碱，而不是酸。因此，加碱于鎵⁽ᴵᴵᴵ⁾盐或銦⁽ᴵᴵᴵ⁾盐的溶液所生成的氩氧化物的沉淀，当加入过量的碱时，即行溶解;但鉈但盐不如此，加碱所产生的氩氧化鉈⁽ᴵᴵᴵ⁾无酸性，故不溶于过量的碱。

从上述可見，本族元素在三价的氨氧化物里中心原子的电荷相同，但由于离子的大小不同，电离特性就表現不同，离子小的氢氧化物离解为酸，大的离解为碱，中間的为两性。

3.硫化物

本分族各元素皆有三价氧化物，但三价的硫化物只有鎵和銦的稳定，鉈的不存在，原因与鉈的三碘化物和三溴化物不存在相同。硫化鎵Ga₂S₃为黄色固体，熔点1225℃,可由元素直接化合而制得。它的化学性质与硫化鋁同,容易为水所分解而放出H₂S。与此相反，硫化銦In₂S₃很稳定，且不溶于水。通硫化氩于銦⁽ᴵᴵᴵ⁾盐溶液内则得黄色硫化銦的沉淀。在稀酸液内加热即轉变为红色结晶变体，熔点1050℃。硫化錮溶于硫化銨或碱金属溶液内,形成硫銦酸盐,如NH₄[InS₂]。

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