Мазмұны

8.1 Жалпы мәліметтер

Индийді 1853 жылы неміс химиктері Рейх пен Рихтер мырыш алдамшысынан спектрлік әдіспен ашты және ол спектрдегі сызықтарға тән көк түсімен аталды.
Таллийді 1861 жылы ағылшын физигі Крукс күкірт қышқылы зауыттарының қойырпағынан тапты. Ол спектрдегі ерекше жасыл сызық арқылы анықталды.
Галлийді 1875 жылы француз химигі Лекок де Буабодрап мырыш алдамшысынан спектрлік әдіспен ашты. Бұл элементтің ашылуынан төрт жыл бұрын оның қасиеттерін Д. И. Менделеев үлкен дәлдікпен болжаған.
Галлий, индий және таллий – оңай балқитын металдар. Сонымен бірге олардың қайнау температурасы жоғары. Галлийге сұйықтық күйінің кең аралығы \((30-дан 2230 \, \text{℃}-қа дейін)\) тән. Жылдам салқындатқанда сұйық галлий суық күйде \((-40 \, \text{°C})\) дейін сақталуы мүмкін. Галлийдің сұйық күйден қатты күйге ауысуы көлемнің \(3,2\%\)-ға өсуімен бірге жүреді.
Галлий, индий және таллий салқында механикалық өңдегенде іс жүзінде жалпайтуға келмейді, өйткені олар бөлме температурасына қайта кристалданады. Галлий ауада қалыпты температурада тұрақты, ал сұйық галлий \(260 \, \text{℃}\)-тан жоғары температурада баяу тотығады, себебі оксид пленкасы металды қорғайды.
Галлий күкірт және тұз қышқылында сутегі бөліну арқылы баяу ериді. Салқын азот қышқылының барлық концентрациясында галлий тұрақты, қыздырған кезде баяу еріп \(\text{NO}_2\) бөлінеді. Галлий фтор қышқылында және патша арағында ериді. Натрий гидроксидінің ыстық ерітінділері галлийді баяу ерітіп, \(\text{NaGaO}_2\) түзеді. Хлор мен бром галлиймен салқында, ал йод қыздырғанда әрекеттеседі. Балқытылған галлий \(300 \, \text{°C}\)-тан жоғарыда барлық конструкциялық металдармен әрекеттеседі.
Қатты күйдегі индий ауада тұрақты, сұйық металл балқу температурасынан жоғарыда тотығып \(\text{In}_2\text{O}_3\) түзеді. Тығыз металл суда және сілтілі ерітінділерде тұрақты, бірақ ұнтақ немесе борпылдақ метал еріген оттегінің қатысуымен суда баяу тотығады.
Салқын сұйылтылған минералды қышқылдарда индий баяу ериді және қыздырылған кезде тез ериді, концентрацияланған қышқылдарда металл оңай ериді.
Талий қалыпты температурада ауада таллий оксидінің \((\text{Tl}_2\text{O})\) қара пленкасымен тез жабылады да, әрі қарай тотығуы баяулайды, \(100 \, \text{℃}\)-тан жоғары температурада металл тез тотығып, \(\text{Tl}_2\text{O}\) және \(\text{Tl}_2\text{O}_3\) қоспаларын түзеді.

2.14- кесте. Галлий, индий және таллий қасиеттері
Қасиеттері Галлий Индий Таллий
Атомдық нөмірі 31 49 81
Атомдық салмағы 69,72 114,82 204,89
Тордың тұрі мен параметрлері Ромбтық бетке бағытталған Тетрагональды бетке бағытталған Гексогональды,
α – таллий
а = 0,45167 а = 0,4583 а = 063450
b = 0,45107 c = 0,4936
нм c = 0,5520 нм*
c = 06776448 нм
Тығыздық, г/см3 5,904 7,362 11,83
Балқу температурасы,℃ 29,88 156,4 303
Қайнау температурасы,℃ 2230 2000-2100 1406
Меншікті электр кедергісі
ρ 20℃* 106, Ом *см 53,4 (0 ℃) 8,2 (0 ℃) 18 (20 ℃)
Асқын өткізгіштік күйіне өту температурасы, К 1,1 3,37 2,38
Жылу нейтрондарын ұстау қимасы
n*1024, см2 2,71 1,90 3,3
Қалыпты электродтық потенциал, В -0,52 -0,34 -0,336
НВ қаттылығы, МПа - 10 30
Серпімділік модулі Е, ГПа - 11,1 -
*α-таллий 230 0С-ға дейін төзімді. Одан жоғары температурада кубтық бетке бағытталған β-модификация тұрақты болады а =0,4841 нм.

Суда таллий оттегінің қатысуымен баяу коррозияға ұшырайды. Металл азот қышқылында тез, күкірт қышқылында баяу ериді. Тұз қышқылында таллий хлоридінің қорғаныш қабығының пайда болуына байланысты аз ериді.
Сілтілік ерітінділерде таллий ерімейді. Хлормен, броммен және йодпен металл бөлме температурасында әрекеттеседі.

Химиялық қосылыстардың қасиеттері
Галлий, индий және таллий элементтердің периодтық жүйесінің III тобына жатады. Галлий мен индийдің ең төзімді қосылыстары ең жоғары тотығу дәрежесіне сәйкестері. Сонымен қатар, 2 және 3 дәрежелеріне сәйкес келетін қосылыстары белгілі. Галлий мен индийден айырмашылығы, таллийге \(+1\) тотығу дәрежесі бар қосылыстар тән; \(+3\) тотығу дәрежесіне сәйкес келетін қосылыстары аз төзімді.
Галлий мен индийдің оксидтері мен гидроксидтері. Галлий оксиді \(\small \text{Ga}_2\text{O}_3\) – ақ ұнтақ, \(t_{\text{балқу}} = 1740 \, \text{℃}\), индий оксиді – сары, \(t_{\text{балқу}} = 2000 \, \text{℃}\). Екеуі де іс жүзінде суда ерімейді. Төменгі оксидтердің ішінен \(\small \text{Ga}_2\text{O}\) – қара қоңыр, \(650-700 \, \text{℃}\) температурада \(\small \text{InO}\) және \(\small \text{In}_2\text{O}\) оксидтеріне сублимацияланады. Соңғысы \(800 \, \text{℃}\) температурада айтарлықтай бу қысымына ие.
Галлий мен индий тұздарының ерітінділерінен \(pH = 3{,}4 - 3{,}7\) кезінде \(\small \text{Ga(OH)}_3\) және \(\small \text{In(OH)}_3\) гидроксидтері тұнбаға түседі. Олар айқын амфотерлік сипатқа ие және қышқылдар мен сілтілерде \(\small \text{Al(OH)}_3\) сияқты ериді. Галлий гидроксидінің қышқылдық қасиеттері алюминий гидроксидіне қарағанда біршама күшті. Сонымен, \(\small \text{Ga(OH)}_3\) күшті сілтілерде ғана емес, сонымен қатар салқын аммиак ерітінділерінде де ериді (қайнаған кезде гидроксид қайтадан тұндырылады). Индий гидроксидінің қышқылдық қасиеттері біршама айқын емес: аммиак суында \(\small \text{In(OH)}_3\) ерімейді, салқын натрий гидроксиді ерітінділерінде ериді, бірақ ерітіндіні қыздырғанда натрий индаты ыдырап, индий гидроксиді бөлінеді.
Галлий мен индий оңай ұшатын хлоридтер түзеді: \(\small \text{GaCl}_3\) \((t_{\text{қайнау}} = 200 \, \text{℃})\) және \(\small \text{InCl}\) \(498 \, \text{℃}\) температурада сублимацияланады.
Галлий мен индийдің технологияда қолданылатын аз еритін қосылыстар мыналар: галлий ферроцианиді \(\small \text{Ga}_4[\text{Fe(CN)}_6]\) – сұйылтылған күкірт қышқылында аз еритін ақ зат; индий сульфиді \(\small \text{In}_2\text{S}_3\) – сары түсті, аздап қышқыл ерітінділерден тұнбаға түседі; арсенат және индий фосфаты \(\small \text{InAsO}_4\) және \(\small \text{InPO}_4\) аздап қышқыл ерітінділерден бөлінеді.
Таллий \((+1)\) тотығу дәрежесі бар қосылыстар бірқатар қасиеттері бойынша сілтілі металдар мен күмістің қосылыстарына ұқсас.
Сілтілік металдарға ұқсастығы моновалентті таллийдің күшті негіздік қасиеттері бар, жақсы еритін гидроксидінің \(\small \text{TlOH}\) түзілуінен; еритін сульфат, карбонат, ферроцианид және квасцтар типті қос сульфаттардың түзілуінен көрінеді.
Күміске ұқсастығы, таллийдің аз еритін галогенидтердің түзілуінен байқалады (ерігіштік \(\small \text{TlCl} - \text{TlBr} - \text{TlI}\) қатарында азаяды); аз еритін хроматтары \(\small \text{Tl}_2\text{CrO}_4\), \(\small \text{Tl}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\) мен \(\small \text{Tl}_2\text{S}\) сульфидінің түзілуі. Алайда, күміс иондарынан айырмашылығы, \(\small \text{Tl}^+\) ионы аммиакпен комплекстер түзбейді. \(\small \text{Tl}^+\) иондарын \(\small \text{Tl}^{3+}\)-ке дейін тотықтыру үшін сулы ерітінділеріне хлор немесе калий перманганаты сияқты күшті тотықтырғыштар қосылады.
\(\small \text{Tl(OH)}_3\) гидроксиді ерітінділерінен \(pH = 3 - 4\) тұнбаға түседі. Таллиймен жұмыс істеу кезінде оның қосылыстарының уыттылығын ескеру қажет.

Галлий мен индийді қолдану салалары
Галлий мен индийдің қолданылу салалары ұқсас. Төменде олардың маңыздылары ғана келтірілген.
Жоғары тазалықтағы галлий мен индий AIIIBV типті жартылай өткізгіш қосылыстар — антимонидтер, арсенидтер және фосфидтер (\(\small \text{GaSb}\), \(\small \text{GaAs}\), \(\small \text{GaP}\) және осыларға ұқсас индий қосылыстары) өндіру үшін қолданылады. Бұл қосылыстар жартылай өткізгіштік қасиеттерін жоғары температурада сақтайды. Олар аспап жасауда (Холл датчиктері), күн батареяларына арналған фотоэлементтерде, жартылай өткізгіш тетродтарда, инфрақызыл қабылдағыштарда, лазерлерде қолданылады.
Сонымен қатар, галлий мен индий акцепторлық қоспа ретінде германийді легирлеу үшін қолданылады, оған тесікті өткізгіш қасиетін береді.
Қорытпалар. Таллий мен индий бірнеше металдармен (\(\small \text{Bi}\), \(\small \text{Pb}\), \(\small \text{Sn}\), \(\small \text{Cd}\), \(\small \text{Zn}\), \(\small \text{In}\), \(\small \text{Tl}\)) оңай балқитын қорытпалар түзеді, олар термостаттарда, шашыратқыш құрылғыларда (өртке қарсы дабыл құрылғылары), сондай-ақ түзеткіштерде, ток ажыратқыштарда, гидравликалық қақпаларда сынапты ауыстыру үшін қолданылады.
Төмен температуралы дәнекерлеу үшін галлий дәнекерлері маңызды болады.
Никель-галлий (60-65% Ni, 35-40% Ga), мыс - галлий (62-65% Si, 35-38% Ga) немесе алюминий-галлий (5-65% Al, 95-35% Ga) дәнекерлеуді қолдана отырып, 150-200 ℃ температурада жасалған дәнекерленген тігістер "∂" ≥30-50 МПа, 350-900 ℃ температурада жұмыс істейді, термоциклді, дірілді және соққы жүктемелеріне төтеп бере алады.
In-Sn-CD-Bi және in-Pb-Sn қорытпалары металл, шыны, кварц және керамика қосылыстары үшін дәнекер ретінде қолданылады. Вакуумдық техникада 09рамында қалайы бар индий қорытпасы (50% In және 50% Sn) әйнекті әйнекке немесе металға қосуға қызмет етеді. Олар қосылыстардың вакуумдық тығыздығын қамтамасыз етеді.
Индийдің жылу нейтрондарын қабылдау деңгейі жоғары. Осыған байланысты ядролық технологияда келесідей құрамды қорытпалардан тұратын реттеуші өзектер қолданылады: 19% In, 71% Ag, 10% Cd және 54-62% In, 8-18% Cd, қалғаны — висмут.
Жабындар. Индий жабындары қуатты ішкі жану қозғалтқыштарындағы (мысалы, авиация немесе автотехника) мойынтіректерді ыстық майдың коррозиясынан қорғауға арналған. 2,35% және 0,25% Si қосылған кадмий негізіндегі мойынтіректер электролиттік жолмен индиймен қапталады. Содан кейін қабыршақтанбайтын жабынды алу үшін диффузиялық күйдіру жасалады.
Индий жабындары жоғары шағылыстыру қабілетіне ие және дақ түсірмейді. Олар рефлекторлар жасау үшін қолданылады.
Терезе әйнектерін жылу қорғайтын қасиеттерін қалыптастыратын индий оксидінің пленкасымен жабу индийдің перспективалық қолдану саласы болып табылады.
Шамамен бағалау бойынша 1985 жылы капиталистік елдерде галлий өндірісі жылына 46-49т, ал индий жылына 60-70 т деңгейінде болды.

Таллийді қолдану салалары
Таллий және оның қосылыстары техниканың әртүрлі салаларында қолданылады: жартылай өткізгіш электроника және электротехника, инфрақызыл оптика, аспап жасау, кейбір қорытпалар өндірісі, ауыл шаруашылығы және т.б. Ол жыл сайын шет елдерде 12-15 тонна тұтынылады, бұл сульфидті шикізатты өңдеу кезінде оны ілеспе өндірудің әлеуетті мүмкіндіктерінен бірнеше есе аз.
Инфрақызыл оптика. Спектрдің инфрақызыл аймағында жұмыс істейтін оптикалық аспаптардың (перископтар, ИҚ-спектрометрлер, микроскоптар) терезелерін, линзаларын, призмаларын, кюветтерін жасау үшін бромид пен талий йодидінің (\(\small \text{KRS-5}\)) және бромид пен талий хлоридінің (\(\small \text{KRS-6}\)) қатты ерітіндісінің монокристалдары қолданылады. Кристалдар толқын ұзындығының кең диапазонында инфрақызыл сәулелер үшін мөлдір болады.
Жартылай өткізгіш электроника. Жоғары тазалықтағы таллий \(\small \text{TlAsX}_2\) типті (мұндағы — X — күкірт, селен, теллур) шыны тәрізді жартылай өткізгіштердің синтезі үшін қолданылады. Олар суда, сұйылтылған қышқылдар мен сілтілерде ерімейді, жақсы оқшаулау қасиеттеріне ие, транзисторлар мен оқшаулағыш жабындарды жасау үшін қолданылады.
Селен түзеткіштерінің Cd-Sn-Bi қорытпасынан жасалған жоғарғы электродына таллийді енгізу, түзеткіштің кері кернеуін 40В дейін арттырады (кәдімгі түзеткіштерде ол 30В болады).
Аспап жасау. \(\small \beta\)-бөлшектер мен \(\small \gamma\)-сәулелердің сцинтилляциялық есептегіштерінде таллий бромиді немесе йодиді қоспаларымен белсендірілген сілтілі металл галогенидтерінің кристалдары түрінде люминесцентті заттар қолданылады.
\(\small \text{Tl}^{240}\) радиоактивті изотопы (жартылай ыдырау кезеңі 2,7 жыл) материалдардың сапасын бақылау, бұйымдар мен жабындардың қалыңдығын өлшеу үшін дефектоскоптарда \(\small \beta\)-сәулелену көзі ретінде қолданылады.
Қорытпалар. Таллий қорғасын негізіндегі кейбір мойынтіректер қорытпаларының бөлігі болып табылады (мысалы, 72% Pb, 15% Sb, 5% Sn, 8% Tl қорытпасы). Қорғасын қорытпаларын таллиймен легирлеу олардың коррозияға төзімділігін арттырады. Сонымен 70% Pb, 20% Sn, 10% Tl тіректерінің қорытпасы тұз және азот қышқылдарында тұрақты болады. Оны металдардың электролиттік бөлінуінде ерімейтін анод ретінде қолдануға болады.
Тұтынудың басқа салалары. Қатты денелерді тығыздығы бойынша, атап айтқанда минералдарды бөлу үшін ауыр сұйықтықтар — малонат пен таллий форматының сулы ерітінділері (Клеричи сұйықтығы), сондай-ақ таллийдің жеңіл балқитын тұздары \(\small \text{TlAg(NO}_3\text{)}_2\), \(\small \text{TIHg(NO}_3\text{)}_2\) қолданылады.
Таллий сульфаты ауыл шаруашылығында пестицидтер ретінде, ал таллий карбонаты жоғары сыну қабілеті бар оптикалық шыны өндірісінде қолданылады.