Соединения галлия
Соединения галлия — это соединения, содержащие элемент галлий . Эти соединения встречаются преимущественно в степени окисления +3 . Степень окисления +1 также встречается в некоторых соединениях, хотя она менее распространена, чем у более тяжелых родственников галлия, индия и таллия . Например, очень стабильный GaCl 2 содержит как галлий(I), так и галлий(III) и может быть сформулирован как Ga я Здесь III Cl 4 ; напротив, монохлорид нестабилен при температуре выше 0 ° C, диспропорционируя на элементарный галлий и хлорид галлия (III). Соединения, содержащие связи Ga–Ga, являются истинными соединениями галлия (II), такими как GaS (который можно сформулировать как Ga 2 4+ (С 2− ) 2 ) и диоксановый комплекс Ga 2 Cl 4 (C 4 H 8 O 2 ) 2 . [1] Существуют также соединения галлия с отрицательными степенями окисления от -5 до -1, причем большинство из этих соединений представляют собой галлиды магния (Mg x Ga y ).
Водная химия
[ редактировать ]
Сильные кислоты растворяют галлий, образуя соли галлия (III), такие как Ga (NO
3 )
3 (нитрат галлия). Водные растворы солей галлия(III) содержат гидратированный ион галлия [Ga(H
2О )
6 ] 3+
. [2] : 1033 Гидроксид галлия(III) , Ga(OH)
3 , можно осадить из растворов галлия(III) добавлением аммиака . Дегидратация Ga(OH)
3 при 100 °C образуется гидроксид оксида галлия GaO(OH). [3] : 140–141
Растворы щелочных гидроксидов растворяют галлий, образуя галлатные соли (не путать с одноименными солями галловой кислоты ), содержащие Ga(OH) −
4 анион. [4] [2] : 1033 [5] Гидроксид галлия, который является амфотерным , также растворяется в щелочи с образованием галлатных солей. [3] : 141 Хотя более ранние работы предполагали, что Ga(OH) 3−
6 как еще один возможный галлат-анион, [6] в более поздних работах он не был обнаружен. [5]
Оксиды и халькогениды
[ редактировать ]
Галлий реагирует с халькогенами только при относительно высоких температурах. При комнатной температуре металлический галлий не вступает в реакцию с воздухом и водой, поскольку образует пассивный защитный оксидный слой. Однако при более высоких температурах он реагирует с кислородом воздуха с образованием оксида галлия (III) Ga .
22О
3 . [4] Снижение Ga
22О
3 с элементарным галлием в вакууме при температуре от 500 ° C до 700 ° C дает темно-коричневый оксид галлия (I) Ga .
2О . [3] : 285 Здесь
2 O – очень сильный восстановитель , способный восстанавливать H
2 ТАК
от 4 до Н
2 С. [3] : 207 При 800 ° C он диспропорционируется обратно на галлий и галлий.
22О
3 . [7]
Сульфид галлия(III) , Ga
2 С
3 , имеет 3 возможные модификации кристалла. [7] : 104 Его можно получить реакцией галлия с сероводородом ( H
2 S ) при 950 °С. [3] : 162 Альтернативно, Ga(OH)
3 можно использовать при температуре 747 °C: [8]
- 2 Га(ОН)
3 + 3 ч
2 S → Ga
2 С
3 + 6 ч
22О
Реакция смеси карбонатов щелочных металлов и Ga
22О
3 с Н
2 S приводит к образованию тиогаллатов, содержащих [Ga
2 С
4 ] 2−
анион. Сильные кислоты разлагают эти соли, выделяя H
2 S в процессе. [7] : 104–105 Ртутная соль HgGa
2 С
4 , может использоваться в качестве люминофора . [9]
Галлий также образует сульфиды в более низких степенях окисления, такие как сульфид галлия (II) и зеленый сульфид галлия (I) , последний из которых получается из первого путем нагревания до 1000 ° C в токе азота. [7] : 94
Другие бинарные халькогениды Ga
2 Се
3 и Га
2 Чай
3 , имеют структуру цинковой обманки . Все они являются полупроводниками, но легко гидролизуются и имеют ограниченное применение. [7] : 104
Нитриды и пниктиды
[ редактировать ]
Галлий реагирует с аммиаком при 1050°C с образованием нитрида галлия GaN. Галлий также образует бинарные соединения с фосфором , мышьяком и сурьмой : фосфид галлия (GaP), арсенид галлия (GaAs) и антимонид галлия (GaSb). Эти соединения имеют ту же структуру, что и ZnS , и обладают важными полупроводниковыми свойствами. [2] : 1034 GaP, GaAs и GaSb могут быть синтезированы прямой реакцией галлия с элементарным фосфором, мышьяком или сурьмой. [7] : 99 Они обладают более высокой электропроводностью, чем GaN. [7] : 101 GaP также можно синтезировать путем реакции Ga
2 O с фосфором при низких температурах. [10]
Галлий образует тройные нитриды ; например: [7] : 99
- Что
3 Ga + N
2 → Это
33ГаН
2
Возможны аналогичные соединения с фосфором и мышьяком: Li
3 ГП
2 и Ли
3 ГаАс
2 . Эти соединения легко гидролизуются разбавленными кислотами и водой. [7] : 101
Галогениды
[ редактировать ]Оксид галлия (III) реагирует с фторирующими агентами, такими как HF или F.
2 с образованием фторида галлия(III) , GaF
3 . Это ионное соединение, сильно нерастворимое в воде. Однако он растворяется в плавиковой кислоте , в которой образует аддукт с водой GaF.
3 ·3H
2 О. Попытка дегидратировать этот аддукт приводит к образованию GaF.
2 ОН н Н
2 О. Аддукт реагирует с аммиаком с образованием GaF.
3 ·3NH
3 , который затем можно нагреть до образования безводного GaF
3 . [3] : 128–129
Трихлорид галлия образуется в результате реакции металлического галлия с газообразным хлором . [4] В отличие от трифторида, хлорид галлия (III) существует в виде димерных молекул Ga
2 кл.
6 , с температурой плавления 78°С. Эквивалентные соединения образуются с бромом и йодом, Ga
2 комн.
6 и Га
22я
6 . [3] : 133
Как и другие тригалогениды группы 13, галогениды галлия (III) представляют собой кислоты Льюиса , реагирующие как акцепторы галогенидов с галогенидами щелочных металлов с образованием солей, содержащих GaX. −
4 аниона, где X – галоген. Они также реагируют с алкилгалогенидами с образованием карбокатионов и GaX. −
4 . [3] : 136–137
При нагревании до высокой температуры галогениды галлия (III) реагируют с элементарным галлием с образованием соответствующих галогенидов галлия (I). Например, GaCl
3 реагирует с Ga с образованием GaCl :
- 2 Гал + Галлий
3 ⇌ 3 GaCl (г)
При более низких температурах равновесие смещается влево, и GaCl снова диспропорционируется с образованием элементарного галлия и GaCl.
3 . GaCl также можно получить путем реакции Ga с HCl при 950 ° C; продукт может конденсироваться в виде красного твердого вещества. [2] : 1036
Соединения галлия(I) можно стабилизировать путем образования аддуктов с кислотами Льюиса. Например:
- GaCl + AlCl
3 → Перейти +
[AlCl
4 ] −
Так называемые «галогениды галлия (II)», GaX.
2 , на самом деле являются аддуктами галогенидов галлия(I) с соответствующими галогенидами галлия(III), имеющими структуру Ga +
[GaX
4 ] −
. Например: [4] [2] : 1036 [11]
- GaCl + GaCl
3 → Перейти +
[GaCl
4 ] −
Гидриды
[ редактировать ]Как и алюминий , галлий также образует гидрид GaH .
3 , известный как галлан , который может быть получен реакцией галланата лития ( LiGaH
4 ) с хлоридом галлия(III) при −30 °С: [2] : 1031
- 3 ЛиГаХ
4 + ГаСл
3 → 3 LiCl + 4 GaH
3
В присутствии диметилового эфира в качестве растворителя GaH
3 полимеризуется до (GaH
3 )
н . Если растворитель не используется, димер Ga
22Ч
6 ( дигаллан ) образуется в виде газа. Его структура аналогична диборану : два атома водорода соединяют два центра галлия. [2] : 1031 в отличие от α- AlH
3, в котором алюминий имеет координационное число 6. [2] : 1008
Галлан нестабилен при температуре выше -10 ° C, разлагается на элементарный галлий и водород . [12]
Галлийорганические соединения
[ редактировать ]Галлийорганические соединения обладают аналогичной реакционной способностью с индийорганическими соединениями, менее реакционноспособны, чем алюминийорганические соединения, но более реакционноспособны, чем таллийорганические соединения. [13] Алкилгаллии мономерны. Кислотность Льюиса снижается в ряду Al > Ga > In, в результате чего галлийорганические соединения не образуют мостиковые димеры, как это делают алюминийорганические соединения. Галлийорганические соединения также менее реакционноспособны, чем алюминийорганические соединения. Они образуют стабильные пероксиды. [14] Эти алкилгаллии при комнатной температуре представляют собой жидкости, имеющие низкую температуру плавления, достаточно подвижные и легковоспламеняющиеся. Трифенилгаллий в растворе мономерен, но его кристаллы образуют цепочечные структуры за счет слабых межмолекулярных взаимодействий Ga···C. [13]
Трихлорид галлия является распространенным исходным реагентом для образования галлийорганических соединений, например, в карбогаллирования . реакциях [15] Трихлорид галлия реагирует с циклопентадиенидом лития в диэтиловом эфире с образованием тригонального плоского циклопентадиенильного комплекса галлия GaCp 3 . Галлий (I) образует комплексы с ареновыми лигандами, такими как гексаметилбензол . Поскольку этот лиганд довольно объемный, структура [Ga(η 6 -C 6 Me 6 )] + это полусэндвич . Менее объемистые лиганды, такие как мезитилен, позволяют присоединить два лиганда к центральному атому галлия в изогнутой сэндвич-структуре. Бензол еще менее громоздкий и допускает образование димеров: примером является [Ga(η 6 -C 6 H 6 ) 2 ] [GaCl 4 ]·3C 6 H 6 . [13]
См. также
[ редактировать ]- Галлийорганическая химия
- Категория:Соединения галлия
- Алюминиевые соединения
- Соединения индия
- Соединения германия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гринвуд и Эрншоу, с. 240
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Виберг, Эгон; Виберг, Нильс; Холлеман, Арнольд Фредерик (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-352651-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Даунс, Энтони Джон (1993). Химия алюминия, галлия, индия и таллия . Спрингер. ISBN 978-0-7514-0103-5 .
- ^ Jump up to: а б с д Иглсон, Мэри, изд. (1994). Краткая энциклопедия по химии . Вальтер де Грютер. п. 438 . ISBN 978-3-11-011451-5 .
- ^ Jump up to: а б Сипос, Польша; Мегиес, Теннесси; Беркеси, О. (2008). «Структура галлия в сильнощелочных высококонцентрированных растворах галлатов — рамановский и 71
Здесь
-ЯМР-спектроскопическое исследование». J Solution Chem . 37 (10): 1411–1418. doi : 10.1007/s10953-008-9314-y . S2CID 95723025 . - ^ Хэмпсон, Северная Каролина (1971). Гарольд Реджинальд Тирск (ред.). Электрохимия. Том 3: Специализированный периодический отчет . Великобритания: Королевское химическое общество. п. 71. ИСБН 978-0-85186-027-5 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Гринвуд, Нью-Йорк (1962). Гарри Юлиус Эмелеус ; Алан Дж. Шарп (ред.). Успехи неорганической химии и радиохимии . Том. 5. Академическая пресса. стр. 94–95. ISBN 978-0-12-023605-3 .
- ^ Маделунг, Отфрид (2004). Полупроводники: справочник данных (3-е изд.). Биркгаузер. стр. 276–277. ISBN 978-3-540-40488-0 .
- ^ Краусбауэр, Л.; Ниче, Р.; Уайлд, П. (1965). «Ртуть-галлий сульфид, HgGa
2 С
4 , новый люминофор». Physica . 31 (1): 113–121. Бибкод : 1965Phy....31..113K . doi : 10.1016/0031-8914(65)90110-2 . - ^ Мишель Дэвидсон (2006). Неорганическая химия . Лотос Пресс. п. 90. ИСБН 978-81-89093-39-6 .
- ^ Арора, Амит (2005). Учебник неорганической химии . Издательство Дискавери. стр. 389–399. ISBN 978-81-8356-013-9 .
- ^ Даунс, Энтони Дж.; Пулхэм, Колин Р. (1994). Сайкс, А.Г. (ред.). Достижения неорганической химии . Том. 41. Академическая пресса. стр. 198–199. ISBN 978-0-12-023641-1 .
- ^ Jump up to: а б с Гринвуд и Эрншоу, стр. 262–5.
- ^ Уль, В. и Халвагар, MR; и др. (2009). «Восстановление связей Ga-H и Ga-C в непосредственной близости к окисляющим пероксогруппам: противоречивые свойства в одиночных молекулах». Химия: Европейский журнал . 15 (42): 11298–11306. дои : 10.1002/chem.200900746 . ПМИД 19780106 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Амемия, Ре (2005). «GaCl 3 в органическом синтезе». Европейский журнал органической химии . 2005 (24): 5145–5150. дои : 10.1002/ejoc.200500512 .