稀散金屬通常是指由镓(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)7個元素組成的一組化學元素。但也有人將銣、鉿、鈧、釩和鎘等包括在內。這7個元素從1782年發現碲以來,直到1925年發現錸才被全部發現。
這一組元素之所以被稱為稀散金屬,一是因為它們之間的物理及化學性質等相似,劃為一組;二是由於它們常以類質同象形式存在於有關的礦物當中,難以形成獨立的具有單獨開采價值的稀散金屬礦床;三是它們在地殼中平均含量較低,以稀少分散狀態伴生在其他礦物之中,隻能隨開采主金屬礦床時在選冶中加以綜合回收、綜合利用。
下麵我們介紹稀散金屬中的4個:镓、銦、鍺、鉈。
镓
镓是一種有白色光澤的軟金屬,熔點出奇地低,隻有29.78℃。取一小粒镓放在手心裏,過不多久就熔化成小液珠滾來滾去,像水銀珠一樣。
人們認識镓這個元素已經有100多年的曆史了。它是在1875年被法國化學家布瓦菩德朗發現的。镓在地殼中的量約為0.0004%,與錫差不多,不算太少。然而,錫礦比較集中,镓在自然界的分布卻非常分散,幾乎沒有單獨存在的镓礦。镓有時和鋁混合在一起,存在於鋁土礦裏。這是因為镓和鋁在元素周期表裏都屬於第三主族,而镓離子和鋁離子大小也差不多,所以它們就容易在一種礦石裏共存。又因為镓原子和鋅原子大小也接近,所以镓和鋅也容易同處於散鋅礦中。镓還容易和鍺共存於煤中。所以煤燃燒後剩下的煙道灰裏就含有微量的镓和鍺。
镓的化學性質和鋁很相似,也和同一族的金屬銦、鉈很相似。在平常的溫度下,镓在幹燥的空氣中不起變化。隻有加熱到紅熱狀態時,才能被空氣氧化。镓對水也非常穩定。在室溫下,金屬镓就能和氯或溴強烈作用。硫酸,特別是鹽酸容易溶解镓。強酸溶液或氫氧化銨溶液也容易溶解镓。镓的氫氧化物也能溶解於強堿溶液之中,生成镓酸鹽。氫氧化镓的酸性比氫氧化鋁還要強些。在化學上,這叫作具有“兩性”性質。就是說,這種物質既具有堿性,也具有酸性。
镓的熔點很低。它熔化後不容易凝固。當镓處於液體狀態的時候,受熱後體積均勻地膨脹。镓的沸點高達2070℃。從熔點29.78℃到沸點2070℃溫度範圍很寬,這樣,镓就可以作高溫溫度計的材料。平常的水銀溫度計對測量煉鋼爐、原子能反應堆的高溫無能為力,因為水銀在356.9℃化作蒸氣。人們還利用镓熔點低的特性,把镓跟鋅、錫、鋼這些金屬摻在一起,製成低熔點合金,把它用到自動救火龍頭的開關上。一旦發生火災,溫度升高,這種易熔合金做的開關保險熔化,水便從龍頭自動噴出滅火。
液體镓也用來代替水銀,用於各種高真空泵,或者紫外線燈泡。在原子反應堆裏,還用镓來作熱傳導介質,把反應堆中的熱量傳導出來。镓能緊密地粘在玻璃上,因此,可以製成反光鏡,用在一些特殊的光學儀器上。
镓還有一些奇妙的特性。大多數金屬是熱脹冷縮的。然而镓卻是冷脹熱縮。當镓從液體凝結成同體時,體積要膨脹3%。所以,镓跟大多數的金屬相反,液體的密度反而比固體的大。因此,金屬镓應當存放在塑料的或橡膠製的容器裏。如果裝在玻璃瓶子裏,一旦液態的镓凝固時,體積膨脹,會把瓶子撐破。
镓屬於元素周期表的第三主族,它和第五主族元素——砷、銻、磷、氮化合後,形成一係列具有半導體性能的化合物。例如砷化镓、銻化镓、磷化镓等,都具有良好的半導體性能,是目前實際應用較多的半導體材料。原先以真空電子管為核心的電子設備大多笨重。自從以镓等金屬為原料的半導體出現以後,使許許多多的電子設備體積大為縮小,從而實現了小型化、微型化,甚至還可以製成集成板塊電路。在整個電子工業技術領域引起了一場深刻的革命。砷和镓的化合物——砷化镓,是近年來新發展起來的一種性能優良的半導體材料。用砷化镓可以製成砷化镓激光器。這是一種功效高、體積小的新型激光器。镓和磷的化合物——磷化镓是一種半導體發光材料。它能夠發射出紅光或綠光。人們把它做成各種阿拉伯數字形狀。在有的電子計算機裏,就利用它來顯示計算結果。
金屬镓還有一個奇異的特性,就是它在低溫時,有良好的“超導性”。現在人們正在千方百計地努力尋找在較高溫度下,甚至在室溫下還保持超導性能的新材料。1個镓原子和3個釩原子化合所形成的化合物(俗稱“釩三镓”),是超導材料。
應當注意的是,镓及其化合物有毒。毒性遠遠超過汞和砷!醫學家們發現,镓可以損傷腎,破壞骨髓。镓沉積在軟組織中,會造成神經、肌肉中毒。它可能與引起腫瘤、抑製正常生長有關。