Пожалуй,
самое известное свойство галлия, это его температура плавления, она
составляет 29.76 °C. Это второй по легкоплавкости металл в периодической
системе (после ртути). Легкоплавкость, а также низкая токсичность
металлического галлия позволили сделать эту фотографию. Кстати, галлий –
один из немногих металлов, расширяющихся при затвердевании расплава
(другие – Bi, Ge). Галлодент, эвтектика галлия с оловом
Металлический галлий малотоксичен, одно время он даже применялся для
изготовления пломб (вместо амальгамных). Это применение основано на
том, что при смешивании порошка меди с расплавленным галлием получается
паста, которая через несколько часов затвердевает (из-за образования
интерметаллического соединения) и потом может выдержать нагрев до 600
градусов без плавления. Галлий очень хрупок (его можно расколоть как
стекло).
Большие кристаллы галлия
Еще одна интересная особенность галлия – способность его расплава к
переохлаждению. Расплавленный галлий можно охладить примерно на 10-30
градусов ниже точки плавления, и он останется жидким, но если бросить в
такой расплав кусочек твердого галлия или сухого льда, из него мгновенно
начнут расти крупные кристаллы. На фотографии – затвердевающий слиток
галлия. На фото хорошо видно, что кристаллизация началась в трех местах,
и одновременно начали расти три больших монокристалла, которые затем
встретились и образовали слиток (это произошло примерно через два часа
после съемки).
Галлиевая ложка Самодельная ложка из галлия. Видео с плавлением этой ложки:
Высокотемпературный галлиевый термометр Кварцевый термометр с галлием Галлий в термометре А вот еще одно применение галлия.
Галлий находится в жидком состоянии в очень большом интервале
температур, и, по идее, галлиевыми термометрами можно было бы измерять
температуру аж до 2000 градусов. Впервые применять галлий в качестве
термометрической жидкости предложили довольно давно. Галлиевыми
термометрами уже измеряют температуру до 1200 градусов, но обычному
человеку, увидеть в лаборатории эти термометры в живую удается не часто.
Такие термометры слабо распространены по нескольким причинам.
Во-первых, при высоких температурах галлий является очень агрессивным
веществом. При температурах выше 500 °C, он разъедает практически все
металлы, кроме вольфрама, а также многие другие материалы. Кварц
устойчив к действию расплавленного галлия до 1100 °C, но проблема может
возникнуть из-за того, что кварц (а также большинство других стекол)
отлично смачивается этим металлом. То есть, галлий просто налипнет на
стенки термометра изнутри, и узнать температуру будет невозможно. Еще
одна проблема может возникнуть при охлаждении термометра ниже 28
градусов. При затвердевании галлий ведет себя подобно воде – он
расширяется и может просто разорвать термомер изнутри. Ну и последняя
причина, по которой сейчас высокотемпературный галлиевый термометр можно
встретить очень редко, это развитие техники и электроники. Не секрет,
что цифровым термометром пользоваться гораздо удобнее, чем жидкостным.
Современные температурные контроллеры, в комплекте, например, с
платино-платинородиевыми термопарами, позволяют измерять температуру в
интервале от -200 до +1600°C с точностью, недостижимой для жидкостных
термометров. К тому же, термопара может находиться на значительном
расстоянии от контроллера.
Галлий образует легкоплавкие
эвтектические сплавы со многими металлами, причем некоторые из них,
плавятся уже при температуре ниже комнатной. Сплав галлия с
индием плавится при температуре 15.7°C, то есть при комнатной
температуре это жидкость. Чтобы приготовить такой сплав, не обязательно
даже нагревать ожин из металлов до плавления, достаточно просто плотно
сжать кусочки галлия и индия. На видео видно, что из места
соприкосновения двух металлов (большой цилиндрик - галлий, маленький -
индий), начинает капать эвтектический сплав.
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.
Так
же как и из ртути, из расплавленного галлия можно сделать "бьющееся
сердце", правда из-за того, что галлий более электроположительный металл
чем железо, оно работает наоборот. При касании кончиком гвоздя, капли
расплавленного галия, она "расплывается" из-за уменьшения поверхностного
натяжения. А как только контакт с гвоздем прерывается, поверхностное
натяжение увеличивается и капля снова собирается, до касания гвоздя.
