Оксид галлия(III)

Оксид галлия — амфотерный оксид, бинарное неорганическое соединение металла галлия и кислорода с формулой Ga₂O₃, белые кристаллы, полупроводник.

Оксид галлия​(III)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид галлия
Хим. формула	Ga2O3
Физические свойства
Состояние	белые кристаллы
Молярная масса	187,44 г/моль
Плотность	α-6,48; β-5,88 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1725; 1740 °C
Мол. теплоёмк.	92,18 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-1090 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	12024-21-4
PubChem	5139834
Рег. номер EINECS	234-691-7
SMILES	O=[Ga]O[Ga]=O
InChI	InChI=1S/2Ga.3O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N
RTECS	LW9650000
ChemSpider	4313617
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

ПолучениеПравить

• Непосредственно из элементов:

$\mathsf{4}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{260}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {4Ga+3O_{2}\ {\xrightarrow {260^{o}C}}\ 2Ga_{2}O_{3}}}$ 

• Термическое разложение гидроксида галлия:

$\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\stackrel{{\mathsf{550}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2Ga(OH)_{3}\ {\xrightarrow {550^{o}C}}\ Ga_{2}O_{3}+3H_{2}O}}$ 

• нитрата галлия:

$\mathsf{4}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\stackrel{{\mathsf{150}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{12}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {4Ga(NO_{3})_{3}\ {\xrightarrow {150^{o}C}}\ 2Ga_{2}O_{3}+12NO_{2}+3O_{2}}}$ 

• сульфата галлия:

$\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{(}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\stackrel{{\mathsf{550}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {2Ga_{2}(SO_{4})_{3}\ {\xrightarrow {550^{o}C}}\ 2Ga_{2}O_{3}+6SO_{2}+3O_{2}}}$ 

• Окисление сульфида галлия:

$\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{S}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{9}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {2Ga_{2}S_{3}+9O_{2}\ {\xrightarrow {500^{o}C}}\ 2Ga_{2}O_{3}+6SO_{2}}}$ 

Физические свойстваПравить

Оксид галлия — белый или жёлтый порошок, существует в двух модификациях:

• α-Ga₂O₃ образует кристаллы тригональной сингонии, пространственная группа R 3c, параметры ячейки a = 0,4972 нм, c = 1,3402 нм, Z = 6.
• β-Ga₂O₃ — кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа C 2/m, параметры ячейки a = 12,214 А, b = 3,0371 А, c = 5,7981 А, β = 103,83, Z = 4.

β-форма является наиболее стабильной.

Химические свойстваПравить

• Реагирует с концентрированными кислотами:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+6HCl\ {\xrightarrow {}}\ 2GaCl_{3}+3H_{2}O}}$ 

• и щелочами:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{[}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+2NaOH+3H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2Na[Ga(OH)_{4}]}}$ 

• При сплавлении со щелочами образует метагаллаты:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\stackrel{{\mathsf{150}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{G}\mathsf{a}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+2NaOH\ \xrightarrow {150^{o}C} \ 2NaGaO_{2}+H_{2}O}}$ 

• Восстанавливается водородом до металла:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{700}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+3H_{2}\ {\xrightarrow {700^{o}C}}\ 2Ga+3H_{2}O}}$ 

• Реагирует при сплавлении с хлористым аммонием:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{{\mathsf{250}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+6NH_{4}Cl\ {\xrightarrow {250^{o}C}}\ 2GaCl_{3}+6NH_{3}+3H_{2}O}}$ 

• При прокаливании в токе аммиака образует нитрид галлия:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\stackrel{{\mathsf{1000}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\mathsf{N}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+2NH_{3}\ {\xrightarrow {1000^{o}C}}\ 2GaN+3H_{2}O}}$ 

• С карбонатом цинка при высоких температурах образует шпинель:

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{Z}\mathsf{n}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{\mathsf{900}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{1000}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{(}\mathsf{Z}\mathsf{n}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{)}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+ZnCO_{3}\xrightarrow {900-1000^{o}C} \ (ZnGa_{2})O_{4}+CO_{2}}}$ 

• При сплавлении с галлием образует окись галлия(I):

$\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{G}\mathsf{a}\stackrel{{\mathsf{500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{3}\mathsf{G}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Ga_{2}O_{3}+2Ga\ {\xrightarrow {500^{o}C}}\ 3Ga_{2}O}}$ 

ПрименениеПравить

Для получения галлиево-гадолиниевого граната и других соединений галлия.

В полупроводниковой промышленности (приборы силовой электроники).

ЛитератураПравить

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.—Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.