稀散三元素——镓、铟、铊

有趣的发现

稀散金属的成员有四个为镓、铟、锗、铊，这里我们介绍其中的三个——镓、铟、铊。

稀散金属，又稀又散，实在不好寻找，要不是发明光谱分析法，它们还可能长期“隐姓埋名”下去。只有通过光谱分析，人们才找到了这些含量极稀微的物质。

镓

第一个被发现的是铊，时间是1861年。它是由一位英国物理学家、化学家克鲁克斯在研究一家硫酸厂的残渣时无意中发现的。线光谱里铊的颜色呈亮绿色。

两年之后，德国人赖希和里希特在用光谱仪分析含闪锌矿的成分——氧化锌的溶液时，发现有一种经常与铊伴生在一起的发出靛蓝色谱线的新元素，仍然引用拉丁语的含意，用它光谱线的颜色——靛蓝色来命名，这就是铟。

镓是银白色的软金属，用刀轻轻就能切开。它的熔点很低，只有29.7℃，低于人的体温。除了铯以外，镓就是最容易熔化的在室温下呈固态的金属元素了。熔融的镓与汞(水银)一样，具有光亮如镜的表面。

有趣的是，镓的熔点很低，沸点却很高，在29.7℃～2205℃的范围内，镓始终是液体。液体温度范围如此之大，在易熔金属中是首屈一指的。

高级轴承的“防蚀衣”

铟、镓“兄弟”相貌和性格十分相似。他们都是银白色的铟略带蓝色，闪闪发光，很像白金。铟的比重比镓要大，熔点也高得多，但也只有150多摄氏度。铟比铅软，用指甲能够刻痕，可塑性很大，延展性很好，可以压制成极薄的铟片。

铟

铟有很强的抗蚀本领。作为防止腐蚀的保护层，铟的使用历史已经很久了。

飞机、汽车等大型内燃发动机上的银镉轴承和铜铅轴承，在温度很高的情况下容易被润滑油侵蚀。如果在这类高级轴承上镀一层铟，让铟扩散到被镀的金属里，只需要0.025毫米那样薄薄的一层，这种侵蚀就会被防止，同时还能增强轴承的耐磨性，使轴承表面容易涂油，从而大大延长轴承的使用期限。

铊

铟也可以镀到钢铁和其他有色金属上。比如，铟和铟合金就被用作钢制推进器的模子，石墨刷子等等的抗蚀覆盖物。一般的机器轴承，只要镀上一层铅铟银合金，使用寿命就能延长约5倍。

在易熔合金、焊接合金、镶牙合金、磁性合金等特殊合金中，也常常有铟“参加”。铟能与很多金属及非金属黏结，焊接性能良好，它作为焊料有很重要的用途。比如，铟、锡各半的合金焊料，能使玻璃与玻璃或玻璃与金属牢固地焊接起来，密封性能良好，在生产电子管时，所用金属和合金的焊料中也含有铟。利用铟熔点低而制成的易熔合金，可以用到消防系统的断路保护装置和自动控制系统的热控装置上。

铟对中子辐射敏感，于是又可用作核工业中的监控剂量材料。铟和铟合金还可用于牙科医疗、钢铁和有色金属的防腐装饰件，塑料金属化等方面。

往贵金属里添加少量的铟，这些金属会增加强度、硬度和抗蚀性。少量的铟加到银或铜里，能使它们的表面变得又亮又硬。银铸件里加进1％的铟，硬度可以提高1倍。

同镓一样，铟也可以用来制造高折射率的特种光学玻璃和探照灯的镜面之类。镀铟的镜面光亮得很。虽然铟对光的反射能力比不上银，但是它不怕海水的腐蚀，在海水飞沫的海风袭击下不会氧化锈坏，也不会由于时间的长久和灯泡的高温而变暗，所以在军舰、海轮上使用是最合适不过的。

铟的矿物主要有硫铟铜矿、硫铟铁矿和水铟矿，但都分散在别的矿物里。含硫的铅，锌矿物中常常可以见到铟。作为铟的主要来源的闪锌矿，含铟量也只有0.0001％～0.1％。事实上，提取铟的主要原料正是铅锌冶炼厂或锡冶炼厂的废渣。可以说，采用多金属矿石作原料的任何炼铅厂、炼锌厂或炼锡厂，都是潜在的炼铟厂。

正因为铟的资源稀散，提炼困难，所以直到20世纪20年代，铟的价格还比黄金高出几十倍。从1932年开始生产出第一千克铟以来，铟的产量逐年增长，价格大幅度降低。最近几年来，全世界每年已能生产几十吨铟，铟的价格只比白银高一点，而比黄金便宜得多了，已知的铊矿物都没有工业价值。铊主要是从有色重金属硫化矿的冶炼过程中作为副产品来回收的。铊也常与锌、铅、铜等的硫化矿物共生在一起，在烧结，焙烧、冶炼这些硫化矿物精矿的时候，它大部分都跟着挥发到烟尘里去。烟尘里铊的含量只有万分之几到千分之几，可它已经算得上是炼铊的富矿!

铊也是一种稍带天蓝的银白色软金属。虽然它的比重比镓大一倍，熔点高得多，但是它在空气中很容易氧化，生成一层灰绿色的氧化铊薄膜。

有铊参加的合金有不少。把铊加进铅基合金和银基合金，能提高合金的强度、硬度和抗蚀性，可以用来制造高级轴承。铅铊合金用做特种保险丝和高温锡焊焊料。锡铊和铅锡铊合金能够很好抵抗酸类的腐蚀。最有意思的是铊汞合金，熔点低到零下60℃，用它充填低温温度计，可以在严寒的北极和高空同温层中使用。

但是，现在我们主要还是应用铊的化合物。铊化合物已经成为生产电子工业器件的重要材料，在国防军事方面应用很广。

铊的氧、硫化合物有一个重要的特性，就是对看不见的红外线特别敏感，可以在夜间进行红外线照相。用硫化铊和氧硫化铊制成的对红外线作用灵敏的光电管，即使在伸手不见五指的黑夜，或者在一片白茫茫的浓雾中，也能够接收信号，进行侦察。

铊化合物还是生产高压硒整流片、电阻温度计、无线电传真，原子钟的脉冲传送器等的重要材料。

为了保护人体免受放射线的危害，需要在人与放射线源之间设置透明的屏蔽窗，窗上镶嵌着玻璃。过去都镶铅玻璃，但铅玻璃是固体，形状固定，尺寸有限，而且容易碎裂，缺乏安全感。如果用液体的甲酸铊来代替铅玻璃，那就可以做成能够改变形状的屏蔽窗，它的耐放射线能力要比铅玻璃高百倍以上，安全可靠，而且几乎可以永久使用。

许多铊的化合物是有毒的，不过就连有毒这一点也可以利用，用到医药和农业方面。比如，早在1920年，人们就用铊盐做灭鼠剂，后来又用它来杀虫，特别对消灭白蚁非常有效。硫酸铊无嗅无味，与糖、淀粉、甘油等混合在一起，会使鼠类虫蚁胃口大开，吃进肚子以后不知不觉地中毒死亡。应该说，铊化合物的应用正是从灭鼠杀虫药剂开始的。不过，为了避免铊可能对环境造成污染，影响人体健康，现在有的国家已经禁止铊在灭鼠杀虫方面的应用。

铊跟照明也有关系。当然不仅是铊，铟、镓等等也在内。

人类用火光照明已经有许多万年的历史，但是用电照明却不过百来年。电照明的种类可多啦，白炽灯、霓虹灯、日光灯、高压汞灯，还有氙灯、钠灯等等，少年读者大概都知道。可是，你知道还有钠铊铟灯、铊灯、铟灯、镓灯等所谓金属卤化物灯吗?

金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上发展起来的。高压汞灯虽然比白炽灯先进，但是它仍有不足之处，主要是光谱里缺乏红色光，光色蓝幽幽的，显色性不好。经过反复试验，科学家们找到了一条改善高压汞灯光色的新路，那就是往灯里加进适当的金属卤化物——金属元素与卤族元素碘、溴、氯、氟的化合物，结果便研制出了一种新灯——金属卤化物灯。这种60年代才问世的新一代的电光源，现在已经在国防、科研和工农业生产中获得广泛的应用。

稀散金属的特点是又稀又散。

不过，认真说来，铟、铊的含量是很稀的，镓在地壳里的蕴藏量却是不少的。它们到处“寄存”，不形成本身单独的矿物，或者虽然形成单独的矿物，但是这类矿物极其稀少，没有可供开采的矿床。所以人们只好到那些处理有关矿石的工厂的半成品或者废料里面去提取。

拿镓作例子。镓在地壳里的含量不算太少，比锑、银、铋、钨、钼都多。但是，自然界中至今还没有发现单独的镓矿物。只有一种镓的共生矿物叫硫镓铜矿。

人们发现，镓常常跟它在元素周期表上的“邻居——铝、锌、锗、铟、铊等”生活在一起，并与它们的矿物共生。比如，铝土矿中镓的含量是0.002％～0.01％，闪锌矿中镓的含量是0.01％～0.2％;锗石中镓的含量比较高，可以达到0.1％～0.8％。事实上，第一块金属镓就是从闪锌矿中提炼出来的。当时总共处理了4000千克闪锌矿，好不容易才制得75克金属镓。此外，含锗的煤中也含有镓。直到现在，氧化铝生产过程中的循环液，依然是生产镓的主要原料。

在氧化铝的生产过程中，镓主要富集在循环液里。如果循环液中镓的含量较低，可先在溶液中加进石灰乳，使铝变成难溶的铝酸钙沉淀并分离出去，接着通进二氧化碳，获得富镓化合物的沉淀。用氢氧化钠溶液溶解富镓沉淀物，进行电解，即可得到纯度为99.99％的金属镓。如果循环液中镓的含量较高，也可以采用碳酸化的方法获得富镓化合物的沉淀，然后如法炮制，用氢氧化钠溶液溶解，经水溶液电解制得金属镓。这样制得的金属镓还是粗镓，可以把它放在60℃以上的高纯盐酸中进行酸洗处理，除掉其中的锌、铝、铁、钙，镁等一些杂质，才能获得纯度为99.99％的工业镓。

工业镓的纯度已经完全足够了吧?不，如果你是要用它来制备砷化镓等化合物半导体，那么工业镓的纯度也是远远不够的。我们需要的是纯度达到99.9999％～99.99999％的高纯镓，也就是它的杂质含量不能超过1/10^－7～1/10的范围。我国采用化学处理、电解精炼和拉晶提纯等方法，已经可以制得纯度超过99.9999％的超纯镓。

前面说过，镓也常常跟锗一起“隐藏”在煤里。在煤燃烧或者气化的过程中，镓往往在烟道灰里富集起来，含量高达0.75％。因此，有些煤灰也是提取镓的原料。