ガリウム化合物

ガリウム化合物は、元素ガリウムを含む化合物です。これらの化合物は主に +3 の酸化状態で見られます。 +1 の酸化状態も一部の化合物で見られますが、ガリウムのより重い同族体であるインジウムやタリウムほど一般的ではありません。たとえば、非常に安定した GaCl 2はガリウム(I) とガリウム(III) の両方を含み、 Ga I Ga III Cl 4と表すことができます。対照的に、一塩化物は 0 °C 以上では不安定で、元素ガリウムと塩化ガリウム(III) に不均化します。 Ga–Ga 結合を含む化合物は真のガリウム(II) 化合物で、たとえばGaS (Ga 2 4+ (S 2− ) 2と表すことができます) やジオキサン錯体 Ga 2 Cl 4 (C 4 H 8 O 2 ) 2 などがあります。[ 1 ]ガリウムには負の酸化状態（−5から−1）を持つ化合物もあり、そのほとんどはマグネシウムガリド（Mg x Ga y）である。

水性化学

硝酸ガリウム九水和物

強酸はガリウムを溶解し、Ga(NO3）3（硝酸ガリウム）。ガリウム(III)塩の水溶液は、水和ガリウムイオン[Ga(H2O)6]3歳以上. [ 2 ] : 1033 水酸化ガリウム(III)、Ga(OH)3は、アンモニアを加えることでガリウム(III)溶液から沈殿させることができる。脱水Ga(OH)3100℃で酸化ガリウム水酸化物GaO(OH)が生成される。[ 3 ]：140–141

アルカリ水酸化物溶液はガリウムを溶解し、ガリウム(OH)を含む没食子酸塩（同じ名前の没食子酸塩と混同しないでください）を形成します。− 4陰イオンである。[ 4 ] [ 2 ] : 1033 [ 5 ]両性イオンである水酸化ガリウムもアルカリに溶解して没食子酸塩を形成する。[ 3 ] : 141 以前の研究では、Ga(OH)3−6​別の可能性のある没食子酸アニオンとして[ 6 ] 、その後の研究では発見されなかった。[ 5 ]

酸化物とカルコゲニド

三酸化ガリウム結晶

ガリウムは比較的高温でのみカルコゲンと反応します。室温では、ガリウム金属は不活性な保護酸化物層を形成するため、空気や水とは反応しません。しかし、高温になると、大気中の酸素と反応して酸化ガリウム(III)（ Ga ）を形成します。2お3[ 4 ] Gaの削減2お3真空中で500℃～700℃で元素ガリウムと反応させると、暗褐色の酸化ガリウム(I)、Gaが得られる。2お。[ 3 ] : 285 Ga2Oは非常に強力な還元剤であり、Hを還元することができる。2それで4Hへ2S . [ 3 ] : 207 800℃で不均化してガリウムとGaに戻る2お3. [ 7 ]

硫化ガリウム(III)、Ga2S3、3つの結晶変態が可能である。[ 7 ]：104 ガリウムと硫化水素（H2S )を950℃で加熱すると、 Ga ( OH )3747℃で使用可能: [ 8 ]

2 Ga(OH)3+ 3時間2さ→が2S3+ 6時間2お

アルカリ金属炭酸塩とGaの混合物を反応させる2お3Hと2Sは[ Ga​2S4]2−陰イオン。強酸はこれらの塩を分解し、H2Sは、その過程で生成される。[ 7 ] : 104–105 水銀塩、HgGa2S4は蛍光体として使用できる。[ 9 ]

ガリウムは、硫化ガリウム(II)や緑色の硫化ガリウム(I)などの低酸化状態の硫化物も形成します。後者は、前者を窒素気流下で1000℃に加熱することによって生成されます。[ 7 ]：94

他の二元カルコゲニド、Ga2セ3とガ2テ3は閃亜鉛鉱型構造を持つ。これらはすべて半導体であるが、加水分解されやすく、用途が限られている。[ 7 ]：104

窒化物とニクタイド

窒化ガリウム（左）、リン化ガリウム（中央）、およびヒ化ガリウム（右）のウェハ

ガリウムは1050℃でアンモニアと反応して窒化ガリウム（GaN）を形成する。ガリウムはまた、リン、ヒ素、アンチモンと二元化合物、すなわちリン化ガリウム（GaP）、ヒ化ガリウム（GaAs）、アンチモン化ガリウム（GaSb）を形成する。これらの化合物はZnSと同じ構造を持ち、重要な半導体特性を有する。[ 2 ]：1034 GaP、GaAs、GaSbは、ガリウムとリン、ヒ素、またはアンチモン元素との直接反応によって合成することができる。[ 7 ]：99 これらはGaNよりも高い電気伝導性を示す。[ 7 ]：101 GaPは、 Gaと反応させることによっても合成できる。2低温でリンと反応するO。[ 10 ]

ガリウムは三元窒化物を形成する。例えば：[ 7 ]：99

李3ガ+ N2→李3窒化ガリウム2

リンやヒ素を含む類似の化合物も考えられます: Li3ギャップ2そして李3ガリウムヒ素2これらの化合物は希酸と水によって容易に加水分解される。 [ 7 ]：101

ハロゲン化物

酸化ガリウム(III)はHFやFなどのフッ素化剤と反応する。2フッ化ガリウム(III)、GaFを形成する3これは水に非常に溶けにくいイオン性化合物です。しかし、フッ化水素酸には溶解し、水と付加物を形成します。3·3時間2O . この付加物を脱水するとGaFが形成される2OH · nH2O . 付加物はアンモニアと反応してGaFを形成する3·3NH3これを加熱すると無水GaFが形成される。3[ 3 ] : 128–129

三塩化ガリウムは、ガリウム金属と塩素ガスとの反応によって生成される。[ 4 ]三フッ化物とは異なり、塩化ガリウム(III)は二量体分子として存在し、Ga2塩素6融点は78℃である。臭素とヨウ素から等価の化合物が形成される。2Br6とガ2私6. [ 3 ] : 133

他の第13族三ハロゲン化物と同様に、ガリウム(III)ハロゲン化物はルイス酸であり、ハロゲン化物受容体としてアルカリ金属ハロゲン化物と反応してGaXを含む塩を形成する。− 4アニオン（Xはハロゲン）である。また、アルキルハライドと反応してカルボカチオンやGaXを形成する。− 4[ 3 ] : 136–137

高温に加熱すると、ガリウム(III)ハロゲン化物は元素ガリウムと反応して、対応するガリウム(I)ハロゲン化物を形成する。例えば、GaCl3Gaと反応してGaClを形成する：

2 Ga + GaCl3⇌ 3 GaCl (g)

低温では平衡は左にシフトし、GaClは元素ガリウムとGaClに不均化します。3GaClはGaとHClを950℃で反応させることによっても生成でき、生成物は赤色の固体として凝縮される。[ 2 ] : 1036

ガリウム(I)化合物はルイス酸との付加物を形成することで安定化される。例えば：

GaCl + AlCl3→ガ+[塩化アルミニウム4]−

いわゆる「ガリウム(II)ハロゲン化物」、GaX2は、実際にはガリウム(I)ハロゲン化物とそれぞれのガリウム(III)ハロゲン化物の付加物であり、構造はGa+[GaX4]−例えば: [ 4 ] [ 2 ] : 1036 [ 11 ]

GaCl + GaCl3→ガ+[GaCl4]−

水素化物

アルミニウムと同様に、ガリウムも水素化物GaHを形成する。3ガランとして知られるこの化合物は、ガラン酸リチウム（LiGaH4）と塩化ガリウム(III)を−30℃で反応させた場合：[ 2 ] : 1031

3 LiGaH4+塩化ガリウム3→ 3 LiCl + 4 GaH3

ジメチルエーテルを溶媒として用いると、 GaH3重合して（GaH3）n溶媒を使用しない場合、二量体Ga2H6（ジガラン）は気体として生成される。その構造はジボランに似ており、2つのガリウム中心を2つの水素原子が架橋している。[ 2 ]：1031α - AlHとは異なり、3アルミニウムの配位数は6である。[ 2 ] : 1008

ガランは-10℃以上では不安定で、元素ガリウムと水素に分解する。[ 12 ]

有機ガリウム化合物

有機ガリウム化合物は有機インジウム化合物と反応性が類似しており、有機アルミニウム化合物よりは反応性が低いが、有機タリウム化合物よりは反応性が高い。[ 13 ]アルキルガリウムは単量体である。ルイス酸性はAl > Ga > Inの順に低下するため、有機ガリウム化合物は有機アルミニウム化合物のように架橋二量体を形成しない。また、有機ガリウム化合物は有機アルミニウム化合物より反応性が低い。安定な過酸化物を形成する。[ 14 ]これらのアルキルガリウムは室温で液体であり、融点が低く、非常に流動性が高く、可燃性である。トリフェニルガリウムは溶液中では単量体であるが、その結晶は弱い分子間Ga···C相互作用により鎖構造を形成する。[ 13 ]

三塩化ガリウムは、カルボガリウム化反応などの有機ガリウム化合物の形成における一般的な出発試薬である。 [ 15 ]三塩化ガリウムはジエチルエーテル中でリチウムシクロペンタジエニドと反応して、三方平面状のガリウムシクロペンタジエニル錯体GaCp 3を形成する。ガリウム(I)はヘキサメチルベンゼンなどのアレーン配位子と錯体を形成する。この配位子は非常にかさ高いため、[Ga(η 6 -C 6 Me 6 )] +の構造は半サンドイッチ構造となる。メシチレンなどのかさ高くない配位子は、2つの配位子を中央のガリウム原子に結合させて、曲がったサンドイッチ構造を形成する。ベンゼンはさらにかさ高くなく、二量体を形成する。例えば、[Ga(η 6 -C 6 H 6 ) 2 ] [GaCl 4 ]·3C 6 H 6 などである。[ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^グリーンウッドとアーンショー、240ページ
  2. ^ a b c d e f g h Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001).無機化学. Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9。
  3. ^ a b c d e f g hダウンズ、アンソニー・ジョン (1993).アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムの化学. シュプリンガー. ISBN 978-0-7514-0103-5。
  4. ^ a b c dイーグルソン、メアリー編 (1994).簡潔な化学百科事典. ウォルター・デ・グリュイター. p.  438. ISBN 978-3-11-011451-5。
  5. ^ a b Sipos, PL; Megyes, TN; Berkesi, O. (2008). 「強アルカリ性、高濃度ガリウム酸塩溶液中のガリウムの構造—ラマン分光法と71Ga -NMR分光研究」。J Solution Chem . 37 (10): 1411– 1418. doi : 10.1007/s10953-008-9314-y . S2CID  95723025 .
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  10. ^ミシェル・デイビッドソン (2006).無機化学. ロータス・プレス. p. 90. ISBN 978-81-89093-39-6。
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  12. ^ Downs, Anthony J.; Pulham, Colin R. (1994). Sykes, AG (ed.). Advances in Inorganic Chemistry . Vol. 41. Academic Press. pp.  198– 199. ISBN 978-0-12-023641-1。
  13. ^ a b cグリーンウッドとアーンショー、pp. 262–5
  14. ^ Uhl, W. および Halvagar, MR; et al. (2009). 「酸化性ペルオキソ基に近接した Ga-H および Ga-C 結合の還元：単一分子における相反する特性」. Chemistry: A European Journal . 15 (42): 11298– 11306. doi : 10.1002/chem.200900746 . PMID 19780106 . {{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  15. ^雨宮 亮 (2005). 「GaCl 3を用いた有機合成」. European Journal of Organic Chemistry . 2005 (24): 5145– 5150. doi : 10.1002/ejoc.200500512 .
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