Галлия ( III ) арсенид; антимонид; гидроксид (гидроокись Г.); нитрат (азотнокислый Г.); нитрид; оксид (окись Г.); сульфат (сернокислый Г.); фосфид; хлорид (треххлористый Г.)

Характеристика элемента. Элемент III группы периодической системы. Атомный номер 31. Природные изотопы: ⁶⁹Ga (60,5%) и ⁷¹Ga (39,5%). Физические и химические свойства. Металл. Давление паров. Г.: 0,1333 Па (940°С), 1,333 Па (1190°C), 13,33 Па (1 190°C), 133,32 Па (1365°C), 1,3332 кПа (1580°С), 13,332 кПа (1870°С), 53,328 кПа (2090°С); фосфид Г.: 0,1333 Па (738°С),1,333 Па (815,5°C), 13,33 Пa (906°C); хлорид Г . (III ) : 133,32 Па (48,2°С), 1,3332 кПа (78 °С), 13,332 кПа (132 °С), 53,328 кПа (176 °C).

В химическом отношении сходен с алюминием. В отсутствие влаги Г. не окисляется на воздухе. Реакция с O₂ начинается при 260°C. Образующаяся пленка оксида Ga₂O₃ предохраняет металл от дальнейшего окисления. При взаимодействии Г. с галогенами (кроме иода) на холоду и с минеральными кислотами при нагревании образуются соли, содержащие ион Ga³⁺. В растворе NaOH медленно образуется метагаллат натрия. В соединениях Г. проявляет степени окисления + 1 , + 2 и +3. С элементами подгруппы мышьяка образует интерметаллические соединения (GaAs, GaSb), обладающие свойствами полупроводников. Легко сплавляется со многими металлами.

Поступление, распределение и выведение из организма. При различных способах получения обогащенного галлиевого концентрата и металлического Г. работающие приходят в контакт с растворами и взвесями соединений Г. Загрязнение рук, прием пищи и курение на рабочем месте могут приводить к попаданию этих соединений в организм через пищеварительный тракт. Возможно также и непосредственное действие солей и металла на кожу и слизистые оболочки организма работающих вследствие разбрызгивания, розлива этих растворов и смачивания ими одежды. В более редких случаях, при пирометаллургическом извлечении Г. в виде оксида, при получении порошков солей (сульфата, нитрата, хлорида Г), при получении и обработке монокристаллов полупроводниковых соединений (арсенида, фосфида, антимонида Г. и др.) возможно выделение пыли в значительных количествах и ингаляционное воздействие соединений на организм. В связи с низким давлением паров, а также частым применением Г. в промышленных процессах под вакуумом, выделение паров Г. в воздушную среду производственных помещений наблюдается редко. Наиболее опасным в условиях производства является поступление растворимых соединений металла в пищеварительный тракт, а также воздействие на кожу и слизистые. При ингаляционном поступлении пыли и порошков нерастворимых соединений Г. возможно общее токсическое действие на организм, особенно на легочную ткань (Тарасенко, Фадеев). При поступлении через желудочно-кишечный тракт всасывание Г. в организме незначительно. Так, в условиях хронического опыта при введении в желудок наибольшее накопление Г. (до 2,2 мг%) произошло в костях, в печени и почках содержание Г. составляло 0,5 и 0,7 мг % соответственно. Предполагается, что растворимые соли Г. в средах желудочно-кишечного тракта образуют трудно всасываемые нерастворимые соединения: гидроксид Г.(III), галлаты или белковые преципитаты.

Содержание в природе. Единственный минерал Г.— галлит (CuGaS₂) встречается очень редко, основная часть Г. заключена в минералах алюминия. Кларк Г. составляет (15÷19) 10^-4 % среднее содержание в гранитном слое коры континентов 19*10^-4 %, в почве 3-10^-3%. В фитомассе континентов Г. содержится в количестве 0,02*10^-4 %, в золе фитомассы 1*10^-4 %. суммарное количество металла в растительности суши составляет 0,13 млн. т. В течение года приростом растительности захватывается 8,63 тыс. т. Г., что в пересчете на 1 км² составляет 0,057 кг. Коэффициент биологического поглощения Ka — 0,05. В Мировом океане общая масса Г. оценивается в 41,1 млн. т при концентрации в воде 0,03 мкг/л и среднем содержании в сумме солей 0,00086-10^-4%; главная форма нахождения Ga(OH)₄, период полного удаления растворенного Г. из вод Мирового океана составляет n*10⁴ лет; в железомарганцевых конкрециях Тихого океана содержится 1*10³ % Г., годовой захват конкрециями составляет 0,06 тыс. т. Глобальный вынос Г. с речным стоком составляет 3,3 тыс. т в год, средняя концентрация в речной воде 0,09 мкг/л, в сумме солей 0,75 * 10^-4 % [5, 15, 53].

Антропогенные источники поступления в окружающую среду. Г. поступает в атмосферу с выбросами промышленных предприятий. Так, в пылевых выбросах металлургических и топливно-энергетических предприятий содержание Г. достигает соответственно (0,5÷1,0) и (2÷5) 10^-2 % [6]. Среднее содержание Г. в сухом веществе каменных углей составляет 4,5 (0,6÷18) Х 10^-4 %, в золе каменных углей 64 * 10^-4 % ; в золе нефтей (3 ÷ 30) 10^-4 %. В результате сжигания каменного угля в 1970 г. в окружающую среду поступило 5,9 тыс. т Г. (или 39 г на 1 км² суши). В 1980 г. эти величины составляли 12,4 и 83,0, а по прогнозу к 2000 г.— 19,6 и 131,0 тыс. т соответственно [15]. Значительные количества Г.-содержащей пыли (десятки мг/м³) отмечались в воздухе производственных помещений при технических процессах синтеза интерметаллических соединений. Г. попадает в окружающую среду и со сточными водами. Например, в промышленно-бытовых сточных водах Киева, которые использовались для орошения при выращивании овощей, был найден Г. в концентрации 0,525 мг/кг (Лещенко и др.).

Токсическое действие. Острое отравление. Животные. Среднесмертельные дозы неорганических соединений Г. для мышей (Тарасенко, Фадеев):

Клиническая картина острого отравления: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма. На этом фоне наблюдался паралич задних конечностей, далее — кома, смерть. Порог острого действия арсенида Г. при вдыхании аэрозоля по интегральным показателям (ректальная температура, ориентировочный рефлекс, суммационно-пороговый показатель) равен 152,5 мг/м³, при введении в желудок —7000 мг/кг, увеличение дозы до 15000 мг/кг не вызывало гибели мышей и крыс в течение 3 недель наблюдения.

При интратрахеальном введении оксида Г.(III) в легких ,наступают воспалительные изменения с последующим развитием на их месте склеротического процесса. В результате интратрахеального введения GaAs в легочной ткани в течение 3— 6 мес. увеличивается содержание коллагена и липидов, затем до 12 мес. продолжает нарастать только уровень коллагена. Выраженность и распространенность склеротического процесса вследствие воздействия пыли интерметаллидов ( арсенидифосфид Г.) значительнее, чем после введения Ga₂O₃ (Тарасенко, Фадеев;- Фадеев). Интратрахеальное введение крысам 50 мг оксида или нитрида Г., несмотря на их весьма малую растворимость в воде, выявляет их токсическое действие на организм. Токсический эффект выражается в гибели части животных в ранние сроки наблюдения и в снижении прироста массы тела у выживших крыс. Более токсичным был-GaN, при введении которого после первого месяца опыта 75 % животных погибло в результате развившейся токсической пневмонии. Кроме того, в почках была установлена зернистая дистрофия эпителия извитых канальцев. Коэффициент кумуляции GaAs составляет 5,2.

Человек. Ингаляционное воздействие Г.-содержащего аэрозоля в концентрации 50 мг/м³ вызывает у человека поражение почек, равно как и в/венное введение 10—25 мг/кг солей Г. Отмечаются протеинурия, азотемия, нарушение клиренса мочевины [56].

Повторное отравление. Животные. В ходе 10 введений нитрата Г. (III) в желудок морским свинкам в течение месяца (суммарная доза на 1 животное 4400 мг/кг) наблюдались снижение массы тела, активности ацетилхолинэстеразы, снижение содержания альбуминов в сыворотке крови с увеличением уровня α₁-глобулина, уменьшение содержания SH-групп в сыворотке, увеличение массового коэффициента селезенки. Патогистологически обнаружено слущивание поверхностного эпителия слизистой желудка и тонкого кишечника, белковая дистрофия печени и эпителия извитых канальцев почек.

Человек. Курсовое лечение препаратами Г. 38 больных (в/венное введение в дозах 10—25 мг/кг) у 11 человек привело к нарушению функции почек, у 7 по этой же причине было полностью или частично прекращено, 4 больных погибли от почечных расстройств. При этом отмечались тошнота, рвота, понос, изменения со стороны красной крови [56].

Хроническое отравление. Животные. При ежедневном в течение 4,5 мес. введении в желудок кроликам нитрата Г.(III) в дозе 220 мг/кг установлено, что в организме возникают и развиваются явления хронической интоксикации: в сыворотке крови происходит уменьшение содержания альбуминов и увеличение уровня  α₂- и γ-глобулинов, увеличение активности ацетилхолинэстеразы, ингибиция щелочной фосфатазы. Патоморфологически выявлены дистрофические изменения паренхимы печени, эпителия извитых канальцев почек, явления десквамагивного катара легочной ткани. Явления хронической интоксикации (снижение прироста массы тела, нарушения белкового обмена, дистрофические изменения в паренхиматозных органах) наступали у животных при длительном поступлении в желудок хлорида Г. (III).

При 4-месячной ингаляции аэрозоля арсенида Г. в концентрации 12,0 мг/м³ у крыс и морских свинок наблюдалось изменение ректальной температуры, суммационно-порогового показателя, снижение прироста массы тела. После 2 мес. затравки отмечалось повышение, а после 3 мес. — прогрессирующее снижение числа эритроцитов, уровня общего белка сыворотки крови за счет альбуминовой фракции. Содержание мочевой кислоты и азота мочевины в сыворотке крови увеличивалось после 1 и 4 мес. затравки и оставалось измененным в восстановительном периоде; в конце опыта возрастал уровень креатинина. У морских свинок снижалось число эритроцитов, повышалось содержание калия и кальция в периферической крови. Патоморфологически отмечалось плазматическое пропитывание, гомогенизация стенок сосудов, фиброз межальвеолярных перегородок, вакуольная и зернистая дистрофия эпителия извитых канальцев почек, мелкокапельное ожирение гепатоцитов и пролиферация звездчатого эпителия в печени. Указанные выше изменения наблюдались и после восстановительного периода. Концентрация 12,0 мг/м³ признана действующей, а 4,2 мг/м³ — пороговой или близкой к порогу хронического ингаляционного действия (Фадеев).

Местное действие. При внесении в конъюнктивальный мешок 50 мг порошка арсенида Г. наступает блефароспазм, инъекция сосудов склеры, проходящие через 48 ч. При нанесении пыли порошков нитрата, оксида, нитрида и металлического Г. на депиллированную кожу и конъюнктиву глаза кроликов оказалось, что только растворимый Ga (NO₃)₃ оказывает прижигающее действие на глаз: резкий отек и некротические изменения конъюнктивы и роговицы с развитием через неделю необратимых рубцовых изменений, деформацией краев век и образованием бельма на роговице. На коже под действием Ga(NO₃)₃ развивался дерматит.

Гигиенические нормативы:

Меры профилактики. Гигиенические требования, предъявляемые к производствам, связанным с получением и использованием Г., нашли свое отражение в работах Тарасенко. Санитарные правила для производств, в которых получают и применяют Г. и его соединения, отсутствуют. Однако учитывая аналогичную технологию получения Г. и других цветных металлов, требования, изложенные в «Санитарных правилах для предприятий цветной металлургии» (М., 1985), можно использовать и для Г.

При получении Г. вредным фактором является загрязнение воздушной среды не только Г., но и химическими реагентами, используемыми в технологическом процессе (кислоты, щелочи), В соответствии с физическими свойствами металлического Г. нет оснований ожидать выделения его паров. Выделение Г.-содержащей пыли возможно в производствах полупроводниковых приборов, следовательно, профилактика в этих производствах должна быть направлена на локализацию источников пылевыделения. Рабочие места и пылящее оборудование следует обеспечить эффективной местной вытяжной вентиляцией. При различных способах получения галлиевого концентрата необходимо максимально уменьшить возможность непосредственного контакта работающих с растворами и взвесями, загрязняющими кожные покровы и одежду Источники выделения аэрозолей должны иметь местную вытяжную вентиляцию.

Рабочие должны мыть перед едой руки и снимать спецодежду. Прием пищи в производственных помещениях запрещается, для этого должны быть отведены специальные места или рабочие должны пользоваться столовой. Рабочие, занятые в производстве Г. и его соединений, должны находиться под диспансерным наблюдением медико-санитарных частей или поликлиник предприятий. Особое внимание должно быть обращено на состояние органов дыхания, печени, почек, кожи.

• Лещенко П. Д. и др. // Вопр. питания. 1972. № 1. С. 81-85.
• Тарасенко Н. IO., Фадеев А. И. // Гигиена и санитария. 1980. № 10. С. 13-16 .
• Фадеев А. И. //Гигиена труда и проф. заболевания. 1980. № 3. С. 45.
• Urena Е. et аl //Anal. Chem. 1985. Vol. 57, № 12. P. 2309-2311.
• Xiao-quan S. et at.//Idem. № 4. P. 857-861