De gallium Det er et metallisk element som er representert av symbolet Ga og som tilhører gruppe 13 i det periodiske systemet. Kjemisk ligner det aluminium i sin amfoterisme; Imidlertid ender begge metallene opp med egenskaper som gjør at de kan skilles fra hverandre..
For eksempel kan aluminiumslegeringer bearbeides for å gi dem alle slags former; mens de av gallium har svært lave smeltepunkter, som praktisk talt består av sølvfargede væsker. Smeltepunktet for gallium er også lavere enn for aluminium; førstnevnte kan smelte av varmen fra hånden, mens sistnevnte ikke kan smelte.
Den kjemiske likheten mellom gallium og aluminium grupperer dem også geokjemisk; det vil si at mineraler eller bergarter som er rike på aluminium, slik som bauxitter, har estimerbare konsentrasjoner av gallium. Bortsett fra denne mineralogiske kilden, er det andre av sink, bly og karbon, bredt spredt over jordskorpen..
Gallium er ikke populært et kjent metall. Dets bare navn kan fremkalle bildet av en hane i sinnet. Faktisk er grafiske og generelle representasjoner av gallium vanligvis funnet med bildet av en sølvhane; malt med flytende gallium, et meget fuktbart stoff på glass, keramikk og til og med hånden.
Eksperimenter der biter av metallisk gallium smelter med hendene er hyppige, så vel som manipulering av væsken og dens tendens til å flekker alt den berører.
Selv om gallium ikke er giftig, som kvikksølv, er det et ødeleggende middel av metaller, da det gjør dem sprø og ubrukelige (i første omgang). På den annen side griper den farmakologisk inn i prosessene der biologiske matriser bruker jern.
For de i verden av optoelektronikk og halvledere, vil gallium holdes høyt, sammenlignbart med og kanskje bedre enn silisiumet selv. På den annen side er det produsert speil og gjenstander basert på legeringer med galliumtermometre.
Kjemisk har dette metallet fortsatt mye å tilby; kanskje innen katalyse, kjernekraft, i utviklingen av nye halvledermaterialer, eller "rett og slett" i klargjøringen av deres forvirrende og komplekse struktur.
Artikkelindeks
I 1871 hadde den russiske kjemikeren Dmitri Mendeleev allerede spådd eksistensen av et element hvis egenskaper lignet på aluminium; som han kalte som ekaluminium. Dette elementet måtte være plassert rett under aluminiumet. Mendeleev spådde også egenskapene til ekaluminium (tetthet, smeltepunkt, formler av oksider osv.).
Overraskende nok hadde den franske kjemikeren Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran, fire år senere, funnet et nytt element i en prøve av sfaleritt (sink blende), fra Pyreneene. Han var i stand til å oppdage det takket være en spektroskopisk analyse, der han observerte spekteret av to fiolette linjer som ikke falt sammen med et annet element.
Etter å ha oppdaget et nytt element, utførte Lecoq eksperimenter på 430 kg sfaleritt, hvorfra han var i stand til å isolere 0,65 gram av det; og etter en rekke målinger av dens fysiske og kjemiske egenskaper konkluderte han med at det var Mendeleevs ekaluminium.
For å isolere det, utførte Lecoq elektrolysen av sitt respektive hydroksyd i kaliumhydroksid; sannsynligvis den samme som han oppløste sphaleritten. Ved å sertifisere at det var ekaluminium, og også være oppdageren, ga han det navnet 'gallium' (galium på engelsk). Dette navnet stammer fra navnet 'Gallia', som på latin betyr Frankrike.
Imidlertid presenterer navnet en annen nysgjerrighet: 'Lecoq' på fransk betyr 'hane', og på latin 'gallus'. Å være et metall, ble 'gallus' til 'gallium'; men på spansk er konverteringen mye mer direkte. Dermed er det ikke tilfeldig at man tenker på en hane når man snakker om gallium..
Gallium er et luktfritt sølvmetall med glassoverflate med en snerpende smak. Det faste stoffet er mykt og sprøtt, og når det sprekker, gjør det det conchoidal; det vil si at stykkene som er dannet er buede, ligner på skjell.
Når det er smeltet, kan det vise en blålig glød, avhengig av vinkelen det ses på. Denne sølvfargede væsken er ikke giftig ved kontakt; imidlertid "kleber" den seg for mye til overflater, spesielt hvis de er keramiske eller glass. For eksempel kan en enkelt dråpe gallium gjennomsyre innsiden av en glasskopp for å belegge den med et sølvspeil..
Hvis et fast fragment av gallium avsettes i flytende gallium, fungerer det som en kjerne der glitrende galliumkrystaller raskt utvikler seg og vokser..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C Denne temperaturen kan nås ved å holde et galliumglass tett mellom begge hender til det smelter..
2400 ° C Legg merke til det store gapet mellom 29,7 ° C og 2400 ° C; det vil si at flytende gallium har et veldig lavt damptrykk, og dette faktum gjør det til et av elementene med størst temperaturforskjell mellom væske og gassform..
-Ved romtemperatur: 5,91 g / cm3
-Ved smeltepunkt: 6,095 g / cm3
Merk at det samme skjer med gallium som med vann: densiteten til væsken er større enn dens faste stoff. Derfor vil krystallene dine flyte på flytende gallium (gallium-isfjell). Faktisk er volumutvidelsen av det faste stoffet slik (tre ganger), at det er upraktisk å lagre flytende gallium i beholdere som ikke er laget av plast..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
Ved 1037 ºC utøver bare væsken et trykk på 1 Pa.
1,81 på Pauling-skalaen
-Først: 578,8 kJ / mol (Ga+ gassformig)
-Andre: 1979,3 kJ / mol (Gato+ gassformig)
-Tredje: 2963 kJ / mol (Ga3+ gassformig)
40,6 W / (m K)
270 nΩ · m ved 20 ºC
1.5
1819 cP ved 32 ºC
709 dyn / cm ved 30 ºC
I likhet med aluminium er gallium amfotert; reagerer med både syrer og baser. For eksempel kan sterke syrer oppløse det for å danne gallium (III) salter; hvis de handler om HtoSW4 og HNO3, er produsert Gato(SW4)3 og vant3)3, henholdsvis. Mens det reageres med sterke baser, produseres gallatsalter med ionen Ga (OH)4-.
Legg merke til likheten mellom Ga (OH)4- og Al (OH)4- (aluminat). Hvis ammoniakk tilsettes mediet, dannes gallium (III) hydroksid, Ga (OH)3, som også er amfoterisk; når den reagerer med sterke baser, produserer den Ga (OH) igjen4-, men hvis den reagerer med sterke syrer frigjør den den vandige kompleksen [Ga (OHto)6]3+.
Metallisk gallium er relativt inert ved romtemperatur. Det reagerer ikke med luft, som et tynt lag med oksid, GatoELLER3, beskytter den mot oksygen og svovel. Imidlertid fortsetter oksidasjonen av metallet når det blir oppvarmet, og forvandles til oksid. Og hvis svovel er tilstede, reagerer det ved høye temperaturer og danner GatoS3.
Det er ikke bare galliumoksider og sulfider, men også fosfider (GaP), arsenider (GaAs), nitrider (GaN) og antimonider (GaSb). Slike forbindelser kan oppstå ved direkte reaksjon av elementene ved forhøyede temperaturer, eller ved alternative syntetiske veier..
Likeledes kan gallium reagere med halogener for å danne deres respektive halogenider; slik som GatoCl6, GaF3 og GatoJeg3.
Dette metallet, som aluminium og dets kongenere (medlemmer av samme gruppe 13), kan samhandle kovalent med karbonatomer for å produsere organometalliske forbindelser. Når det gjelder de med Ga-C-bindinger, kalles de organogalier.
Det mest interessante med gallium er ikke noen av de tidligere kjemiske egenskapene, men dens enorme letthet som det kan legeres med (ligner kvikksølv og dets sammenslåingsprosess). Dens Ga-atomer "gni seg raskt" mellom metallkrystaller, noe som resulterer i galliumlegeringer..
Gallium er ikke bare uvanlig ved at det er et metall som smelter med håndflaten, men strukturen er kompleks og usikker..
På den ene siden er det kjent at dets krystaller vedtar en ortorombisk struktur (Ga-I) under normale forhold; Dette er imidlertid bare en av de mange mulige fasene for dette metallet, hvor den eksakte rekkefølgen på atomene ikke er spesifisert. Det er derfor en mer kompleks struktur enn den kan se ut ved første øyekast..
Det ser ut til at resultatene varierer i henhold til vinkelen eller retningen der strukturen blir analysert (anisotropi). På samme måte er disse strukturene veldig utsatt for den minste endring i temperatur eller trykk, noe som betyr at gallium ikke kan defineres som en enkelt type krystall på tidspunktet for datatolkningen..
Ga-atomer samhandler med hverandre takket være metallbindingen. Imidlertid er det funnet en viss grad av kovalens mellom to nærliggende atomer, slik at eksistensen av Ga dimer antas.to (Gaga).
I teorien bør denne kovalente bindingen dannes ved overlappingen av 4p-banen, med den eneste elektronen i henhold til den elektroniske konfigurasjonen:
[Ar] 3d10 4sto 4p1
Denne blandingen av kovalente-metalliske interaksjoner tilskrives det lave smeltepunktet for gallium; siden, selv om det på den ene siden kan være et "elektronhav" som holder Ga-atomene tett sammen i krystallen, på den andre siden består strukturelle enheter av Ga-dimerer.to, hvis intermolekylære interaksjoner er svake.
Når trykket øker fra 4 til 6 GPa, gjennomgår galliumkrystallene faseoverganger; fra den ortorombiske passerer den til kubikken sentrert i kroppen (Ga-II), og fra dette går den til slutt til tetragonal sentrert i kroppen (Ga-III). I trykkområdet dannes muligens en blanding av krystaller som gjør tolkningen av strukturene enda vanskeligere..
De mest energiske elektronene er de som finnes i 4s og 4p orbitaler; ettersom det er tre av dem, forventes det derfor at gallium kan miste dem når de kombineres med elementer som er mer elektronegative enn det.
Når dette skjer, antas eksistensen av Ga-kasjonen.3+, og dets oksidasjonsnummer eller tilstand sies å være +3 eller Ga (III). Faktisk er dette den vanligste av alle oksidasjonsnumrene. Følgende forbindelser har for eksempel gallium som +3: GatoELLER3 (Gato3+ELLER3to-), GatoBr6 (Gato3+Br6-), Li3GaNto (Li3+Ga3+Nto3-) og GatoTe3 (Gato3+Te3to-).
Gallium kan også bli funnet med oksidasjonstall på +1 og +2; selv om de er mye mindre vanlige enn +3 (ligner på aluminium). Eksempler på slike forbindelser er GaCl (Ga+Cl-), GatoO (Gato+ELLERto-) og GaS (Gato+Sto-).
Merk at eksistensen av ioner med ladningsstørrelser identisk med oksidasjonsnummeret som antas alltid antas (riktig eller ikke)..
Gallium finnes i jordskorpen med en overflod som er proporsjonal med metallene kobolt, bly og niob. Det ser ut som et hydratisert sulfid eller oksid, bredt diffundert som urenheter i andre mineraler.
Dens oksider og sulfider er lite oppløselige i vann, så konsentrasjonen av gallium i hav og elver er lav. Videre er det eneste mineral som er "rikt" på gallium, gallita (CuGaSto, bildet over). Imidlertid er det upraktisk å utnytte kyllingen for å oppnå dette metallet. Mindre kjent er mineralet gallium plumbogumite.
Derfor er det ingen ideelle malmer for dette metallet (med en konsentrasjon større enn 0,1% av massen)..
I stedet oppnås gallium som et biprodukt av metallurgisk behandling av malm av andre metaller. For eksempel kan den ekstraheres fra bauxitter, sinkblandere, alum, kull, galenas, pyritter, germanitter, etc. det vil si at det vanligvis er forbundet med aluminium, sink, karbon, bly, jern og germanium i forskjellige minerallegemer.
Når mineralråmaterialet blir fordøyd eller oppløst, enten i sterkt sure eller basiske medier, oppnås en blanding av metallioner solubilisert i vann. Ettersom gallium er et biprodukt, dets Ga-ioner3+ forbli oppløst i blandingen når metallene av interesse har falt ut.
Dermed vil du skille disse Ga3+ av de andre ionene, med det ene formål å øke konsentrasjonen og renheten til det resulterende metall.
For dette, i tillegg til konvensjonelle utfellingsteknikker, brukes ionebyttekromatografi ved bruk av en harpiks. Takket være denne teknikken er det mulig å skille (for eksempel) Ga3+ av Cato+ o Tro3+.
Når en høykonsentrert løsning av Ga-ioner er oppnådd3+, den utsettes for elektrolyse; det vil si Ga3+ mottar elektroner for å kunne danne seg som et metall.
Gallium finnes i naturen hovedsakelig som to isotoper: 69Ga, med en overflod på 60,11%; og 71Ga, med en overflod på 39,89%. Det er av denne grunn at atomvekten til gallium er 69,723 u. De andre isotopene av gallium er syntetiske og radioaktive, med atommasser fra 56Ga a 86Ga.
Fra et miljømessig synspunkt er metallisk gallium ikke veldig reaktivt og løselig i vann, så dets utslipp i teorien representerer ikke alvorlig forurensningsrisiko. I tillegg er det ukjent hvilken biologisk rolle den kan ha i organismer, med de fleste atomer som skilles ut i urinen, uten tegn til å akkumuleres i noe av vevet..
I motsetning til kvikksølv kan gallium håndteres med bare hender. Faktisk er eksperimentet med å prøve å smelte det med hendene varmen ganske vanlig. En person kan berøre den resulterende sølvvæsken uten frykt for å skade eller skade huden deres; selv om det etterlater en sølv flekk på den.
Inntak av det kan imidlertid være giftig, siden det i teorien vil oppløses i magen for å generere GaCl3; galliumsalt hvis virkninger på kroppen er uavhengig av metallet.
Gallium er preget av sterk flekker eller liming til overflater; og hvis disse er metalliske, går det gjennom dem og danner legeringer umiddelbart. Denne egenskapen ved å kunne legeres med nesten alle metaller gjør det upassende å søle flytende gallium på metallobjekter..
Derfor risikerer metallgjenstander at de knuses i stykker i nærvær av gallium. Dens handling kan være så langsom og ubemerket at den gir uønskede overraskelser; spesielt hvis den har blitt sølt på en metallstol som kan kollapse når noen sitter på den.
Derfor bør de som ønsker å håndtere gallium aldri sette det i kontakt med andre metaller. For eksempel er væsken i stand til å oppløse aluminiumsfolie, så vel som å snike seg inn i indium-, jern- og tinnkrystaller, for å gjøre dem sprø..
Generelt sett, til tross for det ovennevnte, og det faktum at dampene nesten er fraværende ved romtemperatur, blir gallium vanligvis ansett som et trygt element med ingen toksisitet..
Gallium har erstattet kvikksølv som væske for å lese temperaturene preget av termometeret. Smeltepunktet på 29,7 ºC er imidlertid fortsatt høyt for denne applikasjonen, og det er grunnen til at det i metallisk tilstand ikke ville være mulig å bruke det i termometre; i stedet brukes en legering kalt Galinstan (Ga-In-Sn).
Galinstan-legering har et smeltepunkt rundt -18 ºC, og har lagt til sin nulltoksisitet, og gjør den til et ideelt stoff for design av kvikksølvuavhengige medisinske termometre. På denne måten, hvis det skulle bryte, ville det være trygt å rydde opp i rotet; selv om det vil skitne gulvet på grunn av dets evne til å våte overflater.
Igjen blir det nevnt fuktbarheten til gallium og dets legeringer. Når du berører en porselenoverflate eller et glass, sprer det seg over hele overflaten til den er helt dekket av et sølvspeil.
I tillegg til speil, har galliumlegeringer blitt brukt til å lage gjenstander i alle former, siden de først stivner. Dette kan ha et stort nanoteknisk potensiale: bygge objekter med svært små dimensjoner, som logisk fungerer ved lave temperaturer, og viser unike egenskaper basert på gallium..
Termiske pastaer som brukes i datamaskinprosessorer er laget av galliumlegeringer.
Ga-ioner3+ ha en viss likhet med Fe3+ på måten de griper inn i metabolske prosesser. Derfor, hvis det er en funksjon, parasitt eller bakterier som krever jern for å utføre, kan de stoppes ved å forveksle det med gallium; slik er tilfellet med pseudomonas-bakterier.
Så dette er hvor galliummedisiner vises, som ganske enkelt kan bestå av uorganiske salter eller organogalier. La Ganita, handelsnavn for galliumnitrat, Ga (NO3)3, brukes til å regulere de høye kalsiumnivåene (hyperkalsemi) assosiert med beinkreft.
Galliumarsenid og nitrid kjennetegnes ved å være halvledere, som har kommet for å erstatte silisium i visse optoelektroniske applikasjoner. Med dem er det produsert transistorer, laserdioder og lysdioder (blå og fiolett), chips, solceller osv. Takket være GaN-lasere kan du for eksempel lese Blu-Ray-plater.
Galliumoksider har blitt brukt til å studere katalysen i forskjellige organiske reaksjoner av stor industriell interesse. En av de nyere galliumkatalysatorene består av sin egen væske, der atomer av andre metaller er spredt som fungerer som de aktive sentrene eller stedene..
For eksempel har gallium-palladium-katalysatoren blitt studert i dehydrogeneringsreaksjonen av butan; å omdanne butan til mer reaktive umettede arter, nødvendig for andre industrielle prosesser. Denne katalysatoren består av flytende gallium som fungerer som en støtte for palladiumatomer..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.