Det gallium Det er et metalelement, der er repræsenteret af symbolet Ga, og som hører til gruppe 13 i det periodiske system. Kemisk ligner det aluminium i sin amfoterisme; Imidlertid udviser begge metaller en egenskab, der gør dem skelne fra hinanden..
For eksempel kan aluminiumslegeringer bearbejdes for at give dem alle mulige former; mens gallium har meget lave smeltepunkter, der praktisk talt består af sølvfarvede væsker. Smeltepunktet for gallium er også lavere end for aluminium; førstnævnte kan smelte af håndens varme, mens sidstnævnte ikke kan.
Den kemiske lighed mellem gallium og aluminium grupperer dem også geokemisk; dvs. mineraler eller sten, der er rige på aluminium, såsom bauxitter, har estimerbare koncentrationer af gallium. Bortset fra denne mineralogiske kilde er der andre af zink, bly og kulstof, der er bredt spredt over jordskorpen..
Gallium er ikke populært et velkendt metal. Dets blotte navn kan fremkalde billedet af en hane i sindet. Faktisk findes grafiske og generelle repræsentationer af gallium normalt med billedet af en sølvhane; malet med flydende gallium, et meget befugteligt stof på glas, keramik og endda hånden.
Eksperimenter, hvor stykker af metallisk gallium smeltes med hænderne, er hyppige, såvel som manipulation af dens væske og dens tendens til at plette alt, hvad den rører ved.
Selvom gallium ikke er giftigt, ligesom kviksølv, er det et ødelæggende middel af metaller, da det gør dem sprøde og ubrugelige (i første omgang). På den anden side griber det farmakologisk ind i processerne, hvor biologiske matricer bruger jern.
For dem i verden af optoelektronik og halvledere vil gallium blive værdsat højt, sammenlignelig med og måske bedre end silicium selv. På den anden side er der med galliumtermometre fremstillet spejle og genstande baseret på dens legeringer.
Kemisk har dette metal stadig meget at tilbyde; måske inden for katalyse, kerneenergi, i udviklingen af nye halvledermaterialer eller "simpelthen" i afklaringen af deres forvirrende og komplekse struktur.
Artikelindeks
I 1871 havde den russiske kemiker Dmitri Mendeleev allerede forudsagt eksistensen af et element, hvis egenskaber lignede de af aluminium; som han navngav som ekaluminium. Dette element skulle placeres lige under aluminiumet. Mendeleev forudsagde også egenskaberne (densitet, smeltepunkt, formler af dets oxider osv.) Af ekaluminium.
Overraskende nok havde den franske kemiker Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran fire år senere fundet et nyt element i en prøve af sfalerit (zink blende) fra Pyrenæerne. Han var i stand til at opdage det takket være en spektroskopisk analyse, hvor han observerede spektret af to violette linjer, der ikke faldt sammen med et andet element.
Efter at have opdaget et nyt element udførte Lecoq eksperimenter på 430 kg sfalerit, hvorfra han var i stand til at isolere 0,65 gram af det; og efter en række målinger af dets fysiske og kemiske egenskaber konkluderede han, at det var Mendeleevs ekaluminium.
For at isolere det udførte Lecoq elektrolysen af dets respektive hydroxid i kaliumhydroxid; sandsynligvis den samme, som han opløste sphaleritten med. Ved at bekræfte, at det var ekaluminium, og også at være dets opdagere, gav han det navnet 'gallium' (galium på engelsk). Dette navn stammer fra navnet 'Gallia', som på latin betyder Frankrig.
Imidlertid præsenterer navnet en anden nysgerrighed: 'Lecoq' på fransk betyder 'hane' og på latin 'gallus'. At være et metal blev 'gallus' til 'gallium'; skønt på spansk er konverteringen meget mere direkte. Det er således ikke tilfældigt, at man tænker på en hane, når man taler om gallium..
Gallium er et lugtfrit, glasagtig sølvmetal med en snerpende smag. Dens faste stof er blødt og skørt, og når det brækker, gør det det conchoidal; de dannede stykker er buede, svarende til muslingeskaller.
Når det er smeltet, kan det vise en blålig glød afhængigt af vinklen, det ses under. Denne sølvfarvede væske er ikke giftig ved kontakt; det klæber sig imidlertid for meget til overflader, især hvis de er keramiske eller glas. For eksempel kan en enkelt dråbe gallium trænge ind i en glasskål for at belægge den med et sølvspejl..
Hvis et fast fragment af gallium deponeres i flydende gallium, tjener det som en kerne, hvor glitrende galliumkrystaller hurtigt udvikler sig og vokser..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C. Denne temperatur kan nås ved at holde et galliumglas tæt mellem begge hænder, indtil det smelter..
2400 ° C Bemærk det store hul mellem 29,7 ° C og 2400 ° C; det vil sige, at flydende gallium har et meget lavt damptryk, og denne kendsgerning gør det til et af de grundstoffer, der har den største temperaturforskel mellem flydende og gasformige tilstande..
-Ved stuetemperatur: 5,91 g / cm3
-Ved smeltepunkt: 6,095 g / cm3
Bemærk, at det samme sker med gallium som med vand: densiteten af dens væske er større end dens faste stof. Derfor flyder dine krystaller på flydende gallium (galliumisbjerge). Faktisk er volumenudvidelsen af det faste stof sådan (tre gange), at det er ubelejligt at opbevare flydende gallium i beholdere, der ikke er lavet af plast..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
Ved 1037 ºC udøver kun væsken et tryk på 1 Pa.
1,81 på Pauling-skalaen
-Først: 578,8 kJ / mol (Ga+ gasformig)
-Andet: 1979,3 kJ / mol (Gato+ gasformig)
-Tredje: 2963 kJ / mol (Ga3+ gasformig)
40,6 W / (m K)
270 nΩ · m ved 20 ºC
1.5
1.819 cP ved 32 ºC
709 dyn / cm ved 30 ºC
Ligesom aluminium er gallium amfotert; reagerer med både syrer og baser. For eksempel kan stærke syrer opløse det til dannelse af gallium (III) salte; hvis de handler om HtoSW4 og HNO3, produceres Gato(SW4)3 og vandt3)3, henholdsvis. Mens der reageres med stærke baser, dannes der gallatsalte med ionen Ga (OH)4-.
Bemærk ligheden mellem Ga (OH)4- og Al (OH)4- (aluminat). Hvis ammoniak sættes til mediet dannes gallium (III) hydroxid, Ga (OH)3, hvilket også er amfotert; når det reagerer med stærke baser, producerer det Ga (OH) igen4-, men hvis det reagerer med stærke syrer frigør det det vandige kompleks [Ga (OHto)6]3+.
Metallisk gallium er relativt inert ved stuetemperatur. Det reagerer ikke med luft, da et tyndt lag oxid, GatoELLER3, beskytter det mod ilt og svovl. Imidlertid fortsætter oxidationen af metallet, når det opvarmes, og omdannes fuldstændigt til dets oxid. Og hvis der er svovl, reagerer det ved høje temperaturer og danner GatoS3.
Der er ikke kun galliumoxider og sulfider, men også phosphider (GaP), arsenider (GaAs), nitrider (GaN) og antimonider (GaSb). Sådanne forbindelser kan stamme ved direkte reaktion af elementerne ved forhøjede temperaturer eller ved alternative syntetiske veje..
Ligeledes kan gallium reagere med halogener til dannelse af deres respektive halogenider; såsom GatoCl6, GaF3 og Gatojeg3.
Dette metal kan, ligesom aluminium og dets kongenere (medlemmer af samme gruppe 13), interagere kovalent med carbonatomer for at producere organometalliske forbindelser. I tilfælde af dem med Ga-C-bindinger kaldes de organogalier.
Den mest interessante ting ved gallium er ikke nogen af dens tidligere kemiske egenskaber, men dens enorme lethed, hvormed det kan legeres (svarende til kviksølv og dets sammenlægningsproces). Dens Ga-atomer ”gnider hurtigt” mellem metalliske krystaller, hvilket resulterer i galliumlegeringer..
Gallium er ikke kun usædvanligt, idet det er et metal, der smelter med varmen i håndfladen, men dets struktur er kompleks og usikker..
På den ene side er det kendt, at dets krystaller antager en orthorhombisk struktur (Ga-I) under normale forhold; Dette er dog kun en af de mange mulige faser for dette metal, hvor den nøjagtige rækkefølge af dets atomer ikke er specificeret. Det er derfor en mere kompleks struktur, end den måske ser ud ved første øjekast..
Det ser ud til, at resultaterne varierer i henhold til den vinkel eller retning, som dens struktur analyseres i (anisotropi). Disse strukturer er ligeledes meget modtagelige for den mindste ændring i temperatur eller tryk, hvilket betyder, at gallium ikke kan defineres som en enkelt type krystal på tidspunktet for datatolkningen..
Ga-atomer interagerer med hinanden takket være den metalliske binding. Imidlertid er der fundet en vis grad af kovalens mellem to nærliggende atomer, så eksistensen af Ga dimer antages.to (Gaga).
I teorien skal denne kovalente binding dannes ved overlapningen af 4p-orbitalen, med dens eneste elektron i henhold til den elektroniske konfiguration:
[Ar] 3d10 4sto 4p1
Denne blanding af kovalente-metalliske interaktioner tilskrives det lave smeltepunkt for gallium; da selv om der på den ene side kan være et "hav af elektroner", der holder Ga-atomerne tæt sammen i krystallen, på den anden side består strukturelle enheder af Ga-dimerer.to, hvis intermolekylære interaktioner er svage.
Når trykket stiger fra 4 til 6 GPa, gennemgår galliumkrystallerne faseovergange; fra det orthorhombiske passerer det til det kubik, der er centreret i kroppen (Ga-II), og herfra passerer det endelig til det tetragonal centreret i kroppen (Ga-III). I trykområdet dannes muligvis en blanding af krystaller, hvilket gør fortolkningen af strukturerne endnu vanskeligere..
De mest energiske elektroner er dem, der findes i 4s og 4p orbitaler; da der er tre af dem, forventes det derfor, at gallium kan miste dem, når de kombineres med grundstoffer, der er mere elektronegative end det.
Når dette sker, antages eksistensen af Ga-kationen.3+, og dets oxidationsnummer eller -stat siges at være +3 eller Ga (III). Faktisk er dette den mest almindelige af alle dets oxidationsnumre. 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 findes med oxidationstal på +1 og +2; skønt de er meget mindre almindelige end +3 (svarende til aluminium). Eksempler på sådanne forbindelser er GaCl (Ga+Cl-), GatoO (Gato+ELLERto-) og GaS (Gato+Sto-).
Bemærk, at eksistensen af ioner med ladningsstørrelser identisk med det betragtede oxidationsnummer altid antages (korrekt eller ej)..
Gallium findes i jordskorpen med en overflod, der er proportional med metallerne kobolt, bly og niob. Det ser ud som et hydreret sulfid eller oxid, bredt diffunderet som urenheder indeholdt i andre mineraler.
Dens oxider og sulfider er dårligt opløselige i vand, så koncentrationen af gallium i havene og floder er lav. Desuden er gallita (CuGaS) det eneste mineral, der er “rig” på galliumto, billede ovenfor). Det er imidlertid upraktisk at udnytte kyllingen til at opnå dette metal. Mindre kendt er mineralet gallium plumbogumite.
Derfor er der ingen ideelle malme til dette metal (med en koncentration større end 0,1 masseprocent)..
I stedet opnås gallium som et biprodukt fra metallurgisk behandling af malm af andre metaller. For eksempel kan den ekstraheres fra bauxitter, zinkblandere, alum, kul, galenaer, pyritter, germanitter osv. det vil sige, det er normalt forbundet med aluminium, zink, kulstof, bly, jern og germanium i forskellige minerallegemer.
Når mineralråmaterialet fordøjes eller opløses, enten i stærkt sure eller basiske medier, opnås en blanding af metalioner solubiliseret i vand. Da gallium er et biprodukt, er dets Ga-ioner3+ forbliver opløst i blandingen, når metallerne af interesse er udfældet.
Således vil du adskille disse Ga3+ af de andre ioner med det ene formål at øge deres koncentration og renheden af det resulterende metal.
Til dette, ud over konventionelle udfældningsteknikker, anvendes ionbytningskromatografi ved anvendelse af en harpiks. Takket være denne teknik er det muligt at adskille (for eksempel) Ga3+ af Cato+ o Tro3+.
Når der er opnået en stærkt koncentreret opløsning af Ga-ioner3+, den udsættes for elektrolyse det vil sige Ga3+ modtager elektroner for at kunne dannes som et metal.
Gallium findes i naturen hovedsagelig som to isotoper: 69Ga, med en overflod på 60,11%; og 71Ga, med en overflod på 39,89%. Det er af denne grund, at atomvægten af gallium er 69,723 u. De andre isotoper af gallium er syntetiske og radioaktive med atommasser, der spænder fra 56Ga a 86Ga.
Ud fra et miljømæssigt synspunkt er metallisk gallium ikke særlig reaktivt og opløseligt i vand, så dets spild i teorien repræsenterer ikke alvorlige forureningsrisici. Derudover er det ukendt, hvilken biologisk rolle den kan have i organismer, hvor de fleste af dets atomer udskilles i urinen uden tegn på akkumulering i noget af dets væv..
I modsætning til kviksølv kan gallium håndteres med bare hænder. Faktisk er eksperimentet med at forsøge at smelte det med hænderne meget almindeligt. En person kan røre ved den resulterende sølvvæske uden frygt for at skade eller skade huden; selvom det efterlader en sølvplet på den.
Indtagelse af det kunne imidlertid være giftigt, da det i teorien ville opløses i maven for at generere GaCl3; galliumsalt, hvis virkninger på kroppen er uafhængige af metallet.
Gallium er karakteriseret ved stærkt farvning eller klæbning til overflader; og hvis disse er metalliske, går det igennem dem og danner legeringer med det samme. Denne egenskab ved at kunne legeres med næsten alle metaller gør det upassende at spilde flydende gallium på ethvert metalgenstand..
Derfor risikerer metalgenstande at knuses i stykker i nærværelse af gallium. Dens handling kan være så langsom og ubemærket, at den medfører uønskede overraskelser; især hvis den er spildt på en metalstol, som kan kollapse, når nogen sidder på den.
Derfor bør de, der ønsker at håndtere gallium, aldrig sætte det i kontakt med andre metaller. For eksempel er dens væske i stand til at opløse aluminiumsfolie såvel som at snige sig ind i indium-, jern- og tinkrystaller for at gøre dem sprøde..
Generelt, på trods af det ovennævnte, og det faktum, at dens dampe næsten ikke er til stede ved stuetemperatur, betragtes gallium normalt som et sikkert element med nul toksicitet..
Gallium har erstattet kviksølv som væske for at aflæse temperaturerne markeret med termometeret. Smeltepunktet på 29,7 ºC er dog stadig højt til denne anvendelse, hvorfor det i sin metalliske tilstand ikke ville være muligt at bruge det i termometre; i stedet anvendes en legering kaldet Galinstan (Ga-In-Sn).
Galinstan-legering har et smeltepunkt omkring -18 ºC og tilføjet sin nul toksicitet gør det til et ideelt stof til design af kviksølvuafhængige medicinske termometre. På denne måde, hvis det skulle bryde, ville det være sikkert at rydde op i rodet; skønt det vil beskidt gulvet på grund af dets evne til at våde overflader.
Igen nævnes fugten af gallium og dets legeringer. Når du berører en porcelænoverflade eller et glas, spreder det sig over hele overfladen, indtil den er helt dækket af et sølvspejl.
Ud over spejle er der anvendt galliumlegeringer til at skabe genstande i alle former, da de størkner, når de først er afkølet. Dette kunne have et stort nanoteknologisk potentiale: bygningsgenstande med meget små dimensioner, der logisk fungerer ved lave temperaturer og viser unikke egenskaber baseret på gallium..
Termiske pastaer, der anvendes i computerprocessorer, er fremstillet af galliumlegeringer.
Ga-ioner3+ har en vis lighed med Fe3+ på den måde, hvorpå de griber ind i metaboliske processer. Derfor, hvis der er en funktion, parasit eller bakterier, der kræver jern at udføre, kan de stoppes ved at forveksle det med gallium; sådan er tilfældet med pseudomonas-bakterier.
Så det er her, galliumlægemidler vises, som simpelthen kan bestå af dets uorganiske salte eller organogalier. La Ganita, handelsnavn for galliumnitrat, Ga (NO3)3, bruges til at regulere de høje calciumniveauer (hypercalcæmi) forbundet med knoglekræft.
Galliumarsenid og nitrid er karakteriseret ved at være halvledere, der er kommet til at erstatte silicium i visse optoelektroniske applikationer. Med dem er der fremstillet transistorer, laserdioder og lysemitterende dioder (blå og violette), chips, solceller osv. Takket være GaN-lasere kan Blu-Ray-diske for eksempel læses.
Galliumoxider er blevet brugt til at undersøge deres katalyse i forskellige organiske reaktioner af stor industriel interesse. En af de nyere galliumkatalysatorer består af sin egen væske, over hvilken atomer af andre metaller er spredt, der fungerer som de aktive centre eller steder..
For eksempel er gallium-palladium-katalysatoren blevet undersøgt i dehydrogeneringsreaktionen af butan; at omdanne butan til mere reaktive umættede arter, der er nødvendige for andre industrielle processer. Denne katalysator består af flydende gallium, der fungerer som en understøtning for palladiumatomer..
Endnu ingen kommentarer