De gallium Het is een metalen element dat wordt weergegeven door het symbool Ga en dat behoort tot groep 13 van het periodiek systeem. Chemisch lijkt het op aluminium in zijn amfoterie; Beide metalen vertonen echter eigenschappen waardoor ze van elkaar te onderscheiden zijn..
Zo kunnen aluminiumlegeringen worden bewerkt om ze allerlei vormen te geven; terwijl die van gallium zeer lage smeltpunten hebben, praktisch bestaande uit zilverachtige vloeistoffen. Ook is het smeltpunt van gallium lager dan dat van aluminium; de eerste kan smelten door de hitte van de hand, de laatste niet.
De chemische overeenkomst tussen gallium en aluminium groepeert ze ook geochemisch; dat wil zeggen, mineralen of gesteenten die rijk zijn aan aluminium, zoals bauxiet, hebben een schatte galliumconcentratie. Afgezien van deze mineralogische bron zijn er nog andere van zink, lood en koolstof, die wijd verspreid zijn over de aardkorst..
Gallium is in de volksmond geen bekend metaal. Alleen al zijn naam kan het beeld van een haan in de geest oproepen. In feite worden grafische en algemene afbeeldingen van gallium meestal gevonden met de afbeelding van een zilveren haan; beschilderd met vloeibaar gallium, een sterk bevochtigbare substantie op glas, keramiek en zelfs de hand.
Experimenten waarbij stukjes metallisch gallium met de handen worden gesmolten, komen vaak voor, evenals de manipulatie van de vloeistof en de neiging om alles wat het aanraakt te bevlekken.
Hoewel gallium niet giftig is, zoals kwik, is het een vernietigend middel van metalen, omdat het ze broos en onbruikbaar maakt (in eerste instantie). Anderzijds grijpt het farmacologisch in de processen waarbij biologische matrices ijzer gebruiken.
Voor degenen in de wereld van opto-elektronica en halfgeleiders zal gallium hoog in aanzien staan, vergelijkbaar met en misschien zelfs superieur aan silicium zelf. Aan de andere kant zijn met gallium-thermometers, spiegels en objecten op basis van zijn legeringen vervaardigd.
Chemisch gezien heeft dit metaal nog steeds veel te bieden; misschien op het gebied van katalyse, kernenergie, bij de ontwikkeling van nieuwe halfgeleidermaterialen, of 'gewoon' bij het verduidelijken van hun verwarrende en complexe structuur.
Artikel index
In 1871 had de Russische chemicus Dmitri Mendeleev al het bestaan voorspeld van een element waarvan de eigenschappen leken op die van aluminium; die hij noemde als ekaluminium. Dit element moest net onder het aluminium worden geplaatst. Mendelejev voorspelde ook de eigenschappen (dichtheid, smeltpunt, formules van zijn oxiden, enz.) Van ekaluminium.
Verrassend genoeg had de Franse chemicus Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran vier jaar later een nieuw element gevonden in een monster van sfaleriet (zinkblende) uit de Pyreneeën. Hij kon het ontdekken dankzij een spectroscopische analyse, waarbij hij het spectrum van twee violette lijnen observeerde dat niet samenviel met dat van een ander element.
Nadat hij een nieuw element had ontdekt, voerde Lecoq experimenten uit op 430 kg sfaleriet, waaruit hij 0,65 gram ervan kon isoleren; en na een reeks metingen van de fysische en chemische eigenschappen, concludeerde hij dat het Mendelejevs ekaluminium was.
Om het te isoleren, voerde Lecoq de elektrolyse uit van zijn respectieve hydroxide in kaliumhydroxide; waarschijnlijk dezelfde waarmee hij de sfaleriet oploste. Door te verklaren dat het ekaluminium was en ook de ontdekker ervan was, gaf hij het de naam 'gallium' (galium in het Engels). Deze naam is afgeleid van de naam 'Gallia', wat in het Latijn Frankrijk betekent.
De naam wekt echter een andere curiositeit op: 'Lecoq' betekent in het Frans 'haan' en in het Latijn 'gallus'. Omdat het een metaal was, werd 'gallus' 'gallium'; hoewel de conversie in het Spaans veel directer is. Het is dus geen toeval dat er aan een haan wordt gedacht als het over gallium gaat..
Gallium is een reukloos, glasachtig zilvermetaal met een adstringerende smaak. Zijn vaste stof is zacht en broos, en wanneer hij breekt, doet hij dat conchoïdaal; dat wil zeggen, de gevormde stukken zijn gebogen, vergelijkbaar met schelpen.
Als het gesmolten is, kan het, afhankelijk van de hoek waaronder het wordt bekeken, een blauwachtige gloed vertonen. Deze zilverachtige vloeistof is niet giftig bij contact; het "kleeft" echter te veel aan oppervlakken, vooral als ze van keramiek of glas zijn. Een enkele druppel gallium kan bijvoorbeeld de binnenkant van een glazen beker doordringen om deze te bedekken met een zilveren spiegel..
Als een vast fragment van gallium wordt afgezet in vloeibaar gallium, dient het als een kern waar glinsterende galliumkristallen zich snel ontwikkelen en groeien..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C. Deze temperatuur kan worden bereikt door een galliumglas stevig tussen beide handen vast te houden totdat het smelt..
2400 ° C. Let op de grote kloof tussen 29,7 ° C en 2400 ° C; dat wil zeggen, vloeibaar gallium heeft een zeer lage dampspanning, en dit feit maakt het een van de elementen met het grootste temperatuurverschil tussen de vloeibare en gasvormige toestand..
-Bij kamertemperatuur: 5,91 g / cm3
-Op smeltpunt: 6,095 g / cm3
Merk op dat hetzelfde gebeurt met gallium als met water: de dichtheid van zijn vloeistof is groter dan die van zijn vaste stof. Daarom zullen uw kristallen drijven op vloeibaar gallium (galliumijsbergen). In feite is de volume-uitzetting van de vaste stof zodanig (driemaal), dat het lastig is om vloeibaar gallium op te slaan in containers die niet van plastic zijn gemaakt..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
Bij 1037 ºC oefent alleen de vloeistof een druk uit van 1 Pa.
1,81 op de schaal van Pauling
-Ten eerste: 578,8 kJ / mol (Ga+ gasvormig)
-Ten tweede: 1979,3 kJ / mol (Gatwee+ gasvormig)
-Ten derde: 2963 kJ / mol (Ga3+ gasvormig)
40,6 W / (m · K)
270 nΩ · m bij 20 ºC
1.5
1.819 cP bij 32 ºC
709 dyne / cm bij 30 ºC
Net als aluminium is gallium amfoteer; reageert met zowel zuren als basen. Sterke zuren kunnen het bijvoorbeeld oplossen om gallium (III) -zouten te vormen; als ze over de H gaantweeSW4 en HNO3, worden geproduceerd Gatwee(ZW43 en gewonnen33, respectievelijk. Terwijl bij reactie met sterke basen gallaatzouten worden geproduceerd, met het ion Ga (OH)4-.
Let op de gelijkenis tussen Ga (OH)4- en Al (OH)4- (aluminaat). Als ammoniak aan het medium wordt toegevoegd, wordt gallium (III) hydroxide, Ga (OH) gevormd3, die ook amfoteer is; wanneer het reageert met sterke basen, produceert het weer Ga (OH)4-, maar als het reageert met sterke zuren, komt het complexe waterige [Ga (OHtwee63+.
Metallisch gallium is relatief inert bij kamertemperatuur. Het reageert niet met lucht, zoals een dun laagje oxide, GatweeOF3, beschermt het tegen zuurstof en zwavel. Bij verhitting gaat de oxidatie van het metaal echter door, volledig omgezet in zijn oxide. En als zwavel aanwezig is, reageert het bij hoge temperaturen om Ga te vormentweeS3.
Er zijn niet alleen galliumoxiden en sulfiden, maar ook fosfiden (GaP), arseniden (GaAs), nitriden (GaN) en antimoniden (GaSb). Dergelijke verbindingen kunnen ontstaan door de directe reactie van de elementen bij verhoogde temperaturen, of door alternatieve syntheseroutes..
Evenzo kan gallium reageren met halogenen om hun respectievelijke halogeniden te vormen; zoals GatweeCl6, GaF3 en Gatweeik3.
Dit metaal kan, net als aluminium en zijn soortgenoten (leden van dezelfde groep 13), covalent interageren met koolstofatomen om organometaalverbindingen te produceren. In het geval van degenen met Ga-C-bindingen, worden ze organogaliums genoemd.
Het meest interessante van gallium zijn niet de eerdere chemische eigenschappen ervan, maar het enorme gemak waarmee het kan worden gelegeerd (vergelijkbaar met dat van kwik en het samensmeltingsproces). De Ga-atomen 'wrijven' snel tussen metallische kristallen, wat resulteert in galliumlegeringen..
Gallium is niet alleen ongebruikelijk omdat het een metaal is dat smelt met de hitte van de handpalm, maar de structuur is complex en onzeker..
Enerzijds is bekend dat de kristallen onder normale omstandigheden een orthorhombische structuur (Ga-I) aannemen; Dit is echter slechts een van de vele mogelijke fasen voor dit metaal, waarvan de exacte volgorde van de atomen niet is gespecificeerd. Het is daarom een complexere structuur dan het op het eerste gezicht lijkt..
Het lijkt erop dat de resultaten variëren afhankelijk van de hoek of richting waarin de structuur wordt geanalyseerd (anisotropie). Evenzo zijn deze structuren erg gevoelig voor de kleinste verandering in temperatuur of druk, wat betekent dat gallium niet kan worden gedefinieerd als een enkel type kristal op het moment van gegevensinterpretatie..
Ga-atomen communiceren met elkaar dankzij de metaalbinding. Er is echter een zekere mate van covalentie gevonden tussen twee naburige atomen, dus wordt aangenomen dat het Ga-dimeer bestaat.twee (Gaga).
In theorie zou deze covalente binding gevormd moeten worden door de overlapping van de 4p-orbitaal, met zijn enige elektron volgens de elektronische configuratie:
[Ar] 3d10 4stwee 4p1
Dit mengsel van covalente-metaalinteracties wordt toegeschreven aan het lage smeltpunt van gallium; want hoewel er aan de ene kant een "zee van elektronen" kan zijn die de Ga-atomen stevig bij elkaar houdt in het kristal, bestaan de structurele eenheden aan de andere kant uit Ga-dimeren.twee, wiens intermoleculaire interacties zwak zijn.
Wanneer de druk stijgt van 4 naar 6 GPa, ondergaan de galliumkristallen faseovergangen; van het orthorhombische gaat het naar het kubieke deel dat gecentreerd is in het lichaam (Ga-II), en van hieruit gaat het uiteindelijk over naar het tetragonale dat gecentreerd is in het lichaam (Ga-III). In het drukbereik wordt mogelijk een mengsel van kristallen gevormd, wat de interpretatie van de structuren nog moeilijker maakt..
De meest energetische elektronen zijn die gevonden in de 4s en 4p orbitalen; aangezien het er drie zijn, wordt daarom verwacht dat gallium ze kan verliezen in combinatie met elementen die meer elektronegatief zijn dan het.
Wanneer dit gebeurt, wordt het bestaan van de Ga kation verondersteld.3+, en het oxidatiegetal of de oxidatietoestand is naar verluidt +3 of Ga (III). In feite is dit de meest voorkomende van alle oxidatiegetallen. De volgende verbindingen hebben bijvoorbeeld gallium als +3: GatweeOF3 (Gatwee3+OF3twee-), GatweeBr6 (Gatwee3+Br6-), Li3GaNtwee (Li3+Ga3+Ntwee3-) en GatweeThee3 (Gatwee3+Thee3twee-.
Gallium kan ook worden gevonden met oxidatiegetallen van +1 en +2; hoewel ze veel minder vaak voorkomen dan +3 (vergelijkbaar met aluminium). Voorbeelden van dergelijke verbindingen zijn GaCl (Ga+Cl-), GatweeO (Gatwee+OFtwee-) en GaS (Gatwee+Stwee-.
Merk op dat het bestaan van ionen met ladingsgroottes die identiek zijn aan het beschouwde oxidatiegetal altijd wordt aangenomen (correct of niet)..
Gallium wordt in de aardkorst aangetroffen met een overvloed die evenredig is met die van de metalen kobalt, lood en niobium. Het verschijnt als een gehydrateerd sulfide of oxide, wijd verspreid als onzuiverheden in andere mineralen.
De oxiden en sulfiden zijn slecht oplosbaar in water, dus de concentratie van gallium in zeeën en rivieren is laag. Bovendien is gallita (CuGaStwee, foto hierboven). Het is echter onpraktisch om de kip te exploiteren om dit metaal te verkrijgen. Minder bekend is het mineraal gallium plumbogumiet.
Daarom zijn er geen ideale ertsen voor dit metaal (met een concentratie groter dan 0,1 massaprocent)..
In plaats daarvan wordt gallium verkregen als een bijproduct van de metallurgische behandeling van ertsen van andere metalen. Het kan bijvoorbeeld worden gewonnen uit bauxiet, zinkmengers, aluin, kolen, galenas, pyriet, germanieten, enz .; dat wil zeggen, het wordt gewoonlijk geassocieerd met aluminium, zink, koolstof, lood, ijzer en germanium in verschillende minerale lichamen.
Wanneer de minerale grondstof wordt verteerd of opgelost, hetzij in sterk zure of basische media, wordt een mengsel van in water opgeloste metaalionen verkregen. Omdat gallium een bijproduct is, zijn de Ga-ionen3+ blijven opgelost in het mengsel zodra de metalen van belang zijn neergeslagen.
Dus je wilt deze Ga scheiden3+ van de andere ionen, met als enig doel hun concentratie en de zuiverheid van het resulterende metaal te verhogen.
Hiervoor wordt, naast conventionele precipitatietechnieken, ionenuitwisselingschromatografie gebruikt door middel van een hars. Dankzij deze techniek is het mogelijk om (bijvoorbeeld) de Ga te scheiden3+ van Catwee+ o Geloof3+.
Zodra een sterk geconcentreerde oplossing van Ga-ionen is verkregen3+, het wordt onderworpen aan elektrolyse; dat wil zeggen, de Ga3+ ontvangt elektronen om zich als metaal te kunnen vormen.
Gallium komt in de natuur voornamelijk voor als twee isotopen: de 69Ga, met een overvloed van 60,11%; en de 71Ga, met een overvloed van 39,89%. Om deze reden is het atoomgewicht van gallium 69,723 u. De andere isotopen van gallium zijn synthetisch en radioactief, met atoommassa's variërend van 56Ga een 86Ga.
Vanuit milieuoogpunt is metallisch gallium niet erg reactief en oplosbaar in water, dus het morsen ervan vormt in theorie geen ernstige besmettingsrisico's. Bovendien is het niet bekend welke biologische rol het kan hebben in organismen, waarbij de meeste van zijn atomen worden uitgescheiden in de urine, zonder tekenen van accumulatie in een van zijn weefsels..
In tegenstelling tot kwik kan gallium met blote handen worden gehanteerd. In feite is het experiment om te proberen het te smelten met de hitte van de handen heel gewoon. Een persoon kan de resulterende zilveren vloeistof aanraken zonder bang te hoeven zijn de huid te beschadigen of te verwonden; hoewel het er een zilvervlek op achterlaat.
Het innemen ervan kan echter giftig zijn, omdat het in theorie in de maag zou oplossen om GaCl te genereren3galliumzout waarvan de effecten op het lichaam onafhankelijk zijn van het metaal.
Gallium wordt gekenmerkt door sterke verkleuring of hechting aan oppervlakken; en als deze van metaal zijn, gaat het erdoorheen en vormt het onmiddellijk legeringen. Deze eigenschap van het kunnen worden gelegeerd met bijna alle metalen, maakt het ongepast om vloeibaar gallium op een metalen voorwerp te morsen..
Daarom lopen metalen voorwerpen het risico in stukken te breken in de aanwezigheid van gallium. De werking ervan kan zo traag en onopgemerkt zijn dat het ongewenste verrassingen met zich meebrengt; vooral als het op een metalen stoel is gemorst, die kan instorten als iemand erop gaat zitten.
Daarom mogen degenen die gallium willen hanteren het nooit in contact brengen met andere metalen. De vloeistof kan bijvoorbeeld aluminiumfolie oplossen en in indium-, ijzer- en tinkristallen sluipen om ze broos te maken..
In het algemeen wordt gallium, ondanks het bovenstaande en het feit dat de dampen ervan bijna afwezig zijn bij kamertemperatuur, gewoonlijk beschouwd als een veilig element zonder toxiciteit..
Gallium heeft kwik vervangen als vloeistof om de temperaturen af te lezen die door de thermometer worden aangegeven. Het smeltpunt van 29,7 ºC is echter nog steeds hoog voor deze toepassing, en daarom zou het in zijn metallische toestand niet haalbaar zijn om het in thermometers te gebruiken; in plaats daarvan wordt een legering genaamd Galinstan (Ga-In-Sn) gebruikt.
Galinstan-legering heeft een smeltpunt rond -18 ºC, en dankzij de nul-toxiciteit is het een ideale stof voor het ontwerp van kwikonafhankelijke medische thermometers. Op deze manier zou het veilig zijn om de rotzooi op te ruimen als het zou breken; hoewel het de vloer zou vervuilen vanwege het vermogen om oppervlakken nat te maken.
Opnieuw wordt melding gemaakt van de bevochtigbaarheid van gallium en zijn legeringen. Wanneer u een porseleinen oppervlak of glas aanraakt, verspreidt het zich over het hele oppervlak totdat het volledig bedekt is met een zilveren spiegel.
Naast spiegels zijn galliumlegeringen gebruikt om objecten van alle vormen te maken, aangezien ze stollen zodra ze afkoelen. Dit zou een groot nanotechnologisch potentieel kunnen hebben: bouwobjecten van zeer kleine afmetingen, die logischerwijs bij lage temperaturen werken en unieke eigenschappen vertonen op basis van gallium..
Thermische pasta's die in computerprocessors worden gebruikt, zijn gemaakt van galliumlegeringen.
Ga-ionen3+ vertonen een zekere gelijkenis met de Fe3+ in de manier waarop ze ingrijpen in stofwisselingsprocessen. Daarom, als er een functie, parasiet of bacterie is die ijzer nodig heeft om te presteren, kunnen ze worden gestopt door het voor gallium te verwarren; dat is het geval met pseudomonas-bacteriën.
Dit is dus waar gallium-medicijnen verschijnen, die eenvoudigweg kunnen bestaan uit zijn anorganische zouten of organogaliums. La Ganita, handelsnaam voor galliumnitraat, Ga (NO33, gebruikt om de hoge calciumspiegels (hypercalciëmie) te reguleren die gepaard gaan met botkanker.
Galliumarsenide en nitride worden gekenmerkt doordat ze halfgeleiders zijn, die silicium in bepaalde opto-elektronische toepassingen zijn gaan vervangen. Hiermee zijn transistors, laserdiodes en lichtemitterende diodes (blauw en violet), chips, zonnecellen enz. Vervaardigd. Dankzij GaN-lasers kunnen bijvoorbeeld Blu-Ray-schijven worden gelezen.
Galliumoxiden zijn gebruikt om hun katalyse te bestuderen in verschillende organische reacties van groot industrieel belang. Een van de nieuwere galliumkatalysatoren bestaat uit zijn eigen vloeistof, waarover atomen van andere metalen zijn verspreid die functioneren als de actieve centra of locaties..
De gallium-palladium-katalysator is bijvoorbeeld bestudeerd in de dehydrogeneringsreactie van butaan; dat wil zeggen om butaan om te zetten in reactievere onverzadigde soorten, die nodig zijn voor andere industriële processen. Deze katalysator bestaat uit vloeibaar gallium dat als drager voor de palladiumatomen fungeert..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.