De gallium Det är ett metallelement som representeras av symbolen Ga och som tillhör grupp 13 i det periodiska systemet. Kemiskt liknar det aluminium i sin amfoterism; Men båda metallerna uppvisar egenskaper som gör att de kan särskiljas från varandra..
Till exempel kan aluminiumlegeringar bearbetas för att ge dem alla typer av former; medan gallium har mycket låga smältpunkter, som praktiskt taget består av silverfärgade vätskor. Smältpunkten för gallium är också lägre än för aluminium; den förra kan smälta från handens hetta, medan den andra inte kan smälta.
Den kemiska likheten mellan gallium och aluminium grupperar dem också geokemiskt; dvs mineraler eller bergarter som är rika på aluminium, såsom bauxiter, har uppskattbara koncentrationer av gallium. Bortsett från denna mineralogiska källa, finns det andra av zink, bly och kol, som är mycket spridda över jordskorpan..
Gallium är inte populärt en välkänd metall. Dess bara namn kan väcka bilden av en tupp i sinnet. Faktum är att grafiska och allmänna representationer av gallium vanligtvis finns med bilden av en silverhane; målad med flytande gallium, ett mycket vätbart ämne på glas, keramik och till och med handen.
Experiment där bitar av metalliskt gallium smälts med händerna är frekventa, liksom manipulation av dess vätska och dess tendens att fläcka allt det rör vid.
Även om gallium inte är giftigt, liksom kvicksilver, är det ett förstörande medel för metaller, eftersom det gör dem spröda och värdelösa (i första hand). Å andra sidan ingriper det farmakologiskt i processerna där biologiska matriser använder järn.
För dem i världen av optoelektronik och halvledare kommer gallium att uppskattas, jämförbart med och kanske överlägset kisel själv. Å andra sidan har galliumtermometrar tillverkats speglar och föremål baserade på dess legeringar.
Kemiskt har denna metall fortfarande mycket att erbjuda; kanske inom katalysfältet, kärnenergi, utvecklingen av nya halvledarmaterial, eller "helt enkelt" för att förtydliga deras förvirrande och komplexa struktur.
Artikelindex
1871 hade den ryska kemisten Dmitri Mendeleev redan förutspått existensen av ett element vars egenskaper liknade aluminium; som han kallade ekaluminium. Detta element måste placeras strax under aluminium. Mendeleev förutspådde också egenskaperna (densitet, smältpunkt, formler för dess oxider, etc.) hos ekaluminium.
Överraskande nog hade den franska kemisten Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran, fyra år senare, hittat ett nytt element i ett prov av sfalerit (zink blende), från Pyrenéerna. Han kunde upptäcka det tack vare en spektroskopisk analys, där han observerade spektrumet av två violetta linjer som inte sammanföll med ett annat element.
Efter att ha upptäckt ett nytt element, utförde Lecoq experiment på 430 kg sfalerit, från vilken han kunde isolera 0,65 gram av det; och efter en serie mätningar av dess fysiska och kemiska egenskaper, drog han slutsatsen att det var Mendeleevs ekaluminium.
För att isolera det utförde Lecoq elektrolys av sin respektive hydroxid i kaliumhydroxid; förmodligen samma som han löste upp sfaleriten. Genom att intyga att det var ekaluminium, och också vara dess upptäckare, gav han det namnet "gallium" (galium på engelska). Detta namn härstammar från namnet "Gallia", vilket på latin betyder Frankrike.
Namnet presenterar emellertid en nyfikenhet: 'Lecoq' på franska betyder 'tupp' och på latin 'gallus'. Att vara en metall blev "gallus" till "gallium"; även om på spanska är omvandlingen mycket mer direkt. Således är det ingen tillfällighet att man tänker på en tupp när man pratar om gallium..
Gallium är en luktfri, silverbelagd silvermetall med en sammandragande smak. Dess fasta material är mjukt och sprött, och när det går sönder gör det det conchoidalt; de bildade bitarna är böjda, liknar snäckskal.
Beroende på vinkeln i vilken den är smält kan den visa en blåaktig glöd. Denna silverfärgade vätska är inte giftig vid kontakt; emellertid "klibbar" den sig för mycket på ytor, särskilt om de är keramiska eller glas. Till exempel kan en enda droppe gallium genomsyra insidan av en glaskopp för att belägga den med en silverspegel..
Om ett fast fragment av gallium deponeras i flytande gallium, fungerar det som en kärna där glittrande galliumkristaller snabbt utvecklas och växer..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C Denna temperatur kan nås genom att hålla ett galliumglas tätt mellan båda händerna tills det smälter..
2400 ° C Observera det stora klyftan mellan 29,7 ° C och 2400 ° C; det vill säga, flytande gallium har ett mycket lågt ångtryck, och detta faktum gör det till ett av elementen med störst temperaturskillnad mellan vätskeform och tillstånd i gasform..
-Vid rumstemperatur: 5,91 g / cm3
-Vid smältpunkt: 6,095 g / cm3
Observera att samma sak händer med gallium som med vatten: densiteten hos dess vätska är större än dess fasta ämne. Därför kommer dina kristaller att flyta på flytande gallium (galliumisberg). Faktum är att den fasta volymutvidgningen är sådan (tre gånger), att det är obekvämt att lagra flytande gallium i behållare som inte är gjorda av plast..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
Vid 1037 ºC utövar endast vätskan ett tryck på 1 Pa.
1,81 på Pauling-skalan
-Först: 578,8 kJ / mol (Ga+ gasformig)
-Andra: 1979,3 kJ / mol (Gatvå+ gasformig)
-Tredje: 2963 kJ / mol (Ga3+ gasformig)
40,6 W / (m K)
270 nΩ · m vid 20 ºC
1.5
1819 cP vid 32 ºC
709 dyn / cm vid 30 ºC
Precis som aluminium är gallium amfoter; reagerar med både syror och baser. Exempelvis kan starka syror lösa upp den för att bilda gallium (III) -salter; om de handlar om HtvåSW4 och HNO3, produceras Gatvå(SW4)3 och vann3)3, respektive. Medan man reagerar med starka baser framställs gallatsalter med jonen Ga (OH)4-.
Notera likheten mellan Ga (OH)4- och Al (OH)4- (aluminat). Om ammoniak tillsätts till mediet bildas gallium (III) hydroxid, Ga (OH)3, vilket också är amfoteriskt; när den reagerar med starka baser producerar den Ga (OH) igen4-, men om den reagerar med starka syror frigör den komplexa vattenhaltiga [Ga (OHtvå)6]3+.
Metalliskt gallium är relativt inert vid rumstemperatur. Det reagerar inte med luft, som ett tunt lager av oxid, GatvåELLER3, skyddar den från syre och svavel. Men vid upphettning fortsätter oxidationen av metallen och förvandlas helt till dess oxid. Och om svavel är närvarande reagerar det vid höga temperaturer och bildar GatvåS3.
Det finns inte bara galliumoxider och sulfider utan även fosfider (GaP), arsenider (GaAs), nitrider (GaN) och antimonider (GaSb). Sådana föreningar kan härröra från direkt reaktion mellan elementen vid förhöjda temperaturer eller genom alternativa syntetiska vägar..
På samma sätt kan gallium reagera med halogener för att bilda deras respektive halider; såsom GatvåCl6, GaF3 och GatvåJag3.
Denna metall, som aluminium och dess kongener (medlemmar i samma grupp 13), kan interagera kovalent med kolatomer för att producera organometalliska föreningar. När det gäller de med Ga-C-bindningar kallas de organogalier.
Det mest intressanta med gallium är inte någon av dess tidigare kemiska egenskaper, utan dess enorma lätthet med vilken den kan legeras (liknar kvicksilverens och dess sammanslagningsprocess). Dess Ga-atomer "gnuggar snabbt" mellan metallkristaller, vilket resulterar i galliumlegeringar..
Gallium är inte bara ovanligt genom att det är en metall som smälter med handflatans värme, men dess struktur är komplex och osäker..
Å ena sidan är det känt att dess kristaller antar en ortorombisk struktur (Ga-I) under normala förhållanden; Detta är dock bara en av de många möjliga faserna för denna metall, av vilken den exakta ordningen på dess atomer inte har specificerats. Det är därför en mer komplex struktur än den kan se ut vid första anblicken..
Det verkar som att resultaten varierar beroende på vinkeln eller riktningen i vilken dess struktur analyseras (anisotropi). På samma sätt är dessa strukturer mycket känsliga för den minsta förändringen i temperatur eller tryck, vilket innebär att gallium inte kan definieras som en enda typ av kristall vid tidpunkten för datatolkningen..
Ga-atomer interagerar med varandra tack vare metallbindningen. Emellertid har en viss grad av kovalens hittats mellan två angränsande atomer, så det antas att Ga dimer finns.två (Gaggig).
I teorin bör denna kovalenta bindning bildas genom överlappningen av 4p-banan, med sin enda elektron enligt den elektroniska konfigurationen:
[Ar] 3d10 4stvå 4p1
Denna blandning av kovalenta-metalliska interaktioner tillskrivs den låga smältpunkten för gallium; eftersom, även om det å ena sidan kan finnas ett "hav av elektroner" som håller Ga-atomerna tätt samman i kristallen, å andra sidan består strukturella enheter av Ga-dimerer.två, vars intermolekylära interaktioner är svaga.
När trycket ökar från 4 till 6 GPa genomgår galliumkristallerna fasövergångar; från den ortorombiska passerar den till den kubik som är centrerad i kroppen (Ga-II), och från denna passerar den slutligen till den tetragonal centrerade i kroppen (Ga-III). I tryckområdet bildas möjligen en blandning av kristaller, vilket gör tolkningen av strukturerna ännu svårare..
De mest energiska elektronerna är de som finns i 4s och 4p orbitalerna; eftersom det finns tre av dem förväntas det därför att gallium kan förlora dem när de kombineras med element som är mer elektronegativa än det.
När detta inträffar antas Ga-katjonens existens.3+, och dess oxidationsnummer eller tillstånd sägs vara +3 eller Ga (III). I själva verket är detta det vanligaste av alla dess oxidationsnummer. Följande föreningar har till exempel gallium som +3: GatvåELLER3 (Gatvå3+ELLER3två-), GatvåBr6 (Gatvå3+Br6-), Li3GaNtvå (Li3+Ga3+Ntvå3-) och GatvåTe3 (Gatvå3+Te3två-).
Gallium kan också hittas med oxidationsnummer +1 och +2; även om de är mycket mindre vanliga än +3 (liknar med aluminium). Exempel på sådana föreningar är GaCl (Ga+Cl-), GatvåO (Gatvå+ELLERtvå-) och GaS (Gatvå+Stvå-).
Observera att förekomsten av joner med laddningsstorlekar identiska med det angivna oxidationsantalet alltid antas (korrekt eller inte)..
Gallium finns i jordskorpan med ett överflöd som är proportionellt mot metallerna kobolt, bly och niob. Det verkar som en hydratiserad sulfid eller oxid, allmänt spridd som föroreningar som finns i andra mineraler.
Dess oxider och sulfider är dåligt lösliga i vatten, så koncentrationen av gallium i hav och floder är låg. Dessutom är det enda mineral som är "rikt" på gallium gallita (CuGaStvå, bilden ovan). Det är dock opraktiskt att utnyttja kycklingen för att erhålla denna metall. Mindre känt är mineralet gallium plumbogumite.
Därför finns det inga idealiska malmer för denna metall (med en koncentration större än 0,1 viktprocent)..
Istället erhålls gallium som en biprodukt av metallurgisk behandling av malm av andra metaller. Till exempel kan den extraheras från bauxiter, zinkblandare, alum, kol, galenor, pyriter, germaniter, etc. det vill säga, det är vanligtvis associerat med aluminium, zink, kol, bly, järn och germanium i olika mineralkroppar.
När mineralråvaran smälts eller upplöses, antingen i starkt surt eller basiskt medium, erhålls en blandning av metalljoner solubiliserade i vatten. Eftersom gallium är en biprodukt är dess Ga-joner3+ förbli upplöst i blandningen när metallerna av intresse har fällt ut.
Således vill du separera dessa Ga3+ av de andra jonerna, med det enda syftet att öka deras koncentration och renheten hos den resulterande metallen.
För detta används, förutom konventionella utfällningstekniker, jonbyteskromatografi genom användning av ett harts. Tack vare denna teknik är det möjligt att separera (till exempel) Ga3+ av Catvå+ o Tro3+.
När en högkoncentrerad lösning av Ga-joner har erhållits3+, den utsätts för elektrolys; det vill säga Ga3+ tar emot elektroner för att kunna bildas som en metall.
Gallium finns i naturen främst som två isotoper: 69Ga, med ett överflöd på 60,11%; och den 71Ga, med ett överflöd på 39,89%. Det är av denna anledning som atomvikten för gallium är 69,723 u. De andra isotoperna av gallium är syntetiska och radioaktiva, med atommassor från 56Ga a 86Ga.
Ur miljösynpunkt är metalliskt gallium inte särskilt reaktivt och lösligt i vatten, så dess spill representerar i teorin inte allvarliga kontamineringsrisker. Dessutom är det okänt vilken biologisk roll den kan ha i organismer, med de flesta av dess atomer utsöndras i urinen, utan tecken på att ackumuleras i någon av dess vävnader..
Till skillnad från kvicksilver kan gallium hanteras med bara händer. Faktum är att experimentet med att försöka smälta det med värmen från händerna är ganska vanligt. En person kan röra vid den resulterande silvervätskan utan rädsla för att skada eller skada deras hud; även om det lämnar en silverfläck på den.
Att inta det kan dock vara giftigt, eftersom det i teorin skulle lösa sig i magen för att generera GaCl3; galliumsalt vars effekter på kroppen är oberoende av metallen.
Gallium kännetecknas av mycket färgning eller vidhäftning till ytor; och om dessa är metalliska, går det igenom dem och bildar legeringar direkt. Denna egenskap att kunna legeras med nästan alla metaller gör det olämpligt att spilla flytande gallium på något metallföremål..
Därför riskerar metallföremål att krossas i bitar i närvaro av gallium. Dess handling kan vara så långsam och obemärkt att den ger oönskade överraskningar; speciellt om den har spillts på en metallstol som kan kollapsa när någon sitter på den.
Det är därför de som vill hantera gallium aldrig bör sätta det i kontakt med andra metaller. Till exempel kan dess vätska lösa upp aluminiumfolie, liksom smyga in i indium-, järn- och tennkristaller för att göra dem spröda..
Generellt sett, trots det ovannämnda, och det faktum att dess ångor nästan saknas vid rumstemperatur, anses gallium vanligtvis vara ett säkert element med ingen toxicitet..
Gallium har ersatt kvicksilver som vätska för att läsa temperaturerna markerade av termometern. Smältpunkten på 29,7 ºC är emellertid fortfarande hög för denna applikation, varför det i sitt metalliska tillstånd inte skulle vara möjligt att använda den i termometrar; istället används en legering som heter Galinstan (Ga-In-Sn).
Galinstan-legeringen har en smältpunkt runt -18 ° C och tillagt dess noll toxicitet gör den till en idealisk substans för design av kvicksilveroberoende medicinska termometrar. På det här sättet, om det skulle gå sönder, skulle det vara säkert att rensa upp röran; även om det skulle smutsa ner golvet på grund av dess förmåga att våta ytor.
Återigen nämns vätbarheten för gallium och dess legeringar. Vid beröring av en porslinsyta eller ett glas sprider den sig över hela ytan tills den är helt täckt av en silverspegel.
Förutom speglar har galliumlegeringar använts för att skapa föremål av alla former, eftersom de en gång har svalnat. Detta kan ha stor nanoteknisk potential: byggnadsobjekt med mycket små dimensioner, som logiskt fungerar vid låga temperaturer, och visar unika egenskaper baserat på gallium..
Termopasta som används i datorprocessorer har tillverkats av galliumlegeringar.
Ga-joner3+ ha en viss likhet med Fe3+ på det sätt de ingriper i metaboliska processer. Därför, om det finns en funktion, parasit eller bakterier som kräver järn för att utföra, kan de stoppas genom att förväxla med gallium; så är fallet med pseudomonas-bakterier.
Så det är här galliumläkemedel förekommer, som helt enkelt kan bestå av dess oorganiska salter eller organogalier. La Ganita, handelsnamn för galliumnitrat, Ga (NO3)3, används för att reglera de höga kalciumnivåerna (hyperkalcemi) i samband med bencancer.
Galliumarsenid och nitrid kännetecknas av att de är halvledare som har kommit att ersätta kisel i vissa optoelektroniska applikationer. Med dem har transistorer, laserdioder och ljusdioder (blå och violett), chips, solceller etc. tillverkats. Tack vare GaN-lasrar kan till exempel Blu-Ray-skivor läsas.
Galliumoxider har använts för att studera deras katalys i olika organiska reaktioner av stort industriellt intresse. En av de nyare galliumkatalysatorerna består av sin egen vätska, över vilken atomer av andra metaller är spridda som fungerar som de aktiva centren eller platserna..
Exempelvis har gallium-palladiumkatalysatorn studerats i dehydrogeneringsreaktionen av butan; att omvandla butan till mer reaktiva omättade arter, nödvändigt för andra industriella processer. Denna katalysator består av flytande gallium som fungerar som ett stöd för palladiumatomerna..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.