Gallio: metallo importante ma raro per una vasta gamma di applicazioni
Il gallio è un metallo bianco-argenteo che è resistente all'aria, è estremamente morbido e può avere una lucentezza leggermente bluastra. Le sue proprietà lo rendono adatto a una vasta gamma di applicazioni. Nella tavola periodica ha il simbolo dell'elemento Ga. Si trova nel 4° periodo - qui è il terzo elemento del gruppo 13 (terzo gruppo principale o gruppo del boro). Il gallio è estremamente raro in natura. Praticamente non si presenta qui come elemento (cioè: indipendentemente), ma quasi sempre come parte di un composto con minerali di alluminio, zinco o germanio. Il gallio ha un contenuto di 19 ppm nella crosta terrestre continentale: è quindi alla pari con il piombo e il litio.
Proprietà del gallio
Il gallio ha un punto di fusione molto basso. Ci sono solo 29,76 gradi Celsius. Teoricamente, si può anche liquefare il metallo in mano. In realtà, però, questo accade di solito in acidi diluiti, che portano all'evoluzione dell'idrogeno - o semplicemente in acqua calda. Il gallio non è solubile in acqua fredda o con acido nitrico concentrato. In questi casi, si verifica la passivazione (cioè la formazione spontanea di uno strato protettivo non metallico).
Dopo la fusione, il gallio rimane liquido per qualche tempo anche quando si raffredda. I cristalli di gallio si formano durante il processo di raffreddamento. Più lento è il processo di raffreddamento, più puliti sono i cristalli. Un punto è significativo qui: il metallo non cristallizza in una forma che si trova spesso, ma in una struttura ortorombica. Questo è un sistema ad angolo retto con tre angoli di 90 gradi. Tuttavia, nessun asse ha la stessa lunghezza. Per il gallio, questa struttura è la più stabile.
Dal punto di vista tossicologico, va notato che il metallo è corrosivo per la pelle e le mucose. Ciò è dovuto al basso punto di fusione, che lo fa liquefare alla temperatura corporea. Non ci sono valori tossicologici per il metallo in forma solida. In generale, comunque, il pericolo per gli esseri umani quando si maneggia il gallio è basso: solo gli occhi sono seriamente minacciati. Dopo aver bagnato con il metallo liquefatto, è difficile pulire la cornea. Il gallio si trova anche nelle leghe dentali. Se usato in questo modo, può portare a reazioni allergiche.
Altre proprietà:
- Punto di ebollizione: 2400 gradi (brucia sotto alta pressione in ossigeno puro)
- Durezza Mohs: 1,5
- Densità: Densità: 5,904 g-cm-3
- Volume molare: 11,80 - 10-6 m3/mol
- Calore di fusione: 5,59 kJ/mol
- Calore di vaporizzazione: 256 kJ/mol
Possibili usi del gallio
La maggior parte del gallio è usata per la produzione di semiconduttori composti III-V, che consistono nella sostanza arseniuro di gallio. Questi sono usati, per esempio, nell'optoelettronica (diodi emettitori di luce, diodi laser, per esempio per i supporti dati Blu-Ray). Si trovano anche nelle celle solari e nei componenti della tecnologia ad alta frequenza (per esempio nei transistor HF).
Poiché il gallio è liquido in una vasta gamma di temperature, il metallo è anche adatto per i termometri, che possono raggiungere fino a 1200 gradi Celsius. Come lega, il gallio è usato principalmente con ferro, ittrio, litio, magnesio e gadolinio. In questi casi, l'obiettivo è quello di produrre materiali magnetici. Un'eccezione è la lega con il plutonio: in questo caso si tratta della costruzione di una bomba nucleare.
Un altro possibile uso delle leghe di gallio è come sostituto del mercurio tossico. Questo perché il metallo è liquido a temperatura ambiente e ha proprietà simili alla sostanza tossica. Alcune leghe di gallio sono anche utilizzate nei sistemi automatici di estinzione degli incendi come dispositivi di barriera. Anche qui, il basso punto di fusione aiuta: se la temperatura della stanza aumenta, il sistema di estinzione reagisce in modo sicuro perché è un processo chimico. La lega è necessaria per aumentare un po' il punto di fusione del dispositivo, in modo che il sistema non reagisca semplicemente nei giorni troppo caldi.
Estrazione di gallio
Il metallo viene estratto dalla bauxite durante la produzione di alluminio. L'intero processo si svolge secondo il processo Bayer. Il gallio si separa automaticamente dall'alluminato di sodio estratto su un catodo di ferro rivestito di mercurio. I rendimenti, tuttavia, sono bassi: si estraggono al massimo 60 grammi di gallio per tonnellata di bauxite. Questo viene poi purificato. Questo processo riesce attraverso la raffinazione elettrolitica. In seguito, i singoli cristalli vengono prodotti per un'ulteriore lavorazione.
Storia del metallo
Il gallio ha due "padri": Dmitri Mendeleev e Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. Nel 1871, il primo predisse l'esistenza di un metallo non ancora scoperto, che chiamò eka-alluminio. Ha usato una tavola periodica che aveva sviluppato lui stesso. Il suo collega francese non sapeva nulla di questa previsione, ma riuscì comunque a provarla quattro anni dopo a Parigi. Nello spettro di emissione della blenda di zinco sciolta in acido e mescolata con zinco metallico, fu in grado di mostrare l'esistenza di due linee spettrali viola. Questi appartenevano a un metallo ancora sconosciuto, ha concluso.
La denominazione del metallo risale probabilmente anche a de Boisbaudran. Ci sono due teorie su questo. Il francese è al centro di entrambi. In primo luogo, avrebbe potuto chiamare il nuovo elemento con il nome romano della sua patria: Quindi, in questo caso, Gallia è diventata Gallio. In secondo luogo, la parola latina gallus potrebbe essere stata l'ispirazione. Questo significa "cazzo". In tal caso, il nome sarebbe un'allusione al suo secondo nome "Lecoq" - scritto separatamente, "le Coq" significa "il gallo". Gallio avrebbe poi preso il suo nome.
