Γάλλιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας
Γραμμή 149: Γραμμή 149:
'''Γαλλίτης - Γερμανίτης'''. Το ορυκτό γαλλίτης είναι το σημαντικότερο ορυκτό του γαλλίου. Το ορυκτό [[γερμανίτης]] συνοδεύεται από 1.000 - 10.000 ppm Ga<ref name="Downs" /> ή κατ' άλλους 5.000 - 7.000 ppm<ref name=Stellman>{{cite book|title= Encyclopaedia of Occupational Health and Safety: Chemical, industries and occupations |edition = 4, εικονογραφημένη|chapter =|author= Jeanne Mager Stellman|editor= Jeanne Mager Stellman|year=1998|publisher= International Labour Organization
'''Γαλλίτης - Γερμανίτης'''. Το ορυκτό γαλλίτης είναι το σημαντικότερο ορυκτό του γαλλίου. Το ορυκτό [[γερμανίτης]] συνοδεύεται από 1.000 - 10.000 ppm Ga<ref name="Downs" /> ή κατ' άλλους 5.000 - 7.000 ppm<ref name=Stellman>{{cite book|title= Encyclopaedia of Occupational Health and Safety: Chemical, industries and occupations |edition = 4, εικονογραφημένη|chapter =|author= Jeanne Mager Stellman|editor= Jeanne Mager Stellman|year=1998|publisher= International Labour Organization
|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=nDhpLa1rl44C&source=gbs_navlinks_s
|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=nDhpLa1rl44C&source=gbs_navlinks_s
|ISBN = 9221098168|format=|accessdate=}}</ref> ενώ γερμανίτης από την περιοχή Tsumeb της [[Ναμίμπια]] (νοτιοδυτική Αφρική) περιείχε 1,85 % γάλλιο (18.500 ppm)<ref name="Kirk-Othmer12" />. Τόσο ο γαλλίτης όσο και ο γερμανίτης είναι σπάνια ορυκτά και δε χρησιμοποιούνται ως κύριες πηγές γαλλίου.<br />
|ISBN = 9221098168|format=|accessdate=}}</ref> ενώ γερμανίτης από την περιοχή Tsumeb της [[Ναμίμπια]] (νοτιοδυτική Αφρική) περιείχε 1,85 % γάλλιο (18.500 ppm). Τόσο ο γαλλίτης όσο και ο γερμανίτης είναι σπάνια ορυκτά και δε χρησιμοποιούνται ως κύριες πηγές γαλλίου.<br />
'''Βωξίτης'''. Ο [[βωξίτης]] αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή γαλλίου. Οι συγκεντρώσεις Ga σ' αυτόν δεν είναι καθορισμένες και κυμαίνονται μεταξύ 10 ppm και 160 ppm<ref name=DITTRICH>{{cite journal
'''Βωξίτης'''. Ο [[βωξίτης]] αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή γαλλίου. Οι συγκεντρώσεις Ga σ' αυτόν δεν είναι καθορισμένες και κυμαίνονται μεταξύ 10 ppm και 160 ppm<ref name=DITTRICH>{{cite journal
|title= Gallium in bauxite deposits|author= TH. DITTRICH, TH. SEIFERT AND J. GUTZMER
|title= Gallium in bauxite deposits|author= TH. DITTRICH, TH. SEIFERT AND J. GUTZMER
Γραμμή 245: Γραμμή 245:
Διαθέτει επίσης υψηλό σημείο βρασμού (2204°C) και είναι το χημικό στοιχείο με το μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας μεταξύ σημείων τήξης και βρασμού, περίπου 2174°C<ref name=RecaptureMetalsLimited/>. Γιαυτό έχει χρησιμοποιηθεί σε θερμόμετρα υψηλών θερμοκρασιών.
Διαθέτει επίσης υψηλό σημείο βρασμού (2204°C) και είναι το χημικό στοιχείο με το μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας μεταξύ σημείων τήξης και βρασμού, περίπου 2174°C<ref name=RecaptureMetalsLimited/>. Γιαυτό έχει χρησιμοποιηθεί σε θερμόμετρα υψηλών θερμοκρασιών.


To γάλλιο, όπως και το νερό, το πυρίτιο, το βισμούθιο, το αντιμόνιο και το γερμάνιο<ref name=Chemicool/>, διαστέλλεται (μόνο η κανονική δηλ. η α-μορφή<ref name="Kirk-Othmer12" />) όταν στερεοποιείται γιαυτό δεν πρέπει να φυλάσσεται σε γυάλινα δοχεία τα οποία μπορεί να σπάσουν με τη διαστολή<ref name=Enghag />. Η πυκνότητά του κοντά στο σημείο τήξης είναι κατά περίπου 3,1 % υψηλότερη από την πυκνότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Όπως αποδείχθηκε με μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, αυτό οφείλεται στο ότι το στερεό γάλλιο σχηματίζει πολύ σταθερά διμερή Ga<sub>2</sub> δηλ. μοριακούς δεσμούς σε στερεά κατάσταση<ref>{{cite journal|title= Atomic structure of the α-Ga(001) surface investigated by scanning tunneling microscopy: Direct evidence for the existence of Ga<sub>2</sub> molecules in solid gallium|author= O. Züger and U. Dürig|journal= Phys. Rev. B|volume= 46|issue =11|publisher= |editor = |year= 1992|pages= 7319–7321|format= |url=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v46/i11/p7319_1|accessdate = }}</ref>. Γιαυτό το λόγο ονομάζεται και "πολυμερικό" γάλλιο<ref name=Wiberg>{{cite book|title= Inorganic chemistry|edition = εικονογραφημένη|chapter = |author= Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman|editor= |year=2011|publisher= Academic Press|pages=|url= http://books.google.gr/books?id=Mtth5g59dEIC&dq=|ISBN = 0123526515|format=|accessdate=}}</ref>.
To γάλλιο, όπως και το νερό, το πυρίτιο, το βισμούθιο, το αντιμόνιο και το γερμάνιο<ref name=Chemicool/>, διαστέλλεται (μόνο η κανονική δηλ. η α-μορφή)) όταν στερεοποιείται γιαυτό δεν πρέπει να φυλάσσεται σε γυάλινα δοχεία τα οποία μπορεί να σπάσουν με τη διαστολή<ref name=Enghag />. Η πυκνότητά του κοντά στο σημείο τήξης είναι κατά περίπου 3,1 % υψηλότερη από την πυκνότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Όπως αποδείχθηκε με μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, αυτό οφείλεται στο ότι το στερεό γάλλιο σχηματίζει πολύ σταθερά διμερή Ga<sub>2</sub> δηλ. μοριακούς δεσμούς σε στερεά κατάσταση<ref>{{cite journal|title= Atomic structure of the α-Ga(001) surface investigated by scanning tunneling microscopy: Direct evidence for the existence of Ga<sub>2</sub> molecules in solid gallium|author= O. Züger and U. Dürig|journal= Phys. Rev. B|volume= 46|issue =11|publisher= |editor = |year= 1992|pages= 7319–7321|format= |url=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v46/i11/p7319_1|accessdate = }}</ref>. Γιαυτό το λόγο ονομάζεται και "πολυμερικό" γάλλιο<ref name=Wiberg>{{cite book|title= Inorganic chemistry|edition = εικονογραφημένη|chapter = |author= Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman|editor= |year=2011|publisher= Academic Press|pages=|url= http://books.google.gr/books?id=Mtth5g59dEIC&dq=|ISBN = 0123526515|format=|accessdate=}}</ref>.


Το γάλλιο διαχέεται γρήγορα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα ορισμένων μετάλλων και ειδικά του αργιλίου. Αν χαραχθεί μια γραμμή από κομμάτι στερεού γαλλίου πάνω σε αλουμινόχαρτο, το αλουμίνιο θα γίνει αμέσως εύθρυπτο στην περιοχή της γραμμής σαν αποτέλεσμα της διάχυσης του Ga ανάμεσα στους πόρους του αλουμινίου. Γιαυτό το λόγο η Διεθνής Ένωση Αεροπορικών Μεταφορών (International Air Transport Association, ΙΑΤΑ) ταξινόμησε το γάλλιο στα διαβρωτικά υλικά<ref name="Kirk-Othmer12" />.
Το γάλλιο διαχέεται γρήγορα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα ορισμένων μετάλλων και ειδικά του αργιλίου. Αν χαραχθεί μια γραμμή από κομμάτι στερεού γαλλίου πάνω σε αλουμινόχαρτο, το αλουμίνιο θα γίνει αμέσως εύθρυπτο στην περιοχή της γραμμής σαν αποτέλεσμα της διάχυσης του Ga ανάμεσα στους πόρους του αλουμινίου. Γιαυτό το λόγο η Διεθνής Ένωση Αεροπορικών Μεταφορών (International Air Transport Association, ΙΑΤΑ) ταξινόμησε το γάλλιο στα διαβρωτικά υλικά<ref name="Kirk-Othmer12" />.
Γραμμή 257: Γραμμή 257:
|accessdate =}}</ref>. Είναι έντονα ανισότροπη, εμφανίζεται σε κανονική θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση, έχει αριθμό συναρμογής 1+2+2+2 και κάθε άτομο γαλλίου συναρμόζεται με επτά γειτονικά με χαρακτηριστικούς δεσμούς Ga-Ga μήκους 2,45 Å<ref name=Driess/>.
|accessdate =}}</ref>. Είναι έντονα ανισότροπη, εμφανίζεται σε κανονική θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση, έχει αριθμό συναρμογής 1+2+2+2 και κάθε άτομο γαλλίου συναρμόζεται με επτά γειτονικά με χαρακτηριστικούς δεσμούς Ga-Ga μήκους 2,45 Å<ref name=Driess/>.


Η μονοκλινής μορφή β-Ga έχει πυκνότητα στο σημείο τήξης 6,22 g/cm<sup>3</sup> και θερμοκρασία τήξης -16,3°C. Η μορφή γ-Ga σχηματίζεται στους -35,6°C και έχει πυκνότητα κοντά στο σημείο πήξης, 6,20 g/cm<sup>3</sup>. Και οι δύο προηγούμενες μετασταθείς μορφές, λαμβάνονται από το υπερψυγμένο γάλλιο σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση<ref name="Kirk-Othmer12" />. Η στοιχειώδης κυψελίδα της ρομβοεδρικής μορφής δ-Ga αποτελείται 22 άτομα Ga. Εμφανίζεται στους -19,45°C<ref>{{cite journal|title= Structure cristalline de Ga δ|author= L. Bosio, H. Curien, M. Dupont et A. Rimsky|journal= Acta Crystallographica Section B|volume=29|issue =2|publisher= |editor = |year= 1973|pages= 367-368|format= |url= http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0567740873002530|accessdate =}}</ref>.
Η μονοκλινής μορφή β-Ga έχει πυκνότητα στο σημείο τήξης 6,22 g/cm<sup>3</sup> και θερμοκρασία τήξης -16,3°C. Η μορφή γ-Ga σχηματίζεται στους -35,6°C και έχει πυκνότητα κοντά στο σημείο πήξης, 6,20 g/cm<sup>3</sup>. Και οι δύο προηγούμενες μετασταθείς μορφές, λαμβάνονται από το υπερψυγμένο γάλλιο σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Η στοιχειώδης κυψελίδα της ρομβοεδρικής μορφής δ-Ga αποτελείται 22 άτομα Ga. Εμφανίζεται στους -19,45°C<ref>{{cite journal|title= Structure cristalline de Ga δ|author= L. Bosio, H. Curien, M. Dupont et A. Rimsky|journal= Acta Crystallographica Section B|volume=29|issue =2|publisher= |editor = |year= 1973|pages= 367-368|format= |url= http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0567740873002530|accessdate =}}</ref>.


Στις διαμορφώσεις υψηλής πίεσης Ga-II, Ga-III και Ga-IV που μελετήθηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ παρατηρήθηκαν μεγάλοι αριθμοί συναρμογής μεταξύ των ατόμων Ga<ref name=Driess/>. Η ενδοκεντρωμένη κυβική μορφή Ga-ΙΙ σχηματίζεται στις 27.600 atm και η ενδοκεντρωμένη τετραγωνική μορφή Ga-III σχηματίζεται στις 25.700 atm ενώ έχει σημείο τήξης 48,7°C<ref name="Kirk-Othmer12" />. Η ολοεδρικά κεντρωμένη κυβική μορφή Ga-IV είναι σταθερή σε πίεση τουλάχιστον 1.480.000 atm χωρίς αισθητή αλλαγή του όγκου<ref>{{cite journal|title= High-pressure bct-fcc phase transition in Ga|author= Takemura Kenichi*, Kobayashi Kazuaki, and Arai Masao |journal= Phys. Rev. B 58|volume=58|issue =5|publisher=|editor =|year= 1998|pages= 2482-2486|format= |url=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v58/i5/p2482_1|accessdate = }}</ref>.
Στις διαμορφώσεις υψηλής πίεσης Ga-II, Ga-III και Ga-IV που μελετήθηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ παρατηρήθηκαν μεγάλοι αριθμοί συναρμογής μεταξύ των ατόμων Ga<ref name=Driess/>. Η ενδοκεντρωμένη κυβική μορφή Ga-ΙΙ σχηματίζεται στις 27.600 atm και η ενδοκεντρωμένη τετραγωνική μορφή Ga-III σχηματίζεται στις 25.700 atm ενώ έχει σημείο τήξης 48,7°C<ref name="Kirk-Othmer12">{{cite book|title= Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (vol. 12)|edition = 5η|chapter = GALLIUM AND GALLIUM COMPOUNDS|author= Kirk-Othmer|editor= Arza Seidel|year= 2005|publisher= Wiley-Interscience |pages= 337-364|url= |ISBN = 047148511X|format=|accessdate=}}</ref>. Η ολοεδρικά κεντρωμένη κυβική μορφή Ga-IV είναι σταθερή σε πίεση τουλάχιστον 1.480.000 atm χωρίς αισθητή αλλαγή του όγκου<ref>{{cite journal|title= High-pressure bct-fcc phase transition in Ga|author= Takemura Kenichi*, Kobayashi Kazuaki, and Arai Masao |journal= Phys. Rev. B 58|volume=58|issue =5|publisher=|editor =|year= 1998|pages= 2482-2486|format= |url=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v58/i5/p2482_1|accessdate = }}</ref>.
<gallery>
<gallery>
Γραμμή 272: Γραμμή 272:


== Χημικά χαρακτηριστικά ==
== Χημικά χαρακτηριστικά ==

Το γάλλιο ανήκει στην 13η ομάδα (παλιότερος συμβολισμός ΙΙΙ<sub>Α</sub>) και στον τομέα p, δηλαδή το εξωτερικό του ηλεκτρόνιο ανήκει σε p-τροχιακό. Τα στοιχεία του τομέα p παρουσιάζουν μεταξύ τους μεγάλες διαφορές στις φυσικοχημικές ιδιότητες, διότι είναι ο μόνος τομέας που περιέχει μέταλλα, αμέταλλα και ευγενή αέρια<ref name="Mpa">{{cite book |author= Μπαζάκης Ι.Α. |title= Γενική Χημεία |publisher= Αθήνα}}</ref>.<br />
Το γάλλιο ανήκει στην 13η ομάδα (παλιότερος συμβολισμός ΙΙΙ<sub>Α</sub>) και στον τομέα p, δηλαδή το εξωτερικό του ηλεκτρόνιο ανήκει σε p-τροχιακό. Τα στοιχεία του τομέα p παρουσιάζουν μεταξύ τους μεγάλες διαφορές στις φυσικοχημικές ιδιότητες, διότι είναι ο μόνος τομέας που περιέχει μέταλλα, αμέταλλα και ευγενή αέρια<ref name="Mpa">{{cite book |author= Μπαζάκης Ι.Α. |title= Γενική Χημεία |publisher= Αθήνα}}</ref>.<br />
Το γάλλιο, ανήκει στα ημιμέταλλα<ref name=Wiberg /> αλλά και στα λεγόμενα ''πτωχά μέταλλα'' (poor metals), χημικός όρος που δεν είναι αναγνωρισμένος από την IUPAC. Αυτά είναι 14 στοιχεία του τομέα-p που δημιουργούν ένα τρίγωνο δεξιά των στοιχείων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα και είναι το [[αργίλιο]], το [[ίνδιο]], το γάλλιο, το [[θάλλιο]], το [[γερμάνιο]], ο [[κασσίτερος]], ο [[μόλυβδος]], το [[αντιμόνιο]], το [[βισμούθιο]], το [[πολώνιο]] και τα στοιχεία 113, 114, 115 και 116. Είναι ηλεκτραρνητικότερα των μεταβατικών μετάλλων, πιο μαλακά απ' αυτά και έχουν θερμοκρασίες τήξης και βρασμού γενικά χαμηλότερες. Διακρίνονται ωστόσο από τα μεταλλοειδή επειδή έχουν πολύ μεγαλύτερα σημεία βρασμού<ref name="Mpa" />.
Το γάλλιο, ανήκει στα ημιμέταλλα<ref name=Wiberg /> αλλά και στα λεγόμενα ''πτωχά μέταλλα'' (poor metals), χημικός όρος που δεν είναι αναγνωρισμένος από την IUPAC. Αυτά είναι 14 στοιχεία του τομέα-p που δημιουργούν ένα τρίγωνο δεξιά των στοιχείων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα και είναι το [[αργίλιο]], το [[ίνδιο]], το γάλλιο, το [[θάλλιο]], το [[γερμάνιο]], ο [[κασσίτερος]], ο [[μόλυβδος]], το [[αντιμόνιο]], το [[βισμούθιο]], το [[πολώνιο]] και τα στοιχεία 113, 114, 115 και 116. Είναι ηλεκτραρνητικότερα των μεταβατικών μετάλλων, πιο μαλακά απ' αυτά και έχουν θερμοκρασίες τήξης και βρασμού γενικά χαμηλότερες. Διακρίνονται ωστόσο από τα μεταλλοειδή επειδή έχουν πολύ μεγαλύτερα σημεία βρασμού<ref name="Mpa" />.
Στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, το γάλλιο (Ε<sup>0</sup> = -0,529 V) βρίσκεται μακριά από το αργίλιο (Ε<sup>0</sup> = -1,676 V) και πιο κοντά στον ψευδάργυρο (Ε<sup>0</sup> = -0,763 V) που βρίσκεται ακριβώς αριστερά στον περιοδικό πίνακα<ref name=Wiberg />.
Στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, το γάλλιο, που έχει κανονικό δυναμικό Ε<sup>0</sup> = -0,529 V, βρίσκεται μακριά από το αργίλιο (Ε<sup>0</sup> = -1,676 V) και είναι λιγότερο δραστικό απ' αυτό και πιο κοντά στον ψευδάργυρο (Ε<sup>0</sup> = -0,763 V) που βρίσκεται ακριβώς αριστερά στον περιοδικό πίνακα<ref name=Wiberg />. Το γάλλιο έχει επαμφοτερίζοντα χαρακτήρα και το ιόν Ga<sup>+</sup> είναι γνωστό μόνο σε τήγματα, ενώ το ιόν Ga<sup>3+</sup> είναι το σημαντικότερο για την υδατική χημεία του γαλλίου. Σε διαλύματα το ένυδρο σύμπλοκο [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup> συμπεριφέρεται ως οξύ<ref name="Henderson" /> :
Το ιόν Ga<sup>+</sup> είναι γνωστό μόνο σε τήγματα, ενώ το ιόν Ga<sup>3+</sup> είναι το σημαντικότερο για την υδατική χημεία του γαλλίου. Σε διαλύματα το ένυδρο σύμπλοκο [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup> συμπεριφέρεται ως οξύ<ref name="Henderson" /> :
: [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup> <math>\rightleftharpoons</math> [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>5</sub>(OH)]<sup>2+</sup> + H<sup>+</sup> <math>\rightleftharpoons</math> [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub>(OH)<sub>2</sub>]<sup>+</sup> + H<sup>+</sup> <math>\rightleftharpoons</math>[Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>3</sub>(OH)<sub>3</sub>] + H<sup>+</sup>
: [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup> <math>\rightleftharpoons</math> [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>5</sub>(OH)]<sup>2+</sup> + H<sup>+</sup> <math>\rightleftharpoons</math> [Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub>(OH)<sub>2</sub>]<sup>+</sup> + H<sup>+</sup> <math>\rightleftharpoons</math>[Ga(H<sub>2</sub>O)<sub>3</sub>(OH)<sub>3</sub>] + H<sup>+</sup>
Καθώς το pH αυξάνεται παρατηρείται υδρόλυση που οδηγεί στο σχηματισμό του πολύ δυσδιάλυτου στερεού Ga(OH)<sub>3</sub><ref name="Abrams">{{cite book|title= Radioimmunotherapy of cancer|author= Paul G. Abrams, Alan R. Fritzberg|editor= |year= 2000|publisher= Informa Healthcare|url= http://books.google.gr/books?id=whP7Zp2j_0AC&dq=|ISBN = 0824702778}}</ref> που έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας K<sub>sp</sub> = 7×10<sup>-36<ref name="Dean" /></sup>.<br />
Καθώς το pH αυξάνεται παρατηρείται υδρόλυση που οδηγεί στο σχηματισμό του πολύ δυσδιάλυτου στερεού Ga(OH)<sub>3</sub><ref name="Abrams">{{cite book|title= Radioimmunotherapy of cancer|author= Paul G. Abrams, Alan R. Fritzberg|editor= |year= 2000|publisher= Informa Healthcare|url= http://books.google.gr/books?id=whP7Zp2j_0AC&dq=|ISBN = 0824702778}}</ref> που έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας K<sub>sp</sub> = 7×10<sup>-36<ref name="Dean" /></sup>.<br />
Γραμμή 356: Γραμμή 356:
Το γάλλιο είναι αδιάλυτο στο νερό αντιδρά όμως μ' αυτό και οξειδώνεται σε αυτόκλειστο στους 200°C<ref name="Kirk-Othmer12" /> :
Το γάλλιο είναι αδιάλυτο στο νερό αντιδρά όμως μ' αυτό και οξειδώνεται σε αυτόκλειστο στους 200°C<ref name="Kirk-Othmer12" /> :
: 2Ga + 3H<sub>2</sub>O <math>\longrightarrow</math> Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3H<sub>2</sub>
: 2Ga + 3H<sub>2</sub>O <math>\longrightarrow</math> Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3H<sub>2</sub>
Είναι σταθερό στον ξηρό αέρα εξαιτίας της δημιουργίας στην επιφάνειά του ενός στρώματος οξειδίου. Καίγεται με έντονη φλόγα σε καθαρό οξυγόνο και σε υψηλή πίεση προς οξείδιο<ref name=Wiberg /> :
Είναι σταθερό στον ξηρό αέρα εξαιτίας της δημιουργίας στην επιφάνειά του ενός στρώματος οξειδίου. Στους 1000°C οξειδώνεται από τον αέρα και με έντονη φλόγα από το καθαρό οξυγόνο σε υψηλή πίεση προς οξείδιο<ref name=Wiberg /> :
: 4Ga + 3O<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
: 4Ga + 3O<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Όπως φαίνεται από την ημιαντίδραση Ga<sup>3+</sup> + 3e<sup>-</sup> ⇆ Ga<sub>(s)</sub>, Ε<sup>0</sup> = -0,56 V, το γάλλιο βρίσκεται πριν το υδρογόνο στην [[ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων]] και επομένως το αντικαθιστά στα αραιά [[οξέα]] όπως επίσης αντικαθιστά και τα μέταλλα που βρίσκονται μετά απ' αυτό στις ενώσεις τους ([[αντιδράσεις απλής αντικατάστασης]])<ref name="ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ">{{cite book|title= Τεστ οξειδοαναγωγής : 1000 αναλυτικά λυμένες αντιδράσεις: Με θεωρία οξειδοαναγωγικών συστημάτων: Για την 1η και 2η δέσμη και την Α και Β λυκείου |author= Δημητριάδης, Θεόφιλος Γ.|editor= |year= Αθήνα, 1989|publisher= ΓΡΗΓΟΡΗ|ISBN = 960-222-060-0}}</ref>
Όπως φαίνεται από την ημιαντίδραση Ga<sup>3+</sup> + 3e<sup>-</sup> ⇆ Ga<sub>(s)</sub>, Ε<sup>0</sup> = -0,56 V, το γάλλιο βρίσκεται πριν το υδρογόνο στην [[ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων]] και επομένως το αντικαθιστά στα αραιά [[οξέα]] όπως επίσης αντικαθιστά και τα μέταλλα που βρίσκονται μετά απ' αυτό στις ενώσεις τους ([[αντιδράσεις απλής αντικατάστασης]])<ref name="ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ">{{cite book|title= Τεστ οξειδοαναγωγής : 1000 αναλυτικά λυμένες αντιδράσεις: Με θεωρία οξειδοαναγωγικών συστημάτων: Για την 1η και 2η δέσμη και την Α και Β λυκείου |author= Δημητριάδης, Θεόφιλος Γ.|editor= |year= Αθήνα, 1989|publisher= ΓΡΗΓΟΡΗ|ISBN = 960-222-060-0}}</ref>
Γραμμή 365: Γραμμή 365:
: 2Ga + 3X<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2GaX<sub>3</sub>
: 2Ga + 3X<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2GaX<sub>3</sub>
: 4Ga + 3S<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2Ga<sub>2</sub>S<sub>3</sub>
: 4Ga + 3S<sub>2</sub> <math>\longrightarrow</math> 2Ga<sub>2</sub>S<sub>3</sub>
Διαλύεται πολύ αργά στα υδροξείδια νατρίου και καλίου σχηματίζοντας άλατα γαλλικών ανιόντων (Ga(OH)<sub>4</sub><sup>-</sup>)<ref name="Henderson">{{cite book|title= Main Group Chemistry|author= Henderson W.|editor=|year= 2000|publisher= Cambridge : Royal Society of Chemistry|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=twdXz1jfVOsC&dq=|ISBN = 978-0-85404-617-1}}</ref> :
Διαλύεται αργά στα υδροξείδια των αλκαλίων σχηματίζοντας άλατα γαλλικών ανιόντων (Ga(OH)<sub>4</sub><sup>-</sup>)<ref name="Henderson">{{cite book|title= Main Group Chemistry|author= Henderson W.|editor=|year= 2000|publisher= Cambridge : Royal Society of Chemistry|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=twdXz1jfVOsC&dq=|ISBN = 978-0-85404-617-1}}</ref> :
: 2Ga + 2NaOH + 6H<sub>2</sub>O <math>\longrightarrow</math> 2NaGa(OH)<sub>4</sub> + 3H<sub>2</sub>
: 2Ga + 2NaOH + 6H<sub>2</sub>O <math>\longrightarrow</math> 2NaGa(OH)<sub>4</sub> + 3H<sub>2</sub>
Το βασιλικό νερό οξειδώνει το γάλλιο<ref name="Kirk-Othmer12">{{cite book|title= Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (vol. 12)|edition = 5η|chapter = GALLIUM AND GALLIUM COMPOUNDS
Το βασιλικό νερό οξειδώνει το γάλλιο το οποίο οξειδώνεται και από το υπεροξείδιο του νατρίου αλλά και από το χλωρικό κάλιο σύμφωνα με τις αντιδράσεις αντίστοιχα<ref name="ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ" />:
|author= Kirk-Othmer|editor= Arza Seidel|year= 2005|publisher= Wiley-Interscience
|pages= 337-364|url= |ISBN = 047148511X|format=|accessdate=}}</ref> το οποίο οξειδώνεται και από το υπεροξείδιο του νατρίου αλλά και από το χλωρικό κάλιο σύμφωνα με τις αντιδράσεις αντίστοιχα<ref name="ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ" />:
: 3Ga + 3HNO<sub>3</sub> + 9HCl <math>\longrightarrow</math> 3GaCl<sub>3</sub> + 3NO + 6H<sub>2</sub>O
: 3Ga + 3HNO<sub>3</sub> + 9HCl <math>\longrightarrow</math> 3GaCl<sub>3</sub> + 3NO + 6H<sub>2</sub>O
: 3Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 2Ga <math>\longrightarrow</math> 2Na<sub>3</sub>GaO<sub>3</sub> 3
: 3Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 2Ga <math>\longrightarrow</math> 2Na<sub>3</sub>GaO<sub>3</sub> 3
Γραμμή 377: Γραμμή 375:
Όταν διαβιβαστεί υδροχλώριο πάνω από Ga σε υψηλή θερμοκρασία (950°C) και χαμηλή πίεση (< 20 KPa) σχηματίζεται αέριο χλωριούχο γάλλιο(Ι) το οποίο καταβυθίζεται με ψύξη με υγρό άζωτο ως κόκκινο στερεό που αποσυντίθεται στους 0°C<ref name=Wiberg /> :
Όταν διαβιβαστεί υδροχλώριο πάνω από Ga σε υψηλή θερμοκρασία (950°C) και χαμηλή πίεση (< 20 KPa) σχηματίζεται αέριο χλωριούχο γάλλιο(Ι) το οποίο καταβυθίζεται με ψύξη με υγρό άζωτο ως κόκκινο στερεό που αποσυντίθεται στους 0°C<ref name=Wiberg /> :
: 2Ga + 2HCl <math>\longrightarrow</math> 2GaCl + H<sub>2</sub>
: 2Ga + 2HCl <math>\longrightarrow</math> 2GaCl + H<sub>2</sub>
Το άζωτο αντιδρά με το γάλλιο σε πολύ ειδικές συνθήκες, ενώ τα στοιχεία P, As, Sb αντιδρούν με θέρμανση<ref name="Kirk-Othmer12" /> :
Το άζωτο αντιδρά με το γάλλιο σε πολύ ειδικές συνθήκες, ενώ τα στοιχεία P, As, Sb αντιδρούν με θέρμανση :
: Ga + A <math>\longrightarrow</math> GaA (A = P, As, Sb)
: Ga + A <math>\longrightarrow</math> GaA (A = P, As, Sb)
όπως και τα S, Se, Te<ref name="Kirk-Othmer12" /> :
όπως και τα S, Se, Te :
: Ga + A' <math>\longrightarrow</math> Ga<sub>2</sub>A'<sub>3</sub> (A' = S, Se, Te)
: Ga + A' <math>\longrightarrow</math> Ga<sub>2</sub>A'<sub>3</sub> (A' = S, Se, Te)
Σε θερμοκρασίες μεταξύ 500°C - 1000°C ή μεγαλύτερες, το γάλλιο είναι πολύ διαβρωτικό για τα περισσότερα μέταλλα εκτός από το βολφράμιο<ref name="Kirk-Othmer12" />.


=== Ανίχνευση γαλλίου με φασματοσκοπικές μεθόδους ===
=== Ανίχνευση γαλλίου με φασματοσκοπικές μεθόδους ===
Κατά την ανίχνευση του μετάλλου με φλογοφασματοσκοπία εκπομπής (flame emission spectroscopy, FES), υπάρχουν δύο γραμμές εκπομπής, μέλη της ίδιας διπλής κορυφής, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν: στα 403,30 nm και 417,21 nm. Μια μικρή μείωση (3-mm κόκκινη ζώνη), της φλόγας υποξειδίου του αζώτου (N<sub>2</sub>O)-ακετυλενίου (C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>) δίνει το καλύτερο όριο ανίχνευσης με το μέγιστο σήμα που εμφανίζεται κοντά στην άκρη του εσωτερικού κώνου. Στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής (atomic absorption spectroscopy, AAS), είναι προτιμότερη πολύ λεπτή φλόγα N<sub>2</sub>O-(C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>). Η γραμμή στα 287,42 nm είναι πιο ευαίσθητη. Εντούτοις είναι εξίσου χρήσιμη η διπλή κορυφή στα 294,4 nm και η γραμμή στα 417,21 nm<ref name="Dean">{{cite book|title= Dean's analytical chemistry handbook|edition = 2η|chapter =|author= Pradyot Patnaik, John A. Dean
Κατά την ανίχνευση του μετάλλου με φλογοφασματοσκοπία εκπομπής (flame emission spectroscopy, FES), υπάρχουν δύο γραμμές εκπομπής, μέλη της ίδιας διπλής κορυφής, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν: στα 403,30 nm και 417,21 nm. Μια μικρή μείωση (3-mm κόκκινη ζώνη), της φλόγας υποξειδίου του αζώτου (N<sub>2</sub>O)-ακετυλενίου (C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>) δίνει το καλύτερο όριο ανίχνευσης με το μέγιστο σήμα που εμφανίζεται κοντά στην άκρη του εσωτερικού κώνου. Στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής (atomic absorption spectroscopy, AAS), είναι προτιμότερη πολύ λεπτή φλόγα N<sub>2</sub>O-(C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>). Η γραμμή στα 287,42 nm είναι πιο ευαίσθητη. Εντούτοις είναι εξίσου χρήσιμη η διπλή κορυφή στα 294,4 nm και η γραμμή στα 417,21 nm<ref name="Dean">{{cite book|title= Dean's analytical chemistry handbook|edition = 2η|chapter =|author= Pradyot Patnaik, John A. Dean
|editor= |year= 2004|publisher= New York : McGraw-Hill|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=CQt7shHsze4C&printsec=frontcover&dq#v=onepage&q&f=false|ISBN = 0071410600 }}</ref>. Κατά τον προσδιορισμό του γαλλίου στα ορυκτά του, για να αυξηθεί η εκλεκτικότητα και η ευαισθησία της ΑΑS, το μέταλλο πρώτα εξάγεται με μορφή συμπλόκου με 8-οξυκινολίνη και Ν-κυνναμοϋλ-φαινυλ-υδροξυλαμινη (CAFHA) και μετά εισάγεται η ένωση αυτή στον ατομοποιητή<ref name=Samchuk>{{cite book|title= Analytical chemistry of minerals|author= Anatoliĭ Ivanovich Samchuk, Anatoliĭ Terentʹevich Pilipenko|editor= |year=1987|publisher= VSP|pages=
|editor= |year= 2004|publisher= New York : McGraw-Hill|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=CQt7shHsze4C&printsec=frontcover&dq#v=onepage&q&f=false|ISBN = 0071410600 }}</ref>. <br />
Κατά τον προσδιορισμό του γαλλίου στα ορυκτά του, για να αυξηθεί η εκλεκτικότητα και η ευαισθησία της ΑΑS, το μέταλλο πρώτα εξάγεται με μορφή συμπλόκου με 8-οξυκινολίνη και Ν-κυνναμοϋλ-φαινυλ-υδροξυλαμινη (CAFHA) και μετά εισάγεται η ένωση αυτή στον ατομοποιητή<ref name=Samchuk>{{cite book|title= Analytical chemistry of minerals|author= Anatoliĭ Ivanovich Samchuk, Anatoliĭ Terentʹevich Pilipenko|editor= |year=1987|publisher= VSP|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=z3_5Y1qpTmsC&printsec=frontcover&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
|ISBN = 906764076X|format=|accessdate=}}</ref>.<br />
|url= http://books.google.gr/books?id=z3_5Y1qpTmsC&printsec=frontcover&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
Το γάλλιο μπορεί επίσης να ταυτοποιηθεί με χρωματομετρικές μεθόδους (με χρήση ροδαμίνης Β), φθορισμομετρικά (με χρήση 8-υδροξυ-κινολίνης) ή και συμπλοκομετρικά με τιτλοδότηση με δινάτριο άλας του αιθυλενο-διαμινο-τετραοξικού οξέος (EDTA)<ref name="Kirk-Othmer12" />.
|ISBN = 906764076X|format=|accessdate=}}</ref>.


== Ισότοπα ==
== Ισότοπα ==
Γραμμή 414: Γραμμή 414:
[[File:Digallane-3D-balls.png|thumb|uprigh|left|Μοντέλο του μορίου Ga<sub>2</sub>H<sub>6</sub>]]
[[File:Digallane-3D-balls.png|thumb|uprigh|left|Μοντέλο του μορίου Ga<sub>2</sub>H<sub>6</sub>]]
'''Γαλλάνια, [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub>'''. Από πολλές απόψεις, η χημεία των γαλλανίων προσομοιάζει περισσότερο με τη χημεία των βορανίων (B<sub>n</sub>H<sub>n+4</sub>, B<sub>n</sub>H<sub>n+6</sub>) παρά μ' αυτή των αλανίων ([AlH<sub>3</sub>]<sub>n</sub>) διότι η ηλεκτραρνητικότητα του γαλλίου (1,81) είναι μεγαλύτερη του αργιλίου (1,61) και πιό κοντά σ' αυτήν του βορίου (2,04)<ref name="Henderson" />.<br />
'''Γαλλάνια, [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub>'''. Από πολλές απόψεις, η χημεία των γαλλανίων προσομοιάζει περισσότερο με τη χημεία των βορανίων (B<sub>n</sub>H<sub>n+4</sub>, B<sub>n</sub>H<sub>n+6</sub>) παρά μ' αυτή των αλανίων ([AlH<sub>3</sub>]<sub>n</sub>) διότι η ηλεκτραρνητικότητα του γαλλίου (1,81) είναι μεγαλύτερη του αργιλίου (1,61) και πιό κοντά σ' αυτήν του βορίου (2,04)<ref name="Henderson" />.<br />
Τα μοριακά είδη της μορφής [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub> είναι γνωστά από το 1989 ενώ έχουν εντοπιστεί και οι μορφές Ga<sub>2</sub>H<sub>2</sub> και GaH<sub>2</sub>. Υπάρχουν φασματοσκοπικές αποδείξεις ενός ολιγομερούς του τύπου [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub> με n > 2 στη στερεά φάση και σε διάλυμα σε χαμηλή θερμοκρασία αλλά η μορφή Ga<sub>2</sub>H<sub>6</sub> (''διγαλλάνιο'', digallane) φαίνεται ότι είναι η επικρατέστερη στην αέρια φάση<ref name=Downs />. Το διγαλλάνιο μελετήθηκε λεπτομερειακά στις αρχές της δεκαετίας του 1990 και μελέτες με περίθλαση ηλεκτρονίων έδειξαν ότι μοιάζει δομικά με το διβοράνιο, Β<sub>2</sub>Η<sub>6</sub>. Υπάρχει μόνο σε χαμηλή θερμοκρασία ως λευκό στερεό και αποσυντίθεται πάνω από τους -20,15°C προς Ga και Η<sub>2</sub>. Παρασκευάζεται από GaCl<sub>3</sub> και Me<sub>3</sub>SiH και αναγωγή του προϊόντος από LiAlH<sub>4</sub> στους -33,15°C<ref name=Housecroft>{{cite book|title= Inorganic chemistry|edition = 2η, εικονογραφημένη|chapter = |author= Catherine E. Housecroft, A. G. Sharpe|editor= A. G. Sharpe|year= 2005|publisher= Pearson Education|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=_1gFM51qpAMC&dq=|ISBN = 0130399132
Τα μοριακά είδη της μορφής [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub> είναι γνωστά από το 1989 ενώ έχουν εντοπιστεί και οι μορφές Ga<sub>2</sub>H<sub>2</sub> και GaH<sub>2</sub>. Υπάρχουν φασματοσκοπικές αποδείξεις ενός ολιγομερούς του τύπου [GaH<sub>3</sub>]<sub>n</sub> με n > 2 στη στερεά φάση και σε διάλυμα σε χαμηλή θερμοκρασία αλλά η μορφή Ga<sub>2</sub>H<sub>6</sub> (''διγαλλάνιο'', digallane) φαίνεται ότι είναι η επικρατέστερη στην αέρια φάση<ref name=Downs />. Το διγαλλάνιο μελετήθηκε λεπτομερειακά στις αρχές της δεκαετίας του 1990 και μελέτες με περίθλαση ηλεκτρονίων έδειξαν ότι μοιάζει δομικά με το διβοράνιο, Β<sub>2</sub>Η<sub>6</sub>. Υπάρχει μόνο σε χαμηλή θερμοκρασία ως λευκό στερεό και αποσυντίθεται πάνω από τους -20,15°C προς Ga και Η<sub>2</sub>. Παρασκευάζεται από GaCl<sub>3</sub> και Me<sub>3</sub>SiH και αναγωγή του προϊόντος από LiAlH<sub>4</sub> στους -33,15°C<ref name=Housecroft>{{cite book|title= Inorganic chemistry|edition = 2η, εικονογραφημένη|chapter = |author= Catherine E. Housecroft, A. G. Sharpe|editor= A. G. Sharpe|year= 2005|publisher= Pearson Education|pages= |url= http://books.google.gr/books?id=_1gFM51qpAMC&dq=|ISBN = 0130399132|format=|accessdate=}}</ref>. Αντιδρά με υδροχλώριο στους -95°C δίνοντας Ga<sub>2</sub>Cl<sub>6</sub> αλλά και με άλλα αντιδραστήρια όπως αμμωνία, αιθυλένιο, φωσφίνη κ.ά. πάντα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (< -20°C)<ref name=Downs />.<br />
|format=|accessdate=}}</ref>. Αντιδρά με υδροχλώριο στους -95°C δίνοντας Ga<sub>2</sub>Cl<sub>6</sub> αλλά και με άλλα αντιδραστήρια όπως αμμωνία, αιθυλένιο, φωσφίνη κ.ά. πάντα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (< -20°C)<ref name=Downs />.<br />
Το ''τριγαλλάνιο'', Ga<sub>3</sub>H<sub>9</sub> έχει μελετηθεί μόνο με θεωρητικές υπολογιστικές μεθόδους<ref name=Downs />.
Το ''τριγαλλάνιο'', Ga<sub>3</sub>H<sub>9</sub> έχει μελετηθεί μόνο με θεωρητικές υπολογιστικές μεθόδους<ref name=Downs />.


Γραμμή 423: Γραμμή 422:
Οι δυαδικές ενώσεις του γαλλίου με τα στοιχεία της 13ης ομάδας του περιοδικού πίνακα, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον εξαιτίας της χρήσης τους ως III-V ημιαγώγιμα υλικά όμοια με το πυρίτιο και το γερμάνιο<ref name="Simon" />.
Οι δυαδικές ενώσεις του γαλλίου με τα στοιχεία της 13ης ομάδας του περιοδικού πίνακα, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον εξαιτίας της χρήσης τους ως III-V ημιαγώγιμα υλικά όμοια με το πυρίτιο και το γερμάνιο<ref name="Simon" />.
[[File:GaNcrystal.jpg|thumb|upright|right|Kομμάτι από ενιαίο κρύσταλλο GaN, μήκους ~ 3 mm]]
[[File:GaNcrystal.jpg|thumb|upright|right|Kομμάτι από ενιαίο κρύσταλλο GaN, μήκους ~ 3 mm]]
'''GaN'''. Το αζωτούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή νιτρίδιο του γαλλίου είναι αγωγός n-τύπου, κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα με δομή βουρτσίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά και στο κυβικό σύστημα με δομή σφαλερίτη όταν αναπτύσσεται με μεθόδους επιταξίας σε κυβικό υπόστρωμα<ref name=Martienssen />. Μαζί με το GaAs αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 99 % του γαλλίου που καταναλώνεται στις Η.Π.Α. Χρησιμοποιείται για να κατασκευή διόδων λέιζερ και LED<ref name="2009MineralsYearbook" />. Κρύσταλλοι GaN μπορούν να αναπτυχθούν σε τήγμα Na/Ga αφού πρώτα το GaN παρασκευαστεί με επίδραση αμμωνίας σε Ga ή Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.
'''GaN'''. Το αζωτούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή νιτρίδιο του γαλλίου είναι αγωγός n-τύπου, κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα με δομή βουρτσίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά και στο κυβικό σύστημα με δομή σφαλερίτη όταν αναπτύσσεται με μεθόδους επιταξίας σε κυβικό υπόστρωμα<ref name=Martienssen />. Μαζί με το GaAs αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 99 % του γαλλίου που καταναλώνεται στις Η.Π.Α. Χρησιμοποιείται για να κατασκευή διόδων λέιζερ και LED<ref name="2009MineralsYearbook" />. Κρύσταλλοι GaN μπορούν να αναπτυχθούν σε τήγμα Na/Ga αφού πρώτα το GaN παρασκευαστεί με επίδραση αμμωνίας σε Ga ή Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.<br />
Έχει μελετηθεί και το αζίδιο του γαλλίου(ΙΙΙ), Ga(N<sub>3</sub>)<sub>3</sub>, το οποίο παρασκευάζεται με αποσύνθεση της ένωσης GaF<sub>3</sub>'''·�'''NH<sub>3</sub> στους 250°C<ref name="Kirk-Othmer12" />.


'''GaP'''. Το φωσφορούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή φωσφίδιο του γαλλίου κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα, έχει δομή σφαλερίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά σε πίεση > 21 - 30 GPa αποκτά δομή β-Sn (λευκός κασσίτερος)<ref name=Martienssen />. Όταν εμφυτευθεί θείο ή τελλούριο σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις<ref group="Σημ.">Η πρακτική της εμφύτευσης κάποιων χημικών στοιχείων, σε πολύ μικρή συγκέντρωση, σε ένα υλικό με σκοπό αυτό να γίνει ημιαγωγός ή να βελτιωθούν οι οπτοηλεκτρονικές του ιδιότητες είναι γνωστή ως "ντοπάρισμα"</ref> μετατρέπεται σε αγωγό n-τύπου. Είναι άοσμο στερεό αδιάλυτο στο νερό. Έχει πορτοκαλί χρώμα παραλλαγές του οποίου εμφανίζονται ανάλογα με τις προσμίξεις. Χρησιμοποιείται ως υλικό τεχνολογίας LED από τη δεκαετία του 1960. Ως LED εκπέμπει φως διαφόρων χρωμάτων (πράσινο, κιτρινοπράσινο, κόκκινο) ανάλογα με το "ντοπάρισμα" που δέχεται<ref name="Simon" />.
'''GaP'''. Το φωσφορούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή φωσφίδιο του γαλλίου κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα, έχει δομή σφαλερίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά σε πίεση > 21 - 30 GPa αποκτά δομή β-Sn (λευκός κασσίτερος)<ref name=Martienssen />. Όταν εμφυτευθεί θείο ή τελλούριο σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις<ref group="Σημ.">Η πρακτική της εμφύτευσης κάποιων χημικών στοιχείων, σε πολύ μικρή συγκέντρωση, σε ένα υλικό με σκοπό αυτό να γίνει ημιαγωγός ή να βελτιωθούν οι οπτοηλεκτρονικές του ιδιότητες είναι γνωστή ως "ντοπάρισμα"</ref> μετατρέπεται σε αγωγό n-τύπου. Είναι άοσμο στερεό αδιάλυτο στο νερό. Έχει πορτοκαλί χρώμα παραλλαγές του οποίου εμφανίζονται ανάλογα με τις προσμίξεις. Χρησιμοποιείται ως υλικό τεχνολογίας LED από τη δεκαετία του 1960. Ως LED εκπέμπει φως διαφόρων χρωμάτων (πράσινο, κιτρινοπράσινο, κόκκινο) ανάλογα με το "ντοπάρισμα" που δέχεται<ref name="Simon" />.
Γραμμή 449: Γραμμή 449:


'''Άλλα αλογονίδια'''. Υπάρχουν και ενδιάμεσα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια όπου το γάλλιο έχει αριθμούς οξείδωσης +1, +2 ,+3. Για παράδειγμα το Ga<sub>3</sub>Cl<sub>7</sub> έχει παραπλήσια δομή με το διχρωμικό ανιόν, Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub><sup>2-</sup>, και ανταποκρίνεται περισσότερο στον τύπο Ga<sup>I</sup>Ga<sup>III</sup><sub>2</sub>Cl<sub>7</sub><ref>''Die Kristallstruktur von Ga<sub>3</sub>Cl<sub>7</sub>'' Frank W., Hönle W., Simon A., Z. Naturforsch. Teil B (1990) 45B 1</ref>. Τα Ga<sub>2</sub>Br<sub>3</sub> και Ga<sub>2</sub>I<sub>3</sub> έχουν δομές Ga<sup>I</sup><sub>2</sub> Ga<sup>II</sup><sub>2</sub>Br<sub>6</sub> and Ga<sup>I</sup><sub>2</sub> Ga<sup>II</sup><sub>2</sub>I<sub>6</sub> αντίστοιχα και περιέχουν δεσμούς Ga-Ga όπου το γάλλιο έχει αριθμό οξείδωσης +2.
'''Άλλα αλογονίδια'''. Υπάρχουν και ενδιάμεσα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια όπου το γάλλιο έχει αριθμούς οξείδωσης +1, +2 ,+3. Για παράδειγμα το Ga<sub>3</sub>Cl<sub>7</sub> έχει παραπλήσια δομή με το διχρωμικό ανιόν, Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub><sup>2-</sup>, και ανταποκρίνεται περισσότερο στον τύπο Ga<sup>I</sup>Ga<sup>III</sup><sub>2</sub>Cl<sub>7</sub><ref>''Die Kristallstruktur von Ga<sub>3</sub>Cl<sub>7</sub>'' Frank W., Hönle W., Simon A., Z. Naturforsch. Teil B (1990) 45B 1</ref>. Τα Ga<sub>2</sub>Br<sub>3</sub> και Ga<sub>2</sub>I<sub>3</sub> έχουν δομές Ga<sup>I</sup><sub>2</sub> Ga<sup>II</sup><sub>2</sub>Br<sub>6</sub> and Ga<sup>I</sup><sub>2</sub> Ga<sup>II</sup><sub>2</sub>I<sub>6</sub> αντίστοιχα και περιέχουν δεσμούς Ga-Ga όπου το γάλλιο έχει αριθμό οξείδωσης +2.

===Κράματα και διμεταλλικές ενώσεις===
Το γάλλιο αναμιγνύεται πλήρως σε υγρή κατάσταση με το αργίλιο, το ίνδιο, τον κασσίτερο και τον ψευδάργυρο και δε σχηματίζονται ενώσεις αλλά τα κράματα αυτά έχουν τη δυαδική μορφή απλών ευτηκτικών συστημάτων<ref group="Σημ.">Το ευτηκτικό σύστημα αποτελείται από δύο συστατικά με χαρακτηριστική αναλογία μεταξύ τους έτσι ώστε μόνο αυτή εξασφαλίζει μικρότερη θερμοκρασία τήξης από το σημείο τήξης κάθε συστατικού χωριστά</ref> που περιέχουν πάνω από 90 % Ga (το κράμα με In περιέχει 76 % Ga) και λιώνουν σε θερμοκρασίες μικρότερες των 30°C<ref name="Kirk-Othmer12" />.
Αναφέρονται πολλές διμεταλλικές ενώσεις του γαλλίου της μορφής M<sub>x</sub>Ga<sub>y</sub> όπου M = σχεδόν όλα τα μεταβατικά μέταλλα αλλά και αλκάλια και αλκαλικές γαίες και x, y = ακέραιοι αριθμοί πχ. AgGa, Au<sub>7</sub>Ga<sub>2</sub>, Ir<sub>3</sub>Ga<sub>5</sub>, SrGa<sub>4</sub>, Ti<sub>2</sub>Ga, Li<sub>3</sub>Ga<sub>2</sub>, KGa<sub>4</sub>, Na<sub>5</sub>Ga<sub>8</sub> κ.ά. που κρυσταλλώνονται σε διάφορα κρυσταλλικά συστήματα. Επίσης είναι γνωστές ενώσεις με τα στοιχεία των λανθανιδών πχ. DyGa<sub>2</sub>, LaGa<sub>2</sub>, ErGa<sub>3</sub> κ.ά. και των ακτινιδών πχ. UGa<sub>2</sub>, PuGa<sub>6</sub> κ.ά.<ref name="Kirk-Othmer12" /><br />
[[File:Galinstan on glass.jpg|thumb|upright|right|Κράμα galinstan από σπασμένο θερμόμετρο πάνω σε γυαλί]]
'''Galinstan'''. Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται για οικογένεια ευτηκτικών κραμάτων αποτελούμενων από γάλλιο (από το αγγλικό '''gal'''lium), ίνδιο (από το αγγλικό '''in'''dium) και κασσίτερο (από το λατινικό όνομα '''stan'''num του κασσιτέρου) τα οποία είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου και τυπικά έχουν σημείο πήξης −19°C<ref>{{cite journal|doi=10.1007/s00216-005-0069-7|year=2005|month=Nov|author=Surmann, P; Zeyat, H|title=Voltammetric analysis using a self-renewable non-mercury electrode.|volume=383|issue=6|pages=1009–13|pmid=16228199|journal=Analytical and bioanalytical chemistry}}</ref>. Λόγω της χαμηλής τοξικότητας και χαμηλής δραστικότητας των μετάλλων που τα αποτελούν, τα κράματα αυτά χρησιμοποιούνται ως υποκατάστατα του υδραργύρου ή του δραστικού κράματος NaK (νατρίου - καλίου) που επίσης έχουν πολύ χαμηλά σημεία πήξης. Μια τυπική σύνθεση galinstan είναι 68,5 % Ga, 21,5 % In και 10 % Sn.
=== Οργανικές ενώσεις του γαλλίου===
[[File:Trimethylgallium-from-xtal-3D-balls.png|thumb|upright|right|Στερεοχημικό μοντέλο του (CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>Ga]]
Δεν υπάρχουν δυαδικές ενώσεις του γαλλίου με άνθρακα. Έχουν μελετηθεί όμως κάποια τριαδικά καρβίδια με έμφαση κυρίως στη δομή και τις μαγνητικές τους ιδιότητες όπως Mn<sub>3</sub>GaC, Nd<sub>3</sub>GaC και Mo<sub>2</sub>GaC<ref name="Kirk-Othmer12" />. <br />
Έχουν μελετηθεί πάνω από 1000 οργανικές ενώσεις του γαλλίου. Μεταξύ αυτών υπάρχουν οργανικά οξέα (οξικό, οξαλικό, κιτρικό), αλκοξείδια και παράγωγά τους πχ. Ga(OCH<sub>3</sub>), Ga(OC<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub> κ.ά. αλλά και οργανογαλλικές ενώσεις όπως το τριμεθυλο-γάλλιο, (CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>Ga, και το τριαιθυλο-γάλλιο (CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>)<sub>3</sub>Ga που περιέχουν δεσμό Ga-C και είναι άχρωμα πυροφορικά υγρά δηλ. αναφλέγονται εύκολα όταν έρθουν σε επαφή με τον αέρα. Χρησιμοποιούνται συνήθως ως πηγές γαλλίου που προορίζεται για τεχνολογίες αιχμής.


==Τοξικότητα - Προφυλάξεις ==
==Τοξικότητα - Προφυλάξεις ==

Έκδοση από την 17:50, 1 Αυγούστου 2011

Γάλλιο
ΨευδάργυροςΓάλλιοΓερμάνιο
Αργίλιο

Ga

Ίνδιο


Κρύσταλλοι γαλλίου καθαρότητας 5N (99,999%)

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Γάλλιο (Ga)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 31
Κατηγορία Μέταλλα
ομάδα, περίοδος,
τομέας
13 (IIIA) ,4, p
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
69,723(1)
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
[Ar] 4s2 3d10 4p1
Αριθμός EINECS 231-163-8
Αριθμός CAS 7440-55-3
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 135 pm
Ομοιοπολική ακτίνα 122±3 pm
Ακτίνα van der Waals 187 pm
Ηλεκτραρνητικότητα 1,81
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
+3
Ενέργειες ιονισμού 1η:578,8 KJ/mol
2η:1979,3 KJ/mol
3η:2963 ΚJ/mol
Φυσικά χαρακτηριστικά
Κρυσταλλικό σύστημα ορθορομβικό (α-Ga)[1]
Κρυσταλλικό πλέγμα μονοεδρικά κεντρωμένο[2]
Σημείο τήξης 29,7646°C (85,5763°F) (302,9146 K)[3][4]
Σημείο βρασμού 2204°C (3999°F) (2477 K)
Τριπλό σημείο 29,7666°C (85,5799°F) (302,9166 K)
Πυκνότητα 5,904 g/cm3[2][5]
Ενθαλπία τήξης 5,59 KJ/mol
Ενθαλπία εξάτμισης 254 KJ/mol
Ειδική θερμοχωρητικότητα 25,86 J/mol·K
Μαγνητική συμπεριφορά διαμαγνητικό[6]
Ειδική ηλεκτρική
αντίσταση
(20°C) 270 nΩ·m
Ειδική θερμική
αγωγιμότητα
40,6 W/(m·K)
Σκληρότητα Mohs 1,5-2,5[7]
Σκληρότητα Brinell 60 MPa
Μέτρο ελαστικότητας
(Young's modulus)
9,81 GPa[7]
Μέτρο διάτμησης
(Shear modulus)
6,67 GPa
Λόγος Poison 0,47
Ταχύτητα του ήχου 2740 m/s (υγρό, 12 MHz)
εγκάρσια κύματα σε στερεό : 750 m/s
διαμήκη κύματα σε στερεό : 3030 m/s[7]
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το χημικό στοιχείο γάλλιο (αγγλικά : gallium) είναι σπάνιο, μαλακό, εύτηκτο, εύθρυπτο σε χαμηλές θερμοκρασίες, αργυρόλευκο μέταλλο με στιλπνή μεταλλική λάμψη. Ο ατομικός αριθμός του είναι 31 και η σχετική ατομική μάζα του 69,723(1)[8]. Το χημικό του σύμβολο είναι "Ga" και ανήκει στην ομάδα 13 (IIIA, με την παλαιότερη ταξινόμηση) του περιοδικού πίνακα, στην περίοδο 4 και στο p-block. Έχει θερμοκρασία τήξης 29,7646°C και θερμοκρασία βρασμού 2204°C.

Ανακαλύφθηκε το 1875 από τον Γάλλο χημικό Πολ-Εμίλ Λεκόκ ντε Μπουαμποντράν και πήρε το όνομά του από την Gallia, παλιά λατινική ονομασία της Γαλλίας.

Το γάλλιο δεν υπάρχει σε ελεύθερη μορφή στη φύση, και τα λίγα ορυκτά με υψηλή περιεκτικότητα σ' αυτό, όπως ο γαλλίτης είναι πολύ σπάνια για να χρησιμεύσουν ως βασική πηγή του στοιχείου ή των ενώσεών του. Η περιεκτικότητα του μετάλλου στο στερεό φλοιό της γης κυμαίνεται από 15 ppm έως και 19 ppm. Είναι πιο άφθονο από ό,τι πολλά πιο γνωστά μέταλλα, όπως το αντιμόνιο, το μολυβδαίνιο, το ασήμι και το βολφράμιο αλλά σε αντίθεση μ' αυτά δε βρίσκεται σε φυσικές εμφανίσεις ορυκτών με οικονομικό ενδιαφέρον.

Το μεγαλύτερο μέρος του μετάλλου παράγεται σήμερα ως παραπροϊόν κατά την επεξεργασία της αλουμίνας που προέρχεται από το βωξίτη. Μικρό ποσοστό παράγεται και από την επεξεργασία των καταλοίπων της εξαγωγής ψευδαργύρου από το σφαλερίτη αλλά και από την ιπτάμενη τέφρα. Κυριότερες χώρες παραγωγής καθαρού γαλλίου είναι σήμερα η Κίνα, η Γερμανία, το Καζακστάν, η Ρωσία, η Ιαπωνία κ.ά.[9]. Ένα σημαντικό ποσοστό του μετάλλου προκύπτει επίσης από τη δευτερογενή παραγωγή, κυρίως από ανακύκλωση ηλεκτρονικών συσκευών που περιέχουν ενώσεις όπως το GaAs[10]. Τα βασικά κέντρα για τη δευτερογενή αυτή παραγωγή είναι ο Καναδάς, η Ιαπωνία, η Γερμανία, η Μεγάλη Βρετανία και οι Η.Π.Α.[11]

Το γάλλιο διαλύεται αργά στο υδροχλωρικό οξύ και στο υδροξείδιο του καλίου με παραγωγή υδρογόνου. Σχηματίζει ένα οξείδιο, το Ga2O3 που είναι αδιάλυτο στο νερό αλλά διαλυτό στην αμμωνία και στο καυστικό κάλιο. Χλωρίδια, σουλφίδια και νιτρικά άλατα του γαλλίου είναι όλα πολύ διαλυτά στο νερό. Το θειικό γάλλιο μπορεί να δώσει στυπτηρία.

Επειδή το στοιχείο υγροποιείται λίγο πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου, λιώνει εύκολα στο χέρι. Εάν, ωστόσο, ένα σφαιρίδιο από λιωμένο γάλλιο έρθει σε επαφή με κομμάτι στερεοποιημένου μετάλλου, κάτω από το σημείο τήξης του, αμέσως θα στερεοποιηθεί.

Το χαμηλό σημείο τήξης του γαλλίου έχει χρησιμοποιηθεί ως σημείο αναφοράς της θερμοκρασίας[3][4], ενώ σήμερα χρησιμοποιείται το τριπλό σημείο[Σημ. 1] (29,767°C) στην υλοποίηση της Διεθνούς Θερμοκρασιακής Κλίμακας του 1990 (ITS-90) από το NIST (National Institute of Standards and Technology)[12].

Το μέταλλο από την εποχή της ανακάλυψής του μέχρι σήμερα χρησιμοποιείται σε θερμομετρικές εφαρμογές και για την παρασκευή μεταλλικών κραμάτων με ασυνήθιστες ιδιότητες σταθερότητας και ευκολίας τήξης. Για παράδειγμα, το κράμα galinstan που περιέχει μεταξύ άλλων και 68,5 Ga % έχει σημείο τήξης -19°C. Οι αξιοποίηση των ενώσεων του μετάλλου στη βιομηχανία ξεκίνησε τη δεκαετία του 1940 και σήμερα ενώσεις όπως το αρσενίδιο και το νιτρίδιο του γαλλίου, χρησιμοποιούνται ευρύτατα ως ημιαγωγοί σε ολοκληρωμένα κυκλώματα, σε υπέρυθρες εφαρμογές, σε διόδους λέιζερ και σε γενικά σε πολύ μεγάλη ποικιλία οπτικοηλεκτρονικών εφαρμογών. Σχεδόν το 95 % του παραγομένου παγκοσμίως γαλλίου διοχετεύεται σε εφαρμογές ημιαγωγών, παρόλο που ανακαλύπτονται συνεχώς καινούργιες χρήσεις του μετάλλου σε νέα κράματα και κυψέλες καυσίμων.

Το γάλλιο εμφανίζεται σε πολύ μικρές ποσότητες στο ανθρώπινο σώμα. Πιθανότατα είναι παρόν εξαιτίας μικρών ποσοτητών στο φυσικό περιβάλλον και στο νερό, καθώς και εξαιτίας υπολειμμάτων στα λαχανικά και τα φρούτα. Το καθαρό γάλλιο δεν αποτελεί επιβλαβή ουσία για τους ανθρώπους κατά την επαφή. Πολλές φορές αγγίζεται μόνο και μόνο για την απλή ευχαρίστηση που προκαλεί η παρατήρησή του όταν λειώνει από τη θερμότητα που εκπέμπεται από το ανθρώπινο χέρι. Εντούτοις, είναι γνωστό ότι αφήνει σημάδι στα χέρια. Μερικές ενώσεις του γαλλίου μπορούν στην πραγματικότητα να είναι πολύ επικίνδυνες όπως για παράδειγμα το χλωριούχο γάλλιο (ΙΙΙ) οι ατμοί του οποίου μπορούν να προκαλέσουν μέχρι και μερική παράλυση.

Έχει δύο σταθερά ισότοπα το 69Ga και το 71Ga.

Ιστορία

Την ύπαρξη και ορισμένες από τις κυριότερες φυσικοχημικές ιδιότητες του γαλλίου είχε προβλέψει ήδη από το 1870 ο μεγάλος Ρώσος χημικός Ντμίτρι Μεντελέγιεφ (Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834-1907). Είχε ονομάσει μάλιστα και το άγνωστο, ακόμα, χημικό στοιχείο έκα-αλουμίνιο (eka-aluminium) με σύμβολο Ea[13].

Ο Γάλλος φυσικοχημικός Πολ-Εμίλ Λεκόκ ντε Μπουαμποντράν (Paul Emile Francois Lecoq de Boisbaudran, 1838–1912) στο Παρίσι ήταν ο πρώτος που επιβεβαίωσε το σύστημα ταξινόμησης των στοιχείων του Μεντελέγιεφ, ανακαλύπτοντας φασματοσκοπικά το 1875 το έκα-αλουμίνιο και ονομάζοντάς το γάλλιο.

O Paul Émile Lecoq de Boisbaudran ανακάλυψε το γάλλιο

Ο Μπουαμποντράν γεννήθηκε στις 18 Απριλίου του 1838 στην επαρχία Κονιάκ όπου ο πατέρας του και τα αδέρφια του απασχολούνταν στα οικογενειακά αποστακτήρια παρασκευάζοντας κονιάκ. Από τη μητέρα του, που ήταν πολύ μορφωμένη, διδάχθηκε ξένες γλώσσες, τους κλασσικούς συγγραφείς και ιστορία και έτσι εύκολα έγινε δεκτός στην Πολυτεχνική Σχολή του Παρισιού όπου σπούδασε τα αγαπημένα του αντικείμενα, φυσική και χημεία. Σε όλη τη διάρκεια της ερευνητικής του καριέρας είχε την υποστήριξη της οικογένειάς του και ένας θείος του μάλιστα του προμήθευσε τα στοιχειώδη για ένα μικρό ιδιωτικό εργαστήριο μέσα στο οποίο ανακάλυψε το γάλλιο. Ο Μπουαμποντράν ανακάλυψε επίσης και τα χημικά στοιχεία των σπανίων γαιών σαμάριο (1879) και δυσπρόσιο (1886), ενώ απομόνωσε και το στοιχείο γαδολίνιο (1886)[14].

Ο Μπουαμποντράν ενδιαφερόταν πολύ έντονα για τη φασματοσκοπία και τις εφαρμογές της. Είχε μελετήσει πολλά φάσματα για δεκαπέντε χρόνια και συμπέρανε ότι πρέπει να υπήρχε κάποια κανονικότητα και συμμετρία στην εμφάνιση των φασματικών γραμμών που εκπέμπονταν από ομάδες παρόμοιων και συγγενικών μετάλλων[13]. Στις αρχές της δεκαετίας του 1870, σκέφθηκε ότι, σύμφωνα με την άποψή του περί επαναλαμβανόμενων φασματικών γραμμών και σύμφωνα με το Μεντελέγιεφ, θα έπρεπε να υπάρχει ένα στοιχείο μεταξύ του αλουμινίου, που είχε ανακαλυφθεί το 1825 και του ινδίου που είχε ανακαλυφθεί το 1863. Τα φάσματα των δύο αυτών στοιχείων ήταν γνωστά και αφού τα ορυκτά που τα περιείχαν είχαν ήδη αναλυθεί προσεκτικά, υπήρχαν λίγες ελπίδες να ανακαλυφθεί κάποιο νέο χημικό στοιχείο στα υπολείμματα των αναλύσεων. Αυτό όμως δεν απογοήτευσε το Μπουαμποντράν ο οποίος το καλοκαίρι του 1868 προμηθεύτηκε από το ορυχείο Πιερρεφίτ της κοιλάδας Αργκελέ των Πυρηναίων ορέων 52 κιλά μεταλλεύματος σφαλερίτη (ZnS)[15] και το Φεβρουάριο του 1874 άρχισε την κατεργασία του[13]. Το καλοκαίρι του επόμενου χρόνου βρήκε ενδείξεις για την ύπαρξη του νέου στοιχείου και ανακοίνωσε την ανακάλυψή του στην εργασία του στις 30 Αυγούστου 1875. Αναφέρει ο ίδιος[16] :

“Avant-hier, vendredi 27 aoùt 1875, entre 3 et 4 heures du soir, j'ai trouvé des indices de l'existence probable d'un nouveau corps simple, dans le produits de l'examen chimique d'une blende provenant de la mine de Pierrefitte, vallée d'Argelès (Pyrénées)”.

“Προχθές, Παρασκευή 27 Αυγούστου 1875, μεταξύ 3 και 4 το απόγευμα, βρήκα ενδείξεις για την πιθανή ύπαρξη ενός νέου απλού σώματος, στα προϊόντα της χημικής εξέτασης του σφαλερίτη από το ορυχείο Pierrefitte, κοιλάδα Argelès (Πυρηναία)”.

Σε πρόσθετη σημείωση στο ίδιο άρθρο, που παρουσίασε ο Βουρτζ (Adolph Wurtz, 1817-1884) στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών, ο Μπουαμποντράν ονομάζει το στοιχείο χωρίς όμως να δίνει εξηγήσεις για την επιλογή του ονόματος :

“Les expériences que j'ai exécutées depuis le 29 août me confirment dans la pensée que le corps observè doit être considéré comme un nouvel élément, auquel je propose de donner le nom Gallium”.

“Οι εμπειρίες που απέκτησα από τις 29 Αυγούστου μου επιβεβαιώνουν τη σκέψη ότι το παρατηρούμενο σώμα θα πρέπει να θεωρείται ως ένα νέο στοιχείο, για το οποίο προτείνω να δοθεί το όνομα Γάλλιο”.

Αμέσως μετά την ονομασία του νέου στοιχείου, διαδόθηκε ότι ο Lecoq de Boisbaudran ονόμασε το στοιχείο με βάση το δικό του όνομα : gallium από το gallus δηλαδή κόκορας (στα γαλλικά le coq)[17]. Δύο χρόνια μετά, το 1877, σε άρθρο του ο Γάλλος χημικός διευκρίνισε ότι ονόμασε το στοιχείο γάλλιο προς τιμή της πατρίδας του Γαλλίας[15][Σημ. 2].

Εκα-αλουμίνιο (Ea) και γάλλιο (Ga)[18][13]
Ιδιότητα Πρόβλεψη για το
Ea
(Μεντελέγιεφ)
Βρέθηκε για το Ga
(Μπουαμποντράν)
Σημερινή τιμή
για το Ga
Ατομικό βάρος 68 amu 69,7 amu 69,723 amu
Τύπος οξειδίου Ea2O3 Ga2O3 Ga2O3
Πυκνότητα 5,9 g/cm3 5,91 g/cm3 5,904 g/cm3
Σημείο τήξης χαμηλό 30,1°C 29,7646°C
Σημείο βρασμού υψηλό 1983°C 2204°C
Άλλες ιδιότητες μη πτητικό,
ανεπηρέαστο
από τον αέρα
μη πτητικό,
ανεπηρέαστο
από τον αέρα
μη πτητικό,
ανεπηρέαστο
από τον αέρα
Τύπος αλάτων EaX3 GaX3 GaX3
Ανακάλυψη Πιθανόν
φασματοσκοπικά
Έγινε
φασματοσκοπικά

Την τελευταία εβδομάδα του Σεπτεμβρίου του 1875, πήγε στο Παρίσι όπου συνέχισε τα πειράματα στο εργαστήριο του Βουρτζ και τελικά απέδειξε ότι το γάλλιο ήταν όντως ένα καινούργιο χημικό στοιχείο. Το νέο στοιχείο υπό την επίδραση ηλεκτρικής εκκένωσης, έδινε δύο πολύ χαμηλής έντασης ιώδεις φασματικές γραμμές στα 417,0 nm και στα 403,1 nm[15]. Επειδή οι θέσεις των γραμμών αυτών επιβεβαίωναν τις θεωρητικές του προβλέψεις, ο Μπουαμποντράν συμπέρανε ότι είχε ανακαλύψει το άγνωστο στοιχείο μεταξύ αλουμινίου και ινδίου. Μετά από επίπονες προσπάθειες, το Νοέμβριο του 1875 κατόρθωσε να παρασκευάσει παραπάνω από 1 g γαλλίου. Στις 6 Δεκεμβρίου, παρουσίασε 3,4 mg στερεού γαλλίου στην Ακαδημία Επιστημών και τρεις μήνες αργότερα παρουσίασε δείγμα του υγρού μετάλλου. Αργότερα κατεργάστηκε 435 Kg σφαλερίτη και απομόνωσε 0,65 g γαλλίου[15][19][Σημ. 3]. Στην ανακάλυψή του, ο Μπουαμποντράν, οδηγήθηκε όχι τόσο βασιζόμενος στον περιοδικό πίνακα και στις προβλέψεις του Μεντελέγιεφ, όσο στις δικές του απόψεις για την κανονικότητα των φασματικών γραμμών. Στις 22 Νοεμβρίου 1875, πάντως ο Ρώσος χημικός δήλωσε ότι πίστευε ότι το γάλλιο ήταν ταυτόσημο με το εκα-αλουμίνιο. Περαιτέρω έρευνες των ιδιοτήτων του νέου στοιχείου και των ενώσεών του, επιβεβαίωσαν πλήρως αυτή την άποψη[13].

Εμφανίσεις

Το γάλλιο δε βρίσκεται ελεύθερο στη φύση εξαιτίας των έντονων αναγωγικών του ιδιοτήτων[1]. Είναι το 34ο αφθονότερο χημικό στοιχείο στο φλοιό της Γης. Η μέση περιεκτικότητα του μετάλλου στο στερεό φλοιό της Γης εκτιμάται από άλλους ερευνητές στα 15 ppm[1], από άλλους στα 16,9 ppm[20][21], και από ορισμένους στα 18-19 ppm[14][22][2]. Είναι περίπου δύο φορές αφθονότερο στη λιθόσφαιρα από το βόριο, και εμφανίζεται ως δευτερεύον συστατικό μαζί με ψευδάργυρο (Zn), με γερμάνιο (Ge) και με αργίλιο (Al)[1].

Γαλλίτης - Γερμανίτης. Το ορυκτό γαλλίτης είναι το σημαντικότερο ορυκτό του γαλλίου. Το ορυκτό γερμανίτης συνοδεύεται από 1.000 - 10.000 ppm Ga[1] ή κατ' άλλους 5.000 - 7.000 ppm[23] ενώ γερμανίτης από την περιοχή Tsumeb της Ναμίμπια (νοτιοδυτική Αφρική) περιείχε 1,85 % γάλλιο (18.500 ppm). Τόσο ο γαλλίτης όσο και ο γερμανίτης είναι σπάνια ορυκτά και δε χρησιμοποιούνται ως κύριες πηγές γαλλίου.
Βωξίτης. Ο βωξίτης αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή γαλλίου. Οι συγκεντρώσεις Ga σ' αυτόν δεν είναι καθορισμένες και κυμαίνονται μεταξύ 10 ppm και 160 ppm[24]. Οι βωξίτες της Ρωσίας περιέχουν από 30 ppm έως 100 ppm, της Ινδίας από 50 ppm έως 70 ppm, της Ινδονησίας από 50 ppm έως 65 ppm, του Βιετνάμ από 70 ppm έως 90 ppm, της Ουγγαρίας από 24 ppm έως 40 ppm[25] και των Η.Π.Α. 50 ppm[11]. Τα παγκόσμια αποθέματα γαλλίου που μπορούν να ανακτηθούν από το βωξίτη εκτιμώνται σε 1,6 εκατ. τόννους υπολογισμένα με βάση τα εκτιμώμενα παγκόσμια βωξιτικά αποθέματα και την περιεκτικότητά τους σε γάλλιο[20][Σημ. 4].
Σφαλερίτης - Ορυκτοί άνθρακες. Η περιεκτικότητα του σφαλερίτη σε γάλλιο γενικά κυμαίνεται μεταξύ 1 - 1000 ppm[26]. Αυτό που μπορεί να ανακτηθεί από τα ορυκτά του Zn εκτιμάται σε 6.500 τόννους παγκοσμίως[20]. Σε κοιτάσματα ορυκτών ανθράκων το εύρος περιεκτικότητας σε γάλλιο είναι 1 - 20 ppm (μέση τιμή ~ 7 ppm) και στην ιπτάμενη τέφρα, ένα από τα υποπροϊόντα της καύσης του άνθρακα, η μέση περιεκτικότητα είναι περίπου 100 ppm[27]. Σε μερικές περιπτώσεις, η ιπτάμενη τέφρα μπορεί να περιέχει 10 - 500 ppm Ga και κάποιες φορές μέχρι 10.000 ppm Ga[26].
Θαλασσινό και φυσικό νερό. Η μέση περιεκτικότητα του γαλλίου είναι περίπου 0,3 ppb (0,030 ± 0,007 μg Ga/Κg[21]). Το κυρίαρχο μοριακό είδος στα νερά των ωκεανών, όπου η μέση περιεκτικότητα είναι περίπου 0,03 ppb[14], και σε pH = 8,1 είναι το σύμπλοκο ανιόν [Ga(OH)4][1]. Πελαγικά είδη αργίλου από τον Ειρηνικό, Ατλαντικό και Ινδικό ωκεανό περιέχουν κατά μέσο όρο 22,4 ppm του στοιχείου[21]. Οι συγκεντρώσεις του γαλλίου στο φυσικό νερό είναι πολύ χαμηλές, μικρότερες από 5 ng/L[28].
Διάφορα ορυκτά-πετρώματα-εδάφη. Το γάλλιο σε ρουμπίνια, την κόκκινη παραλλαγή του κορούνδιου, σε κάποιες εναποθέσεις στην Τανζανία και στο Μαλάουι είναι μεταξύ 10 - 500 ppm[26]. Η μέση περιεκτικότητα του μετάλλου στους βασάλτες βρέθηκε 17 ppm και στους γρανίτες 18,5 ppm, ενώ στα περισσότερα είδη επιφανειακών εδαφών περιέχεται σε ποσότητες από 2 ppm έως 200 ppm με μια μέση τιμή περίπου 21,1 ppm[22]. Υπολειμματικοί ψαμμίτες και άλλα ιζηματογενή πετρώματα πλούσια σε οξείδιο του πυριτίου, είναι γενικά φτωχοί σε γάλλιο. Σε ανθρακικά πετρώματα το γάλλιο βρίσκεται σε ίχνη[21]. Σε θειικά, και φθοριούχα ορυκτά το γάλλιο δε βρίσκεται σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 0,15 ppm ενώ αντιθέτως παρατηρούνται αυξημένες συγκεντρώσεις σε άστριους πηγματιτικής προέλευσης, οι οποίο είναι και οι βασικοί περιέκτες γαλλίου σε γρανιτικά πετρώματα, και σε μαρμαρυγίες[21] η σύνδεση του γαλλίου με τους οποίους, είναι υπεύθυνη για τον περιορισμό του μετάλλου σε λεπτόκοκκα ιζήματα[29].
Μετεωρίτες. Στους μετεωρίτες, το γάλλιο βρίσκεται σε συγκέντρωση 7,8 ppm στους ανθρακίτες[30], και ειδικότερα 9,71 ppm στους CI-χονδρίτες, > 5 ppm στους Η-χονδρίτες και 2,6 ppm στους ευκρίτες[Σημ. 5][31].

Γεωχημεία του γαλλίου

Κομμάτι γαλλίου καθαρότητας > 99 %

Σε αντίθεση με το αργίλιο που είναι λιθόφιλο στοιχείο και τα ίνδιο-θάλλιο που είναι κυρίως χαλκόφιλα, το γάλλιο εμφανίζει ενδιάμεση συμπεριφορά με ελαφρά χαλκόφιλο προσανατολισμό κάτω από ορισμένες υδροθερμικές συνθήκες[28]. Έτσι, το γάλλιο απαντάται και σε πυριτικά και σε θειούχα περιβάλλοντα, ως σουλφίδιο με ψευδάργυρο και γερμάνιο. Η συχνότητα εμφάνισής του αυξάνεται καθώς αυξάνεται και η αλκαλικότητα των πετρωμάτων[1]. Ακόμα, αντικαθιστά το αργίλιο ή το σίδηρο στους αμφιβόλους, στους αστρίους και στο μαρμαρυγία, τα δύο τελευταία μάλιστα ορυκτά είναι αυτά που κυρίως φιλοξενούν το γάλλιο σε πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα[28].

Παρόλο που το ιόν Ga3+ έχει ακτίνα 62 pm και το ιόν Fe3+ έχει 64,5 pm, γενικά δεν υπάρχει στενή σχέση μεταξύ των περιεκτικοτήτων γαλλίου και σιδήρου σε γεωλογικά υλικά, επειδή το ιόν Fe3+ ανάγεται εύκολα προς Fe2+[28].

Σε ιζηματογενή περιβάλλοντα, το γάλλιο συγκεντρώνεται με το αργίλιο σε αργίλους κατά τις διεργασίες αποσάθρωσης αν και κάποιες ποσότητες μπορεί αν παραμείνουν στους αστρίους. Έτσι, οι συγκεντρώσεις γαλλίου είναι γενικά υψηλότερες σε αργίλικούς σχιστόλιθους και ψαμμίτες παρά σε καθαρούς χαλαζίτες και ανθρακικά πετρώματα[28].

Στα αργιλιοπυριτικά κυρίως εδάφη αντικαθιστά ισόμορφα το αργίλιο στη δομή, οπότε πολλά τέτοια εδάφη έχουν ολικό λόγο Al:Ga περίπου 5000 έως 10000. Η γενική τάση του Ga να συγκεντρώνεται σε υπολειμματικά υλικά, αν και γενικά σε μικρότερο βαθμό από ότι το Al, αντικατοπτρίζεται στο γεγονός ότι σε πολλά εδαφικά προφίλ, η συγκέντρωση του Ga αυξάνεται καθώς μεγαλώνει η ποσότητα της αργίλου. Συνήθως παρατηρείται μια μικρή αύξηση της περιεκτικότητας του Ga με την αύξηση του βάθους μέσα στο έδαφος[22].

Το γάλλιο, όπως και το αργίλιο, δεν είναι ευκίνητο σε επιφανειακά εδάφη εξαιτίας της πολύ μικρής διαλυτότητας του κυριάρχου είδους που είναι το Ga(OH)3. Είναι περισσότερο ευκίνητο υπό όξινες συνθήκες και βρίσκεται σε σχετικά υψηλά επίπεδα σε όξινα υπόγεια νερά ορυχείων, όπου δημιουργείται από την αποσάθρωση των σουλφιδίων. Είναι πιθανότερο από το Al να υπάρχει ως ανιόν αλλά αυτό εμφανίζεται μόνο σε πολύ υψηλές τιμές pH (> 9,5), οι οποίες είναι πολύ σπάνιες σε φυσικές συνθήκες[28].

Η κατανομή του γαλλίου σε ιζήματα του πυθμένα των ωκεανών υπολογισμένη ως ελεύθερη ανθρακικών είναι στο σύνολό της, κοντά σε αυτήν του Al2O3. Η μεγαλύτερη συγκέντρωση του, παρόμοια με αυτή του Al, περιορίζεται στις εκβολές των ποταμών στην ισημερινή ζώνη, όπου οι τιμές φθάνουν τα 50-60 mg/L, όπως για παράδειγμα, στον Κόλπο της Βεγγάλης, κοντά στη Σουμάτρα. Τροπικές διεργασίες αποσάθρωσης εξασφαλίζουν επίσης υψηλές συγκεντρώσεις γαλλίου κοντά σε ωκεάνια νησιά όπως πχ. τα νησιά της Χαβάης όπου έχουν παρατηρηθεί τιμές 55-62 mg/L Ga, γεγονός που αντικατοπτρίζει τη συγκέντρωση του γαλλίου σε λατερίτες[29].

Ορυκτά του γαλλίου

Ο γαλλίτης ήταν το πρώτο ορυκτό του γαλλίου που περιγράφηκε το 1958

Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα, ήταν άγνωστα ορυκτά του γαλλίου. Το 1958 περιγράφηκε για πρώτη φορά[32] ορυκτό του μετάλλου, ο γαλλίτης (CuGaS2), από τους Γερμανούς Strunz, Geier και Seeliger. Το δείγμα αυτό βρέθηκε στην περιοχή Tsumeb της Ναμίμπια, με τα παγκοσμίου φήμης ορυχεία χαλκού και τα σπάνια και ασυνήθιστα ορυκτά που λειτούργησαν από το 1907 έως το 1996, και στο ορυχείο Kipushi του Ζαίρ (κεντρική Αφρική)[33]. Σύμφωνα με τους προηγούμενους ερευνητές, το ορυκτό συνυπήρχε μαζί με τα ορυκτά γερμανίτης, ρενιερίτης, σφαλερίτης, γαληνίτης, χαλκοπυρίτης, πυρίτης, βορνίτης και χαλκοσίτης[34]. Ο γαλλίτης είναι γκρίζο, σχετικά μαλακό, μη μαγνητικό ορυκτό με πυκνότητα 4,2 g/cm3 και μεταλλική λάμψη. Περιέχει 35,32 % Ga, κρυσταλλώνεται στο τετραγωνικό σύστημα[35]και ανήκει στην ομάδα του χαλκοπυρίτη στην οποία ανήκουν ορυκτά του τύπου ΑΒΧ2 όπου A, B = διάφορα μέταλλα όπως πχ. Cu, Ga, Ag, In, Fe και Χ = S, Se. Εμφανίσεις του γαλλίτη αναφέρονται ακόμα στη Βουλγαρία, στο Περού και στην Κούβα[33].
Άλλα ορυκτά που περιέχουν γάλλιο και βρέθηκαν επίσης στην περιοχή Tsumeb είναι ο τσουμγαλλίτης (GaO(OH), 59,93 % Ga), ο σονγκεΐτης (Ga(OH)3, 57,74 % Ga), ο κριεζελίτης ((Al,Ga)2(Ge,C)O4(OH)2, 15,10 % Ga), ο γαλλομπενταντίτης (PbGa3[(AsO4),(SO4)]2(OH)6, 14,55 % Ga), ενώ περιεκτικότητα σε γάλλιο μικρότερη από 1 % περιέχουν τα ορυκτά ευζελίτης, οβαμποΐτης, καλβερτίτης, σιδηροχογκμπομίτης, μαϊκαϊνίτης και ντισακισίτης-(La)[35]

Εξαγωγή του γαλλίου από τα μεταλλεύματα

Για την ανάκτηση του γαλλίου από τις φυσικές πηγές του, έχουν αναπτυχθεί σε όλο τον κόσμο αρκετές τεχνικές όπως η κατεργασία του αλκαλικού διαλύματος που προκύπτει από τη μέθοδο Bayer που είναι και η σχεδόν αποκλειστική πηγή γαλλίου σήμερα, η κατεργασία των καταλοίπων της επεξεργασίας του σφαλερίτη για την ανάκτηση του ψευδαργύρου, η ανακύκλωση υλικών που περιέχουν γάλλιο[25], αλλά και η επεξεργασία της ιπτάμενης τέφρας η οποία προέρχεται από την καύση των κονιοποιημένων στερεών καυσίμων (λιθάνθρακες, λιγνίτες, τύρφη) στους λέβητες των θερμοηλεκτρικών σταθμών[36].

Ανάκτηση γαλλίου από το βωξίτη

Ο βωξίτης είναι ένα ιζηματογενές πέτρωμα το οποίο παράγεται από τη χημική αποσάθρωση κάτω από τροπικές ή υποτροπικές συνθήκες αργιλοπυριτικών ορυκτών με υψηλό περιεχόμενο σε αστρίους[37]. Ο βωξίτης δεν έχει καθορισμένη χημική σύσταση περιέχει όμως σημαντική ποσότητα (30 - 60 % w/w) οξειδίου του αργιλίου, Al2O3 ενώ περιέχει σε πολύ μικρότερα ποσοστά και διάφορα οξείδια όπως SiO2, Fe2O3, TiO2, CaO2 κ.ά. καθώς και μεταλλικά στοιχεία όπως ζιρκόνιο, νιόβιο και γάλλιο.
Ο βωξίτης αποτελεί το κύριο μετάλλευμα από το οποίο εξάγεται πάνω από το 99 % του αλουμινίου παγκοσμίως και σχεδόν όλη η ποσότητα του γαλλίου. Η παραγωγή άνυδρης αλουμίνας (α-Al2O3), από την οποία τελικά θα παραχθεί το Al, από το βωξίτη πραγματοποιείται σχεδόν αποκλειστικά με την υδρομεταλλουργική εξαγωγική μέθοδο Μπάγιερ (Bayer process). Κατά τη διαδικασία αυτή, ο βωξίτης, εκχυλίζεται υπό πίεση μέσα σε αυτόκλειστα με πυκνό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, NaOH, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα υπέρκορο αργιλικό διάλυμα το οποίο περιέχει το γάλλιο, το οποίο επειδή έχει παρεμφερή χημική συμπεριφορά με το Αl, απαντάται ως διαλυτό συστατικό του αργιλικού διαλύματος στο οποίο συσσωρεύεται μέχρι συγκέντρωσης 0,25 g/L[38] αλλά και όλο το ένυδρο Al2O3 που στη συνέχεια καταβυθίζεται με την μορφή κρυστάλλων υδροξειδίου, Al(OH)3[39] με διαβίβαση ρεύματος CO2. Με πύρωση των κρυστάλλων εξάγεται η άνυδρη αλουμίνα η οποία ηλεκτρολύεται ως μίγμα με κρυόλιθο (μέθοδος Hall – Hèroult) οπότε παράγεται τελικά το μεταλλικό αργίλιο.

Στο αργιλικό διάλυμα το Ga βρίσκεται με τη μορφή Na[Ga(OH)42Ο)2] που σχηματίζεται από την αντίδραση[25] :

Ga2O3 + 2NaOH + 5H2O → 2Na[Ga(OH)4(H2O)2]

Μετά την καταβύθιση και την απομάκρυνση του Al(OH)3, μόνο ένα μικρό μέρος του γαλλίου συμπαρασύρεται απ' αυτό αλλά επανακτάται κατά τη διάρκεια του ηλεκτρολυτικού εξευγενισμού των καταλοίπων του αλουμινίου. Στη συνέχεια το διήθημα κατεργάζεται με σιδηροκυανιούχα άλατα, οπότε το Ga καταβυθίζεται ως σιδηροκυανιούχο άλας :

4Ga3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Ga4[Fe(CN)6]3

Το προϊόν αποσυντίθεται με ισχυρή πύρωση παρουσία αέρα οπότε προκύπτουν οξείδια γαλλίου και σιδήρου :

Ga4[Fe(CN)6]3 + 21/2 O2 → 4Ga2O3 + 3Fe2O3 + 18(CN)2

τα οποία συντήκονται με όξινο θειικό κάλιο και έτσι προκύπτουν ευδιάλυτα θειικά άλατα :

Ga2O3 + 6KHSO4 → Ga2(SO4)3 +3K2SO4 + 3H2O
Fe2O3 + 6KHSO4 → Fe2(SO4)3 +3K2SO4 + 3H2O

Παρουσία NaOH, τα θειικά άλατα Ga3+ και Fe3+ μετατρέπονται αντίστοιχα σε άλας γαλλίου και ίζημα Fe(OH)3, που απομακρύνεται με διήθηση :

Ga2(SO4)3 +8ΝaOH + 4H2O → 2Na[Ga(OH)4(H2O)2] + 3Na2SO4
Fe2(SO4)3 + 6NaOH → 2Fe(OH)3 ↓ + 3Na2SO4

οπότε παραμένει εν διαλύσει το σύμπλοκο άλας του γαλλίου.
Η περαιτέρω τελική κατεργασία και εξαγωγή του μεταλλικού γαλλίου μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους όπως άμεση ηλεκτρόλυση του διαλύματος, εκχύλιση με κατάλληλους διαλύτες και ιοντοανταλλαγή[25].
Στην άμεση ηλεκτρόλυση, που είναι και η μέθοδος που χρησιμοποιείται περισσότερο, το ηλεκτρόδιο καθόδου είναι από υδράργυρο ο οποίος όμως είναι εξαιρετικά τοξικός και επιβλαβής για το περιβάλλον. Έτσι, προηγείται μερικός εμπλουτισμός του αργιλικού διαλύματος σε γάλλιο. Αυτός επιτυγχάνεται με κλασματική καθίζηση του Al(ΟΗ)3 εξουδετερώνοντας το διάλυμα με CO2 ή με αφαίρεση μέρους της πολύτιμης αλουμίνας με προσθήκη Ca(OH)2 και επακόλουθη ανάκτηση του γαλλίου με καταβύθιση με CO2. Βέβαια, το αργιλικό διάλυμα πλέον δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια της διαδικασίας Bayer χωρίς επανεπεξεργασία[25].
Αν χρησιμοποιηθούν ηλεκτρόδια από ανοξείδωτο ατσάλι ή νικέλιο, η διεργασία δυσκολεύει λόγω της εμφάνισης ανεπιθύμητων προσμίξεων όπως Fe, V, Cr. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμα κάθοδοι από κράματα Sn, Pb, Sn-Pb. Τα ηλεκτρόδια καθόδου επίσης μπορεί να είναι με μορφή λεπτών φύλλων ή αλουμινόχαρτων πάχους 0,01 - 0,3 mm. Ως ηλεκτρόδιο ανόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί λευκόχρυσος καλυμμένος με τιτάνιο, νικέλιο ή καθαρό αλουμίνιο το οποίο δεν επιμολύνει την όλη διεργασία και δεν εμποδίζει και την εναπόθεση του γαλλίου στην κάθοδο[25].
Η παραλαβή του γαλλίου από τις επιφάνειες των ηλεκτροδίων μπορεί να γίνει με διάφορες φυσικοχημικές διεργασίες οι οποίες ενδέχεται να επηρεάσουν οικονομικά την όλη βιομηχανική παραγωγή.
Το μεταλλικό γάλλιο που παράγεται με την παραπάνω διαδικασία είναι καθαρότητας 99,9 % - 99,99 %. Πολλές όμως εφαρμογές του μετάλλου, ειδικά στη βιομηχανία ημιαγωγών, απαιτούν καθαρότητα πολύ μεγαλύτερη (> 99,9999 %) που απαιτεί περαιτέρω εξευγενισμό. Γάλλιο καθαρότητας 99,999999 % μπορεί να επιτευχθεί με τήξη ζώνης[14].

Ανάκτηση γαλλίου από το σφαλερίτη

Ο σφαλερίτης κατεργάζεται με θειικό οξύ και το διάλυμα θειικού ψευδαργύρου που παράγεται απαλλάσσεται από την περίσσεια του οξέος με εξουδετέρωση. Έτσι καταβυθίζεται μια "μεταλλική λάσπη" που μπορεί να περιέχει μέχρι και 0,07 % γάλλιο. Η λάσπη αυτή εκπλύνεται με NaOH οπότε γίνεται μετατροπή του γαλλίου και του αργιλίου που συνυπάρχει στα αντίστοιχα υδροξείδια, Ga(OH)3 και Al(OH)3, τα οποία καταβυθίζονται στη συνέχεια με εξουδετέρωση με οξύ. Τα ιζήματα εκπλύνονται με HCl οπότε προκύπτει ένα διάλυμα που περιέχει GaCl3 και λίγο Al. Το GaCl3 απομονώνεται με εκχύλιση με αιθέρα ο οποίος απομακρύνεται με απόσταξη και το χλωριούχο άλας διαλύεται σε πυκνό NaOH. Στο τελικό στάδιο, το γάλλιο ηλεκτροαποτίθεται από το γαλλικό νάτριο και καθαρίζεται είτε με ηλεκτροχημικό καθαρισμό είτε με κλασματική κρυστάλλωση[1].

Παραγωγή γαλλίου - Οικονομικά στοιχεία

Το γάλλιο εμφανίζεται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις σε μεταλλεύματα άλλων μετάλλων. Το μεγαλύτερο μέρος παράγεται ως υποπροϊόν της κατεργασίας του βωξίτη και το υπόλοιπο παράγεται από την επεξεργασία των καταλοίπων της εξαγωγής ψευδαργύρου από το σφαλερίτη. Επειδή μπορεί να ανακτηθεί μόνο ένα μέρος του γαλλίου που υπάρχει στο βωξίτη και στο σφαλερίτη και οι οικονομικές παράμετροι ελέγχονται από ιδιωτικές εταιρείες, δε μπορούν να γίνουν ακριβείς εκτιμήσεις των παγκόσμιων αποθεμάτων του μετάλλου. Πάντως επειδή τα παγκόσμια αποθέματα βωξίτη είναι πάρα πολύ μεγάλα και θα εξορύσσονται πολλές δεκαετίες ακόμα, τα αποθέματα γαλλίου δεν προβλέπεται να εξαντληθούν σύντομα[11].
Τα παγκόσμια αποθέματα βάσης[Σημ. 6] ανέρχονται σε 430 χιλιάδες τόννους[26].
Το 2010 η παγκόσμια παραγωγή πρωτογενούς γαλλίου εκτιμήθηκε στους 106 τόννους (με ικανότητα παραγωγής 184 τόννους), 34 % περισσότερους από τους 79 τόννους του 2009. Οι κυριότερες χώρες παραγωγής είναι η Κίνα, που προβλέπεται να αυξήσει το ρυθμό παραγωγής από 141 τόννους/έτος το 2010 σε 206 τόννους/έτος μέχρι το τέλος του 2011[10], η Γερμανία, το Καζακστάν και η Ουκρανία. Χώρες με μικρότερη παραγωγή είναι η Ουγγαρία, η Ιαπωνία, η Ρωσία και η Σλοβακία. Η παραγωγή επεξεργασμένου και εξευγενισμένου γαλλίου εκτιμήθηκε στους 161 τόννους (με ικανότητα για 177 τόννους) και οι κυριότεροι παραγωγοί είναι η Κίνα, η Ιαπωνία και οι Η.Π.Α. Ανακύκλωση γαλλίου (με ικανότητα για 141 τόνους) πραγματοποιεί ο Καναδάς, η Γερμανία, η Ιαπωνία, το Ηνωμένο Βασίλειο και οι Η.Π.Α[11].

Διακύμανση τιμών γαλλίου (11/2006 - 06/2011)[40]

Το γάλλιο παράγεται σε διάφορους βαθμούς καθαρότητας ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται[41] :

  • Γάλλιο 4N[Σημ. 7] για μεταλλουργικές, χημικές και εφαρμογές ηλιακής τεχνολογίας.
  • Γάλλιο 6N και 7N για ηλεκτρονικές και εφαρμογές ημιαγωγών.
  • Γάλλιο 8N (βαθμός ΜΒΕ) για τεχνικές επιταξίας μοριακής δέσμης[Σημ. 8].

Οι τιμή πώλησης του γαλλίου σε μεγάλο βαθμό καθορίζεται από την προσφορά και τη ζήτηση και παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις εξαρτώμενη και από την ανάπτυξη ή την ύφεση των βιομηχανιών ηλεκτρονικών στις οποίες κυρίως χρησιμοποιείται το γάλλιο και οι ενώσεις του. Η αγορά του μετάλλου είναι μικρή, ελέγχεται από τις εταιρείας παραγωγής και εμπορίας και οι περισσότερες συναλλαγές γίνονται με μακροπρόθεσμες συμβάσεις εμπιστευτικού χαρακτήρα. Επομένως, δεν είναι δυνατόν να καθοριστεί μια αξιόπιστη μέση τιμή για το γάλλιο[42].
Ενδεικτικά, η τιμή του γαλλίου στις 28 Ιουνίου 2011 ήταν προσφοράς 900 δολάρια/Kg και ζήτησης 950 δολάρια/Kg[40]

Φυσικά χαρακτηριστικά

Το γάλλιο είναι αργυρόλευκο, μαλακό (1,5 - 2,5 στη σκληρομετρική κλίμακα Mohs) μέταλλο. Το στερεό μέταλλο έχει πυκνότητα περίπου 5,9 g/cm3 στους 25°C, ενώ το υγρό περίπου 6,1 g/cm3 κοντά στο σημείο πήξης[43]. Γίνεται υπεραγωγός στους 1,083 Κ ή -272,067°C[30]. Το στερεό μέταλλο θραύεται με κογχώδη θραυσμό δηλ. τα κομμάτια που προκύπτουν από το σπάσιμο μοιάζουν με κελύφη οστράκων[19]. Είναι μέταλλο διαμαγνητικό με μαγνητική επιδεκτικότητα, χm = -21,6×10-6 cm3/mol[6]. Παρά την σχετικά υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητά του (71000 Ω-1·cm-1), το γάλλιο, πολλές φορές χαρακτηρίζεται ως ημιμέταλλο στοιχείο λόγω του σημείου τήξης του και της δομής του.

Κρυστάλλωση γαλλίου από τήξη

Η σταθερότερη κρυσταλλική του μορφή είναι το α-Ga αλλά έχουν αναγνωριστεί αρκετές ακόμα μετασταθείς κρυσταλλικές δομές σε αρνητικές θερμοκρασίες ή σε ψηλές πιέσεις[44].

Το μεταλλικό γάλλιο 7Ν δηλ. καθαρότητας ≥ 99,99999 %, έχει ασυνήθιστα χαμηλό σημείο τήξης και λειώνει στη θερμοκρασία της παλάμης, 29,7646°C[3], πολύ χαμηλότερο από τα άλλα στοιχεία της ίδιας ομάδας του περιοδικού πίνακα δηλ. το βόριο (2075°C), το αργίλιο (660,32°C ), το ίνδιο (156,6°C) και το θάλλιο (304°C). Μόνο ο υδράργυρος (-38,83°C) και το καίσιο (28,44°C) έχουν χαμηλότερες θερμοκρασίες τήξης από το γάλλιο. Υπεύθυνη για το χαμηλό σημείο τήξης είναι ίσως η ασυνήθιστη κρυσταλλική δομή η οποία, σε αντίθεση με τις δομές των άλλων μετάλλων, δεν έχει υψηλή συμμετρία και ως εκ τούτου δεν είναι πολύ σταθερή.

Μια άλλη ασυνήθιστη ιδιότητα είναι ότι μπορεί να υπερψυχθεί μάλλον εύκολα. Υπερψύξη είναι η ψύξη μιας ουσίας κάτω από το σημείο ψύξης χωρίς αυτή να γίνει ένα στερεό. Το γάλλιο είναι αρκετά εύκολο να κρυώσει κάτω από τους 29,7°C χωρίς να στερεοποιηθεί[41].
Διαθέτει επίσης υψηλό σημείο βρασμού (2204°C) και είναι το χημικό στοιχείο με το μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας μεταξύ σημείων τήξης και βρασμού, περίπου 2174°C[41]. Γιαυτό έχει χρησιμοποιηθεί σε θερμόμετρα υψηλών θερμοκρασιών.

To γάλλιο, όπως και το νερό, το πυρίτιο, το βισμούθιο, το αντιμόνιο και το γερμάνιο[19], διαστέλλεται (μόνο η κανονική δηλ. η α-μορφή)) όταν στερεοποιείται γιαυτό δεν πρέπει να φυλάσσεται σε γυάλινα δοχεία τα οποία μπορεί να σπάσουν με τη διαστολή[14]. Η πυκνότητά του κοντά στο σημείο τήξης είναι κατά περίπου 3,1 % υψηλότερη από την πυκνότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Όπως αποδείχθηκε με μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, αυτό οφείλεται στο ότι το στερεό γάλλιο σχηματίζει πολύ σταθερά διμερή Ga2 δηλ. μοριακούς δεσμούς σε στερεά κατάσταση[45]. Γιαυτό το λόγο ονομάζεται και "πολυμερικό" γάλλιο[43].

Το γάλλιο διαχέεται γρήγορα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα ορισμένων μετάλλων και ειδικά του αργιλίου. Αν χαραχθεί μια γραμμή από κομμάτι στερεού γαλλίου πάνω σε αλουμινόχαρτο, το αλουμίνιο θα γίνει αμέσως εύθρυπτο στην περιοχή της γραμμής σαν αποτέλεσμα της διάχυσης του Ga ανάμεσα στους πόρους του αλουμινίου. Γιαυτό το λόγο η Διεθνής Ένωση Αεροπορικών Μεταφορών (International Air Transport Association, ΙΑΤΑ) ταξινόμησε το γάλλιο στα διαβρωτικά υλικά[26].

Κρυσταλλικές διαμορφώσεις του γαλλίου

Έχουν περιγραφεί επτά κρυσταλλικές δομές του γαλλίου, μία σταθερή (α-Ga) και έξι μετασταθείς που σχηματίζονται σε διάφορες θερμοκρασίες και πιέσεις. Η α-μορφή σχηματίζεται σε κανονική πίεση και θερμοκρασία, οι μορφές β-, γ-, και δ- σχηματίζονται από υπέρψυξη του γαλλίου σε κανονική πίεση αλλά χαμηλή θερμοκρασία, οι μορφές Ga-II, Ga-III σε υψηλές πιέσεις και πρόσφατα αναγνωρίστηκε και η μορφή Ga-IV που σχηματίζεται σε πολύ υψηλή πίεση[44].

Η ορθορομβική μορφή α-Ga είναι η συνηθέστερη και προσδιορίστηκε σωστά για πρώτη φορά το 1932 από το Γερμανό χημικό Λάφς (Fritz Laves, 1906 - 1978)[46]. Είναι έντονα ανισότροπη, εμφανίζεται σε κανονική θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση, έχει αριθμό συναρμογής 1+2+2+2 και κάθε άτομο γαλλίου συναρμόζεται με επτά γειτονικά με χαρακτηριστικούς δεσμούς Ga-Ga μήκους 2,45 Å[44].

Η μονοκλινής μορφή β-Ga έχει πυκνότητα στο σημείο τήξης 6,22 g/cm3 και θερμοκρασία τήξης -16,3°C. Η μορφή γ-Ga σχηματίζεται στους -35,6°C και έχει πυκνότητα κοντά στο σημείο πήξης, 6,20 g/cm3. Και οι δύο προηγούμενες μετασταθείς μορφές, λαμβάνονται από το υπερψυγμένο γάλλιο σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Η στοιχειώδης κυψελίδα της ρομβοεδρικής μορφής δ-Ga αποτελείται 22 άτομα Ga. Εμφανίζεται στους -19,45°C[47].

Στις διαμορφώσεις υψηλής πίεσης Ga-II, Ga-III και Ga-IV που μελετήθηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ παρατηρήθηκαν μεγάλοι αριθμοί συναρμογής μεταξύ των ατόμων Ga[44]. Η ενδοκεντρωμένη κυβική μορφή Ga-ΙΙ σχηματίζεται στις 27.600 atm και η ενδοκεντρωμένη τετραγωνική μορφή Ga-III σχηματίζεται στις 25.700 atm ενώ έχει σημείο τήξης 48,7°C[26]. Η ολοεδρικά κεντρωμένη κυβική μορφή Ga-IV είναι σταθερή σε πίεση τουλάχιστον 1.480.000 atm χωρίς αισθητή αλλαγή του όγκου[48].

Χημικά χαρακτηριστικά

Το γάλλιο ανήκει στην 13η ομάδα (παλιότερος συμβολισμός ΙΙΙΑ) και στον τομέα p, δηλαδή το εξωτερικό του ηλεκτρόνιο ανήκει σε p-τροχιακό. Τα στοιχεία του τομέα p παρουσιάζουν μεταξύ τους μεγάλες διαφορές στις φυσικοχημικές ιδιότητες, διότι είναι ο μόνος τομέας που περιέχει μέταλλα, αμέταλλα και ευγενή αέρια[49].
Το γάλλιο, ανήκει στα ημιμέταλλα[43] αλλά και στα λεγόμενα πτωχά μέταλλα (poor metals), χημικός όρος που δεν είναι αναγνωρισμένος από την IUPAC. Αυτά είναι 14 στοιχεία του τομέα-p που δημιουργούν ένα τρίγωνο δεξιά των στοιχείων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα και είναι το αργίλιο, το ίνδιο, το γάλλιο, το θάλλιο, το γερμάνιο, ο κασσίτερος, ο μόλυβδος, το αντιμόνιο, το βισμούθιο, το πολώνιο και τα στοιχεία 113, 114, 115 και 116. Είναι ηλεκτραρνητικότερα των μεταβατικών μετάλλων, πιο μαλακά απ' αυτά και έχουν θερμοκρασίες τήξης και βρασμού γενικά χαμηλότερες. Διακρίνονται ωστόσο από τα μεταλλοειδή επειδή έχουν πολύ μεγαλύτερα σημεία βρασμού[49]. Στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, το γάλλιο, που έχει κανονικό δυναμικό Ε0 = -0,529 V, βρίσκεται μακριά από το αργίλιο (Ε0 = -1,676 V) και είναι λιγότερο δραστικό απ' αυτό και πιο κοντά στον ψευδάργυρο (Ε0 = -0,763 V) που βρίσκεται ακριβώς αριστερά στον περιοδικό πίνακα[43]. Το γάλλιο έχει επαμφοτερίζοντα χαρακτήρα και το ιόν Ga+ είναι γνωστό μόνο σε τήγματα, ενώ το ιόν Ga3+ είναι το σημαντικότερο για την υδατική χημεία του γαλλίου. Σε διαλύματα το ένυδρο σύμπλοκο [Ga(H2O)6]3+ συμπεριφέρεται ως οξύ[50] :

[Ga(H2O)6]3+ [Ga(H2O)5(OH)]2+ + H+ [Ga(H2O)4(OH)2]+ + H+ [Ga(H2O)3(OH)3] + H+

Καθώς το pH αυξάνεται παρατηρείται υδρόλυση που οδηγεί στο σχηματισμό του πολύ δυσδιάλυτου στερεού Ga(OH)3[51] που έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας Ksp = 7×10-36[52].
Το ιόν Ga2+ υπάρχει μόνο στο ιόν Ga2X62— (X = Cl, Br, I) που σχηματίζεται από την ηλεκτρόλυση μεταλλικού γαλλίου σε ισχυρό οξύ. Περιέχει δεσμό Ga-Ga αλλά εύκολα οξειδώνεται πχ. από αλογόνα προς GaX4[50].

Ηλεκτρονιακή δόμηση

Ατομικός
αριθμός (Ζ)
Χημικό στοιχείο Ηλεκτρόνια ανά στιβάδα
5 Βόριο 2, 3
13 Αργίλιο 2, 8, 3
31 Γάλλιο 2, 8, 18, 3
49 Ίνδιο 2, 8, 18, 18, 3
81 Θάλλιο 2, 8, 18, 32, 18, 3
113 Ουνούντριο 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
Ηλεκτρονιακή διαμόρφωση Ga

Ορισμένες χημικές παράμετροι του γαλλίου παρουσιάζουν κάποιες ανωμαλίες σε σχέση με τις αντίστοιχες του αργιλίου (που βρίσκεται ακριβώς από πάνω στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα) και οφείλονται στο φαινόμενο της συστολής των στοιχείων του τομέα d (d-block contraction) :

  • Το γάλλιο έχει ηλεκτραρνητικότητα υψηλότερη από του αργιλίου, 1,81 έναντι 1,61 αντίστοιχα
  • Το άθροισμα των τριών πρώτων ενεργειών ιονισμού του γαλλίου δηλ. 578,8 + 1979,3 + 2963 = 5521,1 KJ/mol, είναι υψηλότερο από αυτό του αργιλίου (5139 KJ/mol). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να υπάρχουν και ενώσεις του γαλλίου στις οποίες αυτό εμφανίζεται με αριθμούς οξείδωσης +1 αλλά και +2 εκτός από τον κυριότερο που είναι ο +3.
  • Το ιόν Ga3+ έχει μικρότερο μέγεθος (62 pm) του αναμενόμενου, και είναι έτσι πιο κοντά σε μέγεθος με το Al3+ (53,5 pm)

Η αιτία της συστολής είναι η μικρή προστασία (θωράκιση) του πυρηνικού φορτίου από τα ηλεκτρόνια των d τροχιακών. Τα εξωτερικά ηλεκτρόνια σθένους έλκονται πιο έντονα από τον πυρήνα οπότε προκαλείται αύξηση των δυναμικών (ενεργειών) ιονισμού και κατά συνέπεια δυσκολία ιονισμού αλλά και συρρίκνωση των ιονικών ακτίνων[43].

Χημικές αντιδράσεις του μετάλλου

Οι ενέργειες ιονισμού (σε KJ/mol) των σταδιακών μετατροπών του γαλλίου σε ιόντα από Ga+ έως Ga10+ καθώς και τα δυναμικά ημιαντιδράσεων αναγωγής διαφόρων ενώσεων και ιόντων του Ga, βρίσκονται στους "κρυμμένους" πίνακες που ακολουθούν[53] :

Το γάλλιο είναι αδιάλυτο στο νερό αντιδρά όμως μ' αυτό και οξειδώνεται σε αυτόκλειστο στους 200°C[26] :

2Ga + 3H2O Ga2O3 + 3H2

Είναι σταθερό στον ξηρό αέρα εξαιτίας της δημιουργίας στην επιφάνειά του ενός στρώματος οξειδίου. Στους 1000°C οξειδώνεται από τον αέρα και με έντονη φλόγα από το καθαρό οξυγόνο σε υψηλή πίεση προς οξείδιο[43] :

4Ga + 3O2 2Ga2O3

Όπως φαίνεται από την ημιαντίδραση Ga3+ + 3e- ⇆ Ga(s), Ε0 = -0,56 V, το γάλλιο βρίσκεται πριν το υδρογόνο στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων και επομένως το αντικαθιστά στα αραιά οξέα όπως επίσης αντικαθιστά και τα μέταλλα που βρίσκονται μετά απ' αυτό στις ενώσεις τους (αντιδράσεις απλής αντικατάστασης)[54]

2Ga + 3H2SO4 (αραιό) Ga2(SO4)3 + 3H2
2Ga + 6HCl 2GaCl3 + 3H2
Ga + 3AgNO3 Ga(NO3)3 + 3Ag

Αντιδρά εν ψυχρώ με το χλώριο και το βρώμιο και εν θερμώ με το ιώδιο, σχηματίζοντας αλογονίδια του τύπου GaX3 (X =Cl, Br, I). Επίσης αντιδρά εν θερμώ με το θείο[23] :

2Ga + 3X2 2GaX3
4Ga + 3S2 2Ga2S3

Διαλύεται αργά στα υδροξείδια των αλκαλίων σχηματίζοντας άλατα γαλλικών ανιόντων (Ga(OH)4-)[50] :

2Ga + 2NaOH + 6H2O 2NaGa(OH)4 + 3H2

Το βασιλικό νερό οξειδώνει το γάλλιο το οποίο οξειδώνεται και από το υπεροξείδιο του νατρίου αλλά και από το χλωρικό κάλιο σύμφωνα με τις αντιδράσεις αντίστοιχα[54]:

3Ga + 3HNO3 + 9HCl 3GaCl3 + 3NO + 6H2O
3Na2O2 + 2Ga 2Na3GaO3 3
KClO3 + 2Ga Ga2O3 + KCl

Από την επίδραση πυκνού νιτρικού οξέος, το γάλλιο μεταπίπτει σε σε παθητική κατάσταση δηλ. επικαλύπτεται γρήγορα από οξείδιο το οποίο αποτρέπει την περαιτέρω διάβρωση του μετάλλου ενώ από την επίδραση πυκνού θερμού θειικού οξέος προκύπτει θειικό άλας[54] :

2Ga + 6H2SO4 Ga2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Όταν διαβιβαστεί υδροχλώριο πάνω από Ga σε υψηλή θερμοκρασία (950°C) και χαμηλή πίεση (< 20 KPa) σχηματίζεται αέριο χλωριούχο γάλλιο(Ι) το οποίο καταβυθίζεται με ψύξη με υγρό άζωτο ως κόκκινο στερεό που αποσυντίθεται στους 0°C[43] :

2Ga + 2HCl 2GaCl + H2

Το άζωτο αντιδρά με το γάλλιο σε πολύ ειδικές συνθήκες, ενώ τα στοιχεία P, As, Sb αντιδρούν με θέρμανση :

Ga + A GaA (A = P, As, Sb)

όπως και τα S, Se, Te :

Ga + A' Ga2A'3 (A' = S, Se, Te)

Σε θερμοκρασίες μεταξύ 500°C - 1000°C ή μεγαλύτερες, το γάλλιο είναι πολύ διαβρωτικό για τα περισσότερα μέταλλα εκτός από το βολφράμιο[26].

Ανίχνευση γαλλίου με φασματοσκοπικές μεθόδους

Κατά την ανίχνευση του μετάλλου με φλογοφασματοσκοπία εκπομπής (flame emission spectroscopy, FES), υπάρχουν δύο γραμμές εκπομπής, μέλη της ίδιας διπλής κορυφής, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν: στα 403,30 nm και 417,21 nm. Μια μικρή μείωση (3-mm κόκκινη ζώνη), της φλόγας υποξειδίου του αζώτου (N2O)-ακετυλενίου (C2H2) δίνει το καλύτερο όριο ανίχνευσης με το μέγιστο σήμα που εμφανίζεται κοντά στην άκρη του εσωτερικού κώνου. Στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής (atomic absorption spectroscopy, AAS), είναι προτιμότερη πολύ λεπτή φλόγα N2O-(C2H2). Η γραμμή στα 287,42 nm είναι πιο ευαίσθητη. Εντούτοις είναι εξίσου χρήσιμη η διπλή κορυφή στα 294,4 nm και η γραμμή στα 417,21 nm[52].
Κατά τον προσδιορισμό του γαλλίου στα ορυκτά του, για να αυξηθεί η εκλεκτικότητα και η ευαισθησία της ΑΑS, το μέταλλο πρώτα εξάγεται με μορφή συμπλόκου με 8-οξυκινολίνη και Ν-κυνναμοϋλ-φαινυλ-υδροξυλαμινη (CAFHA) και μετά εισάγεται η ένωση αυτή στον ατομοποιητή[55].
Το γάλλιο μπορεί επίσης να ταυτοποιηθεί με χρωματομετρικές μεθόδους (με χρήση ροδαμίνης Β), φθορισμομετρικά (με χρήση 8-υδροξυ-κινολίνης) ή και συμπλοκομετρικά με τιτλοδότηση με δινάτριο άλας του αιθυλενο-διαμινο-τετραοξικού οξέος (EDTA)[26].

Ισότοπα

Το φυσικό γάλλιο συντίθεται από μίγμα δύο σταθερών ισοτόπων : 69Ga σε ποσοστό 60,108 % και 71Ga σε ποσοστό 39,892 %. Τα ισότοπα όμως με το μεγαλύτερο εμπορικό ενδιαφέρον είναι το 67Ga και το 68Ga.
Το ραδιοισότοπα 67Ga (χρόνος ημιζωής t1/2 = 3,3 ημέρες) και το 68Ga (χρόνος ημιζωής t1/2 = 68 λεπτά) χρησιμοποιούνται στην πυρηνική ιατρική. Το 67Ga είναι διαθέσιμο από το κύκλοτρο και διάφορες δ-ακτινοβολίες από διάσπαση με υφαρπαγή ηλεκτρονίου το κάνουν χρήσιμο για διαγνωστικούς σκοπούς[51]. Χρησιμοποιείται επίσης στην ιατρική απεικόνιση, διαδικασία που είναι γνωστή ως "σάρωση γαλλίου". Συνήθως χρησιμοποιείται ως ελεύθερο ιόν, Ga3+ και είναι το πλέον μακρόβιο ραδιοϊσότοπο του γαλλίου.
Το πλέον βραχύβιο ραδιοϊσότοπο 68Ga εκπέμπει ποζιτρόνια, παράγεται από το γερμάνιο-68 μέσα σε κατάλληλες γεννήτριες, και χρησιμοποιείται σε λίγες περιπτώσεις στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων στην πυρηνική ιατρική. Για αυτή τη χρήση, συνήθως προσκολλάται ως ιχνηθέτης σε ένα μόριο φορέα, το οποίο όταν διοχετεύεται στο σώμα με ραδιοφάρμακο και προσλαμβάνεται από τους ιστούς, δίνει διαφορετικό αποτέλεσμα από το ισότοπο 67Ga που χρησιμοποιείται συνήθως στις σαρώσεις γαλλίου.

Ενώσεις του γαλλίου

Το γάλλιο έχει δομή εξωτερικής στιβάδας 4s2 4p1 και εμφανίζεται στις ενώσεις του με κύριο αριθμό οξείδωσης +3 εφόσον μπορεί να απολέσει και τα 3 ηλεκτρόνια. Υπάρχουν όμως και ενώσεις όπου παρουσιάζεται με αριθμό οξείδωσης +1 αν χάσει μόνο το 4p1 ηλεκτρόνιο εξαιτίας του φαινομένου της συστολής των στοιχείων του τομέα d. Αναφέρονται και διμερείς διαμαγνητικές ενώσεις που περιέχουν δεσμό Ga-Ga όπου το γάλλιο έχει αριθμό οξείδωσης +2[1].

Οξείδια - Υδροξείδια

Κρυσταλλική δομή του β-Ga2O3

Ga2O3. Το κυριότερο οξείδιο του γαλλίου είναι το Ga2O3 το οποίο υπάρχει σε πέντε διαμορφώσεις. Το α-Ga2O3 είναι σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες, το β-Ga2O3 είναι η σταθερότερη μορφή. Είναι οξείδιο επαμφοτερίζον, πιο δραστικό από την αλουμίνα και μπορεί να αναχθεί προς μεταλλικό γάλλιο με Η2 ή με CO και θέρμανση στους 600°C. Το γ-Ga2O3 παρασκευάζεται με ταχεία θέρμανση του υδροξειδίου στους 400˚C-500˚C. Το δ-Ga2O3 σχηματίζεται από την αποσύνθεση Ga(NO3)3 στους 250°C το οποίο όταν θερμανθεί στιγμιαία στους 500°C, μετατρέπεται σε ε-Ga2O3[1]. Το Ga2O3 χρησιμοποιείται σε εφαρμογές λέιζερ, σε κατασκευές υλικών που φωσφορίζουν ή φθορίζουν, σε αισθητήρες αερίου, στη νανοτεχνολογία, στην κατασκευή καταλυτών κ.ά.

Ga2O. Το οξείδιο του γαλλίου(Ι) ή υποξείδιο του γαλλίου είναι μαύρο στερεό σταθερό στον ξηρό αέρα και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Παρασκευάζεται με αναγωγή υπό κενό μεταξύ 500°C και 700°C του Ga2O3 από Ga, προς τα οποία και αποσυντίθεται πάνω από τους 100°C. Είναι ισχυρό αναγωγικό ικανό να ανάγει το H2SO4 προς H2S[1].

GaO. Το οξείδιο του γαλλίου(ΙΙ) δεν είναι σταθερό υπό φυσιολογικές συνθήκες και η ύπαρξή του έχει διαπιστωθεί φασματοσκοπικά μόνο στην αέρια φάση.

Ga(OH)3. Το υδροξείδιο του γαλλίου(ΙΙΙ) είναι πολύ δυσδιάλυτο στερεό, έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας Ksp = 5×10-37, που φαίνεται να έχει άμορφη δομή. Διαλύεται και σε οξέα και σε βάσεις όπου μετατρέπεται σε άλατα γαλλίου [Ga(H2O)6]3+ ή γαλλικά (gallates) [Ga(OH)4][43].

GaOH. Το υδροξείδιο του γαλλίου(Ι) παρασκευάζεται από την αντίδραση ατόμων γαλλίου με Η2Ο ή Η2Ο2. Φασματοσκοπικές και θεωρητικές μελέτες έδειξαν ότι έχει γωνιώδη δομή[20].

GaO(OH). Το γάλλιο οξείδιο-υδροξείδιο (ισοδύναμο με το ένυδρο οξείδιο Ga2O3·H2O), έχει ορθορομβική κρυσταλλική δομή και παρασκευάζεται από τη θέρμανση του Ga(OH)3 στους 100°C[20] ή με θέρμανση Ga με νερό σε αυτόκλειστο στους 200°C[1].

Υδρίδια

Μοντέλο του μορίου Ga2H6

Γαλλάνια, [GaH3]n. Από πολλές απόψεις, η χημεία των γαλλανίων προσομοιάζει περισσότερο με τη χημεία των βορανίων (BnHn+4, BnHn+6) παρά μ' αυτή των αλανίων ([AlH3]n) διότι η ηλεκτραρνητικότητα του γαλλίου (1,81) είναι μεγαλύτερη του αργιλίου (1,61) και πιό κοντά σ' αυτήν του βορίου (2,04)[50].
Τα μοριακά είδη της μορφής [GaH3]n είναι γνωστά από το 1989 ενώ έχουν εντοπιστεί και οι μορφές Ga2H2 και GaH2. Υπάρχουν φασματοσκοπικές αποδείξεις ενός ολιγομερούς του τύπου [GaH3]n με n > 2 στη στερεά φάση και σε διάλυμα σε χαμηλή θερμοκρασία αλλά η μορφή Ga2H6 (διγαλλάνιο, digallane) φαίνεται ότι είναι η επικρατέστερη στην αέρια φάση[1]. Το διγαλλάνιο μελετήθηκε λεπτομερειακά στις αρχές της δεκαετίας του 1990 και μελέτες με περίθλαση ηλεκτρονίων έδειξαν ότι μοιάζει δομικά με το διβοράνιο, Β2Η6. Υπάρχει μόνο σε χαμηλή θερμοκρασία ως λευκό στερεό και αποσυντίθεται πάνω από τους -20,15°C προς Ga και Η2. Παρασκευάζεται από GaCl3 και Me3SiH και αναγωγή του προϊόντος από LiAlH4 στους -33,15°C[56]. Αντιδρά με υδροχλώριο στους -95°C δίνοντας Ga2Cl6 αλλά και με άλλα αντιδραστήρια όπως αμμωνία, αιθυλένιο, φωσφίνη κ.ά. πάντα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (< -20°C)[1].
Το τριγαλλάνιο, Ga3H9 έχει μελετηθεί μόνο με θεωρητικές υπολογιστικές μεθόδους[1].

Γαλλιλένιο, GaH. Το μήκος δεσμού Ga-H στο γαλλιλένιο (gallylene) είναι 1,67 Å και η ενθαλπία σχηματισμού + 239 KJ/mol. Σχηματίζεται με μορφή ασταθών σωματιδίων όταν ατομικό υδρογόνο διέλθει πάνω από Ga σε υψηλή θερμοκρασία ή κατά τη διάρκεια ηλεκτρικών εκκενώσεων μεταξύ ανοδικού ηλεκτροδίου από χαλκό και καθοδικού από γάλλιο σε ατμόσφαιρα Η2 [43].

Δυαδικές ενώσεις με Ν, P, As, Sb

Οι δυαδικές ενώσεις του γαλλίου με τα στοιχεία της 13ης ομάδας του περιοδικού πίνακα, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον εξαιτίας της χρήσης τους ως III-V ημιαγώγιμα υλικά όμοια με το πυρίτιο και το γερμάνιο[20].

Kομμάτι από ενιαίο κρύσταλλο GaN, μήκους ~ 3 mm

GaN. Το αζωτούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή νιτρίδιο του γαλλίου είναι αγωγός n-τύπου, κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα με δομή βουρτσίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά και στο κυβικό σύστημα με δομή σφαλερίτη όταν αναπτύσσεται με μεθόδους επιταξίας σε κυβικό υπόστρωμα[7]. Μαζί με το GaAs αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 99 % του γαλλίου που καταναλώνεται στις Η.Π.Α. Χρησιμοποιείται για να κατασκευή διόδων λέιζερ και LED[9]. Κρύσταλλοι GaN μπορούν να αναπτυχθούν σε τήγμα Na/Ga αφού πρώτα το GaN παρασκευαστεί με επίδραση αμμωνίας σε Ga ή Ga2O3.
Έχει μελετηθεί και το αζίδιο του γαλλίου(ΙΙΙ), Ga(N3)3, το οποίο παρασκευάζεται με αποσύνθεση της ένωσης GaF3·�NH3 στους 250°C[26].

GaP. Το φωσφορούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή φωσφίδιο του γαλλίου κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα, έχει δομή σφαλερίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά σε πίεση > 21 - 30 GPa αποκτά δομή β-Sn (λευκός κασσίτερος)[7]. Όταν εμφυτευθεί θείο ή τελλούριο σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις[Σημ. 9] μετατρέπεται σε αγωγό n-τύπου. Είναι άοσμο στερεό αδιάλυτο στο νερό. Έχει πορτοκαλί χρώμα παραλλαγές του οποίου εμφανίζονται ανάλογα με τις προσμίξεις. Χρησιμοποιείται ως υλικό τεχνολογίας LED από τη δεκαετία του 1960. Ως LED εκπέμπει φως διαφόρων χρωμάτων (πράσινο, κιτρινοπράσινο, κόκκινο) ανάλογα με το "ντοπάρισμα" που δέχεται[20].

Κρύσταλλοι GaAs, περίπου 2 mm. Γυαλισμένη (αριστερά) και τραχεία πλευρά

GaAs. Το αρσενικούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή αρσενίδιο του γαλλίου κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα, έχει δομή σφαλερίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά σε πίεση > 17 GPa αποκτά ορθορομβική δομή[7]. Χρησιμοποιείται για να κατασκευή οπτοηλεκτρονικών συσκευών (δίοδοι λέιζερ, LED, φωτοανιχνευτές και ηλιακά κύτταρα) και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων[9]. Αποτελεί το σημαντικότερο εμπορικό III-V ημιαγωγό παγκοσμίως, πολυτιμότερο ακόμα και από το πυρίτιο για ηλεκτρονικά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας[56].

GaSb. Το αντιμονιούχο γάλλιο(ΙΙΙ) ή αντιμονίδιο του γαλλίου κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα, έχει δομή σφαλερίτη και είναι σταθερό σε κανονική πίεση αλλά σε πίεση > 8 - 10 GPa αποκτά δομή β-Sn (λευκός κασσίτερος)[7]. Μετατρέπεται σε ημιαγωγό p-τύπου όταν "ντοπαριστεί" με αλκυλοπαράγωγα του κασσιτέρου(ΙV) όπως ο τετραμεθυλο- και τετραβουτυλο-κασσίτερος, Me4Sn και Bu4Sn αντίστοιχα, με ψευδάργυρο αλλά και με έρβιο[56].

Δυαδικές ενώσεις με S, Se, Te

Το θειούχο γάλλιο(ΙΙ), GaS

Ενώσεις του Ga(III). Το θειούχο γάλλιο(ΙΙΙ), Ga2S3, είναι κίτρινο στερεό μέτρια διαλυτό στο νερό και στα οξέα, που έχει τρεις πολυμορφικές μορφές α-, β- και γ-Ga2S3. Οι δύο πρώτες έχουν τη δομή του βουρτσίτη και η άλλη του σφαλερίτη στον οποίο το 1/3 των θέσεων των ιόντων Zn2+ είναι μη κατειλημμένες. Το σεληνιούχο και τελλουριούχο γάλλιο(ΙΙΙ), G2Se3 και Ga2Te3 αντίστοιχα, έχουν τη δομή του γ-Ga2S3[43]. Είναι p-ημιαγωγοί τύπου III-IV και χρησιμοποιούνται σε διόδους λέιζερ και φωτοβολταϊκά[57].

Ενώσεις του Ga(I). Το γκριζόμαυρο στερεό θειούχο γάλλιο(Ι), Ga2S, και το σεληνιούχο γάλλιο(Ι), Ga2Se μπορούν να παρασκευαστούν από την αντίδραση του Ga με το Ga2S3 και το Ga2Se3 αντίστοιχα. Δεν έχουν μελετηθεί όμως επαρκώς ακόμα. Σε υδατικά διαλύματα όλα αποσυνθέτονται προς μεταλλικό Ga και αντίστοιχη ένωση Ga(III) [43].

Ενώσεις του Ga(II). Είναι γνωστές οι δομές των GaS, GaSe, GaTe που παρασκευάζονται με ανάλογους τρόπους με τις αντίστοιχες ενώσεις του Ga(I). Το GaS είναι κίτρινο στερεό μέτρια διαλυτό στο νερό και στα οξέα που λειώνει στους 970°C και το GaSe είναι σκούρο κόκκινο και χρησιμοποιείται ως ένα μη γραμμικό φωτοαγώγιμο οπτικό υλικό. Το GaTe είναι ένας ημιαγωγός του III-VI τύπου[57]. Σε υδατικά διαλύματα όλα αποσυνθέτονται προς μεταλλικό Ga και αντίστοιχη ένωση Ga(III)[43].

Αλογονίδια

Στερεοχημικό μοντέλο του GaF3
Στερεοχημικό μοντέλο των ενώσεων GaΧ3 με Χ = Cl, Br, I

GaX3. Όλα τα τριαλογονίδια είναι ισχυρότατα οξέα κατά Lewis και σχηματίζουν σύμπλοκα του τύπου GaX3L (L= ligand δηλ. υποκαταστάτης)[50]. To GaF3 είναι μη πτητικό στερεό με υψηλό σημείο τήξης που παρασκευάζεται με απευθείας αντίδραση του γαλλίου με φθόριο ή υδροφθόριο. Είναι ένωση αδιάλυτη στο νερό και σε ένυδρη ή άνυδρη μορφή έντυπα αποτελεί πηγή γαλλίου για εφαρμογές ευαίσθητες σε οξυγόνο, όπως η παραγωγή μετάλλων[57]. Τα άλλα GaΧ3 (Χ = Cl, Br, I) προκύπτουν επίσης με απευθείας αντίδραση του Ga με τα αλογόνα. Είναι σχετικώς πτητικά σώματα και στη στερεά κατάσταση έχουν κρυσταλλικά πλέγματα που περιέχουν διμερή Ga2X6. Οι ατμοί αποτελούνται από μόρια διμερών τα οποία είναι επίσης παρόντα σε διαλύματα των ενώσεων σε ανόργανους διαλύτες. Μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες εμφανίζονται τα μονομερή GaΧ3. Τα GaCl3, GaBr3 σχηματίζουν σύμπλοκα ιόντα με αριθμούς συναρμογής 4, 5, 6[56]. Το GaCl3 σε πολύ ξηρή κατάσταση χρησιμοποιείται σε ημιαγωγούς και σε εφαρμογές που απαιτούν ενώσεις υψηλής καθαρότητας[57].

GaX. Τα μονοαλογονίδια είναι ασταθή ενώ το GaF δεν είναι γνωστό. Το GaCl σχηματίζεται με θέρμανση του GaCl3 στους 1097°C αλλά δεν έχει απομονωθεί ως καθαρή ένωση. Πάνω από τους 0°C αυτοοξειδώνεται προς Ga(0) και Ga(III). Το GaBr επίσης σχηματίζεται σε υψηλή θερμοκρασία[56]. Τόσο το GaCl όσο και το GaΒr είναι σταθερά μόνο σε κατάλληλους διαλύτες και τα μετασταθή αυτά διαλύματα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή άλλων ενώσεων του γαλλίου.

GaX2. Το GaF2 δεν είναι γνωστό. Όταν τα GaΧ3 θερμαίνονται με γάλλιο σχηματίζονται ενώσεις με τύπο "GaΧ2" αλλά κρυσταλλογραφικά και μαγνητικά δεδομένα έδειξαν ότι έχουν τη δομή Ga+[GaΧ4] το γάλλιο δηλ. περιέχεται με αριθμούς οξείδωσης +1 και +3[56]. Παρασκευάζονται με ηλεκτρόλυση μεταλλικού γαλλίου μέσα σε ισχυρό οξύ[50]

Άλλα αλογονίδια. Υπάρχουν και ενδιάμεσα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια όπου το γάλλιο έχει αριθμούς οξείδωσης +1, +2 ,+3. Για παράδειγμα το Ga3Cl7 έχει παραπλήσια δομή με το διχρωμικό ανιόν, Cr2O72-, και ανταποκρίνεται περισσότερο στον τύπο GaIGaIII2Cl7[58]. Τα Ga2Br3 και Ga2I3 έχουν δομές GaI2 GaII2Br6 and GaI2 GaII2I6 αντίστοιχα και περιέχουν δεσμούς Ga-Ga όπου το γάλλιο έχει αριθμό οξείδωσης +2.

Κράματα και διμεταλλικές ενώσεις

Το γάλλιο αναμιγνύεται πλήρως σε υγρή κατάσταση με το αργίλιο, το ίνδιο, τον κασσίτερο και τον ψευδάργυρο και δε σχηματίζονται ενώσεις αλλά τα κράματα αυτά έχουν τη δυαδική μορφή απλών ευτηκτικών συστημάτων[Σημ. 10] που περιέχουν πάνω από 90 % Ga (το κράμα με In περιέχει 76 % Ga) και λιώνουν σε θερμοκρασίες μικρότερες των 30°C[26]. Αναφέρονται πολλές διμεταλλικές ενώσεις του γαλλίου της μορφής MxGay όπου M = σχεδόν όλα τα μεταβατικά μέταλλα αλλά και αλκάλια και αλκαλικές γαίες και x, y = ακέραιοι αριθμοί πχ. AgGa, Au7Ga2, Ir3Ga5, SrGa4, Ti2Ga, Li3Ga2, KGa4, Na5Ga8 κ.ά. που κρυσταλλώνονται σε διάφορα κρυσταλλικά συστήματα. Επίσης είναι γνωστές ενώσεις με τα στοιχεία των λανθανιδών πχ. DyGa2, LaGa2, ErGa3 κ.ά. και των ακτινιδών πχ. UGa2, PuGa6 κ.ά.[26]

Κράμα galinstan από σπασμένο θερμόμετρο πάνω σε γυαλί

Galinstan. Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται για οικογένεια ευτηκτικών κραμάτων αποτελούμενων από γάλλιο (από το αγγλικό gallium), ίνδιο (από το αγγλικό indium) και κασσίτερο (από το λατινικό όνομα stannum του κασσιτέρου) τα οποία είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου και τυπικά έχουν σημείο πήξης −19°C[59]. Λόγω της χαμηλής τοξικότητας και χαμηλής δραστικότητας των μετάλλων που τα αποτελούν, τα κράματα αυτά χρησιμοποιούνται ως υποκατάστατα του υδραργύρου ή του δραστικού κράματος NaK (νατρίου - καλίου) που επίσης έχουν πολύ χαμηλά σημεία πήξης. Μια τυπική σύνθεση galinstan είναι 68,5 % Ga, 21,5 % In και 10 % Sn.

Οργανικές ενώσεις του γαλλίου

Στερεοχημικό μοντέλο του (CH3)3Ga

Δεν υπάρχουν δυαδικές ενώσεις του γαλλίου με άνθρακα. Έχουν μελετηθεί όμως κάποια τριαδικά καρβίδια με έμφαση κυρίως στη δομή και τις μαγνητικές τους ιδιότητες όπως Mn3GaC, Nd3GaC και Mo2GaC[26].
Έχουν μελετηθεί πάνω από 1000 οργανικές ενώσεις του γαλλίου. Μεταξύ αυτών υπάρχουν οργανικά οξέα (οξικό, οξαλικό, κιτρικό), αλκοξείδια και παράγωγά τους πχ. Ga(OCH3), Ga(OC6H5)3 κ.ά. αλλά και οργανογαλλικές ενώσεις όπως το τριμεθυλο-γάλλιο, (CH3)3Ga, και το τριαιθυλο-γάλλιο (CH3CH2)3Ga που περιέχουν δεσμό Ga-C και είναι άχρωμα πυροφορικά υγρά δηλ. αναφλέγονται εύκολα όταν έρθουν σε επαφή με τον αέρα. Χρησιμοποιούνται συνήθως ως πηγές γαλλίου που προορίζεται για τεχνολογίες αιχμής.

Τοξικότητα - Προφυλάξεις

Επαγγελματικές ασθένειες που οφείλονται στο γάλλιο δεν έχουν αναφερθεί και ο βιολογικός ρόλος του μετάλλου και των ενώσεών του έχουν μελετηθεί μόνο πειραματικά. Οι εργαζόμενοι στις βιομηχανίες ηλεκτρονικών όπου χρησιμοποιείται το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) μπορεί να εκτεθούν σε επικίνδυνες ουσίες προερχόμενες απ' αυτό, όπως είναι το αρσενικό και η αρσίνη. Το GaAs συσσωρεύεται κυρίως στους πνεύμονες και στα νεφρά και έχει χαρακτηριστεί καρκινογόνο για τους ανθρώπους από το "Διεθνές Γραφείο Ερευνών για τον Καρκίνο" (International Agency for Research on Cancer, IARC) παρόλο που δεν υπάρχουν δεδομένα και οι αποδείξεις καρκινογένεσης σε πειραματόζωα είναι οριακές[60]. Το νιτρικό γάλλιο είναι πολύ επιβλαβές για το δέρμα και τα μάτια ενώ η υψηλή τοξικότητα του οξικού και του κιτρικού γαλλίου έχει αποδειχθεί από θανάτους πειραματόζωων από παράλυση του αναπνευστικού συστήματος[23].
Η τοξικότητα του γαλλίου και των ενώσεών του εξαρτάται από τον τρόπο εισαγωγής τους στο σώμα. Πειράματα σε κουνέλια για μακρά περίοδο (4 έως 5 μήνες) έδειξαν ασήμαντες διαταραχές στις πρωτεΐνες και μικρή αναστολή της δράσης των ενζύμων που οφείλονταν στη μικρή απορρόφηση του γαλλίου από το σώμα[23]. Επίσης, η απορρόφηση γαλλίου μετά από κατάποση σωματιδίων GaAs από πειραματόζωα, ήταν πάρα πολύ μικρή.
Η κύρια οδός απέκκρισης του γαλλίου από το σώμα είναι μέσω των ούρων, με μικρότερες ποσότητες να αποβάλλονται με τα κόπρανα. Στους ανθρώπους, το 67Ga έχει αναφερθεί στο γάλα θηλασμού μητέρων που είχαν υποβληθεί σε θεραπεία με το ραδιοϊσότοπο ενώ σε βρέφη που θήλαζαν αυτό εντοπίστηκε μόνο στο στο γαστρεντερικό σωλήνα. Πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι το γάλλιο έχει υψηλό συντελεστή μεταφοράς από κατάποση τροφής στο γάλα των μητέρων[60]. Οι ατμοί γαλλίου είναι επιβλαβείς όταν εισπνέονται και το μέταλλο δεν πρέπει να έρχεται σε επαφή με το δέρμα ή να καταπίνεται. Σε περίπτωση επαφής με τα μάτια, πρέπει αυτά να πλυθούν αμέσως με άφθονο νερό και να ζητηθεί ιατρική συμβουλή. Οι χειριστές γαλλίου πρέπει να φοράνε κατάλληλη προστατευτική ενδυμασία και κατάλληλα γάντια και γυαλιά[61].

Σημειώσεις

  1. Τριπλό σημείο καθαρής ουσίας είναι η θερμοκρασία στην οποία οι τρεις καταστάσεις — αέρια, στερεά και υγρή — βρίσκονται σε ισορροπία. Στο σημείο αυτό τέμνονται οι τρεις καμπύλες ισορροπίας αέριο–υγρό, υγρό–στερεό και αέριο–στερεό, αποτελεί αμετάβλητη θερμοκρασία, δηλ. χαρακτηριστική ιδιότητα της κάθε ουσίας.
  2. Λέγεται ότι το όνομα δόθηκε προς τιμή της Γαλλίας που είχε πρόσφατα ηττηθεί στο Γαλλο-Πρωσικό πόλεμο (1870-1871)
  3. H Mary Elvira Weeks στο βιβλίο της Discovery of the elements αναφέρει (σελ. 218) ότι ο Μπουαμποντράν με τη συνεργασία του χημικού και φαρμακοποιού Εμίλ-Κλεμάν Ζουνγκφλές (Émile Clément Jungfleisch, 1839-1916), καθηγητή στο Κολλέγιο της Γαλλίας, κατεργάστηκαν 4 τόννους σφαλερίτη και πήραν 75 g γαλλίου
  4. Για λόγους που αναφέρονται στην παράγραφο Παραγωγή γαλλίου-Οικονομικά στοιχεία δεν είναι εύκολος ο υπολογισμός των παγκόσμιων αποθεμάτων βωξίτη
  5. Οι CI- και Η-χονδρίτες είναι υποκατηγορίες ανθρακιτών, ενώ οι ευκρίτες ανήκουν στην κατηγορία των αχονδριτών
  6. Τα αποθέματα βάσης (reserves base) περιλαμβάνουν αποδεδειγμένους πόρους που είναι επί του παρόντος οικονομικά εκμεταλλεύσιμοι ή οριακά εκμεταλλεύσιμοι ή προς το παρόν ασύμφοροι για οικονομική εκμετάλλευση
  7. Βαθμός καθαρότητας μετάλλου 4Ν σημαίνει τέσσερα εννιάρια δηλ. 99,99 %, 5Ν σημαίνει πέντε εννιάρια 99,999 % κ.ό.κ.]
  8. H τεχνική αυτή παράγει πολύ λεπτά στρώματα υλικών εξαιρετικής καθαρότητας. Χρησιμοποιείται σε ιδιαίτερα δαπανηρές διατάξεις μικροκυμάτων και οπτοηλεκτρονικές διατάξεις, πολύ μεγάλης ακρίβειας
  9. Η πρακτική της εμφύτευσης κάποιων χημικών στοιχείων, σε πολύ μικρή συγκέντρωση, σε ένα υλικό με σκοπό αυτό να γίνει ημιαγωγός ή να βελτιωθούν οι οπτοηλεκτρονικές του ιδιότητες είναι γνωστή ως "ντοπάρισμα"
  10. Το ευτηκτικό σύστημα αποτελείται από δύο συστατικά με χαρακτηριστική αναλογία μεταξύ τους έτσι ώστε μόνο αυτή εξασφαλίζει μικρότερη θερμοκρασία τήξης από το σημείο τήξης κάθε συστατικού χωριστά

Παραπομπές

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 Downs, A.J., επιμ. (1993). Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. ISBN 978-0-7514-0103-5. 
  2. 2,0 2,1 2,2 The Photographic Periodic Table of the Elements. Technical data for Gallium
  3. 3,0 3,1 3,2 Gregory F. Strouse (August 2004). «Standard Reference Material 1751: Gallium Melting-Point Standard» (PDF). NIST Special Publication 260-157. http://www.nist.gov/srm/upload/SP260-157.pdf. Ανακτήθηκε στις 9/7/2011. 
  4. 4,0 4,1 Preston–Thomas, H. (1990). «The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)». Metrologia 27: 3–10. doi:10.1088/0026-1394/27/1/002. http://www.bipm.org/utils/common/pdf/its-90/ITS-90_metrologia.pdf. 
  5. WebElements. Gallium
  6. 6,0 6,1 Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 Martienssen W., Warlimont H., επιμ. (2005). «Classes of materials». Springer handbook of condensed matter and materials data. Springer. ISBN 978-3-540-44376-6. 
  8. Michael E. Wieser and Tyler B. Coplen (December 2010). «Atomic weights of the elements 2009(IUPAC Technical Report)» (PDF). Pure Appl. Chem. 83 (2): 371. http://www.iupac.org/publications/pac/pdf/2011/pdf/8302x0359.pdf. Ανακτήθηκε στις 8/7/2011. 
  9. 9,0 9,1 9,2 Brian W. Jaskula (April 2011). 2009 Minerals Yearbook. GALLIUM (ADVANCE RELEASE) (PDF). U.S. GEOLOGICAL SURVEY. Ανακτήθηκε στις 9/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  10. 10,0 10,1 Gallium: Global Industry Markets and Outlook (8 έκδοση). Roskill Information Services, Ltd. May, 2011. Ανακτήθηκε στις 9/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |year= (βοήθεια)
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 Brian W. Jaskula (January 2011). Mineral Commodity Summaries. Gallium (PDF). U.S. Geological Survey. Ανακτήθηκε στις 9/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  12. Gregory F. Strouse. NIST REALIZATION OF THE GALLIUM TRIPLE POINT (PDF). National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, Maryland. Ανακτήθηκε στις 9/7/2011.  line feed character in |publisher= at position 47 (βοήθεια); Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Mary Elvira Weeks (1933) (2003). Discovery of the Elements (3 έκδοση). Kessinger Publishing. ISBN 0766138720. 
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 Per Enghag (2004). Encyclopedia of the elements: technical data, history, processing, applications (εικονογραφημένη έκδοση). John Wiley and Sons. ISBN 3527306668. 
  15. 15,0 15,1 15,2 15,3 P.E. Lecoq de Boisbaudran (1877). «About a New Metal, Gallium (Απόδοση στα Αγγλικά)». Annales de Chimie 10 (5): 100-141. http://www.chemteam.info/Chem-History/Disc-of-Gallium.html. Ανακτήθηκε στις 13/7/2011. 
  16. de Boisbaudran, Lecoq. «Caractères chimiques et spectroscopiques d'un nouveau métal, le gallium, découvert dans une blende de la mine de Pierrefitte, vallée d'Argelès (Pyrénées)». Comptes rendus 81: 493. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3038w/f490.table. Ανακτήθηκε στις 12/7/2011. 
  17. Elementymology & Elements Multidict. Gallium
  18. Darrell Ebbing, Steven D. Gammon (2010). General Chemistry (9η έκδοση). Cengage Learning. ISBN 0538497521. 
  19. 19,0 19,1 19,2 Chemicool. Gallium element facts
  20. 20,0 20,1 20,2 20,3 20,4 20,5 20,6 Simon Aldridge, Tony Downs, Anthony J. Downs (2011). Simon Aldridge, Anthony J. Downs, επιμ. The Group 13 Metals Aluminium, Gallium, Indium and Thallium: Chemical Patterns and Peculiarities (εικονογραφημένη έκδοση). John Wiley and Sons. ISBN 0470681918. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)
  21. 21,0 21,1 21,2 21,3 21,4 J.D Burton, F Culkin and J.P Riley (May 1959). «The abundances of gallium and germanium in terrestrial materials». Geochimica et Cosmochimica Acta 16 (1-3): 151-180. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703759900523. Ανακτήθηκε στις 8/7/2011. 
  22. 22,0 22,1 22,2 Chemical Society (Great Britain) (1982). Specialist periodical report. Environmental chemistry (volume 2). Royal Society of Chemistry. ISBN 0851867650. 
  23. 23,0 23,1 23,2 23,3 Jeanne Mager Stellman (1998). Jeanne Mager Stellman, επιμ. Encyclopaedia of Occupational Health and Safety: Chemical, industries and occupations (4, εικονογραφημένη έκδοση). International Labour Organization. ISBN 9221098168. 
  24. TH. DITTRICH, TH. SEIFERT AND J. GUTZMER. «Gallium in bauxite deposits» (PDF). Mineralogical Magazine. http://www.goldschmidt2011.org/abstracts/finalPDFs/765.pdf. Ανακτήθηκε στις 23/7/2011. 
  25. 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 Z. Urmosi, M.C. Mirica, M. Iorga, D. Buzatu, I. Popa, I. Balcu (2010). «ELECTROCHEMICAL REACTOR FOR GALLIUM RECOVERY FROM THE BAUXITE TREATING BAYER PROCESS» (PDF). Annals of West University of Timisoara. Series of Chemistry 19 (2): 57-68. http://www.elearning-chemistry.ro/awut/userfiles/magazine1_acc/57-68_UrmosiZ-MicicaMC.pdf. Ανακτήθηκε στις 23/7/2010. 
  26. 26,00 26,01 26,02 26,03 26,04 26,05 26,06 26,07 26,08 26,09 26,10 26,11 26,12 Kirk-Othmer (2005). «GALLIUM AND GALLIUM COMPOUNDS». Στο: Arza Seidel. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (vol. 12) (5η έκδοση). Wiley-Interscience. σελίδες 337–364. ISBN 047148511X. 
  27. Barbara Sherwood Lollar (2005). Barbara Sherwood Lollar, επιμ. Environmental Geochemistry: Treatise on Geochemistry, Volume 9 (εικονογραφημένη έκδοση). Elsevier. ISBN 0080446434. 
  28. 28,0 28,1 28,2 28,3 28,4 28,5 R. Salminen (chief-editor) (επιμ.). Geochemical Atlas of Europe (PDF). σελίδες 171–175. ISBN 951-690-913-2 (electronic version) Check |isbn= value: invalid character (βοήθεια). Ανακτήθηκε στις 27/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  29. 29,0 29,1 Aleksandr Petrovich Lisit︠s︡yn (1996). James P. Kennett, επιμ. Oceanic sedimentation: lithology and geochemistry. American Geophysical Union. ISBN 087590243X. 
  30. 30,0 30,1 WebElements. Gallium
  31. Fritz Heide, Frank Wlotzka (1995). Meteorites: messengers from space (εικονογραφημένη έκδοση). Springer. ISBN 3540581057. 
  32. Ecole des Mines de Paris : GALLITE
  33. 33,0 33,1 Hand Book of Mineralogy. Gallite (Mineral Data Publishing, version 1)
  34. TEIICHI UENO, KATSUYOSHI NAGASAKI, TOMOMASA HORIKAWA, MUTSUNORI KAWAKAMI AND KATSUHIKO KONDO (2005). «PHASE EQUILIBRIA IN THE SYSTEM Cu–Ga–S AT 500° AND 400°C» (PDF). The Canadian Mineralogist 43: 1653-1661. http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/cm/vol43/CM43_1653.pdf. Ανακτήθηκε στις 17/7/2011. 
  35. 35,0 35,1 Mineral Species containing Gallium (Ga)
  36. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΠΑΠΑΓΓΕΛΗΣ (Αθήνα, Οκτώβριος 2010). Χρήση καταλοίπων βωξίτη ως στρώματος χαμηλής διαπερατότητας σε χώρους υγειονομικής ταφής αστικών απορριμάτων (ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ) (PDF). Ανακτήθηκε στις 22/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |year= (βοήθεια)
  37. Μεταλλουργία Αλουμινίου (αρχείο ppt). Πάνιας Δημήτριος, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ
  38. A. Varadharaj, R. Srinivasan and G. Prabhakara Rao (1 December 1987). «Effect of impurities on gallate reduction in alkaline solution — a linear stripping voltammetry study». Journal of Applied Electrochemistry (SpringerLink) 19 (1989) (1): 61-64. http://www.springerlink.com/content/q061335497l61n70/. 
  39. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΤΣΑΚΙΡΗΣ (ΑΘΗΝΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2009). ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΙΔΗΡΟΥ ΑΠΟ ΚΑΤΑΛΟΙΠΑ ΒΩΞΙΤΗ (ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ) (PDF). Ανακτήθηκε στις 22/7/2011.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |year= (βοήθεια)
  40. 40,0 40,1 MinorMetals
  41. 41,0 41,1 41,2 Recapture Metals Limited. Gallium
  42. Minor Metals Trade Association (MMTA). Gallium By a Special Contributor (PDF)
  43. 43,00 43,01 43,02 43,03 43,04 43,05 43,06 43,07 43,08 43,09 43,10 43,11 Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2011). Inorganic chemistry (εικονογραφημένη έκδοση). Academic Press. ISBN 0123526515. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)
  44. 44,0 44,1 44,2 44,3 Matthias Driess, Heinrich Nöth (2004). Matthias Driess, Heinrich Nöth, επιμ. Molecular clusters of the main group elements (εικονογραφημένη έκδοση). Wiley-VCH. ISBN 3527306544. 
  45. O. Züger and U. Dürig (1992). «Atomic structure of the α-Ga(001) surface investigated by scanning tunneling microscopy: Direct evidence for the existence of Ga2 molecules in solid gallium». Phys. Rev. B 46 (11): 7319–7321. http://prb.aps.org/abstract/PRB/v46/i11/p7319_1. 
  46. BRAHAMA D. SHARMA and JERRY DONOHUE (1962). «A refinement of the crystal structure of gallium» (PDF). Zeitschrift fur Kristallographie 117: 293. http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/zk/vol117/ZK117_293.pdf. 
  47. L. Bosio, H. Curien, M. Dupont et A. Rimsky (1973). «Structure cristalline de Ga δ». Acta Crystallographica Section B 29 (2): 367-368. http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0567740873002530. 
  48. Takemura Kenichi*, Kobayashi Kazuaki, and Arai Masao (1998). «High-pressure bct-fcc phase transition in Ga». Phys. Rev. B 58 58 (5): 2482-2486. http://prb.aps.org/abstract/PRB/v58/i5/p2482_1. 
  49. 49,0 49,1 Μπαζάκης Ι.Α. Γενική Χημεία. Αθήνα. 
  50. 50,0 50,1 50,2 50,3 50,4 50,5 Henderson W. (2000). Main Group Chemistry. Cambridge : Royal Society of Chemistry. ISBN 978-0-85404-617-1. 
  51. 51,0 51,1 Paul G. Abrams, Alan R. Fritzberg (2000). Radioimmunotherapy of cancer. Informa Healthcare. ISBN 0824702778. 
  52. 52,0 52,1 Pradyot Patnaik, John A. Dean (2004). Dean's analytical chemistry handbook (2η έκδοση). New York : McGraw-Hill. ISBN 0071410600. 
  53. Freshney periodic table on line
  54. 54,0 54,1 54,2 Δημητριάδης, Θεόφιλος Γ. (Αθήνα, 1989). Τεστ οξειδοαναγωγής : 1000 αναλυτικά λυμένες αντιδράσεις: Με θεωρία οξειδοαναγωγικών συστημάτων: Για την 1η και 2η δέσμη και την Α και Β λυκείου. ΓΡΗΓΟΡΗ. ISBN 960-222-060-0.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |year= (βοήθεια)
  55. Anatoliĭ Ivanovich Samchuk, Anatoliĭ Terentʹevich Pilipenko (1987). Analytical chemistry of minerals. VSP. ISBN 906764076X. 
  56. 56,0 56,1 56,2 56,3 56,4 56,5 Catherine E. Housecroft, A. G. Sharpe (2005). A. G. Sharpe, επιμ. Inorganic chemistry (2η, εικονογραφημένη έκδοση). Pearson Education. ISBN 0130399132. 
  57. 57,0 57,1 57,2 57,3 American elements. The World's Manufacturer of Engineered & Advanced Materials
  58. Die Kristallstruktur von Ga3Cl7 Frank W., Hönle W., Simon A., Z. Naturforsch. Teil B (1990) 45B 1
  59. Surmann, P; Zeyat, H (Nov 2005). «Voltammetric analysis using a self-renewable non-mercury electrode.». Analytical and bioanalytical chemistry 383 (6): 1009–13. doi:10.1007/s00216-005-0069-7. PMID 16228199. 
  60. 60,0 60,1 Gunnar Nordberg (2007). Gunnar Nordberg, επιμ. Handbook on the toxicology of metals (3η, εικονογραφημένη έκδοση). Academic Press. ISBN 0123694132. 
  61. The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory Oxford University. MSDS Gallium

Επιλεγμένη βιβλιογραφία

  • H. W. Roesky, David A. Atwood (2003). H. W. Roesky, David A. Atwood, επιμ. Group 13 chemistry III: industrial applications Structure and bonding (εικονογραφημένη έκδοση). Springer. ISBN 3540441050. 
  • Pamela J. Shapiro, David A. Atwood, American Chemical Society. Division of Inorganic Chemistry, American Chemical Society. Meeting (2002). Pamela J. Shapiro, David A. Atwood, επιμ. Group 13 chemistry: from fundamentals to applications (εικονογραφημένη έκδοση). American Chemical Society. ISBN 0841237859. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)
  • Simon Aldridge, Tony Downs, Anthony J. Downs (2011). Simon Aldridge, Anthony J. Downs, επιμ. The Group 13 Metals Aluminium, Gallium, Indium and Thallium: Chemical Patterns and Peculiarities (εικονογραφημένη έκδοση). John Wiley and Sons. ISBN 0470681918. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)
  • Ebbing D.D, Gammon S.D. (2008). General Chemistry (9η έκδοση). Cengage Learning. ISBN 0618857486. 
  • Emsley J (2003). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. ISBN 0198503407. 
  • Greenwood N. N., Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements. Oxford. ISBN 0750633654. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)
  • Heather H. (2010). ,, επιμ. The boron elements : boron, aluminum, gallium, indium, thallium. New York : Rosen Pub. ISBN 9781435853331. 
  • Housecroft C.E., Sharpe A. G. (2005). Inorganic chemistry (3η έκδοση). Pearson Education Limited. ISBN 9780131755536. 
  • Downs A. J. (1993). Chemistry of aluminium, gallium, indium and thallium. Blackie Acad. & Professional. ISBN 075140103X. 
  • Mανουσάκης Γ.Ε. (1994). Γενική και Ανόργανη Χημεία. Αφοι Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη. ISBN 9603432725. 
  • Pauling L. (2003). General Chemistry (3η έκδοση). Dover Publications Inc. ISBN 9780486656229. 
  • Schwartz Μ. (2002). Encyclopedia of materials, parts, and finishes. CRC Press. ISBN 1566766613. 
  • Weeks M.E. (1933). Discovery of the elements. Journal of Chemical Education. ISBN 0766138720. 
  • Wiberg E., Nils Wiberg N., Holleman A.F. (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. ISBN 0123526515. CS1 maint: Πολλαπλές ονομασίες: authors list (link)

Δείτε επίσης

Εξωτερικοί σύνδεσμοι


Πρότυπο:Link FA