Γάλλιο

Γάλλιο
Ψευδάργυρος ← Γάλλιο → Γερμάνιο Αργίλιο ↑ Ga ↓ Ίνδιο Περιοδικός Πίνακας
Κρύσταλλοι γαλλίου καθαρότητας 5N (99,999%)
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)
Κρυσταλλικό πλέγμα	μονοεδρικά κεντρωμένο
Σημείο τήξης	29,7646°C (85,5763°F) (302,9146 K)
Σημείο βρασμού	2204°C (3999°F) (2477 K)
Τριπλό σημείο	29,7666°C (85,5799°F) (302,9166 K)
Πυκνότητα	5,904 g/cm3
Ενθαλπία τήξης	5,59 KJ/mol
Ενθαλπία εξάτμισης	254 KJ/mol
Ειδική θερμοχωρητικότητα	25,86 J/mol·K
Μαγνητική συμπεριφορά	διαμαγνητικό
Ειδική ηλεκτρική αντίσταση	(20°C) 270 nΩ·m
Ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα	(20°C) 11,95 ΜS/m
Ειδική θερμική αγωγιμότητα	40,6 W/(m·K)
Σκληρότητα Mohs	1,5-2,5
Σκληρότητα Brinell	60 MPa
Μέτρο ελαστικότητας (Young's modulus)	9,81 GPa
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
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	20, 21, 22, 34
Φράσεις ασφαλείας	26, 36, 37, 39, 45
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	0 1 0
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το χημικό στοιχείο γάλλιο (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). Το χημικό του σύμβολο είναι "Ga" και ανήκει στην ομάδα 13 (III_A, 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.. Ένα σημαντικό ποσοστό του μετάλλου προκύπτει επίσης από τη δευτερογενή παραγωγή, κυρίως από ανακύκλωση ηλεκτρονικών συσκευών που περιέχουν ενώσεις όπως το GaAs. Τα βασικά κέντρα για τη δευτερογενή αυτή παραγωγή είναι ο Καναδάς, η Ιαπωνία, η Γερμανία, η Μεγάλη Βρετανία και οι Η.Π.Α.

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. Είναι διαβρωτικό για διάφορα μέταλλα ειδικά όταν είναι ζεστό και καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, γίνεται όλο και πιο διαβρωτικό. 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, ενώ σήμερα χρησιμοποιείται το τριπλό σημείο (29,767°C) στην υλοποίηση της Διεθνούς Θερμοκρασιακής Κλίμακας του 1990 (ITS-90) από το NIST (National Institute of Standards and Technology).

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.

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).

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. 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) και το Φεβρουάριο του 1874 άρχισε την κατεργασία του. 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 :

“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). Δύο χρόνια μετά, το 1877, σε άρθρο του ο Γάλλος χημικός διευκρίνισε ότι ονόμασε το στοιχείο γάλλιο προς τιμή της πατρίδας του Γαλλίας Λέγεται ότι το όνομα ήταν φυσικό να δοθεί προς τιμή της Γαλλίας για ανύψωση του ηθικού της, αφού είχε πρόσφατα ηττηθεί στο Γαλλο-Πρωσικό πόλεμο (1870-1871).

Εκα-αλουμίνιο (Ea) και γάλλιο (Ga)
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. 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. 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.

Εμφανίσεις

Το γάλλιο δε βρίσκεται ελεύθερο στη φύση εξαιτίας των έντονων αναγωγικών του ιδιοτήτων. 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, από άλλους στα 16,9 ppm, και από ορισμένους στα 18-19 ppm. 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).

Γαλλίτης - Γερμανίτης. Το ορυκτό γαλλίτης είναι το σημαντικότερο ορυκτό του γαλλίου. Το ορυκτό γερμανίτης συνοδεύεται από 1.000 - 10.000 ppm Ga ή κατ' άλλους 5.000 - 7.000 ppm 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. 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 και των Η.Π.Α. 50 ppm. 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. Πάντως, για λόγους που αναφέρονται στην παράγραφο Παραγωγή γαλλίου-Οικονομικά στοιχεία δεν είναι εύκολος ο υπολογισμός των παγκόσμιων αποθεμάτων βωξίτη.
Σφαλερίτης - Ορυκτοί άνθρακες. Η περιεκτικότητα του σφαλερίτη σε γάλλιο γενικά κυμαίνεται μεταξύ 1 - 1000 ppm. Αυτό που μπορεί να ανακτηθεί από τα ορυκτά του Zn εκτιμάται σε 6.500 τόννους παγκοσμίως. 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. Σε μερικές περιπτώσεις, η ιπτάμενη τέφρα μπορεί να περιέχει 10 - 500 ppm Ga και κάποιες φορές μέχρι 10.000 ppm Ga.
Θαλασσινό και φυσικό νερό. Η μέση περιεκτικότητα του γαλλίου είναι περίπου 0,3 ppb (0,030 ± 0,007 μg Ga/Κg). Το κυρίαρχο μοριακό είδος στα νερά των ωκεανών, όπου η μέση περιεκτικότητα είναι περίπου 0,03 ppb, και σε pH = 8,1 είναι το σύμπλοκο ανιόν [Ga(OH)₄]^–. Πελαγικά είδη αργίλου από τον Ειρηνικό, Ατλαντικό και Ινδικό ωκεανό περιέχουν κατά μέσο όρο 22,4 ppm του στοιχείου. Οι συγκεντρώσεις του γαλλίου στο φυσικό νερό είναι πολύ χαμηλές, μικρότερες από 5 ng/L.
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. 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. Υπολειμματικοί ψαμμίτες και άλλα ιζηματογενή πετρώματα πλούσια σε οξείδιο του πυριτίου, είναι γενικά φτωχοί σε γάλλιο. Σε ανθρακικά πετρώματα το γάλλιο βρίσκεται σε ίχνη. 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 η σύνδεση του γαλλίου με τους οποίους, είναι υπεύθυνη για τον περιορισμό του μετάλλου σε λεπτόκοκκα ιζήματα.
Μετεωρίτες. Στους μετεωρίτες, το γάλλιο βρίσκεται σε συγκέντρωση 7,8 ppm στους ανθρακίτες, και ειδικότερα 9,71 ppm στους CI-χονδρίτες (υποκατηγορία ανθρακιτών), > 5 ppm στους Η-χονδρίτες (υποκατηγορία ανθρακιτών) και 2,6 ppm στους ευκρίτες, οι οποίοι ανήκουν στην κατηγορία των αχονδριτών.

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. 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. 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.

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⁺.

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.

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.

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.

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.

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 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). Σύμφωνα με τους προηγούμενους ερευνητές, το ορυκτό συνυπήρχε μαζί με τα ορυκτά γερμανίτης, ρενιερίτης, σφαλερίτης, γαληνίτης, χαλκοπυρίτης, πυρίτης, βορνίτης και χαλκοσίτης. 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 σύστημακαι 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.
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)

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, 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.

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. 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 αλλά και όλο το ένυδρο Al₂O₃ που στη συνέχεια καταβυθίζεται με την μορφή κρυστάλλων υδροξειδίου, Al(OH)₃ 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)₄(Η₂Ο)₂] που σχηματίζεται από την αντίδραση :

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.
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.
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.
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.

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.

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.
Τα παγκόσμια αποθέματα βάσης (reserves base) δηλαδή αυτά που περιλαμβάνουν αποδεδειγμένους πόρους γαλλίου που είναι επί του παρόντος οικονομικά πλήρως ή οριακά εκμεταλλεύσιμοι ή προς το παρόν ασύμφοροι για οικονομική εκμετάλλευση, ανέρχονται σε 430 χιλιάδες τόννους.
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, 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.

Διακύμανση τιμών γαλλίου (11/2006 - 06/2011)

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

• Γάλλιο 4N 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 (molecular beam epitaxy). Η τεχνική αυτή παράγει πολύ λεπτά στρώματα υλικών εξαιρετικής καθαρότητας και χρησιμοποιείται σε ιδιαίτερα δαπανηρές διατάξεις μικροκυμάτων και οπτοηλεκτρονικές διατάξεις, πολύ μεγάλης ακρίβειας.

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.
Ενδεικτικά, η τιμή ράβδου γαλλίου καθαρότητας 4Ν στις 29 Νοεμβρίου 2011 ήταν προσφοράς 600 δολάρια/Kg και ζήτησης 675 δολάρια/Kg

Φυσικά χαρακτηριστικά

Το γάλλιο είναι αργυρόλευκο, μαλακό (1,5 - 2,5 στη σκληρομετρική κλίμακα Mohs) μέταλλο. Έχει δυναμικό ιξώδες n = 1,70 mPa·s. 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. Γίνεται υπεραγωγός στους 1,083 Κ ή -272,067°C. Το στερεό μέταλλο θραύεται με κογχώδη θραυσμό δηλ. τα κομμάτια που προκύπτουν από το σπάσιμο μοιάζουν με κελύφη οστράκων. Είναι μέταλλο διαμαγνητικό με μαγνητική επιδεκτικότητα, χ_m = -21,6×10^-6 cm³/mol. 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.

Το μεταλλικό γάλλιο 7Ν δηλ. καθαρότητας ≥ 99,99999 %, έχει ασυνήθιστα χαμηλό σημείο τήξης και λειώνει στη θερμοκρασία της παλάμης, 29,7646°C, 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.
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. Γιαυτό έχει χρησιμοποιηθεί σε θερμόμετρα υψηλών θερμοκρασιών.

To γάλλιο, όπως και το νερό, το πυρίτιο, το βισμούθιο, το αντιμόνιο και το γερμάνιο, 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. 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. Γιαυτό το λόγο ονομάζεται και "πολυμερικό" γάλλιο.

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 ως 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.

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.

Η ορθορομβική μορφή α-Ga είναι η συνηθέστερη και προσδιορίστηκε πλήρως για πρώτη φορά το 1932 από το Γερμανό χημικό Λάφς (Fritz Laves, 1906 - 1978). Είναι έντονα ανισότροπη, εμφανίζεται σε κανονική θερμοκρασία (< 29,7741°C) 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.

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.

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. 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. Η ολοεδρικά κεντρωμένη κυβική μορφή Ga-IV είναι σταθερή σε πίεση τουλάχιστον 1.480.000 atm χωρίς αισθητή αλλαγή του όγκου.

• 

  α-Ga

• 

  β-Ga

• 

  γ-Ga

• 

  δ-Ga

• 

  Ga-ΙΙ

• 

  Ga-ΙΙΙ

• 

  Ga-IV

Χημικά χαρακτηριστικά

Το γάλλιο ανήκει στην 13η ομάδα (παλιότερος συμβολισμός ΙΙΙ_Α) 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.
Με βάση τον όξινο-βασικό χαρακτήρα των οξειδίων του, το γάλλιο, ανήκει στα ημιμέταλλα (μεταλλοειδή) αλλά με βάση την ηλεκτρική του αγωγιμότητα ταξινομείται στα μέταλλα. Ανήκει επίσης 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. Το γάλλιο έχει επαμφοτερίζοντα χαρακτήρα και στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων (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.

Τα ιόντα γαλλίου σε υδατικά διαλύματα

Το ιόν Ga⁺ είναι γνωστό μόνο σε τήγματα, ενώ το Ga²⁺ υπάρχει μόνο στο ιόν Ga₂X₆^2- (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^-

Το ιόν Ga³⁺ είναι το σημαντικότερο για την υδατική χημεία του γαλλίου. Τα διαλύματα και η χημεία των ενώσεων συναρμογής του Ga³⁺ μοιάζουν κάπως με του Al³⁺ και In³⁺ αλλά είναι πολύ παρόμοια με του κατιόντος Fe³⁺ (υψηλού spin), όπως φαίνεται στο διπλανό πίνακα.

Παράμετρος	Ga3+	Fe3+	Al3+	In3+
Ιονική ακτίνα (pm) (οκταεδρική)	62	64,5	53,5	80
Ιονική ακτίνα (pm) (τετραεδρική)	47	49	39	62
Απόλυτη σκληρότητα (eV) (Pearson)	17	12,08	45,77	13
Ηλεκτραρνητικότητα	1,81	1,83	1,61	1,78
Ενέργεια διάσπασης δεσμού μετάλλου-οξυγόνου (KJ/mol)	353,5	390,4	511	320

Σε διαλύματα το ιόν Ga³⁺ βρίσκεται με τη μορφή οκταεδρικού εφυδατωμένου συμπλόκου με έξι μόρια νερού, [Ga(H₂O)₆]³⁺, και συμπεριφέρεται ως "σκληρό οξύ" κατά Pearson. Συνδέεται εύκολα και ισχυρά με ισχυρές βάσεις κατά Lewis, ιδιαιτέρως με ΟΗ^-. Το ιόν Ga³⁺ αποτελεί μεταλλικό κέντρο με ισχυρή τάση για δημιουργία χηλικών ενώσεων με υποκαταστάτες που διαθέτουν Ο-δότες δηλ. μέσω ατόμων οξυγόνου και, σε μικρότερο βαθμό, Ν-δότες (μέσω ατόμων αζώτου). Το [Ga(H₂O)₆]³⁺ υδρολύεται σχεδόν πλήρως, αντικαθιστώντας σταδιακά τα μόρια νερού με ΟΗ^-, σε pH κοντά στην ουδέτερη περιοχή σχηματίζοντας εύκολα το δυσδιάλυτο άμορφο Ga(OH)₃ που έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας K_sp = 7×10^-36 :

[Ga(H₂O)₆]³⁺ + Η₂Ο $\rightleftharpoons$ [Ga(H₂O)₅(OH)]²⁺ + H₃Ο⁺ (pK₁ = 2,6)

[Ga(H₂O)₅(OH)]²⁺ + Η₂Ο $\rightleftharpoons$ [Ga(H₂O)₄(OH)₂]⁺ + H₃Ο⁺ (pK₂ = 3,3)

Σε συγκεντρώσεις γαλλίου πάνω από 0,01 Μ και σε pH περίπου 2, καταβυθίζεται ένα μέρος του [Ga(H₂O)₄(OH)₂]⁺ ως μια άμορφη φάση που μοιάζει στη δομή με το Ga(OH)₃ :

[Ga(H₂O)₄(OH)₂]⁺ $\rightleftharpoons$ Ga(OH)_3(s) + H₃O⁺ + 2H₂O

ενώ το υπόλοιπο υδρολύεται :

[Ga(H₂O)₄(OH)₂]⁺ + H2O $\rightleftharpoons$ [Ga(H₂O)₃(OH)₃]⁺ + H₃O⁺ (pK₃ = 4,4)

Το εν διαλύσει Ga(OH)_3(aq) ιοντίζεται εν μέρει :

Ga(OH)_3(aq) + Η₂Ο $\rightleftharpoons$ Ga(OH)₄^- + H⁺ (pK₄ = 6,3)

Σε pH = 7,4 στους 25°C η συνολική διαλυτότητα του γαλλίου στο νερό (σε ισορροπία με το στερεό GaO(OH)) είναι περίπου 10^-6 mol/L, με το διαλυμένο γάλλιο κατά 98,4 % στη μορφή Ga(OH)₄^- και κατά 1,6 % στη μορφή Ga(OH)₃. Το Ga(OH)₃ και το GaO(OH) αποδεικνύουν τις επαμφοτερίζουσες ιδιότητες του γαλλίου, αυξάνοντας τη διαλυτότητα και σε υψηλές και σε χαμηλές τιμές pH. Η ελάχιστη διαλυτότητα (10^-7,2 Μ) εμφανίζεται σε pH = 5,2. Ακόμα και σε pH = 2, ωστόσο, η συνολική διαλυτότητα των Ga(OH)sub>3 και GaO(OH) είναι μόνο 10^-2 Μ και σε pH = 10 είναι μόνο 10^-3,3 Μ.
Εκτός από το υδροξείδιο και το οξείδιο-υδροξείδιο, το γάλλιο σχηματίζει και το πολύ δυσδιάλυτο φωσφορικό γάλλιο(ΙΙΙ), GaPO₄, το οποίο σε pH κοντά στην ουδέτερη περιοχή έχει γινόμενο διαλυτότητας K_sp = 10^-21.

Ηλεκτρονιακή δόμηση

Ζ	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 ως 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 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.

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 :

Ενέργειες ιονισμού και ημιαντιδράσεις αναγωγής ενώσεων του γαλλίου
Ενέργειες ιονισμού Μετατροπή Ενέργεια ιονισμού (KJ/mol) Ga - Ga+ 578,8 Ga+ - Ga2+ 1979,3 Ga2+ - Ga3+ 2963 Ga3+ - Ga4+ 6200 Ga4+ - Ga5+ 8700 Ga5+ - Ga6+ 11400 Ga6+ - Ga7+ 14400 Ga7+ - Ga8+ 17700 Ga8+ - Ga9+ 22300 Ga9+ - Ga10+ 26100 Δυναμικά αναγωγής Ημιαντίδραση Δυναμικό Ε0 (V) Ga3+ + 2e- ⇆ Ga+ -0,4 Ga3+ + 3e- ⇆ Ga(s) -0,56

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

2Ga + 3H₂O $\longrightarrow$ 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 :

4Ga + 3O₂ $\longrightarrow$ 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)

2Ga + 3H₂SO₄ (αραιό) $\longrightarrow$ Ga₂(SO₄)₃ + 3H₂

2Ga + 6HCl $\longrightarrow$ 2GaCl₃ + 3H₂

Ga + 3AgNO₃ $\longrightarrow$ 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 :

2Ga + 3X₂ $\longrightarrow$ 2GaX₃

4Ga + 3S₂ $\longrightarrow$ 2Ga₂S₃

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

2Ga + 2NaOH + 6H₂O $\longrightarrow$ 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:

3Ga + 3HNO₃ + 9HCl $\longrightarrow$ 3GaCl₃ + 3NO + 6H₂O

3Na₂O₂ + 2Ga $\longrightarrow$ 2Na₃GaO₃ 3

KClO₃ + 2Ga $\longrightarrow$ 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 :

2Ga + 6H₂SO₄ $\longrightarrow$ 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 :

2Ga + 2HCl $\longrightarrow$ 2GaCl + H₂

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

Ga + A $\longrightarrow$ GaA (A = P, As, Sb)

όπως και τα S, Se, Te :

Ga + A' $\longrightarrow$ 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, το μολυβδαίνιο και το νικέλιο. Διαβρώνει πολύ γρήγορα λεπτό φύλλο αλουμίνιου και χοντρό φύλλο μέσα σε λίγες ώρες σε θερμοκρασία δωματίου.

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), το όριο ανίχνευσης του γαλλίου σε υδατικό διάλυμα είναι 75 μg/L. Στην AAS είναι προτιμότερη η χρήση πολύ λεπτής φλόγας N₂O-(C₂H₂). Η γραμμή στα 287,42 nm είναι πιο ευαίσθητη αλλά εξίσου χρήσιμη είναι η διπλή κορυφή στα 294,4 nm και η γραμμή στα 417,21 nm.
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.
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).

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 t_1/2 = 3,3 ημέρες) και το ⁶⁸Ga (χρόνος ημιζωής t_1/2 = 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. 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.

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. 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.

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 και GaO(OH). Το υδροξείδιο του γαλλίου(ΙΙΙ) είναι πολύ δυσδιάλυτο στερεό, έχει σταθερά γινομένου διαλυτότητας K_sp = 7×10^-36, και φαίνεται να έχει άμορφη δομή. Σχηματίζεται από την υδρόλυση του εφυδατωμένου Ga³⁺. Μετατρέπεται με την παραμονή προς την φαινομενικά σταθερή ορθορομβική κρυσταλλική φάση GaΟ(OH)(γάλλιο οξείδιο-υδροξείδιο), η οποία είναι κάπως λιγότερο διαλυτή σε ουδέτερο διάλυμα από το Ga(OH)₃ :

GaO(OH) + H₂O $\rightleftharpoons$ Ga³⁺ + 3OH_- (pK = 39,1)

αλλά σαφώς διαλυτή σε αλκαλικά διαλύματα με το σχηματισμό γαλλικών αλάτων :

GaO(OH) + H₂O + OH- $\rightleftharpoons$ Ga(OH)₄^- (pK = 0,33)

Το GaO(OH) μπορεί να παρασκευαστεί και από τη θέρμανση του Ga(OH)₃ στους 100°C ή με θέρμανση Ga με νερό σε αυτόκλειστο στους 200°C

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.

Υδρίδια

Μοντέλο του μορίου Ga₂H₆

Γαλλάνια, [GaH₃]_n. Από πολλές απόψεις, η χημεία των γαλλανίων προσομοιάζει περισσότερο με τη χημεία των βορανίων (B_nH_n+4, B_nH_n+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).
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. 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. 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).
Το τριγαλλάνιο, Ga₃H₉ έχει μελετηθεί μόνο με θεωρητικές υπολογιστικές μεθόδους.

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 .

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.

Kομμάτι από ενιαίο κρύσταλλο GaN, μήκους ~ 3 mm

GaN. Το άχρωμο 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. Έχει πυκνότητα 6,15 g/cm³ που είναι η μεγαλύτερη από τις ενώσεις του Ga με τα στοιχεία της 15ης ομάδας. Μαζί με το GaAs αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 99 % του γαλλίου που καταναλώνεται στις Η.Π.Α. Χρησιμοποιείται για να κατασκευή διόδων λέιζερ και LED. 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.

GaP. Το κίτρινο 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). Έχει πυκνότητα 4,138 g/cm³, σκληρότητα 5 και όταν εμφυτευθεί θείο ή τελλούριο σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις 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.

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

GaAs. Το σκουρόχρωμο 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. Έχει σκληρότητα 4-5 της κλίμακας Mohs, πυκνότητα 5,317 g/cm³ και χρησιμοποιείται για να κατασκευή οπτοηλεκτρονικών συσκευών (δίοδοι λέιζερ, LED, φωτοανιχνευτές και ηλιακά κύτταρα) και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αποτελεί το σημαντικότερο εμπορικό III-V ημιαγωγό παγκοσμίως, πολυτιμότερο ακόμα και από το πυρίτιο για ηλεκτρονικά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας.

GaSb. Το σκουρόχρωμο 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). Έχει πυκνότητα 5,61 g/cm³, σκληρότητα 4,5 και 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.

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. Είναι p-ημιαγωγοί τύπου III-IV και χρησιμοποιούνται σε διόδους λέιζερ και φωτοβολταϊκά.

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) .

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. Σε υδατικά διαλύματα όλα αποσυνθέτονται προς μεταλλικό Ga και αντίστοιχη ένωση Ga(III).

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). 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. 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. Το GaCl₃ σε πολύ ξηρή κατάσταση χρησιμοποιείται σε ημιαγωγούς και σε εφαρμογές που απαιτούν ενώσεις υψηλής καθαρότητας.

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. 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. Παρασκευάζονται με ηλεκτρόλυση μεταλλικού γαλλίου μέσα σε ισχυρό οξύ

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, Cr₂O₇^2-, και ανταποκρίνεται περισσότερο στον τύπο Ga^IGa^III₂Cl₇. Τα Ga₂Br₃ και Ga₂I₃ έχουν δομές Ga^I₂ Ga^II₂Br₆ and Ga^I₂ Ga^II₂I₆ αντίστοιχα και περιέχουν δεσμούς Ga-Ga όπου το γάλλιο έχει αριθμό οξείδωσης +2.

Σύμπλοκα

Το γάλλιο εμφανίζει αριθμούς συναρμογής από 1 έως 6 με πιο συνηθισμένους το 4 και το 6.

Το GaCl₃ και το GaBr₃ σχηματίζουν σύμπλοκα ιόντα αλλά με αριθμούς συναρμογής 4, 5 ή 6 : [GaCl₆]^3-, [GaBr₆]^3—, [GaCl₅]^2—, [GaCl₄]^— και [GaBr₄]^— οπότε έτσι δημιουργούνται και ενώσεις της μορφής L·GaX₃ με L = ουδέτερη βάση κατά Lewis και X = Cl, Br.

Το χηλικό σύμπλοκο με EDTA, Ga(EDTA)⁻ γίνεται πάντα με αναλογία 1:1 ανεξάρτητα από το φορτίο του μετάλλου. Χρησιμοποιείται για δέσμευση ιόντων σε κονσερβοποιημένα τρόφιμα και ως αντίδοτο σε δηλητηριάσεις από Pb²⁺

Κράματα και διμεταλλικές ενώσεις

Κράμα galinstan από σπασμένο θερμόμετρο πάνω σε γυαλί

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 που περιέχουν πάνω από 90 % Ga (το κράμα με In περιέχει 76 % Ga) και λιώνουν σε θερμοκρασίες μικρότερες των 30°C. Αναφέρονται πολλές διμεταλλικές ενώσεις του γαλλίου της μορφής M_xGa_y 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.

Από τη δεκαετία του 1980 έχουν παρασκευαστεί και μελετηθεί διάφορα κράματα του γαλλίου με τα άλλα στοιχεία της ίδιας ομάδας του περιοδικού πίνακα, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως ως ημιαγωγοί. Οι ενώσεις αυτές αποδίδονται με μη στοιχειομετρικούς τύπους και περιέχουν επίσης και κάποιο αμέταλλο όπως αρσενικό, αντιμόνιο, φωσφόρο. Παραδείγματα : Ga_xIn_1-xAs_ySb_1-y, Ga_xIn_1-xAs, Ga_xIn_1-xP, Ga_xIn_1-xSb, Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y, Al_xGa_1-xAs κ.ά. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των ενώσεων αυτών εξαρτώνται από τις τιμές των παραμέτρων x, y που δεν είναι πάντα ακέραιες πχ. οι πυκνότητες των ενώσεων Ga_0,47In_0,53As_yP_1-y και Ga_0,47In_0,53As_yP_1-y δίνονται από τον τύπο (4,81 + 0,552·y + 0,138·y²) g/cm³ όπου για την πρώτη ένωση είναι y = 0,24 και για τη δεύτερη είναι y = 0,6. Άρα η 1η ένωση γίνεται Ga_0,47In_0,53As_0,24P_0,76 με πυκνότητα d = 4,95 g/cm³ και η 2η γίνεται Ga_0,47In_0,53As_0,6P_0,4 με d = 5,19 g/cm³.

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. 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.

Φάσεις Zintl. Με τον όρο φάσεις Τσιντλ (Zintl phases) χαρακτηρίζεται μια μεγάλη ομάδα ουσιών που αποτελούν, κατά κάποιο τρόπο, τη γέφυρα-μετάβαση μεταξύ ιοντικών και πολυμεταλλικών ενώσεων. Ο όρος εισήχθη για πρώτη φορά από το Γερμανό χημικό Φριτς Λαφς (Fritz Laves, 1906 – 1978) το 1941 σε αναγνώριση του έργου του επίσης Γερμανού χημικού Έντουαρντ Τσιντλ (Eduard Zintl, 1898 – 1941) που είχε αποβιώσει την ίδια χρονιά και τις μελέτησε πρώτος τη δεκαετία του 1930. Οι φάσεις Zintl αποτελούνται από μέταλλο των ομάδων 1η (αλκάλια) και 2η (αλκαλικές γαίες) και ένα ή περισσότερα στοιχεία του τομέα p του περιοδικού πίνακα πχ. NaTl, CaSi₂, NaGe, Ba₄SiAs₄, Ba₃AlSb₃ κ.ά. Είναι ουσίες ιοντικές όπου κατιόν είναι το πλέον ηλεκτροθετικό μέταλλο της ένωσης, εύθρυπτες, ημιαγώγιμες, διαμαγνητικές ή ελαφρά παραμαγνητικές ανάλογα με τη θερμοκρασία . Διακρίνονται γενικά τρεις τυπικές ομάδες φάσεων Zintl : α) με μη-εντοπισμένους δεσμούς, β) με εντοπισμένους δεσμούς όπως πχ. K₃Ga₃As₄ και γ) με διασυνδεδεμένες συστάδες (clusters) όπου έχουν περιγραφεί αρκετές ενώσεις με γάλλιο.

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.
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.

Από το 1980 και μετά, το ενδιαφέρον για τις οργανομεταλλικές ενώσεις του Ga έχει αυξηθεί, κυρίως επειδή αυτές χρησιμοποιούνται ως πρόδρομες ουσίες για να ημιαγωγικά υλικά όπως το GaAs. Έχουν μελετηθεί ενώσεις όπως το τριμεθυλο-γάλλιο, (CH₃)₃Ga (σημείο τήξης -16°C, σημείο βρασμού 56°C) και το τριαιθυλο-γάλλιο (CH₃CH₂)₃Ga που περιέχουν δεσμό Ga-C μήκους 196 pm. Είναι μονομερή και σε διάλυμα και σε αέρια φάση και είναι άχρωμα πυροφορικά υγρά δηλ. αναφλέγονται εύκολα όταν έρθουν σε επαφή με τον αέρα. Παρασκευάζονται από αντιδραστήρια Grignard με αντιδράσεις όπως :

GaBr₃ + 3RMgBr $\longrightarrow$ R₃Ga + 3MgBr₂

GaCl₃ + 3RLi $\longrightarrow$ R₃Ga + 3LiCl

2Ga + 3R₂Hg $\longrightarrow$ 2R₃Ga + 3Hg

Με δότες ηλεκτρονίων (D) σχηματίζουν ενώσεις της μορφής GaR₃·D.

Το υδροξείδιο της μορφής (CH₃)₂GaOH που μπορεί να παρασκευαστεί από υδρόλυση του Ga(CH₃)₃, έχει ελαφρά αλκαλικό χαρακτήρα. Αντιδρά με υδατικά διαλύματα ανόργανων οξέων όπως υπερχλωρικό, θειικό ή νιτρικό και σχηματίζει άλας (CH₃)₃Ga(H₂O)₂⁺ που περιέχει το εφυδατωμένο κατιόν Ga(CH₃)₂⁺.

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. 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.
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. 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. 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.

Εφαρμογές

Το γάλλιο και οι ενώσεις του βρίσκουν πολλές εφαρμογές ιδιαίτερα σε τεχνολογίες αιχμής. Έτσι, το μεταλλικό γάλλιο χρησιμοποιείται σε θερμόμετρα, σε ανιχνευτές ροής ηλιακών νετρίνων, σε κράματα συγκόλλησης και στη δημιουργία "υγρών" κραμάτων, σε οδοντιατρικά κράματα κ.ά. Οι ενώσεις του, κυρίως με N, As, P όπως GaN, GaAs κλπ. χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ως ημιαγωγοί, σε διόδους laser και εκπομπής φωτός (LED), σε στρατιωτικές εφαρμογές, σε φωτοβολταϊκά κ.ά. Πολλά άλατα όπως το γαλλικό νάτριο και σύμπλοκα όπως το μαλτολικό γάλλιο χρησιμοποιούνται στην καταπολέμηση κακοήθων όγκων. Το οξείδιο του γαλλίου χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό καταλυτών στην πετροχημική βιομηχανία.
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 2010, στις Η.Π.Α. περίπου το 64% του γαλλίου που καταναλώθηκε χρησιμοποιήθηκε σε ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs). Σε οπτικοηλεκτρονικές συσκευές, οι οποίες περιλαμβάνουν διόδους λέιζερ, διόδους εκπομπής φωτός (LED), φωτοανιχνευτές και ηλιακά κύτταρα, χρησιμοποιήθηκε το 35 % και το υπόλοιπο 1% χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα και ανάπτυξη, σε κράματα και άλλες εφαρμογές.

Ημιαγωγοί

Μπλε LED βασισμένα σε γάλλιο

Κρύσταλλος GaN

Το μεταλλικό γάλλιο χρησιμοποιείται ευρέως ως πρόσμιξη σε ημιαγωγούς. Το υπερκαθαρό πυρίτιο αλλά και το γερμάνιο μπορούν να "ντοπαριστούν" με γάλλιο για να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα μικροεξαρτήματα στερεάς κατάστασης, όπως τρανζίστορ. Οι πιο κοινές εφαρμογές του γαλλίου είναι με τη μορφή των ημιαγωγών p-τύπου αρσενικούχου και αζωτούχου γαλλίου(ΙΙΙ), GaAs και GaN αντίστοιχα των οποίων η ζήτηση αυξάνεται συνεχώς. Πάνω από το 90 % των εφαρμογών του γαλλίου σε βιομηχανικές χώρες γίνεται μέσω του GaAs. Οι δύο αυτές ενώσεις χρησιμοποιούνται σε αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, σε ενισχυτές για την καλωδιακή τηλεόραση και ασύρματους σταθμούς βάσης επικοινωνιών, σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές, σε δίοδους εκπομπής φωτός (LED), σε δίοδους laser, σε φωτοανιχνευτές, σε ηλιακά κύτταρα αλλα και σε “smartphones” 3ης και 4ης γενιάς τα οποία χρησιμοποιούν τέσσερις φορές περισσότερο GaAs από παλαιότερα κινητά τηλέφωνα. Ήδη αναπτύσσεται νέα γενιά LED με νιτρίδιο γαλλίου-ινδίου, GaInN. Αυτά τα νέα LED λέγεται ότι θα μπορούν να προσφέρουν εξαιρετική φωτεινότητα σε διάφορα χρώματα του φάσματος. Το Σεπτέμβριο του 2009, επιστήμονες στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης κατασκεύασαν υβριδικό μικροτσίπ με GaN-πυρίτιο που αναμένεται να είναι μικρότερο, πιο γρήγορο και πιο αποδοτικό από τους μικροεπεξεργαστές που βασίζονται μόνο στο πυρίτιο. Η αυξημένη ζήτηση σε GaAs και GaN οφείλεται επίσης σε νέες ασύρματες εφαρμογές επικοινωνιών και tablet PC. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα που βασίζονται στο GaAs χρησιμοποιούνται σε πολλές στρατιωτικές εφαρμογές λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, και δεν υπάρχουν ουσιαστικά υποκατάστατα του υλικού αυτού στις εφαρμογές αυτές. Δίοδοι λέιζερ 405 nm από GaN χρησιμοποιούνται ως πηγές ιώδους φωτός για ανάγνωση δίσκων Blu-ray.
Το γάλλιο αποτελεί συστατικό των νέων φωτοβολταϊκών ενώσεων, όπως τα μονοφασικά κράματα χαλκού-ινδίου-γαλλίου-σεληνίου-θείου, Cu(In,Ga)(Se,S)₂, που ανακοινώθηκαν από ερευνητές της Νότιας Αφρικής και των Η.Π.Α. για χρήση σε ηλιακούς συλλέκτες ως εναλλακτική λύση του κρυσταλλικού πυριτίου, του οποίου η προμήθεια είναι προς το παρόν μειωμένη. Αρκετοί δορυφόροι αλλά και οχήματα εξερεύνησης της επιφάνειας του πλανήτη Άρη, χρησιμοποιούν τριπλή επίστρωση GaAs σε ηλιακά κύτταρα από γερμάνιο.

Ανιχνευτές νετρίνων

Πολύ ενδιαφέρουσα από επιστημονικής άποψης εφαρμογή του γαλλίου είναι η χρήση του ισοτόπου ⁷¹Ga σε δύο πειράματα ανίχνευσης της ροής των ηλιακών νετρίνων. Τα δύο πειράματα στηρίζονταν στη μετατροπή του ισοτόπου ⁷¹Ga στο ισότοπο ⁷¹Ge, το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί, σύμφωνα με την αντίδραση : ⁷¹Ga + ν_e → ⁷¹Ge + e^-.

• Στο Παρατηρητήριο Νετρίνων με Γάλλιο στο Grand Sasso, ανατολικά της Ρώμης, το σχέδιο GALLEX συνέλεγε συνεχώς στοιχεία από το 1991 έως το 1997 χρησιμοποιώντας δεξαμενή με 12,2 τόννους ενυδατωμένου γαλλίου. Τον Απρίλιο του 1998 ξεκίνησε νέο σχέδιο παρατήρησης των ηλιακών νετρίνων που διήρκεσε μέχρι τον Ιανουάριο του 2002. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 83 τόννοι διαλύματος GaCl₃-HCl, που περιείχαν 30 τόννους καθαρού Ga, και τοποθετήθηκαν σε τούνελ στο Grand Sasso, περιμένοντας κάποια επιτυχημένη μετατροπή του ⁷¹Ga σε ⁷¹Ge από τη διέλευση των νετρίνων μέσα από τη Γη.
  
• Ένα άλλο πείραμα ανίχνευσης της ροής ηλιακών νετρίνων, με την επωνυμία SAGE (Soviet–American Gallium Experiment, ή μερικές φορές Russian-American Gallium Experiment) ξεκίνησε με τη συνεργασία Ρώσων και Αμερικανών επιστημόνων στο Παρατηρητήριο νετρίνων του Μπακσάν (Baksan) στον Καύκασο της Ρωσίας από το Δεκέμβριο του 1989 και μέχρι τον Ιανουάριο του 2010 συνεχιζόταν κανονικά με ελάχιστες διακοπές. Χρησιμοποιήθηκαν 50 τόνοι λειωμένου ⁷¹Ga μέσα σε 10 αντιδραστήρες και τα άτομα ⁷¹Ge που παράγονταν συγκεντρώνονται σε αέριο μίγμα γερμανίου-ξένου. Τα άτομα ⁷¹Ge στη συνέχεια μετρούνταν ένα-ένα σε μικρό αναλογικό μετρητή καθώς μετατρέπονταν και πάλι σε ⁷¹Ga.

Ιατρικές εφαρμογές

Τα ραδιονουκλίδια του γαλλίου, και ειδικότερα το κιτρικό γάλλιο επισημασμένο με ⁶⁸Ga αλλά και το ⁶⁷Ga, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διάγνωση ασθενειών των οστών αλλά και του εγκεφάλου όπως η ασθένεια Hodgkin, το λέμφωμα και η ενδιάμεση πνευμονοπάθεια. Άλατα γαλλίου, όπως το κιτρικό ή το νιτρικό γάλλιο που περιέχουν ραδιενεργό ισότοπο του γαλλίου, έχουν χρησιμοποιηθεί στην πυρηνική ιατρική απεικόνιση. Αυτή η χρήση, ωστόσο, έχει σε μεγάλο βαθμό αντικατασταθεί από τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων με χρήση της 2-δεοξυ-2-φθορογλυκόζης που περιέχει το ισότοπο ¹⁸F.

Οι θεραπευτικές ιδιότητες του Ga³⁺ έχουν αναγνωριστεί πριν από περίπου 80 χρόνια όταν βρέθηκε ότι το θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία της σύφιλης. Η αποτελεσματικότητα του κατιόντος Ga³⁺ φαίνεται να οφείλεται στο γεγονός ότι λόγω της μεγάλης χημικής ομοιότητας που παρουσιάζει με το κατιόν Fe³⁺, προσκολλάται στα ίδια σημεία του οργανισμού και είναι εξίσου βιοσυμβατό μ' αυτό . Στα επόμενα χρόνια, αποδείχθηκε ότι το ένυδρο νιτρικό γάλλιο(ΙΙΙ), Ga(NO₃)₃·9H₂O, παρά την τοξικότητά του, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αντικαρκινικό φάρμακο για το καρκινοσάρκωμα Walker 256 και για τη λευχαιμία L1210 επειδή το ιόν απορροφάται από τον όγκο μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Το άλας αυτό είναι αποτελεσματικό ακόμα και αν εγχυθεί σε σημείο του σώματος μακριά από τον όγκο. Το νιτρικό ανιόν δε φαίνεται να παίζει ιδιαίτερο ρόλο οπότε το ίδιο αποτελεσματικά είναι και το χλωριούχο (GaCl₃) αλλά και το θειικό γάλλιο(ΙΙΙ) (Ga₂(SO₄)₃). Το Ga(NO₃)₃ επίσης μπορεί να αντιστρέψει τον εκφυλισμό των οστών ή/και τον καρκίνο, την υπερασβεστιαιμία, την οστεοπόρωση και το σύνδρομο Paget. Στην περίπτωση θεραπευτικής δράσης, το γάλλιο σταματά την οστική απορρόφηση, ομαλοποιεί τα επίπεδα ασβεστίου, προσθέτει οστική μάζα και σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα.

Μια άλλη ένωση του γαλλίου που χρησιμοποιείται για θεραπευτικούς σκοπούς είναι το σύμπλοκο με τρία μόρια μαλτόλης (μαλτολικό γάλλιο), που λαμβάνεται από το στόμα, και σε κλινικές και δοκιμές έδωσε θετικά αποτελέσματα ως πιθανή θεραπεία για διάφορους τύπους καρκίνου, λοιμώδεις νόσους και φλεγμονές. Το μαλτολικό γάλλιο είναι σε θέση να προμηθεύσει γάλλιο με υψηλή βιοδιαθεσιμότητα που είναι πολλές φορές υψηλότερη από εκείνη των αλάτων γαλλίου όπως το νιτρικό ή το χλωριούχο γάλλιο.

Σε οδοντιατρικές εφαρμογές τα κράματα με γάλλιο-παλλάδιο-κασσίτερο δεν υφίστανται χρώση και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή και επισκευή ειδών οδοντικής προσθετικής. Αυτά τα κράματα παρουσιάζουν αρκετά υψηλή θερμοκρασία συγκόλλησης που επιτρέπει την προ-συγκόληση του κράματος χωρίς παραμόρφωση της αποκατάστασης.

Εφαρμογές κραμάτων γαλλίου

• Γρανάτης γαδολινίου-γαλλίου (Gadolinium Gallium Garnet, GGG) με χημικό τύπο Gd₃Ga₅O₁₂ και με εμπορικά ονόματα όπως Galliant ή Diamonique II χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο του διαμαντιού γιατί είναι σχεδόν άχρωμος, έχει υψηλό δείκτη διάθλασης, λάμπει σαν διαμάντι και είναι σκληρός και κατεργάσιμος.
• Κράμα βαναδίου-γαλλίου χρησιμοποιείται στην παρασκευή υπεραγώγιμου μαγνήτη πεδίου 17,5 Τ.
• Ένα κράμα από γάλλιο, ίνδιο, και κασσίτερο, με την εμπορική ονομασία galinstan, χρησιμοποιείται ευρέως σε ιατρικά θερμόμετρα αντικαθιστώντας τον τοξικό υδράργυρο. Αυτό το κράμα έχει σημείο πήξης -20°C.
• Υγρό κράμα Ga-Sn θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μέσο ψύξης των εξαρτημάτων των ηλεκτρονικών υπολογιστών, σε αντικατάσταση του νερού. Το κράμα αυτό απάγει περίπου 65 φορές μεγαλύτερο ποσό θερμότητας από το νερό.
• Πολλά κράματα γαλλίου με στοιχεία της 13ης και 15ης ομάδας του περιοδικού πίνακα χρησιμοποιούνται ευρέως ως ημιαγωγοί. Οι ενώσεις αυτές αποδίδονται με μη στοιχειομετρικούς τύπους όπως πχ. Ga_xIn_1-xAs_ySb_1-y, Ga_xIn_1-xP κ.ά.

Στρατιωτικές εφαρμογές

Οι ενώσεις GaAs ή GaN, λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές εφαρμογές και μάλιστα δεν υπάρχουν επί του παρόντος αποτελεσματικά υποκατάστατα. Για παράδειγμα, στα ραντάρ, τρία ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του GaN το καθιστούν ιδιαίτερα πολύτιμο: πολύ υψηλή αντίσταση εξόδου, ​​καλό υπόστρωμα θερμικής αγωγιμότητας και κατανομή ηλεκτρικού πεδίου που είναι δέκα φορές μεγαλύτερο από αυτό του GaAs. Επιπλέον, μια σειρά από σύγχρονες ενεργές κεραίες που χρησιμοποιούν GaN σε μαχητικά και περιπολικά αεροσκάφη, έχουν το κατάλληλο εύρος ζώνης και την ισχύ για επικοινωνίες και εκτέλεση επίθεσης παρεμβολών. Σ' αυτό το πλαίσιο, η χρήση του GaN είναι ιδιαίτερα σημαντική για την ανάπτυξη των ενισχυτών που έχουν τόσο πολύ υψηλό εύρος ζώνης και μεγάλη ισχύ.

Το γάλλιο είναι επίσης σημαντικό για αμυντικούς σκοπούς, επειδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εξειδικευμένες φωτογραφικές μηχανές που λειτουργούν σε υπεριώδη μήκη κύματος και φωτογραφίζουν εκτοξεύσεις πυραύλων ή εντοπίζουν εργοστάσια παραγωγής βιολογικών όπλων και επειδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ειδικά διαμορφωμένες, συμπαγείς υπέρυθρες κάμερες για τη χρήση σε μη επανδρωμένα οχήματα.

Στο παρελθόν, το γάλλιο είχε χρησιμοποιηθεί στη μηχανική κατεργασία του πλουτωνίου των πυρηνικών όπλων, για τη σταθεροποίηση των αλλοτροπικών μορφών του.

Άλλες εφαρμογές

• Το γάλλιο έχει χρησιμοποιηθεί σε καταλύτες στην πετροχημική βιομηχανία. Η μετατροπή του προπανίου σε βενζολικά παράγωγα (βενζόλιο, τολουόλιο, ξυλόλιο) βελτιώνεται με χρήση ζεολίθων ως καταλύτες που έχουν εμποτιστεί με διάλυμα νιτρικού γαλλίου. Η δραστική ουσία φαίνεται να είναι το οξείδιο του γαλλίου που είναι διάσπαρτο στο ζεόλιθο παρά τα κατιόντα του μετάλλου σε θέση ανταλλαγής.
• Το γαλλικό μαγνήσιο, που περιέχει προσμίξεις όπως Mn²⁺, έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται σε υπεριώδεις ακτίνες που ενεργοποιούνται από σκόνη φωσφόρου.
• Επειδή το γάλλιο μπορεί να υγράνει το γυαλί ή την πορσελάνη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία πολύ λαμπρών καθρεπτών.
• Όταν το γάλλιο προστίθεται σε ποσότητες έως 2 % στο υλικό κοινών συγκολλήσεων, μπορεί να βελτιώσει τα χαρακτηριστικά τους. Χρησιμοποιείται ακόμα ως "κόλλα" πολυτίμων λίθων πάνω σε μεταλλικά κοσμήματα.

Δευτερογενής παραγωγή - Ανακύκλωση γαλλίου

Το γάλλιο που ανακτάται από ανακύκλωση, κυρίως από το GaAs και από τα απόβλητα που προκύπτουν από την υγρή φάση της επιταξίας, αποτελεί σημαντική πηγή του μετάλλου και μπορεί να αποτελεί μέχρι και το μισό της προσφοράς στην παγκόσμια αγορά. Η ανακύκλωση μπορεί να γίνει είτε από τα κατάλοιπα της παραγωγής νέων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είτε μετά το τέλος της ζωής χρησιμοποιημένων συσκευών. Από μια ράβδο GaAs μόνο το 15 % καταστρέφεται κατά τη χρήση· το υπόλοιπο 85 % μπορεί να ανακυκλωθεί. Ωστόσο, ειδικοί εκτιμούν ότι είναι σχεδόν αδύνατο να αυξηθούν οι ανακυκλούμενες ποσότητες επειδή, λόγω της αξίας του Ga και της τοξικότητας του As, αυτές έχουν ήδη βελτιστοποιηθεί.
Όπως ήδη αναφέρθηκε, οι χώρες που ανακυκλώνουν γάλλιο είναι ο Καναδάς, οι Η.Π.Α., η Ιαπωνία, η Μεγάλη Βρετανία και η Γερμανία. Είναι πιθανό όμως ότι γίνεται σημαντική ανακύκλωσης και στην Κίνα.

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. 
• 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. 
• 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. 
• 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. 

Δείτε επίσης

• Γαλλίτης
• Βόριο
• Αργίλιο
• Ίνδιο
• Θάλλιο

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Theodore Gray : Elements Display
• Mineral Species containing Gallium (Ga)
• Library of Inorganic Structures : Ga
• Pictures of Gallium, its minerals and applications
• High-resolution photographs of molten gallium, gallium crystals and gallium ingots under Creative Commons licence
• Pure Gallium crystals ~99,9999% picture in the element collection from Heinrich Pniok
• Κουτάλι από γάλλιο που λειώνει στο νερό
• Aluminum Corporation of China (CHINALCO)
• Recapture Metals Limited, Germany
• Dowa Holdings, Japan