Gallium on pehmeä, hopeanhohtoinen metalli, jota käytetään pääasiassa elektronisissa piireissä, puolijohteissa ja valodiodeissa (LEDit). Se on hyödyllinen myös korkean lämpötilan lämpömittareissa, ilmapuntareissa, lääke-ja isotooppilääketesteissä. Alkuaineella ei ole tunnettua biologista arvoa.

Luonnonalkuaine

luonnossa galliumia ei koskaan esiinny vapaana alkuaineena, eikä sitä löydy merkittäviä määriä yhdestäkään mineraalista. Sen sijaan sitä esiintyy pieninä määrinä erilaisissa yhdisteissä, kuten sinkkimalmeissa ja bauksiitissa. Painon mukaan galliumia on noin 0.0019 prosenttia maankuoren mukaan PeriodicTable.com. sitä saadaan kuitenkin helposti sulattamalla, ja suurin osa kaupallisesta galliumista uutetaan alumiinin ja sinkin tuotannon sivutuotteena Chemicoolin mukaan. Galliumin suurimmat tuottajat ovat Australia, venäjä, ranska ja Saksa.

vain faktat

• atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä): 31
• Atomisymboli (alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä): Ga
• atomipaino (atomin keskimääräinen massa): 69,723
• tiheys: 5,91 grammaa kuutiosenttimetrissä
• vaihe huoneenlämmössä: Kiinteä
• sulamispiste: asteita 85,57 Fahrenheit (29,76 celsiusastetta)
• Kiehumispiste: 3,999 F (2,204 C)
• isotooppien lukumäärä (saman alkuaineen atomeja eri määrä neutroneja): 24 joiden puoliintumisajat tunnetaan
• yleisimmät isotoopit: kaksi stabiilia Ga-69 (luonnollinen runsaus 60,1 prosenttia) ja Ga-71 (luonnollinen runsaus 39,9 prosenttia).

ainutlaatuinen metalli

alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä gallium on ryhmitelty Booriperheeseen (ryhmä 13), johon kuuluvat puolimetallibori (B) ja metallit alumiini (Al), gallium, indium (in) ja tallium (Tl) kemian Libretekstien mukaan. Kaikilla näillä viidellä alkuaineella on kolme elektronia uloimmalla energiatasollaan.

Gallium on siirtymämetalli. Nämä ovat metallisia alkuaineita, jotka sijaitsevat jaksollisen järjestelmän siirtymämetallien ja metalloidien (epämetallien) välissä. Siirtymämetalleilla on joitakin siirtymämetallien piirteitä, mutta ne ovat yleensä pehmeämpiä ja käyttäytyvät huonommin. Siirtymän jälkeisiin metalleihin kuuluvat eräät Booriperheen alkuaineet — alumiini, indium ja tallium — mutta myös tina (Sn), lyijy (Pb) ja vismutti (Bi).

Galliumilla on joitakin hyvin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Vaikka se on esimerkiksi huoneenlämmössä kiinteää (noin 77 F / 22 C), se on silti niin pehmeää, että sitä voisi leikata veitsellä. Lisäksi sillä on alhainen sulamispiste 85,57 F (29.76 C) — alle 10 astetta huoneenlämmön yläpuolella-joten jos ottaisit galliumkimpaleen, se kirjaimellisesti sulaisi kätesi lämmöstä. Jos lasket sen takaisin alas, se jähmettyy uudelleen.

näinkin matalalla sulamispisteellä galliumin kiehumispiste on melko korkea 3,999 F (2,204 C), mikä antaa sille yhden suurimmista minkä tahansa alkuaineen sulamispisteen ja kiehumispisteen välisistä suhteista. Alhaisissa lämpötiloissa gallium on hauras kiinteä aine, joka hajoaa melko helposti, ja lasin tapaan se hajoaa kotiloksi (ei noudata luonnollisia erotustasoja).

käyttää

galliumia käytetään pääasiassa elektroniikassa. Itse asiassa noin 95 prosenttia kaikesta tuotetusta galliumista käytetään galliumarsenidin (GaAs) valmistamiseen, jota käytetään mikro-ja infrapunapiireissä, puolijohteissa sekä sinisissä ja violeteissa LEDeissä kemian selitysten mukaan. Galliumarsenidi pystyy tuottamaan laservaloa suoraan sähköstä ja sitä käytetään muun muassa Mars Exploration Mönkijän aurinkopaneeleissa. Yhdistettä galliumnitridi (GaN) käytetään Puolijohteena Blu-ray-tekniikassa, matkapuhelimissa ja painesensoreissa kosketuskytkimissä.

Galliumsidokset helposti useimpien metallien kanssa ja sitä käytetään yleisesti heikosti sulavien seosten valmistukseen. Se on yksi neljästä metallista (muun muassa elohopea, rubidium ja cesium), jotka ovat huoneenlämmössä tai sen lähellä nestemäisiä. Näistä neljästä metallista gallium on vähiten reaktiivinen ja vähiten myrkyllinen, joten se on turvallisin ja ympäristöystävällisin valinta korkean lämpötilan lämpömittareihin, ilmapuntareihin, lämmönsiirtojärjestelmiin sekä jäähdytys-ja lämmityslaitteisiin.

nestemäistä galliumia voi kuitenkin olla melko vaikea työstää, sillä se takertuu lasiin, ihoon ja useimpiin muihin materiaaleihin (lukuun ottamatta grafiittia, kvartsia ja teflonia). Se myös laajenee jäätyessään, joten sitä ei voi säilyttää lasiastioissa.

galliumia käytetään myös eräissä lääkkeissä ja radiofarmaseuttisissa lääkkeissä. Esimerkiksi radioaktiivista isotooppia Ga-67 käytetään isotooppilääketestinä elimistön tulehduksen, infektion tai syövän etsimiseen.

Galliumnitraattia käytetään monissa lääkeaineissa ja hoitona hyperkalsemiaan, joka voi johtaa luukasvainten kasvuun. Galliumia on ehdotettu myös syövän, tartuntatautien ja tulehdussairauksien hoitoon. Kuitenkin altistuminen suurille määrille galliumia voi aiheuttaa kurkun tai rintakehän ärsytystä, ja höyryt voivat johtaa joihinkin vakaviin olosuhteisiin, mukaan Chemistry LibreTexts.

löydön

ennen galliumin löytymistä sen ennusti venäläinen kemisti ja keksijä Dimitri Mendelejev, alkuaineiden jaksollisen järjestelmän luoja. Hän nimesi puuttuvan alkuaineen eka-alumiiniksi, koska tiesi sen menevän alumiinin alapuolelle jaksollisessa järjestelmässä laatikossa 31, chemicool-sivuston mukaan.

alkuaineen löysi ensimmäisenä ranskalainen kemisti Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran vuonna 1875, joka oli tutkinut alkuaineiden spektrejä 15 vuoden ajan (spektrit ovat alkuaineiden kuumentamisen yhteydessä syntyneitä viivoja) kemian selityksen mukaan. Koska jokainen alkuaine tuottaa omat erottuvat viivansa eli spektrinsä, tämä menetelmä oli luotettava tapa tunnistaa alkuaineet.

Lecoq de Boisbaudran pohti, löytyisikö sinkkimalmeista alkuainetta 31. Sinkki, jonka järjestysluku on 30, istuu galliumin vieressä jaksollisessa järjestelmässä. Elokuussa 1875 Lecoq de Boisbaudran löysi spektroskoopin avulla jonkin verran galliumia, mutta vain hyvin pieniä määriä. Hän kertoi, että uuden alkuaineen spektri koostui kapeasta, helposti näkyvästä violetista säteestä kemian selityksen mukaan.

myöhemmin samana vuonna Lecoq de Boisbaudran sai Jeffersonin laboratorion mukaan puhdasta galliumia galliumhydroksidin elektrolyysillä kaliumhydroksidissa. Tämän jälkeen Lecoq de Boisbaudran sai kaivostyöläisiltä useita tonneja sinkkimalmia tutkimuksiaan varten. Tästä malmista hän pystyi kemian selitysten mukaan tuottamaan muutaman gramman lähes puhdasta galliumia. Lecoq de Boisbaudran ehdotti uudelle alkuaineelle nimeä gallium, joka tulee latinan Ranskaa tarkoittavasta sanasta ”Gallia”.

Kuka tiesi?

• nestemäistä galliumia ei voi säilyttää lasi-tai metalliastiassa, koska se laajenee jäätyessään 3,1 prosenttia.
• Galliumilla on kaikista metalleista suurin nestealue.
• Italian neutriino-observatorio käyttää suuria määriä galliumtrikloridia auringossa tuotettujen auringon neutriinojen tutkimiseen. Neutriinot ovat Wisconsin — Madisonin yliopiston mukaan hiukkasia, jotka syntyvät maailmankaikkeuden ensimmäisellä sekunnilla — jo ennen atomeja-ja joita syntyy jatkuvasti auringon ja muiden tähtien ydinreaktioissa.
• puhtaimmillaan gallium on elinvoimainen hopeanvärinen. Kiinteänä se on siniharmaa.
• toinen galliumin epätavallinen piirre on se, että se voi ylijäähtyä melko helposti. Alijäähtyminen on aineen jäähtymistä jäätymispisteensä alapuolelle muuttamatta sitä kiinteäksi.
• noin 95 prosenttia galliumin kulutuksesta on libretekstien mukaan elektroniikkateollisuudessa. Galliumarsenidi ja galliumnitridi muodostavat noin 98% galliumin kulutuksesta Yhdysvalloissa.
• galliumia on käytetty ydinpommeissa vakauttamaan kiderakennetta.
• lasiin maalattuna gallium muuttuu kiiltäväksi peiliksi.
• galliumin kiehumispiste on yli kahdeksan kertaa suurempi kuin sen sulamispiste absoluuttisella asteikolla — suurin minkä tahansa alkuaineen sulamispisteen ja kiehumispisteen suhde.