Il gallio è un metallo morbido e argenteo utilizzato principalmente nei circuiti elettronici, nei semiconduttori e nei diodi emettitori di luce (LED). È anche utile in termometri ad alta temperatura, barometri, prodotti farmaceutici e test di medicina nucleare. L’elemento non ha valore biologico noto.

Elemento naturale

In natura, il gallio non si trova mai come elemento libero e non può essere trovato in quantità sostanziale in alcun minerale. Piuttosto, esiste in tracce in vari composti, tra cui minerali di zinco e bauxite. In peso, il gallio costituisce circa 0.0019 per cento della crosta terrestre, secondo PeriodicTable.com. È facilmente ottenuto dalla fusione, tuttavia, e la maggior parte del gallio commerciale viene estratto come sottoprodotto della produzione di alluminio e zinco, secondo Chemicool. I maggiori produttori di gallio sono Australia, Russia, Francia e Germania.

Solo i fatti

• numero Atomico (numero di protoni nel nucleo): 31
• simbolo Atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Ga
• peso Atomico (media massa dell’atomo): 69.723
• Densità: 5.91 grammi per centimetro cubo
• Fase a temperatura ambiente: tinta
• punto di Fusione: gradi 85.57 gradi Fahrenheit (29.76 gradi Celsius)
• punto di Ebollizione: 3,999 F (2,204 C)
• Numero di isotopi (atomi di uno stesso elemento con diverso numero di neutroni): 24, di cui la metà-vita sono noti
• la Maggior parte dei comuni isotopi: Due stabili Ga-69 (abbondanza naturale del 60,1 per cento) e Ga-71 (abbondanza naturale del 39,9 per cento).

Un unico metallo

Sulla tavola periodica degli elementi, il gallio è stato raggruppato in Boro famiglia (gruppo 13), che comprende il semi-metallo boro (B) e i metalli, l’alluminio (Al), gallio, indio (In) e tallio (Tl), secondo la Chimica LibreTexts. Tutti e cinque questi elementi hanno tre elettroni nel loro livello di energia esterna.

Il gallio è un metallo post-transizione. Questi sono elementi metallici situati tra i metalli di transizione e i metalloidi (non metalli) sulla tavola periodica. I metalli post-transizione hanno alcuni dei tratti dei metalli di transizione, ma tendono ad essere più morbidi e condurre più male. I metalli post-transizione includono alcuni degli elementi della famiglia del boro-alluminio, indio e tallio — ma anche stagno (Sn), piombo (Pb) e bismuto (Bi).

Gallio ha alcune qualità molto uniche. Ad esempio, anche se è un solido a temperatura ambiente (circa 77 F/ 22 C), è ancora così morbido che potresti tagliarlo con un coltello. Inoltre, ha un basso punto di fusione di 85,57 F (29.76 C) – meno di 10 gradi sopra la temperatura ambiente-quindi se dovessi raccogliere un pezzo di gallio, si scioglierebbe letteralmente dal calore della tua mano. Quindi se lo rimetti giù, si solidificherebbe di nuovo.

Anche con un punto di fusione così basso, il punto di ebollizione del gallio è piuttosto alto a 3,999 F (2,204 C), dandogli uno dei maggiori rapporti tra punto di fusione e punto di ebollizione di qualsiasi elemento. A basse temperature, il gallio è un solido fragile che si rompe abbastanza facilmente, e simile al vetro, si frantuma conchoidalmente (non segue piani naturali di separazione).

Utilizza

Il gallio è utilizzato principalmente nell’elettronica. Infatti, circa il 95 per cento di tutto il gallio prodotto viene utilizzato per fare arseniuro di gallio (GaAs), un composto utilizzato in circuiti a microonde e infrarossi, semiconduttori e LED blu e viola, secondo chimica spiegato. L’arseniuro di gallio può produrre luce laser direttamente dall’elettricità e viene utilizzato nei pannelli solari, compresi quelli sul Mars Exploration Rover. Il nitruro di gallio composto (GaN) è utilizzato come semiconduttore nella tecnologia Blu-ray, telefoni cellulari e sensori di pressione per interruttori tattili.

Gallio legami facilmente con la maggior parte dei metalli ed è comunemente usato per fare leghe a basso punto di fusione. È uno dei quattro metalli (tra cui mercurio, rubidio e cesio) che sono liquidi a temperatura ambiente o vicino. Di questi quattro metalli, il gallio è il meno reattivo e meno tossico, rendendolo la scelta più sicura ed ecologica per termometri ad alta temperatura, barometri, sistemi di trasferimento di calore e dispositivi di raffreddamento e riscaldamento.

Il gallio liquido può essere piuttosto difficile da lavorare, tuttavia, poiché si aggrappa al vetro, alla pelle e alla maggior parte degli altri materiali (eccetto grafite, quarzo e Teflon). Si espande anche quando si blocca in modo che non possa essere conservato in contenitori di vetro.

Il gallio è anche usato in alcuni prodotti farmaceutici e radiofarmaci. Ad esempio, l’isotopo radioattivo Ga-67 viene utilizzato come test di medicina nucleare per cercare infiammazione, infezione o cancro nel corpo.

Il nitrato di gallio è usato in molti prodotti farmaceutici e come trattamento per l’ipercalcemia, una malattia che può portare alla crescita di tumori ossei. Il gallio inoltre è stato suggerito come trattamento per cancro, la malattia infettiva e la malattia infiammatoria. Tuttavia, l’esposizione a grandi quantità di gallio può causare irritazione alla gola o al torace, e i fumi possono portare ad alcune condizioni gravi, secondo LibreTexts chimica.

Scoperta

Prima che il gallio fosse scoperto, fu predetto dal chimico e inventore russo Dimitri Mendeleev, il creatore della tavola periodica degli elementi. Ha chiamato l’elemento mancante eka-alluminio perché sapeva che sarebbe andato sotto l’alluminio sulla tavola periodica nella casella 31, secondo Chemicool.

L’elemento fu scoperto per la prima volta dal chimico francese Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran nel 1875, che aveva studiato gli spettri degli elementi chimici per 15 anni (gli spettri sono le linee prodotte quando gli elementi chimici sono riscaldati), secondo Chemistry Explained. Poiché ogni elemento produce il proprio insieme distintivo di linee, o spettri, questo metodo è stato un modo affidabile per identificare gli elementi.

Lecoq de Boisbaudran si chiedeva se l’elemento 31 potesse essere trovato nei minerali di zinco. Lo zinco, che ha un numero atomico di 30, si trova accanto al gallio sulla tavola periodica. Nel mese di agosto 1875, utilizzando uno spettroscopio, Lecoq de Boisbaudran ha effettivamente trovato un po ‘ di gallio, ma solo in quantità molto piccole. Ha riferito che lo spettro del nuovo elemento era composto da un raggio viola stretto, facilmente visibile, secondo la chimica spiegata.

Più tardi quell’anno, Lecoq de Boisbaudran ottenne gallio puro attraverso l’elettrolisi dell’idrossido di gallio in idrossido di potassio, secondo il Jefferson Lab. Lecoq de Boisbaudran è stato poi dato diverse tonnellate di minerale di zinco dai minatori per la sua ricerca. Da questo minerale, è stato in grado di produrre alcuni grammi di gallio quasi puro, secondo la chimica spiegata. Lecoq de Boisbaudran propose il nome gallio per il nuovo elemento, che deriva dalla parola latina “Gallia”, che significa Francia.

Chi lo sapeva?

• Il gallio liquido non può essere conservato in un contenitore di vetro o metallo perché si espande del 3,1% quando si congela.
• Gallio ha la più grande gamma di liquidi di qualsiasi metallo.
• L’Osservatorio dei neutrini in Italia utilizza grandi quantità di tricloruro di gallio per studiare i neutrini solari prodotti nel sole. I neutrini sono particelle create nel primo secondo dell’universo — anche prima degli atomi — e vengono continuamente prodotte attraverso reazioni nucleari del sole e di altre stelle, secondo l’Università del Wisconsin-Madison.
• Nella sua forma più pura estratta, il gallio è un vibrante colore argento. Come solido, è blu-grigio.
• Un altro tratto insolito del gallio è che può essere supercooled abbastanza facilmente. Il supercooling è il raffreddamento di una sostanza al di sotto del suo punto di congelamento senza trasformarlo in un solido.
• Circa il 95 per cento del consumo di gallio è nel settore dell’elettronica, secondo LibreTexts. Arseniuro di gallio e nitruro di gallio rappresentano circa il 98% del consumo di gallio negli Stati Uniti.
• Il gallio è stato utilizzato nelle bombe nucleari per stabilizzare la struttura cristallina.
• Quando dipinto su vetro, gallio si trasforma in uno specchio brillante.
• Il punto di ebollizione del gallio è più di otto volte superiore al suo punto di fusione sulla scala assoluta — il più grande rapporto tra punto di fusione e punto di ebollizione di qualsiasi elemento.