Propriétés de Galio, structure, obtenez, utilise

Il gallium C'est un élément métallique qui est représenté par le symbole GA et qui appartient au groupe 13 du tableau périodique. Chimiquement, il ressemble à de l'aluminium dans son amphotérisme; Cependant, les deux métaux finissent par présenter des propriétés qui les rendent différenciables les uns des autres.

Par exemple, les alliages en aluminium peuvent fonctionner pour leur donner toutes sortes de chiffres; tandis que ceux du gallium ont des points de fusion très faibles, composés de liquides d'argent. De même, le point de fusion du gallium est inférieur à celui de l'aluminium; La première peut fondre par la chaleur de la main, tandis que la seconde ne.

Cristaux de gallium obtenus par dépôt. Source: Maxim Bilovitskiy [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)]

La similitude chimique entre la Gaule et l'aluminium les regroupe également géochimiquement; c'est-à-dire que les minéraux ou l'aluminium riche, comme les bauxites, ont des concentrations de gallium estimables. En dehors de cette source minéralogique, il y a d'autres zincs, plombs et carbone, largement diffusés dans toute la croûte terrestre.

Le gallium populaire n'est pas un métal bien connu. Son simple nom peut évoquer l'image d'un coq à l'esprit. En fait, les représentations graphiques et générales du gallium se trouvent généralement avec l'image d'un coq en argent; Peint avec du gallium liquide, substance d'un grand mouillage sur le verre, de la céramique et de la même main.

Les expériences dans lesquelles des pièces de gallium métallique sont fondues sont fréquentes, ainsi que la manipulation de son liquide et sa tendance à tacher tout ce qu'il touche.

Bien que le gallium ne soit pas toxique, comme le mercure, c'est un agent destructeur en métal, car ils les rend fragiles et inutilisables (en premier lieu). D'un autre côté, intervenir pharmacologiquement dans les processus où les matrices biologiques utilisent le fer.

Pour ceux qui sont dans le monde de l'optoléctronique et des semi-conducteurs, ils auront le gallium en haute estime, comparable et, peut-être, supérieur au même silicium. D'un autre côté, des thermomètres, des miroirs et des objets basés sur leurs alliages ont été fabriqués avec le gallic.

Chimiquement, ce métal a encore beaucoup à offrir; Peut-être dans le domaine de la catalyse, de l'énergie nucléaire, dans le développement de nouveaux matériaux semi-conducteurs, ou "simplement" dans la clarification de sa structure déroutante et complexe.

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Histoire

Prédictions de son existence

En 1871, le chimiste russe Dmitri Mendeleev avait déjà prédit l'existence d'un élément dont les propriétés ressemblaient à celles de l'aluminium; à quoi, il a nommé Ekaluminio. Cet élément doit être situé juste en dessous de l'aluminium. Mendeleev a également prédit les propriétés (densité, point de fusion, formules de ses oxydes, etc.) de l'ekaluminio.

Découverte et isolement

Étonnamment, quatre ans plus tard, le chimiste français Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran, avait trouvé un nouvel élément dans un échantillon de sphalerite (zinc mélange), des Pyrénées. Il pouvait le découvrir grâce à une analyse spectroscopique, dans laquelle il a observé le spectre de deux lignes violet qui ne coïncident pas avec celle d'un autre élément.

Après avoir découvert un nouvel élément, Lecoq a mené des expériences sur 430 kg de sphalérite, à partir de laquelle il a pu isoler 0,65 gramme de cela; Et après une série de mesures de ses propriétés physiques et chimiques, il est arrivé à la conclusion que c'était les Ekaluminos de Mendeleev.

Pour l'isoler, LECOQ a effectué l'électrolyse de son hydroxyde respectif dans l'hydroxyde de potassium; probablement la même chose avec laquelle il a dissous le spheny. En certifiant que c'était l'Ekaluminio, et pour être aussi son découvreur, il lui a donné le nom de 'Galio' (Galium en anglais). Ce nom dérive du nom «Gallia», qui en latin signifie la France.

Cependant, le nom présente une autre curiosité: «Lecoq» en français signifie «gallo», et en latin «gallus». Étant un métal, «Gallus» est devenu «gallium»; Bien qu'en espagnol la conversion soit beaucoup plus directe. Ainsi, ce n'est pas un hasard si vous pensez à un coq lorsque vous parlez du gallic.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence et caractéristiques physiques

Le gallium est un métal argenté de surface vitreuse, des toilettes, avec une saveur astringente. Son solide est doux et cassant, et quand il se fracture, il le fait de manière concoïdale; c'est-à-dire que les pièces formées sont incurvées, similaires aux coquilles de mer.

Quand il fond, selon l'angle avec lequel il a observé, il peut montrer une luminosité bleuâtre. Ce liquide en argent n'est pas toxique au contact; Cependant, il «s'accroche» trop aux surfaces, surtout si ce sont de la céramique ou du verre. Par exemple, une seule goutte de gallium peut imprégner l'intérieur d'un verre en verre pour le recouvrir d'un miroir en argent.

Si un fragment solide de celui-ci est déposé dans le liquide, il sert de noyau où les cristaux de gallium de routage se développent et se développent.

Numéro atomique (z)

31 (₃₁Géorgie)

Masse molaire

69 723 g / mol

Point de fusion

29 7646 ºC. Cette température peut être atteinte si un verre de gallium est maintenu entre les deux mains pour fondre.

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Point d'ébullition

2400 ºC. Notez le grand écart entre 29,7 ºC et 2400 ° C; C'est-à-dire que le gallium fluide a une très faible pression de vapeur, et cela est fait par l'un des éléments avec la plus grande différence de température entre l'état liquide et gazeux.

Densité

-À température ambiante: 5,91 g / cm³

-Au point de fusion: 6 095 g / cm³

Notez que la même chose se produit avec le gallium qu'avec l'eau: la densité de son liquide est supérieure à celle de son solide. Par conséquent, leurs cristaux flotteront sur le gallium liquide (gallium icebergs). En fait, l'expansion du volume solide (trois fois) est telle, ce qui n'est pas pratique pour stocker le gallium fluide dans des conteneurs qui ne sont pas des plastiques.

Chaleur de fusion

5,59 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

256 kJ / mol

Capacité thermique molaire

25,86 J / (mol · k)

La pression de vapeur

À 1037 ºC juste votre liquide exerce une pression de 1 pa.

Électronégativité

1.81 sur l'échelle Pauling

Énergies d'ionisation

-Premièrement: 578,8 kJ / mol (GA⁺ gazeux)

-Deuxième: 1979.3 kJ / mol (GA²⁺ gazeux)

-Troisième: 2963 kJ / mol (GA³⁺ gazeux)

Conductivité thermique

40,6 w / (m · k)

Résistivité électrique

270 nΩ · m à 20 ºC

Dureté mohs

1.5

Gelée

1 819 cp à 32 ºC

Tension superficielle

709 Dins / cm A 30 ºC

Anfotérisme

Comme l'aluminium, le gallium est amphotérique; réagit avec les acides et les bases. Par exemple, de forts acides peuvent le dissoudre pour former les ventes de Gaule (III); S'ils sont h₂Swin₄ et HNO₃, Ils produisent GA₂(SW₄)₃ et a gagné₃)₃, respectivement. Alors que lorsque vous réagissez avec des bases fortes, il y a des sels de Galate, avec l'ion ga (OH)₄^-.

Notez la similitude entre le GA (OH)₄^- Et le (oh)₄^- (Aluminate). Si l'hydroxyde de gallium (III), Ga (OH) est ajouté à l'environnement, est formé₃, qui est également amphotérique; Lorsque vous réagissez avec de fortes bases, Ga (OH) produit à nouveau₄^-, Mais s'il réagit avec des acides forts, il libère l'ACU complexe₂)₆]]³⁺.

Réactivité

Le gallium métallique est relativement inerte à température ambiante. Il ne réagit pas avec l'air, car une fine couche d'oxyde₂SOIT₃, le protège de l'oxygène et du soufre. Cependant, lorsque l'oxydation du métal continue, se transformant complètement en son oxyde. Et s'il y a du soufre présent, à des températures élevées réagissent pour former le GA₂S₃.

Il n'y a pas seulement des oxydes de gallium et des sulfures, mais aussi des phosphures (écart), des arseniuros (GaAs), du nitro (Gan) et des antimoniuros (GASB). Ces composés peuvent provenir d'une réaction directe des éléments à des températures élevées, ou par des voies synthétiques alternatives.

De même, le gallium peut réagir avec les halogènes pour former leurs haluros respectifs; comme GA₂CL₆, Gaf₃ et Ga₂Toi₃.

Ce métal, comme l'aluminium et ses congénères (membres du même groupe 13), peuvent interagir de manière covalente avec les atomes de carbone pour provoquer des composés organométalliques. Dans le cas de ceux qui ont des liens GA-C, ils sont appelés organogals.

Le plus intéressant du gallium n'est pas de ses caractéristiques chimiques précédentes, mais sa facilité énorme avec laquelle il peut être soulevé (similaire à celle du mercure et de son processus d'amalgation). Leurs atomes GA sont "du code" rapidement parmi les cristaux métalliques, qui donne naissance à des alliages de gallium.

Structure et configuration électroniques

Complexité

Le gallium n'est pas seulement inhabituel sur le fait qu'il s'agit d'un métal qui fonde la chaleur de la paume de la main, mais aussi sa structure est complexe et incertaine.

D'une part, il est connu que leurs cristaux adoptent une structure ortorrombique (GA-I) dans des conditions normales; Cependant, ce n'est que l'une des nombreuses phases possibles de ce métal, qui n'est pas spécifié que l'ordre de ses atomes est précis. C'est donc une structure plus complexe que ce qu'il pourrait apparaître à l'œil nu.

Il semble que les résultats varient en fonction de l'angle ou de la direction dans laquelle sa structure (anisotropie) est analysée (anisotropie). De même, ces structures sont très sensibles au moindre changement de température ou de pression, ce qui ne fait pas défini le gallium comme un seul type de cristal au moment de l'interprétation des données.

Dimères

Les atomes GA interagissent les uns avec les autres grâce au lien métallique. Cependant, un certain degré de covalence a été trouvé entre deux atomes voisins, de sorte que l'existence du dimère GA est supposée₂ (Gaga).

En théorie, cette liaison covalente doit être formée par le chevauchement de l'orbitale 4p, avec son seul électron selon la configuration électronique:

[Ar] 3d^dix 4s² 4p¹

Ce mélange d'interactions covalentes-métalliques est attribuée au faible point de fusion du gallium; Car, bien que d'une part, il peut y avoir une «mer d'électrons» qui maintient fortement les atomes GA dans le verre, de l'autre₂, dont les interactions intermoléculaires sont faibles.

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Phases sous haute pression

Lorsque la pression passe de 4 à 6 GPa, les cristaux de gallium subissent des transitions de phase; De l'ortorrombique, il passe au cubique centré sur le corps (GA-II), et à partir de cela, il passe finalement au tétragonal centré sur le corps (GA-III). Dans l'intervalle de presse, un mélange de cristaux se forme peut-être, ce qui rend l'interprétation des structures encore plus difficile.

Nombres d'oxydation

Les électrons les plus énergétiques sont ceux trouvés dans les orbitales 4S et 4P; En ayant trois d'entre eux, il est donc prévu que le gallium puisse les perdre lorsqu'il est combiné avec des éléments plus électronégatifs que lui.

Lorsque cela se produit, l'existence du ga cation est supposée³⁺, Et on dit que son nombre ou son statut d'oxydation est +3 ou GA (III). En fait, c'est le plus courant de tous ses nombres d'oxydation. Les composés suivants, par exemple, possèdent du gallium comme +3: GA₂SOIT₃ (Géorgie₂³⁺SOIT₃^2-), GA₂BR₆ (Géorgie₂³⁺BR₆^-), Li₃Gan₂ (Li₃⁺Géorgie³⁺N₂^3-) et GA₂Thé₃ (Géorgie₂³⁺Thé₃^2-).

Le gallium peut également trouver des nombres d'oxydation de +1 et +2; Bien qu'ils soient beaucoup moins courants que +3 (similaires que cela se produit avec l'aluminium). Les exemples de tels composés sont le GACL (GA⁺CL^-), GA₂Ou (ga₂⁺SOIT^2-) et le gaz (GA²⁺S^2-).

Notez que l'existence d'ions avec des amplitudes de charge identiques au numéro d'oxydation qui est considéré.

Où est-il et obtenez

Un échantillon de minéral gallita, qui est rare mais est le seul à avoir une concentration appréciable de gallium. Source: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le gallium se trouve dans la croûte terrestre avec une abondance proportionnelle à celle des métaux de cobalt, de plomb et de niobium. Il est présenté comme un sulfure ou un oxyde hydraté, largement disséminé comme des impuretés contenues dans d'autres minéraux.

Ses oxydes et sulfures sont peu solubles dans l'eau, de sorte que la concentration du gallium dans les mers et les rivières est faible. De plus, le seul minéral "riche" est le poulet (Cugas₂, image supérieure). Cependant, il n'est pas pratique d'exploiter le poulet pour obtenir ce métal. Moins connu est toujours le minéral Gallium Plumbogumita.

Par conséquent, il n'y a pas de vents idéaux pour ce métal (avec une concentration supérieure à 0,1% en masse).

Au lieu de cela, le gallium est obtenu comme produit secondaire du traitement métallique en métal d'autres métaux. Par exemple, il peut être extrait des bauxites, des mélanges de zinc, des taureaux, des charbons, des galens, des pyrites, des germanitas, etc.; Autrement dit, il est généralement associé à l'aluminium, au zinc, au carbone, au plomb, au fer et au Germanio dans différents corps minéraux.

Chromatographie d'échange d'ions et d'électrolyse

Lorsque la matière première minérale est digérée ou dissoute, soit en moyens fortement acides ou basiques, un mélange d'ions métalliques solubilisés dans l'eau est obtenu. Étant le gallium un produit secondaire, ses ions GA³⁺ Ils restent dissous dans le mélange une fois que les métaux d'intérêt ont précipité.

Ainsi, vous voulez séparer ces ga³⁺ des autres ions, dans le seul but d'augmenter sa concentration et sa pureté du métal résultant.

Pour ce faire, en plus des techniques de précipitations conventionnelles, la chromatographie d'échange d'ions est utilisée en utilisant une résine. Grâce à cette technique, l'AG est séparée (par exemple)³⁺ de Ca²⁺ ou la foi³⁺.

Une fois qu'une solution hautement concentrée d'ions GA a été obtenue³⁺, Il est soumis à une électrolyse; c'est-à-dire le GA³⁺ Recevoir des électrons pour pouvoir se former en métal.

Isotopes

Le gallium est dans la nature principalement en deux isotopes: le ⁶⁹GA, avec une abondance de 60,11%; et le ⁷¹GA, avec une abondance de 39,89%. C'est pour cette raison que le poids atomique du gallium est de 69 723 U. Les autres isotopes de gallium sont synthétiques et radioactifs, avec des masses atomiques oscillant entre ⁵⁶Ga a ⁸⁶Géorgie.

Des risques

Environnement et physique

Du point de vue environnemental, le gallium métallique n'est pas très réactif et soluble dans l'eau, donc leurs déversements en théorie ne représentent pas de graves risques de contamination. De plus, on ne sait pas quel rôle biologique peut avoir dans les organismes, étant la plupart de ses atomes excrétés par l'urine, sans signes de pouvoir s'accumuler dans l'un de ses tissus.

Contrairement au mercure, le gallic peut être manipulé à mains nues. En fait, l'expérience pour essayer de la faire fondre avec la chaleur des mains est assez courante. Une personne peut toucher le liquide d'argent qui en résulte sans craindre de nuire ou de blesser sa peau; Bien qu'il laisse une place en argent dessus.

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Maintenant, l'ingestion pourrait être toxique, car en théorie, elle se dissoudrait dans l'estomac pour générer du gacl₃; Sel gallicien dont les effets corporels sont indépendants du métal.

Dommage aux métaux

Le gallium est caractérisé par une coloration ou un adhérence aux surfaces; Et si ceux-ci sont métalliques, il les traverse et forme instantanément des alliages. Cette caractéristique de pouvoir altérer à presque tous les métaux ne permet pas de renverser le fluide galio sur n'importe quel objet métallique.

Par conséquent, les objets métalliques courent le risque de craquer en morceaux en présence de gallium. Son action peut être si lente et inaperçue qu'elle apporte des surprises indésirables; Surtout, s'il a renversé une chaise en métal, ce qui pourrait tomber quand quelqu'un s'asseyait dedans.

C'est pourquoi ceux qui souhaitent manipuler la Gaule ne devraient jamais le mettre en contact avec d'autres métaux. Par exemple, son liquide est capable de dissoudre le papier d'aluminium, ainsi que de se faufiler dans l'Indien, le fer et les cristaux de l'étain, pour les rendre cassants.

En termes généraux, malgré le nouvellement mentionné.

Applications

Thermomètres

Thermomètres de Galinstan. Source: GelegenheitsAuter [Pub Pubblish]

Le gallium a remplacé le mercure comme liquide pour lire les températures marquées par le thermomètre. Cependant, son point de fusion de 29,7 ºC est toujours élevé pour cette application, c'est pourquoi dans son état métallique, il ne serait pas viable de l'utiliser dans les thermomètres; Au lieu de cela, un alliage appelé Galinstan (Ga-in-SN) est utilisé.

L'alliage de Galinstan a un point de fusion autour de -18 ºC et a ajouté sa toxicité zéro en fait une substance idéale pour la conception de thermomètres médicaux indépendants de mercure. De cette façon, si vous cassez, il serait prudent de nettoyer la catastrophe; Bien qu'il salierait le sol en raison de sa capacité à mouiller les surfaces.

Fabrication de miroirs

Encore une fois, une mention est faite de l'humidité du gallium et de ses alliages. Lorsque vous touchez une surface en porcelaine ou un verre, il se propage sur toute la surface pour le recouvrir complètement dans un miroir en argent.

En plus des miroirs, les alliages de Gallium ont été utilisés pour créer des objets sous toutes les formes, car une fois qu'ils refroidissent, ils se solidifient. Cela pourrait avoir un grand potentiel nanotechnologique: construire des objets de très petites dimensions, qui fonctionneraient logiquement à basse température, et présenteraient des propriétés uniques basées sur le gallium.

Des ordinateurs

À partir des alliages de gallium, les pâtes thermiques utilisées dans des processeurs informatiques ont été développées.

Drogues

Ions GA³⁺ Ils gardent une certaine ressemblance avec la foi³⁺ Dans la façon dont ils interviennent dans les processus métaboliques. Par conséquent, s'il existe une fonction, un parasite ou des bactéries qui nécessitent du fer pour fonctionner, ils peuvent s'arrêter en le confondant par le gallium; Tel est le cas des bactéries pseudomonas.

C'est donc là que les médicaments de gallium apparaissent, qui peuvent simplement consister en leurs sels inorganiques, ou organogal. La Ganita, nom commercial pour le nitrate de gallium, GA (non₃)₃, Il est utilisé pour réguler des concentrations de calcium élevées (hypercalcémie) associées au cancer des os.

Technologique

Gallium arseniuro et nituro. Avec eux, les transistors, les lasers et les émetteurs légers (bleu et violet), les copeaux, les cellules solaires, etc. ont été fabriqués. Par exemple, grâce aux lasers du Gan, vous pouvez lire les disques Blu-ray.

Catalyseurs

Des oxydes de gallium ont été utilisés pour étudier leur catalyse dans différentes réactions organiques de grand intérêt industriel. L'un des catalyseurs galliques les plus récents se compose de son propre liquide, sur lequel les atomes d'autres métaux qui fonctionnent tels que des centres ou des sites actifs sont dispersés.

Par exemple, le catalyseur de Galio-Paladio a été étudié dans la réaction de la déshygénation du butane; c'est-à-dire faire du butane. Ce catalyseur est constitué de gallium liquide agissant comme soutien aux atomes du paladium.

Les références

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