Gallium

Gallium ( ˈgæliəm ) est un élément chimique qui a le GA de symbole et le nombre atomique 31 de . Un métal pauvre , gallium de métallique argenté mou est un solide fragile à de basses températures mais liquéfie légèrement au-dessus de la température ambiante et fondra dans la main. Il se produit dans des traces en bauxite et minerais du zinc . Une application importante est en nitrure de gallium de de composés et arséniure de gallium , utilisé comme semi-conducteur , spécialement dans des diodes électroluminescentes (LED) de .

Caractéristiques notables

Le gallium élémentaire n'est pas trouvé en nature, mais il est facilement obtenu par la fonte . Le métal très pur de gallium a une couleur argentée brillante et son de ruptures en métal de solide conchoidally comme le verre . Le métal de gallium augmente par 3.1 pour cent quand il solidifie, et donc le stockage dans des récipients en verre ou en métal est évité, en raison de la possibilité de rupture de récipient avec la congélation. Le gallium partage l'état liquide de haut-densité avec seulement quelques matériaux comme le germanium , le bismuth , l'antimoine et l'eau .

Le de gallium également attaque la plupart des autres métaux par le répandant dans leur trellis en métal. Le gallium répand par exemple dans les joints de grain d'Al /des alliages ref> de Zn ou de l'acier., les rendant très fragiles. En outre, le métal de gallium allie facilement avec beaucoup de métaux, et a été employé en petite quantité dans le noyau de la première bombe atomique pour aider à stabiliser la structure cristalline de plutonium.

La température du point de fusion de 30°C permet au métal d'être fondu dans sa main. Ce métal a une tendance forte au supercool au-dessous de son point de fusion /de point de congélation , de ce fait rendant nécessaire le seeding afin de solidifier. Le gallium est l'un des métaux (avec du césium , le rubidium , le francium et le mercure ) au lequel sont liquide ou la température ambiante presque normale, et peut donc être employé dans des thermomètres à hautes températures de métal-dans-verre que c'est également notable pour avoir une des gammes liquides les plus étendues pour un métal, et (à la différence du mercure) pour avoir une basse pression de vapeur à températures élevées. À la différence du mercure, le liquide en métal de gallium mouille le verre et la peau de , le rendant mécaniquement plus difficile à manipuler (quoique c'est essentiellement moins toxique et exige loin peu de précautions). Pour cette raison aussi bien que les problèmes de problème et de geler-expansion de contamination en métal remarquables ci-dessus, des échantillons de métal de gallium sont habituellement fournis en paquets de polyéthylène dans d'autres récipients.

Le gallium ne cristallise pas en structures cristallines simple l'un des que la phase stable dans des conditions normales est le orthorhombique avec 8 atomes dans la cellule d'unité conventionnelle . Chaque atome a seulement un voisin le plus proche (à une distance 244 de P. ) et six autres voisins dans 39 additionnels P. Beaucoup des phases métastables d'écurie et sont trouvées comme fonction de la température et de pression.

La liaison entre les voisins les plus proches s'avère de caractère covalent du , par conséquent les dimères de Ga₂ sont vus comme blocs constitutifs fondamentaux du cristal. Le composé avec de l'arsenic , l'arséniure de gallium de est un semi-conducteur utilisé généralement dans des diodes électroluminescentes

Le gallium de grande pureté est attaqué lentement par les acides minéraux

Histoire

Gallium (le latin Gallia signifie le " ; Gaulois, " ; essentiellement moderne France ; et le " latin de moyens du gallus de ; rooster" ;) était le découvert au spectroscope par le Lecoq de Boisbaudran dans le 1875 par son spectre caractéristique (deux lignes violettes ) dans un examen d'une blende de zinc du Pyrénées . Avant sa découverte, la plupart de ses propriétés avaient été prévues et décrites par le Dmitri Mendeleev (qui avaient appelé le " hypothétique d'élément ; " du l'eka-aluminium ;) sur la base de sa position dans sa table périodique . Plus tard, en 1875, Boisbaudran a obtenu le métal libre par l'électrolyse de son hydroxyde dans la solution de l'hydroxyde de potassium . Il a appelé le " d'élément ; gallia" ; après sa terre natale de France . On l'a réclamé plus tard que, dans un de ces le multilingue fait des calembours si aimé des hommes de la science au 19ème siècle tôt, il avait également appelé le gallium après se, en tant que son nom, " ; Lecoq, " ; est le Français pour le " ; le coq , " de ; et le latin pour le " ; rooster" ; est le " ; " du gallus de ; ; cependant, dans 1877 un article Lecoq a nié cette supposition.

Occurrence

Le gallium n'existe pas en forme libre en nature, ni tous les minerais de haut-gallium existent pour servir de source primaire d'extraction de l'élément ou de ses composés. Le gallium est trouvé et extrait comme composant de trace en bauxite , charbon , diaspore , Germanite , et sphalérite . L'étude géologique ( USGC ) des Etats-Unis de estime des réservations de gallium basées sur la concentration de 50 page par minute en poids dans les réservations connues des minerais de bauxite et de zinc. Un certain de la conduite de cheminée époussette de charbon brûlant ont été montrés pour contenir de petites quantités de gallium, en général plus moins de 1 % en poids.

La plupart de gallium est extrait à partir de la solution brute de l'hydroxyde d'aluminium du Bayer de processus pour produire l'alumine et l'aluminium. Une électrolyse de cellules du mercure et l'hydrolyse de l'amalgame avec de l'hydroxyde de sodium mène au gallate de sodium. L'électrolyse donne alors le métal de gallium. Pour l'usage du semi-conducteur , davantage de purification est effectuée using la fusion de zone , ou bien l'extraction de monocristal à partir d'une fonte ( Czochralski de processus).9999% sont par habitude réalisées et commercialement largement - disponible.

Le prix actuel courant du gallium de 1 gramme de la pureté 99.9999% semble être à environ les USA $15.

Applications

Semi-conducteur et industrie électronique. Les applications de semi-conducteur sont la raison principale de la disponibilité commerciale peu coûteuse (des 99.9999+%) métaux extrêmement de grande pureté :
Comme composant de l'arséniure de gallium de de semi-conducteur , la demande la plus commune de gallium est les circuits intégrés analogues avec la deuxième plus grand utilisation étant les dispositifs optoélectroniques du (la plupart du temps diodes lasers et les diodes électroluminescentes .)
Le gallium est appliqué largement comme un dopant aux semi-conducteurs du dopant et produit les dispositifs à semi-conducteur comme les transistors
Le gallium est le composant le plus rare des composés photovoltaïques du nouveau (tels que sulfure de sélénium de gallium d'indium ou Cu de cuivre (dans, GA) (Se, S) ₂, récemment annoncé par les chercheurs sud-africains) pour l'usage dans les panneaux solaires comme alternative au silicium cristallin , qui est actuellement dans l'approvisionnement court.

En tant qu'un mouillage, et agent d'amélioration d'alliage :
Puisque le de gallium mouille le verre ou la porcelaine de , le gallium peut être employé pour créer les miroirs brillants
Le de gallium aisément allie avec la plupart des métaux, et a été employé comme composant en alliages low-melting . Le plutonium utilisé dans les puits d'arme nucléaire de est usiné par l'alliage avec du gallium pour stabiliser les formes allotropiques du plutonium.
Le gallium s'est ajouté dans les quantités jusqu'à 2% en soudures communes de que peut faciliter des caractéristiques de mouillage et d'écoulement.

En tant qu'élément d'un mécanisme de stockage de l'énergie :
L'aluminium est assez réactif pour ramener l'eau à l'hydrogène , étant oxydé à l'oxyde d'aluminium . Cependant, l'oxyde d'aluminium forme un manteau protecteur qui empêche davantage de réaction. Quand le gallium est allié avec l'aluminium, le manteau ne forme pas, ainsi l'alliage peut potentiellement fournir une source pleine d'hydrogène pour le transport, qui serait plus commode qu'un réservoir d'hydrogène pressurisé. Resmelting le mélange résultant d'oxyde d'aluminium et de gallium à l'aluminium et au gallium et à reformer métalliques ces derniers dans des électrodes constituerait la majeure partie de l'absorption d'énergie dans le système, alors que l'électricité produite par une pile à combustible de combustible d'hydrogène pourrait constituer un résultat d'énergie. L'efficacité thermo-dynamique du processus en aluminium de fonte serait approximativement 50 pour cent. Par conséquent, tout au plus pas plus que la moitié de l'énergie qui entre dans l'aluminium de fonte ne pourraient être récupérés par une pile à combustible de combustible.

Pour les alliages liquides :
On lui a suggéré qu'un alliage liquide du bidon de gallium pourrait être employé pour refroidir des puces au lieu de l'eau. Comme il conduit la chaleur approximativement 65 fois mieux que l'arrosent peut faire un liquide réfrigérant comparable . le *Gallium est employé dans des quelques thermomètres à hautes températures.

Applications biomédicales :
Un alliage eutectique du liquide de basse température du gallium, de l'indium , et de l'étain , est largement - disponible dans des thermomètres médicaux (thermomètres de fièvre), remplaçant le mercure problématique. Cet alliage, avec le Galinstan nom commercial (avec le " ; - stan" ; en référence à l'étain), a un point de congélation de &minus ; 20°C.
Les sels de gallium tel que le citrate de gallium et le nitrate de gallium sont employés comme agents radiopharmaceutiques du dans la formation image nucléaire de la médecine . (La forme ou le sel n'est pas important, puisque c'est l'ion dissous libre Ga³⁺ de gallium qui est en activité). Pour ces applications, un isotope radioactif tel que ⁶⁷Ga est employé. Le corps manipule Ga³⁺ de plusieurs manières comme si c'étaient fer, et il est lié ainsi (et des concentrés) dans les domaines de l'inflammation, tels que l'infection, et également les secteurs de la division cellulaire rapide. Ceci permet à de tels emplacements d'être reflètents par des techniques nucléaires de balayage. Voir le gallium de balayer . Cette utilisation a été en grande partie remplacée par le Fluorodeoxyglucose (FDG) pour la tomographie d'émission de positron , " ; PET" ; balayage.
Le nitrate de gallium, oral et topique, trouve l'utilisation en traitant l'arthrite.
Beaucoup de recherche est consacrée aux alliages de gallium en tant que produits de remplacement pour les amalgames dentaires de mercure mais ces composés ont voir encore l'acceptation large.
La recherche est conduite pour déterminer si le gallium peut être employé pour combattre des infections bactériennes dans les personnes avec la mucoviscidose . Le gallium est semblable dans la taille au fer, un aliment essentiel pour la respiration. Quand le gallium est de manière erronée pris par des bactéries telles que les pseudomonas de , la capacité des bactéries de respirer est interférée et les bactéries meurent. Le mécanisme derrière ceci est que le fer est un en activité redox, qui tient compte du transfert des électrons pendant la respiration, mais le gallium est redox inactif.

Divers :
Le gallate du magnésium contenant des impuretés (telles que Mn²⁺), commence à être employé dans le ultra-violet - poudre activée du phosphore .
Détection du Neutrino . Probablement la plus grande quantité de gallium pur s'est jamais rassemblée en d'une seule tache était le détecteur de neutrino du GALLEX actionné au début des années 90 dans un tunnel italien de montagne. Le détecteur a contenu 12.2 tonnes de gallium-71 arrosé. Les neutrinos solaires ont fait devenir quelques atomes de Ga-71 les GEs radioactives -71 de , qui ont été détectées. Le flux solaire de neutrino déduit s'est avéré pour avoir un déficit de 40% de la théorie. Ceci n'a pas été expliqué jusqu'à de meilleurs détecteurs solaires de neutrino et des théories ont été construites (voir le SNO ). les *As une source d'ions liquide en métal pour un ont focalisé le faisceau d'ions .

Précautions

Tandis que non considéré le toxique, les données au sujet du gallium sont peu concluant. Quelques sources suggèrent qu'il puisse causer la dermatite de l'exposition prolongée ; d'autres essais n'ont pas causé une réaction positive. Comme la plupart des métaux, le gallium finement divisé perd son lustre. Le gallium en poudre semble gris. Quand le gallium est manipulé avec les mains nues, la dispersion extrêmement fine des gouttelettes liquides de gallium qui les résultats de la peau de mouillure avec le métal peuvent sembler comme tache grise de peau.

Voir également

Le gallium de compose

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