Gallium

Gallium is 'n baie skaars sagte silwerige metaal en is 'n bros vastestof teen lae temperature maar vervloei teen temperature bietjie hoër as kamertemperatuur en sal inderdaad selfs in 'n mens se hand smelt. Dit kom as spoorelement in bauxiet en sinkertse voor. 'n Belangrike aanwending is in die galliumarseniedverbinding wat gebruik word as 'n halfgeleier, veral vir lig-emmisie diodes (LED)s.

Kenmerkende eienskappe

Baie suiwer gallium het 'n asemrowende silwerkleur en die soliede metaal breek konkoïdaal soos glas. Gallium metaal sit met 3.1% uit wanneer dit stol en moet daarom nie in glas of metaal houers gestoor word nie. Gallium korrodeer ook die meeste metale deurdat in hulle metaalraamwerk in diffundeer.

Gallium is een van die vier metale (saam met sesium, kwik en frankium) wat vloeibaar is naby aan kamertemperatuur en daarom kan dit ook in hoë temperatuur termometers gebruik word. Dit het ook die uitstaande eienskap dat dit die wydste vloeibare bereik van enige metaal het en (anders as kwik) het ook 'n baie lae dampdruk teen hoë temperature.

Hierdie metaal het 'n sterk neiging tot superverkoeling onder sy smeltpunt wat dit nodig om saadkristalle by te voeg om dit te laat stol. Hoë suiwerheid gallium word stadig deur minerale sure aangeval. Die smeltpunt is baie laag, T = 30 °C en die digtheid van die vloeistof is hoër as in die kristallyne toestand (net soos water maar anders as die meeste ander materiale).

Gallium het nie 'n eenvoudige kristalstruktuur nie. Die stabiele fase onder normale toestande is ortorombies met 8 atome in die konvensionele eenheidsel. Elke atoom het slegs een naaste atoom (op 'n afstand van 244 pm) en ses ander naburige atome binne 39 pm daarvandaan. Baie stabiele en metastabiele fases is teenwoordig by verskillende temperature en drukke.

Die verbinding tussen die naaste atome het 'n kovalente aard en daarom word Ga₂ dimere as die fundamentele boublokke van die kristal beskou. Die verbindings met arseen, galliumarsenied, is 'n halfgeleier wat algemeen gebruik word in lig-emissie diodes.

Gebruike

Analoë geïntegreerde stroombane is die mees algemene gebruik van gallium, met opto-elektroniese toestelle (meestal laser diodes en lig-emissie diodes) as die tweede grootste gebruik.

Ander gebruike sluit in:

Aangesien dit glas of porselein benat, kan gallium gebruik word om baie helder spieëls te vervaardig.
Dit word gereeld gebruik om halfgeleiers te doop om vaste-toestand toestelle soos transistors te vervaardig.
Gallium vorm geredelik legerings met die meeste metale en is al gebruik om laagsmeltende legerings te vervaardig. Die plutoniumputte van kernwapens gebruik 'n legering met gallium om die allotrope van plutonium te stabiliseer. Baie navorsing word ook gedoen rondom die gebruik van gallium legerings om kwikamalgame vir tandheelkundige gebruike te vervang, maar sulke verbindings word nog nie in die bedryf aanvaar nie.
Gallium wat bygevoeg word in hoeveelhede van soveel as 2% in gewone soldeersels kan die benattings- en vloei-eienskappe verbeter.
Gallium word gebruik in sommige hoë-temperatuurtermometers en 'n eutektiese legering van gallium, indium en tin is algemeen beskikbaar in koorstermometers as vervanging vir kwiktermometers. Hierdie legering met die handelsnaam Galinstan het 'n vriespunt van −20 °C.
Magnesiumgallaat wat onsuiwerhede (soos Mn⁺²) bevat, word al meer gebruik in ultraviolet-geaktiveerde fosforpoeier.
Daar is al voorgestel dat 'n vloeibare gallium-tinlegering gebruik moet word om hoofraamrekenaars se stroombane te verkoel in plaas van water. Dit gelei hitte ongeveer 65 keer beter as water wat dit 'n uitstekende verkoelingsmiddel maak.[1]
Galliumsoute soos galliumsitraat en galliumnitraat word as radiokontraserende middels gebruik in mediese verbeelding. Die radio-aktiewe isotoop ⁶⁷Ga word gebruik vir die toepassing.

Geskiedenis

Gallium (Latyn Gallia wat Gallië beteken; en gallus wat hoenderhaan beteken) is in 1875 ontdek met behulp van spektroskopie deur Lecoq de Boisbaudran aan die hand van sy kenmerkende spektrum (twee pers lyne) tydens 'n analise van sinkblende vanuit die Pireneë. Die element se bestaan is voor die ontdekking daarvan reeds deur Dmitri Mendelejef voorspel en van die eienskappe daarvan beskryf aan die hand van sy ligging in die periodieke tabel. Boisbaudran het die element later in 1875 geïsoleer deur die elektrolise van die hidroksied in 'n KOH oplossing. Hy het die element na sy geboorteland, Frankryk vernoem en deur die woordspeling ook na homself aangesien 'Lecoq' die haan beteken in Frans.

Verspreiding

Gallium kom nie in die suiwer vorm in die natuur voor nie. Gallium word ontgin as 'n spoorelement in bauxiet, steenkool, diaspore, germaniet en sfaleriet. Die USGS beraam die gallium reserwes gebaseer op 'n aanname van 'n inhoud van 50 ppm konsentrasie op 'n massabasis in bekende reserwes van bauxiet en sinkertse. Sommige fyn steenkoolas is al gevind wat soveel as 1.5 percent gallium bevat het.

Die meeste gallium word onttrek vanuit die rou aluminiumhidroksied oplossing van die Bayer proses. 'n Kwiksel elektrolise en hidrolise van die amalgaam met natriumhidroksied lewer natriumgallaat. Elektrolise lewer 'n suiwerheid wat laer is as wat vereis word vir halfgeleiervervaardiging en daar word van suiweringsprosesse gebruik soortgelyk aan die vir silikon vir halfgeleiers soos onder ander sonesmelting en die Czochralski proses.

Voorsorgmaatreëls

Gallium word normaalweg nie as toksies beskou nie. Sommige bronne beweer dat dit moontlik dermatitis kan veroorsaak by langdurige blootstelling; toetse het dit egter nog nie bevestig nie. Dit vlek egter jou vel indien dit met die kaal hande vasgehou word.

Aangesien aluminium en gallium 'n laagsmeltende eutektiese mengsel vorm, verteenwoordig die vervoer van gallium 'n risiko in die lugvaartbedryf in die sin dat as die gallium uit sy houer sou lek dit moontlik die aluminiumstruktuur van die vliegtuig kan aanval en dit verswak met potensieel katastrofiese gevolge. Dis om hierdie rede dat lugvervoerregulasies streng vereistes stel vir die verpakking en maksimum hoeveelhede gallium wat vervoer mag word.