Gallium

Al ↑ Ga ↓ In Zinek ← Gallium → Germanium • [Ar] 3d10 4s2 4p1 69 Ga 31 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo	Gallium (Gallium), Ga , 31
Registrační číslo CAS	7440-55-3
Umístění v PSP	13 skupina, 4. perioda, blok p
Char. skupina	(nespecifikováno)
Hmotnostní zlomek v zem. kůře	15 ppm
Konc. v mořské vodě	0,00003 mg/l
Počet přírodních izotopů	2
Vzhled	Stříbrolesklý kov
[[Soubor:|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost	69,7234 u
Atomový poloměr	135 pm
Kovalentní poloměr	122 pm
van der Waalsův poloměr	187 pm
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d10 4s2 4p1
Elektronů v hladinách	2, 8, 18, 3
Oxidační číslo	I, II, III
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	Pevné
Krystalová struktura	Kosočtverečná
Hustota	5,91 g/cm3
Kritická hustota	{{{kritická hustota}}} g cm-3
Tvrdost	1,5 (Mohsova stupnice)
Magnetické chování	Diamagnetický
Měrná magnetická susceptibilita	{{{magnetická susceptibilita}}}
Teplota tání	29,7645 °C (302,9145 K)
Teplota varu	2204 °C (2477 K)
Kritická teplota	{{{kritická teplota c}}} °C ({{{kritická teplota k}}} K)
Teplota trojného bodu	{{{teplota trojného bodu c}}} °C ({{{teplota trojného bodu k}}} K)
Teplota přechodu do supravodivého stavu	{{{teplota supravodivosti}}}
Teplota změny krystalové modifikace	{{{teplota změny modifikace}}}
Tlak trojného bodu	{{{tlak trojného bodu}}} kPa
Kritický tlak	{{{kritický tlak}}} kPa
Molární objem	11,80 · 10−6 m3/mol
Dynamický viskozitní koeficient	{{{dynamický viskozitní koef.}}}
Kinematický viskozitní koeficient	{{{kinematický viskozitní koef.}}}
Tlak nasycené páry	100 Pa při 1620K
Rychlost zvuku	2740 m/s
Index lomu	{{{index lomu}}}
Relativní permitivita	{{{relativní permitivita}}}
Elektrická vodivost	6,78 × 106 S·m-1
Měrný elektrický odpor	0,5298 µΩ·m
Teplotní součinitel el. odporu	{{{součinitel elektrického odporu}}}
Tepelná vodivost	40,6 W·m−1·K−1
Povrchové napětí	{{{povrchové napětí}}}
Termodynamické vlastnosti
Skupenské teplo tání	5,59 KJ/mol
Specifické teplo tání	{{{spec. teplo tání}}}
Skupenské teplo varu	254 KJ/mol
Specifické teplo varu	{{{spec. teplo varu}}}
Molární atomizační entalpie	{{{molární atomizační entalpie}}}
Entalpie fázové přeměny modifikace	{{{entalpie fázové přeměny modifikace}}}
absolutní entropie	{{{absolutní entropie}}}
Měrná tepelná kapacita	25,86 Jmol-1K-1
Molární tepelná kapacita	{{{molární tepelná kapacita}}}
Spalné teplo na m³
Spalné teplo na kg
Různé
Van der Waalsovy konstanty	{{{van der Waalsovy konstanty}}}
Teplotní součinitel délkové roztažnosti	{{{součinitel délkové roztažnosti}}}
Redoxní potenciál	-0,53 V
Elektronegativita	1,81 (Paulingova stupnice)
Ionizační energie	1: 578,8 KJ/mol 2: 1879,3 KJ/mol 3: 2963 KJ/mol
Iontový poloměr	62 pm
Izotopy
izo výskyt t1/2 rozpad en. MeV prod. 67Ga umělý 3,2612 dne ε 1,00 67Zn 68Ga umělý 67,629 minuty β+ , ε 2,921 68Zn 69Ga 60,1% je stabilní s 38 neutrony 70Ga umělý 21,14 minuty β− 1,656 70Ge 71Ga 39,9% je stabilní s 40 neutrony 72Ga umělý 14,10 hodiny β− 4,001 72Ge 73Ga umělý 4,86 hodiny β− 1,593 73Ge
Bezpečnost
R-věty	R34
S-věty	S26, S36/37/39, S45
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Gallium (chemická značka Ga) (lat. Gallium), je velmi lehce tavitelný kov bílé barvy s modrošedým nádechem, měkký a dobře tažný. Hlavní uplatnění nalézá v elektronice jako složka polovodičových materiálů.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Poměrně řídce se vyskytující kov, nalézající se obvykle jako příměs v rudách hliníku, zinku a olova. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě sloučenin, běžné mocenství je Ga⁺³ a Ga⁺², výjimečně jako Ga⁺¹.

Gallium je supravodičem I typu za teplot pod 1,07 K. Gallium je neušlechtilý kov, který je v pevném stavu tvořen molekulami Ga₂. Vlastnosti gallitých solí jsou velmi podobné solím hlinítým.

Historický vývoj

Gallium objevil roku 1875 pomocí spektroskopie francouzský chemik Paul Èmile Lecoq de Boisbaudran v pyrenejském sfaleritu, a pojmenoval jej po své vlasti. Předtím však již byla existence tohoto prvku předpovězena tvůrcem periodické tabulky prvků, ruským chemikem Dmitrijem Ivanovičem Mendělejevem v roce 1871, který jej nazval ekaaluminium.

Výskyt

Tání kovového gallia

Gallium je v zemské kůře poměrně vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 15 ppm (mg/kg). V mořské vodě je jeho koncentrace mimořádně nízká, pouze 0,03 mikrogramů gallia v jednom litru a ve vesmíru připadá na jeden atom gallia přibližně jedna miliarda atomů vodíku.

V horninách se vyskytuje vždy pouze jako příměs v rudách hliníku, zinku a olova. Ve větším množství než v jiných rudách se vyskytuje v bauxitu, Al₂O₃ . 2 H₂O a sfaleritu ZnS (okolo 0,002%).^[zdroj?] Nejbohatší nerost na gallium je germanit ze Tsumebu v jihozápadní Africe, který obsahuje 0,6–0,7% gallia.

Výroba

Po objevu gallia bylo vypracováno několik teorií, jak ho připravit.

• Podle první je pro laboratorní přípravu nejlepší srazit gallium jako hexakyanoželeznatan a silným žíháním převést ve směs oxidu železitého a oxidu gallitého. Tato směs se tavením s hydrogensíranem draselným převede v rozpustnou sloučeninu. Srážením roztoku v kyselině chlorovodíkové nadbytkem hydroxidu draselného, ve kterém je oxid gallitý rozpustný, se odstraní železo. Gallium se ze zásaditého roztoku vyloučí elektrolyticky.
• Druhá teorie doporučuje tavit hexakyanoželeznatan gallitý s hydroxidem draselným ve stříbrném kelímku a taveninu rozpustit ve vodě. Železo se vyloučí ve formě hydroxidu a z filtrátu se po okyselení kyselinou chlorovodíkovou srazí gallium amoniakem jako hydroxid. Hydroxid gallitý přechází žíháním v oxid gallitý. Ten se redukcí vodíkem převede v kov.

Dříve se gallium vyrábělo z hutnických odpadů, ve kterých je kromě gallia přítomen i hliník a těžké kovy. Na tento odpad se působí hydroxidem sodným a po odstranění hydroxidů těžkých kovů se roztok filtrací neutralizuje. Tato vzniklá sraženina obsahuje již jen gallium, hliník a cín v podobě svých fosforečnanů a síranů. Opakovaným rozpouštěným v kyselině sírové a frakčním srážením zřeďováním vodou se gallium značně zkoncentruje. Poté se sulfanem odstraní cín. Nakonec se k roztoku přidá hydroxid sodný a vyloučí se fosforečnan sodný, který je v hydroxidu sodném téměř nerozpustný, a roztok se elektrolyzuje. Tak se získá velmi čisté gallium.

Dnes se gallium vyrábí z germanitu jeho převedením na chlorid gallitý GaCl₃ a následnou elektrolýzou jeho taveniny.

Využití

• Největšího současného využití nachází gallium v elektronice. Je důležitým prvkem při výrobě mnoha typů tranzistorů a především světlo emitujících diod v polovodičových technologiích. Například arsenid, fosfid a fosfoarzenid gallia mají polovodičové vlastnosti, využívají se kromě diod také v tranzistorech, laserech, počítačové a kopírovací technice.
• GaAs převádí elektrickou energii na koherentní světlo (již zmíněné laserové dioda, LED). Dále se užívá jako dopant do jiných polovodičů. Používá se také při výrobě ferritů a granátoidu GGG (Gadolinium Gallium Garnet) pro laserovou techniku. Plní se jím speciální křemenné teploměry, použitelné v rozmezí -15 °C až 1000 °C. Lze jej použít při výrobě speciálních zrcadel
• Jak gallium, tak GaAs jsou surovinou k výrobě monokrystalových waferů (např. Czochralského metodou).
• Ze slitiny s cínem a bismutem se vyrábí zubní plomby místo amalgámu, který je v některých zemích (USA,Kanada,...) zakázán, neboť hlavní součástí amalgámu je jedovatá rtuť. Používá se i při výrobě lehko tavitelných slitin.

Sloučeniny

Soli gallité se ve vodě hydrolyticky štěpí. Soli galnaté tvoří ve svých sloučeninách dimerní kation Ga4+
2.

• Chlorid gallitý GaCl₃ je bílá krystalická látka. Používá se při urychlování některých organických syntéz. Vodný roztok chloridu gallitého reaguje kysele a ve vodě se snadno tvoří hydroxid gallitý. Připravuje se zahříváním gallia v proudu chloru nebo chlorovodíku.
• Bromid gallitý GaBr₃, jodid gallitý GaI₃ ani fluorid gallitý GaF₃ nejsou nijak významné.
• Oxid gallitý Ga₂O₃ je bílý prášek, který má podobné vlastnosti jako oxid hlinitý. Oxid gallitý se vyskytuje v několika krystalických modifikacích. Připravuje se termickým rozkladem dusičnanu gallitého nebo síranu gallitého.
• Sulfid gallitý Ga₂S₃ je žlutá látka, která se vodou rozkládá na oxid gallitý a sulfan. Sulfid gallitý lze snadno redukovat na sulfid galnatý Ga₂S₂, který je jasně žlutý. Sulfid gallný Ga₂S, který při redukci také vzniká je hnědočerný. Sulfid gallitý vzniká zahříváním gallia se sírou.
• Síran gallitý Ga₂(SO₄)₃ je bílá krystalická látka, která se snadno rozpouští ve vodě. V roztoku tvoří podvojné soli - kamence, které se ve středověku, novověku a někdy i dnes používají k barvení látek (např. kamenec gallitoamonný NH₄Ga(SO₄)₂).
• Nitrid gallitý GaN je tmavošedý prášek, který zahříváním s kyslíkem přechází v oxid gallitý. Připravuje se zahříváním amoniaku s galliem.
• Chlorid galnatý Ga₂Cl₄ je bezbarvá krystalická látka. Je to dobrý vodič elektrického proudu. Připravuje se nedokonalým spálením gallia v chloru nebo redukcí chloridu gallitého.
• Oxid gallný Ga₂O je tmavěhnědý prášek. Připravuje se reakcí oxidu gallitého s vodíkem nebo oxidu gallitého s galliem.
• Hydrid gallitý GaH₃ je bezbarvý plyn, který se velmi snadno rozkládá. Tato látka snadno polymeruje. Ve vodě se hydrid gallitý rozkládá za vzniku vodíku a oxidu gallitého.

Literatura

• COTON F.A., WILKINSON J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, Academia, Praha 1973
• Holzbecher Z.: Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• REMY Heinrich: Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• GREENWOOD N. N., EARNSHAW A.: Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

---