Fakten Über Gallium

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Eigenschaften, quellen und verwendungen des elements gallium, einschließlich galliumscan, galliumarsenid und galliumnitrid.

Gallium ist ein weiches, silbriges Metall, das hauptsächlich in elektronischen Schaltungen, Halbleitern und Leuchtdioden (LEDs) verwendet wird. Es ist auch bei Hochtemperaturthermometern, Barometern, Pharmazeutika und nuklearmedizinischen Tests nützlich. Das Element hat keinen bekannten biologischen Wert.

Natürliches Element

In der Natur wird Gallium nie als freies Element gefunden und kann nicht in erheblichen Mengen in Mineralien vorkommen. Vielmehr kommt es in Spuren in verschiedenen Verbindungen vor, einschließlich Zinkerzen und Bauxit. Nach Gewicht macht Gallium nach PeriodicTable.com etwa 0,0019 Prozent der Erdkruste aus. Es wird jedoch leicht durch Schmelzen erhalten, und das meiste kommerzielle Gallium wird als Nebenprodukt der Aluminium- und Zinkproduktion nach Chemicool gewonnen. Die größten Produzenten von Gallium sind Australien, Russland, Frankreich und Deutschland.

Nur die Fakten

  • Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 31
  • Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Ga
  • Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 69.723
  • Dichte: 5,91 Gramm pro Kubikzentimeter
  • Phase bei Raumtemperatur: fest
  • Schmelzpunkt: Grad 85,57 Grad Fahrenheit (29,76 Grad Celsius)
  • Siedepunkt: 3.999 F (2.204° C)
  • Anzahl der Isotope (Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen): 24, deren Halbwertszeiten bekannt sind
  • Die häufigsten Isotope: Zwei stabile Ga-69 (natürliche Abundanz 60,1 Prozent) und Ga-71 (natürliche Abundanz 39,9 Prozent).

Elektronenkonfiguration und elementare Eigenschaften von Gallium.

Elektronenkonfiguration und elementare Eigenschaften von Gallium.

Bildnachweis: Greg Robson / Creative Commons, Andrei Marincas Shutterstock

Ein einzigartiges Metall

Im Periodensystem der Elemente ist Gallium in die Boron-Familie (Gruppe 13) eingeteilt, die das Halbmetall Bor (B) und die Metalle Aluminium (Al), Gallium, Indium (In) und Thallium (Tl) einschließt. gemäß Chemistry LibreTexts. Alle fünf dieser Elemente haben drei Elektronen in ihrem äußeren Energieniveau.

Gallium ist ein Metall nach dem Übergang. Dies sind metallische Elemente, die sich zwischen den Übergangsmetallen und den Metalloiden (Nichtmetallen) im Periodensystem befinden. Metalle nach dem Übergang haben einige Eigenschaften der Übergangsmetalle, sind jedoch tendenziell weicher und leiten schlechter. Zu den Nachübergangsmetallen gehören einige Elemente der Bor-Familie - Aluminium, Indium und Thallium -, aber auch Zinn (Sn), Blei (Pb) und Wismut (Bi).

Gallium hat einige sehr einzigartige Eigenschaften. Obwohl es beispielsweise bei Raumtemperatur (etwa 77 F / 22 C) ein Feststoff ist, ist es immer noch so weich, dass Sie es mit einem Messer schneiden könnten. Außerdem hat es einen niedrigen Schmelzpunkt von 29,76° C (weniger als 10 Grad über Raumtemperatur). Wenn Sie also einen Galliumklumpen aufnehmen, schmilzt es buchstäblich in der Wärme Ihrer Hand. Wenn Sie es dann wieder ablegen, wird es wieder fest.

Selbst bei einem so niedrigen Schmelzpunkt ist der Siedepunkt von Gallium mit 6999° C (2.204° C) ziemlich hoch, was zu einem der größten Verhältnisse zwischen dem Schmelzpunkt und dem Siedepunkt eines Elements führt. Bei niedrigen Temperaturen ist Gallium ein spröder Feststoff, der leicht zerbricht, und ähnlich wie Glas zersplittert er conchoidal (folgt nicht natürlichen Trennungslinien).

Verwendet

Gallium wird hauptsächlich in der Elektronik verwendet. Tatsächlich werden etwa 95 Prozent des erzeugten Galliums für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs) verwendet, einer Verbindung, die in Mikrowellen- und Infrarotschaltungen, Halbleitern sowie blauen und violetten LEDs verwendet wird. Galliumarsenid kann Laserlicht direkt aus Elektrizität erzeugen und wird in Sonnenkollektoren verwendet, einschließlich derjenigen auf dem Mars Exploration Rover. Die Verbindung Galliumnitrid (GaN) wird als Halbleiter in der Blu-ray-Technologie, Mobiltelefonen und Drucksensoren für Berührungsschalter verwendet.

Gallium verbindet sich leicht mit den meisten Metallen und wird üblicherweise zur Herstellung niedrigschmelzender Legierungen verwendet. Es ist eines von vier Metallen (einschließlich Quecksilber, Rubidium und Cäsium), die bei oder nahe Raumtemperatur flüssig sind. Von diesen vier Metallen ist Gallium das am wenigsten reaktive und am wenigsten toxische. Daher ist es die sicherste und umweltfreundlichste Wahl für Hochtemperaturthermometer, Barometer, Wärmeübertragungssysteme sowie Kühl- und Heizgeräte.

Flüssiges Gallium kann jedoch ziemlich schwierig zu verarbeiten sein, da es an Glas, Haut und den meisten anderen Materialien haftet (außer Graphit, Quarz und Teflon). Es dehnt sich auch aus, wenn es gefriert, sodass es nicht in Glasbehältern aufbewahrt werden kann.

Gallium wird auch in einigen Pharmazeutika und Radiopharmaka verwendet. Beispielsweise wird das radioaktive Isotop Ga-67 als nuklearmedizinischer Test verwendet, um im Körper nach Entzündungen, Infektionen oder Krebs zu suchen.

Galliumnitrat wird in vielen Arzneimitteln und zur Behandlung von Hyperkalzämie verwendet, einer Erkrankung, die zum Wachstum von Knochentumoren führen kann. Gallium wurde auch zur Behandlung von Krebs, Infektionskrankheiten und entzündlichen Erkrankungen vorgeschlagen. Wenn Sie jedoch großen Mengen Gallium ausgesetzt sind, kann dies zu Reizungen im Hals oder in der Brust führen, und die Abgase können laut Chemistry LibreTexts zu schwerwiegenden Zuständen führen.

Entdeckung

Bevor Gallium entdeckt wurde, wurde es vom russischen Chemiker und Erfinder Dimitri Mendeleev, dem Schöpfer des Periodensystems der Elemente, vorhergesagt. Er nannte das fehlende Element Eka-Aluminium, weil er wusste, dass es auf dem Periodensystem in Feld 31 unterhalb von Aluminium gehen würde, so Chemicool.

Das Element wurde zuerst von dem französischen Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran im Jahr 1875 entdeckt, der die Spektren der chemischen Elemente seit 15 Jahren untersucht hatte (Spektren sind die Linien, die erzeugt werden, wenn chemische Elemente erhitzt werden), laut Chemistry Explained. Da jedes Element seinen eigenen Satz von Linien oder Spektren erzeugt, war diese Methode eine zuverlässige Methode, um Elemente zu identifizieren.

Lecoq de Boisbaudran fragte sich, ob Element 31 in Zinkerzen gefunden werden könnte. Zink, das eine Ordnungszahl von 30 hat, sitzt neben dem Gallium auf dem Periodensystem. Im August 1875 fand Lecoq de Boisbaudran mit einem Spektroskop tatsächlich etwas Gallium, allerdings nur in sehr geringen Mengen. Er berichtete, dass das Spektrum des neuen Elements laut Chemistry Explained aus einem schmalen, gut sichtbaren violetten Strahl bestand.

Später in diesem Jahr erhielt Lecoq de Boisbaudran durch die Elektrolyse von Galliumhydroxid in Kaliumhydroxid reines Gallium, so das Jefferson Lab. Lecoq de Boisbaudran erhielt daraufhin von Bergleuten mehrere Tonnen Zinkerz für seine Forschung. Aus diesem Erz konnte er laut Chemistry einige Gramm fast reines Gallium produzieren. Lecoq de Boisbaudran schlug den Namen Gallium für das neue Element vor, das aus dem lateinischen Wort "Gallia" stammt und Frankreich bedeutet.

Wer wusste?

  • Flüssiges Gallium kann nicht in einem Glas- oder Metallbehälter aufbewahrt werden, da es beim Einfrieren um 3,1 Prozent expandiert.
  • Gallium hat den größten Flüssigkeitsbereich aller Metalle.
  • Das Neutrino-Observatorium in Italien verwendet große Mengen Galliumtrichlorid, um in der Sonne produzierte Sonnenneutrinos zu untersuchen. Neutrinos sind Teilchen, die in der ersten Sekunde des Universums - sogar vor Atomen - erzeugt wurden und werden kontinuierlich durch Kernreaktionen der Sonne und anderer Sterne hergestellt, so die University of Wisconsin-Madison.
  • Gallium ist in seiner reinsten extrahierten Form eine lebendige silberne Farbe. Als Feststoff ist es blau-grau.
  • Ein anderes ungewöhnliches Merkmal von Gallium ist, dass es leicht unterkühlt werden kann. Unterkühlung ist das Abkühlen eines Stoffes unter seinen Gefrierpunkt, ohne ihn in einen Feststoff zu verwandeln.
  • Laut LibreTexts entfallen rund 95 Prozent des Galliumverbrauchs auf die Elektronikindustrie. Galliumarsenid und Galliumnitrid machen etwa 98% des Galliumverbrauchs in den Vereinigten Staaten aus.
  • Gallium wurde in Atombomben verwendet, um die Kristallstruktur zu stabilisieren.
  • Auf Glas gemalt, verwandelt sich Gallium in einen glänzenden Spiegel.
  • Der Siedepunkt von Gallium ist mehr als achtmal höher als sein Schmelzpunkt auf der absoluten Skala - das größte Verhältnis zwischen Schmelzpunkt und Siedepunkt eines Elements.

Zusätzliche Ressourcen

  • Los Alamos National Laboratory: Gallium
  • Jefferson Lab: Das Element Gallium
  • Königliche Gesellschaft für Chemie: Gallium


Videoergänzungsan: Experiment: Bitcoin aus Gallium herstellen.




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