Gallio (elemento chimico)

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Gallio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
bianco argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico gallio, Ga, 31
Serie metalli del blocco p
Gruppo, periodo, blocco 13 (IIIA), 4, p
Densità 5904 kg/m3
Durezza 1,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 69,723 amu
Raggio atomico (calc.) 130 (136) pm
Raggio covalente 126 pm
Raggio di van der Waals 187 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d10 4s2 4p1
e per livello energetico 2, 8, 18, 3
Stati di ossidazione 3 (anfotero)
Struttura cristallina ortorombica
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 302,91 K (29,76 °C)
Punto di ebollizione 2477 K (2204 °C)
Volume molare 11,80×10-6 m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 258,7 kJ/mol
Calore di fusione 5,59 kJ/mol
Tensione di vapore 9,31×10-36 Pa a 302,9 K
Velocità del suono 2740 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-55-3
Elettronegatività 1,81 (Scala di Pauling)
Calore specifico 370 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 6,78 10-6/(m·ohm)
Conducibilità termica 40,6 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 578,8 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1979,3 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2963 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 6180 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
69Ga 60,1% Ga è stabile con 38 neutroni
71Ga 39,9% Ga è stabile con 39 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il gallio è l'elemento chimico di numero atomico 31. Il suo simbolo è Ga. È un metallo raro, tenero e di colore argenteo. Il gallio è molto fragile a temperatura ambiente e fonde poco al di sopra di essa; può fondere nel calore delle mani di una persona (fondendo si comprime aumentando di densità). Si trova in tracce nella bauxite e in minerali di zinco. L'arseniuro di gallio è un importante semiconduttore usato in molti dispositivi elettronici, soprattutto nei diodi LED.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Il gallio ad elevata purezza ha colore argento e si frattura facilmente, con fratture concoidali come il vetro. Il gallio metallico si espande del 3,1% durante la solidificazione, per cui non dovrebbe mai essere tenuto in contenitori di vetro o di metallo. Inoltre il gallio è corrosivo per i metalli, perché gli atomi di gallio si diffondono nella matrice cristallina metallica, formando leghe fragili.

Il gallio è un metallo liquido a temperatura (30 °C) prossima a quella ambiente[1] quindi si può usare in termometri per alte temperature. È inoltre il metallo che ha il più ampio intervallo di temperatura in fase liquida, e una tensione di vapore molto bassa ad alta temperatura.

Questo metallo ha una forte tendenza a superraffreddarsi, cioè a restare liquido anche al disotto del suo punto di fusione; per questo è necessario mettere dei semi cristallini nella massa di gallio liquido per farla solidificare. La densità del gallio liquido è maggiore del gallio solido, come nel caso dell'acqua; di solito per i metalli si ha l'opposto. Il gallio ad alta purezza viene lentamente attaccato dagli acidi inorganici.

Il gallio non cristallizza in nessuna delle strutture cristalline semplici: la fase stabile in condizioni normali è quella ortorombica con 8 atomi per cella cristallina. Ogni atomo ha un solo vicino più prossimo, a 2,44 Å, e altri sei atomi vicini nel raggio di 2,83 Å. Esistono molte altre fasi stabili e metastabili del gallio in varie condizioni di temperatura e pressione. Il legame chimico fra gli atomi più vicini del cristallo di gallio è di tipo covalente, per cui il dimero Ga2 è considerato il costituente principale del cristallo.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

I circuiti integrati digitali e analogici e i dispositivi optoelettronici (diodi LED e diodi laser) sono l'applicazione più comune del gallio.
Altri usi comprendono:

  • Poiché aderisce al vetro e alla porcellana, il gallio si usa per creare specchi molto brillanti.
  • Per drogare semiconduttori e produrre componenti elettronici a stato solido come i transistor.
  • Il gallio forma molto facilmente leghe con altri metalli, e si usa come componente di leghe a basso punto di fusione. I pozzetti di plutonio delle armi nucleari impiegano una lega di gallio per stabilizzare una forma allotropa del plutonio. Molte ricerche sono state fatte sul gallio come sostituto del mercurio nelle amalgami per odontoiatria, ma i nuovi composti devono ancora dimostrare la loro validità. L'aggiunta di gallio (fino al 2%) nelle comuni paste saldanti ne aumenta la bagnabilità e le capacità flussanti.
  • Il gallio si usa in alcuni termometri ad alta temperatura, e una lega eutettica di gallio, indio e stagno è oggi usata al posto del mercurio nella maggior parte dei termometri clinici. Questa lega, dal nome commerciale di Galinstan, ha un punto di congelamento di -20 °C.
  • Il gallato di magnesio con impurità come Mn+2 sta trovando sempre maggiore uso in polveri al fosforo attivate da ultravioletti.
  • Il gallio è uno dei pochi elementi della tavola periodica ad avere la capacità di assorbire i neutrini elettronici solari. Per assorbimento di un neutrino, il gallio si converte in germanio con emissione di un elettrone. Gli elettroni emessi vengono poi rilevati da fotomoltiplicatori e studiati dai fisici nucleari. È possibile che i valori di spin e momento angolare dell'atomo di gallio (3/2-) determinino un'instabilità dell'elemento, che potrebbe andare incontro ad un decadimento spontaneo, accelerato però dall'assorbimento del neutrino elettronico.

Usi in medicina umana[modifica | modifica wikitesto]

Il gallio trova impiego negli ambiti sia diagnostico sia terapeutico della medicina umana. Gli isotopi 67Ga e 72Ga vengono usati come marcatori radioattivi nella diagnosi di alcune forme tumorali, come i linfomi, in virtù della predisposizione del gallio ad accumularsi maggiormente nei siti in attiva proliferazione. Inoltre il gallio costituisce un agente terapeutico nelle patologie a carattere osteolitico (e.g. morbo di Paget) e nelle ipercalcemie (e.g. ipercalcemia paraneoplastica)[2]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il gallio (dal latino Gallia, che vuol dire "Francia"; ma gallus, significa anche gallo, l'animale da cortile) fu scoperto spettroscopicamente da Paul Emile Lecoq de Boisbaudran nel 1875 dal suo spettro caratteristico (due righe violette) esaminando una zincoblenda proveniente dai Pirenei. Prima della sua scoperta la maggior parte delle proprietà del gallio erano state previste e descritte da Dmitri Mendeleev (che aveva chiamato eka-alluminio l'ipotetico nuovo elemento) sulla base della sua tavola periodica. Più tardi nel corso di quell'anno, Boisbaudran ottenne il metallo puro tramite elettrolisi del suo idrossido in una soluzione di KOH. Egli battezzò il nuovo elemento con il nome della Francia e, con uno di quei giochi di parole multilingue molto amati dagli scienziati dell'epoca, anche con il suo: "Le coq" in francese vuol dire "il gallo".

Disponibilità[modifica | modifica wikitesto]

Il gallio non esiste puro in natura, e nemmeno esistono composti di gallio sufficientemente abbondanti da costituire una fonte estrattiva. Quindi, il gallio si ottiene dalle tracce presenti in bauxite, carbone, diaspro, germanite e sfalerite. La combustione del carbone può concentrare il gallio: alcune polveri residue della combustione contengono fino all'1,5% di gallio.

Precauzioni[modifica | modifica wikitesto]

Anche se non è considerato tossico, i dati sull'effetto fisiologico del gallio non sono definitivi. Alcune fonti riportano che una prolungata esposizione al gallio può provocare dermatite, ma altri test non hanno dato tale risultato.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ In genere come "temperatura ambiente" si assumono la temperatura di 25 °C (ovvero 298 K), per cui gli unici elementi che abbiano una temperatura di fusione minore di questa sono bromo (Tfus = 265,95 K) e mercurio (Tfus = 234,32 K), ma siccome nella sua accezione più generale la temperatura ambiente può essere qualsiasi temperatura compatibile con le condizioni meteorologiche, si può dire che anche gli elementi metallici cesio (Tfus = 301,59 K), gallio (Tfus = 302,91 K), francio (Tfus = 300,15 K) e rubidio (Tfus = 312,46 K) sono liquidi a temperature "prossime" a quella ambiente.
  2. ^ Bockman R., The effects of gallium nitrate on bone resorption in Seminars in Oncology, 30 (2 Suppl 5), 2003, pp. 5-12.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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