Gallio (elemento)

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. 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.

[modifica] Caratteristiche

Il gallio ad elevata purezza ha un bellissimo 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 uno dei quattro metalli (gli altri sono cesio, mercurio e rubidio) che possono trovarsi liquidi a temperatura ambiente, e che quindi si possono 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.

[modifica] Applicazioni

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 amalgama 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 temometri 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.

[modifica] Storia

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".

[modifica] Disponibilità

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.

[modifica] Precauzioni

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.