Comment le gallium est-il produit ? Le gallium est un métal liquide

La teneur moyenne en gallium de la croûte terrestre est de 19 g/t. Le gallium est un oligoélément typique à double nature géochimique. En raison de la similitude de ses propriétés chimiques cristallines avec les principaux éléments formant la roche (Al, Fe, etc.) et de la large possibilité d'isomorphisme avec eux, le gallium ne forme pas de grandes accumulations, malgré la valeur Clarke importante. On distingue les minéraux suivants à haute teneur en gallium : sphalérite (0 - 0,1%), magnétite (0 - 0,003%), cassitérite (0 - 0,005%), grenat (0 - 0,003%), béryl (0 - 0,003%) , tourmaline (0 - 0,01 %), spodumène (0,001 - 0,07 %), phlogopite (0,001 - 0,005 %), biotite (0 - 0,1 %), muscovite (0 - 0,01 %), séricite (0 - 0,005 %), lépidolite (0,001 - 0,03%), chlorite (0 - 0,001%), feldspaths (0 - 0,01%), néphéline (0 - 0,1%), hecmanite (0,01 - 0,07%), natrolite (0 - 0,1%). La concentration de gallium dans l'eau de mer est de 3,10−5 mg/l.

Lieu de naissance

Des gisements de gallium sont connus dans le sud-ouest de l'Afrique et dans les pays de la CEI

Obtention du gallium

Pour le gallium, la gallite minérale rare CuGaS2 (mélange de cuivre et de sulfure de gallium) est connue. On en retrouve constamment des traces avec la sphalérite, la chalcopyrite et la germanite. Des quantités beaucoup plus importantes (jusqu'à 1,5 %) ont été trouvées dans les cendres de certains charbons. Cependant, la principale source de gallium réside dans les solutions de production d'alumine lors du traitement de la bauxite (contenant généralement des impuretés mineures (jusqu'à 0,1 %)) et de la néphéline. Le gallium peut également être obtenu en traitant des minerais polymétalliques et du charbon. Elle est extraite par électrolyse de liquides alcalins, qui sont un produit intermédiaire de la transformation de la bauxite naturelle en alumine technique. Concentration de gallium dans la solution d'aluminate alcalin après décomposition selon le procédé Bayer : 100-150 mg/l, par méthode de frittage : 50-65 mg/l. Par ces méthodes, le gallium est séparé de la majeure partie de l'aluminium par carbonisation, se concentrant dans la dernière fraction du sédiment. Ensuite, le sédiment enrichi est traité à la chaux, le gallium passe en solution, d'où le métal brut est libéré par électrolyse. Le gallium contaminé est lavé à l’eau, puis filtré à travers des plaques poreuses et chauffé sous vide pour éliminer les impuretés volatiles. Pour obtenir du gallium de haute pureté, des méthodes chimiques (réactions entre sels), électrochimiques (électrolyse des solutions) et physiques (décomposition) sont utilisées. Sous une forme très pure (99,999 %), il a été obtenu par affinage électrolytique, ainsi que par réduction de GaCl3 soigneusement purifié avec de l'hydrogène.

Propriétés physiques

Le gallium cristallin a plusieurs modifications polymorphes, mais une seule (I) est thermodynamiquement stable, ayant un réseau orthorhombique (pseudo-tétragonal) avec des paramètres a = 4,5186 Å, b = 7,6570 Å, c = 4,5256 Å. D'autres modifications du gallium (β, γ, δ, ε) cristallisent à partir d'un métal dispersé en surfusion et sont instables. À pression élevée, deux autres structures polymorphes de gallium II et III ont été observées, ayant respectivement des réseaux cubiques et tétragonaux.

La densité du gallium à l'état solide à une température de 20 °C est de 5,904 g/cm³, le gallium liquide (point de fusion = 29,8 °C) a une densité de 6,095 g/cm³, soit, une fois solidifié, le volume de gallium augmente. Le gallium bout à 2 230 °C. L'une des caractéristiques du gallium est la large plage de températures d'existence de l'état liquide (de 30 à 2 230 °C), tandis qu'il présente une faible pression de vapeur à des températures allant jusqu'à 1 100 à 1 200 °C. La capacité thermique spécifique du gallium solide dans la plage de température T=0-24 °C est de 376,7 J/kg K (0,09 cal/g deg.), à l'état liquide à T=29-100 °C - 410 J/kg. K (0,098 cal/g deg).

La résistivité électrique à l'état solide et liquide est égale respectivement à 53,4.10−6 ohm.cm (à T=0 °C) et 27,2.10−6 ohm.cm (à T=30 °C). La viscosité du gallium liquide à différentes températures est de 1,612 poises à T=98 °C et de 0,578 poises à T=1 100 °C. La tension superficielle mesurée à 30 °C dans une atmosphère d'hydrogène est de 0,735 n/m. Les réflectances pour les longueurs d'onde 4360 Å et 5890 Å sont respectivement de 75,6 % et 71,3 %.

Le gallium naturel est constitué de deux isotopes 69Ga (61,2 %) et 71Ga (38,8 %). Leur section efficace de capture des neutrons thermiques est respectivement de 2,1·10−28 m² et de 5,1·10−28 m².

Applications du gallium

L'arséniure de gallium GaAs est un matériau prometteur pour l'électronique à semi-conducteurs.
Le nitrure de gallium est utilisé dans la création de lasers à semi-conducteurs et de LED dans la gamme bleue et ultraviolette. Le nitrure de gallium possède d'excellentes propriétés chimiques et mécaniques typiques de tous les composés nitrurés.
L'isotope du gallium-71 est le matériau le plus important pour détecter les neutrinos et, à cet égard, la technologie est confrontée à une tâche très urgente consistant à isoler cet isotope du mélange naturel afin d'augmenter la sensibilité des détecteurs de neutrinos. Étant donné que la teneur en 71Ga dans un mélange naturel d'isotopes est d'environ 39,9 %, l'isolement d'un isotope pur et son utilisation comme détecteur de neutrinos peuvent augmenter la sensibilité de détection de 2,5 fois.

Le gallium est cher ; en 2005, sur le marché mondial, une tonne de gallium coûtait 1,2 million de dollars américains, et en raison du prix élevé et en même temps du grand besoin de ce métal, il est très important d'établir son extraction complète dans production d'aluminium et transformation du charbon en combustible liquide.

Le gallium possède un certain nombre d'alliages liquides à température ambiante, et l'un de ses alliages a un point de fusion de 3 °C (eutectique In-Ga-Sn), mais en revanche le gallium (alliages dans une moindre mesure) est très agressif pour la plupart des matériaux de structure (fissuration et érosion des alliages à haute température). Par exemple, par rapport à l'aluminium et à ses alliages, le gallium est un puissant réducteur de résistance (voir diminution de la résistance par adsorption, effet Rehbinder). Cette propriété du gallium a été le plus clairement démontrée et étudiée en détail par P. A. Rebinder et E. D. Shchukin lors du contact de l'aluminium avec le gallium ou ses alliages eutectiques (fragilisation du métal liquide). De plus, le fait de mouiller l’aluminium avec un film de gallium liquide provoque son oxydation rapide, semblable à ce qui se produit avec l’aluminium amalgamé avec du mercure. Le gallium dissout environ 1 % de l'aluminium à son point de fusion, qui atteint la surface extérieure du film, où il est instantanément oxydé par l'air. Le film d'oxyde sur une surface liquide est instable et ne protège pas contre une oxydation ultérieure. De ce fait, l'alliage de gallium liquide n'est pas utilisé comme interface thermique entre un composant générateur de chaleur (par exemple, un processeur central d'ordinateur) et un radiateur en aluminium.

En tant que liquide de refroidissement, le gallium est inefficace et souvent tout simplement inacceptable.
Le gallium est un excellent lubrifiant. Des colles métalliques très importantes en termes pratiques ont été créées à base de gallium et de nickel, de gallium et de scandium.
Le gallium métallique est également utilisé pour remplir des thermomètres à quartz (au lieu du mercure) afin de mesurer des températures élevées. Cela est dû au fait que le gallium a un point d’ébullition nettement plus élevé que le mercure.
L'oxyde de gallium fait partie d'un certain nombre de matériaux laser stratégiquement importants du groupe des grenats - GSGG, YAG, ISGG, etc.

Rôle biologique et caractéristiques de circulation du gallium

Ne joue pas de rôle biologique.

Le contact de la peau avec le gallium conduit au fait que des particules ultra-petites dispersées du métal y restent. Extérieurement, cela ressemble à une tache grise.
Tableau clinique d'intoxication aiguë : excitation de courte durée, puis léthargie, troubles de la coordination des mouvements, adynamie, aréflexie, respiration lente, perturbation de son rythme. Dans ce contexte, on observe une paralysie des membres inférieurs, suivie du coma et de la mort. L'exposition par inhalation à un aérosol contenant du gallium à une concentration de 50 mg/m³ provoque des lésions rénales chez l'homme, tout comme l'administration intraveineuse de 10 à 25 mg/kg de sels de gallium. On note une protéinurie, une azotémie et une clairance de l'urée altérée.
En raison du faible point de fusion, il est recommandé de transporter les lingots de gallium dans des sacs en polyéthylène, mal humidifiés par le gallium liquide.

À propos de l'élément de numéro atomique 31, la plupart des lecteurs se souviennent seulement qu'il s'agit de l'un des trois éléments prédits et décrits de la manière la plus détaillée par D.I. Mendeleïev, et que le gallium est un métal très fusible : la chaleur de la paume suffit à le transformer en liquide.

Cependant, le gallium n’est pas le métal le plus fusible (même si l’on ne compte pas le mercure). Son point de fusion est de 29,75°C et le césium fond à 28,5°C ; seul le césium, comme tout métal alcalin, ne peut pas être pris entre vos mains, il est donc naturellement plus facile de faire fondre le gallium dans la paume de votre main que le césium.

Nous avons délibérément commencé notre histoire sur l'élément n°31 en mentionnant quelque chose qui est connu de presque tout le monde. Car ce « connu » demande explication. Tout le monde sait que le gallium a été prédit par Mendeleïev et découvert par Lecoq de Boisbaudran, mais tout le monde ne sait pas comment cette découverte s'est produite. Presque tout le monde sait que le gallium est fusible, mais presque personne ne peut répondre à la question de savoir pourquoi il est fusible.

Comment le gallium a-t-il été découvert ?

Le chimiste français Paul Emile Lecoq de Boisbaudran est entré dans l'histoire comme le découvreur de trois nouveaux éléments : le gallium (1875), le samarium (1879) et le dysprosium (1886). La première de ces découvertes lui valut la renommée.

A cette époque, il était peu connu hors de France. Il avait 38 ans et se consacrait principalement à la recherche spectroscopique. Lecoq de Boisbaudran était un bon spectroscopiste, et cela a finalement conduit au succès : il a découvert ses trois éléments par analyse spectrale.

En 1875, Lecoq de Boisbaudran examine le spectre de la blende de zinc rapportée de Pierrefitte (Pyrénées). Une nouvelle raie violette (longueur d'onde 4170 Ǻ) a été découverte dans ce spectre. La nouvelle ligne indique la présence d'un élément inconnu dans le minéral et, tout naturellement, Lecoq de Boisbaudran s'efforce d'isoler cet élément. Cela s'est avéré difficile à réaliser : la teneur du nouvel élément dans le minerai était inférieure à 0,1 %, et à bien des égards, elle était similaire au zinc*. Après de longues expériences, le scientifique a réussi à obtenir un nouvel élément, mais en très petite quantité. Si petite (moins de 0,1 g) que Lecoq de Boisbaudrap n'a pas pu étudier pleinement ses propriétés physiques et chimiques.

La manière dont le gallium est obtenu à partir de la mélange de zinc est décrite ci-dessous.

La découverte du gallium - c'est ainsi que le nouvel élément a été nommé en l'honneur de la France (Gallia est son nom latin) - est apparue dans les rapports de l'Académie des sciences de Paris.

Ce message a été lu par D.I. Mendeleïev a ainsi reconnu le gallium eka-aluminium, qu'il avait prédit cinq ans plus tôt. Mendeleïev écrivit aussitôt à Paris. "La méthode de découverte et d'isolement, ainsi que les quelques propriétés décrites, nous laissent penser que le nouveau métal n'est autre que l'eka-aluminium", indique sa lettre. Il a ensuite répété les propriétés prédites pour cet élément. D'ailleurs, sans jamais tenir des grains de gallium dans ses mains, sans le voir en personne, le chimiste russe affirmait que le découvreur de l'élément s'était trompé, que la densité du nouveau métal ne pouvait être égale à 4,7, comme l'écrivait Lecoq de Boisbaudran : - elle doit être supérieure, environ 5,9...6,0 g/cm 3 !

Aussi étrange que cela puisse paraître, le premier de ses affirmatifs et « renforçants » n'a appris l'existence de la loi périodique que grâce à cette lettre. Il isole à nouveau et purifie soigneusement des grains de gallium pour vérifier les résultats des premières expériences. Certains historiens des sciences estiment que cela a été fait dans le but de déshonorer le « prédicteur » russe sûr de lui. Mais l'expérience a montré le contraire : le découvreur s'est trompé. Il écrivit plus tard : « Il n’est pas nécessaire, je pense, de souligner l’importance exceptionnelle que la densité d’un élément nouveau a par rapport à la confirmation des vues théoriques de Mendeleev. »

D'autres propriétés de l'élément n° 31 prédites par Mendeleïev coïncidaient presque exactement avec les données expérimentales. "Les prédictions de Mendeleïev se sont réalisées avec des écarts mineurs : l'eka-aluminium s'est transformé en gallium." C’est ainsi qu’Engels caractérise cet événement dans « Dialectique de la nature ».

Il va sans dire que la découverte du premier des éléments prédits par Mendeleïev a considérablement renforcé la position de la loi périodique.

Pourquoi le gallium est-il fusible ?

Prédisant les propriétés du gallium, Mendeleev pensait que ce métal devrait être fusible, car ses analogues du groupe - l'aluminium et l'indium - ne sont pas non plus réfractaires.

Mais le point de fusion du gallium est inhabituellement bas, cinq fois inférieur à celui de l'indium. Cela s'explique par la structure inhabituelle des cristaux de gallium. Son réseau cristallin n’est pas formé d’atomes individuels (comme dans les métaux « normaux »), mais de molécules diatomiques. Les molécules de Ga 2 sont très stables ; elles sont conservées même lorsque le gallium est transféré à l'état liquide. Mais ces molécules ne sont reliées entre elles que par de faibles forces de Van der Waals, et très peu d’énergie est nécessaire pour détruire leur liaison.

Certaines autres propriétés de l'élément n°31 sont associées à la diatomicité des molécules. À l’état liquide, le gallium est plus dense et plus lourd qu’à l’état solide. La conductivité électrique du gallium liquide est également supérieure à celle du gallium solide.

A quoi ressemble le gallium ?

Extérieurement, il ressemble surtout à de l'étain : un métal mou blanc argenté ; à l'air, il ne s'oxyde pas et ne ternit pas.

Et dans la plupart des propriétés chimiques, le gallium est proche de l'aluminium. Comme l’aluminium, l’atome de gallium possède trois électrons sur son orbite externe. Comme l'aluminium, le gallium réagit facilement, même à froid, avec les halogènes (sauf l'iode). Les deux métaux se dissolvent facilement dans les acides sulfurique et chlorhydrique, réagissent tous deux avec les alcalis et donnent des hydroxydes amphotères. Constantes de dissociation de réaction

Ga(OH) 3 → Ga 3+ + 3OH –

H 3 GaO 3 → 3H + + GaO 3– 3

– quantités de la même commande.

Il existe cependant des différences dans les propriétés chimiques du gallium et de l’aluminium.

Le gallium n'est sensiblement oxydé par l'oxygène sec qu'à des températures supérieures à 260°C, et l'aluminium, s'il est privé de son film d'oxyde protecteur, est oxydé très rapidement par l'oxygène.

Avec l'hydrogène, le gallium forme des hydrures similaires aux hydrures de bore. L'aluminium ne peut que dissoudre l'hydrogène, mais pas réagir avec lui.

Le gallium est également similaire au graphite, au quartz et à l'eau.

Sur graphite - car il laisse une trace grise sur le papier.

Pour le quartz – anisotropie électrique et thermique.

L’ampleur de la résistance électrique des cristaux de gallium dépend de l’axe le long duquel circule le courant. Le rapport maximum/minimum est de 7, plus que tout autre métal. Il en va de même pour le coefficient de dilatation thermique.

Ses valeurs dans la direction de trois axes cristallographiques (les cristaux de gallium sont rhombiques) sont dans le rapport 31:16:11.

Et le gallium est semblable à l’eau dans le sens où lorsqu’il durcit, il se dilate. L'augmentation du volume est notable – 3,2%.

La combinaison de ces similitudes contradictoires parle à elle seule de l'individualité unique de l'élément n° 31.

De plus, il possède des propriétés que l’on ne retrouve dans aucun autre élément. Une fois fondu, il peut rester en surfusion pendant plusieurs mois à une température inférieure à son point de fusion. C'est le seul métal qui reste liquide dans une vaste plage de températures allant de 30 à 2 230 °C, et la volatilité de ses vapeurs est minime. Même sous vide profond, il ne s'évapore sensiblement qu'à 1000°C. La vapeur de gallium, contrairement aux métaux solides et liquides, est monoatomique. La transition Ga 2 → 2Ga nécessite de grandes quantités d'énergie ; Ceci explique la difficulté de l'évaporation du gallium.

La large plage de température de l'état liquide est à la base de l'une des principales applications techniques de l'élément n°31.

A quoi sert le gallium ?

Les thermomètres au gallium peuvent en principe mesurer des températures de 30 à 2230°C. Des thermomètres au gallium sont désormais disponibles pour des températures allant jusqu'à 1200°C.

L'élément n° 31 est utilisé pour la production d'alliages à bas point de fusion utilisés dans les dispositifs de signalisation. L'alliage gallium-indium fond déjà à 16°C. C'est le plus fusible de tous les alliages connus.

En tant qu'élément du groupe III qui améliore la conductivité des « trous » dans un semi-conducteur, le gallium (d'une pureté d'au moins 99,999 %) est utilisé comme additif au germanium et au silicium.

Les composés intermétalliques du gallium avec les éléments du groupe V - l'antimoine et l'arsenic - ont eux-mêmes des propriétés semi-conductrices.

L'ajout de gallium à la masse de verre permet d'obtenir des verres à indice de réfraction des rayons lumineux élevé, et les verres à base de Ga 2 O 3 transmettent bien les rayons infrarouges.

Le gallium liquide réfléchit 88 % de la lumière incidente, le gallium solide en réfléchit un peu moins. Par conséquent, ils fabriquent des miroirs au gallium très faciles à fabriquer - le revêtement au gallium peut même être appliqué avec un pinceau.

Parfois, la capacité du gallium à bien mouiller les surfaces solides est utilisée, remplaçant le mercure dans les pompes à vide à diffusion. De telles pompes « maintiennent » mieux le vide que les pompes à mercure.

Des tentatives ont été faites pour utiliser le gallium dans des réacteurs nucléaires, mais les résultats de ces tentatives peuvent difficilement être considérés comme un succès. Non seulement le gallium capture assez activement les neutrons (section efficace de capture de 2,71 granges), mais il réagit également à des températures élevées avec la plupart des métaux.

Le gallium n'est pas devenu un matériau atomique. Certes, son isotope radioactif artificiel 72 Ga (avec une demi-vie de 14,2 heures) est utilisé pour diagnostiquer le cancer des os. Le chlorure et le nitrate de gallium-72 sont adsorbés par la tumeur et, en détectant le rayonnement caractéristique de cet isotope, les médecins déterminent presque avec précision la taille des formations étrangères.

Comme vous pouvez le constater, les possibilités pratiques de l'élément n°31 sont assez larges. Il n'a pas encore été possible de les utiliser complètement en raison de la difficulté d'obtenir du gallium - un élément assez rare (1,5 à 10 -3 % du poids de la croûte terrestre) et très dispersé. Peu de minéraux de gallium natifs sont connus. Son premier et le plus célèbre minéral, la gallite CuGaS 2, n'a été découvert qu'en 1956. Plus tard, deux autres minéraux, déjà très rares, ont été découverts.

En règle générale, le gallium se trouve dans le zinc, l'aluminium, les minerais de fer, ainsi que dans le charbon, en tant qu'impureté mineure. Et ce qui est caractéristique : plus cette impureté est grosse, plus il est difficile de l'extraire, car il y a plus de gallium dans les minerais de métaux (aluminium, zinc) qui lui ressemblent en propriétés. La majeure partie du gallium terrestre est contenue dans les minéraux d’aluminium.

Gallium

Gallium est un élément chimique de numéro atomique 31. Il appartient au groupe des métaux légers et est désigné par le symbole « Ga ». Le gallium n'est pas présent dans la nature sous sa forme pure, mais ses composés se trouvent en quantités négligeables dans les minerais de bauxite et de zinc. Le gallium est un métal mou et ductile de couleur argentée. À basse température, il est à l'état solide, mais fond à une température à peine supérieure à la température ambiante (29,8°C). Dans la vidéo ci-dessous, vous pouvez voir comment une cuillère en gallium fond dans une tasse de thé chaud.

1. Depuis la découverte de l’élément en 1875 jusqu’à l’avènement de l’ère des semi-conducteurs, le gallium était principalement utilisé pour créer des alliages à bas point de fusion.

2. Actuellement, tout le gallium est utilisé en microélectronique.

3. L'arséniure de gallium, le principal composé élémentaire utilisé, est utilisé dans les circuits micro-ondes et les applications infrarouges.

4. Le nitrure de gallium est moins utilisé dans la création de lasers à semi-conducteurs et de LED dans la gamme bleue et ultraviolette.

5. Le gallium n’a aucun rôle biologique connu de la science. Mais comme les composés de gallium et les sels de fer se comportent de manière similaire dans les systèmes biologiques, les ions gallium remplacent souvent les ions fer dans les applications médicales.

6. Actuellement, des produits pharmaceutiques et radiopharmaceutiques contenant du gallium ont été développés.

La propriété la plus connue du gallium est peut-être son point de fusion, qui est de 29,76 °C. C'est le deuxième métal le plus fusible du tableau périodique (après le mercure). La fusibilité et la faible toxicité du gallium métallique ont permis de réaliser cette photographie. À propos, le gallium est l'un des rares métaux qui se dilatent lorsque la masse fondue se solidifie (les autres sont Bi, Ge).

Gallodent, eutectique gallium-étain
Le gallium métallique est peu toxique ; à une certaine époque, il était même utilisé pour fabriquer des obturations (au lieu d'amalgames). Cette application est basée sur le fait que lorsque de la poudre de cuivre est mélangée avec du gallium fondu, on obtient une pâte qui durcit après quelques heures (en raison de la formation d'un composé intermétallique) et peut alors résister à une chaleur jusqu'à 600 degrés sans fondre. Le gallium est très fragile (il peut se briser comme du verre).

Gros cristaux de gallium
Une autre caractéristique intéressante du gallium est la capacité de sa matière fondue à surfondre. Le gallium fondu peut être refroidi à environ 10 à 30 degrés en dessous de son point de fusion et il restera liquide, mais si vous jetez un morceau de gallium solide ou de neige carbonique dans une telle fonte, de gros cristaux commenceront instantanément à en pousser. La photo montre un lingot de gallium en train de se solidifier. La photo montre clairement que la cristallisation a commencé à trois endroits et qu'en même temps trois gros monocristaux ont commencé à se développer, qui se sont ensuite rencontrés et ont formé un lingot (cela s'est produit environ deux heures après la prise de vue).

Cuillère en gallium
Cuillère à gallium maison. Vidéo de cette cuillère fondante :

Thermomètre à gallium haute température Thermomètre à quartz au gallium Gallium dans le thermomètre
Voici une autre utilisation du gallium.
Le gallium est à l’état liquide sur une très large plage de températures et, en théorie, les thermomètres au gallium pourraient mesurer des températures allant jusqu’à 2 000 degrés. L’utilisation du gallium comme liquide thermométrique a été proposée pour la première fois il y a longtemps. Les thermomètres au gallium mesurent déjà des températures allant jusqu'à 1 200 degrés, mais la personne moyenne n'est pas souvent en mesure de voir ces thermomètres en personne dans le laboratoire.
De tels thermomètres ne sont pas largement utilisés pour plusieurs raisons. Premièrement, à haute température, le gallium est une substance très agressive. À des températures supérieures à 500 °C, il corrode presque tous les métaux à l'exception du tungstène, ainsi que de nombreux autres matériaux. Le quartz résiste au gallium fondu jusqu'à 1 100 °C, mais un problème peut survenir du fait que le quartz (et la plupart des autres verres) sont fortement mouillés par ce métal. Autrement dit, le gallium collera simplement aux parois du thermomètre de l'intérieur et il sera impossible de connaître la température. Un autre problème peut survenir lorsque le thermomètre refroidit en dessous de 28 degrés. Lorsque le gallium se solidifie, il se comporte comme l'eau : il se dilate et peut simplement briser le thermomètre de l'intérieur. Eh bien, la dernière raison pour laquelle on trouve très rarement un thermomètre au gallium à haute température est le développement de la technologie et de l’électronique. Ce n'est un secret pour personne qu'un thermomètre numérique est bien plus pratique à utiliser qu'un thermomètre à liquide. Les régulateurs de température modernes, équipés par exemple de thermocouples platine-platine-rhodium, vous permettent de mesurer des températures comprises entre -200 et +1 600°C avec une précision inaccessible pour les thermomètres à liquide. De plus, le thermocouple peut être situé à une distance considérable du contrôleur.

Le gallium forme des alliages eutectiques à bas point de fusion avec de nombreux métaux, dont certains fondent à des températures inférieures à la température ambiante.
L’alliage gallium-indium fond à une température de 15,7°C, c’est-à-dire qu’à température ambiante, il est liquide. Pour préparer un tel alliage, il n'est même pas nécessaire de chauffer le mélange de métaux jusqu'à ce qu'il fonde ; il suffit de comprimer étroitement des morceaux de gallium et d'indium. La vidéo montre qu'à partir du point de contact de deux métaux (le grand cylindre est du gallium, le petit est de l'indium), un alliage eutectique commence à s'égoutter.

Une expérience intéressante peut être réalisée non seulement avec la fusion, mais aussi avec la solidification du gallium. Premièrement, le gallium est l'une des rares substances qui se dilatent lorsqu'elles se solidifient (tout comme l'eau), et deuxièmement, la couleur du métal en fusion est très différente de la couleur du solide.
Versez une petite quantité de gallium liquide dans un flacon en verre et placez dessus un petit morceau de gallium solide (une graine pour la cristallisation, car le gallium est capable de surfusion). La vidéo montre clairement comment les cristaux métalliques commencent à se développer (ils ont une teinte bleuâtre, contrairement à la fonte blanc argenté). Après un certain temps, le gallium en expansion fait éclater la bulle.
La partie centrale de la vidéo (la croissance des cristaux de gallium) a été accélérée dix fois pour que la vidéo ne soit pas très longue.

Tout comme le mercure, un « cœur battant » peut être fabriqué à partir de gallium fondu, même si, étant donné que le gallium est un métal plus électropositif que le fer, il fonctionne de manière opposée. Lorsque le bout d’un ongle touche une goutte de gallium fondu, celui-ci « se propage » en raison d’une diminution de la tension superficielle. Et dès que le contact avec l’ongle est interrompu, la tension superficielle augmente et la goutte se récupère à nouveau jusqu’à toucher l’ongle.

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DÉFINITION

Gallium- trente et unième élément du tableau périodique. Désignation - Ga du latin "gallium". Situé en quatrième période, groupe IIIA. Fait référence aux métaux. La charge nucléaire est de 31.

Le gallium est un élément rare et n’est présent dans la nature qu’à des concentrations significatives. Il est obtenu principalement à partir de concentrés de zinc après fusion du zinc.

À l’état libre, le gallium est un métal mou blanc argenté (Fig. 1) avec un point de fusion bas. Il est assez stable dans l'air, ne décompose pas l'eau, mais se dissout facilement dans les acides et les alcalis.

Riz. 1. Gallium. Apparence.

Masse atomique et moléculaire du gallium

La masse moléculaire relative d'une substance (M r) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et la masse atomique relative d'un élément (A r) est combien de fois la masse moyenne des atomes d'un élément chimique est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

Puisqu'à l'état libre, le gallium existe sous forme de molécules monoatomiques de Ga, les valeurs de ses masses atomique et moléculaire coïncident. Ils sont égaux à 69,723.

Isotopes du gallium

On sait que dans la nature, le gallium peut être trouvé sous la forme de deux isotopes stables 69 Ga (60,11 %) et 71 Ga (39,89 %). Leurs nombres de masse sont respectivement 69 et 71. Le noyau d'un atome de l'isotope du gallium 69 Ga contient trente et un protons et trente-huit neutrons, et l'isotope 71 Ga contient le même nombre de protons et quarante neutrons.

Il existe des isotopes radioactifs artificiels instables du gallium avec des nombres de masse de 56 à 86, ainsi que trois états isomères de noyaux, parmi lesquels l'isotope 67 Ga à la durée de vie la plus longue avec une demi-vie de 3,26 jours.

Ions gallium

Au niveau d'énergie externe de l'atome de gallium, il y a trois électrons, qui sont de valence :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 .

À la suite d'une interaction chimique, le gallium cède ses électrons de valence, c'est-à-dire est leur donneur, et se transforme en un ion chargé positivement :

Ga 0 -2e → Ga 2+ ;

Ga 0 -3e → Ga 3+ .

Molécule et atome de gallium

À l’état libre, le gallium existe sous forme de molécules monoatomiques de Ga. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de gallium :

Alliages de gallium

En ajoutant du gallium à l'aluminium, on obtient des alliages bien adaptés au travail à chaud ; Les alliages gallium-or sont utilisés dans les prothèses dentaires et les bijoux.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2