Was ist Gallium?
Gallium (englisch: Gallium) ist ein weiches, geruchloses, silbrig-weißes Metall.
Gallium hat das Elementsymbol Ga, die Ordnungszahl 31 und die CAS-Nummer 7440-55-3. Es wurde 1875 von dem französischen Chemiker Paul Beaudrin entdeckt. Gallium ist in der Natur weit verbreitet und kommt in Spuren in Mineralien wie Bauxit und Germanit vor, die Aluminiumerze sind.
Anwendungen von Gallium
Gallium wird als Halbleitermaterial verwendet, da es als Galliumarsenid (GaAs), einer Verbindung mit Arsen, ein Verbindungshalbleiter ist. Galliumarsenid wird in elektronischen Produkten wie Laserdruckern, Supercomputern und Mobiltelefonen verwendet.
Galliumnitrid (GaN), eine Verbindung aus Gallium und Stickstoff, wird auch in blauen Leuchtdioden (LEDs) verwendet. Blaue LEDs werden in Blu-ray-Discs, LED-Glühbirnen und neuen Arten von Verkehrsampeln verwendet.
Eigenschaften von Gallium
Gallium hat einen Schmelzpunkt von 29,8 °C und einen Siedepunkt von 2.403 °C. Es liegt bei Raumtemperatur als Feststoff oder Flüssigkeit vor und hat im festen Zustand eine Dichte von 5,91 g/cm3. Unter den Metallen ist der niedrige Schmelzpunkt von Gallium sein bekanntestes Merkmal. Im festen Zustand ist es antimagnetisch, im flüssigen Zustand jedoch paramagnetisch, mit einer magnetischen Suszeptibilität von 2,4×10-6 bei 40 °C.
Struktur von Gallium
Im Gegensatz zu anderen Metallen kristallisiert Gallium nicht in einer der einfachen Kristallstrukturen. Die stabilen Phasen bei Umgebungsdruck sind α-, β-, γ- und δ-Gallium, die sich unter verschiedenen Bedingungen bilden, sowie Ga-II, Ga-III und Ga-IV, die sich bei hohem Druck bilden.
1. Struktur von α-Gallium
α-Gallium ist ein Polymorph des Galliums, das unter normalen Bedingungen existiert und eine orthorhombische Struktur mit acht Atomen im Einheitsgitter aufweist. Der Abstand zwischen den nächstgelegenen Atomen beträgt 244 pm, und weitere 39 pm trennen die sechs Nachbaratome voneinander. Man nimmt an, dass diese instabile, wenig symmetrische Struktur für den niedrigen Schmelzpunkt von Gallium verantwortlich ist.
2. Andere polymorphe Formen
Andere kristalline Formen von Gallium können durch Kristallisation aus unterkühltem flüssigem Gallium gewonnen werden. Oberhalb von -16,3 °C bildet sich monoklines β-Gallium mit einer Zickzackstruktur der Galliumatome und oberhalb von -19,4 °C triklines δ-Gallium mit einer α-Bor-ähnlichen Kristallstruktur, bei der 12 Galliumatome verzerrt angeordnet sind. Bei -35,6 °C bildet sich orthorhombisches γ-Gallium, das eine ähnliche Struktur wie γ-Bor aufweist, mit sieben ringförmig angeordneten Gallium-Atomen, die durch Atome verbunden sind, die in der Mitte in einer linearen Kette angeordnet sind.
Weitere Informationen über Gallium
1. Wie wird Gallium hergestellt?
Gallium fällt nur als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Erzen anderer Metalle an. Sein Hauptrohstoff ist Bauxit, das Haupterz von Aluminium, es kann aber auch aus Zinksulfiderz gewonnen werden. Bei der Bayer-Methode sammelt sich das Gallium während des Bauxit-Aluminiumoxid-Prozesses in der Natronlauge an, so dass das Gallium-Metall nach Verwendung eines Ionenaustauschharzes durch Elektrolyse gewonnen werden kann. Für Halbleiteranwendungen wird es durch das Zonenschmelzverfahren oder die Einkristallextraktion aus der Schmelze weiter gereinigt, wobei routinemäßig sehr hohe Reinheiten wie 99,9999 % erreicht werden und im Handel erhältlich sind.
2. Rechtliche Informationen
Bei der Handhabung und Lagerung sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:
- Behälter dicht verschließen und an einem trockenen, kühlen und dunklen Ort lagern.
- Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden.
- Vermischung mit Säuren, Laugen, Oxidationsmitteln und Halogenen vermeiden.
- Nicht an Bauteilen verwenden, die mit Metallen, insbesondere Aluminium, in Berührung kommen können, da diese korrodieren.
- Bei der Verwendung Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen.
- Nach der Handhabung die Hände gründlich waschen.
- Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen.
- Bei Augenkontakt mehrere Minuten lang vorsichtig mit Wasser ausspülen.