Qu’est-ce que le gallium ?
Le gallium est un métal mou, inodore et de couleur blanc argenté.
Le symbole élémentaire du gallium est Ga, son numéro atomique est 31 et son numéro d’enregistrement CAS est le 7440-55-3. Il a été découvert en 1875 par le chimiste français Paul Beaudrin. Il est largement répandu dans la nature et se trouve à l’état de traces dans des minéraux tels que la bauxite et la germanite, qui sont des minerais d’aluminium.
Utilisations du gallium
Le gallium est utilisé comme matériau semi-conducteur parce qu’il un semi-conducteur composé comme l’arséniure de gallium (GaAs, communément appelé galliarsenic), un composé avec l’arsenic. L’arséniure de gallium est utilisé dans des produits électroniques tels que les imprimantes laser, les superordinateurs et les téléphones portables.
Le nitrure de gallium (GaN) est un composé de gallium et d’azote. Il est également utilisé dans les diodes électroluminescentes (DEL) bleues. On retrouve ces dernières dans les disques Blu-ray, les ampoules LED et les nouveaux types de feux de circulation.
Propriétés du gallium
Le point de fusion du gallium est de 29,8°C et son point d’ébullition de 2 403°C. Il existe à l’état solide ou liquide à température ambiante et sa densité est de 5,91 g/cm3 à l’état solide. Parmi les métaux, le faible point de fusion du gallium est sa caractéristique la plus connue. Il est antimagnétique à l’état solide, mais paramagnétique à l’état liquide, avec une susceptibilité magnétique de 2,4×10-6 à 40°C.
Structure du gallium
Contrairement à d’autres métaux, le gallium ne cristallise dans aucune des structures cristallines simples. Les phases stables à la pression ambiante sont α-, β-, γ- et δ-gallium. Celles-ci se forment dans différentes conditions, et Ga-II, Ga-III et Ga-IV, se forment à haute pression.
1. Structure du α-gallium
Le α-gallium est un polymorphe du gallium qui existe dans des conditions normales. Il possède une structure orthorhombique avec huit atomes dans le réseau unitaire. La distance entre les atomes les plus proches est de 244 pm, et 39 pm supplémentaires séparent les six atomes voisins. Cette structure instable et peu symétrique serait à l’origine du faible point de fusion du gallium.
2. Autres polymorphes
D’autres formes cristallines du gallium peuvent être obtenues par cristallisation à partir de gallium liquide surfondu. Au-dessus de -16,3 °C, il se forme du β-gallium monoclinique avec une structure en zigzag des atomes de gallium. En revanche, au-dessus de -19,4 °C, du δ-gallium triclinique avec une structure cristalline similaire à celle de l’α-bore, avec 12 atomes de gallium disposés de manière déformée . À -35,6 °C, il se forme du γ-gallium orthorhombique, dont la structure est similaire à celle du γ-boron, avec sept atomes de gallium disposés en anneau et interconnectés par des atomes disposés en chaîne linéaire au milieu.
Autres informations sur le gallium
Comment le gallium est-il produit ?
Le gallium n’est produit que comme sous-produit lors du traitement de minerais d’autres métaux et sa principale matière première est la bauxite, le principal minerai d’aluminium. Toutefois, il peut également être extrait du minerai de sulfure de zinc. Dans la méthode Beyer, le gallium s’accumule dans une solution d’hydroxyde de sodium au cours du processus de transformation de la bauxite en alumine. De ce fait, le gallium métal peut être obtenu par électrolyse après l’utilisation d’une résine échangeuse d’ions. Pour les utilisations dans le domaine des semi-conducteurs, le gallium est encore purifié par le procédé de fusion par zone ou par l’extraction d’un seul cristal à partir de la fusion. Des degrés de pureté très élevés, tels que 99,9999 %, sont couramment atteints et disponibles dans le commerce.
Précautions de manipulation et de stockage
Les précautions de manipulation et de stockage sont les suivantes :
- Fermer hermétiquement les récipients et les stocker dans un endroit sec, frais et sombre.
- L’utiliser uniquement à l’extérieur ou dans des zones bien ventilées.
- Éviter tout mélange avec des acides, des alcalis, des agents oxydants et des halogènes.
- Ne pas l’utiliser sur des composants susceptibles d’entrer en contact avec des métaux, en particulier l’aluminium, car ils se corroderaient.
- Porter des gants et des lunettes de protection lors de l’utilisation.
- Se laver soigneusement les mains après manipulation.
- En cas de contact avec la peau, la rincer immédiatement à l’eau.
- En cas de contact avec les yeux, les rincer soigneusement à l’eau pendant plusieurs minutes.