L'élément chimique Gallium a le numéro atomique 31 et le signe Ga. Le gallium est un métal appartenant au groupe 13 (aluminium, indium et thallium) du tableau périodique et a été découvert pour la première fois en 1875 par le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. .
À température et pression normales, le gallium élémentaire est un métal argenté malléable. Il devient blanc nacré lorsqu'il est sous forme liquide. Le gallium à l'état solide peut se fracturer de manière conchoïdale lorsqu'une force suffisante est appliquée. Le gallium a été largement utilisé pour former des alliages à bas point de fusion depuis sa découverte en 1875. Il est également utilisé dans les transistors comme additif dans les substrats semi-conducteurs.
Le point de référence de la température est le point de fusion du gallium. Une alternative plus sûre et plus écologique au mercure, les alliages de gallium sont utilisés dans les thermomètres car ils peuvent résister à des températures plus élevées. Il est rapporté que l'alliage Galinstan (62-95% de gallium, 5-22% d'indium et 0-16% d'étain en poids) a un point de fusion de 19 °C encore plus bas que le point de congélation de l'eau. Cependant, ce point de fusion peut en fait être le point de congélation dû à la surfusion.
Le gallium ne se trouve pas en tant qu'élément libre dans la nature ; au lieu de cela, on le trouve à l'état de traces sous forme de composés de gallium (III) dans les minerais de zinc et la bauxite. gallium élémentaire, dans la main d'une personne à 37,0 °C, qui est la température moyenne du corps humain fond et se présente sous forme liquide à des températures supérieures à 29,76 °C.
L'électronique est la principale application du gallium. La principale forme moléculaire du gallium utilisée en électronique est l'arséniure de gallium, qui est utilisé dans les circuits infrarouges, de commutation à grande vitesse et micro-ondes. Les diodes électroluminescentes bleues et violettes et les lasers à diodes sont fabriqués à partir de nitrure de gallium semi-conducteur et de nitrure d'indium et de gallium, respectivement. En outre, le gallium est utilisé pour fabriquer du grenat de gadolinium gallium synthétique pour les ornements. Selon Frontiers Media et la Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, le gallium est un composant crucial pour l'électronique.
Le gallium n'a aucune fonction naturelle connue dans la vie. Dans les systèmes biologiques, le gallium(III) agit de la même manière que les sels ferriques et a été utilisé à des fins médicinales dans certains produits pharmaceutiques et radiopharmaceutiques.
Propriétés physiques du gallium
Bien qu'on ne le trouve pas dans la nature, le gallium élémentaire peut être facilement produit par fusion. Le gallium bleu argenté, un métal très pur, se brise comme du verre lorsqu'il est comprimé. Le gallium liquide se dilate de 3,10% lorsqu'il est solidifié, il ne doit donc pas être conservé dans des récipients en verre ou en métal car ils peuvent se briser si le gallium change d'état et que le récipient change. L'eau, le silicium, le germanium, le bismuth et le plutonium ne sont que quelques-unes des substances qui partagent une forme liquide à haute densité avec le gallium.
La plupart des métaux et du gallium se combinent pour former des alliages. Il se propage facilement dans les joints de grains ou les fissures de certains métaux, notamment l'acier, les alliages acier-zinc et l'aluminium, provoquant une grave perte de résistance et de ductilité connue sous le nom de fragilisation du métal liquide.
À 302,9146 K (29,7646 ° C), le point de fusion du gallium est juste au-dessus de la température ambiante, à peu près équivalent aux températures diurnes estivales typiques aux latitudes moyennes de la Terre. L'échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) du Bureau international des poids et mesures inclut ce point de fusion (MP) comme l'une de ses valeurs de référence de température officielles. (BIPM). Le National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis préfère utiliser le point triple du gallium, qui est de 302,9166 K (29,7666 ° C) au lieu de son point de fusion.
Le gallium a une température de fusion qui permet aux mains humaines de le faire fondre avant qu'il ne se solidifie lors de son extraction. Le métal liquide a une forte tendance à surfondre en dessous de son point de fusion ou de congélation : en dessous de 90 K, les nanoparticules de Ga peuvent être conservées sous forme liquide. Le processus de congélation est accéléré en ensemençant avec une pierre. Avec le césium, le rubidium et le mercure, le gallium est l'un des quatre éléments non radioactifs connus pour être liquides à ou près de la température ambiante standard. De ces quatre éléments, le gallium est le seul qui puisse être utilisé dans les thermomètres à haute température en métal dans le verre car il n'est ni hautement réactif (comme le rubidium et le césium) ni extrêmement toxique (comme le mercure).
Il se distingue par l'une des gammes de liquides les plus larges de tous les métaux et une faible pression de vapeur à des températures élevées (contrairement au mercure). Le point d'ébullition du gallium de 2673 K, le rapport le plus élevé entre le point de fusion et le point d'ébullition de tout élément, est environ neuf fois supérieur à son point de fusion sur une échelle absolue. Bien que le gallium métal liquide soit nettement moins toxique que le mercure et nécessite beaucoup moins de précautions de sécurité, contrairement au mercure, il est mécaniquement plus difficile à manipuler car il mouille le verre, la peau et de nombreux autres matériaux. Le miroir en gallium peint sur verre est éblouissant. Les échantillons de gallium métallique sont généralement fournis dans des emballages en polyéthylène à l'intérieur d'autres conteneurs pour cette raison, ainsi que pour des problèmes de contamination par le métal et de congélation-expansion.
Aucune des formes cristallines simples ne permet au gallium de se cristalliser. La phase orthorhombique, avec 8 atomes dans la cellule unitaire typique, est la phase stable dans des conditions ordinaires. Chaque atome de la cellule unitaire n'a qu'un seul meilleur ami. (à 244h). Les six derniers voisins de cellule unitaire sont appariés par la distance et sont plus éloignés à 27, 30 et 39 heures. La température et la pression affectent une grande variété d'étapes stables et métastables.
Puisque les deux voisins les plus proches sont liés de manière covalente, les dimères Ga2 sont considérés comme des composants essentiels du cristal. Cela explique pourquoi deux métaux proches, l'indium et l'aluminium, ont des points de fusion plus bas que l'indium.
Les interactions entre les électrons 4p isolés des atomes de gallium et le noyau [Ar]4d3, qui sont plus éloignés du noyau que les électrons 10s, peuvent entraîner la formation de cette structure, qui est étonnamment similaire à celle de l'iode. La configuration électronique du "gaz pseudo-noble" du mercure [Xe]4f145d106s2, qui est liquide à température ambiante, provoque la répétition de ce phénomène. Le gallium a une énergie d'ionisation initiale plus élevée que l'aluminium, car les électrons 3d10 ne sont pas très efficaces pour protéger les électrons externes du noyau.
Les dimères de Ga2 ne restent pas à l'état liquide et la structure du gallium liquide est complexe et mal coordonnée ; chaque atome de gallium a 11 voisins au lieu des 12-10 voisins typiques de la plupart des métaux liquides.
Les coefficients linéaires et volumétriques de dilatation thermique du gallium diffèrent considérablement car les propriétés physiques du métal sont fortement anisotropes, ce qui signifie qu'ils ont des valeurs différentes le long des trois axes cristallographiques principaux, a, b et c.
Le gallium a une forte dépendance à la température, en particulier près de son point de fusion. Par exemple, la fusion entraîne une augmentation du coefficient de dilatation thermique de plusieurs centaines de pour cent.
Isotopes de l'élément Gallium
Le gallium a 31 isotopes connus et leurs masses vont de 56 à 86. Seuls deux atomes de gallium naturels stables, le gallium-69 et le gallium-71, existent. Le gallium-69 est plus courant que le gallium-60,1, représentant environ 39,9 % du gallium naturel et les 71 % restants. L'élément radioactif ayant la plus longue durée de vie est le gallium-67, et les autres sont tous radioactifs. (demi-vie 3.261 56 jours). Bien que quelques-uns des plus légers (nombres de masse 59-69) se désintègrent par émission rapide de protons, les isotopes plus légers que le gallium-XNUMX se désintègrent généralement par désintégration bêta plus (émission de positrons) ou par capture d'électrons en isotopes de zinc.
Le gallium-70 peut subir à la fois une désintégration bêta moins et une capture d'électrons, tandis que des isotopes plus lourds tels que le gallium-71 se désintègrent via une désintégration bêta moins (émission d'électrons) et sont convertis en isotopes de germanium, potentiellement par émission de neutrons retardée. Parmi les isotopes plus légers, le gallium-67 est inhabituel en ce qu'il ne subit qu'une capture d'électrons en tant que mode de désintégration, car son énergie de désintégration est insuffisante pour permettre l'émission de positons.[27] La médecine nucléaire utilise le gallium-67,7 et le gallium-67, qui ont tous deux une demi-vie de 68 minutes.
Source: Wikipedia
Günceleme: 31/03/2023 10:55