Gallium
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Gallium, Ga, 31 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Metalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 13 (IIIA), 4, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | silbrig weiß | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 1 · 10-3 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 69,723 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 130 (136) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenzradius | 126 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 187 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ar]3d104s24p1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 18, 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 578,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1979,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 2963 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 6180 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand (Magnetismus) | fest (-) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | orthorhombisch (Ga-I) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (Mohshärte) | 5904 kg/m3 (1,5) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 302,91 K (29,76 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 2477 K (2204 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 11,80 · 10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 258,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 5,59 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 9,31 · 10-36 Pa bei 302,9 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 2740 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 370 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 6,78 · 106 S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 40,6 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxide (Basizität) | (amphoter) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | -0,56 V (Ga3+ + 3e- → Ga) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,81 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gallium ist ein Metall (chemisches Element), welches erstmals 1875 vom französischen Chemiker Paul Emile Lecoq de Boisbaudran entdeckt wurde, der ihm auch den Namen gab. Es ist benannt nach Gallien, dem lateinischen Namen für Frankreich. Möglich wäre auch, dass sich der Entdecker hier selbst verewigt hat, denn Le coq ist französisch und bedeutet der Hahn, der auf lateinisch gallus heißt.
Geschichte
Das noch unbekannte Element wurde schon bei der Erstellung des Periodischen Systems von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1869) und Lothar Meyer (1870) vorhergesagt und kurz daraufhin auch entdeckt.
Eigenschaften
Interessant ist die zarte hellblaue Metallfarbe des kristallinen Galliums. Besonderheiten sind die auffallend niedrige Schmelz- und die relativ hohe Siedetemperatur. Bis zum heutigen Tage sind 4 Normaldruck- und 3 Hochdruckmodifikationen bekannt. In festem Zustand zeigt die bei Normalbedingungen beständige Modifikation einige Eigentümlichkeiten. So ist Gallium zwar relativ weich, kompakte Stücke splittern bei starker, plötzlicher mechanischer Belastung allerdings mit muscheligem Bruch und es entstehen feine scharfe Splitter. Bemerkenswert ist weiterhin die hohe Benetzungsfähigkeit flüssigen Galliums. So bildet es z.B. auf der Haut leicht einen grauen Schmierfilm, ebenso in den Augen, weswegen der Kontakt mit dem Metall vermieden werden sollte.
Gallium hat eine starke Tendenz unter seinen Schmelzpunkt abzukühlen und flüssig zu bleiben. Erst durch einen Kristallisationskeim oder durch weitere Abkühlung verfestigt es sich dann.
Die Dichte von flüssigem Gallium beträgt 6100 kg/m3, ist also höher als die von festem Gallium (Dichteanomalie).
Die Schmelze ist silberweiß. Gallium oxidiert langsam an der Luft und behält seinen Glanz.
Vorkommen
Gallium kommt in der Natur stets in Kombination mit anderen Elementen vor. Als wichtigstes Erz dient der Bauxit, dem es als Begleitmetall während der Schmelzflusselektrolyse bei der Aluminiumgewinnung entzogen wird. Weitere Minerale sind die Zinkblende und der Germanit. Die Hauptvorkommen an Gallium befinden sich in Kasachstan, in Australien, in Tschechien, in Indien sowie in Guinea. Größere Recyclinganlagen stehen in den USA, in Japan und in Deutschland.
Verwendung
Gallium ist relativ teuer, was die Verwendung schnell unwirtschaftlich macht. Es eignet sich als ungiftiger, nichtflüchtiger Quecksilberersatz (Galinstan) für Thermometerfüllungen mit sehr breitem Anzeigebereich.
Eine Galliumlegierung mit Indium, Zink und Kupfer erstarrt unter 0 °C, besitzt eine hohe Oberflächenspannung, einen sehr hohen Siedepunkt und einen sehr niedrigen Dampfdruck.
Aus dem Halbleiter Galliumnitrid (GaN) werden blaue Leuchtdioden hergestellt. Gallium-Arsenid (GaAs, Gallium + Arsen) findet nach der Kristallzucht und der Weiterverarbeitung zu Wafern vor allem für elektronische Hochfrequenzbauteile (Integrierte Schaltkreise und Leuchtdioden beziehungsweise Laser) Verwendung. Ein weiteres wichtiges Verfahren ist hierbei die Darstellung von Halbleitern mit der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD).
Gallium wird als Legierungszusatz im dentaltechnischen-edelmetallverarbeitenden Bereich eingesetzt. Galliumoxide lassen sich zu speziellen starklichtbrechenden Kristallmaterialien verarbeiten. In Kristallen ist ein lückenloser Austausch von Galliumionen durch Aluminiumionen möglich.
Galliumtrichlorid (GaCl3) wird in Neutrinodetektoren eingesetzt. Die dabei verwendete Menge entspricht mehreren Weltjahresproduktionen Gallium.
Unter Elementsammlern ist Gallium beliebt wegen seines niedrigen Schmelzpunktes. Es lässt sich bereits mit Handwärme verflüssigen.
Biogene Eigenschaften
Gallium gilt als ungiftig.
