Gallio (elemento chimico)

Gallio
31 Ga                                                                                                                                                                                                                                               zinco ← gallio → germanio
Aspetto
bianco argenteo
Linea spettrale
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	gallio, Ga, 31
Serie	metalli del blocco p
Gruppo, periodo, blocco	13 (IIIA), 4, p
Densità	5 904 kg/m³
Durezza	1,5
Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2Po1/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	69,725
Raggio atomico (calc.)	130(136) pm
Raggio covalente	126 pm
Raggio di van der Waals	187 pm
Configurazione elettronica	[Ar]3d10 4s2 4p1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 3
Stati di ossidazione	3,1 (anfotero)
Struttura cristallina	ortorombica
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	302,91 K (29,76 °C)
Punto di ebollizione	2 477 K (2 204 °C)
Volume molare	11,80×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	258,7 kJ/mol
Calore di fusione	5,59 kJ/mol
Tensione di vapore	9,31×10−36 Pa a 302,9 K
Velocità del suono	2740 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-55-3
Elettronegatività	1,81 (Scala di Pauling)
Calore specifico	370 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	6,78×10−6/(m·Ω)
Conducibilità termica	40,6 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	578,8 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 979,3 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 963 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	6 180 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 69Ga 60,1% Ga è stabile con 38 neutroni 71Ga 39,9% Ga è stabile con 40 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Il gallio è l'elemento chimico di numero atomico 31 e il suo simbolo è Ga. È un metallo raro, tenero e di colore argenteo. Il gallio è molto fragile a temperatura ambiente e il suo punto di fusione è di 29,76 °C, dunque può fondere se la temperatura dell'ambiente in cui si trova è di circa 30 gradi o se tenuto in mano. Quando fonde diminuisce il suo volume e quindi aumenta la sua densità. Si trova in tracce nella bauxite e in minerali di zinco.

L'arseniuro di gallio e il nitruro di gallio sono importanti semiconduttori usati in molti dispositivi elettronici, soprattutto nei diodi LED.

Il gallio ad elevata purezza ha colore argento e si frattura facilmente, con fratture concoidali come quelle del vetro. Il gallio metallico si espande del 3,1% durante la solidificazione, per cui non dovrebbe mai essere tenuto in contenitori di vetro o di metallo. Inoltre il gallio è corrosivo per i metalli, perché gli atomi di gallio diffondono nella matrice cristallina metallica, formando leghe fragili.

La temperatura di fusione del gallio, ossia 29,76 °C, è prossima a quella ambiente^[1], quindi si può usare in termometri per alte temperature. Ha un intervallo in fase liquida tra i più grandi^[2][3], nonché il rapporto tra temperatura di ebollizione e temperatura di fusione più grande in assoluto, più di 8 volte se espresso in kelvin; ha inoltre una tensione di vapore molto bassa ad alta temperatura.

Questo metallo ha una forte tendenza a sopraraffreddarsi, cioè a restare liquido anche al disotto del suo punto di fusione; per questo è necessario mettere dei semi cristallini nella massa di gallio liquido per farlo solidificare. La densità del gallio liquido è maggiore del gallio solido, come nel caso dell'acqua; di solito per i metalli si ha l'opposto. Il gallio ad alta purezza viene lentamente attaccato dagli acidi inorganici.

Il gallio non cristallizza in nessuna delle strutture cristalline semplici: la fase stabile in condizioni normali è quella ortorombica con 8 atomi per cella cristallina. Ogni atomo ha un solo vicino più prossimo, a 2,44 Å, e altri sei atomi vicini nel raggio di 2,83 Å. Esistono molte altre fasi stabili e metastabili del gallio in varie condizioni di temperatura e pressione. Il legame chimico fra gli atomi più vicini del cristallo di gallio è di tipo covalente, per cui il dimero Ga₂ è considerato il costituente principale del cristallo.

I circuiti integrati digitali e analogici e i dispositivi optoelettronici (diodi LED e diodi laser) sono l'applicazione più comune del gallio.
Altri usi comprendono:

• Realizzazione di specchi molto brillanti perché aderisce al vetro e alla porcellana.
• Semiconduttori e produzione componenti elettronici a stato solido come i transistor.
• Realizzazione di leghe metalliche: si usa come componente di leghe a basso punto di fusione. I pozzetti di plutonio delle armi nucleari impiegano una lega di gallio per stabilizzare una forma allotropa del plutonio. Molte ricerche sono state fatte sul gallio come sostituto del mercurio negli amalgami per odontoiatria, ma i nuovi composti devono ancora dimostrare la loro validità. L'aggiunta di gallio (fino al 2%) nelle comuni paste saldanti ne aumenta la bagnabilità e le capacità flussanti.
• Costruzione di termometri per alte temperature: una lega eutettica di gallio, indio e stagno è oggi usata al posto del mercurio nella maggior parte dei termometri clinici. Questa lega, dal nome commerciale di Galinstan, ha un punto di congelamento di −20 °C.
• Il gallato di magnesio con impurità come Mn²⁺ sta trovando sempre maggiore uso in materiali fosforescenti attivate da ultravioletti, che possono dar luogo a reazioni fotochimiche ritardate.^{[A cosa servono queste polveri?]}
• Il gallio è stato impiegato negli esperimenti SAGE e GALLEX Archiviato il 30 luglio 2019 in Internet Archive. al fine di rilevare il flusso dei neutrini elettronici prodotti all'interno del Sole. Per assorbimento di un neutrino, il gallio si converte in germanio con emissione di un elettrone. Gli elettroni emessi vengono poi rilevati da fotomoltiplicatori e studiati dai fisici nucleari. È possibile che i valori di spin e momento angolare dell'atomo di gallio (−³⁄₂) determinino un'instabilità dell'elemento, che potrebbe andare incontro a un decadimento spontaneo, accelerato però dall'assorbimento del neutrino elettronico.
• Drogaggio di catalizzatori per migliorarne la selettività.^[4]
• L'isotopo 68 è utilizzato in medicina nucleare per la localizzazione di tumori neuroendocrini.

Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.

Il gallio trova impiego negli ambiti sia diagnostico sia terapeutico della medicina umana. Gli isotopi ⁶⁷Ga e ⁷²Ga vengono usati come marcatori radioattivi nella diagnosi di alcune forme tumorali, come i linfomi, in virtù della predisposizione del gallio ad accumularsi maggiormente nei siti in attiva proliferazione. Inoltre il gallio costituisce un agente terapeutico nelle patologie a carattere osteolitico, per esempio il morbo di Paget, e nelle ipercalcemie, per esempio l'ipercalcemia paraneoplastica.^[5]

Il gallio (dal latino Gallia, che vuol dire "Francia" e anche gallus che significa gallo, l'animale da cortile) fu scoperto spettroscopicamente da Paul Émile Lecoq de Boisbaudran nel 1875 dal suo spettro caratteristico (due righe violette) esaminando una zincoblenda proveniente dai Pirenei. Prima della sua scoperta la maggior parte delle proprietà del gallio erano state previste e descritte da Dmitrij Mendeleev, che aveva chiamato eka-alluminio l'ipotetico nuovo elemento, sulla base della sua tavola periodica. Più tardi nel corso di quell'anno Boisbaudran ottenne il metallo puro tramite elettrolisi del suo idrossido in una soluzione di KOH. Egli battezzò il nuovo elemento con il nome della Francia e, con uno di quei giochi di parole multilingui molto amati dagli scienziati dell'epoca, anche con il suo: "Le coq" in francese vuol dire "il gallo".

Il gallio non esiste puro in natura e nemmeno esistono composti di gallio sufficientemente abbondanti da costituire una fonte estrattiva. Il gallio si ottiene dalle tracce presenti in bauxite, carbone, diaspro, germanite e sfalerite. La combustione del carbone può concentrare il gallio: alcune polveri residue della combustione contengono fino all'1,5% di gallio.

Del gallio si conoscono almeno 31 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 56, ad A = 86. Tra questi, quelli presenti In natura sono i due isotopi che seguono, entrambi stabili: ⁶⁹Ga (60,108%, spin 3/2-, il più abbondante) e ⁷¹Ga (39,892%, spin3/2-).^[6]

Il ⁶⁷Ga (spin 3/2-) non è stabile; decade per cattura elettronica (ε) a zinco-67, stabile, rilasciando un'energia pari a 1,001 MeV. questo valore è appena minore di 1,022 MeV (l'equivalente della massa di 2 elettroni) e pertanto il decadimento β+, che normalmente è in competizione con la cattura elettronica, in questo caso non può avvenire.^[7] L'emivita dell'isotopo è di 3,262 giorni, che poi decade a sua volta, ancora in modalità β+, a titanio-48, stabile.^[8]

Il ⁶⁸Ga (spin 1) non è stabile; decade per emissione di positrone (β+) a zinco-68, stabile (Q = 1,899 keV, T_1/2 = 1,129 ore).^[9]

Il ⁷⁰Ga (spin 1), che si trova in mezzo ai due isotopi stabili, non è stabile e decade secondo due modalità opposte: per 99,59% decade β+ a dare zinco-70 (Q = 1,635 MeV) e, per lo 0,41% decade β- a dare germanio-70 (Q = 654,56 keV), stabile; poi, lo zinco-70 così prodotto decade a sua volta a germanio-70 (doppio decadimento β-). L'emivita è di 21,13 minuti.^[10]

Il ⁷²Ga (spin 3-) non è stabile; decade β- a germanio-72, stabile (Q = 3,997 MeV, T_1/2 = 14,11 ore).^[11]

Il ⁷³Ga (spin 3-) non è stabile; decade β- a germanio-73, stabile (Q = 1,598 MeV, T_1/2 = 4,861 ore).^[12]

Il ⁷⁴Ga (spin 3-) non è stabile; decade β- a germanio-74, stabile (Q = 5,373 MeV, T_1/2 = 8,117 ore).^[13]

Il ⁷⁵Ga (spin 3-) non è stabile; decade β- a germanio-75 (Q = 3,392 MeV, T_1/2 = 2,1 minuti); poi, il germanio-75 così prodotto decade a sua volta in arsenico-75, stabile.^[14]

Anche se non è considerato tossico, i dati sull'effetto fisiologico del gallio non sono definitivi. Alcune fonti riportano che una prolungata esposizione al gallio può provocare dermatite, ma altri test non hanno dato tale risultato.

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

• Galinstano

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario «gallio»
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Gallio

• gallio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) gallium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Gallio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) Gallio, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 29 gennaio 2005 (archiviato dall'url originale il 6 febbraio 2006).
• Treccani, su treccani.it. URL consultato il 26 novembre 2019 (archiviato dall'url originale il 23 novembre 2019).

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