Gallium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	5,91
Härte nach Mohs	1,5
Schallgeschwindigkeit in
Schmelztemperatur in °C	30
spezifische Schmelzwärme in	80,17
Siedetemperatur in °C	2400
spezifische Verdampfungswärme in	3640
Standardentropie S0 in	41
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	40,6
spezifische Wärmekapazität in	0,371
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,2712
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,001 4

Isotope des Elements

Gallium kommt in der Natur als Gemisch von zwei stabilen Isotopen vor. Außerdem sind noch 23 weitere künstliche, radioaktive Isotope bekannt.

Ordnungszahl Z	Massen- zahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
31	68	67,927 992	künstlich	β : 1,9	79 h
	69	68,925 574	60,1%
	70	69,926 035	künstlich	β : 1,7	21 min.
	71	70,924 706	39,9%
	72	71,926 372	künstlich	β : 1,0	14 h

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Gallium ist ein silberweiß glänzendes, an der Luft beständiges, sehr weiches, gut dehnbares diamagnetisches Metall. Es kristallisiert im orthorhombischen System. Gallium hat eine sehr niedrige Schmelztemperatur von 29,78 °C und schmilzt schon in der Hand. Es besitzt einen negativen Ausdehnungskoeffizienten, was heißt, dass die Dichte des festen Metalls gegenüber der Schmelze kleiner ist. Gallium bildet in seinen Verbindungen vorwiegend die Oxidationsstufe +III aus. Es ist entsprechend seines negativen Normalpotenzials ein elektropositives, unedles Metall, das sich unter Wasserstoffentwicklung sowohl in verdünnten Säuren als auch in Basen und sogar in heißem Wasser löst. Mit Säuren bildet es die entsprechenden Salze, in kaltem Wasser und in oxidierenden Säuren erfolgt Passivierung. In trockener Luft ist Gallium beständig.

Entdeckung

Der französische Chemiker PAUL-ÈMIL LECOQ de BOISBAUDRAN (1838-1912) entdeckte Gallium im Jahre 1875 in Paris in einer pyrenäischen Zinkblende, mithilfe eines selbst gebauten Funkenspektrometers. Im selben Jahr gelang es ihm zusammen mit seinem Mitarbeiter E.C. JUNGFLEISCH das reine Metall durch Elektrolyse einer ammoniakalischen Galliumsulfatlösung zu isolieren. Das neue Element erhielt auf Vorschlag von BOISBAUDRAN den Namen Gallium zu Ehren Frankreichs. Das Element hatte MENDELEJEW bereits 1871 als Eka-Aluminium vorausgesagt.

Vorkommen/Herstellung

Gallium gehört zu den weniger häufigen Elementen der Erde, es steht an 38. Stelle der Elementhäufigkeit. In der Natur kommt es nie elementar vor. In Form von Verbindungen ist es in geringen Konzentrationen weit verbreitet. Das galliumreichste Mineral mit einem Ga-Gehalt von 36 % ist der Gallit (CuGaS₂), das 1958 in der Tsumeb-Mine in Südwestafrika entdeckt wurde. Da es einen ähnlichen Ionenradius wie Aluminium besitzt, findet sich Gallium in vielen Aluminiumverbindungen wieder. Es findet sich daher in geringen Konzentrationen als Begleitelement in vielen Aluminiumerzen (z. B. Bauxit, Tonerde). Gallium erhält man heute technisch vor allem als Nebenprodukt der Zink- und Aluminiumindustrie. So fällt Gallium als bei der Aufbereitung von Bauxit nach dem Bayer-Verfahren an und wird an einer mit Quecksilber überzogenen Eisenkathode elektrolytisch abgeschieden. Reinstes Gallium erhält man durch elektrolytische Raffination. Die wird an die Dreischichtelektrolyse angeschlossen, mit deren Hilfe man Reinstaluminium gewinnt, als Nebenprodukt fällt bei diesem Verfahren Gallium an.

Verwendung

Der größte Teil des erzeugten Galliums dient zur Herstellung von Ga(III,V)-Verbindungen, wie Ga-Arsenid GaAs, Galliumantimonid GaSb, Galliumphosphid GaP u. a. Diese werden als Halbleiter zur Herstellung von Dioden, Laserdioden, Transistoren eingesetzt. Galliumarsenid hat große Bedeutung als Material zur Herstellung von Solarzellen in der Raumfahrttechnik. Es findet weiterhin Verwendung als Füllung von Quarz-Hochtemperaturthermometern, als Wärmeaustauschmedium in der Reaktortechnik. Durch den ungiftigen Charakter der Flüssigkeit dient es als Ersatz für Quecksilber sowie als Lampenfüllung für Galliumdampflampen.

Wichtige Verbindungen

Galliumarsenid (GaAs), Galliumoxid (Ga₂O₃), Gallate vom Spinel-Typ [M(II)Ga₂O₄.].

Bau

Gallium bildet eine orthorhombisches Metallgitter.