Gallium (Ga) – kémiai elem: tulajdonságok, felhasználás és biztonság

Fedezze fel a gallium (Ga) tulajdonságait, ipari és elektronikai felhasználását, biztonsági kockázatait és érdekességeit — részletes, naprakész ismertető.

A gallium (kémiai jel: Ga) a periódusos rendszer 31. kémiai eleme.

A gallium egy fém, de szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik. Olvadáspontja 85,58 Fahrenheit (kb. 29,76 °C), ezért kézmelegségnél megolvad: ha valaki a kezében tartja, folyékony állapotba mehet. Ha a kezünkre tesszük, foltot hagyhat a bőrön (ez a felületi oxidrétegnek és a fém „nedvesítő” hatásának köszönhető). A gallium a kezedben általában nem okoz akut sérülést, de nem ehető; egyes galliumvegyületek viszont nagyon veszélyesek lehetnek. A gallium nem vezeti jól az elektromosságot a nemesfémekhez képest, és félvezetőként ismert bizonyos vegyületeiben és ötvözeteiben. Ez azt jelenti, hogy a galliumot számítógépekben és más elektronikai eszközökben lehet használni, hogy azok működjenek. Nagyon fényes tiszta, folyékony formájában tükrök készítésére is alkalmazzák. A legtisztább, kivont formában a gallium élénk ezüst színű; szilárd anyagként kékesszürke. A galliumot atombombákban is alkalmazták a kristályszerkezet stabilizálására. Az alumíniummal, az indiummal és a talliummal áll rokonságban.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

• Rendszám: 31; relatív atomtömeg: kb. 69,723.
• Olvadáspont: kb. 29,76 °C (85,58 °F) — ezért kézmelegségnél megolvad.
• Forráspont: nagyon magas (több ezer °C, ipari körülmények között is jól stabil marad).
• Sűrűség: körülbelül 5,9 g/cm³ szobahőmérsékleten (szilárd állapotban).
• Tipikus oxidációs állapot: +3; kémiai viselkedése fémszerű, de részben kovalens kötéseket is képez.
• Szilárd állapotban különleges kristályszerkezete van, és az anyag térfogata megváltozik az olvadás során (ezért fémként is hajlamos lehet tartályokat megrongálni, ha nem megfelelő az anyagválasztás).

Előfordulás és előállítás

A gallium a természetben ritkán fordul elő elemi állapotban; leggyakrabban más ércek, például bauxit és cinktartalmú rögök mellékalkotójaként található meg. Ipari mennyiségben a galliumot általában az alumínium- és a cinkfinomítás melléktermékeként nyerik ki. A tisztítás elektromos úton vagy vegyi eljárásokkal történik, hogy fennmaradó szennyeződésektől megszabadítsák.

Felhasználás

A gallium és vegyületei több fontos ipari és tudományos alkalmazással rendelkeznek:

• Elektronika és félvezetők: A galliumból és vegyületeiből készült anyagok (pl. gallium-arzenid, GaAs; gallium-nitrid, GaN) kulcsfontosságúak a mikrohullámú áramkörökben, rádiófrekvenciás eszközökben, nagy sebességű és nagy teljesítményű félvezetőkben, valamint az optoelektronikában.
• LED-ek és lézerek: A GaN és GaAs alapú anyagok tették lehetővé a kék és ultraibolya LED-ek, valamint nagy teljesítményű lézerek fejlesztését.
• Napelemek: Egyes gallium-tartalmú félvezetők hatékony napcellákban (például GaAs alapú napelemek) is használatosak, különösen űripari alkalmazásokban, ahol magas hatásfok és kis tömeg fontos.
• Folyékony fémötvözetek: A galliumból készített ötvözetek (például galinstan — gallium, indiumn és ón) folyékonyak szobahőmérsékleten, és gyakran használják higany helyettesítésére hővezető folyadékként, mérőeszközökben és hűtőrendszerekben.
• Tükrök és felületi bevonatok: Folyékony gallium és bizonyos ötvözetei kiváló tükröző réteget adnak speciális optikai alkalmazásokban.
• Orvosi és radiológiai alkalmazások: Néhány gallium-só és izotóp (például 67Ga) fontos szerepet játszik diagnosztikában és kutatásban; egyes galliumvegyületeket gyógyszerkutatásban is vizsgálnak.

Biztonság és környezeti hatások

A gallium fémként viszonylag alacsony akut toxikusságú, de fontos biztonsági szempontok:

• Ne nyeljük le és ne juttassuk a szervezetbe; a fémes gallium nem élelmiszer vagy gyógyszer. A bőrrel való rövid érintkezés általában nem veszélyes, de érdemes lemosni a területet, különösen műtéti vagy nyílt sebek közelében.
• Bizonyos galliumvegyületek (például gallium-arszenid, GaAs) mérgezőek és belélegezve vagy por formájában veszélyesek lehetnek. Ezeket zárt rendszerekben, megfelelő elszívással és védőfelszereléssel kell kezelni.
• A gallium folyékony formája „neddyít” (wetting) más fémekkel, különösen az alumíniummal, és képes fémek ridegségét okozni (metallikus embrittlement). Ezért olvadt galliumot alumínium edényben tartani vagy vele dolgozni nem szabad.
• Környezeti felhalmozódásról és ökotoxikológiai hatásokról a kutatások folynak; ipari kibocsátást és hulladékkezelést szabályozni kell, valamint a galliumot tartalmazó anyagokat újrahasznosítani érdemes.

Gyakorlati tanácsok

• Olvadt galliumnal dolgozva használjunk nem-reaktív edényeket (pl. rozsdamentes acél helyett bizonyos speciális anyagokat), és kerüljük az alumínium edényeket és szerkezeteket.
• Por vagy gőz formájában való expozíció elkerülése miatt megfelelő helyi elszívást és légzésvédelmet alkalmazzunk vegyi feldolgozáskor.
• Ha gallium kerül a bőrre, az érintett területet szappannal és vízzel mossuk le; irritáció esetén forduljunk orvoshoz. Vegyszerekkel vagy galliumvegyületekkel kapcsolatos expozíció esetén kövessük a biztonsági adatlap (MSDS) előírásait.

Összefoglalva: a gallium különleges fém, amely alacsony olvadáspontja és hasznos félvezető tulajdonságai miatt fontos szerepet játszik a modern elektronikában, optoelektronikában és speciális ipari alkalmazásokban. Ugyanakkor vegyületei és bizonyos fizikai viselkedése miatt körültekintő kezelést igényel.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a gallium?

K: Mi a gallium szokatlan tulajdonsága?

K: Biztonságos a galliumot kézbe venni?

K: Használható-e a gallium számítógépekben?

K: Milyen színű a legtisztább kivont gallium?

K: Mire használható a gallium folyékony formában?

K: Mihez kapcsolódik a gallium?

Keresés betűvel