Gallium
| Gallium | |
| Elementsymbol | Ga |
| Ordnungszahl | 31 |
| Relative Atommasse | 69,723 |
| Aggregatzustand | fest |
| Schmelzpunkt | 29,76 °C |
| Siedepunkt | 2400 °C |
| Elementkategorie | Metall |
Gallium ist ein selten vorkommendes chemisches Element der 3. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Es ist von weicher, gut dehnbarer Konsistenz sowie silbrig-weißer Farbe und spielt als leicht verformbares Metall (bzw. Halbmetall) eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Halbleitern. Technologisch ist Gallium deshalb interessant, weil dessen Schmelzpunkt im Vergleich zu anderen Metallen verhältnismäßig niedrig liegt. Gallium hat die längste Flüssigkeitsspanne aller Elemente.
Inhaltsverzeichnis
Geschichte
Das bis dahin noch unbekannte Element Gallium wurde von Dmitri Mendelejew (1869) und Lothar Meyer (1870) als „Eka-Aluminium“ vorhergesagt. 1875 wurde es dann von dem französischen Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran entdeckt, der ihm auch den Namen gab (nach Gallien, dem lateinischen Namen für das ungefähre Gebiet des heutigen Frankreichs).[1] Im selben Jahr gelang es ihm zusammen mit seinem Mitarbeiter Émile Jungfleisch, das reine Metall durch Elektrolyse einer ammoniakalischen Galliumsulfatlösung zu isolieren.
Eigenschaften
In seinem chemischen Verhalten ähnelt Gallium den Elementen Aluminium und Zink. Für den Menschen ist das Element ungiftig und spielt, soweit bekannt, als Spurenelement keine Rolle. In Säuren löst es sich unter Wasserstoffentwicklung verhältnismäßig schnell auf. Gegenüber Laugen ist es ebenfalls unbeständig. Es besitzt eine auffallend niedrige Schmelz- und relativ hohe Siedetemperatur. In festem Zustand ist das kristallin sowie farblich hellblau auftretende Gallium zwar relativ weich, aber kompaktere Stücke splittern bei starker, plötzlicher mechanischer Belastung mit muscheligem Bruch, und es entstehen feine, scharfe Splitter. Bemerkenswert ist zudem die hohe Benetzungsfähigkeit von flüssigem Gallium. So bildet es zum Beispiel auf der Haut leicht einen grauen Schmierfilm, ebenso in den Augen.
Gallium ist in flüssigem Zustand von silberweißer Farbe und hat eine starke Tendenz, auch dann flüssig zu bleiben, wenn es unter seinen Schmelzpunkt abkühlt. 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). An der Luft oxidiert Gallium langsam und behält seinen Glanz.
Vorkommen
Gallium kommt in der Natur nur in Kombination mit anderen Elementen vor. Als wichtigstes Erz dient der Bauxit, dem es als Begleitmetall während der Schmelzflußelektrolyse bei der Aluminiumgewinnung entzogen wird. Desweiteren wird es als Nebenprodukt bei der Verhüttung von Kupferschiefer gewonnen. Weitere Minerale sind die Zinkblende und das Germanit.
Die Hauptvorkommen an Gallium befinden sich in China, Australien, Böhmen, Indien sowie in Guinea. Größere Recyclinganlagen stehen in den USA, Japan und in der BRD. Kleinere Gewinnungsstätten finden sich auch in Rußland, Kasachstan, Südkorea und Ungarn.
Verwendung
Der relativ hohe Preis von Gallium macht dessen Verwendung in vielen Bereichen unwirtschaftlich.[2]
Gallium eignet sich als ungiftiger, nichtflüchtiger Quecksilberersatz (Galinstan) für Thermometerfüllungen mit sehr breitem Anzeigebereich. Zudem kommt es als Wärmeaustauscher in Kernreaktoren, in der Lasertechnik und in der Solarindustrie zum Einsatz.
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.
Eine weitere Verwendung findet Gallium auch als Legierungszusatz im dentaltechnischen-edelmetallverarbeitenden Bereich. Eine noch relativ neue Anwendung ist der Einsatz als Flüssigmetall-Wärmeleitpaste im PC-Bereich.
