Galium

Galium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Ga dan nomor atom 31. Ditemukan oleh kimiawan Prancis Paul-Émile L. de Boisbaudran pada tahun 1875, galium berada pada golongan 13 tabel periodik dan mirip dengan logam lain dalam golongan tersebut (aluminium, indium, dan talium).

Galium elemental adalah logam lunak berwarna keperakan pada suhu dan tekanan standar. Dalam keadaan cair, ia menjadi putih keperakan. Jika kekuatan yang cukup diterapkan, galium padat dapat retak secara konkoid. Sejak ditemukan pada tahun 1875, galium telah banyak digunakan untuk membuat paduan dengan titik lebur rendah. Ia juga digunakan dalam semikonduktor, sebagai dopan dalam substrat semikonduktor.

Titik lebur galium digunakan sebagai titik referensi suhu. Paduan galium digunakan dalam termometer sebagai alternatif raksa yang tidak beracun dan ramah lingkungan, dan dapat menahan suhu yang lebih tinggi daripada raksa. Titik leburnya yang lebih rendah pada , jauh di bawah titik beku air, diklaim untuk paduan galinstan (62–⁠95% galium, 5–⁠22% indium, dan 0–⁠16% timah dari total berat), tapi nilai itu mungkin titik beku dengan efek pendinginan super.

Galium tidak terjadi sebagai unsur bebas di alam, tetapi sebagai senyawa galium(III) dalam jumlah kecil pada bijih seng (seperti sfalerit) dan bauksit. Galium elemental akan berwujud cair pada suhu lebih dari , dan akan melebur di tangan seseorang pada suhu tubuh normal manusia ().

Galium sebagian besar digunakan dalam elektronika. Galium arsenida, senyawa kimia utama galium dalam elektronika, digunakan dalam sirkuit gelombang mikro, sirkuit sakelar kecepatan-tinggi, dan sirkuit inframerah. Semikonduktor galium nitrida dan indium galium nitrida dapat menghasilkan dioda pemancar cahaya dan laser dioda berwarna biru dan ungu. Galium juga digunakan dalam produksi garnet gadolinium galium buatan untuk perhiasan. Galium dianggap sebagai unsur kritis-teknologi oleh Perpustakaan Kedokteran Nasional Amerika Serikat dan Frontiers Media.

Galium tidak memiliki peran alami yang diketahui dalam biologi. Gallium(III) berperilaku mirip dengan garam feri dalam sistem biologis dan telah digunakan dalam beberapa aplikasi medis, termasuk obat-obatan dan radiofarmasi.

Sifat fisik

Galium elemental tidak ditemukan di alam, tetapi mudah diperoleh melalui peleburan. Galium yang sangat murni adalah logam berwarna biru keperakan yang retak secara konkoid seperti kaca. Cairan galium akan mengembang sebesar 3,10% saat mengeras; oleh karena itu, galium tidak boleh disimpan dalam wadah kaca atau logam karena wadah tersebut dapat pecah saat galium berubah wujud. Galium berbagi sifat ini dengan beberapa bahan lain yang mencakup air, silikon, germanium, bismut, dan plutonium.

Galium dapat membentuk paduan dengan sebagian besar logam. Ia dengan mudah berdifusi menjadi retakan atau batas butir dari beberapa logam seperti, paduan aluminium–seng, dan baja, menyebabkan hilangnya kekuatan dan keuletan yang ekstrim yang disebut penggetasan logam cair.

Titik lebur galium, pada 302,9146 K (29,7646 °C, 85,5763 °F), berada tepat di atas suhu kamar, dan kira-kira sama dengan rata-rata suhu siang hari saat musim panas di garis lintang tengah Bumi. Titik lebur (mp) ini adalah salah satu titik referensi suhu formal dalam Skala Suhu Internasional tahun 1990 (ITS-90) yang ditetapkan oleh Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (BIPM). Titik tripel galium, 302,9166 K (29,7666 °C, 85,5799 °F), digunakan oleh Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) A.S. sebagai preferensi terhadap titik leburnya.

Titik lebur galium memungkinkannya untuk melebur di tangan manusia, dan kemudian akan mengeras jika dihilangkan. Logam galium cair memiliki kecenderungan kuat untuk mendingin di bawah titik lebur/titik bekunya: partikel nano Ga dapat disimpan dalam keadaan cair di bawah suhu 90 K. Penyemaian dengan kristal dapat membantu memulai pembekuan. Galium adalah salah satu dari empat logam non-radioaktif (bersama dengan sesium, rubidium, dan raksa) yang diketahui berbentuk cair pada, atau mendekati, suhu ruangan normal. Dari keempatnya, galium adalah satu-satunya yang tidak sangat reaktif (seperti rubidium dan sesium) atau sangat beracun (seperti raksa) dan oleh karena itu dapat digunakan dalam termometer logam suhu-tinggi. Ia juga terkenal karena memiliki salah satu rentang cairan terbesar untuk logam, dan memiliki tekanan uap yang rendah pada suhu tinggi (tidak seperti raksa). Titik didih galium, 2673 K, hampir sembilan kali lebih tinggi dari titik leburnya pada skala mutlak, rasio terbesar antara titik lebur dan titik didih dari unsur apa pun. Tidak seperti raksa, logam galium cair dapat membasahi kaca dan kulit, bersama dengan sebagian besar bahan lainnya (dengan pengecualian kuarsa, grafit, galium(III) oksida, dan PTFE), membuatnya lebih sulit ditangani secara mekanis meskipun secara substansial kurang beracun dan membutuhkan tindakan pencegahan yang jauh lebih sedikit daripada raksa. Galium yang dilukis pada kaca dapat menjadi cermin yang cemerlang. Untuk alasan ini serta masalah kontaminasi dan pemuaian-pembekuan logam ini, sampel logam galium biasanya disediakan dalam paket polietilena di dalam wadah lain.

Galium tidak mengkristal di salah satu struktur kristal sederhana mana pun. Fase stabilnya dalam kondisi normal adalah ortorombus dengan 8 atom dalam sel unit konvensional. Dalam satu sel unit, setiap atom hanya memiliki satu tetangga terdekat (pada jarak 244 pm). Enam sel unit tetangga yang tersisa berjarak 27, 30 dan 39 pm lebih jauh, dan mereka dikelompokkan berpasangan dengan jarak yang sama. Banyak fase stabil dan metastabil ditemukan sebagai fungsi suhu dan tekanan.

Ikatan antara dua tetangga terdekat bersifat kovalen; karenanya dimer Ga2 dipandang sebagai blok bangunan dasar dari kristalnya. Ini menjelaskan titik lebur galium yang rendah relatif terhadap unsur tetangganya, aluminium dan indium. Struktur ini sangat mirip dengan iodin dan dapat terbentuk karena interaksi antara elektron 4p tunggal dari atom galium, lebih jauh dari nukleus daripada elektron 4s dan inti [Ar]3d10. Fenomena ini muncul kembali pada raksa dengan konfigurasi elektron "pseudo-gas-mulia"-nya [Xe]4f145d106s2, yang berbentuk cair pada suhu kamar. Elektron 3d10 tidak melindungi elektron terluar dengan baik dari nukleus sehingga energi ionisasi pertama galium lebih besar daripada aluminium. Dimer Ga2 tidak bertahan dalam keadaan cair dan galium cair menunjukkan struktur terkoordinasi rendah yang kompleks di mana setiap atom galium dikelilingi oleh 10 atom lainnya, alih-alih 11–12 tetangga yang merupakan tipikal dari sebagian besar logam cair.

Sifat fisik galium sangatlah anisotropik, yaitu memiliki nilai yang berbeda di sepanjang tiga sumbu kristalografi utama a, b, dan c (lihat tabel), menghasilkan perbedaan yang signifikan antara koefisien ekspansi termal volume dan linear (α). Sifat galium sangat bergantung pada suhu, terutama di dekat titik leburnya. Misalnya, koefisien ekspansi termal galium akan meningkat beberapa ratus persen saat ia melebur.

Isotop

Galium memiliki 31 isotop yang diketahui, dengan nomor massa berkisar antara 56 hingga 86. Hanya dua isotop yang bersifat stabil dan terdapat secara alami, galium-69 dan galium-71. Galium-69 lebih melimpah: ia membentuk sekitar 60,1% galium alami, sedangkan galium-71 membentuk 39,9% sisanya. Semua isotop lainnya bersifat radioaktif, dengan galium-67 menjadi yang berumur paling panjang (waktu paruh 3,261 hari). Isotop yang lebih ringan daripada galium-69 biasanya meluruh melalui peluruhan beta plus (emisi positron) atau penangkapan elektron menjadi isotop seng, meskipun beberapa yang paling ringan (nomor massa 56–59) meluruh melalui emisi proton cepat. Isotop yang lebih berat daripada galium-71 meluruh melalui peluruhan beta minus (emisi elektron), mungkin dengan emisi neutron yang tertunda, menjadi isotop germanium, sementara galium-70 dapat meluruh melalui peluruhan beta minus dan penangkapan elektron. Galium-67 terbilang unik di antara isotop ringan karena hanya memiliki penangkapan elektron sebagai mode peluruhan, karena energi peluruhannya tidak cukup untuk memungkinkan terjadinya emisi positron. Galium-67 dan galium-68 (waktu paruh 67,7 menit) digunakan dalam pengobatan nuklir.

Sifat kimia

Galium ditemukan terutama dalam keadaan oksidasi +3. Keadaan oksidasi +1 juga ditemukan pada beberapa senyawa, meskipun kurang umum daripada kongener galium yang lebih berat, indium dan talium. Sebagai contoh, GaCl2 yang sangat stabil mengandung galium(I) dan galium(III) dan dapat diformulasikan sebagai GaIGaIIICl4; sebaliknya, galium monoklorida tidak stabil di atas suhu 0 °C, terdisproporsionasi menjadi galium elemental dan galium(III) klorida. Senyawa yang mengandung ikatan Ga–Ga adalah senyawa galium(II) sejati, seperti GaS (yang dapat diformulasikan sebagai Ga24+(S2−)2) dan kompleks dioksan Ga2Cl4(C4H8O2)2.

Kimia berair
Asam kuat dapat melarutkan galium, membentuk garam galium(III) seperti  (galium nitrat). Larutan berair dari garam galium(III) mengandung ion galium terhidrasi, . Galium(III) hidroksida, , dapat diendapkan dari larutan gallium(III) dengan menambahkan amonia. Dehidrasi  pada suhu 100 °C akan menghasilkan galium oksida hidroksida, GaO(OH).

Larutan alkali hidroksida dapat melarutkan galium, membentuk garam galat (bedakan dengan garam asam galat yang memiliki nama yang identik) yang mengandung anion . Galium hidroksida, yang bersifat amfoterik, juga larut dalam alkali untuk membentuk garam galat. Meskipun penelitian sebelumnya memperkirakan  sebagai kemungkinan anion galat lainnya, hal itu terbantahkan pada penelitian selanjutnya.

Oksida dan kalkogenida
Galium bereaksi dengan kalkogen hanya pada suhu yang relatif tinggi. Pada suhu kamar, logam galium tidak reaktif dengan udara dan air karena ia membentuk lapisan oksida pelindung yang pasif. Namun, pada suhu yang lebih tinggi, ia bereaksi dengan oksigen atmosfer untuk membentuk galium(III) oksida, . Reduksi  dengan galium elemental dalam ruang hampa pada suhu 500 °C hingga 700 °C akan menghasilkan galium(I) oksida, , yang berwarna cokelat tua.  merupakan reduktor yang sangat kuat, mampu mereduksi  menjadi . Ia akan terdisproporsionasi pada suhu 800 °C kembali menjadi galium dan .

Galium(III) sulfida, , memiliki 3 kemungkinan modifikasi kristal. Ia dapat dibuat dengan mereaksikan galium dengan hidrogen sulfida () pada suhu 950 °C. Sebagai alternatif,  dapat digunakan pada suhu 747 °C:
2  + 3  →  + 6 

Mereaksikan campuran karbonat logam alkali dan  dengan  menghasilkan pembentukan tiogalat yang mengandung anion . Asam kuat dapat menguraikan garam ini, melepaskan  dalam prosesnya. Garam raksa, , dapat digunakan sebagai fosfor.

Galium juga membentuk sulfida dalam keadaan oksidasi yang lebih rendah, seperti galium(II) sulfida dan galium(I) sulfida yang berwarna hijau, yang terakhir dihasilkan dari yang pertama melalui pemanasan hingga suhu 1000 °C di bawah aliran nitrogen.

Kalkogenida biner lainnya,  dan , memiliki struktur sfalerit. Mereka semua merupakan semikonduktor tetapi mudah terhidrolisis dan memiliki utilitas terbatas.

Nitrida dan pniktida

Galium akan bereaksi dengan amonia pada suhu 1050 °C untuk membentuk galium nitrida, GaN. Galium juga membentuk senyawa biner dengan fosforus, arsen, dan antimon: galium fosfida (GaP), galium arsenida (GaAs), dan galium antimonida (GaSb). Ketiga senyawa ini memiliki struktur yang sama dengan ZnS, dan memiliki sifat semikonduktor yang penting. GaP, GaAs, dan GaSb dapat disintesis melalui reaksi langsung antara galium dengan fosforus, arsen, atau antimon elemental. Mereka menunjukkan konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada GaN. GaP juga dapat disintesis dengan mereaksikan  dengan fosforus pada suhu rendah.

Galium membentuk beberapa nitrida terner; misalnya:
 +  → 

Senyawa serupa dengan fosforus dan arsen dimungkinkan:  dan . Kedua senyawa ini mudah terhidrolisis oleh asam encer dan air.

Halida

Galium(III) oksida dapat bereaksi dengan bahan fluorinasi seperti HF atau  untuk membentuk galium(III) fluorida, . Ia adalah sebuah senyawa ionik yang sangat tidak larut dalam air. Namun, ia larut dalam asam fluorida, di mana ia membentuk sebuah aduk dengan air, . Mencoba untuk mendehidrasi aduk ini akan membentuk . Aduk tersebut dapat bereaksi dengan amonia untuk membentuk , yang kemudian dapat dipanaskan untuk membentuk  anhidrat.

Galium triklorida dibentuk dari reaksi logam galium dengan gas klorin. Berbeda dengan galium(III) fluorida, galium(III) klorida eksis sebagai molekul dimerik, , dengan titik lebur 78 °C. Senyawa yang setara juga terbentuk dengan bromin dan iodin,  dan .

Seperti trihalida golongan 13 lainnya, galium(III) halida adalah asam Lewis, bereaksi sebagai akseptor halida dengan halida logam alkali untuk membentuk garam yang mengandung anion , dengan X adalah halogen. Mereka juga bereaksi dengan alkil halida untuk membentuk karbokation dan .

Ketika dipanaskan pada suhu tinggi, galium(III) halida dapat bereaksi dengan galium elemental untuk membentuk galium(I) halida yang sesuai. Misalnya,  bereaksi dengan Ga membentuk :
2 Ga +   3 GaCl (g)

Pada suhu yang lebih rendah, kesetimbangannya bergeser ke kiri dan GaCl akan terdisproporsionasi kembali menjadi galium elemental dan . GaCl juga dapat diproduksi dengan mereaksikan Ga dengan HCl pada suhu 950 °C; produk yang dihasilkan dapat terkondensasi sebagai padatan merah.

Senyawa galium(I) dapat distabilkan dengan membentuk aduk dengan asam Lewis. Misalnya:
GaCl +  → 

Apa yang disebut "galium(II) halida", , sebenarnya merupakan aduk dari galium(I) halida dengan masing-masing galium(III) halida, yang memiliki struktur . Misalnya:
GaCl +  →

Hidrida
Seperti aluminium, galium juga membentuk sebuah hidrida, , dikenal sebagai galana, yang dapat diproduksi dengan mereaksikan litium galanat () dengan galium(III) klorida pada suhu −30 °C:
3  +  → 3 LiCl + 4 

Dengan adanya dimetil eter sebagai pelarut,  berpolimerisasi menjadi . Jika tidak ada pelarut yang digunakan, dimer  (digalana) akan terbentuk sebagai gas. Strukturnya mirip dengan diborana, memiliki dua atom hidrogen yang menjembatani dua pusat galium, tidak seperti -α di mana aluminium memiliki bilangan koordinasi 6.

Galana tidak stabil di atas suhu −10 °C, dan akan terurai menjadi galium elemental dan hidrogen.

Senyawa organogalium

Senyawa organogallium memiliki reaktivitas yang mirip dengan senyawa organoindium, kurang reaktif dibandingkan senyawa organoaluminium, tetapi lebih reaktif dibandingkan senyawa organotalium. Alkilgalium bersifat monomer. Keasaman Lewis menurun dengan urutan Al > Ga > In dan akibatnya senyawa organogalium tidak membentuk dimer penghubung seperti yang dilakukan senyawa organoaluminium. Senyawa organogalium juga kurang reaktif dibandingkan senyawa organoaluminium. Mereka memang membentuk peroksida yang stabil. Alkilgalium ini adalah cairan pada suhu kamar, memiliki titik lebur rendah, dan cukup mudah bergerak dan mudah terbakar. Trifenilgalium bersifat monomer dalam larutan, tetapi kristalnya membentuk struktur rantai karena interaksi Ga···C antarmolekul yang lemah.

Galium triklorida adalah reagen awal yang umum untuk pembentukan senyawa organogalium, seperti pada reaksi karbogalasi. Galium triklorida dapat bereaksi dengan litium siklopentadienida dalam dietil eter untuk membentuk kompleks siklopentadienil galium planar trigon GaCp3. Galium(I) membentuk beberapa kompleks dengan ligan arena seperti heksametilbenzena. Karena ligan ini cukup besar, struktur [Ga(η6-C6Me6)]+ adalah apit setengah. Ligan yang kurang besar seperti mesitilena memungkinkan dua ligan untuk melekat pada atom galium pusat dalam struktur apit yang bengkok. Benzena bahkan lebih kecil dan memungkinkan pembentukan dimer: salah satu contohnya adalah [Ga(η6-C6H6)2] [GaCl4]·3C6H6.

Sejarah

Pada tahun 1871, keberadaan galium pertama kali diprediksi oleh kimiawan Rusia Dmitri Mendeleev, yang menamainya "eka-aluminium" dari posisinya dalam tabel periodik buatannya. Dia juga meramalkan beberapa sifat eka-aluminium yang sangat mirip dengan sifat sebenarnya dari galium, seperti kepadatan, titik lebur, karakter oksida, dan ikatan dalam klorida.

{| class="wikitable"
|+ Perbandingan antara prediksi Mendeleev tahun 1871 dan sifat galium yang diketahui
|-
! Sifat
! Prediksi Mendeleev
! Sifat sebenarnya
|-
! Berat atom
| ~68
| 69,723
|-
! Kepadatan
| 5,9 g/cm3
| 5,904 g/cm3
|-
! Titik lebur
| Rendah
| 29,767 °C
|-
! Rumus oksida
| M2O3
| Ga2O3
|-
! Kepadatan oksida
| 5,5 g/cm3
| 5,88 g/cm3
|-
! Sifat hidroksida
| amfoterik
| amfoterik
|}

Mendeleev lebih lanjut meramalkan bahwa eka-aluminium akan ditemukan melalui spektroskop, dan bahwa logam eka-aluminium akan larut perlahan baik dalam asam maupun basa serta tidak akan bereaksi dengan udara. Dia juga meramalkan bahwa M2O3 akan larut dalam asam menghasilkan garam MX3, bahwa garam eka-aluminium akan membentuk garam basa, bahwa eka-aluminium sulfat akan membentuk tawas, dan bahwa MCl3 anhidrat akan memiliki volatilitas yang lebih besar daripada ZnCl2: semua prediksi ini akhirnya menjadi kenyataan.

Galium ditemukan menggunakan spektroskopi oleh kimiawan Prancis Paul-Émile L. de Boisbaudran pada tahun 1875 dari spektrum karakteristiknya (dua garis ungu) dalam sebuah sampel sfalerit.  Kemudian di tahun yang sama, Lecoq memperoleh logam galium bebas melalui elektrolisis hidroksida dalam larutan kalium hidroksida.

Dia menamai unsur itu dengan "gallia", dari bahasa Latin Gallia yang berarti Galia, dari tanah kelahirannya di Prancis. Belakangan diklaim bahwa, dalam permainan kata multibahasa yang disukai oleh orang-orang sains pada abad ke-19, dia juga menamai galium dari namanya sendiri: "Le coq" adalah bahasa Prancis untuk "ayam jantan" dan kata Latin untuk "ayam jantan" adalah "gallus". Dalam sebuah artikel tahun 1877, Lecoq membantah dugaan tersebut.

Awalnya, de Boisbaudran menetapkan kepadatan galium sebesar 4,7 g/cm3, satu-satunya sifat yang gagal memenuhi prediksi Mendeleev; Mendeleev kemudian menulis sebuah surat kepadanya dan menyarankan agar dia mengukur kembali massa jenis unsur itu, dan de Boisbaudran kemudian mendapatkan nilai yang benar yaitu 5,9 g/cm3, yang telah diprediksi Mendeleev dengan tepat.

Dari penemuannya pada tahun 1875 hingga era semikonduktor, penggunaan utama galium adalah termometrik suhu tinggi dan paduan logam dengan sifat stabilitas atau kemudahan lebur yang tidak biasa (misalnya, beberapa di antaranya berwujud cair pada suhu kamar).

Pengembangan galium arsenida sebagai semikonduktor celah pita langsung pada 1960-an mengantarkan tahap paling penting dalam penerapan galium. Pada akhir 1960-an, industri elektronika mulai menggunakan galium dalam skala komersial untuk membuat dioda pemancar cahaya, fotovoltaik, dan semikonduktor, sedangkan industri logam menggunakannya untuk mengurangi titik lebur dari beberapa paduan.

Keterjadian
Galium tidak eksis sebagai unsur bebas di kerak Bumi, dan beberapa mineral dengan kandungan galium tinggi, seperti galit (CuGaS2), terlalu langka untuk dijadikan sebagai sumber utama. Kelimpahannya di kerak Bumi adalah sekitar 16,9 ppm. Angka ini sebanding dengan kelimpahan timbal, kobalt, dan niobium di kerak Bumi. Namun, tidak seperti unsur-unsur tersebut, galium tidak membentuk endapan bijihnya sendiri dengan konsentrasi > 0,1% berat dalam bijih. Sebaliknya, ia terjadi pada konsentrasi kecil yang mirip dengan nilai kerak dalam bijih seng, dan pada nilai yang agak lebih tinggi (~50 ppm) pada bijih aluminium, dengan galium diekstraksi sebagai produk sampingan dari keduanya. Kurangnya endapan independen ini disebabkan oleh perilaku geokimia galium, yang tidak menunjukkan pengayaan yang kuat dalam proses yang relevan dengan pembentukan sebagian besar endapan bijih.

Survei Geologi Amerika Serikat (USGS) memperkirakan bahwa lebih dari 1 juta ton galium terkandung dalam cadangan bijih bauksit dan seng yang diketahui. Beberapa debu cerobong batu bara mengandung galium dalam jumlah kecil, biasanya kurang dari 1% berat. Namun, jumlah ini tidak dapat diekstraksi tanpa penambangan bahan inang (lihat di bawah). Dengan demikian, ketersediaan galium pada dasarnya ditentukan oleh laju ekstraksi bauksit, bijih seng, dan batu bara.

Produksi dan ketersediaan

Galium diproduksi secara eksklusif sebagai produk sampingan selama pemrosesan bijih logam lain. Bahan sumber utamanya adalah bauksit, bijih utama aluminium, tetapi sejumlah kecil juga diekstraksi dari bijih seng sulfida (sfalerit menjadi mineral utama). Di masa lalu, batu bara tertentu merupakan sumber penting.

Selama pemrosesan bauksit menjadi alumina dalam proses Bayer, galium akan terakumulasi dalam cairan natrium hidroksida. Dari sini, ia dapat diekstraksi dengan berbagai metode. Metode yang paling baru adalah penggunaan resin penukar ion. Efisiensi ekstraksi yang dapat dicapai sangat bergantung pada konsentrasi asli dalam umpan bauksit. Pada konsentrasi umpan tipikal sebesar 50 ppm, sekitar 15% galium yang terkandung dapat diekstrak. Sisanya berada di aliran lumpur merah dan aluminium hidroksida. Galium dihilangkan dari resin penukar ion dalam larutan. Elektrolisis kemudian menghasilkan logam gallium. Untuk penggunaan semikonduktor, ia selanjutnya dimurnikan melalui peleburan zona atau ekstraksi kristal-tunggal dari leburan (proses Czochralski). Kemurnian 99,9999% dapat dicapai secara rutin dan tersedia secara komersial.

Statusnya sebagai produk sampingan mengartikan bahwa produksi galium dibatasi oleh jumlah bauksit, bijih seng sulfida (dan batu bara) yang diekstraksi per tahun. Oleh karena itu, ketersediaannya perlu dibahas dalam hal potensi pasokan. Potensi pasokan dari suatu produk sampingan didefinisikan sebagai jumlah yang dapat diekstraksi secara ekonomis dari bahan inangnya per tahun di bawah kondisi pasar saat ini (yaitu teknologi dan harga). Cadangan dan sumber daya tidaklah relevan untuk produk sampingan, karena mereka tidak dapat diekstraksi secara terpisah dari produk utama. Perkiraan terbaru menempatkan potensi pasokan galium minimal sebesar 2.100 t/tahun dari bauksit, 85 t/tahun dari bijih seng sulfida, dan berpotensi 590 t/tahun dari batu bara. Angka ini jauh lebih besar dari produksi saat ini (375 t pada tahun 2016). Dengan demikian, peningkatan besar di masa depan dalam produksi produk sampingan galium akan dimungkinkan tanpa peningkatan biaya atau harga produksi yang signifikan. Harga rata-rata untuk galium kadar rendah adalah AS$120 per kilogram pada tahun 2016 dan AS$135–140 per kilogram pada tahun 2017.

Pada tahun 2017, produksi galium kadar rendah dunia adalah  — meningkat 15% dari tahun 2016. Tiongkok, Jepang, Korea Selatan, Rusia, dan Ukraina adalah produsen utama, sementara Jerman menghentikan produksi utama galium pada tahun 2016. Jumlah galium dengan kemurnian tinggi adalah , sebagian besar berasal dari Amerika Serikat, Britania Raya, Jepang, Slovakia, dan Tiongkok. Kapasitas produksi tahunan dunia 2017 diperkirakan mencapai 730 ton untuk kadar rendah dan 320 ton untuk galium murni.

Tiongkok memproduksi  galium kadar rendah pada tahun 2016 dan  pada tahun 2017. Tiongkok juga menyumbang lebih dari setengah produksi LED global. Pada Juli 2023, Tiongkok menyumbang antara 80% hingga 95% dari produksinya.

Aplikasi
Aplikasi semikonduktor mendominasi permintaan komersial untuk galium, terhitung 98% dari total. Aplikasi utama berikutnya adalah untuk garnet gadolinium gallium.

Semikonduktor

Galium dengan kemurnian sangat tinggi (>99,9999%) tersedia secara komersial untuk melayani industri semikonduktor. Galium arsenida (GaAs) dan galium nitrida (GaN) yang digunakan dalam komponen elektronik mewakili sekitar 98% konsumsi galium di Amerika Serikat pada tahun 2007. Sekitar 66% galium semikonduktor digunakan di A.S. dalam sirkuit terpadu (kebanyakan galium arsenida), seperti pembuatan cip logika berkecepatan ultra tinggi dan MESFET untuk prapenguat gelombang mikro dengan derau-rendah pada ponsel. Sekitar 20% dari galium ini digunakan dalam optoelektronika.

Di seluruh dunia, galium arsenida menghasilkan 95% dari konsumsi galium global tahunan. Jumlahnya mencapai AS$7,5 miliar pada tahun 2016, dengan 53% berasal dari ponsel, 27% dari komunikasi nirkabel, dan sisanya dari aplikasi otomotif, konsumen, serat optik, dan militer. Peningkatan konsumsi GaAs baru-baru ini sebagian besar terkait dengan munculnya ponsel pintar 3G dan 4G, yang menggunakan GaAs 10 kali lebih banyak daripada model lama.

Galium arsenida dan galium nitrida juga dapat ditemukan di berbagai perangkat optoelektronik yang memiliki pangsa pasar sebesar AS$15,3 miliar pada tahun 2015 dan AS$18,5 miliar pada tahun 2016. Aluminium galium arsenida (AlGaAs) digunakan dalam dioda laser inframerah berdaya tinggi. Semikonduktor galium nitrida dan indium galium nitrida digunakan dalam perangkat optoelektronik biru dan ungu, kebanyakan dioda laser dan dioda pemancar cahaya. Misalnya, laser dioda galium nitrida 405 nm digunakan sebagai sumber cahaya ungu untuk cakram data padat Cakram Blu-ray berkepadatan lebih tinggi.

Aplikasi utama lain dari galium nitrida adalah transmisi televisi kabel, infrastruktur nirkabel komersial, elektronika daya, dan satelit. Pasar perangkat frekuensi radio GaN sendiri diperkirakan mencapai AS$370 juta pada tahun 2016 dan AS$420 juta pada tahun 2016.

Sel fotovoltaik multisambungan, yang dikembangkan untuk aplikasi daya satelit, dibuat dengan epitaksi berkas molekuler atau epitaksi fase-uap metalorganik dari film tipis galium arsenida, indium galium fosfida, atau indium galium arsenida. Mars Exploration Rover dan beberapa satelit menggunakan galium arsenida sambungan tripel pada sel germanium. Galium juga merupakan komponen dalam senyawa fotovoltaik (seperti tembaga indium galium selenium sulfida ) yang digunakan dalam panel surya sebagai alternatif hemat biaya untuk silikon kristalin.

Galinstan dan paduan lainnya

Galium mudah berpadu dengan sebagian besar logam, dan digunakan sebagai bahan dalam paduan dengan titik lebur rendah. Paduan galium, indium, dan timah yang hampir eutektik adalah cairan bersuhu ruangan yang digunakan dalam termometer medis. Paduan ini, dengan nama dagang Galinstan (dengan "-stan" mengacu pada timah, stannum dalam bahasa Latin), memiliki titik lebur rendah pada −19 °C (−2,2 °F). Telah diperkirakan bahwa keluarga paduan ini juga dapat digunakan untuk mendinginkan cip komputer sebagai pengganti air, dan sering digunakan sebagai pengganti pasta termal dalam komputasi dengan performa tinggi. Paduan galium telah dievaluasi sebagai pengganti amalgam gigi raksa, tetapi bahan ini belum diterima secara luas. Paduan cair yang mengandung sebagian besar galium dan indium telah ditemukan dapat mengendapkan gas CO2 menjadi karbon padat dan sedang diteliti sebagai metodologi potensial untuk penangkapan karbon dan kemungkinan penghilangan karbon.

Karena galium dapat membasahi kaca atau porselen, galium dapat digunakan untuk membuat cermin yang cemerlang. Ketika aksi pembasahan dari paduan galium tidak diinginkan (seperti pada termometer kaca Galinstan), kaca itu harus dilindungi dengan lapisan transparan dari galium(III) oksida.

Plutonium yang digunakan dalam biji senjata nuklir akan distabilkan dalam fase δ dan diubah menjadi dapat dikerjakan melalui pemaduan dengan galium.

Aplikasi biomedis
Meskipun galium tidak memiliki fungsi alami dalam biologi, ion galium akan berinteraksi melalui beberapa proses dalam tubuh dengan cara yang mirip dengan besi(III). Karena proses ini termasuk peradangan, salah satu penanda untuk banyak penyakit, beberapa garam galium digunakan (atau sedang dalam pengembangan) sebagai obat-obatan dan radiofarmasi dalam pengobatan. Ketertarikan pada sifat antikanker galium muncul saat ditemukan bahwa 67Ga(III) sitrat yamg disuntikkan pada hewan pembawa tumor akan terlokalisasi di lokasi tumor. Uji klinis telah menunjukkan bahwa galium nitrat memiliki aktivitas antineoplastik terhadap limfoma non-Hodgkin dan kanker urotelial. Generasi baru dari kompleks dengan ligan galium baru seperti tris(8-kuinolinolato)galium(III) (KP46) dan galium maltolat telah muncul. Galium nitrat (dengan nama merek Ganite) telah digunakan sebagai obat intravena untuk mengobati hiperkalsemia yang berhubungan dengan metastasis tumor pada tulang. Galium dianggap dapat mengganggu fungsi osteoklas, dan terapi ini mungkin efektif bila pengobatan lain gagal. Galium maltolat, bentuk ion galium(III) oral yang sangat mudah diserap, bersifat anti-proliferatif terhadap sel yang berkembang biak secara patologis, terutama sel kanker dan beberapa bakteri yang menerimanya sebagai pengganti besi feri (Fe3+). Para peneliti sedang melakukan uji klinis dan praklinis pada senyawa ini sebagai pengobatan potensial untuk sejumlah kanker, penyakit menular, dan penyakit peradangan.

Ketika ion galium diambil secara keliru menggantikan besi(III) oleh bakteri seperti Pseudomonas, ion tersebut akan mengganggu pernapasan, membuat bakteri tersebut mati. Ini terjadi karena besi bersifat aktif redoks, memungkinkan transfer elektron selama respirasi, sedangkan galium bersifat tidak aktif redoks.

Senyawa kompleks amina-fenol Ga(III) MR045 bersifat toksik selektif terhadap parasit yang kebal terhadap klorokuin, obat umum untuk melawan malaria. Kompleks Ga(III) dan klorokuin bekerja dengan menghambat kristalisasi hemozoin, produk pembuangan yang terbentuk dari pencernaan darah oleh parasit.

Garan radiogalium
Garam galium-67 seperti galium sitrat dan galium nitrat digunakan sebagai agen radiofarmasi dalam pencitraan kedokteran nuklir yang dikenal sebagai pemindaian galium. Isotop radioaktif 67Ga digunakan, dan senyawa atau garam galium tidaklah penting. Tubuh menangani Ga3+ dalam banyak cara seolah-olah ia adalah Fe3+, dan ion tersebut akan terikat (dan terkonsentrasi) di area peradangan, seperti infeksi, dan di area pembelahan sel yang cepat. Hal ini memungkinkan pencitraan situs tersebut melalui teknik pemindaian nuklir.

Galium-68, sebuah pemancar positron dengan waktu paruh 68 menit, sekarang digunakan sebagai radionuklida diagnostik dalam PET-CT bila dikaitkan dengan pembuatan obat-obatan seperti DOTATOC, sebuah analog somatostatin yang digunakan untuk investigasi tumor neuroendokrin, dan DOTA-TATE, yang lebih baru, digunakan untuk metastasis neuroendokrin dan kanker neuroendokrin paru-paru, seperti jenis mikrositoma tertentu. Pembuatan galium-68 sebagai obat-obatan dilakukan secara kimiawi, dan radionuklida tersebut diekstraksi melalui elusi dari germanium-68, salah satu radioisotop sintetis germanium, dalam generator galium-68.

Kegunaan lainnya
Deteksi neutrino: Galium digunakan untuk deteksi neutrino. Kemungkinan jumlah galium murni terbesar yang pernah dikumpulkan di satu lokasi adalah Teleskop Neutrino Galium-Germanium yang digunakan oleh eksperimen SAGE di Observatorium Neutrino Baksan di Rusia. Pendeteksi ini mengandung 55–57 ton (~9 kubik meter) galium cair. Eksperimen lainnya adalah pendeteksi neutrino GALLEX yang dioperasikan pada awal 1990-an di sebuah terowongan gunung di Italia. Pendeteksi tersebut berisi 12,2 ton galium-71 yang disiram. Neutrino surya menyebabkan beberapa atom 71Ga menjadi 71Ge yang radioaktif, yang terdeteksi. Eksperimen ini menunjukkan bahwa fluks neutrino surya bernilai 40% lebih kecil dari prediksi teori. Defisit ini (masalah neutrino surya) tidak dijelaskan hingga pendeteksi dan teori neutrino surya yang lebih baik dibangun (lihat SNO).

Sumber ion: Galium juga digunakan sebagai sumber ion logam cair untuk berkas ion terfokus. Misalnya, berkas ion galium terfokus digunakan untuk membuat buku terkecil di dunia, Teeny Ted from Turnip Town.

Pelumas: Galium berfungsi sebagai aditif dalam lilin luncur untuk ski dan bahan permukaan dengan gesekan rendah lainnya.

Elektronika fleksibel: Beberapa ilmuwan material berspekulasi bahwa sifat galium dapat membuatnya cocok untuk pengembangan perangkat yang fleksibel dan dapat dikenakan.

Pembangkitan hidrogen: Galium akan mengganggu lapisan oksida pelindung pada aluminium, memungkinkan air bereaksi dengan aluminium dalam AlGa untuk menghasilkan gas hidrogen,.

Humor: Salah satu lelucon praktis yang terkenal di kalangan kimiawan adalah membuat sendok galium dan menggunakannya untuk menyajikan teh kepada tamu yang tidak menaruh curiga, karena galium memiliki penampilan yang mirip dengan aluminium, homolognya yang lebih ringan. Sendok itu kemudian melebur dalam teh panas.

Galium di lautan
Kemajuan dalam pengujian unsur jejak telah memungkinkan para ilmuwan menemukan jejak galium terlarut di Samudra Atlantik dan Pasifik. Dalam beberapa tahun terakhir, konsentrasi galium terlarut telah muncul di Laut Beaufort. Berbagai laporan ini mencerminkan kemungkinan profil perairan Samudera Pasifik dan Atlantik. Untuk Samudera Pasifik, konsentrasi galium terlarut tipikal adalah antara 4–6 pmol/kg pada kedalaman <~150 m. Sebagai perbandingan, untuk perairan Atlantik adalah 25–28 pmol/kg pada kedalaman >~350 m.

Galium telah memasuki lautan terutama melalui input aeolian, tetapi kandungan galium di lautan dapat digunakan untuk mengatasi distribusi aluminium di lautan. Alasannya adalah karena galium secara geokimia mirip dengan aluminium, hanya saja kurang reaktif. Galium juga memiliki waktu tinggal perairan permukaan yang sedikit lebih besar daripada aluminium. Galium memiliki profil terlarut yang mirip dengan aluminium, sehingga galium dapat digunakan sebagai pelacak aluminium. Galium juga dapat digunakan sebagai pelacak untuk input besi aeolian. Galium digunakan sebagai pelacak besi di Samudra Pasifik barat laut, serta Samudra Atlantik selatan dan tengah. Misalnya, di Pasifik barat laut, perairan permukaan dengan kadar galium rendah, di wilayah subkutub menunjukkan bahwa terdapat input debu yang rendah, yang selanjutnya dapat menjelaskan perilaku lingkungan tinggi nutrisi dan rendah klorofil.

Pencegahan

Galium metalik tidak beracun. Namun, beberapa senyawa galium bersifat racun.

Kompleks galium halida dapat bersifat racun. Ion Ga3+ dari garam galium yang larut cenderung membentuk hidroksida yang tidak larut ketika disuntikkan dalam dosis besar; pengendapan hidroksida ini mengakibatkan nefrotoksisitas pada hewan. Dalam dosis yang lebih rendah, galium terlarut akan ditoleransi dengan baik dan tidak terakumulasi sebagai racun, malah diekskresikan sebagian besar melalui urine. Ekskresi galium terjadi dalam dua fase: fase pertama memiliki waktu paruh biologis 1 jam, sedangkan fase kedua memiliki waktu paruh biologis 25 jam.

Partikel Ga2O3 yang terhirup mungkin bersifat racun.

Referensi

Bibliografi

Pranala luar
  Gallium  di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  Lembar data keselamatan bahan di acialloys.com 
  Foto galium cair, kristal galium, dan ingot galium dengan resolusi tinggi di bawah lisensi Creative Commons 
  – informasi buku teks mengenai galium 
  Dampak lingkungan dari galium 
  Perkembangan harga galium tahun 1959–1998 
  Gallium: A Smart Metal  Survei Geologi Amerika Serikat
  Konduktivitas termal
  Sifat fisik dan termodinamika galium cair  (doc pdf)

 
Unsur kimia
Unsur kimia yang diprediksi oleh Dmitri Mendeleev
Logam miskin
Pendingin
Bahan yang mengembang saat dibekukan
Unsur kimia dengan struktur ortorombus sederhana
Artikel yang mengandung rekaman video