Gallium

Gallium là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Ga và số nguyên tử 31. Nó nằm trong nhóm 13 của bảng tuần hoàn, và do đó có các điểm tương đồng với các kim loại khác trong nhóm, nhôm, indium và tali. Gallium không xảy ra như là một nguyên tố tự do trong tự nhiên, nhưng như các hợp chất gali (III) với lượng vết trong quặng kẽm và trong bauxite. Gali nguyên tố là một kim loại màu xanh da trời mềm, bạc ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, một chất rắn giòn ở nhiệt độ thấp và chất lỏng ở nhiệt độ cao hơn 29.76 ° C (hơi cao hơn nhiệt độ phòng). Điểm nóng chảy của gallium được sử dụng làm điểm tham chiếu nhiệt độ. Hợp kim galinstan (68,5% gallium, 21,5% indium, và 10% thiếc) có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn -19 ° C (-2 ° F), thấp hơn nhiều so với điểm đóng băng của nước.

Kể từ khi phát hiện ra nó vào năm 1875, gallium đã được sử dụng để làm hợp kim với các điểm nóng chảy thấp. Nó cũng được sử dụng trong chất bán dẫn như là chất phụ gia trong chất nền bán dẫn.

Gallium được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị điện tử. Gallium arsenide, hợp chất hóa học chính của gallium trong điện tử, được sử dụng trong các mạch vi sóng, các mạch chuyển mạch tốc độ cao, và các mạch hồng ngoại. Natri gallium nitơ bán dẫn và indi gallium nitride tạo ra các điốt phát quang màu xanh và tím (đèn LED) và laser diode. Gallium cũng được sử dụng trong sản xuất garnet gallium nhân tạo gadolinium cho đồ trang sức.

Gallium không có vai trò tự nhiên nào trong sinh học. Gallium (III) hoạt động tương tự như các muối sắt trong các hệ thống sinh học và đã được sử dụng trong một số ứng dụng y tế, bao gồm dược phẩm và dược phẩm phóng xạ. Gallium được sử dụng trong nhiệt kế như một chất thay thế không độc hại và thân thiện môi trường với thuỷ ngân và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn thủy ngân.

## Tính chất

Gali dạng nguyên tố không có trong tự nhiên, nhưng dễ dàng thu được từ việc nung chảy quặng chứa nó. Gali kim loại cực tinh khiết có màu trắng bạc và đứt gãy concoit khi ở trạng thái rắn của nó là tương tự như thủy tinh. Gali kim loại nở ra khoảng 3,1% khi rắn lại (tỷ trọng khi nóng chảy là 6.095 kg/m³ trong khi ở 25 °C là 5.950 kg/m³), và vì thế việc lưu giữ nó trong các bình chứa bằng thủy tinh hay kim loại cần nên tránh, do khả năng bình chứa bị phá vỡ là cao khi thời tiết lạnh. Gali chia sẻ trạng thái tỷ trọng cao hơn khi nóng chảy với một vài chất liệu khác như gecmani, bitmut, antimoan và nước.

Gali cũng ăn mòn phần lớn các kim loại khác bằng cách khuếch tán vào trong lưới tinh thể kim loại của chúng. Ví dụ, gali khuếch tán vào các ranh giới hạt của hợp kim Al/Zn[1] hay thép.[2], làm cho chúng trở nên rất giòn. Ngoài ra, gali kim loại cũng dễ dàng tạo ra hợp kim với các kim loại khác và nó đã từng được dùng với số lượng nhỏ trong lõi của quả bom nguyên tử đầu tiên với mục đích hỗ trợ sự ổn định của cấu trúc tinh thể plutoni.

Điểm nóng chảy khoảng 30 °C cho phép nó nóng chảy ngay trong tay người. Kim loại này có xu hướng siêu lạnh rất mạnh dưới điểm nóng chảy/điểm đóng băng của nó, vì thế cần phải có mầm nhằm kết tinh khi hóa rắn nó. Gali là một trong số các kim loại (cùng xezi, rubidi, franxi và thủy ngân) ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng, và vì thế có thể sử dụng trong các nhiệt kế đo nhiệt độ cao kiểu kim loại trong thủy tinh. Nó cũng đáng chú ý như là một trong số các kim loại có khoảng rộng nhiệt độ ở trạng thái lỏng, và (khác với thủy ngân) nó có áp suất hơi rất thấp ở các khoảng nhiệt độ khá cao. Không giống như thủy ngân, gali kim loại lỏng thấm ướt da và thủy tinh, làm cho nó trở thành khó thu dọn hơn về mặt cơ học (mặc dù nó ít độc hại hơn thủy ngân và cũng không cần phải quá nhiều biện pháp phòng ngừa). Vì lý do này cũng như vấn đề nhiễm bẩn vào các kim loại khác cùng sự nở ra khi đông đặc, nên các mẫu vật gali kim loại nói chung cần bảo quản trong các túi polyetylen trong ruột các bình chứa khác.

Gali không kết tinh theo bất kỳ kiểu cấu trúc tinh thể đơn giản nào khác ngoài pha ổn định trong các điều kiện thông thường là trực thoi với 8 nguyên tử trong mỗi đơn vị kết tinh thông thường. Mỗi nguyên tử chỉ có một nguyên tử hàng xóm nằm gần nhất (cách 244 pm) và 6 nguyên tử láng giềng khác trong phạm vi xa hơn nữa khoảng 39 pm. Nhiều trạng thái ổn định và cận ổn định khác cũng được tìm thấy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất.

Liên kết giữa các nguyên tử gần nhau nhất có đặc trưng cộng hóa trị, vì thế các nhị trùng Ga2 được nhìn nhận như là các khối nền tảng xây dựng ra tinh thể. Hợp chất với asen (asenua gali) là một chất bán dẫn nói chung hay được sử dụng trong các đèn LED.

Gali kim loại có độ tinh khiết cao bị ăn mòn từ từ bởi các axít vô cơ.