Gallium (Ga): omadused, kasutusalad ja keemiline määratlus

Gallium (Ga): omadused, kasutusalad ja keemiline määratlus — avasta galliumi füüsikalised ja keemilised omadused, sulamistemperatuur, pooljuhtkasutused, peeglid ja tööstuslikud rakendused.

Gallium (keemiline tähis: Ga) on perioodilisustabelis keemiline element number 31. See kuulub 13. rühma (nn boorirühm) ning on sugulasena seotud alumiiniumi, indiumi ja talliumiga.

Põhiomadused

Gallium on metall, millel on mitmeid ebatavalisi omadusi. Selle sulamistemperatuur on umbes 29,76 °C (85,58 Fahrenheiti kraadi), mistõttu sulab puhtal kujul isegi inimese käes hoidmisel. Vedel gallium on hõbedase läikega; tahkisena on see tavaliselt sinakashalli varjundiga. Gallium tahkistamisel veidi paisub — see omadus võib pragusid tekitada ja kahjustada sulgemata anumaid.

Füüsikalised ja keemilised tunnused

Gallium on suhteliselt pehme metall, mida on lihtne lõigata. Sellel on eriline kristallstruktuur ja see võib olla rabedam kui paljud teised metallid. Galliumil on kõrge keemistemperatuur (üle 2000 °C), mistõttu vedelal kujul püsib see kõrgetel temperatuuridel. Tavapärane oksüdatsiooniaste elementaarsetes ühendites on +3, kuid eksisteerivad ka harvemad +1 olekud ja mitmed kompleksühendid.

Elektrilised omadused ja pooljuht-rakendused

Kuigi gallium ise pole parim elektrijuht võrreldes tavaliste metallidega, on galliumi aatomitel ja galliumiühenditel olulised pooljuhtomadused. Gallium ühenditena, nagu galliumarseniid (GaAs) ja galliumnitraatide ning galliumnitriid (GaN), kasutatakse laialdaselt elektroonikas ja optoelektroonikas. Sellised materjalid on olulised kiirteside-, kõrgsageduse- ja kiirvahetusreklaamidesse (RF), samuti siniste ja valgete LED‑ide ning laserdiode valmistamisel. Galliumit kasutatakse ka päikesepatareide (nt CIGS‑fotogalvaanika) ja kõrgefektiivsusega transistorite tootmises.

Kasutusalad

• Pooljuhttehnoloogia: pooljuhid nagu GaAs ja GaN LED‑ide, laserite ja kõrgsagedusseadmete jaoks.
• Optoelektroonika: kiired valgusallikad ja fotogalvaanika.
• Alluminatsiooni ja legeerimine: gallium moodustab sulameid (nt galinstan koos indiumi ja tinaga), mis on toatemperatuuril vedelad.
• Pinnakatted ja peeglid: vedel gallium võib anda väga läikiva peegelpinna, seega kasutatakse seda teatud optilistes ja uurimistööde rakendustes.
• Tuumatehnika: väikestes kogustes kasutatakse galliumi mõnes rakenduses, näiteks aidates stabiliseerida pluutooniumiga seotud faase tuumatehnilistes materjalides.
• Meditsiin: radioaktiivsed isotoobid nagu Ga‑67 ja Ga‑68 on olulised meditsiinilises kuvamises (nt PET-skaneerimises ja infektsiooni lokaliseerimisel).

Leidumine ja tootmine

Gallium ei esine vabal kujul Maakoores, vaid leitakse peamiselt boksiiidi ja tsingi malmidest kõrvalproduktina. Seda eraldatakse tavaliselt alumiiniumi ja tsingi tootmise kõrvalsaadusena. Maailma varud ei ole erakordselt suured, mistõttu gallium ja selle kõrgtehnoloogilised ühendid on väärtuslikud materjalid elektroonikatööstuses.

Tervis, ohutus ja keskkond

Metalliline gallium on üldiselt suhteliselt madala toksilisusega ja ei ole nii ohtlik kui näiteks elavhõbe. Kui galliumit käes hoida, võib see naha määrida (jätab plekke) ning seetõttu tuleks vältida otsest kokkupuudet avatud haavadega. Mõned galliumi ühendid võivad olla ohtlikud või toksilised — eriti need, mis sisaldavad ohtlikke elemente (näiteks arseeniga seotud ühendid nagu galliumarseniid). Ära söö ega sissehinga galliumi pulbreid ja ära lase vedelal galliumil kokku puutuda alumiiniumiga, sest gallium võib alumiiniumit sulandada ja muuta selle rabedaks (metallide õõnestamine).

Muud huvitavad faktid

• Gallium on üks haruldasematest metallidest, mida kasutatakse tänapäeva kõrgtehnoloogias.
• Puhas gallium sulab väga madalal temperatuuril ja selle vedelikku on huvitav uurida optikas ja pindade katmisel.
• Galliumnitraadid ja muud ühendid on intensiivse teadusuuringu objektiks, kuna neil on potentsiaali uute meditsiiniliste ja elektrooniliste rakenduste vallas.

Kokkuvõtteks on gallium mitmekülgne metall, mille ebatavalised füüsikalised ja keemilised omadused teevad sellest väärtusliku materjali nii teadusuuringutes kui ka tööstuses. Samas tuleb galliumi ja selle ühenditega töötades järgida ohutusnõudeid ning jälgida keskkonnamõjusid.

Küsimused ja vastused

K: Mis on gallium?

K: Mis on galliumi ebatavaline omadus?

K: Kas galliumi on ohutu käes hoida?

K: Kas galliumi võib kasutada arvutites?

K: Mis värvi on kõige puhtam ekstraheeritud gallium?

K: Milleks kasutatakse galliumi vedelal kujul?

K: Millega on gallium seotud?

Otsing