Zink Aluminium  Indium Germanium  
 Gallium                                            31Ga
 engl. gallium, lat. gallia (alte Bezeichnung für Frankreich)
 

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Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
 
69,723    
31    
29,76 °C    
2204 °C    
3, 2, 1    
5,904 g/cm³   
1,5    
1,81 (Pauling)      
[Ar]3d104s24p1   
Ga-69  60,108%   
Ga-71  39,892%  
 

     

Film

15 sek
Gallium lässt sich leicht im kochenden Wasserbad verflüssigen und danach umgießen.
    
GHS-Piktogramme  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze)  H 314 
  
Hinweis: Dies betrifft vor allem die Augen, weil das verflüssigte Metall auf der Hornhaut sehr schwer zu entfernen ist.



CAS-Nummer  
  
7440-55-3  

  
 
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften
Gallium ist ein weißes, leicht bläulich glänzendes, sehr weiches Metall, das bereits in der Handwärme schmilzt. Auch wenn die Temperatur danach abgekühlt wird, bleibt das Metall noch lange Zeit unter seinem Schmelzpunkt flüssig. Galliumsalze erzeugen eine blauviolette Flammenfarbe.  
 
 
 Verflüssigtes Gallium auf einer Hand

Gallium schmilzt in der Hand
 
 Gallium schmilzt auf einer (zum Schutz eingefetteten) Hand.

Film erhältlich auf >DVD
 
 

Gallium ist ein relativ unedles Metall, das sich unter Wasserstoffentwicklung in verdünnten Säuren und langsam auch in heißem Wasser löst. In kaltem Wasser und mit konzentrierter Salpetersäure erfolgt aufgrund einer Passivierung keine Reaktion. An der Luft ist es beständig. Es verbrennt erst in reinem Sauerstoff unter hohem Druck. Mit den Halogenen reagiert es bereits bei Zimmertemperatur und bildet die entsprechenden Halogenide. Die Galliumverbindungen zeigen große Ähnlichkeiten mit den Aluminiumverbindungen. Mit Aluminium bilden sich Legierungen mit sehr niedrigem Schmelzpunkt, die bei geringem Aluminiumgehalt auch heftig mit Wasser reagieren. 
  
Zum Züchten von Galliumkristallen benötigt man etwa 250 Gramm reines Gallium und gibt dieses in eine Aluminiumschüssel. Die Schüssel wird mit kochendem Wasser gefüllt. Nachdem sich das Gallium verflüssigt hat, kühlt man das heiße Wasser durch Zugabe von kaltem Wasser langsam in einem Abwaschbecken ab. Nach einer Weile bilden sich kleine Kristalle in der Schmelze, die man mit einer Titanpinzette vorsichtig herausnehmen kann. Tritt die Kristallisation nicht von alleine ein, kann man mit kleinen Impfkristallen nachhelfen. Je reiner das Galium ist und je langsamer abgekühlt wird, umso besser ist die Qualität der gezüchteten Kristalle.     


Galliumkristalle in Edelstahlschale züchten

Galliumkristalle züchten
 
Die Schale mit dem Gallium wird in heißes Wasser gestellt, bis sich das ganze Gallium verflüssigt hat. Danach kühlt man mit kaltem Wasser ab. Nachdem sich Kristalle gebildet haben, lassen sich diese mit einer Titanpinzette entnehmen.
 
   
Toxikologie 
Elementares Gallium wirkt ätzend, da es sich bei Körpertemperatur verflüssigt. Eine Gefahr besteht vor allem für die Augen, da die Hornhaut durch das verflüssigte Gallium benetzt wird und diese nur schwer gereinigt werden kann. Die akute Toxizität vom Gallium und seinen Verbindungen ist relativ gering. Gallium wird in Dentallegierungen eingesetzt. Bei dieser Anwendung können allergische Reaktionen auftreten.
  
Vorkommen 
Häufigkeit   weniger häufig

Das Erz mit dem höchsten Galliumanteil ist der Gallit, der 1958 in Tsumeb entdeckt wurde. In geringen Mengen findet sich Galliumerz im Bauxit, aus dem es als Nebenprodukt anfällt. Auch die Zinkblende, der Magnetit, der Pyrit und das seltene Germaniummineral Germanit enthalten Spuren von Galliumerzen. Die Hauptvorkommen der Galliumreserven liegen in den USA, in Afrika, in Tschechien und in Japan.
  
 
 
 Germanit mit Gallit aus Tsumeb, Namibia


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Der Gallit ist meistens mit Germanit vergesellschaftet.
Während der Germanit rosaviolett schimmert, erscheint der Gallit eher grauschwarz. 
 
 
Geschichte 
Die Existenz eines Elements mit dem Namen "Eka-Aluminium" sagte schon D.I. Mendelejew um 1871 voraus. Elementares Gallium wurde im Jahre 1875 in Paris von dem französischen Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) erstmals hergestellt. Aus einer großen Menge Zinkblende isolierte er zunächst Galliumhydroxid. Nach dem Lösen des Hydroxids in Kaliumcarbonatlösung und einer anschließenden Elektrolyse gewann er elementares Gallium. Der Name "Gallium" lehnt sich an den lateinischen Namen für Frankreich an. "Le Coq" bedeutet im Französischen auch "Der Hahn", während "gallus" das lateinische Wort dafür ist. Wahrscheinlich war sich der Entdecker den beiden Bedeutungen bewusst.  
   
  
 Der Entdecker des Galliums

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran
 
 Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912)
 
  
Herstellung     
Gallium fällt als Nebenprodukt bei der Zink- und Aluminiumherstellung an. Bei der Bauxitaufbereitung scheidet sich das Metall aus dem gewonnenen Natriumaluminat an einer mit Quecksilber beschichteten Eisenkathode elektrolytisch ab. Je Tonne Bauxit lassen sich bis zu 60 Gramm Gallium gewinnen. Die Reinigung des Galliums erfolgt durch eine nachfolgende elektrolytische Raffination. Aus dem gewonnenen hochreinen Gallium werden auch Einkristalle hergestellt.
  
Verwendung 
Bei automatischen Feuerlöschvorrichtungen wird das Metall aufgrund seiner niedrigen Schmelztemperatur als Sperrverschluss eingesetzt. Mit Zinn, Blei, Bismut oder Cadmium entstehen leicht schmelzbare Legierungen. Der größte Anteil des gewonnenen Galliums dient zur Herstellung von Galliumverbindungen wie Aluminiumgalliumarsenid oder Galliumnitrid. Aus diesen lassen sich LED (Light Emitting Diode), Transistoren oder Laserdioden herstellen. Auf dieser Technik basieren auch die blauviolett leuchtenden Laserdioden zum Einlesen der Blu-Ray-Disk. Von besonderer Bedeutung sind Leuchtdioden, die eine solche Leuchtstärke entwickeln, dass sie für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden können. Das Geheimnis des weißen Lichts besteht in einer Kombination von verschiedenen Schichten: Galliumnitrid wird auf eine Saphirschicht oder eine Siliciumschicht aufgedampft. Die darüber liegende mit Cer dotierte Fluoreszenzschicht aus Yttrium-Aluminium-Granat wandelt das vom darunter liegenden Halbleiter ausgesandte blaue Licht in weißes Licht um. 
   
 
 Bergkristall auf LED mit Wechselspiel


 
 Mit Leuchtdioden lassen sich viele Farben erzeugen.
  
  
Thermometer mit schwer schmelzbarem Quarzglas und einer Galliumlegierungfüllung können Temperaturbereiche von -15 bis 1200°C messen. In Fieberthermometern findet man heute die Galliumlegierung Galinstan. Sie besteht nach Angaben des Herstellers etwa aus 69% Gallium, 21% Indium und 10% Zinn (lat. stannum). Die flüssige Legierung erstarrt erst beim Abkühlen unterhalb -19°C. Da die Legierung sehr gerne an Glas haftet, muss ein solcher Thermometer innen mit Gallium(III)-oxid beschichtet werden. Eine Besonderheit der Legierung ist ihre Fähigkeit, sich mit Aluminium zu legieren. 
 
 
 Fieberthermometer mit Galinstan®

Fieberthermometer aus Galinstan
 
Dieser Galinstan-Fieberthermometer enthält kein Quecksilber. Zur Unterscheidung ist die Verpackung und die Rückseite mit einem entsprechenden Vermerk versehen.
 
 
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