El galio elemental es unmetal blando y plateado entemperatura y presión estándar. En su estado líquido, se vuelve blanco plateado. Si se aplica demasiada fuerza, el galio puede fracturarse de maneraconcoidea. Desde su descubrimiento en 1875, el galio se ha utilizado ampliamente para hacer aleaciones con puntos de fusión bajos. También se utiliza ensemiconductores, comodopante en sustratos semiconductores.
El punto de fusión del galio se utiliza como punto de referencia de la temperatura. Las aleaciones de galio se utilizan en los termómetros como alternativa no tóxica y ecológica al mercurio, y pueden soportar temperaturas más altas que éste. Un punto de fusión aún más bajo de −19 grados Celsius (−2,2 °F), muy por debajo del punto de congelación del agua, se afirma para la aleacióngalinstano (62-95% de galio, 5-22% de indio y 0-16% deestaño en peso), pero ese puede ser el punto de congelación con el efecto del sobreenfriamiento.[4]
El galio no se encuentra como elemento libre en la naturaleza, sino como compuestos de galio(III) en cantidades mínimas en los minerales dezinc (como laesfalerita) y en labauxita. El galio elemental es un líquido a temperaturas superiores a 29,76 grados Celsius (85,6 °F), y se derrite en las manos de una persona a la temperatura normal del cuerpo humano de 37 grados Celsius (98,6 °F).[4]
El galio no tiene ningún papel natural conocido en la biología. El galio(III) se comporta de manera similar a las sales férricas en los sistemas biológicos y se ha utilizado en algunas aplicaciones médicas, incluyendo productos farmacéuticos yradiofármacos.[7]
El galio es unmetal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la del ambiente como, elcesio,mercurio yrubidio e incluso cuando se sostiene en la mano por su bajo punto de fusión (29,7646 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los más altos de los metales (2174 °C separan sus puntos de fusión y ebullición) y la presión de vapor es baja incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% al solidificar y flota en el líquido al igual que elhielo en elagua.[4]
Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del punto de fusión (permaneciendo aún en estado líquido) por lo que es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido al líquido) para solidificarlo. Lacristalización no se produce en ninguna de lasestructuras simples; la fase estable encondiciones normales es ortorrómbica, con 8átomos en cada celda unitaria en la que cada átomo solo tiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de 2,44Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura elenlace químico formado entre los átomos más cercanos escovalente siendo la molécula Ga2 la que realmente forma el entramado cristalino.[4]
A otra presión y temperatura se han encontrado numerosas fases estables y meta estables distintas. El galio es uno de los cuatro metales no radiactivos, junto con elcesio,rubidio y mercurio que se sabe que son líquidos a temperatura ambiente normal o cercana a ella. A diferencia del mercurio, el galio metálico líquido humedece el vidrio y la piel, junto con la mayoría de los demás materiales (con la excepción del cuarzo, el grafito y el teflón )[4], lo que hace que sea mecánicamente más difícil de manipular a pesar de que es sustancialmente menos tóxico y requiere muchas menos precauciones. El galio pintado sobre vidrio es un espejo brillante.[8] Por esta razón, además de la contaminación del metal y los problemas de expansión por congelación, las muestras de galio metálico generalmente se suministran en paquetes de polietileno dentro de otros contenedores.
El galiocorroe otros metales aldifundirse en susredes cristalinas. Por ejemplo, se difunde en los límites de grano de aleaciones de aluminio-zinc[9] y de acero,[10] y son muy frágiles. El galio se alea fácilmente con muchos metales y se usa en pequeñas cantidades en la aleación de plutonio-galio en los núcleos deplutonio de las bombas nucleares para estabilizar la estructura del cristal de plutonio.[11]
Propiedades del galio para diferentes ejes cristalinos
El galio no cristaliza en ninguna de las estructuras cristalinas simples . La fase estable en condiciones normales es ortorrómbica con 8 átomos en la celda unitaria convencional . Dentro de unacelda unitaria, cada átomo tiene solo un vecino más cercano (a una distancia de 244 pm ). Las restantes seis celdas unitarias vecinas están espaciadas 27, 30 y 39 pm más lejos, y están agrupadas en pares con la misma distancia.[7] Muchas fases estables y metaestables se encuentran en función de la temperatura y la presión. [22]
El vínculo entre los dos vecinos más cercanos es covalente ; por lo tanto, los dímeros de Ga 2 se consideran los componentes fundamentales del cristal. Esto explica el bajo punto de fusión en relación con los elementos vecinos, aluminio e indio. Esta estructura es sorprendentemente similar a la del yodo y puede formarse debido a interacciones entre los electrones 4p individuales de los átomos de galio, más lejos del núcleo que los electrones 4s y el núcleo [Ar] 3d 10 . Este fenómeno se repite con el mercurio con su configuración electrónica de "pseudo-gas noble" [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 , que es líquido a temperatura ambiente.[7] El 3d10 electrones no protegen muy bien a los electrones externos del núcleo y, por lo tanto, la primera energía de ionización del galio es mayor que la del aluminio. [9] Los dímeros de Ga 2 no persisten en el estado líquido y el galio líquido exhibe una estructura compleja de baja coordinación en la que cada átomo de galio está rodeado por otros 10, en comparación con los valores de 11-12 típicos de la mayoría de los metales líquidos. [24] [25]
Las propiedades físicas de galio son altamente anisotrópico, es decir, tienen valores diferentes a lo largo de los tres ejes principales cristalográficos un , b , y c (ver tabla), produciendo una diferencia significativa entre el lineal (α) y el volumen de expansión térmica coeficientes. Las propiedades del galio dependen en gran medida de la temperatura, particularmente cerca del punto de fusión. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica aumenta en varios cientos por ciento al derretirse.[4]
Los ácidos fuertes disuelven el galio, formando sales de galio (III) comoGa(NO 3) 3, (nitrato de galio). Las soluciones acuosas de sales de galio (III) contienen el ion galio hidratado,[Ga(H 2O) 6]3+ .[12]: 1033 El hidróxido de galio (III) ,Ga(OH) 3, puede precipitarse a partir de soluciones de galio(III) añadiendo amoniaco. Al deshidratarGa(OH) 3 a 100 °C se produce hidróxido de óxido de galio, GaO (OH).[13]: 140–141
Las soluciones de hidróxido alcalino disuelven el galio formando sales de galato, que no deben confundirse con las sales de ácido gálico de nombre idéntico, que contienen el aniónGa(OH)− 4.[14][12]: 1033 [15] El hidróxido de galio, que es anfótero, también se disuelve en álcali para formar sales de galato.[13]: 141 Aunque trabajos anteriores sugirieronGa(OH)3− 6 como otro posible anión del galato,[16] no se encontró en trabajos posteriores.[15]
El galio reacciona con los calcógenos solo a temperaturas relativamente altas. A temperatura ambiente, el galio metálico no es reactivo con el aire y el agua porque forma una capa de óxido protectora pasiva. Sin embargo, a temperaturas más altas, reacciona con el oxígeno atmosférico para formar óxido de galio (III),Ga 2O 3.[14] La reducción deGa 2O 3 con galio elemental en vacío a 500 °C a 700 °C produce el óxido de galio (I) marrón oscuro,Ga 2O.[13]: 285 ElGa 2O es un agente reductor muy fuerte, capaz de reducir elácido sulfúricoH 2SO 4 aH 2S.[13]: 207 Se desproporciona a 800 °C de nuevo a galio yGa 2O 3.[17]
El galio fue descubierto medianteespectroscopia porLecoq de Boisbaudran en 1875 por su característicoespectro al examinar unablenda dezinc procedente de losPirineos. Ese mismo año lo aisló porelectrólisis del hidróxido en una solución de hidróxido potásico (KOH) y le dio el nombre de su país natalGallia, y el suyo propio por un juego de palabras de los que gustaban a los científicos de finales del siglo XIX ya quegallus significa gallo,coq en francés como su nombre Lecoq.[7]
Antes de su descubrimiento la mayoría de sus propiedades fueronpredichas y descritas porMendeleyev —que lo llamóeka-aluminio— basándose en la posición que debía ocupar el elemento en latabla periódica.
Comparación entre las predicciones de Mendeleev de 1871 y las propiedades conocidas del galio[18]
El galio tiene 31 isótopos conocidos, con unnúmero de masa que va de 56 a 86. Sólo dos isótopos son estables y se producen de forma natural, el galio-69 y el galio-71. El galio-69 es más abundante: constituye aproximadamente el 60,1% del galio natural, mientras que el galio-71 constituye el 39,9% restante. Todos los demás isótopos son radiactivos, siendo el galio-67 el más longevo (vida media de 3,261 días). Los isótopos más ligeros que el galio-69 suelen decaer poremisión de positrones o captura de electrones a isótopos dezinc, aunque los más ligeros (con números de masa del 56 al 59) decaen poremisión de protones rápida. Los isótopos más pesados que el galio-71 decaen pordesintegración beta (emisión de electrones), posiblemente conemisión de neutrones retardada, a isótopos degermanio, mientras que el galio-70 puede decaer tanto por desintegración beta minúscula como por captura de electrones. El galio-67 es único entre los isótopos ligeros por tener sólo la captura de electrones como modo de desintegración, ya que su energía de desintegración no es suficiente para permitir la emisión de positrones.[19] El galio-67 y el galio-68 (vida media 67,7 min) se utilizan ambos en medicina nuclear.
Enmedicina nuclear se emplea el galio como elemento trazador (escáner de galio) para el diagnóstico de enfermedades inflamatorias o infecciosas activas, tumores y abscesos ya que se acumula en los tejidos que sufren dichas patologías. El isótopo Ga-67 se inyecta en el torrente sanguíneo a través de una vena del brazo en la forma de citrato de galio realizándose el escáner 2 o tres días después para dar tiempo a que este se acumule en los tejidos afectados. Posteriormente se elimina principalmente en la orina y las heces. La exposición a la radiación es inferior a la de otros procedimientos como losrayos X oTAC.[7]
Debido a la expansión al solidificar el líquido, no debe almacenarse en recipientes rígidos (metálicos o de vidrio) ni llenarse el recipiente totalmente con galio líquido, ya que podrían romperse con la expansión que presenta este metal.
La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el galio dentro de la tabla periódica de los elementos, el galio se encuentra en el grupo 13 y periodo 4. El galio tiene una masa atómica de 69,723 u.
El galio pertenece al grupo de elementos metálicos conocido comometales del bloque p que están situados junto a los metaloides o semimetales en la tabla periódica. Este tipo de elementos tienden a ser blandos y presentan puntos de fusión bajos, propiedades que también se pueden atribuir al galio, dado que forma parte de este grupo de elementos.
El estado del galio en su forma natural es sólido. El galio es un elemento químico de aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El número atómico del galio es 31. El símbolo químico del galio es Ga. El punto de fusión del galio es de 302,9146 Kelvin (K) o de 29,7646 °C. El punto de ebullición del galio es de 2477kelvin o de 2204,85 °C.[7]La configuración electrónica del galio es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma en la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del galio es de 130 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 136 pm, su radio covalente es de 126 pm y su radio de Van der Waals es de 187 pm. El galio tiene un total de 31 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18 electrones y en la cuarta, 3 electrones.[4]
↑abcdefgEmsley, John (2001). Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. New York: Oxford University Press. 538 pag.ISBN 0198503415,ISBN 9780198503415
↑Romero-Freire, Ana; Santos- Echeandía, Juan; Neira, Patricia; Cobelo-García, Antonio (2019). «Elementos Críticos Tecnológicos Menos Estudiados (Nb, Ta, Ga, In, Ge, Te) en el medio marino: Review on Their Concentrations in Water and Organisms».Fronteras en Ciencias Marinas(en inglés)6.ISSN2296-7745.doi:10.3389/fmars.2019.00532.
↑abcdefgKrebs, Robert E. (1998). The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide. Westport, CT: Greenwood Press. 448pag.ISBN 0313334382, ISBN-13 978-0313334382
↑Tsai, W. L; Hwu, Y.; Chen, C. H.; Chang, L. W.; Je, J. H.; Lin, H. M.; Margaritondo, G. (2003). «Grain boundary imaging, gallium diffusion and the fracture behavior of Al–Zn Alloy – An in situ study».Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B199: 457-463.Bibcode:2003NIMPB.199..457T.doi:10.1016/S0168-583X(02)01533-1.
↑abSipos, P. L.; Megyes, T. N.; Berkesi, O. (2008). «The Structure of Gallium in Strongly Alkaline, Highly Concentrated Gallate Solutions—a Raman and Ga-NMR Spectroscopic Study».J Solution Chem37 (10): 1411-1418.S2CID95723025.doi:10.1007/s10953-008-9314-y.
↑Greenwood, N. N. (1962).Harry Julius Emeléus; Alan G. Sharpe, eds.Advances in inorganic chemistry and radiochemistry5. Academic Press. pp. 94-95.ISBN978-0-12-023605-3.
