Галијум (Ga,лат.gallium)метал јеIIIA групе. Има 4изотопа од којих су постојани 69 i 71.[4][5] Заступљен је уземљиној кори у количини од 18 ppm као пратилац рудабакра ицинка. Чисти галијум је сребрнасто сјајни метал, који не реагује саводом икисеоником. Једињења галијума боје пламен у љубичасто. Пол Емил Лекок де Буабодран га је открио1875.
Галијум се не кристализира у неку од обичних кристалних структура како је то уобичајено код метала, већ у своју најстабилнијумодификацију, једну орторомпску структуру са галијумовим димерима. Поред тога, познато је још шест модификација, које се јављају у посебним условима кристализације или под великимпритиском. По хемијским особинама, галијум је сличаналуминијуму. У природи, може се наћи само у ограниченим количинама, углавном у смеси са алуминијевим,цинковим илигерманијумовим рудама. Галијумови минерали су врло ретки. Због тога, он се добија искључиво као споредни производ у производњи алуминијума или цинка. Највећи део галијума се користи у видугалијум арсенида, каополупроводник за производњу светлећих диода.
Флуориди и фосфорити галијума имају особине полупроводника и они се додајусилицијуму који се користи у електроиндустрији. Слојеви галијум-арсеника се користе за израду ултрабрзихпроцесора. Метални галијум се користи за пуњењетермометара који мере високе температуре. Овај елемент нема познатог биолошког значаја.
Постојање елемента који би одговарао галијуму је предсказаоДмитриј Иванович Мендељејев 1871. године. Он је предвидео, након усавршавања свогпериодног система елемената, нови елементека-алуминијум, којем је предвидео сличне особине са алуминијумом (атомску масу, специфичну тежину, тачку топљења, врсту соли које гради и слично).[6]
Француски хемичарПол Емил Лекок де Буабодран, који није био упознат са Мендељејевљевим предвиђањима, пронашао је да у следу линија линијског спектра важе одређене законитости, те је покушао да то потврди за алуминијум и сличне елементе. При томе је открио да између алуминијума ииндијума мора стајати још један непознати елемент. Напокон 1875. године он је успео да открије две љубичастеспектралне линије, након што је растворио цинкове минерале у киселини.[7]
На крају, Лекок де Буабодран је успео да из неколико стотина килограма минерала цинка издвоји релативно знатну количинугалијум хидроксида. Из њега је путем растварања у растворкалијум карбоната иелектролизе први пут добио елементарни галијум.[7]
О пореклу именагалијум постоје две теорије. По првој, Буабодран је дао име елементу поГалији, латинском имену његове домовинеФранцуске. По другој теорији, из латинске речиgallus (кокош) као извору имена, што одговара француској речиLe Coq. По тој теорији, Пол ЕмилЛекок де Буабодран је дао име елементу по свом имену.[8]
Након што су измерене и откривене особине новог елемента, Мендељејев је врло брзо схватио, да се ради оека-алуминијуму чије је постојање он предвидео. Многе особине је веома тачно израчунао. Тако је на пример Мендељејев израчунао да биека-алуминијум требао да има густину од 5,9 што је веома мало одступање од доказане вредности 5,94.[7]
Галијум је сребрено-сјајни, меки метал (поМосовој скали 1,5[9]). Он има, за метале неуобичајену, веома нискутачку топљења која износи 29,76 °C. По томе је, послеживе ицезијума, метал са најнижом тачком топљења, далеко нижом у односу на суседне елементе у периодном систему: алуминијум ииндијум. Сматра се да је за овако ниску тачку топљења одговорна неуобичајенакристална структура, која нема строге симетрије те стога није ни стабилна за разлику од већине других метала.[10] Поштотачка кључања галијума износи 2204 °C, температурно подручје у којем је галијум у течном стању је изузетно широко. Галијум поседује особину аномалије густине, попутсилицијума, неких других елемената иводе, његова густина у течном стању је за 3,2%[11] већа него у чврстом стању. Ова особина је карактеристична за материјале који имају молекуларне везе у чврстом стању.[12]
Галијум у чврстом стању је дијамагнетичан, међутим када пређе у течно стање постајепарамагнетичан = 2,4 · 10−6 на температури од 40 °C.[13]
Карактеристично за његове структуре је стварање веза галијум-галијум. Познате су различите модификације, које се формирају под различитим условима кристализације (познате су четири модификације под нормалним притиском од α- до δ-галијума, док се под притиском формирају три модификације Ga-II, Ga-III, Ga-IV). На собној температури најстабилнија модификација је α-галијум који се кристализује уорторомпској слојевитој структури. При томе два атома цезијума чинедимер тако што се вежу један с другим путемковалентне везе. Сваки атом галијума граничи са додатних шест атома других димера. Између појединих димера владајуметалне везе. Димери галијума су толико стабилни, да су повезани један с другим чак и при топљењу, а може се доказати њихово постојање и у гасовитом стању.[14]
Остале модификације се стварају при кристализацији потхлађеног, течног галијума. На температури од −16,3 °C ствара се β-галијум који имамоноклинску кристалну структуру. У тој структури галијумови атоми су наизменично поређани паралелно у цик-цак формацији. Ако се кристализација одвија на температури од −19,4 °C, формира сетригонални δ-галијум, у којем се, попут α-бора, формирајуикосаедри од дванаест атома. Они су повезани један с другим преко појединачних атома галијума. На температури од −35,6 °C формира се γ-галијум. У овој орторомпској модификацији формирају се цеви од међусобно повезаних Ga7 прстенова у чијој средини се налази праволинијски ланац галијумових атома.[14]
Уколико се галијум изложи високом притиску на собној температури, стварају се различите модификације. На 30 kbar[14] стабилна је кубна модификација галијум-II, код које се сваки атом окружује са додатих осам атома. Ако се притисак повећа на 140 kbar, метал се кристализује као тетрагонални галијум-III, у структуру која одговара индијуму.[15] Даље, ако се притисак повећа на око 1200 kbar, формира се кубична површинско центрирана структура галијума-IV.[15]
Хемијске особине галијума сличне су особинама алуминијума. Попут њега, галијум јепасивизиран када је изложен ваздуху, стварањем густог слоја оксида на површини метала, те не реагује. Тек при високом притиску и у контакту са чистимкисеоником, метал сагорева светлим пламеном стварајући оксид. Слично, не реагује ни са водом, јер се штити нерастворљивим слојемгалијум-хидроксида. Али ако се галијумлегира са алуминијумом, те се тако снизи тачка топљења и на собној температури постаје течан, врло бурно реагује с водом. Са халогеним елементима галијум реагује брзо стварајући одговарајућу со GaX3.
Галијум јеамфотеран и растворљив је и у киселинама и у базама истискујући из њихводоник. У базама, аналогно са алуминијумовим солима, граде се Ga3+-јони, а у базамагалати у облику [Ga(OH)4]−. У разблаженим киселинама полако се раствара, а уцарској води и концентрованојсоди много брже. Деловањемазотне киселине галијум се пасивизира.
Постоји укупно 30изотопа галијума између56Ga и86Ga и додатних седам нуклеарних изомера. Од њих су два стабилна:69Ga и71Ga и јављају се у природи. У природној смеши изотопа преовладава69Ga са уделом од 60,12% док остатак од 39,88% отпада на71Ga. Међу нестабилним изотопима67Ga има најдужевреме полураспада од 3,26 дана, док код осталих изотопа време полураспада се креће од неколико секунди до највише 14,1 сати код изотопа72Ga.[22]
Два изотопа галијума,67Ga и краткоживећи68Ga са временом полураспада од 67,71 минута се користе унуклеарној медицини као трејсери затомографију емисијомпозитрона. Изотоп67Ga се за ту сврху производи уциклотрону док за производњу изотопа68Ga није потребан циклотрон. Уместо тога добија се озрачивањем69Ga путем дугоживућег изотопагерманијума68Ge уз емисијупротона. Он се даље распада на68Ga из чега се даље68Ga екстрактује помоћу посебног генератора. За потребе испитивања галијум је, по правилу, везан у једном комплексу са јаким желатинознимлигандом као што је1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетра ацетатна киселина (ДОТА).[23]
^J. F. Greber (2005). „Gallium and Gallium Compounds”.Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7 изд.). Weinheim: Wiley-VCH.
^O. Züger; U. Dürig (1992). „Atomic structure of the α-Ga(001) surface investigated by scanning tunneling microscopy: Direct evidence for the existence of Ga2 molecules in solid gallium”.Phys. Rev. B.46: 7319—7321.doi:10.1103/PhysRevB.46.7319.
^Weast, Robert C., ур. (1990).CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). стр. E—129 do E—145.ISBN0-8493-0470-9.
^B. D. Sharma; J. Donohue (1962). „A refinement of the crystal structure of gallium”.Zeitschrift für Kristallographie.117: 293—300.doi:10.1524/zkri.1962.117.16.293.
^L. Bosio; A. Defrain (1969). „Structure cristalline du gallium β”.Acta Cryst.B25: 995.doi:10.1107/S0567740869003360.
^L. Bosio; H. Curien; M. Dupont; A. Rimsky (1972). „Structure cristalline de Ga γ”.Acta Cryst.B28: 1974—1975.doi:10.1107/S0567740872005357.
^L. Bosio; H. Curien; M. Dupont; A. Rimsky (1973). „Structure cristalline de Gaδ”.Acta Cryst.B29: 367—368.doi:10.1107/S0567740873002530.
^абLouis Bosio (1978). „Crystal structure of Ga(II) and Ga(III)”.J. Chem. Phys.68 (3): 1221—1223.doi:10.1063/1.435841.
^Manfred Merkel; Karl-Heinz Thomas (2008).Taschenbuch der Werkstoffe (7 изд.). Hanser Verlag. стр. 322—324.ISBN978-3-446-41194-4.
^Mark A. Green; Michael J. Welch (1989). „Gallium radiopharmaceutical chemistry”.International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part B. Nuclear Medicine and Biology.16 (5): 435—448.doi:10.1016/0883-2897(89)90053-6.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
