Zink Aluminium  Indium Germanium  
 Gallium                                            31Ga
 engl. Gallium, lat. gallia (alte Bezeichnung für Frankreich)
 
Lupe
Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
 
69,723    
31    
29,7646 °C    
2229 °C    
3, 2, 1    
5,91 g/cm³   
1,5    
1,81 (Pauling)      
[Ar]3d104s24p1   
Ga-69  60,108%   
Ga-71  39,892%  
 

     

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Gallium lässt sich leicht im kochenden Wasserbad verflüssigen und danach umgießen.
    
GHS-Piktogramme  
 ghs05 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



Gallium ist ein relativ unedles Metall, das sich unter Wasserstoffentwicklung in heißer Salzsäure und langsam auch in heißem Wasser löst. Mit Salzsäure entsteht Gallium(I,III)-chlorid GaCl2. Zur Darstellung von reinem Gallium(III)-chlorid GaCl3 muss man Gallium unter Ausschluss von Feuchtigkeit im Chlorwasserstoffstrom erhitzen. In kaltem Wasser und mit konzentrierter Salpetersäure erfolgt aufgrund einer Passivierung keine Reaktion. An der Luft ist Gallium beständig. Es verbrennt erst in reinem Sauerstoff unter hohem Druck. Mit den Halogenen wie Iod, Brom oder Chlor reagiert es bereits bei Zimmertemperatur und bildet die entsprechenden Halogenide. Gallium(III)-iodid GaI3 ist zum Beispiel ein hellgelbes Salz, das an der Luft raucht und stark hygroskopisch ist. 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 der orthorhombischen Galliumkristalle 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 (Titelbild). Für eine schnellere Kristallzüchtung kann man auch durch Erwärmen verflüssigtes Gallium in einer Porzellanschale abkühlen lassen. Auf diese Weise erhält man etwas einfacher aufgebaute Kristalle (Bild unten). Wichtig ist, dass das Kristall zum richtigen Zeitpunkt entnommen wird.


Galliumkristalle züchten
 
Galliumkristalle züchten
 
Aus flüssigem Gallium kristallisieren beim Abkühlen Kristalle aus, die man mit einer Titanpinzette entnehmen kann.
 
   
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. Der Hauptproduzent für Gallium ist China, während Japan, Südkorea und Russland noch einen kleinen Anteil ausmachen.
Aufgrund des Vorkommens in Bauxit und Zinkerzen wäre eine Gewinnung aus den Rohstoffresourcen von einigen anderen Ländern möglich. Dies ist aber für diese Länder nicht rentabel.


Gallit aus der Kipushi Mine, DR Kongo
 
Lupe
 
Die grauschwarz glänzenden Stellen in diesem Erz bestehen aus Gallit.

 
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: Von einem Mineningenieur erhielt er zunächst 52 Kilogramm Zinkblende aus der Mine bei Pierrefitte in den Pyrenäen. Daraus stellte er zunächst ein Gemisch löslicher Salze her. Bei der Zugabe von Zinkpulver wurde ein Salz ausgefällt, dass beim Erhitzen in der Wasserstoffflamme im Spektroskop zwei neue Linien offenbarte. Ein paar Monate später versuchte er in einem Pariser Laboratorium das neu entdeckte Element in elementarer Form zu gewinnen. Diesmal setzt er mehrere Zentner Zinkblende ein und löste diese in Königswasser mit einem Überschuss an Salzsäure auf. Nach dem Filtrieren gab er zu dem Filtrat Zinkstücke hinzu. Er stoppte die Reaktion, bevor alle Säure verbraucht war, so dass er ein Hydroxidkonzentrat erhielt, in dem neben weiteren Hydroxiden wie Aluminiumhydroxid auch Galliumhydroxid enthalten war. Dies konnte er nach einem aufwändigen Reinigungsverfahren in relativ reiner Form gewinnen. Nach dem Lösen des Galliumhydroxids in Kaliumcarbonat-Lösung und einer anschließenden Elektrolyse gewann er ein Gramm elementares Gallium. [Lit. 138]  

Der von Lecoq de Boisbaudran vergebene Name Gallium lehnt sich an den lateinischen Namen Gallia für Gallien (heute 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 Farb-Wechselspiel
 

 
 Mit Leuchtdioden lassen sich viele Farben erzeugen.
  
  
Thermometer mit schwer schmelzbarem Quarzglas und einer Galliumlegierungfüllung können Temperaturbereiche von −15 °C 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.
 
 
Galliumminerale


Gallit
       


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