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Gallium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 31
Symbol Ga
CAS-Nr. 7440-55-3
Atomgewicht 69.723 amu
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d10 4s2 4p1
Schmelzpunkt 29.8 °C
Siedepunkt 2403 °C
Dichte 5.905 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Gallium wurde 1875 von Lecoq de Boisbaudran entdeckt. Nachdem er es zuerst spektroskopisch in Zinkblende nachgewiesen hatte, gelang ihm wenige Monate später elementares Gallium durch Elektrolyse des Hydroxids gelöst in KOH zu gewinnen. Er benannte das Element nach dem lateinischen Namen seiner Heimat (lat. Gallia = Frankreich).
Eigenschaften
Gallium gehört mit seinem niedrigen Schmelzpunkt von knapp 30° zu den wenigen Elementen, die bei Körpertemperatur flüssig sind (vgl. auch Rubidium, Cäsium und Quecksilber). Zudem weist es eine hohe Bereitschaft zur Unterkühlung auf, so dass Gallium bei Raumtemperatur lange Zeit flüssig bleiben kann.

Gallium ist ein silbrig glänzendes, weiches Metall, das einen sehr großen Temperaturbereich besitzt in dem es flüssig ist. Gallium zeigt ähnlich wie Wasser oder Silizium eine Dichteanomalie, d.h. Gallium dehnt sich beim Erstarren aus. Gallium hat eine starke Tendenz zur Bildung von Dimeren, die so stark gebunden sind, dass sie sogar in der Gasphase noch nachweisbar sind.

Elementares Gallium; Foto: Wikimedia Commons.

Gallium ist in seinen chemischen Eigenschaften dem Aluminium sehr ähnlich. Ebenso wie Aluminium bildet es durch Luftsauerstoff eine schützende Oxidschicht aus, so dass es an der Luft beständig ist. Dasselbe gilt auch für Wasser in dem es eine unlösliche Ga(OH)3-Schicht ausbildet. Gallium reagiert amphoter und löst sich sowohl in Säuren (Ausbildung von Ga3+-Ionen) als auch in Basen (Ausbildung von Gallaten, [Ga(OH)4]-) unter Bildung von Wasserstoff.

Gallium weist nur eine geringe Toxizität auf und spielt auch als Spurenelement keine Rolle.

Vorkommen und Darstellung
Gallium kommt in der Natur nicht gediegen vor, sondern nur als Spurenanteil in Aluminium-, Zink- und Germanium-Erzen und in Kohle. Da die Galliumgehalte in allen bekannten Erzen so gering sind, dass sich ein Abbauch nicht lohnt, fällt es hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Aluminiumgewinnung an (Bauxit enthält ca. 50 ppm Gallium).

Beim Bayer-Prozess wird die Natronlauge nach dem Ausfällen von Eisenhydroxid und dem Ausrühren von Aluminiumhydroxid zum Aufschluss von weiterem Bauxit wiederverwendet. Dadurch reichert sich in der Lauge Gallium in Form von Natriumgallat, NaGa(OH)4, an. Aus der angereicherten Lauge (ca. 120 ppm Gallium) wird das metallische Gallium elektrolytisch mit Eisenelektroden gewonnen.

Verwendung
Gallium und seine Verbindungen finden vielfältige Anwendungen in der Halbleiterindustrie. So wird der III-V-Halbleiter Galliumarsenid für Laserdioden verwendet, oder auch für Leuchtdioden und Solarzellen. Weiters wird Gallium in GaAs-HF-Transistoren eingesetzt. Benetzt man Glas oder Porzellan mit flüssigem Gallium, so entsteht ein brillianter Spiegel.




Last Update: 2013-08-08