Ga

Gallium

atomnummer: 31
gruppe: 13
periode: 4
atomvekt: 69,723

I mennesket
0,1 mg

I jordskorpen
17 ppm

I havet
0,03 µg/liter

På solen
0,04 ppm

Den franske hane

Smeltepunktet til gallium ligger litt over romtemperatur (omkring 30 °C) og gallium er dermed et av de få metalliske grunnstoffene som er flytende rundt romtemperatur (sammen med kvikksølv, cesium, rubidium og francium).

Visste du at...

gallium smelter hvis du holder det i hånden?

[Foto: Peter Vanderkrogt.]

Gallium smelter ved romtemperatur.
Foto: Peter Vanderkrogt.

Gallium er et fascinerende metall. Mens smeltepunktet til gallium ligger litt over romtemperatur (omkring 30 °C), koker metallet ved 2403 °C og har med det et av de lengste temperaturintervallene i flytende form. Kun noen av de tyngst smeltende grunnstoffene, som tantal, wolfram og rhenium, har større temperaturspenn mellom smeltepunkt og kokepunkt.

Når smeltet gallium størkner, utvider det seg. De fleste andre stoffer fyller et mindre volum i fast form enn i flytende. Vann er ett av de enestående stoffene hvor den faste fase, is, flyter på den flytende. Det er derfor viktig ikke å oppbevare gallium i glass- eller metallbeholdere, da disse kan knuses hvis gallium smelter og størkner igjen. Av den grunn brukes vanligvis plastbeholdere for å oppbevare gallium.

Navn

[Foto: Kathy Davis.]

Foto: Kathy Davis.

Gallium har sitt navn fra Frankrike (latinsk: Gallia). En populær historie er at navnet gallium samtidig er et ordspill funnet på av oppdageren av gallium, Lecoq de Boisbaudransom. Gallus betyr ”hane” på latin og dette skulle referere til Lecoq (”le coq”, hanen på fransk). Lecoq avviste dog dette i en artikkel i 1887.

Historie

[Tabell: Poul Norby, KI, UiO.]

Sammenligning mellom egenskaper forutsagt for ekaaluminium og observerte egenskaper for gallium.
Tabell: Poul Norby, KI, UiO.

Gallium er et eksempel på periodesystemets styrke til å forutsi egenskaper av grunnstoffer som ennå ikke er funnet og beskrevet. Mendelejev forutsa allerede i 1871 på bakgrunn av sitt nylig beskrevne periodesystem at det måtte finnes et grunnstoff etter sink med liknende egenskaper som aluminium. Han kalte dette grunnstoffet ”ekaaluminium”, og forutsa en del av de fysikalske og kjemiske egenskapene forholdsvis nøyaktig.

I 1875 (den 27. august mellom klokken 3 og 4 om ettermiddagen) fant Paul Émile (François) Lecoq de Boisbaudran (1838–1912) det spektroskopiske beviset for grunnstoffet gallium, og senere samme år isolerte han det rene metallet ved elektrolyse.

Forekomst

I kroppen

Gallium finnes i små mengder i naturen og i veldig små mengder i kroppen. Gallium har så vidt vites ikke noen fysiologisk effekt. Gallium anses ikke for å være giftig, men det er ennå utilstrekkelig viten om de toksikologiske effektene.

Fremstilling

Gallium finnes ikke fritt i naturen og det finnes ikke spesifikke galliumholdige mineraler. Gallium finnes ofte i mindre mengder i andre mineraler og i kull. På grunn av den kjemiske likheten mellom aluminium og gallium finnes det ofte små mengder gallium i aluminiummineraler, og gallium utvinnes derfor hovedsakelig som et biprodukt ved aluminiumsproduksjon. Elektrolyse av den alkaliske løsningen, som er et trinn i den såkalte Bayer prosessen, anvendes til å oppkonsentrere gallium. En mindre mengde gallium utvinnes fra sinkholdige mineraler.

Smøre med gallium?

Er det en fordel å smøre med gallium under skiene?

Visste du at...

Det hevdes at syv av åtte norske VM-gull i Holmenkollen er vunnet ved å bruke ”gallium” under skiene.

I følge Finansavisen 18 mars 2011, hevdes det at syv av åtte norske VM-gull i Holmenkollen er vunnet ved å bruke ”gallium” under skiene. Umiddelbart høres dette rart ut siden gallium jo er et metall som i seg selv ikke er særlig egnet som skismøring. Likevel, viser patentene skismøringen er basert på at metallet gallium eller forbindelser av gallium spiller en rolle i denne glideren. Hvordan kan vi forklare dette?

[Illustrasjon]

Illustrasjonsfoto: Colourbox.no

Vel, da må vi først spørre oss selv om hva som skjer når vi går på ski? Jo, idet skien glir framover i snøen, presses snødekket sammen og former seg mer eller mindre føyelig etter skien. Hele gliflaten på skien er ikke i direkte kontakt med snøen. Kontakten mellom ski og snø finner bare sted i noen punkter, og det er her friksjonen, som trengs for effektfulle fraspark, må oppstå. I glifasen dannes det en tynn vannhinne, og da er gliegenskapene til skiene i fokus. Når skiene stopper opp et tidels sekund eller tre etter fullført glifase, vil smeltingen opphøre. Snøkrystaller trenger inn i smøringen og tar grep. Ved riktig smøring får partiklene feste, og motstanden gjør at det er mulig å gi et godt fraspark. Hvis skiene er bakglatte, har du smurt med for hard smøring. Da klarer ikke krystallene å trenge inn i smøringen, fordi krystallene er for myke – eller, rettere sagt, fordi smøringen er for hard. Dersom skiene iser eller kladder, har krystallene fått for godt tak. Da har smøringen vært for myk, og den mekaniske glidefasen er ikke tilstrekkelig til å skyve ut snøkrystallene. Så det å avpasse forholdet mellom smøring og krystallenes hardhet er nøkkelen til suksess. Så skal du smøre skia godt, må du tenke på både fraspark og glid, og det er i glifasen skismøringen gallium har en rolle.

Smøringen er basert på en væskesuspensjon med små galliumpartikler eller partikler av legeringer av gallium og metaller som indium, tinn, sink, aluminium og annet. Partiklene er små, 50 til 150 mikrometer, og hovedutfordringen ved utviklingen av smøringen var å unngå at metallpartiklene bare samlet seg i bunnen av beholderen, at partiklene aggregerte. For å få partiklene godt fordelt i smøringen, er overflatene på partiklene i produktet modifisert. Overflaten er dekket med et belegg som gjør at partiklene ikke samler seg eller bare synker til bunns i beholderen. Overflatebelegget er smøremidler som voks, polymeriserbare monomerer og annet. Hva gjør så smøring effektiv? Vel, metallpartiklene bidrar til at glideren totalt sett er hydrofob; den er vannavstøtende, og det er viktig. I tillegg bidrar halvlederegenskapene til at det ikke dannes statisk elektrisitet under skia, og det er avgjørende for at støv og partikler ikke samler seg. Gallium er videre et metall med et lavt smeltepunkt, og det betyr at hardheten til partiklene øker mye når temperaturen senkes, og dette fremholdes også som viktig av produsenten. Det tenkes at dette bidrar til å hindre at spisse snøkrystaller fester seg i glideren. Men, ikke minst bidrar galliumpartiklene til at glideren holder seg på plass der den skal være. Smøringen sitter godt og blir ikke lett trukket utover.

Likevel, galliumpartiklene står uansett bare for en del av egenskapene til smøringen, og det finnes konkurrerende produkter med både metallpartikler, og lagdelte tilsetningsstoffer som grafitt og molybdendisulfid.

Og så er det fremdeles slik at personen opppå skiene har mye å si.

Anvendelser

Galliumarsenid og galliumnitrid til halvlederkomponenter (spesielt lysdioder og solceller) er de to viktigste anvendelser av gallium i dag (står for 98 % av forbruket i USA). Verdensproduksjonen er cirka 70 tonn (tall fra 2004, U.S. Geological Survey).

Diverse

[Foto: Geratherm Medical.]

Foto: Geratherm Medical.

Det store temperaturintervallet hvor gallium er smeltet gjør det velegnet i for eksempel høytemperatur termometre. Smeltepunktet rundt 30 oC er imidlertid ikke praktisk, spesielt ikke da gallium utvider seg ved størkning. En legering av gallium, tinn og indium i riktig mengdeforhold smelter imidlertid ved -20 °C, og anvendes nå i termometre som erstatning for kvikksølv (Galinstan fra gallium, indium, stannum (Geratherm Medical AG)).

Gallium væter glass veldig bra og det er enkelt å male et speil med flytende gallium.

Rent gallium har en stor tendens til underkjøling, hvilket betyr at det kan være vanskelig å krystallisere gallium ved avkjøling.

Store mengder gallium anvendes til deteksjon av nøytrinoer, spesielt for å forstå kjerneprosessene i solen. Nøytrinodetektoreren GALLEX (nå videreført som the Gallium Neutrino Observatorium, GNO, ved Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Italien) består av 30 tonn gallium i form av en 100 tonn vandig løsning av galliumklorid. SAGE (ruSsian American Gallium Experiment) i Russland bruker cirka 60 tonn flytende galliummetall til samme formål. Nøytrinoer fra solen detekteres ved at de transformerer en av galliumisotopene (71Ga) til germanium (71Ge).

Galliumarsenid (GaAs) har lenge vært kjent som et interessant halvledende materiale. Blant annet på grunn av den høye prisen på gallium og giftigheten av arsen har det ikke blitt mye anvendt i halvlederteknologi eller solceller. I øyeblikket er det stor interesse for halvlederen galliumnitrid (GaN), som spesielt anvendes i høyenergi diodelasere (for eksempel blå laserdioder anvendt i Blu-ray disk teknologi). Ved å bruke blandede gallium-aluminium- og gallium-indium-nitrider kan det lages dioder med forskjellig farge (fra rød til blå).

Forfatter: Poul Norby

Finn nabogrunnstoff

  Al Si
Zn Ga Ge
Cd In Sn

Gallium

Den franske hane

Smeltepunktet til gallium ligger litt over romtemperatur (omkring 30 °C) og gallium er dermed et av de få metalliske grunnstoffene som er flytende rundt romtemperatur (sammen med kvikksølv, cesium, rubidium og francium).

Navn

Historie

I kroppen

Fremstilling

Smøre med gallium?

Er det en fordel å smøre med gallium under skiene?

Anvendelser

Diverse

Vis alt om gallium

Gallium i periodesystemet

Visste du at...

Bi

vismutforbindelser benyttes som fargestoff i kosmetikk. Vismutoksyklorid gir for eksempel perlemorseffekten som er populær i perioder.

Les mer om vismut

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter