Gallium (kemiallinen merkki: Ga) on jaksollisen järjestelmän 31. alkuaine.

Gallium on metalli, mutta sillä on useita epätavallisia ja kiinnostavia ominaisuuksia. Sen sulamispiste on noin 29,76 °C (85,57 °F), joten puhdas gallium voi sulaa käsissä ja muissa lämpimissä olosuhteissa — tästä syystä usein mainitaan, että se "sulaa kädessä". Sulanut gallium voi jättää iholle tummia tahroja; metalli on yleisesti ottaen matalan myrkyllisyyden omaava elementti, mutta monet galliumyhdisteet voivat olla toksisia ja vaativat varovaisuutta käsittelyssä. Puhdas galliummetalli johtaa sähköä, mutta monet galliumyhdisteet toimivat puolijohteina — siksi galliumilla on tärkeä rooli modernissa elektroniikassa ja tietokoneissa.

Fyysiset ja kemialliset ominaisuudet

Galliumin keskeisiä ominaisuuksia:

  • Atomiluku: 31
  • Atomimassa: noin 69,72 u
  • Sulamispiste: ~29,76 °C (85,57 °F) — hieman alle normaaliin huoneenlämpöön saattaa sulatessaan muuttua nesteeksi
  • Tila huoneenlämmössä: kiinteä, hopeanhohtoinen ja siniharmaa kiinteänä; nestemäinen gallium on hyvin kiiltävää
  • Tiheys: noin 5,9 g/cm³ (suhteellisen tiheä metalli)
  • Kiderakenne: galliumilla on epätavallinen kiderakenne ja se laajenee jähmettyessään (toisin kuin suurin osa metalleista)
  • Gallium voi myös ylikylmetä (supercooled) ja pysyä nestemäisenä alle normaalisen sulamispisteen, jos pinnat ovat puhtaita.

Käyttökohteet

Gallium ja sen yhdisteet ovat tärkeitä useilla teollisuuden aloilla:

  • Puo lijohtimet ja elektroniikka: galliumarsenidi (GaAs) ja galliumnitride (GaN) ovat keskeisiä materiaal eja korkeataajuisissa laitteissa, optoelektroniikassa, LED-valoissa ja laserdioodeissa.
  • Teho- ja mikroelektroniikka: galliumyhdisteet mahdollistavat nopeammat ja tehokkaammat transistorit, joita käytetään tietokoneissa ja kommunikaatiolaitteissa (tietokoneissa).
  • Peilit ja heijastavat pinnat: nestemäisellä galliumilla ja galliumia sisältävillä pinnoilla saadaan erittäin kiiltäviä heijastavia pintoja, minkä vuoksi sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi peilien ja optiikan valmistuksessa.
  • Matala sulamispisteen seokset: galliumin seokset (+ indium ja tin) muodostavat matalan sulamis- tai nestetilan seoksia (esim. Galinstan), joita käytetään myrkyttöminä vaihtoehtoina elohopealle lämpömittareissa ja muissa sovelluksissa.
  • Erikoissovellukset: galliumia on käytetty laboratoriokemikaalina ja piensarjoissa erikoisseoksissa. Lisäksi galliumia on käytetty ydinaseissa plutoniumin kiderakenteen vakauttamiseen (stabiloimaan plutoniumin delta-faasi).

Esiintyminen ja tuotanto

Galliumia ei esiinny luonnossa puhtaana suurina määrinä, vaan se esiintyy pääasiassa sivutuotteena muiden metallien, kuten booraksin, alumiinituhkan ja sinkkimalmien, jalostuksessa. Maaperässä gallium on harvinainen hivenaineena. Galliumin tuotanto on suhteellisen pienimuotoista verrattuna moniin muihin metalleihin.

Turvallisuus ja ympäristö

Vaikka puhdas galliummetalli on yleensä vähemmän myrkyllistä kuin monet muut raskasmetallit, seuraavat seikat ovat tärkeitä:

  • Galliumin nielu tai pitkäaikainen altistus galliumyhdisteille voi olla terveydelle haitallista; käyttöohjeita ja suojavarusteita on noudatettava.
  • nestemäinen gallium voi reagoida ja "kastea" monia metalleja — erityisesti se aiheuttaa alumiinissa herkkyyttä ja murentumista (liukasteinen vaikutus/liquid-metal embrittlement). Siksi galliumin joutuminen kosketuksiin alumiinirakenteiden kanssa voi olla vaarallista ja aiheuttaa korroosiota/rakenteellista vauriota.
  • Galliumia ja sen yhdisteitä tulee käsitellä ja hävittää ympäristönsuojeluohjeiden mukaisesti.

Gallium on läheistä sukua muille 13. ryhmän alkuaineille, kuten alumiinille, indiumille ja talliumille.