Gallium : un métal important mais rare pour une large gamme d'applications
Le gallium est un métal blanc argenté qui résiste à l'air, est extrêmement doux et peut avoir une brillance légèrement bleutée. Ses propriétés le rendent adapté à une large gamme d'applications. Dans le tableau périodique, il porte le symbole de l'élément Ga. On le trouve dans la 4ème période - il est ici le troisième élément du groupe 13 (troisième groupe principal ou groupe du bore). Le gallium est extrêmement rare dans la nature. Il n'est pratiquement pas présent ici en tant qu'élément (c'est-à-dire indépendamment), mais presque toujours en tant que partie d'un composé avec des minerais d'aluminium, de zinc ou de germanium. Le gallium a une teneur de 19 ppm dans la croûte terrestre continentale : il est donc au même niveau que le plomb et le lithium.
Propriétés du gallium
Le gallium a un point de fusion très bas. Il fait seulement 29,76 degrés Celsius. Théoriquement, vous pouvez même liquéfier le métal dans votre main. En fait, cela se produit généralement dans les acides dilués, qui entraînent une évolution de l'hydrogène, ou simplement dans l'eau chaude. Le gallium n'est pas soluble dans l'eau froide ou dans l'acide nitrique concentré. Dans ces cas, la passivation (c'est-à-dire la formation spontanée d'une couche protectrice non métallique) se produit.
Après avoir fondu, le gallium reste liquide pendant un certain temps, même lorsqu'il est refroidi. Des cristaux de gallium se forment pendant le processus de refroidissement. Plus le processus de refroidissement est lent, plus les cristaux sont propres. Un point est important ici : le métal ne cristallise pas sous une forme que l'on trouve souvent par ailleurs, mais dans une structure orthorhombique. Il s'agit d'un système à angle droit avec trois angles de 90 degrés. Cependant, aucun axe n'est de la même longueur. Pour le gallium, cette structure est la plus stable.
Sur le plan toxicologique, il faut noter que le métal est corrosif pour la peau et les muqueuses. Cela est dû à son faible point de fusion, qui fait qu'il se liquéfie à la température du corps. Il n'existe pas de valeurs toxicologiques pour le métal sous forme solide. Dans l'ensemble, cependant, le danger pour l'homme lors de la manipulation du gallium est faible : seuls les yeux sont sérieusement menacés. Après le mouillage avec le métal liquéfié, il est difficile de nettoyer la cornée. Le gallium est également présent dans les alliages dentaires. Si elle est utilisée de cette manière, elle peut entraîner des réactions allergiques.
Autres propriétés :
- Point d'ébullition : 2400 degrés (brûle sous haute pression dans de l'oxygène pur)
- Dureté Mohs : 1,5
- Densité : Densité : 5,904 g-cm-3
- Volume molaire : 11,80 - 10-6 m3/mol
- Chaleur de fusion : 5,59 kJ/mol
- Chaleur de vaporisation : 256 kJ/mol
Utilisations possibles du Gallium
La plupart du gallium est utilisé pour la production de semi-conducteurs composés III-V, qui sont constitués de la substance arséniure de gallium. Ils sont utilisés, par exemple, en optoélectronique (diodes électroluminescentes, diodes laser, par exemple pour les supports de données Blu-Ray). On les trouve également dans les cellules solaires et dans les composants technologiques à haute fréquence (par exemple, dans les transistors HF).
Le gallium étant liquide sur une large plage de températures, ce métal convient également aux thermomètres, qui peuvent atteindre jusqu'à 1200 degrés Celsius. En tant qu'alliage, le gallium est principalement utilisé avec le fer, l'yttrium, le lithium, le magnésium et le gadolinium. Dans ce cas, l'objectif est de produire des matériaux magnétiques. Une exception est l'alliage avec le plutonium : dans ce cas, il s'agit de la construction d'une bombe nucléaire.
Une autre utilisation possible des alliages de gallium est le remplacement du mercure toxique. En effet, le métal est liquide à température ambiante et possède par ailleurs des propriétés similaires à celles de la substance toxique. Certains alliages de gallium sont également utilisés dans les systèmes d'extinction automatique d'incendie comme dispositifs de barrière. Ici aussi, le faible point de fusion est utile : si la température ambiante augmente, le système d'extinction réagit de manière sûre, car il s'agit d'un processus chimique. L'alliage est nécessaire pour augmenter quelque peu le point de fusion de l'appareil afin que le système ne réagisse pas simplement les jours trop chauds.
Extraction du gallium
Le métal est extrait de la bauxite lors de la production d'aluminium. L'ensemble du processus est réalisé selon le procédé Bayer. Le gallium se sépare automatiquement de l'aluminate de sodium extrait sur une cathode de fer recouverte de mercure. Les rendements sont toutefois faibles : un maximum de 60 grammes de gallium est extrait par tonne de bauxite. Celle-ci est ensuite purifiée. Ce processus aboutit à un raffinage électrolytique. Ensuite, les monocristaux sont produits pour un traitement ultérieur.
Histoire du métal
Le gallium a deux "pères" : Dmitri Mendeleev et Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. En 1871, le premier a prédit l'existence d'un métal jusqu'alors non découvert, qu'il a appelé eka-aluminium. Il a utilisé un tableau périodique qu'il avait développé lui-même. Son collègue français ne savait rien de cette prédiction, mais a néanmoins réussi à la prouver quatre ans plus tard à Paris. Dans le spectre d'émission du minerai de blende de zinc dissous dans l'acide et mélangé au zinc métallique, il a pu montrer l'existence de deux raies spectrales violettes. Ils appartenaient à un métal encore inconnu, a-t-il conclu.
La dénomination du métal remonte probablement aussi à de Boisbaudran. Il y a deux théories à ce sujet. Le Français est au centre des deux. Tout d'abord, il aurait pu nommer le nouvel élément d'après le nom romain de sa patrie : Donc, dans ce cas, la Gaule est devenue du gallium. Deuxièmement, le mot latin gallus pourrait avoir été l'inspiration. Cela signifie "bite". Dans ce cas, le nom serait une allusion à son deuxième prénom "Lecoq" - écrit séparément, "le Coq" signifie "le coq". Le gallium porterait alors son nom.
