Gallium : Propriétés et utilisations des éléments
Description du Gallium
Le gallium est un élément chimique de symbole Ga et de numéro atomique 31. Il s'agit d'un métal doux et argenté connu pour ses propriétés uniques et son large éventail d'applications dans diverses industries.
Présentation de l'élément
Le gallium est un métal post-transition découvert en 1875 par le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. On le trouve généralement à l'état de traces dans des minéraux tels que la bauxite et la sphalérite. Le gallium n'existe pas sous sa forme élémentaire dans la nature, mais il est extrait des minerais par des processus de raffinage. Il est connu pour son faible point de fusion et sa capacité à rester sous forme liquide à des températures légèrement supérieures à la température ambiante.
Propriétés chimiques Description
Le gallium se caractérise par sa capacité à former des composés avec divers éléments. Il présente un état d'oxydation +3 dans la plupart de ses composés, ce qui constitue la forme la plus stable du gallium. Voici quelques-unes de ses principales propriétés chimiques :
- Réactivité: le gallium réagit avec l'oxygène de l'air pour former de l'oxyde de gallium (Ga2O3), un composé stable. Il réagit également avec les halogènes, les acides et les alcalis.
- Formation d'alliages: Le gallium est connu pour former des alliages avec de nombreux métaux, notamment l'aluminium, l'or et l'argent. Ces alliages présentent souvent des propriétés uniques, telles qu'une résistance accrue ou une meilleure conductivité.
- Non corrosif: malgré sa réactivité, le gallium ne se corrode pas facilement, ce qui le rend utile dans des applications spécialisées.
Tableau de données sur les propriétés physiques
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Propriété |
Valeur |
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Nombre atomique |
31 |
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Densité |
5,91 g/cm³ |
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Point de fusion |
29.76°C (85.57°F) |
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Point d'ébullition |
2204°C (3999°F) |
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Conductivité électrique |
Bonne |
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Conductivité thermique |
40,6 W/m-K |
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Aspect |
Métal blanc argenté |
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Structure cristalline |
Orthorhombique |
Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).
Utilisations courantes
Le gallium a de nombreuses applications dans des secteurs allant de l'électronique à la technologie médicale. Voici quelques-unes de ses utilisations courantes :
- Semi-conducteurs: le gallium est essentiel à la production de semi-conducteurs. L'arséniure de gallium (GaAs) est couramment utilisé dans la fabrication de diodes électroluminescentes (DEL), de lasers et de cellules solaires en raison de son efficacité supérieure dans ces applications.
- Aérospatiale: le gallium est utilisé dans la technologie aérospatiale, en particulier dans les environnements à haute température où son faible point de fusion lui permet de rester à l'état liquide.
- Appareils optiques: les composés de gallium sont utilisés dans les appareils optiques, notamment les détecteurs infrarouges et les thermomètres.
- Dispositifs médicaux: Les composés à base de gallium ont été utilisés dans l'imagerie médicale, en particulier sous la forme de produits radiopharmaceutiques pour les scanners et les diagnostics.
Méthodes de préparation
Le gallium est principalement obtenu comme sous-produit du raffinage de la bauxite, le principal minerai utilisé pour la production d'aluminium. Il est généralement extrait du processus par une série de réactions chimiques. L'une des méthodes les plus courantes pour isoler le gallium est le procédé Bayer, qui consiste à séparer le gallium de l'aluminium en le dissolvant dans de l'hydroxyde de sodium.
En laboratoire, le gallium peut être préparé en réduisant l'oxyde de gallium (Ga2O3) avec de l'hydrogène ou d'autres agents réducteurs. En outre, le gallium est souvent extrait des minerais de zinc, et le processus consiste à dissoudre le gallium dans une solution, puis à le précipiter par diverses méthodes.
Produits industriels connexes
Les propriétés uniques du gallium contribuent au développement de divers produits industriels, notamment :
- L'arséniure de gallium (GaAs) : Largement utilisé dans les circuits électroniques et les dispositifs optoélectroniques tels que les cellules solaires, les diodes électroluminescentes et les lasers.
- Nitrure de gallium (GaN) : Matériau utilisé dans l'électronique de haute puissance et les DEL, en raison de sa capacité à fonctionner à des températures et des tensions plus élevées que les autres semi-conducteurs.
- Alliages à base de gallium: Le gallium est utilisé dans des alliages à bas point de fusion qui ont des applications dans les thermomètres, l'électronique et d'autres domaines spécialisés.
Questions fréquemment posées
À quoi sert le gallium en électronique ?
Le gallium est utilisé dans la production de semi-conducteurs, en particulier sous la forme d'arséniure de gallium, qui joue un rôle important dans la fabrication de DEL, de cellules solaires et de lasers.
Le gallium se trouve-t-il à l'état naturel ?
Non, le gallium ne se trouve pas sous sa forme élémentaire dans la nature. Il est généralement extrait de minerais tels que la bauxite et la sphalérite au cours du processus de raffinage d'autres métaux.
Quelles sont les caractéristiques physiques du gallium ?
Le gallium est un métal blanc argenté dont le point de fusion est bas (29,76 °C), ce qui lui permet de rester à l'état liquide à des températures légèrement supérieures à la température ambiante.
Le gallium est-il nocif pour l'homme ?
Le gallium n'est généralement pas toxique, mais l'exposition à des composés de gallium en grandes quantités peut provoquer des irritations ou d'autres problèmes de santé. Une manipulation correcte et des mesures de sécurité sont importantes lorsque l'on travaille avec du gallium.
Comment le gallium est-il préparé pour être utilisé dans l'industrie ?
Le gallium est principalement obtenu comme sous-produit du raffinage de l'aluminium et du zinc. Il est extrait de minerais tels que la bauxite à l'aide de procédés chimiques tels que le procédé Bayer.
