O gálio É um elemento metálico representado pelo símbolo Ga e que pertence ao grupo 13 da tabela periódica. Quimicamente se assemelha ao alumínio em seu anfoterismo; No entanto, ambos os metais acabam exibindo propriedades que os tornam distinguíveis um do outro..
Por exemplo, ligas de alumínio podem ser trabalhadas para dar-lhes todos os tipos de formas; enquanto os do gálio têm pontos de fusão muito baixos, consistindo praticamente de líquidos prateados. Além disso, o ponto de fusão do gálio é inferior ao do alumínio; o primeiro pode derreter com o calor da mão, enquanto o último não pode.
A semelhança química entre o gálio e o alumínio também os agrupa geoquimicamente; ou seja, minerais ou rochas ricas em alumínio, como bauxita, têm concentrações estimáveis de gálio. Além desta fonte mineralógica, existem outras de zinco, chumbo e carbono, amplamente distribuídas pela crosta terrestre..
O gálio não é um metal popularmente conhecido. Seu simples nome pode evocar a imagem de um galo na mente. Na verdade, as representações gráficas e gerais do gálio são geralmente encontradas com a imagem de um galo prateado; pintado com gálio líquido, uma substância altamente molhável em vidro, cerâmica e até mesmo à mão.
São frequentes as experiências em que pedaços de gálio metálico se fundem com as mãos, bem como a manipulação do seu líquido e a tendência de manchar tudo o que toca..
Embora o gálio não seja tóxico, como o mercúrio, é um destruidor de metais, pois os torna quebradiços e inúteis (no primeiro caso). Por outro lado, intervém farmacologicamente nos processos em que as matrizes biológicas utilizam o ferro..
Para os que estão no mundo da optoeletrônica e semicondutores, o gálio será muito estimado, comparável e, talvez, superior ao próprio silício. Por outro lado, com termômetros de gálio, foram fabricados espelhos e objetos baseados em suas ligas..
Quimicamente, esse metal ainda tem muito a oferecer; talvez no campo da catálise, energia nuclear, no desenvolvimento de novos materiais semicondutores, ou "simplesmente" no esclarecimento de sua estrutura confusa e complexa.
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Em 1871, o químico russo Dmitri Mendeleev já havia previsto a existência de um elemento cujas propriedades se assemelhavam às do alumínio; que ele chamou de ekalumínio. Este elemento teve que ser localizado logo abaixo do alumínio. Mendeleev também previu as propriedades (densidade, ponto de fusão, fórmulas de seus óxidos, etc.) do ekalumínio.
Surpreendentemente, quatro anos depois, o químico francês Paul-Emili Lecoq de Boisbaudran, havia encontrado um novo elemento em uma amostra de esfalerita (zinco blenda), dos Pirenéus. Ele foi capaz de descobri-lo graças a uma análise espectroscópica, na qual observou o espectro de duas linhas violetas que não coincidiam com o de outro elemento..
Tendo descoberto um novo elemento, Lecoq realizou experimentos em 430 kg de esfalerita, da qual conseguiu isolar 0,65 grama; e após uma série de medições de suas propriedades físicas e químicas, ele concluiu que era o ekalumínio de Mendeleev.
Para isolá-lo, Lecoq realizou a eletrólise de seu respectivo hidróxido em hidróxido de potássio; provavelmente o mesmo com o qual ele dissolveu a esfalerita. Ao certificar-se de que era ekalumínio, e também por ser seu descobridor, deu-lhe o nome de 'gálio' (gálio em inglês). Este nome é derivado do nome 'Gallia', que em latim significa França.
No entanto, o nome apresenta outra curiosidade: 'Lecoq' em francês significa 'galo', e em latim 'gallus'. Sendo um metal, 'gallus' tornou-se 'gálio'; embora em espanhol a conversão seja muito mais direta. Assim, não é por acaso que se pensa em galo quando se fala em gálio..
O gálio é um metal prateado sem cheiro, com superfície vítrea e sabor adstringente. Seu sólido é macio e quebradiço e, quando se quebra, é concoidal; ou seja, as peças formadas são curvas, semelhantes a conchas.
Quando derretido, dependendo do ângulo em que é visualizado, pode apresentar um brilho azulado. Este líquido prateado não é tóxico ao contato; no entanto, "adere" demais às superfícies, especialmente se forem de cerâmica ou vidro. Por exemplo, uma única gota de gálio pode permear o interior de um copo de vidro para revesti-lo com um espelho de prata..
Se um fragmento sólido de gálio é depositado no gálio líquido, ele serve como um núcleo onde cristais de gálio brilhantes se desenvolvem e crescem rapidamente..
31 (31Ga)
69,723 g / mol
29,7646 ° C Esta temperatura pode ser alcançada segurando um copo de gálio com as duas mãos até que derreta..
2400 ° C. Observe a grande lacuna entre 29,7ºC e 2400ºC; ou seja, o gálio líquido tem uma pressão de vapor muito baixa, o que o torna um dos elementos com maior diferença de temperatura entre os estados líquido e gasoso..
-À temperatura ambiente: 5,91 g / cm3
-No ponto de fusão: 6,095 g / cm3
Observe que o mesmo acontece com o gálio e com a água: a densidade do líquido é maior do que a do sólido. Portanto, seus cristais flutuarão no gálio líquido (icebergs de gálio). Na verdade, a expansão de volume do sólido é tal (três vezes), que é inconveniente armazenar o gálio líquido em recipientes que não sejam de plástico..
5,59 kJ / mol
256 kJ / mol
25,86 J / (mol K)
A 1037 ºC, apenas seu líquido exerce pressão de 1 Pa.
1,81 na escala de Pauling
-Primeiro: 578,8 kJ / mol (Ga+ gasoso)
-Segundo: 1979,3 kJ / mol (Gadois+ gasoso)
-Terceiro: 2963 kJ / mol (Ga3+ gasoso)
40,6 W / (m K)
270 nΩ · m a 20 ºC
1,5
1.819 cP a 32 ºC
709 dinas / cm a 30 ºC
Como o alumínio, o gálio é anfotérico; reage com ácidos e bases. Por exemplo, ácidos fortes podem dissolvê-lo para formar sais de gálio (III); se eles são sobre o HdoisSW4 e HNO3, são produzidos Gadois(SW4)3 E ganhou3)3, respectivamente. Enquanto ao reagir com bases fortes, sais de galato são produzidos, com o íon Ga (OH)4-.
Observe a semelhança entre Ga (OH)4- e Al (OH)4- (aluminado). Se amônia for adicionada ao meio, hidróxido de gálio (III), Ga (OH) é formado3, que também é anfotérico; ao reagir com bases fortes, produz Ga (OH) novamente4-, mas se reage com ácidos fortes, libera o complexo aquoso [Ga (OHdois)6]3+.
O gálio metálico é relativamente inerte à temperatura ambiente. Não reage com o ar, como uma fina camada de óxido, GadoisOU3, protege de oxigênio e enxofre. Porém, quando aquecido a oxidação do metal continua, transformando-se completamente em seu óxido. E se o enxofre estiver presente, em altas temperaturas ele reage para formar GadoisS3.
Não existem apenas óxidos e sulfetos de gálio, mas também fosfetos (GaP), arsenetos (GaAs), nitretos (GaN) e antimonídeos (GaSb). Tais compostos podem ser originados pela reação direta dos elementos a temperaturas elevadas, ou por vias sintéticas alternativas..
Da mesma forma, o gálio pode reagir com halogênios para formar seus respectivos haletos; como GadoisCl6, GaF3 e Gadoiseu3.
Este metal, como o alumínio e seus congêneres (membros do mesmo grupo 13), pode interagir covalentemente com átomos de carbono para produzir compostos organometálicos. No caso daqueles com ligações Ga-C, eles são chamados de organogálios.
O mais interessante sobre o gálio não é nenhuma de suas características químicas anteriores, mas sua enorme facilidade com que pode ser ligado (semelhante à do mercúrio e seu processo de amalgamação). Seus átomos de Ga rapidamente “esfregam” entre os cristais metálicos, resultando em ligas de gálio..
O gálio não é apenas incomum por ser um metal que se derrete com o calor da palma da mão, mas sua estrutura é complexa e incerta..
Por um lado, sabe-se que seus cristais adotam uma estrutura ortorrômbica (Ga-I) em condições normais; No entanto, esta é apenas uma das muitas fases possíveis para este metal, cuja ordem exata de seus átomos não foi especificada. Portanto, é uma estrutura mais complexa do que pode parecer à primeira vista..
Parece que os resultados variam de acordo com o ângulo ou direção em que sua estrutura é analisada (anisotropia). Da mesma forma, essas estruturas são muito suscetíveis às menores mudanças de temperatura ou pressão, o que significa que o gálio não pode ser definido como um único tipo de cristal no momento da interpretação dos dados..
Os átomos de Ga interagem uns com os outros graças à ligação metálica. No entanto, um certo grau de covalência foi encontrado entre dois átomos vizinhos, então a existência do dímero de Ga é assumida.dois (Gagá).
Em tese, essa ligação covalente deveria ser formada pela sobreposição do orbital 4p, com seu único elétron de acordo com a configuração eletrônica:
[Ar] 3d10 4sdois 4p1
Essa mistura de interações covalentes-metálicas é atribuída ao baixo ponto de fusão do gálio; visto que, embora por um lado possa haver um "mar de elétrons" que mantém os átomos de Ga firmemente unidos no cristal, por outro as unidades estruturais consistem em dímeros de Ga.dois, cujas interações intermoleculares são fracas.
Quando a pressão aumenta de 4 para 6 GPa, os cristais de gálio sofrem transições de fase; do ortorrômbico passa para o cúbico centrado no corpo (Ga-II), e deste finalmente passa para o tetragonal centrado no corpo (Ga-III). Na faixa de pressão, possivelmente se forma uma mistura de cristais, o que torna a interpretação das estruturas ainda mais difícil..
Os elétrons mais energéticos são aqueles encontrados nos orbitais 4s e 4p; como são três, espera-se, portanto, que o gálio possa perdê-los quando combinado com elementos mais eletronegativos que ele.
Quando isso ocorre, a existência do Ga cation é assumida.3+, e seu número de oxidação ou estado é dito ser +3 ou Ga (III). Na verdade, esse é o mais comum de todos os seus números de oxidação. Os seguintes compostos, por exemplo, possuem gálio como +3: GadoisOU3 (Gadois3+OU3dois-), GadoisBr6 (Gadois3+Br6-), Li3GaNdois (Li3+Ga3+Ndois3-) e GadoisChá3 (Gadois3+Chá3dois-).
O gálio também pode ser encontrado com números de oxidação de +1 e +2; embora sejam muito menos comuns do que +3 (semelhante ao alumínio). Exemplos de tais compostos são GaCl (Ga+Cl-), GadoisO (Gadois+OUdois-) e GaS (Gadois+Sdois-).
Observe que a existência de íons com magnitudes de carga idênticas ao número de oxidação considerado é sempre assumida (corretamente ou não)..
O gálio é encontrado na crosta terrestre com abundância proporcional à dos metais cobalto, chumbo e nióbio. Aparece como um sulfeto ou óxido hidratado, amplamente difundido como impurezas contidas em outros minerais.
Seus óxidos e sulfetos são pouco solúveis em água, por isso a concentração de gálio nos mares e rios é baixa. Além disso, o único mineral "rico" em gálio é a gallita (CuGaSdois, imagem acima). Porém, é impraticável explorar o frango para obter esse metal. Menos conhecido é o mineral plumbogumita de gálio.
Portanto, não existem minérios ideais para este metal (com concentração superior a 0,1% em massa)..
Em vez disso, o gálio é obtido como um subproduto do tratamento metalúrgico de minérios de outros metais. Por exemplo, pode ser extraído de bauxitas, misturadores de zinco, alúmen, carvão, galenas, pirita, germanita, etc .; ou seja, geralmente está associado a alumínio, zinco, carbono, chumbo, ferro e germânio em diferentes corpos minerais.
Quando a matéria-prima mineral é digerida ou dissolvida, seja em meio fortemente ácido ou básico, obtém-se uma mistura de íons metálicos solubilizados em água. Como o gálio é um subproduto, seus íons Ga3+ permanecem dissolvidos na mistura, uma vez que os metais de interesse precipitaram.
Assim, você deseja separar esses Ga3+ dos outros íons, com o único propósito de aumentar sua concentração e a pureza do metal resultante.
Para isso, além das técnicas convencionais de precipitação, utiliza-se a cromatografia de troca iônica por meio de resina. Graças a esta técnica é possível separar (por exemplo) o Ga3+ de Cadois+ o Fé3+.
Uma vez que uma solução altamente concentrada de íons Ga foi obtida3+, é submetido a eletrólise; ou seja, o Ga3+ recebe elétrons para poder se formar como um metal.
O gálio é encontrado na natureza principalmente como dois isótopos: o 69Ga, com abundância de 60,11%; e ele 71Ga, com abundância de 39,89%. É por esta razão que o peso atômico do gálio é 69,723 u. Os outros isótopos do gálio são sintéticos e radioativos, com massas atômicas variando de 56Ga a 86Ga.
Do ponto de vista ambiental, o gálio metálico não é muito reativo e solúvel em água, portanto, seus derramamentos, em teoria, não representam riscos graves de contaminação. Além disso, não se sabe qual é o papel biológico que pode ter nos organismos, sendo a maioria de seus átomos excretados na urina, sem sinais de acúmulo em nenhum de seus tecidos..
Ao contrário do mercúrio, o gálio pode ser manuseado com as mãos nuas. Na verdade, a experiência de tentar derretê-lo com o calor das mãos é bastante comum. Uma pessoa pode tocar o líquido prateado resultante sem medo de danificar ou ferir sua pele; embora deixe uma mancha de prata sobre ele.
No entanto, ingeri-lo pode ser tóxico, pois, em teoria, ele se dissolveria no estômago para gerar GaCl3; sal de gálio cujos efeitos no corpo são independentes do metal.
O gálio é caracterizado por apresentar forte coloração ou aderência às superfícies; e se forem metálicos, passa por eles e forma ligas instantaneamente. Essa característica de poder ser ligado a quase todos os metais torna impróprio derramar gálio líquido em qualquer objeto de metal..
Portanto, objetos metálicos correm o risco de se estilhaçar na presença de gálio. Sua ação pode ser tão lenta e despercebida, que traz surpresas indesejáveis; especialmente se ele foi derramado em uma cadeira de metal, que pode desabar quando alguém se sentar nela.
É por isso que quem deseja manusear o gálio nunca deve colocá-lo em contato com outros metais. Por exemplo, seu líquido é capaz de dissolver folhas de alumínio, além de penetrar em cristais de índio, ferro e estanho, para torná-los quebradiços..
Em termos gerais, apesar do exposto, e do fato de seus vapores estarem quase ausentes à temperatura ambiente, o gálio costuma ser considerado um elemento seguro e com toxicidade zero..
O gálio substituiu o mercúrio como o líquido para ler as temperaturas marcadas pelo termômetro. Porém, seu ponto de fusão de 29,7 ºC ainda é alto para esta aplicação, razão pela qual em seu estado metálico não seria viável utilizá-lo em termômetros; em vez disso, uma liga chamada Galinstan (Ga-In-Sn) é usada.
A liga de Galinstan tem um ponto de fusão em torno de -18 ºC e, com sua toxicidade zero, é a substância ideal para o projeto de termômetros médicos independentes de mercúrio. Assim, se quebrasse, seria seguro limpar a bagunça; embora sujasse o chão devido à sua capacidade de molhar as superfícies.
Mais uma vez, é feita menção à molhabilidade do gálio e de suas ligas. Ao tocar uma superfície de porcelana ou vidro, ele se espalha por toda a superfície até que seja completamente coberto por um espelho de prata.
Além dos espelhos, as ligas de gálio têm sido usadas para criar objetos de todas as formas, uma vez que, depois de resfriados, solidificam. Isso poderia ter um grande potencial nanotecnológico: construir objetos de dimensões muito pequenas, que operam logicamente em baixas temperaturas e apresentam propriedades únicas baseadas no gálio..
As pastas térmicas usadas em processadores de computador são feitas de ligas de gálio.
Ga ions3+ têm uma certa semelhança com o Fe3+ na forma como intervêm nos processos metabólicos. Portanto, se houver uma função, parasita ou bactéria que requer ferro para funcionar, eles podem ser interrompidos confundindo-o com gálio; tal é o caso da bactéria pseudomonas.
Então, é aqui que aparecem os medicamentos com gálio, que podem consistir simplesmente em seus sais inorgânicos, ou organogálios. La Ganita, nome comercial de nitrato de gálio, Ga (NO3)3, usado para regular os altos níveis de cálcio (hipercalcemia) associados ao câncer ósseo.
O arsenieto e o nitreto de gálio são caracterizados por serem semicondutores, que vieram para substituir o silício em certas aplicações optoeletrônicas. Com eles, foram fabricados transistores, diodos laser e diodos emissores de luz (azul e violeta), chips, células solares, etc. Por exemplo, graças aos lasers GaN, discos Blu-Ray podem ser lidos.
Os óxidos de gálio têm sido usados para estudar sua catálise em diferentes reações orgânicas de grande interesse industrial. Um dos mais novos catalisadores de gálio consiste em seu próprio líquido, sobre o qual estão dispersos átomos de outros metais que funcionam como centros ou sítios ativos..
Por exemplo, o catalisador de gálio-paládio foi estudado na reação de desidrogenação do butano; isto é, converter o butano em espécies insaturadas mais reativas, necessárias para outros processos industriais. Este catalisador consiste em gálio líquido que atua como suporte para os átomos de paládio..
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