gallium

Geokemi og mineralogi

Galliumionen, Ga³⁺, har samme ladning og næsten samme radius som aluminiumionen, Al³⁺, (0,62 Å mod 0,51 Å); gallium følger derfor aluminium i de geologiske processer og indgår som en "forurening" i aluminiummineraler. Eksempler er 50-1000 g/t i bauxit og op til 200 g/t i muscovit. Jernionen Fe³⁺ har radius 0,64 Å, hvorfor gallium også kan indgå i jernmineraler, fx har magnetit ofte mere end 100 g Ga/t. På grund af disse forhold findes der meget få galliummineraler. I hydrotermale opløsninger følger gallium zink, og mineralet zinkblende kan fx indeholde mere end 1000 g Ga/t; koncentrationen af gallium kan dog blive så høj i hydrotermale opløsninger, at mineralet gallit, CuGaS₂, dannes. Forvitrede forekomster kan indeholde mineralet söhngenit, Ga(OH)₃.

Verdensproduktionen i 2006 var ca. 69 t med Kina, Tyskland, Japan og Ukraine som de største producenter. Yderligere ca. 30 t blev genvundet fra affald med Frankrig som den væsentligste aktør. De samlede resurser af gallium indeholdt i bauxit anslås til 1 mio. t, men kun en brøkdel heraf kan udvindes.

Teknisk fremstilling og anvendelse

Gallium udvindes af bauxit (aluminiummalm) og af flyveaske fra kulkraftværker, hvor det findes i ganske små mængder. Til halvlederformål raffineres gallium ved zonesmeltning til 99,9999% renhed.

Metallet smelter allerede ved 29,8 °C, og det indgår i letsmeltelige legeringer med meget lave smeltetemperaturer. Mange af disse legeringer udvider sig ved størkning, ligesom det rene metal. Smeltet gallium anvendes i højtemperaturtermometre (op til 1200 °C), hvor kviksølv ville fordampe, og til forsegling af glas. En gallium-aluminium-legering kan erstatte kviksølv i metaldamplamper (fx sparepærer). Den vigtigste anvendelse er dog som halvleder i form af galliumarsenid.

Forbindelser

Gallium optræder i forbindelser med oxidationstrinnene −3, +1, +2 og +3, idet +3 er det hyppigst forekommende. I sidstnævnte oxidationstrin har forbindelserne en række lighedspunkter med jernforbindelser i samme oxidationstrin. I Ga₂H₆, der er stabil under −20 °C, har gallium oxidationstrinnet −3. Forbindelser med gallium i oxidationstrin +1 kan være gasformige forbindelser af typen GaX, hvori X er et af halogenerne fluor, klor, brom eller jod. Ved kondensation til fast fase disproportioneres GaX til gallium og forbindelser af sammensætning GaX₂, hvor gallium formelt har oxidationstrinnet +2, men strukturundersøgelser viser, at galliumatomerne kan opfattes som værende i oxidationstrin +1 og +3 i lige mængder. De teknisk vigtigste galliumforbindelser er galliumfosfid, GaP, galliumarsenid, GaAs, og blandingsforbindelser heraf, der bl.a. anvendes til meget hurtige elektroniske komponenter, til halvlederlyskilder og til fotodetektorer, se halvlederteknologi.