Gallio: storia, proprietà, reazioni

Il gallio è un elemento appartenente al Gruppo 3A o Gruppo 13 della Tavola periodica insieme a boro, alluminio, indio e tallio.
Prima della sua scoperta avvenuta nel 1875 ad opera del chimico francese Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran nell’ambito dei suoi studi che diedero origine allo sviluppo alla spettroscopia le proprietà del gallio erano già note.

La scoperta di tale elemento, a cui lo scienziato francese diede il nome di gallio in onore della Gallia nome latino della Francia, rappresentò la prima conferma sperimentale di quanto aveva predetto Dimitri Mendeleev che aveva predetto le caratteristiche di questo elemento a cui aveva dato il nome di eka-alluminio.

Il padre della Chimica, infatti, nella composizione della Tavola periodica degli elementi aveva notato che nessuno degli elementi noti fino a quel momento rispondeva alle proprietà prevedibili sulla base della periodicità da lui ipotizzata. Pertanto lasciò alcune caselle vuote prevedendo le proprietà di quegli elementi non ancora conosciuti e lasciando ai chimici di riempirle dopo che fossero stati scoperti.

Lecoq de Boisbaudran aveva studiato per oltre un decennio gli spettri atomici degli elementi chimici che presentano una propria serie di linee spettrali e sapeva che l’elemento mancante si trovava tra l’alluminio e l’indio nell’ambito del gruppo e doveva trovarsi dopo lo zinco nell’ambito del periodo.

Con geniale intuizione ritenne che tale elemento potesse essere rinvenuto nei minerali contenenti zinco e approfondì le sue ricerche sulla sfalerite detta anche blenda proveniente dai Pirenei.

Isolò il nuovo elemento dall’elettrolisi di un suo idrossido e ne studiò le linee spettrali ottenendo uno spettro diverso da quello degli altri elementi che presentava due linee caratteristiche viola di cui una stretta e ben visibile alla lunghezza d’onda di circa 417 nm. Così le caselle rimaste vuote da Mendeleev iniziarono a riempirsi.

Il gallio non si trova allo stato nativo ma nei minerali come la blenda, la pirite, la bauxite e la germanite; si trova in alte concentrazioni nella gallite sotto forma di CuGaS₂ ma tale minerale è raro e viene rinvenuto in poche località.

Proprietà del gallio

È di color bianco argenteo, molto tenero da poter essere tagliato con un coltello ed ha una temperatura di fusione di circa 30°C quindi si presenta liquido a una temperatura di poco superiore a quella ambiente.

Il numero di ossidazione più comune del gallio è +3 ma esso può avere anche numero di ossidazione +1.

Si tenderebbe a ritenere che il gallio abbia anche numero di ossidazione +2 come nel cloruro di gallio avente formula GaCl₂. Tuttavia i dialogenuri contengono gallio sotto forma di Ga⁺ e Ga³⁺ in rapporto 1:1 e possono essere formulati come Ga(I)Ga(III)X₄. Tra gli alogenuri di gallio solo il fluoruro è ionico mentre gli altri alogenuri si presentano in forma dimerica Ga₂X₆.

Come l’alluminio,  tende a ossidarsi all’aria formando un film sottile di ossido che passiva il metallo rendendolo stabile. Bruciando il gallio all’aria si ottiene l’ossido di gallio Ga₂O₃ che può essere ridotto, in presenza di idrogeno a ossido di gallio (I):
Ga₂O₃ + H₂ → Ga₂O + 2 H₂O

L’ ossido è un energico riducente capace di ridurre l’acido solforico ad acido solfidrico:
2 Ga₂O + H₂SO₄ → 2 Ga₂O₃ + H₂S

Reazioni

Reagisce con gli acidi minerali secondo la reazione:

2 Ga +6 HCl → 2 GaCl₃ +3 H₂

In ambiente alcalino reagisce con l’idrossido di sodio per dare il tetraidrosso gallato e idrogeno:

2 Ga + 2 NaOH + 6 H₂O → 2 Na[Ga(OH)₄] + 3 H₂

Come gli altri elementi appartenenti al gruppo 13 reagisce con gli elementi del gruppo 15 per formare composti quali in nitruro di gallio e l’arseniuro di gallio.

Forma l’idruro GaH₃  detto gallano ottenuto dalla reazione tra gallanato di litio e cloruro di gallio:

3 LiGaH₄ + GaCl₃ → 3 LiCl + 4 GaH₃

Se la reazione avviene in presenza del dimetiletere quale solvente il gallano polimerizza mentre se la reazione avviene in assenza di solvente si forma una struttura dimera Ga₂H₆ detta digallano che ha una struttura simile al diborano.

Usi

Circa il 95% del gallio prodotto è utilizzato per ottenere l’arseniuro di gallio. Esso è un semiconduttore usato in:

• dispositivi come circuiti integrati ad altissima frequenza (microonde)
• diodi emettitori di luce infrarossa
• diodi laser
• celle solari
• optical windows.

Le prospettive future dell’arseniuro di gallio sono nell’ambito dell’elettronica andando a supportare, o talvolta sostituire il silicio.

Forma molto facilmente leghe con altri metalli, e si usa come componente di leghe a basso punto di fusione.

Trova impiego negli ambiti sia diagnostico che terapeutico. Gli isotopi ⁶⁷Ga e ⁷²Ga sono usati come marcatori radioattivi nella diagnosi di alcune forme tumorali e in lega con l’argento e lo stagno, può sostituire l’amalgama in odontoiatria.