Il gallio è l'elemento chimico di numero atomico 31. Il suo simbolo è Ga. È un metallo raro, tenero e di colore argenteo. Il gallio è molto fragile a temperatura ambiente e il suo punto di fusione è di 29,76 °C; può fondere col calore delle mani di una persona (fondendo si comprime aumentando di densità). Si trova in tracce nella bauxite e in minerali di zinco. L'arseniuro di gallio è un importante semiconduttore usato in molti dispositivi elettronici, soprattutto nei diodi LED.

Caratteristiche

Il gallio ad elevata purezza ha colore argento e si frattura facilmente, con fratture concoidali come il vetro. Il gallio metallico si espande del 3,1% durante la solidificazione, per cui non dovrebbe mai essere tenuto in contenitori di vetro o di metallo. Inoltre il gallio è corrosivo per i metalli, perché gli atomi di gallio si diffondono nella matrice cristallina metallica, formando leghe fragili.

Il gallio è un metallo liquido a temperatura 29,76 °C prossima a quella ambiente^[1] quindi si può usare in termometri per alte temperature. Ha un intervallo in fase liquida tra i più grandi ^[2][3], nonché il rapporto tra temperatura di ebollizione e temperatura di fusione più grande in assoluto, più di 8 volte se espresso in Kelvin; ha inoltre una tensione di vapore molto bassa ad alta temperatura.

Questo metallo ha una forte tendenza a sopraraffreddarsi, cioè a restare liquido anche al disotto del suo punto di fusione; per questo è necessario mettere dei semi cristallini nella massa di gallio liquido per farla solidificare. La densità del gallio liquido è maggiore del gallio solido, come nel caso dell'acqua; di solito per i metalli si ha l'opposto. Il gallio ad alta purezza viene lentamente attaccato dagli acidi inorganici.

Il gallio non cristallizza in nessuna delle strutture cristalline semplici: la fase stabile in condizioni normali è quella ortorombica con 8 atomi per cella cristallina. Ogni atomo ha un solo vicino più prossimo, a 2,44 Å, e altri sei atomi vicini nel raggio di 2,83 Å. Esistono molte altre fasi stabili e metastabili del gallio in varie condizioni di temperatura e pressione. Il legame chimico fra gli atomi più vicini del cristallo di gallio è di tipo covalente, per cui il dimero Ga₂ è considerato il costituente principale del cristallo.

Applicazioni

I circuiti integrati digitali e analogici e i dispositivi optoelettronici (diodi LED e diodi laser) sono l'applicazione più comune del gallio.
Altri usi comprendono:

• Poiché aderisce al vetro e alla porcellana, il gallio si usa per creare specchi molto brillanti.
• Per drogare semiconduttori e produrre componenti elettronici a stato solido come i transistor.
• Il gallio forma molto facilmente leghe con altri metalli, e si usa come componente di leghe a basso punto di fusione. I pozzetti di plutonio delle armi nucleari impiegano una lega di gallio per stabilizzare una forma allotropa del plutonio. Molte ricerche sono state fatte sul gallio come sostituto del mercurio nelle amalgami per odontoiatria, ma i nuovi composti devono ancora dimostrare la loro validità. L'aggiunta di gallio (fino al 2%) nelle comuni paste saldanti ne aumenta la bagnabilità e le capacità flussanti.
• Il gallio si usa in alcuni termometri ad alta temperatura, e una lega eutettica di gallio, indio e stagno è oggi usata al posto del mercurio nella maggior parte dei termometri clinici. Questa lega, dal nome commerciale di Galinstan, ha un punto di congelamento di −20 °C.
• Il gallato di magnesio con impurità come Mn⁺² sta trovando sempre maggiore uso in polveri al fosforo attivate da ultravioletti.
• Il gallio è uno dei pochi elementi della tavola periodica ad avere la capacità di assorbire i neutrini elettronici solari. Per assorbimento di un neutrino, il gallio si converte in germanio con emissione di un elettrone. Gli elettroni emessi vengono poi rilevati da fotomoltiplicatori e studiati dai fisici nucleari. È possibile che i valori di spin e momento angolare dell'atomo di gallio (−³⁄₂) determinino un'instabilità dell'elemento, che potrebbe andare incontro ad un decadimento spontaneo, accelerato però dall'assorbimento del neutrino elettronico.
• Il gallio viene talvolta usato per drogare catalizzatori e migliorarne la selettività.^[4]
• L'isotopo 68 è utilizzato in medicina nucleare per la localizzazione di tumori neuroendocrini.

Usi in medicina umana

Il gallio trova impiego negli ambiti sia diagnostico sia terapeutico della medicina umana. Gli isotopi ⁶⁷Ga e ⁷²Ga vengono usati come marcatori radioattivi nella diagnosi di alcune forme tumorali, come i linfomi, in virtù della predisposizione del gallio ad accumularsi maggiormente nei siti in attiva proliferazione. Inoltre il gallio costituisce un agente terapeutico nelle patologie a carattere osteolitico (per esempio il morbo di Paget) e nelle ipercalcemie (per esempio l'ipercalcemia paraneoplastica).^[5]

Storia

Il gallio (dal latino Gallia, che vuol dire "Francia"; ma gallus significa anche gallo, l'animale da cortile) fu scoperto spettroscopicamente da Paul Émile Lecoq de Boisbaudran nel 1875 dal suo spettro caratteristico (due righe violette) esaminando una zincoblenda proveniente dai Pirenei. Prima della sua scoperta la maggior parte delle proprietà del gallio erano state previste e descritte da Dmitrij Mendeleev (che aveva chiamato eka-alluminio l'ipotetico nuovo elemento) sulla base della sua tavola periodica. Più tardi nel corso di quell'anno, Boisbaudran ottenne il metallo puro tramite elettrolisi del suo idrossido in una soluzione di KOH. Egli battezzò il nuovo elemento con il nome della Francia e, con uno di quei giochi di parole multilingue molto amati dagli scienziati dell'epoca, anche con il suo: "Le coq" in francese vuol dire "il gallo".

Disponibilità

Il gallio non esiste puro in natura, e nemmeno esistono composti di gallio sufficientemente abbondanti da costituire una fonte estrattiva. Quindi, il gallio si ottiene dalle tracce presenti in bauxite, carbone, diaspro, germanite e sfalerite. La combustione del carbone può concentrare il gallio: alcune polveri residue della combustione contengono fino all'1,5% di gallio.

Precauzioni

Anche se non è considerato tossico, i dati sull'effetto fisiologico del gallio non sono definitivi. Alcune fonti riportano che una prolungata esposizione al gallio può provocare dermatite, ma altri test non hanno dato tale risultato.

Note

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998.

Voci correlate

• Galinstano