Úvod
Gallium (Ga) je měkký, stříbřitě bílý kov, který je fascinující díky svému nízkému bodu tání (29,76 °C), což mu umožňuje tát v lidské dlani. V pevném stavu je křehký a při ztuhnutí zvětšuje svůj objem. Jeho protonové číslo je 31 a v periodické tabulce patří do 13. skupiny, mezi kovy bloku p. Gallium se v přírodě nenachází v ryzí formě. Získává se téměř výhradně jako vedlejší produkt při zpracování bauxitu pro výrobu hliníku a také ze zinkových rud. Má klíčové využití v elektronice a polovodičové technice.
Vlastnosti
Gallium (Ga) je měkký, stříbřitě modrý kov s protonovým číslem 31, patřící do 13. skupiny periodické tabulky. Jeho nejvýraznější vlastností je extrémně nízký bod tání, pouhých 29,76 °C, díky čemuž taje v lidské ruce. Oproti tomu má velmi vysoký bod varu, což mu propůjčuje jedno z největších teplotních rozmezí v kapalném stavu. Vykazuje anomálii hustoty, kdy je v tekuté formě hustší než v pevné, podobně jako voda. Chemicky je amfoterní, reaguje jak s kyselinami, tak se silnými zásadami. Vytváří převážně sloučeniny v oxidačním stavu +3.
Vznik názvu
Název prvku je odvozen od latinského jména pro Francii, „Gallia“. Prvek totiž v roce 1875 objevil francouzský chemik Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran a pojmenoval jej na počest své vlasti. Často se uvádí, že šlo i o slovní hříčku, jelikož jeho příjmení Lecoq znamená „kohout“, což je latinsky „gallus“.
Objev
Existenci gallia teoreticky předpověděl Dmitrij Mendělejev již v roce 1871 na základě volného místa ve své periodické tabulce. Nazval ho prozatímně „eka-hliník“ a s úžasnou přesností odhadl jeho klíčové vlastnosti, jako atomovou hmotnost, hustotu i nízký bod tání. K jeho skutečnému objevu došlo v roce 1875, kdy francouzský chemik Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran pomocí spektroskopie analyzoval vzorek sfaleritu. Zaznamenal dvě nové fialové spektrální čáry, které patřily neznámému prvku. Prvek pojmenoval „gallium“ na počest své vlasti Francie (latinsky Gallia) a později jej izoloval elektrolýzou.
Výskyt v přírodě
Gallium se v zemské kůře nevyskytuje v ryzí formě, je to rozptýlený prvek přítomný jen v nepatrných koncentracích. Jeho samostatné minerály jsou extrémně vzácné a nemají ekonomický význam. Hlavními zdroji pro jeho komerční získávání jsou proto rudy jiných kovů, především bauxit (hliníková ruda) a v menší míře sfalerit (zinková ruda). Získává se téměř výhradně jako vedlejší produkt při průmyslové výrobě hliníku Bayerovým procesem. Během tohoto procesu se gallium hromadí v alkalickém roztoku, z něhož je následně extrahováno. Finální krok výroby vysoce čistého kovu probíhá elektrolýzou.
Využití
Gallium je klíčovým prvkem v moderní elektronice. Jeho sloučeniny, jako arsenid gallitý a nitrid gallitý, tvoří základ vysokofrekvenčních tranzistorů, laserových diod v Blu-ray přehrávačích a úsporných LED světelných zdrojů. Díky nízké teplotě tání se využívá ve slitinách, například v Galinstanu, který slouží jako netoxická náhrada rtuti v lékařských teploměrech. V medicíně se jeho radioizotopy používají pro diagnostiku zánětů a nádorů. Dále je součástí tenkovrstvých solárních panelů. V přírodě se gallium volně nevyskytuje, je přítomno ve stopových množstvích v bauxitu, zinkových rudách a uhlí. Nemá žádnou známou biologickou funkci.
Sloučeniny
Člověkem vytvořené sloučeniny gallia jsou zásadní pro technologii. Nejznámější jsou polovodiče: arsenid gallitý (GaAs) pro rychlé obvody a infračervené diody, a nitrid gallitý (GaN), který umožnil revoluci v modrém a bílém LED osvětlení a výkonové elektronice. Mezi další patří fosfid gallitý (GaP) nebo oxid gallitý (Ga₂O₃). Dále se syntetizují halogenidy jako chlorid gallitý. V přírodě gallium netvoří samostatné významné minerály. Jeho ionty obvykle nahrazují chemicky podobné ionty hliníku v minerálech jako bauxit nebo zinku ve sfaleritu, kde se nachází ve formě oxidů v extrémně nízkých koncentracích.
Zajímavosti
Gallium je jedním z mála kovů, které tají při teplotě těsně nad pokojovou teplotou, konkrétně při 29,76 °C. Pevný kousek se tak snadno rozpustí v lidské dlani. Navzdory tomu má extrémně vysoký bod varu, přes 2400 °C, což mu dává jeden z největších teplotních rozsahů, v němž zůstává v kapalném stavu. Podobně jako voda při tuhnutí zvětšuje svůj objem, přibližně o 3,1 %, a proto nesmí být skladováno v pevných uzavřených nádobách. Jeho kapalná forma je velmi agresivní vůči jiným kovům, zejména hliníku, do jehož krystalové mřížky proniká a způsobuje jeho křehnutí.
