Galio para niños

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31 Ga
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Información general
Nombre, símbolo, número	Galio, Ga, 31
Serie química	Metales del bloque p
Grupo, período, bloque	13, 4, P
Masa atómica	69,723 u
Configuración electrónica	[Ar] 3d10 4s2 4p1
Dureza Mohs	1,5
Electrones por nivel	2, 8, 18, 3 (imagen)
Apariencia	Blanco plateado
Propiedades atómicas
Radio medio	130 pm
Electronegatividad	1,81 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc)	136 pm (radio de Bohr)
Radio covalente	126 pm
Radio de van der Waals	187 pm
Estado(s) de oxidación	3
Óxido	Anfótero
1.ª energía de ionización	578,8 kJ/mol
2.ª energía de ionización	1979,3 kJ/mol
3.ª energía de ionización	2963 kJ/mol
4.ª energía de ionización	6180 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Densidad	5904 kg/m3
Punto de fusión	302,9146 K (30 °C)
Punto de ebullición	2477 K (2204 °C)
Entalpía de vaporización	258,7 kJ/mol
Entalpía de fusión	5,59 kJ/mol
Presión de vapor	9,31 × 10-36 Pa a 302,9 K
Varios
Estructura cristalina	Ortorrómbica
Calor específico	370 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica	6,78 106 S/m
Conductividad térmica	40,6 W/(K·m)
Velocidad del sonido	2740 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del galio
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 69Ga 60,1% Estable con 38 neutrones 71Ga 39,9% Estable con 40 neutrones
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

El galio es un elemento químico de la tabla periódica de número atómico 31 y símbolo Ga. Descubierto por el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran en 1875, El galio está en el grupo 13 de la tabla periódica y es similar a los otros metales del grupo como el aluminio, el indio y el talio.

El galio elemental es un metal blando y plateado en temperatura y presión estándar. En su estado líquido, se vuelve blanco plateado. Si se aplica demasiada fuerza, el galio puede fracturarse de manera concoidea. Desde su descubrimiento en 1875, el galio se ha utilizado ampliamente para hacer aleaciones con puntos de fusión bajos. También se utiliza en semiconductores, como dopante en sustratos semiconductores.

El punto de fusión del galio se utiliza como punto de referencia de la temperatura. Las aleaciones de galio se utilizan en los termómetros como alternativa no tóxica y ecológica al mercurio, y pueden soportar temperaturas más altas que éste. Un punto de fusión aún más bajo de −19 grados Celsius (−2,2 °F), muy por debajo del punto de congelación del agua, se afirma para la aleación galinstano (62-95% de galio, 5-22% de indio y 0-16% de estaño en peso), pero ese puede ser el punto de congelación con el efecto del sobreenfriamiento.

El galio no se encuentra como elemento libre en la naturaleza, sino como compuestos de galio(III) en cantidades mínimas en los minerales de zinc (como la esfalerita) y en la bauxita. El galio elemental es un líquido a temperaturas superiores a 29,76 grados Celsius (85,6 °F), y se derrite en las manos de una persona a la temperatura normal del cuerpo humano de 37 grados Celsius (98,6 °F).

El galio se utiliza principalmente en electrónica. El arseniuro de galio, el principal compuesto químico del galio en la electrónica, se utiliza en circuitos de microondas, circuitos de conmutación de alta velocidad y circuitos de infrarrojos. El nitruro de galio semiconductor y el nitruro de galio-indio producen diodos emisores de luz azules y violetas y diodos láseres. El galio también se utiliza en la producción de granate de galio y gadolinio artificial para joyería. El galio está considerado como un elemento tecnológico crítico por la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos y Frontiers Media.

El galio no tiene ningún papel natural conocido en la biología. El galio(III) se comporta de manera similar a las sales férricas en los sistemas biológicos y se ha utilizado en algunas aplicaciones médicas, incluyendo productos farmacéuticos y radiofármacos.

Características principales

Propiedades físicas

Cristales de galio

El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la del ambiente como, el cesio, mercurio y rubidio e incluso cuando se sostiene en la mano por su bajo punto de fusión (29,7646 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los más altos de los metales (2174 °C separan sus puntos de fusión y ebullición) y la presión de vapor es baja incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% al solidificar y flota en el líquido al igual que el hielo en el agua.

Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del punto de fusión (permaneciendo aún en estado líquido) por lo que es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido al líquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce en ninguna de las estructuras simples; la fase estable en condiciones normales es ortorrómbica, con 8 átomos en cada celda unitaria en la que cada átomo solo tiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de 2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura el enlace químico formado entre los átomos más cercanos es covalente siendo la molécula Ga₂ la que realmente forma el entramado cristalino.

A otra presión y temperatura se han encontrado numerosas fases estables y meta estables distintas. El galio es uno de los cuatro metales no radiactivos, junto con el cesio, rubidio y mercurio que se sabe que son líquidos a temperatura ambiente normal o cercana a ella. A diferencia del mercurio, el galio metálico líquido humedece el vidrio y la piel, junto con la mayoría de los demás materiales (con la excepción del cuarzo, el grafito y el teflón ), lo que hace que sea mecánicamente más difícil de manipular a pesar de que es sustancialmente menos tóxico y requiere muchas menos precauciones. El galio pintado sobre vidrio es un espejo brillante. Por esta razón, además de la contaminación del metal y los problemas de expansión por congelación, las muestras de galio metálico generalmente se suministran en paquetes de polietileno dentro de otros contenedores.

El galio corroe otros metales al difundirse en sus redes cristalinas. Por ejemplo, se difunde en los límites de grano de aleaciones de aluminio-zinc y de acero, y son muy frágiles. El galio se alea fácilmente con muchos metales y se usa en pequeñas cantidades en la aleación de plutonio-galio en los núcleos de plutonio de las bombas nucleares para estabilizar la estructura del cristal de plutonio.

El galio no cristaliza en ninguna de las estructuras cristalinas simples . La fase estable en condiciones normales es ortorrómbica con 8 átomos en la celda unitaria convencional . Dentro de una celda unitaria, cada átomo tiene solo un vecino más cercano (a una distancia de 244 pm ). Las restantes seis celdas unitarias vecinas están espaciadas 27, 30 y 39 pm más lejos, y están agrupadas en pares con la misma distancia.Muchas fases estables y metaestables se encuentran en función de la temperatura y la presión. [22]

El vínculo entre los dos vecinos más cercanos es covalente ; por lo tanto, los dímeros de Ga 2 se consideran los componentes fundamentales del cristal. Esto explica el bajo punto de fusión en relación con los elementos vecinos, aluminio e indio. Esta estructura es sorprendentemente similar a la del yodo y puede formarse debido a interacciones entre los electrones 4p individuales de los átomos de galio, más lejos del núcleo que los electrones 4s y el núcleo [Ar] 3d 10 . Este fenómeno se repite con el mercurio con su configuración electrónica de "pseudo-gas noble" [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 , que es líquido a temperatura ambiente. El 3d10 electrones no protegen muy bien a los electrones externos del núcleo y, por lo tanto, la primera energía de ionización del galio es mayor que la del aluminio. [9] Los dímeros de Ga 2 no persisten en el estado líquido y el galio líquido exhibe una estructura compleja de baja coordinación en la que cada átomo de galio está rodeado por otros 10, en comparación con los valores de 11-12 típicos de la mayoría de los metales líquidos. [24] [25]

Las propiedades físicas de galio son altamente anisotrópico, es decir, tienen valores diferentes a lo largo de los tres ejes principales cristalográficos un , b , y c (ver tabla), produciendo una diferencia significativa entre el lineal (α) y el volumen de expansión térmica coeficientes. Las propiedades del galio dependen en gran medida de la temperatura, particularmente cerca del punto de fusión. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica aumenta en varios cientos por ciento al derretirse.

Propiedades químicas

Química acuosa

Los ácidos fuertes disuelven el galio, formando sales de galio (III) como Ga(NO
3)
3, (nitrato de galio). Las soluciones acuosas de sales de galio (III) contienen el ion galio hidratado, [Ga(H
2O)
6]3+
. Elhidróxido de galio (III) , Ga(OH)
3, puede precipitarse a partir de soluciones de galio(III) añadiendo amoniaco. El deshidratante Ga(OH)
3 a 100 °C produce hidróxido de óxido de galio, GaO (OH).

Las soluciones de hidróxido alcalino disuelven el galio formando sales de galato, que no deben confundirse con las sales de ácido gálico de nombre idéntico, que contienen el anión Ga(OH)−
4. El hidróxido de galio, que es anfótero, también se disuelve en álcali para formar sales de galato. Aunque trabajos anteriores sugirieron Ga(OH)3−
6 como otro posible anión del galato, no se encontró en trabajos posteriores.

Óxidos y calcógenos

El galio reacciona con los calcógenos solo a temperaturas relativamente altas. A temperatura ambiente, el galio metálico no es reactivo con el aire y el agua porque forma una capa de óxido protectora pasiva. Sin embargo, a temperaturas más altas, reacciona con el oxígeno atmosférico para formar óxido de galio (III), Ga
2O
3. La reducción deGa
2O
3 con galio elemental en vacío a 500 °C a 700 °C produce el óxido de galio (I) marrón oscuro, Ga
2O. El Ga
2O es un agente reductor muy fuerte, capaz de reducir el ácido sulfúrico H
2SO
4 a H
2S. Se desproporciona a 800 °C de nuevo a galio y Ga
2O
3.

Historia

El galio fue descubierto mediante espectroscopia por Lecoq de Boisbaudran en 1875 por su característico espectro al examinar una blenda de zinc procedente de los Pirineos. Ese mismo año lo aisló por electrólisis del hidróxido en una solución de hidróxido potásico (KOH) y le dio el nombre de su país natal Gallia, y el suyo propio por un juego de palabras de los que gustaban a los científicos de finales del siglo XIX ya que gallus significa gallo, coq en francés como su nombre Lecoq.

Antes de su descubrimiento la mayoría de sus propiedades fueron predichas y descritas por Mendeleyev —que lo llamó eka-aluminio— basándose en la posición que debía ocupar el elemento en la tabla periódica.