Gallio (Ga) - Elemento chimico n.31: proprietà, usi e sicurezza

Scopri il Gallio (Ga), elemento chimico n.31: proprietà uniche, usi tecnologici e industriali, rischi e consigli di sicurezza per un impiego consapevole.

Il gallio (simbolo chimico: Ga) è l'elemento chimico 31 della tavola periodica.

Il gallio è un metallo con alcune proprietà peculiari. Il suo punto di fusione è molto basso: 29,76 °C (≈ 85,57 °F), perciò può sciogliersi se tenuto in mano a temperatura corporea; per questo motivo spesso si dice che «si scioglie in mano». Nella sua forma più pura è di un vibrante colore argento e, come solido, appare grigio‑blu. Quando è liquido è molto brillante e può essere usato per ottenere superfici riflettenti, similmente a un specchio.

Proprietà fisiche e chimiche

• Numero atomico: 31
• Massa atomica relativa: circa 69,723 u
• Configurazione elettronica: [Ar] 3d10 4s2 4p1
• Punto di fusione: 29,76 °C (85,57 °F)
• Punto di ebollizione: ≈ 2204 °C
• Densità: circa 5,9–6,1 g·cm−3 (varia con lo stato)
• Stati di ossidazione più comuni: +3 (predominante)
• Isotopi stabili principali: 69Ga e 71Ga

Il gallio metallico conduce l'elettricità (è un metallo), ma molti suoi composti e semiconduttori a base di gallio — come l'arseniuro di gallio (GaAs) e il nitruro di gallio (GaN) — mostrano proprietà semiconduttrici utili in elettronica ad alte prestazioni.

Occorrenza e produzione

Il gallio non si trova libero in natura ma è presente in tracce nei minerali di alluminio (bauxite) e di zinco (sfaleri) e viene recuperato come sottoprodotto durante la raffinazione dell'alluminio e lo sviluppo di metalli zinciferi. La produzione commerciale avviene quindi principalmente come estrazione secondaria da tali processi industriali.

Applicazioni

• Elettronica: composti come GaAs e GaN sono fondamentali per semiconduttori ad alta velocità, transistor RF, diodi laser e LED (in particolare LED blu e UV).
• Fotovoltaico: il gallio è usato in alcuni tipi di celle solari ad alta efficienza (es. celle a multigiunzione e celle CIGS – rame‑indio‑gallio‑selenio).
• Leghe a basso punto di fusione: il gallio entra in leghe liquide a temperatura ambiente (es. Galinstan, miscela di gallio‑indio‑stagno) usate come alternativa al mercurio in termometri e in sistemi di trasferimento di calore.
• Ottica: la forma liquida e il forte potere riflettente del gallio possono essere sfruttati in specchi liquidi e in applicazioni ottiche specializzate.
• Industria nucleare: il gallio è stato impiegato in piccole quantità per stabilizzare la struttura cristallina della lega di plutonio usata in testate nucleari (stabilizzazione della fase δ).
• Medicina e diagnostica: alcuni composti radioattivi del gallio (es. 67Ga) sono stati utilizzati in medicina nucleare per imaging diagnostico; inoltre sono in studio applicazioni terapeutiche di composti a base di gallio.

Sicurezza e precauzioni

Il gallio metallico elementare ha tossicità relativamente bassa se maneggiato correttamente: il contatto cutaneo occasionale non è generalmente pericoloso, ma non è commestibile e non va ingerito. Alcuni punti importanti di sicurezza:

• Molti composti di gallio, in particolare l'arseniuro di gallio (GaAs) e sali solubili come il cloruro di gallio, sono tossici o potenzialmente pericolosi; devono essere maneggiati in ambienti controllati con dispositivi di protezione adeguati.
• Il vaporare o riscaldare gallio e suoi composti può liberare fumi pericolosi; evitare inalazione di vapori e lavorare in cappa quando necessario.
• Il gallio può diffondersi in altri metalli, in particolare nell'alluminio, causando fragilizzazione e danneggiamento strutturale: non versare gallio su superfici di alluminio né lasciarlo a contatto prolungato.
• Conservazione: il gallio deve essere conservato in contenitori adeguati (vetro o plastica compatibile); evitare contenitori metallici che possano essere attaccati o impregnati dal metallo.

Curiosità

• Il gallio può mostrare fenomeni di superraffreddamento: a temperatura inferiore al punto di fusione può rimanere liquido finché non viene disturbato, per poi solidificare improvvisamente.
• Per il suo basso punto di fusione e la brillantezza superficiale il gallio è spesso mostrato in dimostrazioni scientifiche come elemento «che si scioglie in mano», ma questo non è un invito al contatto prolungato né all'ingestione.
• Dal punto di vista chimico è legato agli elementi del gruppo 13 come l'alluminio, l'indio e il tallio, con cui condivide alcune proprietà.

In sintesi, il gallio è un metallo interessante e versatile: la sua bassa temperatura di fusione e i suoi composti semiconduttori lo rendono fondamentale in elettronica avanzata, mentre richiede attenzione nello smaltimento e nella manipolazione a causa della tossicità di certi composti e della sua azione degradante su alcuni metalli.

Domande e risposte

D: Che cos'è il gallio?

D: Qual è la proprietà insolita del gallio?

D: Il gallio è sicuro da tenere in mano?

D: Il gallio può essere utilizzato nei computer?

D: Qual è il colore del gallio estratto puro?

D: Qual è l'uso del gallio nella sua forma liquida?

D: A cosa è collegato il gallio?

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