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Gallium – vielseitig verwendbar und immer gut für verblüffende Effekte


Gallium ist sehr selten und dementsprechend teuer.

Es findet heute in erster Linie Verwendung in der Halbleitertechnik bei der Produktion von Wafern. Insgesamt sind die Einsatzmöglichkeiten jedoch sehr vielfältig, z.B. in LEDs, in mobilen Hightech-Geräten, in der fotooptischen Industrie, in der Lasertechnik und in der Solarindustrie.

Die Nachfrage steigt kontinuierlich, Versorgungsengpässe deuten sich schon heute an.

Besondere Eigenschaften und Vorkommen

Das Element Gallium ist weich, hat eine silbrig-weiße Farbe und trägt das Elementensymbol Ga.

Gallium ist sehr selten. Die Häufigkeit ist vergleichbar mit der von Lithium oder Blei. Es kommt in der Natur meist nur als Beimischung in Aluminium-, Zink- oder Germaniumerzen vor, bei deren Produktion es gewissermaßen als Nebenprodukt anfällt. Bauxit, Germanit und Zinkblende-Erze enthalten das meiste Gallium, wobei zum Beispiel der in Surinam gefundene Bauxit mit dem höchsten bekannten Gehalt auch nur 0,008 % Gallium enthält. Höhere Gehalte mit bis zu einem Prozent Gallium kommen lediglich in Germanit vor. Heute werden jährlich nur etwa 100 Tonnen Rohgallium gefördert. Seit Mitte der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts steigt der Galliumbedarf ständig an.

Gallium hat die besondere Eigenschaft, dass es bereits bei 29,76 Grad schmilzt, was oft für verblüffende Tricks genutzt wird, wie zum Beispiel das augenscheinliche Auflösen eines Kaffeelöffels beim Rühren in heißem Kaffee. Da der Siedepunkt mit 2400 °C sehr hoch liegt, ist der Bereich, in dem Gallium flüssig ist, außergewöhnlich umfangreich.

Nach Quecksilber und Caesium ist Gallium das Metall mit dem niedrigsten Schmelzpunkt. Er liegt auch deutlich unter dem der benachbarten Elemente Aluminium und Indium. Die Ursache liegt wahrscheinlich in der ungewöhnlichen Struktur der Kristalle, die im Gegensatz zu anderen Metallen keine große Symmetrie aufweist und deshalb nicht sehr stabil ist.

Name, Symbol, OrdnungszahlGallium, Ga, 31
SerieMetalle
Gruppe, Periode, Block13, 4, p
Aussehensilbrig weiß
CAS-Nummer7440-55-3
Massenanteil an der Erdhülle14 ppm
Atommasse69,723(1) u
Atomradius (berechnet)130 (136) pm
Kovalenter Radius122 pm
Van-der-Waals-Radius187 pm
Elektronenkonfiguration[Ar] 3d10 4s2 4p1
1. Ionisierungsenergie578,8 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie1979,3 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie2963 kJ/mol
Aggregatzustandfest
Modifikationensieben
Dichte5,904 g/cm3
Mohshärte1,5
Magnetismusdiamagnetisch (Χm = −2,3 · 10−5)
Schmelzpunkt302,91 K (29,76 °C)
Siedepunkt2673 K (2400 °C)
Molares Volumen11,80 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme256 kJ/mol
Schmelzwärme5,59 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit2740 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität371 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeitetwa 7,14 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit29 W/(m · K)
Oxidationszustände3
Normalpotential−0,53 V (Ga3+ + 3 e → Ga)
Elektronegativität1,81 (Pauling-Skala)
 
(Quelle: Wikipedia)

Verwendung und Einsatzgebiete

Die Einsatzmöglichkeiten für Gallium sind sehr vielfältig. Haupteinsatzgebiet ist die Halbleiterindustrie – in erster Linie die Produktion von Wafern. Während Silicium-Halbleiter schon bei wenigen Gigahertz nicht mehr funktionieren, arbeiten Halbleiter aus Galliumarsenid auch noch bei 250 Gigahertz.

In der Industrie kommen vor allem Verbindungen wie Galliumarsenid, Galliumnitrid, Galliumphosphid oder Galliumarsenidphosphid zum Einsatz. Zum Beispiel in Leuchtdioden – den LEDs - , in der Unterhaltungselektronik, in fotooptischen Produkten wie Lasern oder Fotodetektoren, in der Hochfrequenztechnik und in Produkten der Solarindustrie.

Außerdem werden Galliumlegierungen auch als Ersatz für Quecksilber in Thermometern eingesetzt.