Gallium kaufen: wichtiges, aber seltenes Metall für vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Gallium ist ein silberweißes, an der Luft beständiges Metall, das ausgesprochen weich ist und leicht bläulich glänzen kann. Es ist aufgrund seiner Eigenschaften vielfältig einsetzbar. Im Periodensystem hat es das Elementensymbol Ga. Zu finden ist es in der 4. Periode - hier handelt es sich um das dritte Element von Gruppe 13 (dritte Hauptgruppe bzw. Borgruppe). Gallium ist in der Natur ausgesprochen selten. Es kommt hier praktisch überhaupt nicht elementar (also: eigenständig) vor, sondern fast immer als Teil einer Verbindung mit Aluminium-, Zink- oder Germaniumerzen. Gallium hat ein Gehalt von 19 ppm in der kontinentalen Erdkruste: Es befindet sich damit auf einem Level mit Blei und Lithium.
Eigenschaften von Gallium
Gallium hat einen sehr niedrigen Schmelzpunkt. Dieser liegt lediglich bei 29,76 Grad Celsius. Sie können das Metall deshalb theoretisch sogar in Ihrer Hand verflüssigen. Tatsächlich geschieht dies in der Regel aber in verdünnten Säuren, wobei es zu einer Wasserstoffentwicklung kommt - oder einfach in heißem Wasser. Nicht löslich ist Gallium in kaltem Wasser sowie mit konzentrierter Salpetersäure. In diesen Fällen kommt es zu einer Passivierung (d.h. zu einer spontanen Bildung einer nicht metallischen Schutzschicht).
Nach einer Schmelzung bleibt Gallium auch dann noch für einige Zeit flüssig, wenn es abgekühlt wird. Im Rahmen des Abkühlungsprozesses entstehen die Galliumkristalle. Dabei gilt: Je langsamer der Abkühlungsprozess abläuft, desto sauberer sind die Kristalle. Ein Punkt ist dabei bedeutsam: Das Metall kristallisiert nicht in einer Form, die sonst häufig anzutreffen, sondern in einer orthorhombischen Struktur. Dabei handelt es sich um ein rechtwinkliges System mit drei 90 Grad-Winkeln. Dabei sind allerdings keine Achsen gleichlang. Für Gallium ist diese Struktur die stabilste.
Toxiologisch ist zu beachten, dass das Metall ätzend auf Haut und Schleimhäute wirkt. Dies liegt am geringen Schmelzpunkt, der dafür sorgt, dass es sich schon durch die Körpertemperatur verflüssigt. Für das Metall in fester Form gibt es keine toxiologischen Werte. Insgesamt ist die Gefahr für den Menschen im Umgang mit Gallium aber gering: Lediglich die Augen sind ernsthaft bedroht. Nach einer Benetzung mit dem verflüssigten Metall kann die Hornhaut nur schwer gereinigt werden. Gallium kommt zudem in einen Dentallegierungen vor. Bei einem solchen Einsatz kann es zu allergischen Reaktionen führen.
Weitere Eigenschaften:
- Siedepunkt: 2400 Grad (verbrennt unter hohem Druck in reinem Sauerstoff)
- Mohshärte: 1,5
- Dichte: Dichte: 5,904 g·cm-3
- Molares Volumen: 11,80 · 10-6 m3/mol
- Schmelzwärme: 5,59 kJ/mol
- Verdampfungswärme: 256 kJ/mol
Einsatzmöglichkeiten von Gallium
Der größte Teil von Gallium wird zur Fertigung von III-V-Verbindungshalbleitern genutzt, die aus dem Stoff Galliumarsenid bestehen. Diese kommen beispielsweise in der Optoelektronik (Leuchtdioden, Laserdioden z.B. für Blu-Ray-Datenträger) zum Einsatz. Sie befinden sich aber auch in Solarzellen sowie in Bauteilen der Hochfrequenztechnik (z.B. in HF-Transistoren).
Dadurch, dass Gallium in einem großen Temperaturbereich flüssig ist, eignet sich das Metall zugleich auch für Thermometer, die bis zu 1200 Grad Celsius reichen können. Als Legierung wird Gallium vorwiegend mit Eisen, Yttrium, Lithium, Magnesium und Gadolinium eingesetzt. In solchen Fällen geht es um die Herstellung magnetischer Werkstoffe. Eine Ausnahme ist die Legierung mit Plutonium: In diesem Fall geht es um den Bau einer Nuklearbombe.
Eine andere Einsatzmöglichkeit von Galliumlegierungen ist als Ersatz für giftiges Quecksilber. Dies liegt daran, dass das Metall bei Zimmertemperatur flüssig ist und ansonsten ähnliche Eigenschaften wie der toxische Stoff besitzt. Bestimmte Galliumlegierungen werden zudem in automatischen Feuerlöschanlagen als Sperrvorrichtungen eingesetzt. Auch hier hilft der niedrige Schmelzpunkt: Steigt die Raumtemperatur an, reagiert das Löschsystem ausfallsicher, da es sich um einen chemischen Prozess handelt. Die Legierung ist notwendig, um den Schmelzpunkt der Vorrichtung etwas zu erhöhen, damit die Anlage nicht einfach an zu warmen Tagen reagiert.
Gewinnung von Gallium
Die Gewinnung des Metalls erfolgt bei der Aluminiumherstellung aus Bauxit. Das Ganze läuft nach dem Bayer-Verfahren ab. Das Gallium scheidet sich dem gewonnenen Natriumaluminat an einer Eisenkathode automatisch ab, die mit Quecksilber beschichtet wurde. Die Erträge sind allerdings gering: Pro Tonne Bauxit werden höchstens 60 Gramm Gallium gewonnen. Dieses wird anschließend gereinigt. Dieser Prozess gelingt durch eine elektrolytische Raffination. Danach kommt es zur Herstellung der Einkristalle für die Weiterverarbeitung.
Geschichte des Metalls
Gallium hat zwei "Väter": Dmitri Mendelejew und Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. Ersterer sagte 1871 die Existent eines bis dahin unentdeckten Metalls voraus, das er Eka-Aluminium nannte. Er nutzte hierfür ein Periodensystem, das er selbst entwickelt hatte. Sein französischer Kollege wusste von dieser Vorhersage nichts, aber vermochte sie vier Jahre später in Paris dennoch zu beweisen. Im Emissionsspektrum von in Säure gelöstem und mit metallischem Zink versetztem Zinkblende-Erz konnte er die Existenz von zwei violetten Spektrallinien zeigen. Diese gehörten zu einem noch unbekannten Metall, schloss er.
Die Namensgebung des Metalls geht wohl ebenfalls auf de Boisbaudran zurück. Diesbezüglich gibt es zwei Theorien. Bei beiden steht der Franzose im Mittelpunkt. Erstens könnte er das neue Element nach dem römischen Namen seiner Heimat benannt haben: Aus Gallien ist in diesem Fall also Gallium geworden. Zweitens könnte das lateinische Wort gallus Pate gestanden haben. Dieses bedeutet "Hahn". In einem solchen Fall wäre die Bezeichnung eine Anspielung auf seinen Mittelnamen "Lecoq" - getrennt geschrieben bedeutet "le Coq" schließlich "der Hahn". Gallium wäre dann nach ihm selbst benannt.
Kennzeichnung gemäß Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP):
Gallium
Signalwort: Gefahr
H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
P234 Nur im Originalbehälter aufbewahren.
P280 Schutzhandschuhe / Schutzkleidung / Augenschutz / Gesichtsschutz tragen.
P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen / duschen.
P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.
P310 Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM / Arzt anrufen.
