Gal (symbol chemiczny: Ga) jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 31 w układzie okresowym. Jego średnia masa atomowa wynosi około 69,72 u. W stanie czystym jest metalem o srebrzystym, nieco niebieskawym połysku; tworzy nietypowe właściwości fizyczne i chemiczne w porównaniu z wieloma innymi metalami.

Właściwości fizyczne i chemiczne

  • Temperatura topnienia: około 29,76 °C (85,58 °F). Oznacza to, że gal może topić się w dłoni przy temperaturze ciała — wystarczy kilka chwil trzymania, aby przejść w stan ciekły. Na skórze ciekły gal może pozostawiać srebrzystą plamę.
  • Temperatura wrzenia: około 2204 °C.
  • Gęstość: około 5,9 g/cm3 (w stanie stałym).
  • W stanie stałym ma charakterystyczny połysk srebrzysto-niebieskawy; w stanie ciekłym jest lśniący i metaliczny, chociaż na powierzchni szybko tworzy się cienka warstwa tlenku, która zmienia wygląd i właściwości powierzchni.
  • Konfiguracja elektronowa: [Ar] 3d10 4s2 4p1. Gal jest metalem, dobrze przewodzi prąd elektryczny, choć jego przewodność jest mniejsza niż np. miedzi czy aluminium.
  • W chemii gal wykazuje głównie stopień utlenienia +3; tworzy związki o różnych właściwościach, z których wiele ma duże znaczenie technologiczne.

Występowanie i otrzymywanie

Gal nie występuje w postaci wolnej w przyrodzie; jest pierwiastkiem ubogim, zwykle występuje śladowo w rudach boksytów i rudach cynku. Jest pozyskiwany jako produkt uboczny przetwarzania boksytów (produkcji aluminium) oraz rafinacji rud cynku.

Zastosowania

  • Elektronika i optoelektronika: najbardziej znane zastosowania wynikają ze związków galu, zwłaszcza arsenku galu (GaAs) i azotku galu (GaN). Te związki są szeroko stosowane w diodach elektroluminescencyjnych (LED), laserach półprzewodnikowych, detektorach, układach wysokiej częstotliwości i w niektórych układach mikrofalowych.
  • Przemysł komputerowy i telekomunikacyjny: związki galu umożliwiają produkcję szybkich tranzystorów i elementów optoelektronicznych wykorzystywanych w komunikacji i przetwarzaniu sygnału.
  • Stopów niskotopliwych: gal wchodzi w skład stopów typu Galinstan (z indiem i cyną), które zastępują rtęć w termometrach i innych zastosowaniach wymagających cieczy metalicznej o niskiej temperaturze topnienia.
  • Zastosowania specjalne: gal był używany w stopach do stabilizowania struktury krystalicznej plutonu (dodatek Ga do plutonu utrzymuje tzw. fazę δ), co ma znaczenie przy produkcji materiałów jądrowych. (Informacja o zastosowaniu historycznym/przemysłowym — nie jest to instrukcja użycia).
  • Medycyna i badania: radioizotopy galu (np. 67Ga) są używane w diagnostyce medycznej (scyntygrafia). Niektóre związki galu są badane jako środki przeciwnowotworowe i przeciwbakteryjne ze względu na wpływ na metabolizm żelaza w komórkach.
  • Powierzchnie refleksyjne: ciekły gal jest bardzo lśniący i w warunkach laboratoryjnych może być stosowany do tworzenia powierzchni refleksyjnych; jednak w praktyce częściej używa się innych metali (srebro, aluminium).

Bezpieczeństwo i toksyczność

  • Elementarny gal ma stosunkowo niską toksyczność i nie jest jadalny — nie należy go spożywać. W kontakcie ze skórą może pozostawiać srebrzyste plamy i zwilżać powierzchnię; długotrwały kontakt z metalem ciekłym może być niezalecany.
  • Wiele związków galu bywa jednak toksycznych lub niebezpiecznych — szczególnie arsenek galu (GaAs) i niektóre chlorki i azotany galu. GaAs jest toksyczny i potencjalnie rakotwórczy przy niekontrolowanej ekspozycji pyłu lub par.
  • Gal reaguje z aluminium i tworzy łatwo wnikające stopy, które powodują kruchość i osłabienie aluminium. Dlatego należy unikać kontaktu ciekłego galu z elementami konstrukcyjnymi z aluminium.
  • Przy pracy ze związkami galu i pyłami należy stosować odpowiednie środki ochrony osobistej (okulary, rękawice, dobre wentylowanie) oraz postępować zgodnie z kartami charakterystyki substancji.

Powiązane pierwiastki

Gal należy do grupy, w której znajdują się pierwiastki pokrewne, takie jak aluminium, ind i tal. Wiele właściwości fizycznych i chemicznych galu wynika z jego położenia w układzie okresowym.

Podsumowanie

Gal to nietypowy metal o niskiej temperaturze topnienia, szerokim zastosowaniu w technologiach opartych na związkach półprzewodnikowych oraz rosnącym znaczeniu w badaniach medycznych i materiałoznawstwie. Choć sam pierwiastek w postaci czystej ma małą toksyczność, niektóre jego związki są niebezpieczne, a ciekły gal może szkodzić metalom konstrukcyjnym (szczególnie aluminium).