Gallium

Obsah

Gallium je poměrně vzácný, nízkotající, diamagnetický kov. Má dva přírodní izotopy ⁶⁹Ga a ⁷¹Ga. Ve sloučeninách se vyskytuje v oxidačních číslech +I, +II a +III. Gallnaté sloučeniny vytvářejí dimerní ion Ga₂⁴⁺, který obsahuje vazbu Ga-Ga.

Protonové číslo	31	Elektronová konfigurace	[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹
Elektronegativita	1,81	Počet stabilních izotopů	2
Teplota tání	29,7645 °C	Teplota varu	2204 °C

Vlastnosti gallia

Existence gallia byla předpovězena roku 1871 Mendělejevem, potvrzen byl spektroskopicky v roce 1875 Paulem Boisbaudran.

Izotopy

Přírodní gallium se skládá ze dvou aktivních izotopů, dále bylo připraveno a charakterizováno 34 umělých radioizotopů a jaderných izomerů.[6,7]

Izotop	Zastoupení [%]
⁶⁹Ga	60,1
⁷¹Ga	39,9

⁶⁷Ga

Tento izotop se připravuje ozařováním zinku nebo mědi v cyklotronu:

$$^{68}_{30}\textrm{Zn}\ +\ ^1_1\textrm{p}\ \rightarrow\ ^{67}_{31}\textrm{Ga}\ +\ 2\ ^1_0\textrm{n} \\
^{65}_{29}\textrm{Cu}\ +\ ^4_2\alpha\ \rightarrow\ ^{67}_{31}\textrm{Ga}\ +\ 2\ ^1_0\textrm{n}$$

Přeměňuje se mechanismem elektronového záchytu na ⁶⁷Zn, poločas přeměny je 3,26 dne. Ve formě citrátu se využívá v nukleární medicíně jako zdroj záření γ.

⁶⁸Ga

Tento izotop se také přeměňuje mechanismem elektronového záchytu, poločas přeměny je 67,71 minut, vzniká jádro ⁶⁸Zn.

Získává se z generátorů ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga, k přeměně dochází elektronový záchytem. Germanium je v generátoru fixováno na pevném nosiči, vznikající gallium se izoluje elucí pomocí EDTA (kyseliny ethylendiamintetraoctové) ve formě chelátu.

Chemické vlastnosti

V roce 2015 byl izolován analog benzenu obsahující atom gallia v kruhu.[4]

Oxidy gallia

Oxid gallitý (Ga₂O₃) vytváří pět krystalických modifikací, jejich vztah ukazuje obrázek dole.

Nitrid gallitý

Krystal GaN. Zdroj: https://commons.wikimedia.org

Nitrid gallitý, GaN, je III/V polovodivý materiál, používaný zejména v LED diodách, např. ve fialových laserových diodách pro Blue-ray disky. Pokud GaN dopujeme, tak v závislosti na dopantu můžeme získat různé barvy světla od červené až po ultra-fialovou.[5]

Krystalický GaN se připravuje reakcí taveniny Na/Ga s plynným dusíkem při teplotě 750 °C a tlaku 10 MPa. Práškový pak reakcí kovového gallia nebo oxidu galitého s amoniakem.

2 Ga + 2 NH₃ → 2 GaN + 3 H₂
Ga₂O₃ + 2 NH₃ → 2 GaN + 3 H₂O

Komerčně se krystaly připravují pomocí techniky epitaxe z molekulárních paprsků.

Halogenidy

Fluorid gallitý je bílá pevná látka, taje nad teplotou 1000 °C. Připravuje se reakcí fluoru nebo fluorovodíku s oxidem gallitým nebo tepelným rozkladem hexafluorgallitanu amonného, (NH₄)₃GaF₆.

Ostatní halogenidy mají dimerní strukturu, podobně jako Al₂Cl₆ a výrazně nižší teploty tání.

Halogenid	Teplota tání [°C]
GaCl₃	78
GaBr₃	122
GaI₃	212

Chlorid gallitý se připravuje přímou reakcí z prvků nebo zahříváním oxidu s thionylchloridem:

Ga₂O₃ + 3 SOCl₂ → 2 GaCl₃ + 3 SO₂

Je to Lewisovská kyselina, využívá se jako katalyzátor v organických reakcích, např. ve Friedel-Craftsových.

Bromid i jodid gallitý se připravují přímou reakcí z prvků. Bromid gallitý se také využívá jako katalyzátor.

Jodid i chlorid gallitý lze redukovat kovovým galliem na jodid resp. chlorid gallný.

GaI₃ + 2 Ga → 3 GaI

Halogenidy gallné jsou podstatně méně stabilní než gallité. Fluorid gallný existuje pouze v plynné fázi.

Zahříváním ekvimolární směsi halogenidu gallitého s kovovým galliem nebo halogenací gallia pomocí Hg₂X₂ nebo HgX₂ lze připravit komplexy Ga^I[Ga^IIIX₄].

Galliové NMR

Jako standard se využívá roztok Ga(NO₃)₃ v D₂O. Jádro ⁷¹Ga poskytuje užší signály a je mírně citlivější, proto se využívá častěji.

	⁶⁹Ga	⁷¹Ga
Spin	3/2	3/2
Zastoupení v přírodě [%]	60,11	39,89
Rozsah chemických posunů	-710 – 730 ppm	-710 – 730 ppm
Citlivost vzhledem k ¹H	0,0419	0,0517
Citlivost vzhledem k ¹³C	246	335
Rezonanční frekvence v poli 1 T	10,2478	13,0208

Chemické posuny

Me₃Ga:donor	700-350	Methyl chloridy gallité	380-300
Šestikoordinované gallium	20-(-100)	Ga(NO₃)₃	0
Směsné tetrahalogenidy	-50-(-550)	GaI₄^–	-700

Odkazy

Gallium na české wikipedii
Gallium na anglické wikipedii
Gallium NMR
An Isolable Anionic Gallabenzene: Synthesis and Characterization
Gallium nitride
Isotopes of gallium
HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1. S. 126-128

Izotopy

⁶⁷Ga

⁶⁸Ga