Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa galio entre los 118 elementos para esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radius 135 pm — that is 0.135 nm, so about 3704 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Galio is liquid over a 2370 K window, from 303 K to 2673 K.
La historia
El galio es el increíble metal que se derrite en la mano, ¡pero puede sobrevivir a un frío extremo. Este metal post-transición de color azul plateado tiene una de las propiedades más inusuales de la tabla periódica: se derrite a solo 29.8°C (85.6°F), lo que significa que se convierte en un charco líquido y brillante cuando lo sostienes. Pero aquí viene la parte realmente extraña: el galio líquido puede mantenerse líquido hasta -120°C si es lo bastante puro, lo que lo convierte en uno de los pocos metales con un intervalo líquido tan amplio. Descubierto en 1875 por el químico francés Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, el galio había sido predicho en realidad por Dmitri Mendeleev en 1871 y recibió el nombre de "eka-aluminio". Cuando Lecoq lo encontró, sus propiedades coincidían casi perfectamente con las predicciones de Mendeleev, ¡lo que proporcionó una prueba espectacular de que la tabla periódica era real. El nombre proviene de "Gallia", el nombre latino de Francia. Lo que hace que el galio sea absolutamente revolucionario es su papel en la electrónica moderna. Los semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) son más rápidos y eficientes que los de silicio, lo que los hace esenciales para aplicaciones de alta frecuencia, como amplificadores de teléfonos móviles, comunicaciones por satélite y luces LED. Probablemente tu teléfono inteligente contiene varios compuestos de galio que le permiten transmitir datos a velocidades vertiginosas. El galio también tiene algunas propiedades sorprendentes. Es una de las pocas sustancias que se expanden al solidificarse, como el agua al formar hielo, ¡lo que significa que el galio sólido flota sobre el galio líquido. También puede mojar el vidrio y otros materiales, creando un recubrimiento similar a un espejo que se investiga para su uso en electrónica flexible y antenas de metal líquido. Aquí hay algo increíble: se está investigando el galio para el tratamiento del cáncer. Los compuestos de galio pueden interferir con el metabolismo del hierro en las células cancerosas, privando potencialmente a los tumores del hierro que necesitan para crecer. También se utiliza en imágenes médicas como galio-67, que se acumula en zonas de infección e inflamación.
La historia del descubrimiento del galio es fascinante, se extiende a lo largo de varias décadas e involucra a varios científicos. Comienza con la notable predicción de Dmitri Mendeleev y culmina con el aislamiento efectivo del elemento por parte de Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. En 1871, Mendeleev predijo la existencia de un elemento desconocido al que llamó "eka-aluminio", basándose en los huecos de su tabla periódica. Predijo con extraordinaria precisión su masa atómica, densidad y propiedades químicas. Mendeleev predijo que este elemento tendría una masa atómica de aproximadamente 68, un punto de fusión bajo y que formaría compuestos similares a los del aluminio; propiedades que más tarde demostrarían ser sorprendentemente exactas. El descubrimiento real tuvo lugar en 1875, cuando el químico francés Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran realizaba un análisis espectroscópico de mineral de zinc procedente de los Pirineos. Mientras examinaba el espectro, observó dos líneas violetas inusuales que no correspondían a ningún elemento conocido, lo que indicaba la presencia de un elemento nuevo. Lecoq de Boisbaudran llamó al elemento "galio" por Gallia, el nombre latino de Francia, aunque algunas fuentes sugieren que también era un juego de palabras con su propio nombre: Lecoq significa "el gallo" en francés y gallus significa "gallo" en latín. A los pocos meses del descubrimiento espectroscópico, Lecoq de Boisbaudran logró aislar una pequeña muestra de galio metálico mediante electrólisis, confirmando sus propiedades físicas. La correspondencia entre las predicciones de Mendeleev y las propiedades reales del galio proporcionó una validación espectacular de la ley periódica y de la tabla periódica de Mendeleev. Este descubrimiento se convirtió en uno de los ejemplos más célebres de predicción científica en química y demostró el poder predictivo del sistema periódico. El meticuloso trabajo de Lecoq de Boisbaudran para aislar y caracterizar el galio estableció muchas de sus propiedades fundamentales y comportamientos químicos que siguen siendo válidos hoy.
Aplicaciones
El galio se ha convertido en un elemento esencial de la tecnología moderna, especialmente en las industrias de semiconductores y electrónica. Su uso principal es la producción de semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) y nitruro de galio (GaN), fundamentales para aplicaciones de alta frecuencia, iluminación LED, diodos láser y células solares. Estos semiconductores ofrecen un rendimiento superior al de los componentes tradicionales basados en silicio, especialmente en aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia. El galio se utiliza ampliamente en la fabricación de LED azules y blancos, que han revolucionado los sistemas de iluminación energéticamente eficientes en todo el mundo. La propiedad única del metal de expandirse al solidificarse lo hace valioso en aplicaciones especializadas, como alternativas a las amalgamas dentales y aleaciones de bajo punto de fusión. En el campo médico, los compuestos de galio se utilizan en radiofármacos para exploraciones óseas y detección del cáncer. El citrato de galio-67 es especialmente importante en medicina nuclear para detectar inflamaciones e infecciones. El elemento también se emplea en termómetros diseñados para mediciones a altas temperaturas, espejos y composiciones especiales de vidrio. Los avances recientes han llevado al uso del galio en células fotovoltaicas avanzadas, donde las capas de fosfuro de galio e indio mejoran la eficiencia de las células solares. La industria aeroespacial utiliza aleaciones de galio en componentes especializados que requieren materiales con propiedades térmicas específicas. Continúan las investigaciones sobre las posibles aplicaciones del galio en la computación cuántica, donde los puntos cuánticos de arseniuro de galio muestran potencial para el procesamiento de información cuántica. La industria electrónica depende en gran medida del galio para fabricar transistores de alta movilidad electrónica (HEMT), utilizados en comunicaciones por satélite, sistemas de radar y estaciones base inalámbricas.
La aplicación más común del galio es la fabricación de semiconductores, donde constituye la base de los chips de arseniuro de galio (GaAs) utilizados en teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos de comunicación inalámbrica. Toda bombilla LED moderna contiene nitruro de galio, lo que lo convierte en uno de los elementos más ampliamente distribuidos en los productos de consumo actuales. Los paneles solares incorporan cada vez más compuestos de galio para mejorar su eficiencia, especialmente en sistemas fotovoltaicos de concentración utilizados en grandes instalaciones solares. Las instalaciones de diagnóstico por imágenes utilizan galio-67 para exploraciones óseas y detección de infecciones, por lo que es un elemento habitual en la atención sanitaria. Los termómetros de alta temperatura de entornos industriales suelen contener galio debido a su amplio intervalo líquido y sus propiedades no tóxicas en comparación con el mercurio. La industria aeroespacial utiliza aleaciones de galio en espejos y componentes ópticos especializados para satélites y telescopios espaciales. La electrónica de consumo se beneficia de las propiedades del galio en amplificadores de potencia para estaciones base celulares y routers WiFi. Las aplicaciones automovilísticas incluyen semiconductores basados en galio en sistemas de carga de vehículos eléctricos y faros LED. Los laboratorios de investigación de todo el mundo utilizan sustratos de arseniuro de galio para dispositivos electrónicos experimentales e investigaciones cuánticas. El sector de las energías renovables emplea galio en diseños avanzados de células solares, especialmente para aplicaciones espaciales donde la eficiencia es primordial. Las aplicaciones militares y de defensa utilizan arseniuro de galio en sistemas de radar, equipos de guerra electrónica y dispositivos de comunicación segura. Incluso aplicaciones cotidianas, como los lectores de códigos de barras y los reproductores de DVD, dependen de diodos láser de arseniuro de galio para funcionar.
De dónde procede
19 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 71% of elements
El galio es uno de los elementos estables más raros de la Tierra, con una concentración media de solo 19 partes por millón en la corteza terrestre, por lo que es más raro que el plomo, pero más abundante que el oro. A diferencia de muchos metales, el galio no existe en la naturaleza como elemento libre debido a su alta reactividad. En su lugar, aparece como elemento traza en diversos minerales, sobre todo en la bauxita, el mineral de aluminio, en minerales de zinc y en el carbón. El elemento suele encontrarse sustituyendo al aluminio en minerales como la diáspora y la boehmita dentro de los depósitos de bauxita. La esfalerita, el principal mineral de zinc, contiene concentraciones de galio de entre 10 y 300 partes por millón, lo que convierte al refinado del zinc en la principal fuente de producción de galio. Los depósitos de carbón suelen contener galio, que se concentra en las cenizas volantes durante la combustión del carbón, proporcionando una fuente alternativa de extracción. Algunos minerales de tierras raras, como la loparita y la monacita, contienen pequeñas cantidades de galio. El elemento también se encuentra en cantidades reducidas en minerales de hierro y manganeso. La germanita, un mineral de sulfuro de cobre, contiene concentraciones importantes de galio y constituye otra fuente de extracción. El agua oceánica contiene concentraciones extremadamente bajas de galio, aproximadamente 0.03 partes por mil millones, por lo que la extracción del agua de mar no es económicamente viable. La mayor parte del galio comercial se obtiene como subproducto de la producción de aluminio y zinc, en lugar de extraerse directamente. El proceso Bayer utilizado para refinar aluminio a partir de bauxita concentra el galio en la disolución de aluminato de sodio, de la que puede extraerse. China, Alemania, Kazajistán y Ucrania son los principales productores de galio, con China a la cabeza de la producción mundial. La escasez del elemento y su dependencia de la producción de otros metales lo hacen estratégicamente importante para las industrias tecnológicas.
Manejo
Por lo general, el metal galio se considera seguro de manipular con precauciones básicas de laboratorio, pero deben observarse varias consideraciones importantes de seguridad. El metal puro presenta riesgos mínimos de toxicidad aguda y no está clasificado como sustancia peligrosa en condiciones normales de manipulación. Sin embargo, el galio tiene la propiedad inusual de adherirse fuertemente al vidrio y a otros materiales, lo que puede causar manchas permanentes o daños en la superficie de los equipos y las superficies del laboratorio. Debe evitarse el contacto directo de la piel con el galio metálico, ya que puede causar irritación cutánea y dejar manchas persistentes difíciles de eliminar. El metal tiene un punto de fusión muy bajo (29.8°C), lo que significa que se derretirá en las manos calientes y puede causar quemaduras si se calienta por encima de la temperatura corporal. Los compuestos de galio presentan peligros más importantes que el metal puro: las sales de galio son ligeramente tóxicas si se ingieren en grandes cantidades y pueden causar irritación gastrointestinal. Debe evitarse la inhalación de polvo o humos de galio mediante una ventilación adecuada y protección respiratoria cuando sea necesario. Los compuestos semiconductores del elemento, especialmente el arseniuro de galio, requieren procedimientos especiales de manipulación debido a la presencia de arsénico tóxico. Los trabajadores de la fabricación de semiconductores deben seguir protocolos estrictos para evitar la exposición al polvo o los vapores de arseniuro de galio. La eliminación de materiales que contienen galio requiere cumplir la normativa local sobre residuos peligrosos, especialmente en el caso de componentes electrónicos y residuos industriales. Los estudios sobre exposición prolongada sugieren que es posible que el galio se acumule en el organismo, aunque la toxicidad aguda es poco frecuente. Las mujeres embarazadas y los niños deben extremar las precauciones cerca de los compuestos de galio. Los procedimientos de emergencia deben incluir un lavado inmediato con agua y jabón si se produce contacto con la piel, así como atención médica si se ingieren accidentalmente grandes cantidades.
Respuestas rápidas
Galio (symbol Ga) is element 31 on the periodic table, a metal post-transición in period 4, group 13. A metal that melts in your hand at 29.8 degrees C and is the foundation of blue LEDs and 5G radios. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Galio melts at 302.9 K (29.8 °C) and boils at 2673 K (2399.9 °C).
The standard atomic weight of Galio is 69.723 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Galio has a density of 5.91 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of galio is about 5.9× heavier.
Galio has a Pauling electronegativity of 1.81. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Galio was discovered in 1875 by Lecoq de Boisbaudran. It is named after latin Gallia, France.
Galio makes up about 19 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.