Gallium

Gallium
Zinc ← Gallium → Germanium Al   31 Ga                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Ga ↓ In Table complète • Table étendue
Informations générales
Nom, symbole, numéro	Gallium, Ga, 31
Série chimique	métaux pauvres
Groupe, période, bloc	13 (IIIA), 4, p
Masse volumique	5,904 g·cm-3 (solide, 29,6 °C), 6,095 g·cm-3 (liquide, 29,6 °C)[1]
Dureté	1,5
Couleur	Blanc argenté
No CAS	7440-55-3 [2]
No EINECS	231-163-8
Propriétés atomiques
Masse atomique	69,723 ± 0,001 u [1]
Rayon atomique (calc)	130 pm (136 pm)
Rayon de covalence	1,22 ± 0,03 Å [3]
Rayon de van der Waals	187 pm
Configuration électronique	[Ar] 3d10 4s2 4p1
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 3
État(s) d’oxydation	3
Oxyde	Amphotère
Structure cristalline	Orthorhombique
Propriétés physiques
État ordinaire	solide
Point de fusion	29,7646 °C [4]
Point d’ébullition	2 204 °C [1]
Énergie de fusion	5,59 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	254 kJ·mol-1 (1 atm, 2 204 °C)[1]
Volume molaire	11,80×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	9,31×10-6 Pa à 29,76 °C
Vitesse du son	2 740 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,81
Chaleur massique	370 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	6,78×106 S·m-1
Conductivité thermique	40,6 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans HCl [5]
Énergies d’ionisation[1]
1re : 5,999301 eV	2e : 20,51515 eV
3e : 30,7258 eV	4e : 63,241 eV
5e : 86,01 eV	6e : 112,7 eV
7e : 140,9 eV	8e : 169,9 eV
9e : 210,8 eV	10e : 244,0 eV
11e : 280,7 eV	12e : 319,2 eV
13e : 357,2 eV	14e : 471,2 eV
15e : 508,8 eV	16e : 548,3 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 69Ga 60,1 % stable avec 38 neutrons 71Ga 39,892 % >2,4×1026 a β-
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
C
Symboles : C : Corrosif Phrases R : R34 : Provoque des brûlures. Phrases S : S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. S45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette). S36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.
Phrases R : 34,
Phrases S : 26, 36/37/39, 45,
SIMDUT[7]
Produit non classifié La classification de ce produit n'a pas encore été validée par le Service du répertoire toxicologique Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
SGH[6]
Danger H314, P280, P305, P310, P338, P351, H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P305 : EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX: P310 : Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le gallium est un élément chimique, de symbole Ga et de numéro atomique 31. Sa température de fusion (29,76 °C) lui permet de fondre dans la main. On le trouve sous forme de trace dans le minerai de bauxite et dans les minerai de zinc.

[modifier] Découverte et étymologie

Paul Émile Lecoq de Boisbaudran

Prédit sous le nom d'ekaaluminium par Mendeleïev, découvert en 1875, son nom lui a été donné par son découvreur, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (car « coq » en latin se dit gallus).
Ce nom causera un quiproquo, car le découvreur allemand du germanium en 1886 pensait que « gallium » venait de Gallia, la Gaule, d'où la dénomination du germanium basée sur Germania, la Germanie.

[modifier] Caractéristiques notables

Le gallium pur a un bel aspect argenté et il se brise sous forme solide de la même manière que le verre. Le volume du gallium augmente de 3,1 % lorsqu'il se solidifie et pour cette raison ne doit pas être stocké dans un récipient en verre ou en métal. Le gallium corrode la plupart des autres métaux en diffusant dans le réseau métallique.

Cristaux de gallium

Du fait de son point de fusion de 29,8 °C, proche de la température ambiante, le gallium peut y être maintenu liquide grâce au phénomène de surfusion -il en va de même pour le césium et le rubidium, le mercure étant le seul métal liquide avec un p.f. < 0 °C-. Il peut pour cette raison être utilisé dans les thermomètres à haute température. Il est aussi connu pour avoir une faible pression de vapeur à haute température.

L'essentiel du gallium est utilisé en alliage avec l'arsenic. Le matériau composite III-V obtenu, « AsGa » ou arséniure de gallium, est un semi-conducteur à gap direct extrêmement important en hyperfréquence et en optoélectronique, du fait de la grande mobilité électronique qui le caractérise. Il constitue le substrat privilégié des composants actifs hyperfréquences. Il est utilisé pour les dépôts en couche mince en épitaxie en phase gazeuse (MOCVD) dans le dépôt de couches de GaAs ou de GaN épitaxiées, sous deux formes ^[8]:

• sous forme de triméthylgallium (dit TMGa, de formule (CH3)3Ga dont le Numéro CAS est 1445-79-0) ou
• sous forme de triéthylgallium (dit TEGa, de formule (C2H5)3Ga, dont le Numéro CAS est 1115-99-7).

Le gallium est également utilisé en imagerie médicale. En médecine nucléaire, il permet en effet de produire des images scintigraphiques utiles dans la détection de sites d'inflammation, de sites d'infection - ostéomyélite, abcès et autres infections localisées, infections tuberculeuses et à mycobactéries, pneumonie à P. Carinéi, etc. - ainsi que dans la recherche de certaines néoplasies, notamment les lymphomes et les carcinomes hépatocellulaires.

[modifier] Production

La plupart du gallium commercialisé est extrait de la solution d'hydroxyde d'aluminium lors de la production d'alumine par le procédé Bayer. Le gallium est récupéré par électrolyse dans des cellules à mercure. L'hydrolyse de l'amalgame mercure-Gallium avec de l'hydroxyde de sodium, donne du gallate de sodium qui via l'électrolyse donne du gallium métallique pur ou presque pur. Pour les semis-conducteurs on utilise un gallium ultra-pur (Procédé de Czochralski). Du gallium pur à 99,9999 % est commercialement aujourd'hui largement disponible.

La Chine produisait en 2006, 83 % de l'approvisionnement mondial^[9].

[modifier] Toxicologie et santé environnementale

En dépit du potentiel de risques d'exposition à l'arséniure de gallium (GaAs) dans l'industrie des semi-conducteurs ; le gallium ne semble pas avoir fait l'objet d'études toxicologiques ou écotoxicologiques poussées.
Le gallium était considéré comme faiblement toxique et réputé ne pas présenter de problème pour la santé aux doses habituellement présentes dans notre environnement ou alimentation ^[10]. Il semble néanmoins corrosif pour la peau et des muqueuses ^[11].

Certains de ses composés présentent une toxicité encore mal comprise ; lié à l'un des composants (arsenic par exemple) ou intrinsèque.

• Le nitrate de gallium (III) Ga(NO₃)₃ et de l'oxyde de gallium (III) Ga₂O₃ présentent une toxicité orale (LD₅₀ d'environ 4,360 g/kg de nitrate, et 10 g/kg pour l'oxyde ^[12]). De légères nécroses pulmonaires sont observées chez les rats exposés ^[13].
• L'arséniure de Gallium pourrait être reprotoxique. Il se montre en effet facteur de délétion de la spermatogenèse chez le rat^[14]. Une nette toxicité testiculaire a été aussi observée chez le rat (exposé à des doses de 7.7 mg d'arséniure de gallium par kg (deux fois par semaine, pour un total de 16 inhalations)^[14]. On constate dans ce cas une diminution du nombre de spermatozoïdes et une augmentation du taux de spermatozoïdes anormaux. Une anomalies dégénérative particulière de la tête du sperpatozoïde augmente particulièrement (40 fois plus fréquente aux stades postspermiation, stades IX, X et XI) dans le groupe exposé à l'Arséniure de gallium. Cet effet de délétion de la spermatogenèse était plus important que celui observé chez les rats exposés à de l'oxyde d'arsenic^[14]. Un produit chimique proche, également utilisé par l'industrie de l'électronique, l'Arséniure d'indium a également provoqué une diminution du nombre de spermatozoïdes dans l'épididyme, mais sa toxicité testiculaire semble nettement plus faible que celle de l'arséniure de gallium ^[14]. On pourrait penser que c'est le trioxyde d'arsenic (As2O3), produit probable de dégradation et dissolution de l'arséniure de gallium et de l'arséniure d'indium in vivo, qui en est responsable, mais il n'a pas montré de toxicité testiculaire ^[14].

[modifier] Cinétique corporelle du Gallium

La cinétique corporelle du gallium ingéré ou inhalé, et sa métabolisation semble encore mal connues, mais selon les études disponibles :

• une exposition orale unique au GaAs (500, 1000 ou 2000 mg/kg) a des effets physiologiques ^[15], hématologiques notamment, observables un jour, 7 jours et 15 jours après l'administration.
  Le GaAs modifie l'activité de l'acide δ-déshydratase aminolévulinique (ALAD) dans le sang et le cœur (particulièrement observée au 7^e jour) après une exposition à 2g/kg, tandis que l'acide δ-aminolévulinique urinaire (ALA) a une excrétion plus élevé (observée au 7^e jour uniquement)^[15].
  Le GaAs n'avait pas dans cette expérience d'effet notable sur l'hémoglobine, la protoporphyrine du zinc ou l'hématocrite^[15].
  Le taux sanguin de Glutathion (GSH) a diminué, significativement réduit au 7ème jour, mais inchangé au 1er ou 15ème jour après exposition. La pression artérielle, le rythme cardiaque et la respiration ou la contraction en réponse restaient inchangés, sauf pour quelques modifications mineures observées au 7^e jour après une exposition à une dose de 2000 mg/kg de GaAs ^[15].
  Le taux de gallium de sang n'était cependant pas détectable chez les animaux normaux et des rats exposés à 500 mg/kg GaAs^[15].
  Le taux sanguin d'arsenic avait lui, augmenté de manière détectable, même pour les faibles doses et de manière dose-dépendante. Tous les animaux exposés ont montré une tendance à la récupération après trois semaines, laissant penser que ces modifications physiologiques sont réversibles^[15] (on sait cependant que l'arsenic est un cancérigène à long terme).
• Le poumon du rat stocke facilement, un certain temps, une grande partie du gallium inhalé. Une toxicité pulmonaire a été dans ce cas démontrée chez le rat de laboratoire exposé à l'oxyde de gallium par inhalation (d'une suspensions de particules d'oxyde de gallium équimolaire (Ga₂O₃), à 65 mg/kg), qui semble liée à une forte rétention pulmonaire (36 % en moyenne de la dose inhalée de gallium, 14 jours après l'exposition ^[16].

[modifier] Écotoxicologie

Elle semble avoir été peu étudiée.
Le gallium présente une certaine toxicité pour les bactéries, mais (phénomène étudiée chez Pseudomonas fluorescens), qui dans certains cas au moins semble plus ou moins élevée selon la présence/absence d'oligo-éléments tels que fer phosphate ^[17]. Pseudomonas fluorescens présente une certaine capacité d'excrétion du Gallium.

[modifier] Notes et références

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes

• France-Gallium.com : Échantillons et photographies de Gallium
• (en) Images du gallium sous différentes formes

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