Chapitres
Présentation
Le gallium est un élément chimique qui porte le numéro 31 dans la classification périodique des éléments. 
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Ga |
| Numéro atomique | 31 |
| Famille | Métal pauvre |
| Groupe | 13 |
| Période | 4 |
| Bloc | p |
| Masse volumique | 5,904 g.cm-3 |
| Dureté | 1,5 |
| Couleur | Blanc argenté |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 69,723 u |
| Rayon atomique | 130 |
| Configuration électronique | [Ar] 4s2 3d10 4p1 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 3 |
| Oxyde | Amphotère |
| Système cristallin | Orthorhombique |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Solide |
| Point de fusion | 29,7646°C |
| Point d'ébullition | 2 204°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
- Point d’ébullition : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d'histoire
Étymologie
Mendeleïev, en mettant au point sa classification périodique des éléments avait prédit le gallium sous le nom d'ekaaluminium. Mais ce sera en 1875, après sa découverte par le chimiste français Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran, qu'il sera nommé gallium. Beaucoup pensent que ce nom provient de celui de son découvreur puisque coq, en latin, se dit gallus. Cependant, le Français Lecoq de Boisbaudran affirmera que ce nom a été choisi en honneur de la France. En effet, gallium dérive du latin gallia désignant la Gaulle, ancien nom de la France. Deux autres éléments chimiques suivront cette logique : le germanium et le scandium, renommé ainsi en référence à la Germanie et la Scandie, pays de leurs découvreurs respectif, l'Allemand Clemens Winkler et le Suédois Lars Fredrik Nilson.
Premières découvertes
En 1871, Dimitri Mendeleïv propose un tableau périodique regroupant les différents éléments chimiques connus. Mais, puisqu'il comporte des cases encore vacantes, celui-ci attribue des éléments encore inconnu à l'époque, des élément à découvrir. Il nommera alors celui correspondant au gallium "ekaaluminium" puisque celui-ci se situe dans la case sous celle de l'aluminium. Mais ce ne sera qu'en 1875 que le gallium sera découvert par le chimiste français Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran grâce à une analyse spectroscopique d'un minerai de zinc appelé blende, celui-ci provenant des Pyrénées. Le spectre ainsi obtenu comportait une raie violette qui ne pouvait être attribuée à aucun élément connu à l'époque. Suite à des analyses plus poussées que Lecoq de Boisbaudran réalisera, on pourra affirmer que le minerai renferme bel et bien un nouvel élément correspondant à l'ekaaluminium. C'est alors que son découvreur décida de le renommer gallium. Durant la même année, Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran parviendra à extraire du chlorure de gallium qu'il réduira, grâce à une électrolyse, pour obtenir la forme métallique pure du gallium.
Présence à l'état naturel
Tout comme l'aluminium, qui se situe au dessus du gallium dans la classification périodique des éléments, le gallium est présent dans la nature dans son état d'oxydation +3. On le rencontre dans des minerais d'aluminium, comme la bauxite, sous forme d'impuretés.
Production
Après avoir produit de l'alumine par hydrométallurgie, les ions Ga3+, qui présentent des propriétés semblables à celles des ions Al3+, sont extraits sous forme d'ions gallate GaO2− en même temps que les ions aluminate AlO2-. Mais, lors de l'étape de précipatation de l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3, les ions gallate ne précipitent pas sous la forme d'hydroxyde de gallium, de formule Ga(OH)3. En effet, ceux-ci sont présent en trop faible concentration. On réutilise alors la solution basique surnageant de l'étape de précipitation pour extraire à nouveau les ions aluminium pour que le gallium puisse subir un phénomène de concentration. Lorsqu'ils sont suffisamment concentrés, la solution obtenue est orientée dans une cellule d'électrolyse. Puisque le potentiel rédox du gallium est bien plus élevé que celui de l'aluminium, le gallium peut-être sélectivement réduit sous forme d'amalgame de gallium, de formule (Ga[Hg]), grâce à une électrolyse dans des cellules à cathode de mercure.
Le potentiel d'oxydo-réduction, aussi appelé potentiel rédox, est une grandeur empirique exprimée en volt. Appliquée aux couples d'oxydo-réduction, elle permet de prévoir la réactivité des espèces chimiques entre elles. Par convention, le potentiel standard E° est mesuré par rapport au couple proton/hydrogène (H+/H2), de potentiel nul.
Survient alors la décomposition de l'amalgame en milieu basique pour obtenir du gallate de sodium sans aluminium. La seconde électrolyse donnera du gallium métallique avec un niveau de pureté satisfaisant.
Propriétés physiques et chimiques du gallium
Le gallim pur est un métal d'aspect argenté n'existant pas à l'état natif. Puisque sa température de fusion est relativement basse (29,7°C) il peut être liquide à température ambiante tout comme le césium, le rubidium ou le mercure. C'est pour cela que, sous forme d'alliage, il peut être utilisé dans les thermomètres. De plus, il présente une plage d'état liquide, correspondant à la différence entre le point de fusion et d'ébullition, la plus grande de tous les éléments. Lorsqu'il se solidifie, le volume du gallium peut augmenter de 3%. A cause de cela, il ne doit pas être stocké dans un récipient en verre ou en métal. Sous forme solide, il peut se briser de la même manière que le verre. Le gallium corrode la plupart des métaux en se diffusant dans leur réseau métallique. Réagissant avec une grande partie des bases et des acides, le gallium est capable de produire du dihydrogène.
Utilisation
Toxicité
Malgré peu d'études poussées sur sa toxicologie, le gallium peut être considéré comme faiblement toxique aux doses habituellement rencontrées, le gallium semble néanmoins corrosif pour la peau et les muqueuses. L'arséniure de gallium peut-être reprotoxique. En effet, des expériences sur les rats ont montrées une altération de la spermatogenèse.
Le gallium sous forme de corps simple
C'est un métal gris qui peut être liquide à température ambiante (sa température de fusion est de 29,7°C) n'existant pas à l'état natif. Il corrode la plupart des autres métaux, réagit avec la plupar des bases et des acides en produisant du dihydrogène.
Les ions du gallium en solution aqueuse
L'ion gallium III, de formule Ga3+,est un cation présentant un défaut de trois électrons. Il précipite en présence de soude en formant de l'hydroxyde de gallium.
Composés à base de gallium
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