O gálio é um elemento branco prateado raro que pode realizar um dos truques de salão mais legais da tabela periódica. À temperatura ambiente, o gálio é um sólido metálico brilhante que se assemelha ao alumínio puro. Mas segure-o nas mãos por alguns minutos e esse pedaço sólido de metal começa a derreter.

Sim, o ponto de fusão do gálio é de apenas 85,6 graus F (29,8 graus C), o que significa que ele derrete em uma poça espelhada em sua mãozinha quente. Na sua forma líquida, o gálio se parece muito com o mercúrio, mas o gálio não é tóxico como o mercúrio, por isso é mais seguro de manusear (embora possa manchar a pele).



Mas o gálio é muito mais do que material para vídeos do YouTube que derretem na mão. É também um ingrediente chave nas luzes LED e no material semicondutor essencial para os poderosos microchips do seu smartphone. A única coisa que impede o gálio de dominar o mundo da eletrônica é que ele é muito raro e muito caro comparado ao silício.
Conteúdo

1. Mendeleev previu a existência do gálio
2. Um elemento com crise de identidade
3. Há gálio em seus gadgets
4. Outros usos interessantes do gálio

Mendeleev previu a existência do gálio

O gálio puro não existe em sua forma elementar brilhante na natureza. Ele precisa ser extraído de minerais como a bauxita por meio de um processo químico de várias etapas. De acordo com o Serviço Geológico dos EUA, a abundância de gálio na crosta terrestre é de apenas 19 partes por milhão (o silício, em comparação, é de 282.000 partes por milhão). A primeira pessoa a isolar e reconhecer o gálio como um novo elemento foi o químico francês Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran em 1875. Ele o chamou de gálio em homenagem ao nome latino da França, "Gallia".

Mas quatro anos antes da descoberta de Boisbaudran, o famoso químico russo Dmitri Mendeleev previu a existência do gálio. Mendeleev, conhecido como o "pai da tabela periódica", viu que havia uma lacuna na tabela depois do alumínio, então postulou que um elemento ausente que ele chamou de "eka-alumínio" compartilharia muitas das propriedades do alumínio, mas com uma estrutura atômica diferente.



Mendeleev estava certo, mas não poderia prever como as qualidades incomuns do gálio — algo entre um metal e um não metal — o tornariam ideal para a eletrônica moderna.

Um elemento com crise de identidade

Aqui está outro fato interessante e um tanto bizarro sobre o gálio:embora derreta a apenas 85,6 graus F (29,8 graus C), ele não ferve até atingir escaldantes 3.999 graus F (2.204 graus C). Isso dá ao gálio o prêmio por manter a fase líquida mais longa de qualquer elemento. Mas por que isso acontece?

“O gálio é confuso”, diz Daniel Mindiola, professor de química da Universidade da Pensilvânia, a quem contatamos por meio da American Chemical Society. “Ele derrete a baixa temperatura, o que é consistente com um elemento leve, mas ferve a uma temperatura muito alta, o que é consistente com um elemento muito pesado. O gálio não sabe se quer ser um metal ou um não metal. "



A dupla personalidade do gálio deriva de onde ele se encontra na tabela periódica entre dois grupos chamados de “metalóides” e “metais pós-transição”. O gálio é o próximo depois do alumínio, mas seus átomos são muito mais “independentes” do que sua folha brilhante (entendeu?) E o alumínio é mais “eletropositivo”, diz Mindiola, uma característica dos metais verdadeiros.

Assim como o silício, o gálio é um bom condutor de eletricidade, mas não excelente. É isso que torna esses dois metalóides os principais candidatos para semicondutores, onde o fluxo de eletricidade precisa ser controlado.

“O gálio é na verdade o material semicondutor ideal, ainda melhor que o silício”, diz Mindiola. "O problema é que é raro, por isso é caro."

Usando os processos de fabricação atuais, um wafer de arsenieto de gálio, o material semicondutor à base de gálio mais popular, é cerca de 1.000 vezes mais caro que um wafer de silício.

Há gálio em seus gadgets

Embora o gálio seja muito mais caro que o silício, tornou-se um material semicondutor popular nas últimas gerações de smartphones. Os smartphones comunicam-se com redes de dados celulares utilizando chips de radiofrequência (RF), e os chips RF feitos com arsenieto de gálio emitem menos calor que o silício e podem operar em bandas de frequência mais altas, um requisito para redes 5G. Pouco mais de 70% de todo o gálio consumido nos EUA é usado para fabricar chips de RF e outros tipos de circuitos integrados, segundo o USGS.

Mas uma das aplicações mais interessantes do gálio são os diodos emissores de luz (LEDs), que agora são usados ​​em tudo, desde monitores de computador a semáforos e faróis de carros de luxo. Os LEDs são muito populares porque são supereficientes, convertendo eletricidade diretamente em luz. Os primeiros LEDs de luz visível foram inventados no início da década de 1960, quando pesquisadores da General Electric descobriram as propriedades únicas de diodos feitos com várias ligas de gálio (combinações de gálio, arsênico, nitrogênio, fósforo e outros elementos).



Em um diodo, os elétrons se movem através de duas camadas de material semicondutor, uma com carga positiva e outra com carga negativa. À medida que os elétrons livres do lado negativo preenchem “buracos” no lado positivo, eles emitem um fóton de luz como subproduto. Os cientistas descobriram que diferentes ligas de gálio emitem fótons de diferentes frequências de luz visível. O arseneto de gálio e o fosfeto de gálio produzem luz vermelha, laranja e amarela, enquanto o nitreto de gálio produz luz azul.

“Basta aplicar corrente a um LED e ele acenderá como uma árvore de Natal”, diz Mindiola.

Os LEDs não apenas produzem luz quando conectados à eletricidade, mas o processo pode ser revertido. Os diodos especiais dentro das células solares também são feitos de semicondutores à base de gálio. Eles pegam a luz que chega e a separam em elétrons livres e “buracos”, gerando voltagem que pode ser armazenada em uma bateria como eletricidade.

Outros usos interessantes do gálio

“A medicina também está começando a usar o gálio para detectar e tratar certos tipos de câncer”, diz Mindiola. “O gálio-67 é atraído por células que se replicam mais rápido que o normal, que é o que acontece em um tumor”.

O gálio-67 é um isótopo radioativo do gálio que emite raios gama não tóxicos. Os radiologistas podem examinar todo o corpo de um paciente em busca de tumores ou inflamação causada por uma infecção, injetando gálio-67 na corrente sanguínea. Como o gálio-67 se liga a aglomerados de células de crescimento rápido, esses possíveis pontos problemáticos aparecerão em um exame PET ou em qualquer outro exame que seja sensível aos raios gama. O nitrato de gálio também demonstrou eficácia na redução e eliminação de certos tipos de tumores, não apenas na detecção deles.



A indústria aeroespacial está em alta com o gálio há décadas. Todos os painéis solares de última geração que alimentam satélites e naves espaciais de longo alcance são feitos com arsenieto de gálio, incluindo os painéis solares críticos dos Mars Exploration Rovers. Com desempenho máximo, as células solares baseadas em gálio dos rovers de Marte poderiam produzir 900 watts-hora de energia por dia marciano.
Agora isso é legal
Quando você combina quantidades precisas de gálio, índio e estanho, obtém uma liga metálica que realmente derrete a -19 graus C (-2,2 graus F). Este metal líquido, conhecido pela marca Galistan, é um substituto não tóxico do mercúrio em termômetros.

Perguntas Frequentes

O gálio é raro ou comum?

O gálio é um elemento relativamente raro, com abundância de cerca de 19 ppm na crosta continental da Terra.