Gallium (Ga)

Une prédiction de Mendeleiev

Quand Mendeleiev a publié son tableau, en 1869, il a placé dans chaque colonne, des éléments qui avaient une valence égale au numéro de la colonne. Or il manquait un atome dans la 3^e colonne. Il l’a appelé eka-aluminium, ce qui veut dire « après l’aluminium » en sanscrit, car l’aluminium fait partie des atomes ayant valence 3.

Par chance, le gallium a été découvert 6 ans plus tard, par un chimiste français, Lecocq de Boisdaubran, qui lui a donné son nom en l’honneur de la France, Gallia en latin. Et ce nouveau métal a la valence 3 comme l’aluminium. De plus, ses propriétés chimiques ressemblent à celles de l’aluminium. Par exemple, il réagit avec les bases comme NaOH en dégageant du gaz H₂, et en formant des gallates, tout comme l’aluminium qui forme H₂ et des aluminates en pareille circonstance. Cette découverte a contribué à assurer la célébrité de Mendeleiev.

Un métal précieux

Le gallium est un métal assez rare, donc coûteux, qui se présente à l’état d’impuretés dans la bauxite, la pyrite ou le charbon. Il n’existe pas de minerais de gallium, à proprement parler. La production mondiale est de 30 tonnes par an.

Il possède quelques propriétés très particulières. Par exemple, il fond à 29.8°C, donc dans la main. D’autre part, le gallium solide est plus léger que le gallium fondu. En cela il ressemble à l’eau, sur laquelle flottent les glaçons.

Applications du gallium dans la vie courante

Malgré sa rareté, il existe une forte demande de gallium sur le marché. Il possède plusieurs applications physiques intéressantes.

1. Les diodes dites LED sont en général à base de gallium. L’alliage Al-Ga-As donne une LED émettant dans le rouge. L’alliage Al-Ga-In-P émet dans le jaune, Al-Ga-P dans le vert, et Ga.-N dans le bleu.
2. Le gallium permet la réalisation de piles solaires de très haut rendement. En intercalant des couches de GaIn₂P₃ et de Ga₅InAs₆ sur germanium, on a atteint en 2009 des rendements de conversion électrique de 41%.
3. Le gallate de magnésium MgGa₂O₄ est un luminophore efficace. Excité par des rayons ultra-violets, il émet une vive fluorescence dans le vert, qu’on utilise dans l’industrie de la photocopie.
4. L’isotope 71 du gallium (qui forme 40% du gallium naturel) a la propriété unique de capter les neutrinos, pour donner le germanium-71, dont on détecte le rayonnement béta. On utilise le gallium pour détecter les neutrinos émis par le soleil. Le détecteur le plus connu est situé dans la montagne du Gran Sasso en Italie. Il contient 70 t de gallium et détecte à peu près 3 neutrinos solaires par jour.

Texte: Maurice Cosandey et Rédaction SimplyScience.ch