Gallium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Gallium

Le gallium présente des similitudes avec les autres métaux du groupe, l’aluminium, l’indium et le thallium. Le gallium n’est pas présent sous forme d’élément libre dans la nature, mais sous forme de composés de gallium(III) à l’état de traces dans les minerais de zinc et dans la bauxite.

Résumé

Élément	Gallium
Numéro atomique	31
Catégorie d’élément	Pauvre métal
Phase à STP	Solide
Densité	5,904 g/cm3
Résistance à la traction ultime	15 MPa
Limite d’élasticité	8 MPa
Module de Young	9,8 GPa
Échelle de Mohs	1,5
Dureté Brinell	60 MPa
Dureté Vickers	N / A
Point de fusion	29,76°C
Point d’ébullition	2204°C
Conductivité thermique	40,6 W/mK
Coefficient de dilatation thermique	18 µm/mK
Chaleur spécifique	0,37 J/g·K
Température de fusion	5,59 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	258,7 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	270
Susceptibilité magnétique	−21,6e-6 cm^3/mol

Applications du Gallium

La consommation de gallium est centrée sur l’industrie des supraconducteurs. Les applications semi-conductrices dominent la demande commerciale de gallium, représentant 98 % du total. Lorsqu’il est allié à l’arsenic pour produire de l’arséniure de gallium (GaAs), il peut convertir l’électricité en lumière. En raison de ces propriétés, il est utilisé dans les LED et s’est avéré produire moins de chaleur que le silicium, ce qui le rend adapté à une utilisation dans les superordinateurs.

 

 

Production et prix du Gallium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Gallium pur se situaient autour de 2200 $/kg.

La production mondiale actuelle de gallium est d’environ 200 tonnes par an, les principaux pays producteurs étant la Chine, l’Allemagne, le Kazakhstan et l’Ukraine. Le gallium est principalement récupéré comme sous-produit du traitement de la bauxite (principale source d’aluminium). Lors du traitement de la bauxite en alumine dans le procédé Bayer, le gallium s’accumule dans la liqueur d’hydroxyde de sodium.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Gallium

Force du Gallium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Gallium

La résistance à la traction ultime du gallium est de 15 MPa.

Limite d’élasticité du Gallium

La limite d’élasticité du gallium  est de 8 MPa.

Module de Young du Gallium

Le module de Young du gallium est de 9,8 GPa.

Dureté du Gallium

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur  est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du gallium est d’environ 60 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du gallium est d’environ N/A.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le gallium a une dureté d’environ 1,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Gallium – Structure cristalline

Une structure cristalline possible de Gallium est la structure orthorhombique.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Gallium

Propriétés thermiques du Gallium

Gallium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du Gallium est de 29,76°C.

Le point d’ébullition du Gallium est de 2204°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Gallium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du Gallium est de 40,6  W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que  la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du gallium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du Gallium est  de 18 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Gallium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du gallium est de 0,37 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du gallium est de 5,59 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du gallium est de 258,7 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Gallium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Gallium

La résistivité électrique du gallium est de 270 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la façon dont le gallium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Gallium

La susceptibilité magnétique du gallium est de −21,6e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du gallium en réponse à un champ magnétique appliqué.