13.4

Gallium, Indium, Thallium und ihre Verbindungen

Gallium, Ga [von "Gallien" Frankreich];
entdeckt 1875 durch PAUL-EMILE LECOQ DE BOISBAUDRAN (Frankreich); vorausgesagt 1871 durch DIMITRIJ MENDELEJEW. Sehr selten; wesentlich teurer als Gold.

Herstellung aus Bauxiten durch Elektrolyse alkalischer Lösungen an Quecksilberkatoden. Silberglänzend; neigt stark zur Unterkühlung;
Verwendung zur Herstellung von Halbleitersubstanzen (Galliumarsenid u.a.) und zum Dotieren von Halbleitern;
Wegen seines niedrigen Schmelzpunktes (30 °C; schmilzt in der Hand) und hohen Siedepunktes (2403 °C) es eignet sich auch als Thermometerflüssigkeit (Quarzinstrumente);
Gallium-Aluminium-Legierungen mit wenig Aluminium sind flüssig und reagieren mit Wasser ähnlich heftig wie Natrium. Siehe auch Tabelle 13-1.

Galliumverbindungen: meist farblos.

Gallium(III)-chlorid, GaCl₃ (F 78 °C, Kp 201 °C),

hydrolysiert stark mit Wasser und bildet an feuchter Luft Chlorwasserstoffnebel.

Gallium(III)-oxid, Ga₂O₃,

weiß (F 1725 °C), wird wie Aluminiumoxid, Al₂O₃, beim Glühen säureunlöslich.

Gallium(III)-hydroxid, Ga(OH)₃,

fällt als weißes, amphoteres Oxidhydrat aus Galliumsalzlösungen durch Alkalien; in deren Überschuß löst es sich zu Gallaten , z.B. Natriumgallat, Na[Ga(OH)₄]. Beim Erhitzen geht Gallium(III)-hydroxid in Galliumoxid über.

Gallium(III)-sulfid, Ga₂S₃,

synthetisch hergestellt, ist gelb und reagiert wie Al₂S₃ mit Wasser unter Abspaltung von Schwefelwasserstoff.

Galliumarsenid, GaAs,

ist der Prototyp einer  III-V-Verbindung, d.h. einer Verbindung zwischen Elementen der III. und der V. Hauptgruppe mit Halbleitereigenschaften. Ein Galliumatom und ein Arsenatom liefern ebenso viele Valenzelektronen (3 + 5 = 8) wie zwei Atome des dazwischen in der IV. Hauptgruppe stehenden Germaniums (4 + 4 = 8), und da die Kristallgitter übereinstimmen, resultieren analoge Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit.

Weitere III-V-Verbindungen sind z.B. Aluminiumantimonid (AlSb), Galliumphosphid (GaP), Galliumantimonid (GaSb), Indiumphosphid (InP), Indiumantimonid (InSb) u.a.

Die III-V-Verbindungen werden aus extrem vorgereinigten Elementen erschmolzen, durch Zonenschmelzen gereinigt und gezielt mit Spuren anderer Elemente (z.B. Magnesium, Tellur) dotiert.

Indium

Thallium