ガリウム

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亜鉛 - ガリウム - ゲルマニウム Al Ga In 周期表
一般特性
名称, 記号, 番号	ガリウム, Ga, 31
分類	卑金属
族, 周期, ブロック	13 (IIIB), 4 , p
密度, 硬度	5904 kg·m−3, 1.5
単体の色	灰色がかった白
原子特性
原子量	69.723 u
原子半径 （計測値）	130 (136) pm
共有結合半径	126 pm
VDW半径	187 pm
電子配置	[Ar]3d10 4s2 4p1
電子殻	2, 8, 18, 3
酸化数（酸化物）	3（両性酸化物）
結晶構造	斜方晶系
物理特性
相	固体
融点	302.91 K (29.76 ℃, 85.5763 °F)
沸点	2477 K (2204 ℃, 3999 °F)
モル体積	11.80 × 10−3 m3·mol−1
気化熱	258.7 kJ·mol−1
融解熱	5.59 kJ·mol−1
蒸気圧	9.31 × 10−21 Pa (302.9 K)
音の伝わる速さ	2740 m·s−1 (293.15 K)
その他
クラーク数	0.001%
電気陰性度	1.81 （ポーリング）
比熱容量	370 J·kg−1·K−1
導電率	6.78 × 106 m−1·Ω−1
熱伝導率	40.6 W·m−1·K−1
イオン化エネルギー	第1: 578.8 kJ·mol−1
	第2: 1979.3 kJ·mol−1
	第3: 2963 kJ·mol−1
	第4: 6180 kJ·mol−1
（比較的）安定同位体
同位体 NA 半減期 DM DE/MeV DP 69Ga 60.1% 中性子38個で安定 71Ga 39.9% 中性子40個で安定
注記がない限り国際単位系使用及び標準状態下。

ガリウム (Gallium) ：原子番号 31 の元素。元素記号は Ga。ホウ素、アルミニウムなどがある第13族元素に属する。圧力、温度によっていくつかの安定な結晶構造がある。常温、常圧では 斜方晶系が安定（比重 5.9）で、青みがかった金属光沢がある金属結晶である。融点は 29.8℃と低いが、一方、沸点は 2403℃（異なる実験値あり）と非常に高い。酸やアルカリに溶ける。価電子は 3 個（4s, 4p）であるが、3d 軌道も比較的浅いところにある。

また、水と同じように、液体の方が固体よりも体積が小さい異常液体である。ガリウムは固体から液体になると、その体積が約3.4%減少する。

[編集] 用途

ガリウムヒ素など、III-V族半導体の主要な材料である。窒化ガリウムは中村修二が開発した青色発光ダイオードの材料である。

302.91 K（29.76℃）～2477K（2204℃）と広い温度範囲にて液体であるため、液柱温度計に用いられる。

疾患推定の検査であるシンチグラムに使われる元素でもある。融点が低いので、低融点合金にも使われる。

人間の手のひらに固体のガリウムを乗せると体温で融け、融けたガリウムを別の容器などに移すと次第に固体に戻るため、融点に関する教材としての使い道がある。ただし、液体のガリウムは濡れ性が強く、手やガラスに付くと取れにくいので、取り扱いには注意を要する。

[編集] 歴史

ドミトリ・メンデレーエフが1870年に周期表を発表した際、エカ＝アルミニウム（Eka-alminium）として予言した元素である。1875年にポール・ボアボードランが発見。ボアボードランの母国フランスのラテン名・ガリア（Galia）が、ガリウムの語源。

[編集] 産出

ガリウムは自然界では単体で存在せず、元素またはその化合物を抽出する一次原料としての高品位のガリウム鉱物もまた存在しない。地球の地殻には約16.9ppm含まれている。 ガリウムは、ボーキサイトの微量成分として抽出され、閃亜鉛鉱からも少量抽出される。石炭、ダイアスポア、ゲルマニウムに含まれるガリウムは無視できるほどの量である。 石炭を燃焼した粉塵には、少量のガリウムが含まれる場合があるが、通常、重量にして1％以下である。

[編集] 生産

ガリウムはアルミニウムや亜鉛を製錬する際の副産物として得られる。その2つの方法以外は経済的ではない。 アルミニウム製錬での副産物として得るのが主流である。ボーキサイトからバイヤー法でアルミナを生産する際に、ここで得られるガリウムを含んだバイヤー液（アルミン酸ソーダ溶液）から、Ga₂O₃（酸化ガリウム）を沈殿させた後で、水銀陰極を用いて電解還元し、ガリウムを得る方法などがある。ガリウム含有溶液には他の金属も含まれるため、それらと分離して精製する必要がある。 半導体として使用する場合には、ゾーンメルト法でさらに純度を高めたり、チョクラルスキー法を使って、単結晶を得ることができる。通常、99.9999％の純度が達成され、商業的に広く利用されている。 世界全体の生産量は、2006年のガリウムの生産量は234トンで、採掘からは100トン未満が得られ、残りは電子部品の製造工程でのスクラップなどからリサイクルされると推定される。 日本はガリウムの最大の需要国であり、たとえば2006年の日本のガリウム需要は168トンであり、これは世界の需要の約72％を占めている。また、日本でのスクラップ回収から得られる量は90トン以上と、大きいウェイトを占める。 ^[1]

[編集] ガリウムの化合物

• 窒化ガリウム（GaN←青色発光）
• 砒化ガリウム（GaAs←化合物半導体として重要）
• ガリウムリン (GaP)
• 鉄ガリウム（FeGa←制振材料）

[編集] 同位体

詳細は「ガリウムの同位体」を参照

[編集] 脚注

1. ^ 石油天然ガス・金属鉱物資源機構. "ストロンチウム及びガリウムの需要・供給・価格動向等". 2008年12月21日 閲覧。

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