Gallium is een goochelmateriaal met moderne toepassingen

De elementen Ieder scheikundig element heeft zijn eigen plek in het Periodiek Systeem. Ieder element heeft ook een bijzonder verhaal. Ook gallium.

Foto Joseph Vigier/Metropolitan Museum of Art. Bewerking NRC

‘Het element dat smelt in je mond, niet in je hand.” Met die knipoog naar vroegere M&M-reclames introduceert de Italiaanse scheikundige Andrea Sella in de podcast Chemistry in its element zijn favoriet: gallium. Bij 30 graden Celsius begint het metaal zijn vaste vormen te verliezen. In tegenstelling tot dat lage smeltpunt is het verdampingspunt juist buitengewoon hoog: rond de 2.400°C. Geen enkel ander materiaal is bij zo’n breed temperatuurbereik vloeibaar. En omdat er bij kamertemperatuur geen galliumdampen ontsnappen, is het relatief veilig om mee te werken.

Er bestaat zelfs een galliumgoocheltruc: wie een lepeltje van gallium in een kop hete thee plaatst, kan het op die manier laten ‘verdwijnen’. De beroemde neuroloog en schrijver Oliver Sacks had thuis een privéverzameling met elementen, en liet zijn gasten die truc graag zien. Om van gallium vervolgens weer een vaste stof te maken, is louter afkoeling nodig.

Uit de Pyreneeën

De naam gallium is bedacht door de Fransman Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, een scheikundige die in 1875 een nog onbekende violette lijn ontdekte in het atoomspectrum van zink, in een stuk zinkblende dat hij uit de Pyreneeën had meegenomen. Daardoor wist hij dat het mineraal een nog onbekend element bevatte. En uiteindelijk wist hij uit het ruim 50 kilogram zware mineraal een paar milligram van dit mysterieuze materiaal te winnen. Hij vernoemde het element zowel naar zijn land (‘Gallië’) als naar zichzelf (‘gallus’ is Latijn voor haan, ofwel coq in het Frans…). Overigens had de grondlegger van het periodiek systeem, Dmitri Mendelejev, het bestaan van het element al wel voorspeld, onder de naam ‘eka-aluminium’. Een mix van gallium en aluminium zorgt voor extreem broos materiaal, wat weer tot een ander trucje leidt: een colablikje dat met de hand tot gruis verpulverd kan worden.

Gallium heeft ook voor wetenschappelijke doorbraken gezorgd. Zo ging de Nobelprijs voor Natuurkunde in 2014 naar de ontdekking van blauw led-licht, gebaseerd op de halfgeleider gallium-nitride. Omdat er al rode en groene leds bestonden, werd het – door de drie kleuren te combineren – mogelijk om wit led-licht te maken: veel energiezuiniger dan andere lichtbronnen.

Sneller en efficiënter opladen

In de elektronicawereld wordt galliumnitride wel de ‘halfgeleider van de toekomst’ genoemd. Telefoonopladers zijn meestal gebaseerd op silicium, maar kunnen op basis van galliumnitridechips veel compacter, sneller en efficiënter worden. Ook in de 5G-technologie, waarbij meer bandbreedte en meer vermogen nodig is, spelen galliumnitridechips een cruciale rol. Een andere halfgeleider, galliumarsenide, wordt onder andere gebruikt in zonnepanelen. En de metaallegering galinstan (gallium, indium en tin) biedt een niet-giftig alternatief voor analoge kwikthermometers. De radioactieve isotoop gallium-68 wordt soms gebruikt voor PET-CT-scans.

Hoe waardevol het element is (nu zo’n 600 euro per kg), blijkt wel uit een mislukte poging tot diefstal in 1997. In een ondergronds Russisch lab hadden gemaskerde mannen het gemunt op de grote voorraad gallium. Maar twee alerte medewerkers wisten de 60 ton gallium succesvol uit handen van de dieven te houden.