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Surprenant gallium

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

Le gallium, élément atomique de numéro 31, possède quelques caractéristiques pour le moins intéressantes et surprenantes, notamment grâce à sa température de fusion relativement basse, moins de 30 degrés. Petit tour d'horizon en vidéos.

Le gallium est un élément chimique de la famille des métaux pauvres, de symbole Ga et de numéro atomique 31 dans la classification périodique des éléments de Dmitri Mendeleïev. Le groupe des métaux pauvres (bloc p de la table périodique), comprenant aussi l’aluminium, le plomb, l’indium, l’étain, le thallium, le bismuth et le récent flérovium, se caractérise par une température de fusion et d’ébullition inférieures à celles des métaux de transition, ainsi que par une électronégativité plus élevée.

Découvert en 1875 par un Français, le chimiste Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, il tirerait son nom de « gallus » (« coq » en latin) bien que Lecoq de Boisbaudran ait assuré avoir baptisé l’élément ainsi en l’honneur de la France (« Gallia », la Gaule). A l’état pur, le gallium a une belle couleur couleur argentée, et est relativement cassant.

C’est la faible température de fusion du gallium qui nous intéresse ici : à 29,76 degrés Celsius, le gallium peut fondre dans la main sans trop attendre. Il est néanmoins légèrement irritant pour la peau et les muqueuses, bien qu’il ne présente qu’une toxicité réduite et que peu d’études aient été réalisées à ce sujet.

Ici, quelques morceaux de gallium fondent – très doucement – dans la main.

Cuillère de gallium pur

Conséquence de la température de fusion peu élevée du gallium : un objet composé de gallium pur sera solide en dessous de la température de fusion, mais fondra plus ou moins rapidement lorsque l’on dépasse cette température. Ici, une cuillère composée de gallium pur à 99,998 %, fond en moins de temps qu’il ne faut pour le dire dans un verre d’eau chaude, créant une petite flaque de gallium liquide au fond de celui-ci.

Il est assez aisé de récupérer le gallium liquide pour reconstituer l’ustensile, à condition d’avoir bien entendu un moule approprié. Une fois la température du gallium redescendue en dessous de son point de fusion, la cuillère sera de nouveau solide.

Expérience du « cœur qui bat »

Tout comme le mercure, le gallium se trouve au centre d’une expérience baptisée « expérience du cœur qui bat ». Dans une boîte de Pétri, recouvrir du gallium liquide par de l’acide sulfurique. Lorsque l’on y ajoute une petite quantité d’un oxydant, tel que du bichromate de potassium ou du permanganate de potassium, la réaction ne se fait pas attendre : le « cœur » du gallium se met alors à battre. Cette réaction est due a la tension de surface, instable et changeante, du composé chimique, qui se « tend » et « se détend ».

L’aluminium et le gallium, frères ennemis ? 

Au vu de la vidéo qui suit, c’est le moins que l’on puisse dire. Comme le gallium, l’aluminium est un métal pauvre malléable et de couleur argentée, de numéro atomique 13. C’est le troisième élément le plus abondant sur Terre, ainsi que le métal le plus abondant de l’écorce terrestre, bien qu’en raison de sa très grande réactivité, on ne le trouve pratiquement que sous forme combinée avec d’autres minéraux, notamment la bauxite, principal minerai permettant sa production.

Son abondance n’est pas la seule et unique raison de sa très grande utilisation industrielle : malgré son caractère très oxydable, l’aluminium sait se protéger très efficacement contre la corrosion. En effet, la vitesse d’oxydation de l’aluminium est sensiblement ralentie par une fine couche d’oxyde d’alumine (Al2O3 ), de quelques micromètres d’épaisseur et imperméable, protégeant le métal contre la corrosion. Cette protection cinétique, appelée passivation de l’aluminium, explique que l’aluminium soit utilisé dans les domaines de l’aéronautique, de la construction, ainsi que dans l’alimentaire.
Les canettes de soda, notamment, sont composées d’aluminium, et le gallium représente un grain de sable dans cette mécanique bien huilée de la passivation.

Et pour cause : le gallium entrave la formation de la fine couche d’alumine censée protéger l’aluminium, rendant le métal très sensible a la corrosion. L’oxydation rend alors la canette… étonnamment fragile.

Par Rahman Moonzur

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