Gálio, o metal líquido que homenageia a França

O gálio é um metal macio, prateado claro. Em alto grau de pureza ele se parece com o alumínio. Tem número atômico 31, está no grupo 13 da Tabela Periódica e seu símbolo é Ga. Apesar de ser sólido à temperatura ambiente, ele se liquefaz a apenas 30°C, o que significa que pode derreter na mão de uma pessoa.

O gálio tem a maior faixa de estado líquido entre todos os materiais conhecidos pelo homem e seu ponto de ebulição é superior a 2.400°C. Mas, ao contrário de outros metais líquidos, ele não libera vapores tóxicos. Por ter estas características, o gálio é utilizado em termômetros produzidos para aplicações médicas.

Descoberta

O gálio foi descoberto por espectroscopia pelo químico francês Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran em 1875, em Paris. Ele observou uma luz violeta no espectro atômico do zinco que extraiu de um mineral (ZnS) proveniente da cordilheira dos Pireneus, e teve certeza de que aquele era um elemento ainda desconhecido.

O que Boisbaudran não sabia é que a existência daquele metal e suas propriedades tinham sido previstas por Mendeleev, cuja tabela periódica divulgada alguns anos antes trazia uma lacuna logo abaixo do alumínio, denominada de ekaaluminio. Mendeleev previu que o peso atômico do novo elemento deveria ser algo em torno de 68 e sua densidade deveria ser de 5,9 gramas por centímetro cúbico.

Mendeleev, mais uma vez, estava correto: o peso atômico do gálio é de 69,723 e sua densidade é de 5,91 g/cm³.

Em novembro de 1875, Boisbaudran isolou e purificou o novo metal por meio da eletrólise de uma solução de hidróxido de gálio (Ga(OH)₃) em hidróxido de potássio (KOH), e mostrou que ele se assemelhava ao alumínio. Em dezembro daquele ano, anunciou sua descoberta à Academia Francesa de Ciências.

O nome do elemento homenageia a Gallia, ou França, país de origem de seu descobridor, e também é uma referência a gallus, ou galo em latim, tradução de Lecoq, ou seja, mais uma referência ao nome de Boisbaudran.

Propriedades

O gálio é um dos quatro metais – juntamente com mercúrio, césio e rubídio – que são líquidos  quase à temperatura ambiente e, por este motivo, é usado em termômetros. Ele também possui a maior faixa em estado líquido que qualquer outro metal.

O gálio se expande 3,1% quando solidifica, e por este motivo não pode ser armazenado em contêineres de vidro ou metal porque estes poderiam quebrar quando o metal solidificasse. O gálio de alta pureza reage  lentamente quando em contato com  ácidos minerais.

 Semicondutores e luzes de led

O arseneto de gálio (GaAs) é um semicondutor empregado em circuitos integrados, diodos emissores de luz e células solares. Como possui uma estrutura semelhante ao silício, tornou-se um substituto deste elemento na indústria eletrônica. Também é um componente importante de muitos semicondutores. Os painéis solares dos dois veículos Mars Exploration Rover desenvolvidos pela Nasa para circular pelo planeta Marte continham arseneto de gálio.

 O gálio e o índio formam uma liga de baixo ponto de fusão que é usada nos selos de segurança de sistemas contra incêndio sprinkler. O gálio e o índio também podem ser depositados em superfícies de vidro para formar espelhos resistentes à corrosão. O nitreto de gálio (GaN) é usado no diodo de laser azul, sendo a base da tecnologia Blu-ray. Ele é insensível à radiação ionizante e é usado nas células solares dos satélites.

O gálio liga-se facilmente à maioria dos metais. É particularmente utilizado em ligas de baixo ponto de fusão. Este baixo ponto de fusão encontra aplicação prática em uma liga patenteada com nome de “Galinstan”, sílabas iniciais de gálio, índio (49) e stantu, nome latino para o estanho (50), que é fundida a -19°C. Esta liga substituiu o mercúrio nos termômetros.

Grandes quantidades de tricloreto de gálio (GaCl₃) foram utilizadas na constituição do Observatório Gálio Neutrino, localizado na Itália, construído especialmente com o objetivo de estudar partículas chamadas neutrinos, que são produzidas dentro do sol durante o processo de fusão nuclear. O observatório esteve em funcionamento entre 1998 e 2003.

Na medicina

O uso do gálio data de 1931, quando Constantin Laviditi evidenciou a eficácia do uso terapêutico do tartarato de gálio no tratamento de sífilis. Posteriormente, na década de 1960, iniciou o uso do citrato de gálio na identificação por imagem de tumores. Além destas aplicações, sais de gálio apresentam potencial de uso em inibição de reabsorção óssea, ação anticancerígena e antimicrobiana, devido às semelhanças do íon Ga³⁺ com o Fe³⁺, tais como raio iônico octaédrico de 0,620 Å (Ga3+) e 0,645 Å (Fe3+), respectivamente.

O Ferro é um elemento primordial no metabolismo de vários organismos, sendo adquirido do ambiente na forma de íons Fe3+, podendo ser confundido pelas células com o Ga³⁺. Entretanto, diferentemente do ferro, o gálio não pode ser reduzido em meio fisiológico para Ga²⁺, o que ocasiona a disrupção do ciclo biológico das células, com consequente morte celular. Outra hipótese indica que ao entrar em contrato com parede celular, íons Ga³⁺ causam deterioração desta, e consequente morte celular. Quando presente no metabolismo de bactérias, os íons Ga³⁺ agem impedindo a expressão de genes dependentes do ferro, impedindo a síntese e reparo do DNA, além de favorecer o aparecimento de espécies reativas de oxigênio (ERO), que tendem a deteriorar enzimas as quais entram em contato, evidenciando assim um duplo efeito deletério do gálio sobre estes organismos. Tal efeito bactericida é de grande interesse atualmente, tendo em vista a crescente preocupação em relação a adaptação de bactérias a antibióticos, e até mesmo a prata e o cobre, metais que são amplamente utilizados em função da sua ação sobre estes microrganismos. Entretanto, ultimamente, bactérias tem apresentado mecanismos de defesa à presença desses metais, com secreção de polissacarídeos que protegem a parede celular, impedindo a morte por ruptura desta membrana.

Diversos estudos relatados na literatura apresentam atividades terapêuticas relacionadas aos compostos de gálio. As atividades terapêuticas atingem um amplo espectro, envolvendo tratamentos antineoplásicos, atividades antimicrobianas, anti-inflamatórias e imunossupressoras, de metabolismo ósseo e hipercalcemia, antimalárico e rejeição de enxertos. O gálio também demonstrou em modelos animais experimentais, eficácia frente a supressão de artrite, encefalomielite e uveíte autoimune.

Além das propriedades bactericidas, é amplamente conhecido o efeito do Ga³⁺ na reabsorção óssea. Durante o processo de formação óssea, os íons Ga³⁺ promovem uma redução da osteoclastogênese, sem afetar significativamente a osteoblastogênese e diferenciação de osteoblastos durante a formação óssea, viabilizando seu uso no tratamento de osteoporose e doenças relacionadas à deterioração óssea.

Estudos recentes indicaram o efeito do óxido de gálio na prevenção de trombos e efeito anti-hemorrágico, quando incorporado em pequenas quantidades em vidros metálicos, ampliando assim as possibilidades de uso do gálio e seus compostos na medicina.

 Produção e reservas mundiais

O Departamento Geológico dos Estados Unidos estima que a capacidade de produção de gálio de baixa pureza em todo o mundo foi de 1 milhão e 100 mil quilogramas em 2023. A China foi responsável por 98% da produção mundial de gálio de baixa pureza. Os outros produtores foram Japão, República da Coreia e Rússia.

O gálio ocorre em concentrações muito baixas em minerais de onde são extraídos outros metais. A maioria do gálio é produzida como subproduto do processamento da bauxita, e o restante é produzido a partir dos resíduos do processamento do zinco. O conteúdo médio de gálio na bauxita é de 50 partes por milhão.

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Texto produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV/SP,
sob a supervisão de Márcia Guekezian, coordenadora do curso de
Engenharia Química da Faculdade de São Bernardo do Campo.

Publicado em 10/12/2024