Gallium ist ein selten vorkommendes chemisches Element mit dem Elementsymbol Ga und der Ordnungszahl 31. Im Periodensystem steht es in der 4. Periode und ist das dritte Element der 3. Hauptgruppe, 13. IUPAC-Gruppe, oder Borgruppe. Es ist ein silberweißes, leicht zu verflüssigendes Metall. Gallium kristallisiert nicht in einer der sonst häufig bei Metallen anzutreffenden Kristallstrukturen, sondern in seiner stabilsten Modifikation in einer orthorhombischen Struktur mit Gallium-Dimeren. Daneben sind noch sechs weitere Modifikationen bekannt, die sich bei speziellen Kristallisationsbedingungen oder unter hohem Druck bilden. In seinen chemischen Eigenschaften ähnelt das Metall stark dem Aluminium.
In der Natur kommt Gallium nur in geringem Umfang und meist als Beimischung in Aluminium-, Zink- oder Germaniumerzen vor; Galliumminerale sind sehr selten. Gallium wird auch als Nebenprodukt bei der Produktion von Aluminium oder Zink gewonnen. Der größte Teil des Galliums wird zum III-V-Verbindungshalbleiter Galliumarsenid weiterverarbeitet, der vor allem in der Hochfrequenztechnik, beispielsweise für HF-Transistoren, und in der Optoelektronik, beispielsweise für Leuchtdioden, verwendet wird.
Geschichte mini|links|Paul Émile Lecoq de Boisbaudran Als Dmitri Mendelejew 1869 seinen Entwurf des Periodensystems entwickelte, stellte er fest, dass unter dem Aluminium ein unbekanntes Element mit einer Atommasse von etwa 68 sein müsste. 1871 prognostizierte er einige der Eigenschaften dieses Elementes (Atommasse, spezifisches Gewicht, Schmelzpunkt und Art der Salze) und nannte es systematisch Eka-Aluminium.Mary Virginia Orna, Marco Fontani: Discovery of Three Elements Predicted by Mendeleev’s Table: Gallium, Scandium, and Germanium. In: Carmen J. Giunta, Vera V. Mainz, Gregory S. Girolami (Hrsg.): 150 Years of the Periodic Table. Springer, 2021, ISBN 978-3-030-67910-1, S. 227–237.Dmitri Mendelejew: Die periodische Gesetzmäßigkeit der chemischen Elemente. (übersetzt von Felix Wreden) In: Liebigs Annalen. 8. Supplementband, 1871, S. 133-239 (genauer S. 200-201, ).
Der französische Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, der Mendelejews Voraussagen nicht kannte, hatte herausgefunden, dass in der Linienabfolge im Linienspektrum von Elementfamilien bestimmte Gesetze herrschen, und versuchte, diese für die Aluminiumfamilie zu bestätigen. Dabei erkannte er, dass zwischen Aluminium und Indium ein weiteres, noch unbekanntes Element stehen müsse. 1875 gelang es ihm schließlich, im Emissionsspektrum von Zinkblende-Erz, das er in Säure gelöst und mit metallischem Zink versetzt hatte, zwei violette Spektrallinien bei 404 und 417 nm nachzuweisen, die er dem unbekannten Element zuordnete.Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: Caractères chimiques et spectroscopiques d’un nouveau métal, le Gallium, découvert dans une blende de la mine de Pierrefitte, vallée d’Argelès (Pyrénées). In: Comptes Rendus. 81, 1875, S. 493-495 ().
Um Gallium zu gewinnen, verarbeitete Lecoq de Boisbaudran 300 Kilogramm Zinkblende. Er trennte andere Metalle ab und fällte Galliumsulfid durch Co-Fällung mit Zinksulfid. Anschließend löste er den Niederschlag in einer starken Base und gewann ein Gramm metallisches Gallium.Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: Nouvelles recherches sur le gallium. In: Comptes Rendus. 82, 1876, S. 1036-1039 ().
Lecoq de Boisbaudran benannte das Element nach Gallien, der lateinischen Bezeichnung seines Heimatlandes Frankreich.
Nachdem die Eigenschaften des neuen Elementes bestimmt waren, erkannte Mendelejew schnell, dass es sich dabei um das von ihm vorausberechnete Eka-Aluminium handeln müsse. Viele Eigenschaften stimmten sehr genau mit den vorausberechneten Werten überein. So wich der theoretisch ermittelte Wert der Dichte von nur sehr wenig vom experimentellen von ab.Dmitri Mendelejew: Remarques à propos de la découverte du gallium. In: Comptes Rendus. 81, 1875, S. 969-972 ().
Vorkommen mini|links|Gallit Gallium ist auf der Erde ein eher seltenes Element. Mit einem Gehalt von 19 ppm in der kontinentalen Erdkruste ist seine Häufigkeit vergleichbar mit derjenigen von Lithium und Blei. Gallium gilt als moderat siderophiles (eisenliebendes), chalkophiles (schwefelliebendes) und volatiles Element. Während Eisenmeteoriten hohe Galliumgehalte aufweisen, ist es wahrscheinlich so, dass unter den Bedingungen der Erdentstehung der siderophile Charakter des Galliums nur gering war und keine starke Anreicherung des Elementes im Erdkern stattfand. Es wird geschätzt, dass der Erdkern etwa 10 ppm GalliumRebecca A. Fischer, William F. McDonough: Earth's core composition and core formation. In: Ariel Anbar, Dominique Weis (Hrsg.): Treatise on Geochemistry. 3. Auflage, Elsevier, 2025, ISBN 978-0-323-99763-8. enthält und sich etwa 55 % des Elementes im Kern befinden.Wei Yuan et al.: A Review on the Elemental and Isotopic Geochemistry of Gallium. In: Global Biogeochemical Cycles. Band 35, Nr. 9, 2021, Artikel e2021GB007033, .
Gallium ist in den meisten magmatischen Gesteinen und Mineralen wie Sphalerit oder Magnetit als Begleitmineral enthalten. Dabei substituiert das Element Aluminium, Eisen oder Zink. Durchschnittlich entspricht der Gehalt von Gallium in magmatischen Gesteinen der Häufigkeit in der Erdkruste, höhere Anteile findet man etwa in Glimmer, niedrigere in Olivin oder Pyroxen. In den meisten metamorphen Gesteinen entspricht die Galliumverteilung den Ausgangsgesteinen, in einigen Granat- und Vesuvianit-Skarnen sowie Epidoten fand man eine Anreicherung des Elementes. In Sedimentgesteinen ist der Galliumgehalt geringer und durchschnittlich nur halb so groß wie in magmatischen Gesteinen.
Das Element besitzt nur eine geringe Löslichkeit und ist bei Verwitterung immobil. Stark verwitterte Erze wie Bauxit enthalten darum häufig hohe Galliumgehalte. Es kann sich auch durch die sehr geringe Löslichkeit von Galliumhydroxid, die unter der von Aluminium- und Eisenhydroxiden liegt, authigen anreichern. Bauxit enthält typischerweise zwischen 20 und 80 ppm Gallium, der Durchschnitt liegt bei 59 ppm. Dabei gibt es keine signifikanten Unterschiede zwischen lateritischem und karstischem Bauxit. Es sind aber auch einzelne Proben mit höheren Anteilen bekannt, im Extremum wurde in einer Probe aus Maşatdaği bei Alanya in der Türkei ein Galliumgehalt von 812 ppm gemessen.Hui Qi, Neng Gong, Sheng-Qiang Zhang, Jun Li, Guo-Li Yuan, Xue-Fei Liu: Research progress on the enrichment of gallium in bauxite. In: Ore Geology Reviews. Band 160, 2023, Artikel 105609, . Weitere besonders galliumreiche Bauxite wurden in Lištica in Bosnien-Herzegowina, Kroatien, Bihar in Indien, Saint Elizabeth in Jamaika, Tichwin und der südliche Timanrücken in Russland, Suriname und die angrenzenden Guyana und Französisch-Guyana sowie dem US-Bundesstaat Arkansas gefunden.Maren Liedtke, Dieter Huy: Rohstoffrisikobewertung – Gallium. In: Deutsche Rohstoffagentur (DERA): DERA Rohstoffinformationen. Band 35, 2018, ISBN 978-3-943566-51-2 (online, pdf).
mini|Söhngeit Gallium bindet sich stark an organisches Material, weshalb Kohle und Graphit häufig hohe Galliumgehalte aufweisen. Unter anderem in chinesischen Kohlevorkommen ist viel Gallium enthalten, eine extrem galliumhaltige Probe enthielt 1500 ppm des Elementes,Shenjun Qin, Yuzhuang Sun, Yanheng Li, Jinxi Wang, Cunliang Zhao, Kang Gao: Coal deposits as promising alternative sources for gallium. In: Earth-Science Reviews. Band 150, 2015, S. 95-101, . auch in nordenglischen Kohlen wurden bis zu 500 ppm Gallium gefunden. Beim Verbrennen reichert sich das Element in der Flugasche an, diese kann bis zu 1,5 % Gallium enthalten.
Es sind nur wenige sehr seltene Minerale bekannt, bei denen Gallium ein Hauptbestandteil ist. Von diesen ist Gallit (CuGaS2) das häufigste. Daneben sind noch ein weiteres Sulfid, Richardsit (Zn2CuGaS4), die beiden Oxide Tsumgallit GaO(OH) und Söhngeit Ga(OH)3 sowie die Arsenate Karlseifertit Pb(Ga2Ge)(AsO4)2(OH)6 und Gallobeudantit PbGa3(AsO4)(SO4)(OH)6 sowie das Phosphat Galloplumbogummit Pb(Ga,Al,Ge)3(PO4)2(OH)6. Die meisten dieser Minerale wurden bislang nur in der Tsumeb Mine in Namibia gefunden. Natürliche Vorkommen von gediegenem Gallium sind nicht bekannt.The mineralogy of Gallium. In: mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 6. Mai 2026.
Es existieren einige Vorkommen, bei denen der Galliumgehalt des Erzes so hoch ist, dass eine Gewinnung des Elementes als Primärerz in Frage kommt. Hierzu zählen Apex in Utah, Painted Hills und Cordero in Humboldt County, Nevada (alle Vereinigte Staaten) sowie Tsumeb in Namibia. Eine Erzförderung fand bislang jedoch nur für kurze Zeit in den 1980er und 1990er Jahren in der Apex-Mine in Utah statt.
Gewinnung und Darstellung Die primäre industrielle Herstellung von Gallium erfolgt vor allem aus zwei Quellen, zum einen zu etwa 90 % als Nebenprodukt bei der Aluminiumherstellung im Bayer-Verfahren aus Bauxit, zum anderen zu etwa 10 % aus Abfällen, die bei der hydrometallurgischen Zinkherstellung entstehen. Weitere potentielle Quellen sind Schlacken, die bei der Vanadiumproduktion aus vanadiumhaltigen Titan-Magnetit-Erzen anfallen, sowie Flugasche aus der Kohleverbrennung.Lu Yuxin, Zou Wenjie, Tian Congzhong, Hu Wentao, Zhang Zhijun, Fang Zhou: A critical review of gallium production: Resources and extraction technologies. In: Minerals Engineering. Band 228, 2025, Artikel 109320, .
Ausgangsstoff für die Galliumproduktion aus Bauxit ist die sogenannte Bayer-Lauge, eine stark alkalische Flüssigkeit, die beim Lösen von Bauxit in Natronlauge entsteht und die neben Aluminaten auch Gallium in Form des [Ga(OH)4]--Ions enthält. Je nach Ausgangserz können 100–300 mg/L Gallium in der Bayer-Lauge enthalten sein. Aus dieser kann das Gallium durch verschiedene Verfahren abgetrennt werden. Traditionelle Techniken sind die fraktionierte Kristallisation mit Kohlenstoffdioxid oder Kalk sowie die Elektrolyse. In der fraktionierten Kristallisation werden Gallium und Aluminium durch das CO2 als Hydroxide gefällt und so abgetrennt. Eine Trennung der beiden Elemente ist möglich, da die Fällungen in unterschiedlichen pH-Wert-Bereichen stattfindet. Da das Verfahren auch durch die Mitfällung von anderen Ionen ineffizient ist, wird es nicht mehr genutzt. Für die elektrolytische Trennung werden Elektroden aus flüssigem Quecksilber, das mit Gallium ein Amalgam bildet, eingesetzt, was auf Grund der Giftigkeit des Metalls in den meisten Ländern verboten ist.
Die wichtigsten Trennverfahren sind mittlerweile Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem organischen Extraktionsmittel und Ionenaustauscher. Als Extraktionsmittel dient meist 7-(2-Ethylhexyl)-8-hydroxychinolin (Kelex 100) in Kerosin, wobei neben dem Gallium auch Aluminium und Natrium in das organische Lösungsmittel übergehen. Die eigentliche Trennung erfolgt als Rückextraktion mit Salzsäure unterschiedlicher Konzentration. Aluminium und Natrium werden am besten mit 6 M Salzsäure ausgewaschen, Gallium mit 2 M Säure rückextrahiert. Die erhaltene Lösung wird neutralisiert und gereinigt.
Neben dem relativ langsamen und kostenintensiven Extraktionsverfahren wird mittlerweile auch ein Ionenaustausch-Verfahren industriell genutzt. Es beruht darauf, dass Amidoxim-Gruppen Gallium gut adsorbieren und stabile Komplexe bilden. Dadurch, dass dabei außer dem mit Amidoxim-Gruppen bestückten Harz keine weiteren Chemikalien benötigt werden, ist diese Methode sehr einfach und kosteneffektiv. Das Gallium wird mit Schwefelsäure aus dem Harz desorbiert, mit Natronlauge gefällt und mehrfach gereinigt.