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Phosphate de gallium

minéral

Le phosphate de gallium, ou orthophosphate de gallium, est un composé chimique de formule GaPO4. Il s'agit d'un solide incolore cristallisé dans le système trigonal avec une dureté 5,5 sur l'échelle de Mohs[3]. Sa structure cristalline est isotypique de celle du quartz α (dioxyde de silicium SiO2) dans lequel les atomes de silicium sont remplacés alternativement par du gallium et du phosphore[6]. Analogue au quartz, l'orthophosphate de gallium est constitué de tétraèdres GaO4 et PO4 légèrement inclinés les uns par rapport aux autres. Leur disposition en spirale le long de l'axe c donne des cristaux optiquement dextrogyres et lévogyres (énantiomorphisme)[7]. Il existe également un dihydrate GaPO4·2H2O cristallisé dans le système monoclinique selon le groupe d'espace P21/n (no 14, position 2) avec pour paramètres a = 977 pm, b = 964 pm, c = 968 pm et β = 102,7°[8].

Phosphate de gallium
Identification
No CAS 14014-97-2 (anhydre)
23653-37-4 (dihydrate)
PubChem 9815301
SMILES
InChI
Apparence solide incolore[1]
Propriétés chimiques
Formule GaO4P
Masse molaire[2] 164,694 ± 0,002 g/mol
Ga 42,33 %, O 38,86 %, P 18,81 %,
Propriétés physiques
T° fusion 1 670 °C[3]
Masse volumique 3,57 g/cm3[4]
Propriétés optiques
Biréfringence no = 1,605, ne = 1,623[5]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le phosphate de gallium peut être obtenu en faisant réagir de l'hydroxyde de gallium(III) Ga(OH)3 avec des oxoacides de phosphore. Le composé anhydre peut être obtenu en chauffant le dihydrate ou en faisant réagir le gallium métallique avec de l'acide phosphorique H3PO4[9]. Comme pour la berlinite AlPO4, la croissance du cristal se produit de manière hydrothermale à des températures inférieures à 250 °C[10] :

Ga(OH)3 + H3PO4 ⟶ GaPO4 + 3 H2O.

Le phosphate de gallium a des propriétés semblables à celles du dioxyde de silicium SiO2, avec un effet piézoélectrique double de celui de phosphate d'aluminium AlPO4, ce qui permet d'obtenir des coefficients de couplage électromécanique supérieurs[10]. La transition de phase α ⟶ β du phosphate de gallium survient, selon les sources, autour de 933 °C[11] ou 976 °C[10], température au-dessus de laquelle le cristal prend une structure cristobalite. Ce composé présente une luminescence ultraviolette[12].

Notes et références modifier

  1. ↑ (en) M. Beaurain, P. Armand, D. Balitsky, Ph. Papet et J. Detaint, « Physical characterizations of α-GaPO4 single crystals grown by the flux method », IEEE International Frequency Control Symposium Joint with the 21st European Frequency and Time Forum,‎ , p. 1077-1081 (DOI 10.1109/FREQ.2007.4319245, lire en ligne).
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ a et b (en) Guogang Xu, Jing Li, Jiyang Wang, Hongyang Zhao et Hong Liu, « Flux Growth and Characterizations of Ga3PO7 Single Crystals », Crystal Growth and Design, vol. 8, no 10,‎ , p. 3577-3580 (DOI 10.1021/cg7012649, lire en ligne).
  4. ↑ (en) Ion Tiginyanu, Pavel Topala et Veaceslav Ursaki, Nanostructures and Thin Films for Multifunctional Applications Technology, Properties and Devices, Springer, 2016, p. 195. (ISBN 978-3-319-30198-3)
  5. ↑ (en) P. Armand, M. Beaurain, B. Ruffle, B. Menaert, D. Balitsky, S. Clément et P. Papet, « Characterizations of piezoelectric GaPO4 single crystals grown by the flux method », Journal of Crystal Growth, vol. 310, nos 7-9,‎ , p. 1455-1459 (DOI 10.1016/j.jcrysgro.2007.11.049, lire en ligne).
  6. ↑ (de) Günter P. Merker et Rüdiger Teichmann, Grundlagen Verbrennungsmotoren Funktionsweise, Simulation, Messtechnik, Springer, 2014, p. 558. (ISBN 978-3-658-03195-4)
  7. ↑ Santunu Ghosh, « 1 Contribution à l’étude des origines du bruit en 1/f dans les résonateurs à onde acoustique de volume » [PDF], sur theses.hal.science, Université de Franche-Comté, (consulté le ).
  8. ↑ (en) R. C. L. Mooney-Slater, « The crystal structure of hydrated gallium phosphate of composition GaPO4.2H2O », Acta Crystallographica, vol. 20, no 4,‎ , p. 526-534 (DOI 10.1107/S0365110X6600118X, lire en ligne).
  9. ↑ (en) Jacqueline I. Kroschwitz: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fuel Resources to Heat stabilizers, Wiley, 1994, p. 311. (ISBN 0-471-52681-9)
  10. ↑ a b et c (en) K. Byrappa et Masahiro Yoshimura, Handbook of Hydrothermal Technology, Cambridge University Press, 2008, p. 248. (ISBN 978-0-08-094681-8)
  11. ↑ (en) Elena C. Shafer et Rustum Roy, « Studies of Silica-Structure Phases: I, GaPO4, GaAsO4, and GaSbO4 », Journal of the American Ceramic Society, vol. 39, no 10,‎ , p. 330-336 (DOI 10.1111/j.1151-2916.1956.tb15598.x, lire en ligne).
  12. ↑ (en) Anatoly N. Trukhin, Krishjanis Shmits, Janis L. Jansons et Lynn A. Boatner, « Ultraviolet luminescence of ScPO4, AlPO4 and GaPO4 crystals », Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 25, no 38,‎ , article no 385502 (PMID 23988905, DOI 10.1088/0953-8984/25/38/385502, Bibcode 2013JPCM...25L5502T, lire en ligne).
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