ガリウムは周期表上の第13族（IIIA族）に位置する元素で、自然界に広く存在する金属です。電子配置や化学的性質から半導体材料や合金として重要な役割を果たしており、高周波デバイスや光通信、医療分野などで活用されています。本クイズでは、ガリウムの基礎的性質、発見の歴史、産出方法、化学的特性、放射性同位体など、この元素に関する幅広い知識を問います。ガリウムの特徴や用途について理解を深めていただければと思います。
Q1 : 自然に存在する安定同位体として正しい組み合わせはどれか？ 63Gaと65Ga 69Gaのみ 69Gaと71Ga 71Gaのみ
天然のガリウムは主に69Gaと71Gaという二つの安定同位体から構成されています。自然存在比はおおむね69Gaが約60％、71Gaが約40％くらいと報告されており、質量数の違いにより原子質量平均が決まります。これらはいずれも放射性ではなく安定で、工業的・分析的測定や同位体比に基づく研究で重要な役割を果たします。
Q2 : ガリウムを発見した人物は誰か？ ドミトリ・メンデレーエフ ロバート・ボンゼン（Robert Bunsen） ハンス・クリスチャン・エルステッド ポール・レコック・ド・ボアボードラン（Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran）
ガリウムは1875年にフランスの化学者ポール・レコック・ド・ボアボードラン（Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran）によって発見されました。彼はスペクトル分析により新元素の存在を確認しました。一方、ドミトリ・メンデレーエフは周期表でガリウムの存在を予言し（eka-aluminiumと呼んだ）、実際の発見はボアボードランによるという関係にあり、元素の予言と実験的発見の好例とされています。
Q3 : 高速・高周波デバイスや光通信でよく用いられ、シリコンより電子移動度が高いガリウム化合物はどれか？ ガリウム砒素（GaAs） ガリウム酸化物（Ga2O3） ガリウムフッ化物（GaF3） ガリウム硫化物（Ga2S3）
ガリウム砒素（GaAs）はシリコンに比べて電子移動度が高く、高周波特性やマイクロ波、光通信機器に用いられる半導体材料です。高周波増幅器、衛星通信、レーザーダイオード、太陽電池などで利用されます。GaNも高周波や高電力用途や青色LEDで重要ですが、問われている「高周波・光通信向けで電子移動度が高い」特性は特にGaAsに当てはまります。
Q4 : ガリウムは一般にどのように商業的に生産されることが多いか？ 主に単独鉱床から採掘して精製される アルミニウムや亜鉛の精錬工程からの副産物として回収される 海水から直接大量に採取する 天然ガスの副生成物として得られる
ガリウムは単独の鉱床から大量に得られる元素ではなく、アルミナ製造（ボーキサイトからのベイヤー法での副生成物）や亜鉛鉱（閃亜鉛鉱など）の精錬工程で微量成分として存在するガリウムを回収して生産されることが一般的です。製錬過程で得られる副生成物や浸出溶液から分離精製して金属ガリウムや化合物が得られます。
Q5 : ガリウムが化合物中で最も取りうる酸化数はどれか？ +1 +2 +3 0
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Q6 : ガリウムの原子番号は何か？ 31 13 49 21
ガリウムの原子番号は31で、元素記号はGaです。周期表では第13族（以前の分類ではIII族）に属する準金属的性質を持つ元素で、電子配置は[Ar]3d10 4s2 4p1となります。ロジウムやインジウムと近い位置にあり、原子番号は元素の陽子数を示すためガリウムの原子核には31個の陽子が存在します。化学的には主に+3価をとることが多く、半導体材料や合金、医療用放射性同位体など多様な用途があります。
Q7 : ガリウムの純元素の融点（おおよそ）はどれか？ 約20℃（室温） 約29.76℃ 約−19℃（一部合金） 約2204℃（沸点）
ガリウムの融点は約29.76℃（約29.8℃）で、常温では固体ですが手のひらなど体温に近い温度では容易に溶けて液体になります。したがって夏場や温かい室内では液化することがあります。−19℃付近で融解するのはガリウムを含む低融点合金（例：Galinstanなど）であり、2204℃はガリウムの沸点に相当します。融点が高くないため取り扱いに注意が必要で、容器の破損を招くこともあります。
まとめ
いかがでしたか？ 今回はガリウムクイズをお送りしました。
今回はガリウムクイズを出題しました。
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