الغاليوم هو معدن ناعم فضي يستخدم بشكل أساسي في الدوائر الإلكترونية وأشباه الموصلات والثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). كما أنها مفيدة في موازين الحرارة العالية ، والبارومترات والأدوية واختبارات الطب النووي. إن العنصر ليس له قيمة بيولوجية معروفة.
الخواص الكيميائية لـ عنصر الغاليوم
- العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 31
- الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Ga
- الوزن الذري (متوسط كتلة الذرة): 69.723
- الكثافة: 5.91 جرام لكل سنتيمتر مكعب
- المرحلة في درجة حرارة الغرفة: صلبة
- نقطة الانصهار: 85.57 درجة فهرنهايت (29.76 درجة مئوية)
- درجة الغليان: 3،999 فهرنهايت (2،204 درجة مئوية)
- عدد النظائر (ذرات نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 24
في الجدول الدوري للعناصر ، يتم تجميع الغاليوم في عائلة البورون (المجموعة 13) ، والتي تشمل البورون شبه المعدني (B) والألومنيوم المعدني (Al) ، الغاليوم ، الإنديوم (In) والثاليوم (Tl) ،تحتوي جميع هذه العناصر الخمسة على ثلاثة إلكترونات في مستوى طاقتها الخارجية.
الخواص الفيزيائية لـ عنصر الغاليوم
يحتوي الغاليوم على بعض الصفات الفريدة للغاية. على سبيل المثال ، على الرغم من أنها صلبة في درجة حرارة الغرفة (حوالي 77 فهرنهايت / 22 درجة مئوية) ، إلا أنها لا تزال ناعمة للغاية بحيث يمكننا قطعها بسكين.
بالإضافة إلى ذلك ، لديها نقطة انصهار منخفضة تبلغ 85.57 فهرنهايت (29.76 درجة مئوية) أقل من 10 درجات فوق درجة حرارة الغرفة لذلك إذا كنت ستلتقط كتلة من الغاليوم ، فسوف تذوب حرفيًا من دفء يدك. ثم إذا قمت بتعيينه مرة أخرى ، فسيتم ترسيخه مرة أخرى.
حتى مع وجود نقطة انصهار منخفضة ، تكون درجة غليان الغاليوم عالية جدًا عند 3999 درجة فهرنهايت (2204 درجة مئوية) ، مما يمنحها واحدة من أكبر النسب بين نقطة الانصهار ونقطة الغليان لأي عنصر. في درجات الحرارة المنخفضة ، يكون الغاليوم مادة صلبة هشة تتكسر بسهولة تامة مثل الزجاج .
استخدامات الغاليوم
يستخدم الغاليوم في المقام الأول في الإلكترونيات. في الواقع ، يتم استخدام حوالي 95 في المائة من جميع الغاليوم المنتج لصنع زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ، وهو مركب يستخدم في دوائر الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء ، وأشباه الموصلات ومصابيح LED الزرقاء والبنفسجية.
يمكن أن ينتج زرنيخيد الغاليوم ضوء الليزر مباشرة من الكهرباء ويستخدم في الألواح الشمسية .
يستخدم نيتريد الغاليوم المركب (GaN) كأشباه موصلات في تقنية الهواتف المحمولة وأجهزة استشعار الضغط لمفاتيح اللمس.
روابط الغاليوم ترتبط بسهولة مع معظم المعادن ويستخدم عادة لصنع سبائك منخفضة الذوبان. وهو واحد من أربعة المعادن (بما في ذلك الزئبق ، الروبيديوم و السيزيوم ) التي تكون سائلة عند أو بالقرب من درجة حرارة الغرفة.
من بين هذه المعادن الأربعة ، يكون الغاليوم هو الأقل تفاعلًا مما يجعله الخيار الأكثر أمانًا وصديقًا للبيئة لمقاييس الحرارة المرتفعة ، والبارومترات ، وأنظمة نقل الحرارة وأجهزة التبريد والتدفئة.
يمكن أن يكون من الصعب العمل مع الغاليوم السائل ، ومع ذلك ، لأنه يتمسك بالزجاج والجلد ومعظم المواد الأخرى (باستثناء الجرافيت والكوارتز والتفلون). كما أنه يتوسع عندما يتجمد لذا لا يمكن تخزينه في أوعية زجاجية.
يستخدم الغاليوم أيضًا في بعض المستحضرات الصيدلانية والمواد الصيدلانية المشعة. على سبيل المثال ، يتم استخدام النظائر المشعة Ga-67 كاختبار للطب النووي للبحث عن التهاب أو عدوى أو سرطان في الجسم.
تستخدم نترات الغاليوم في العديد من الأدوية وكعلاج لفرط كالسيوم الدم ، وهو مرض يمكن أن يؤدي إلى نمو أورام العظام. كما تم اقتراح الغاليوم كعلاج للسرطان والأمراض المعدية والأمراض الالتهابية. ومع ذلك ، فإن التعرض لكميات كبيرة من الغاليوم قد يسبب تهيّج الحلق أو الصدر .
اكتشاف عنصر الغاليوم
قبل اكتشاف الغاليوم ، تنبّأ به الكيميائي والمخترع الروسي ديميتري مينديليف ، مبتكر الجدول الدوري للعناصر. قام بتسمية العنصر المفقود eka-aluminium لأنه كان يعرف أنه سينخفض إلى أسفل الألومنيوم في الجدول الدوري في المربع 31 .
تم اكتشاف العنصر لأول مرة من قبل الكيميائي الفرنسي Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran في عام 1875 ، الذي كان يدرس أطياف العناصر الكيميائية لمدة 15 عامًا (الأطياف هي الخطوط التي يتم إنتاجها عند تسخين العناصر الكيميائية) . نظرًا لأن كل عنصر ينتج مجموعته المميزة من الخطوط أو الأطياف ، كانت هذه الطريقة طريقة موثوقة لتحديد العناصر.
تساءل Lecoq de Boisbaudran عمّا إذا كان يمكن العثور على العنصر 31 في خامات الزنك. الزنك ، الذي له عدد ذري من 30 ، يجلس بجوار الغاليوم في الجدول الدوري. في أغسطس 1875 ، باستخدام مطياف ، وجد Lecoq de Boisbaudran بالفعل بعض الغاليوم ، ولكن بكميات صغيرة جدًا. وأفاد أن طيف العنصر الجديد يتألف من شعاع بنفسجي يمكن رؤيته بسهولة .
حصل Lecoq de Boisbaudran على الغاليوم النقي من خلال التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الغاليوم في هيدروكسيد البوتاسيوم. ثم أعطى عمّال المناجم Lecoq de Boisbaudran عدة أطنان من خام الزنك من أجل بحثه. من هذا الخام ، كان قادرًا على إنتاج بضعة جرامات من الغاليوم النقي تقريبًا.
اقترح Lecoq de Boisbaudran اسم الغاليوم للعنصر الجديد ، الذي يأتي من الكلمة اللاتينية “Gallia” ، التي تعني فرنسا.
اضرار عنصر الغاليوم
يعتبر الغاليوم ومركباته خطرًا إلى حد ما على صحة البشر والحيوانات. ينتجون طعمًا معدنيًا في الفم ، وطفح جلدي ، وانخفاضًا في إنتاج خلايا الدم. يجب التعامل مع الغاليوم ومركباته بحذر.
مميزات عنصر الغاليوم
- الغاليوم في مرحلته الصلبة لونه أزرق رمادي.
- يذوب في درجات حرارة أكثر دفئًا من درجة حرارة الغرفة , لذلك إذا كنت ستمسك قطعة من الغاليوم فسوف يذوب بين يديك.
- الغاليوم الصلب ناعم ويمكن قطعه بسهولة.
- إن عنصر الغاليوم مستقر في الهواء و الماء , ولكنه يتفاعل ويذوب في الأحماض و القلويات.
- في الحالة الصلبة يتوسع الغاليوم بنسبة 3.1 في المائة وبالتالي يتم تجنب التخزين في الزجاج أو المعدن.
- يتحول عنصر الغاليوم بسهولة إلى سبيكة تحتوي على العديد من المعادن وقد تم استخدامها في القنابل النووية لتثبيت الهيكل البلوري.
- الغاليوم هو أحد المعادن القليلة التي يمكن أن تحل محل استخدام الزئبق في موازين الحرارة لن نقطة انصهاره قريبة من درجة حرارة الغرفة.
اين وكيف تجد الغاليوم
تتميز المعادن و السبائك السائلة بخصائص استثنائية تجعلها مناسبة لتخزين الطاقة الكهربائية وتطبيقات توليدها.
يتم استخدام المعادن السائلة القائمة على الغاليوم عند نقطة انصهار منخفضة كسوائل التبادل الحراري لتبريد الإلكترونيات المتكاملة وفي تصنيع الأجهزة الإلكترونية المرنة والقابلة لإعادة التشكيل.
الغاليوم هو معدن غامض بخصائص فيزيائية ملحوظة بما في ذلك نقطة انصهار منخفضة بشكل غير طبيعي فوق درجة حرارة الغرفة مباشرةً ، وتقلّص في الحجم عند الذوبان مشابه لذلك الملحوظ في الماء.
على عكس الترتيبات الدورية المنتظمة للذرات في المواد الصلبة البلورية ، تكون الحالة السائلة مضطربة بشكل مميز. يمكن أن تتدفق السوائل وتتحرك ذراتها بشكل عشوائي كما هو الحال في الغاز.
