شیمی برای زندگی

اطلاعات اولیه

گالیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ga و عدد اتمی 31 می‌باشد. گالیم فلز پست نرم ، کمیاب و نقره‌ای رنگ است که در حرارت پایین شکننده بوده ، اما در بالاتر از دمای اطاق به حالت مایع در می‌آید و واقعا در کف دست می‌جوشد. این عنصر در مقادیر بسیار کم در سنگ معدن بوکسیت و روی وجود دارد. آرسنید گالیم بعنوان نیمه هادی و بیشتر در دیودهای نور افشان (LED ها) مورد استفاده می‌باشد.

تاریخچه

گالیم را ( از واژه لاتین Gallia به معنی "فرانسه" و نیز gallus به معنی خروس ) Lecoq de Boisbaudran در سال 1875 با مشخصه طیف‌نمایی خود ( 2 خط بنفش ) و در آزمایش یک مخلوط روی از کوههای پیرنه کشف نمود. قبل از کشف بیشتر ویژگیهای این عنصر توسط "دیمتری مندلیف" بر مبنای جایگاهش در جدول تناوبی پیش بینی و توصیف شده بود؛ ( او این عنصر فرضی را eka-aluminum نامید ).

بعدها Boisbaudran در سال 1875 با الکترولیز هیدروکسید در محلول KOH این عنصر آزاد را بدست آورد. او نام این عنصر را از نام سرزمین مادری اش فرانسه اقتباس کرد و در یکی از جناسهای چند زبانه مورد علاقه دانشمندان اوایل قرن نوزدهم ، نام این عنصر را از نــام Lecoq به معنی خروس گرفتند و کلمه لاتین برای خروس ، gallus است.

پیدایش

این فلز حقیقی اغلب بصورت اجزاء بسیار کم در بوکسیت ، زغال سنگ ، دیاسپور ، ژرمانیت و اسفالریت یافت می‌شود. غبار لوله حاصل از سوخت زغال سنگ دارای مقادیر به بزرگی 5/1 درصد گالیم می‌باشد.

خصوصیات قابل توجه

گالیم با درجه خلوص بالا رنگ نقره‌ای جذابی داشته و فلز جامد آن مانند شیشه می‌شکند. فلز گالیم در صورت سخت شدن 3,1 درصد انبساط می‌یابد، بنابراین نباید آنرا در ظروف شیشه‌ای یا فلزی نگهداری کرد. همچنین گالیم ، بیشتر فلزات دیگر را با نفوذ در شبکه فلزی آنها فرسوده می‌کند. گالیم یکی از چهار فلزی ( سزیم ، جیوه و روبیدیم ) است که در دمای نزدیک به دمای معمولی اطاق به شکل مایع هستند و بنابراین می‌توان از آنها در دماسنجهای دمای بالا استفاده نمود. از نکات قابل توجه این عنصر ، دارا بودن یکی از بزرگترین بازه‌های مایع (منظور فاصله بین دمای ذوب و دمای تبخیر می‌باشد) برای یک فلز و دارا بودن فشار بخار کم در دماهای زیاد است.

این فلز تمایل شدیدی به فوق سرد شدن زیر نقطه ذوب خود دارد، لذا برای سخت نمودن آن استفاده از ریزبلورها ( ذرات ریزی که برای منجمد کردن بکار می‌رود ) ضروری است. گالیم با درجه خلوص بالا توسط اسیدهای معدنی به‌آهستگی مورد حمله قرار می‌گیرند. نقطه ذوب آن بسیار پایین است (T=30°C) و چگالی آن در حالت مایع بیشتر از حالت بلوری آن می‌باشد، ( همانند آب ، برای فلزات معمولا" تاثیرات معکوس دیده می‌شود ).

گالیم بصورت هیچ یک از ساختارهای بلوری ساده متبلور نمی‌شود. حالت پایدار در شرایط عادی به‌صورت قائم‌الزاویه با 8 اتم در سلول واحد معمولی می‌باشد. هر اتم تنها یک همسایه نزدیک ( در مسافت A 44,2 ) و شش همسایه دیگر در 39,0A دارد. بسیاری از حالات پایدار و فراپایدار ، تابع دما و فشار هستند.

عامل اتصال اتمهای نزدیکتر ، ویژگی کووالانسی است، بنابراین دوتائی های Ga2 اساسی‌ترین بخش این ساختار بلوری می‌باشد. ترکیب آرسنید گالیم قادر است الکتریسیته را مستقیما" به نور هم‌فاز تبدیل کند ( این ویژگی برای دیودهای نورفشان ضروری است ).

کاربردها

· عمده‌ترین مورد استفاده گالیم در IC های آنالوگ است و دومین کاربرد نهائی عمده آن در دستگاههای الکترونیک نوری ( بیشتر دیودهای لیزری و دیودهای نور فشان ) می‌باشد.

· گالیم چون باعث خیس شدن شیشه یا چینی می‌شود، در ساخت آئینه‌های بسیار شفاف بکار می‌رود.

· به‌طور وسیع برای استحکام نیمه‌هادیها داشته و در ساخت ابزار جامد مثل ترانزیستور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

· گالیم به‌راحتی با بیشتر فلزات آلیاژ تشکیل داده و بعنوان بخشی از آلیاژهای زود ذوب بکار می‌رود.

· استفاده از گالیت منیزیم دارای ناخالصی (مانند Mn⁺² )، در ساخت پودر فسفر فعال شده با اشعه ماورای بنفش آغاز گشته است.