Gallium adalah elemen langka berwarna putih keperakan yang dapat melakukan salah satu trik ruang tamu paling keren di tabel periodik . Pada suhu kamar, galium adalah padatan logam mengkilap yang menyerupai aluminium murni. Tapi pegang di tangan Anda selama beberapa menit dan bongkahan logam padat ini mulai meleleh.
Yup, titik leleh galium hanya 85,6 derajat F (29,8 derajat C), yang berarti ia meleleh menjadi genangan seperti cermin di tangan kecilmu yang panas. Dalam bentuk cairnya, galium sangat mirip dengan merkuri, tetapi galium tidak beracun seperti merkuri sehingga lebih aman untuk ditangani (walaupun dapat menodai kulit Anda).
Tetapi galium jauh lebih dari sekadar makanan untuk video YouTube yang meleleh di tangan Anda. Ini juga merupakan bahan utama dalam lampu LED dan bahan semikonduktor untuk microchip yang kuat di ponsel cerdas Anda. Satu-satunya hal yang menghentikan galium dari mengambil alih dunia elektronik adalah bahwa itu sangat langka dan sangat mahal dibandingkan dengan silikon.
Mendeleev Memprediksi Keberadaan Gallium
Gallium murni tidak ada dalam bentuk unsur mengkilapnya di alam. Perlu diekstraksi dari mineral seperti bauksit melalui proses kimia multi-langkah. Menurut Survei Geologi AS , kelimpahan galium di kerak bumi hanya 19 bagian per juta (silikon, sebagai perbandingan, adalah 282.000 bagian per juta). Orang pertama yang mengisolasi dan mengenali galium sebagai unsur baru adalah ahli kimia Prancis Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran pada tahun 1875. Dia menamakannya galium setelah nama Latin untuk Prancis, "Gallia."
Tapi empat tahun sebelum penemuan Boisbaudran, ahli kimia Rusia terkenal Dmitri Mendeleev meramalkan keberadaan galium . Mendeleev, yang dikenal sebagai "bapak tabel periodik", melihat bahwa ada celah dalam tabel setelah aluminium, jadi dia mengemukakan bahwa elemen yang hilang yang dia sebut "eka-aluminium" akan memiliki banyak sifat aluminium, tetapi dengan struktur atom yang berbeda.
Mendeleev benar, tetapi dia tidak dapat memperkirakan bagaimana kualitas galium yang tidak biasa — di suatu tempat antara logam dan nonlogam — akan menjadikannya ideal untuk elektronik modern.
Elemen Dengan Krisis Identitas
Inilah fakta lain yang keren dan agak aneh tentang galium: Meskipun hanya meleleh pada suhu 85,6 derajat F (29,8 derajat C), ia tidak mendidih sampai 3,999 derajat F (2.204 derajat C). Itu menghasilkan galium penghargaan untuk mempertahankan fase cair terpanjang dari elemen apa pun . Tapi mengapa itu terjadi?
"Gallium bingung," kata Daniel Mindiola , seorang profesor kimia di University of Pennsylvania yang kami hubungi melalui American Chemical Society . "Ini meleleh pada suhu rendah, yang konsisten dengan elemen ringan, tetapi mendidih pada suhu yang sangat tinggi, yang konsisten dengan elemen yang sangat berat. Gallium tidak tahu apakah ia ingin menjadi logam atau bukan logam. "
Kepribadian ganda Gallium berasal dari tempat ia duduk di tabel periodik di antara dua kelompok yang disebut "metaloid" dan "logam pasca-transisi." Gallium berada di urutan berikutnya setelah aluminium, tetapi atomnya jauh lebih "independen" daripada foil mengkilapnya (mengerti?) Dan aluminium lebih "elektropositif," kata Mindiola, sifat logam sejati.
Seperti silikon, galium adalah konduktor listrik yang baik, tetapi tidak hebat. Itulah yang membuat kedua metaloid ini menjadi kandidat utama semikonduktor, di mana aliran listrik perlu dikontrol.
"Galium sebenarnya adalah bahan semikonduktor yang ideal, bahkan lebih baik dari silikon," kata Mindiola. "Masalahnya jarang, jadi mahal."
Menggunakan proses manufaktur saat ini, wafer galium arsenida, bahan semikonduktor berbasis galium paling populer, kira-kira 1.000 kali lebih mahal daripada wafer silikon.
Ada Gallium di Gadget Anda
Meskipun galium jauh lebih mahal daripada silikon, itu menjadi bahan semikonduktor yang populer di smartphone generasi terbaru. Ponsel cerdas berkomunikasi dengan jaringan data seluler menggunakan chip frekuensi radio (RF), dan chip RF yang dibuat dengan gallium arsenide mengeluarkan lebih sedikit panas daripada silikon dan dapat beroperasi pada pita frekuensi yang lebih tinggi, persyaratan untuk jaringan 5G. Sedikit lebih dari 70 persen dari semua galium yang dikonsumsi di AS digunakan untuk membuat chip RF dan jenis sirkuit terpadu lainnya, menurut USGS .
Tapi salah satu aplikasi paling keren dari galium adalah di dioda pemancar cahaya (LED), yang sekarang digunakan dalam segala hal mulai dari tampilan komputer hingga lampu lalu lintas hingga lampu mobil mewah. LED sangat populer karena sangat efisien, mengubah listrik langsung menjadi cahaya. LED cahaya tampak pertama ditemukan pada awal 1960-an ketika para peneliti di General Electric menemukan sifat unik dioda yang dibuat dengan berbagai paduan galium (kombinasi galium, arsenik, nitrogen, fosfor, dan elemen lainnya).
Dalam dioda, elektron bergerak melalui dua lapisan bahan semikonduktor, satu dengan muatan positif dan yang lainnya dengan negatif. Sebagai elektron bebas dari sisi negatif mengisi "lubang" di sisi positif, mereka memancarkan foton cahaya sebagai produk sampingan . Para ilmuwan telah menemukan bahwa paduan galium yang berbeda memancarkan foton dari frekuensi cahaya tampak yang berbeda. Gallium arsenide dan gallium phosphide menghasilkan cahaya merah, oranye dan kuning, sedangkan gallium nitrida menghasilkan cahaya biru.
"Hanya menerapkan arus ke LED dan menyala seperti pohon Natal," kata Mindiola.
LED tidak hanya menghasilkan cahaya saat terhubung ke listrik, tetapi prosesnya dapat dibalik. Dioda khusus di dalam sel surya juga terbuat dari semikonduktor berbasis galium. Mereka mengambil cahaya yang masuk dan memisahkannya menjadi elektron bebas dan "lubang", menghasilkan tegangan yang dapat disimpan dalam baterai sebagai listrik.
Kegunaan Gallium Lainnya yang Bagus
"Pengobatan juga mulai menggunakan galium untuk mendeteksi dan mengobati jenis kanker tertentu," kata Mindiola. "Galium-67 tertarik pada sel yang bereplikasi lebih cepat dari biasanya, itulah yang terjadi pada tumor."
Gallium-67 adalah isotop radioaktif galium yang memancarkan sinar gamma tidak beracun. Ahli radiologi dapat memindai seluruh tubuh pasien untuk tumor atau peradangan akibat infeksi dengan menyuntikkan galium-67 ke dalam aliran darah mereka. Karena galium-67 mengikat gumpalan sel yang tumbuh cepat, titik-titik masalah potensial tersebut akan muncul pada pemindaian PET atau pemindaian lain yang sensitif terhadap sinar gamma. Gallium nitrat juga telah menunjukkan keefektifan dalam mengecilkan dan membunuh jenis tumor tertentu , tidak hanya mendeteksinya.
Industri kedirgantaraan telah panas di gallium selama beberapa dekade. Semua panel surya kelas atas yang menggerakkan satelit dan pesawat ruang angkasa jarak jauh dibuat dengan galium arsenida, termasuk panel surya penting di Mars Exploration Rovers . Pada kinerja puncak, sel surya berbasis galium di penjelajah Mars dapat menghasilkan energi 900 watt-jam per hari Mars.
Sekarang Itu Keren
Ketika Anda menggabungkan jumlah galium, indium, dan timah yang tepat, Anda mendapatkan paduan logam yang benar-benar meleleh pada -2,2 derajat F (-19 derajat C). Logam cair ini, yang dikenal dengan nama mereknya Galistan, adalah pengganti merkuri yang tidak beracun dalam termometer.
