Galyum birini pull off nadir, gümüşi beyaz unsurdur havalı salon hileler üzerinde periyodik tabloda . Oda sıcaklığında galyum, saf alüminyuma benzeyen parlak metalik bir katıdır. Ama birkaç dakika elinizde tutun ve bu katı metal parçası erimeye başlar.
Evet, galyumun erime noktası sadece 85.6 derece F (29.8 derece C), bu da sıcak küçük elinizde ayna benzeri bir su birikintisine eridiği anlamına gelir. Sıvı formunda galyum cıvaya çok benzer, ancak galyum cıva gibi toksik değildir, bu nedenle kullanımı daha güvenlidir (cildinizi lekeleyebilmesine rağmen).
Ancak galyum, elinizde eriyen YouTube videoları için yemden çok daha fazlasıdır. Aynı zamanda LED ışıklarında önemli bir bileşen ve akıllı telefonunuzdaki güçlü mikroçipler için vazgeçilmez yarı iletken malzemedir. Galyumun elektronik dünyasını ele geçirmesini engelleyen tek şey, silikona kıyasla çok nadir ve çok pahalı olmasıdır.
Mendeleyev Galyum'un Varlığını Öngördü
Saf galyum doğada parlak elemental formunda mevcut değildir. Boksit gibi minerallerden çok aşamalı bir kimyasal işlemle çıkarılması gerekir. ABD Jeolojik Araştırmasına göre , yerkabuğundaki galyum bolluğu milyonda 19 parçadır (silisyum, karşılaştırıldığında, milyonda 282.000 parçadır). Galyumu yeni bir element olarak izole eden ve tanıyan ilk kişi, 1875'te Fransız kimyager Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran'dı. Fransa'nın Latince adı olan "Gallia"dan sonra galyum adını verdi.
Ancak Boisbaudran'ın keşfinden dört yıl önce, ünlü Rus kimyager Dmitri Mendeleev galyumun varlığını öngördü . "Periyodik tablonun babası" olarak bilinen Mendeleev, tabloda alüminyumdan sonra bir boşluk olduğunu gördü ve "eka-alüminyum" adını verdiği eksik bir elementin alüminyumun birçok özelliğini paylaşacağını, ancak farklı bir atomik yapı.
Mendeleev haklıydı, ancak galyumun olağandışı niteliklerinin - bir metal ile ametal arasında bir yerde - onu modern elektronikler için nasıl ideal hale getireceğini tahmin edemezdi.
Kimlik Krizi Olan Bir Öğe
İşte galyumla ilgili bir başka harika ve biraz tuhaf gerçek: Sadece 85.6 F (29.8 C) sıcaklıkta erirken, 3.999 F (2.204 C) gibi kavurucu bir sıcaklığa kadar kaynamaz. Bu, galyuma herhangi bir elementin en uzun sıvı fazını koruma ödülü kazandırır . Ama bu neden oluyor?
American Chemical Society aracılığıyla ulaştığımız Pennsylvania Üniversitesi'nde kimya profesörü Daniel Mindiola , "Galyum kafası karıştı" diyor . "Hafif bir elementle tutarlı olan düşük bir sıcaklıkta erir, ancak çok ağır bir elementle tutarlı olan çok yüksek bir sıcaklıkta kaynar. Galyum metal mi yoksa ametal mi olmak istediğini bilmiyor. "
Galyum'un ikili kişiliği, "metaloidler" ve "geçiş sonrası metaller" olarak adlandırılan iki grup arasında periyodik tabloda oturduğu yerden kaynaklanmaktadır. Gerçek metallerin bir özelliği olan Mindiola, galyum alüminyumdan sonra sırada, ancak atomları parlak folyosundan çok daha "bağımsız" (anladın mı?) ve alüminyum daha "elektropozitif" diyor.
Silisyum gibi, galyum da iyi bir elektrik iletkenidir, ancak iyi bir iletken değildir. Bu metaloidlerin her ikisini de elektrik akışının kontrol edilmesi gereken yarı iletkenler için ana aday yapan şey budur.
Mindiola, "Galyum aslında ideal yarı iletken malzemedir, silikondan bile daha iyidir" diyor. "Sorun, nadir olması, bu yüzden pahalı olması."
Mevcut üretim süreçlerini kullanarak, en popüler galyum bazlı yarı iletken malzeme olan bir galyum arsenit levhası, bir silikon levhadan kabaca 1000 kat daha pahalıdır .
Gadget'larınızda Galyum var
Galyum silikondan çok daha pahalı olmasına rağmen, son nesil akıllı telefonlarda popüler bir yarı iletken malzeme haline geldi. Akıllı telefonlar, radyo frekansı (RF) yongaları kullanarak hücresel veri ağlarıyla iletişim kurar ve galyum arsenit ile yapılan RF yongaları, silikondan daha az ısı yayar ve 5G ağları için bir gereklilik olan daha yüksek frekans bantlarında çalışabilir. USGS'ye göre , ABD'de tüketilen tüm galyumun yüzde 70'inden biraz fazlası, RF yongaları ve diğer entegre devre türlerini yapmak için kullanılıyor .
Ancak galyumun en havalı uygulamalarından biri, artık bilgisayar ekranlarından trafik ışıklarına ve lüks araba farlarına kadar her şeyde kullanılan ışık yayan diyotlarda (LED'ler) bulunuyor. LED'ler çok popüler çünkü süper verimliler, elektriği doğrudan ışığa dönüştürüyorlar. İlk görünür ışık LED'leri 1960'ların başında General Electric'teki araştırmacıların çeşitli galyum alaşımlarından (galyum, arsenik, nitrojen, fosfor ve diğer elementlerin kombinasyonları) yapılan diyotların benzersiz özelliklerini keşfettiği zaman icat edildi .
Bir diyotta elektronlar, biri pozitif, diğeri negatif yüklü iki yarı iletken malzeme katmanından geçer. Negatif taraftaki serbest elektronlar pozitif taraftaki "delikleri" doldururken, yan ürün olarak bir ışık fotonu yayarlar . Bilim adamları, farklı galyum alaşımlarının farklı görünür ışık frekanslarında fotonlar yaydığını keşfettiler. Galyum arsenit ve galyum fosfit kırmızı, turuncu ve sarı ışık üretirken galyum nitrür mavi ışık üretir.
Mindiola, "Bir LED'e bir akım uygulayın ve bir Noel ağacı gibi aydınlansın" diyor.
LED'ler elektriğe bağlandığında sadece ışık üretmekle kalmaz, aynı zamanda süreç tersine çevrilebilir. Güneş pillerinin içindeki özel diyotlar da galyum bazlı yarı iletkenlerden yapılmıştır. Gelen ışığı alırlar ve onu serbest elektronlara ve "deliklere" ayırırlar ve bir pilde elektrik olarak saklanabilecek voltaj üretirler.
Galyumun Diğer Şık Kullanımları
Mindiola, "Tıp, belirli kanser türlerini tespit etmek ve tedavi etmek için galyumu da kullanmaya başlıyor" diyor. "Gallium-67, normalden daha hızlı çoğalan hücrelere çekilir, bir tümörde olan budur."
Gallium-67, toksik olmayan gama ışınları yayan galyumun radyoaktif bir izotopudur. Radyologlar, galyum-67'yi kan dolaşımına enjekte ederek bir hastanın tüm vücudunu bir enfeksiyondan kaynaklanan tümörler veya iltihaplanma için tarayabilir. Galyum-67 hızlı büyüyen hücre kümelerine bağlandığından, bu potansiyel sorunlu noktalar bir PET taramasında veya gama ışınlarına duyarlı diğer herhangi bir taramada ortaya çıkacaktır. Galyum nitrat, belirli tümör türlerini yalnızca tespit etmekle kalmayıp, küçültme ve öldürmede de etkinlik göstermiştir .
Havacılık ve uzay endüstrisi onlarca yıldır galyum konusunda sıcak. Uydulara ve uzun menzilli uzay araçlarına güç sağlayan tüm üst düzey güneş panelleri, Mars Keşif Gezicilerindeki kritik güneş panelleri de dahil olmak üzere galyum arsenitten yapılmıştır . En yüksek performansta, Mars gezicilerindeki galyum bazlı güneş pilleri, Mars günü başına 900 watt-saat enerji üretebilir.
Şimdi Bu Harika
Kesin miktarlarda galyum, indiyum ve kalay birleştirdiğinizde, aslında -2.2 derece F'de (-19 derece C) eriyen metalik bir alaşım elde edersiniz. Galistan markasıyla bilinen bu sıvı metal, termometrelerdeki cıva için toksik olmayan bir alternatiftir .
