اين يوجد عنصر الغاليوم
الغاليوم هو معدن فضي ناعم يستخدم بشكل رئيسي في الدوائر الإلكترونية وأشباه الموصلات وثنائيات الباعثة للضوء (LEDs)، وهو مفيد أيضًا في موازين الحرارة العالية والبارومترات والأدوية واختبارات الطب النووي. بالإضافة إلى ذلك، فإن العنصر لا يمتلك قيمة حيوية 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 تصنيف الغاليوم ضمن عائلة البورون (المجموعة 13)، والتي تضم البورون الشبه معدني (B) والألومنيوم المعدني (Al)، بالإضافة إلى الغاليوم والإنديوم (In) والثاليوم (Tl)، وتتميز جميع هذه العناصر بوجود ثلاثة إلكترونات في المستوى الخارجي لطاقتها.
الخواص الفيزيائية لـ عنصر الغاليوم
يتمتع الغاليوم ببعض الصفات الفريدة للغاية، حيث على الرغم من أنه صلب عند درجة حرارة الغرفة (77 فهرنهايت / 22 درجة مئوية)، إلا أنه لا يزال ناعمًا جدًا بحيث يمكن قطعه بسكين.
بالإضافة إلى ذلك، يبلغ نقطة انصهار الغاليوم 85.57 درجة فهرنهايت (29.76 درجة مئوية)، وهي أقل من درجة حرارة الغرفة بأقل من 10 درجات، لذلك إذا قمت بتحميل كتلة من الغاليوم، فسيذوب حرفيًا بسبب حرارة يدك، وبعد ذلك، إذا قمت بتبريده مرة أخرى، فسيتصلب 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 بشكل رئيسي في صناعة الإلكترونيات، حيث يتم استخدام حوالي 95٪ من إجمالي إنتاج الغاليوم لصنع مركب الزرنيخيد الغاليوم (GaAs)، وهو مركب يستخدم في دوائر الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء وأشباه الموصلات ومصابيح LED الزرقاء والبنفسجية.
ينتج زرنيخيد الغاليوم ضوء الليزر مباشرةً من الكهرباء ويستخدم في الألواح الشمسية .
يتم استخدام نيتريد الغاليوم المركب (GaN) كأشباه الموصلات في تقنية الهواتف المحمولة وأجهزة استشعار الضغط لمفاتيح اللمس.
يتميز الغاليوم بالقدرة على الربط بسهولة مع معظم المعادن، ويستخدم عادة في صناعة سبائك ذات درجة انصهار منخفضة. كما أنه واحد من أربعة عناصر (بما في ذلك الزئبق والروبيديوم والسيزيوم) التي تكون سائلة عند درجة حرارة الغرفة أو قريبًا منها.
من بين هذه المعادن الأربعة، يعتبر الغاليوم الأقل تفاعلية، مما يجعله الخيار الأكثر أمانًا وصديقًا للبيئة في استخدامه في مقاييس الحرارة المرتفعة والبارومترات وأنظمة نقل الحرارة وأجهزة التبريد والتدفئة.
يمكن أن يكون العمل مع الغاليوم السائل صعبًا، حيث يتماسك بشدة مع الزجاج والجلد ومعظم المواد الأخرى باستثناء الجرافيت والكوارتز والتفلون، كما أنه يتوسع عند التجمد لذا لا يمكن تخزينه في أوعية زجاجية.
يستخدم الغاليوم أيضًا في بعض المستحضرات الصيدلانية والمواد الصيدلانية المشعة. على سبيل المثالل، يتم استخدام نظائر الغاليوم المشعة Ga-67 كاختبار في الطب النووي للبحث عن التهابات أو عدوى أو سرطان في الجسم.
تستخدم نترات الغاليوم في العديد من الأدوية كعلاج لفرط كالسيوم الدم، وهو مرض يمكن أن يؤدي إلى نمو أورام العظام، ويتم اقتراح الغاليوم كعلاج للسرطان والأمراض المعدية والأمراض الالتهابية. ومع ذلك، يمكن أن يتسبب التعرض لكميات كبيرة من الغاليوم في تهيج الحلق أو الصدر .
اكتشاف عنصر الغاليوم
قبل اكتشاف الغاليوم، تنبأ به الكيميائي والمخترع الروسي ديميتري مينديليف، مبتكر الجدول الدوري للعناصر، وقام بتسمية العنصر المفقود بـ `إيكا-الومنيوم`، لأنه كان يعرف أنه سيكون قريبًا من الألومنيوم في الجدول الدوري، وذلك في المربع رقم 31 .
تم اكتشاف العنصر لأول مرة من قبل الكيميائي الفرنسي بول-ايميل لوكو دو بوابدران في عام ١٨٧٥. كان يدرس أطياف العناصر الكيميائية لمدة ١٥ عاما. تنتج العناصر الكيميائية خطوطا تعرف بالأطياف عند تسخينها. نظرا لأن كل عنصر ينتج مجموعة مميزة من الخطوط أو الأطياف، كانت هذه الطريقة 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 عن طريق التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الغاليوم في هيدروكسيد البوتاسيوم، ثم قام عمال المناجم بتقديم عدة أطنان من خام الزنك له لأغراض البحث. ومن هذا الخام، تمكن من إنتاج بضعة جرامات من الغاليوم النقي تقريبًا.
اقترح Lecoq de Boisbaudran اسم “الغاليوم” لهذا العنصر الجديد، الذي يأتي من الكلمة اللاتينية “Gallia” وتعني “فرنسا.
اضرار عنصر الغاليوم
تشكّل المركبات المصنوعة من الغاليوم خطراً محتملاً على صحة البشر والحيوانات، إذ تسبب طعماً معدنياً في الفم وطفحاً جلدياً وانخفاضاً في إنتاج خلايا الدم. ومن الضروري التعامل مع الغاليوم ومركباته بحرص وحذر.
مميزات عنصر الغاليوم
- الغاليوم في مرحلته الصلبة لونه أزرق رمادي.
- يذوب بدرجات حرارة أعلى من حرارة الغرفة، لذا إذا قمت بالتقاط قطعة من الغاليوم، ستذوب بين يديك.
- الغاليوم الصلب ناعم ويمكن قطعه بسهولة.
- الغاليوم عنصر مستقر في الهواء والماء، ولكنه يتفاعل ويذوب في الأحماض والقلويات.
- يتسبب الانتباه إلى تمدد الغاليوم في الحالة الصلبة بنسبة 3.1٪ في تجنب تخزينه في الزجاج أو المعدن.
- يمكن لعنصر الغاليوم التحول بسهولة إلى سبيكة تحتوي على العديد من المعادن، وقد تم استخدامها في القنابل النووية لتثبيت الهيكل البلوري.
- يمكن أن يحل الغاليوم محل الزئبق في موازين الحرارة، حيث يكون نقطة الانصهار قريبة من درجة حرارة الغرفة، وهو واحد من المعادن القليلة التي يمكن استخدامها في هذا الغرض.
اين وكيف تجد الغاليوم
تتميز المعادن والسبائك السائلة بخصائص استثنائية تجعلها مناسبة لتخزين الطاقة الكهربائية وتطبيقات توليدها.
يتم استخدام المعادن السائلة القائمة على الغاليوم كسوائل تبادل حراري لتبريد الإلكترونيات المتكاملة، وأيضًا في تصنيع الأجهزة الإلكترونية المرنة والقابلة للتشكيل، وذلك بسبب نقطة الانصهار المنخفضة لتلك المعادن.
يتميز المعدن الغاليوم بخصائص فيزيائية غامضة بما في ذلك نقطة انصهار منخفضة بشكل غير طبيعي فوق درجة حرارة الغرفة مباشرة، ويتقلص في الحجم عند الذوبان بشكل مشابه لتلك التي يمكن ملاحظتها في الملح عندما يذوب في الماء.
على عكس الترتيب المنتظم للذرات في المواد الصلبة البلورية، تكون الحالة السائلة غير منتظمة بشكل مميز، حيث يمكن للسوائل أن تتدفق وتتحرك عشوائيًا مثل الغاز.