Galyumun keşfedilip periyodik tabloya eklenmesinden neredeyse 150 yıl sonra, Auckland Üniversitesi'ndeki bilim insanları metalin atomik yapısı ve davranışı hakkında daha önce bilinmeyen ayrıntıları ortaya çıkardı.
Galyum, 1875 yılında Fransız kimyager Paul Émile Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedildi. En çok, bir galyum kaşığının sıcak bir çay fincanında erimesine olanak tanıyan alışılmadık derecede düşük erime noktasıyla bilinir. Metal ayrıca yarı iletkenlerde ve birçok modern elektronik teknolojisinde önemli bir rol oynar.
Yeni bildirilen bulgular, galyumun atom düzeyinde nasıl davrandığına odaklanıyor ve onlarca yıllık bilimsel anlayışa meydan okuyan özellikler ortaya koyuyor.
Garip Bir Metal, Daha da Garip Atomik Davranış
Galyum, birçok açıdan çoğu metalden ayrılır. Atomları doğal olarak 'dimer' adı verilen çiftler halinde birleşir. Ayrıca, tıpkı su üzerinde yüzen buz gibi, katı halde sıvı haldekinden daha az yoğun olan birkaç maddeden biridir.
Bir diğer sıra dışı özellik ise galyumun 'kovalent bağlar' oluşturmasıdır; bu bağlarda atomlar elektronları paylaşır. Bu tür bağlanma, metallerden çok ametallerde yaygındır.
Bilim insanları uzun süre bu kovalent bağların galyum eridiğinde yok olduğuna inanıyordu. Ancak yeni çalışma, bağların erime noktasında kaybolmasına rağmen, sıvı daha yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında beklenmedik bir şekilde geri döndüğünü ortaya koydu.
Bu keşif, uzun süredir kabul gören bir varsayımı altüst ediyor ve galyumun dikkat çekici derecede düşük erime noktası için yeni bir açıklama öneriyor. Araştırmacılar, bağlar kırıldığında ortaya çıkan entropi artışının (bir düzensizlik ölçüsü) atomları serbest bıraktığını ve erimeyi kolaylaştırdığını öne sürüyor.
Waipapa Taumata Rau, Auckland Üniversitesi ve MacDiarmid İleri Malzemeler ve Nanoteknoloji Enstitüsü'nden Profesör Nicola Gaston, "Sıvı galyumun yapısına ilişkin otuz yıllık literatürde, açıkça doğru olmayan temel bir varsayım var" diyor.
Onlarca Yıllık Araştırmayı Yeniden Değerlendirmek
Çalışma, şu anda Almanya'daki Max Planck Katı Hal Araştırmaları Enstitüsü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Steph Lambie, Profesör Nicola Gaston ve Wellington Victoria Üniversitesi ile MacDiarmid Enstitüsü'nden Dr. Krista Steenbergen tarafından yürütüldü.
Atılım, Lambie'nin Auckland Üniversitesi ve MacDiarmid Enstitüsü'nde doktora yaparken gerçekleşti. Lambie, onlarca yıllık yayınlanmış araştırmayı dikkatlice inceleyerek ve farklı sıcaklıklarda toplanan ölçümleri karşılaştırarak galyumun davranışının daha eksiksiz bir resmini oluşturdu.
Bulgular, 'Materials Horizons' dergisinde 'Resolving Decades of Debate: The Surprising Role of High-Temperature Covalency in the Structure of Liquid Gallium' başlıklı bir makalede yayınlandı.
Galyumu Anlamak Neden Önemli?
Galyumun sıcaklıkla nasıl değiştiğinin daha iyi anlaşılması, araştırmacıların özel özelliklere sahip yeni malzemeler oluşturmak için maddeyi son derece küçük ölçeklerde manipüle ettiği nanoteknolojiye fayda sağlayabilir.
Galyum ayrıca diğer metalleri çözebildiği için de değerlidir; bu da onu sıvı metal katalizörleri ve düzensiz malzemelerin kendiliğinden düzenli formlara dönüştüğü 'kendiliğinden oluşan yapılar' üretmek için kullanışlı hale getirir.
Daha önceki bir projede Gaston, Lambie ve Steenbergen, sıvı galyum kullanarak çinkoyu karmaşık 'kar tanesi' yapılarında kristalleştirdi.
Tahmin Edilen Elementten Modern Teknolojiye
Galyum, keşfedilmeden önce tahmin edilmişti. 1871'de Rus kimyager Dmitri Mendeleev, elementleri artan atom numaralarına göre düzenleyerek ilk periyodik tabloyu oluşturdu ve henüz bulunamadığına inandığı elementler için kasıtlı olarak boşluklar bıraktı. Galyum daha sonra bu tahmin edilen boşluklardan birini doldurdu.
Metal, boksit gibi minerallerden ve kayalardan çıkarılır ve doğada saf halde bulunmaz. Günümüzde galyum, yarı iletkenler, telekomünikasyon ekipmanları, LED'ler, lazer diyotlar, güneş panelleri, yüksek performanslı bilgi işlem, havacılık ve savunma sanayilerinde ve termometrelerde cıvaya daha güvenli bir alternatif olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Araştırmacılar ayrıca galyumun Mars'taki eski yaşam belirtilerini belirlemeye yardımcı olup olamayacağını da araştırıyor. Üniversitenin Çevre Okulu ve Te Ao Mārama – Temel Araştırma Merkezi'ndeki bilim insanları, metalin geçmiş mikrobiyal yaşamın izlerini kimyasal bir 'parmak izi' olarak koruyup koruyamayacağını inceliyor.
Galyum adı, kaşifinin milliyetini onurlandırmak için Fransa'nın antik Latince adı olan Galya'dan gelmektedir.
