What is غاليوم?
غاليوم (symbol Ga) is element 31 on the periodic table, a فلز بعد انتقالي in period 4, group 13. A metal that melts in your hand at 29.8 degrees C and is the foundation of blue LEDs and 5G radios. At room temperature it is a solid.
القصة
ما هو غاليوم، وكيف اكتشفناه
الغاليوم هو الفلز المذهل الذي ينصهر في يدك، لكنه يستطيع تحمّل البرد القارس. يتميز هذا الفلز الفضي المزرق بعد الانتقالي بواحدة من أكثر الخصائص غرابة في الجدول الدوري؛ إذ ينصهر عند 29.8°C (85.6°F) فقط، ما يعني أنه يتحول إلى بركة لامعة من السائل عند إمساكك به. لكن الجزء الغريب حقاً هو أن الغاليوم السائل يمكن أن يبقى سائلاً حتى درجة -120°C إذا كان نقياً بما يكفي، ما يجعله واحداً من الفلزات القليلة ذات المجال السائل الواسع للغاية. اكتشفه الكيميائي الفرنسي Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran عام 1875، لكن Dmitri Mendeleev كان قد تنبأ بوجوده عام 1871 وأطلق عليه اسم "eka-aluminum". وعندما عثر عليه Lecoq، تطابقت خصائصه مع تنبؤات Mendeleev بشكل شبه كامل، مما قدم دليلاً مذهلاً على صحة الجدول الدوري. يأتي الاسم من "Gallia"، وهو الاسم اللاتيني لفرنسا. ما يجعل الغاليوم ثورياً حقاً هو دوره في الإلكترونيات الحديثة. فأشباه موصلات زرنيخيد الغاليوم (GaAs) أسرع وأكثر كفاءة من السيليكون، مما يجعلها أساسية للتطبيقات عالية التردد مثل مضخمات الهواتف المحمولة، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، ومصابيح LED. ومن المحتمل أن يحتوي هاتفك الذكي على مركبات غاليوم متعددة تمكّنه من نقل البيانات بسرعات هائلة. يمتلك الغاليوم أيضاً بعض الخصائص المدهشة. فهو واحد من المواد القليلة التي تتمدد عند تصلبها، مثل الماء عند تحوله إلى جليد، ما يعني أن الغاليوم الصلب يطفو فوق الغاليوم السائل. كما يستطيع ترطيب الزجاج ومواد أخرى، مكوّناً طبقة شبيهة بالمرآة تجري دراسة استخدامها في الإلكترونيات المرنة وهوائيات الفلزات السائلة. إليك أمراً مذهلاً: تجري دراسة الغاليوم لعلاج السرطان. إذ يمكن لمركبات الغاليوم أن تتداخل مع أيض الحديد في الخلايا السرطانية، مما قد يحرم الأورام من الحديد الذي تحتاج إليه للنمو. ويُستخدم أيضاً في التصوير الطبي على هيئة غاليوم-67، الذي يتراكم في مناطق العدوى والالتهاب.
The discovery of غاليوم
تمتد قصة اكتشاف الغاليوم الرائعة عدة عقود، وتشمل عدداً من العلماء، وتبدأ بتنبؤ Dmitri Mendeleev المذهل وتنتهي بعزل Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran للعنصر فعلياً. ففي عام 1871، تنبأ Mendeleev بوجود عنصر مجهول أطلق عليه اسم "eka-aluminum" استناداً إلى الفجوات في جدوله الدوري، وتنبأ بدقة استثنائية بكتلته الذرية وكثافته وخصائصه الكيميائية. وتنبأ Mendeleev بأن تكون الكتلة الذرية لهذا العنصر نحو 68، وأن تكون له نقطة انصهار منخفضة، وأن يكون قادراً على تكوين مركبات مشابهة لمركبات الألومنيوم، وهي خصائص ثبتت دقتها بصورة لافتة لاحقاً. وحدث الاكتشاف الفعلي عام 1875، عندما كان الكيميائي الفرنسي Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran يجري تحليلاً طيفياً لخام الزنك من جبال البرانس. وأثناء فحص الطيف، لاحظ خطين بنفسجيين غير مألوفين لا يتوافقان مع أي عنصر معروف، مما دل على وجود عنصر جديد. وأطلق Lecoq de Boisbaudran على العنصر اسم "gallium" نسبةً إلى Gallia، الاسم اللاتيني لفرنسا، رغم أن بعض المصادر تشير إلى أن الاسم كان أيضاً تلاعباً باسمه هو، إذ تعني كلمة Lecoq "الديك" بالفرنسية، وتعني كلمة gallus "الديك" باللاتينية. وخلال أشهر من الاكتشاف الطيفي، نجح Lecoq de Boisbaudran في عزل عينة صغيرة من الغاليوم الفلزي بواسطة التحليل الكهربائي، مؤكداً خصائصه الفيزيائية. وقدمت المطابقة بين تنبؤات Mendeleev والخصائص الفعلية للغاليوم تأكيداً مذهلاً للقانون الدوري ولجدول Mendeleev الدوري. وأصبح هذا الاكتشاف واحداً من أشهر أمثلة التنبؤ العلمي في الكيمياء، إذ برهن على القوة التنبؤية للنظام الدوري. وأسهم عمل Lecoq de Boisbaudran الدقيق في عزل الغاليوم وتوصيفه في تحديد كثير من خصائصه الأساسية وسلوكياته الكيميائية التي لا تزال صحيحة حتى اليوم.