Kov, ktorý sa ti roztopí v ruke, vedcov opäť prekvapil. Po 150 rokoch odhalili jeho ďalšie tajomstvo
Gálium je zvláštny kov, ktorý sa dokáže roztopiť už v ľudskej ruke. Vedci teraz odhalili nové vlastnosti gália a jeho nečakané správanie na úrovni atómov.
Gálium patrí medzi najzvláštnejšie kovy v periodickej tabuľke. Na rozdiel od väčšiny kovov sa môže roztopiť už pri teplote približne 30 °C, takže ho dokáže roztaviť aj teplo ľudskej ruky. Práve preto sa často spomína experiment s „gáliovou lyžičkou“, ktorá sa v horúcom nápoji postupne rozpustí.
Vedci však teraz zistili, že tento kov ukrýva ešte väčšie prekvapenie. Takmer 150 rokov po jeho objavení výskumníci z Univerzity v Aucklande odhalili vlastnosti, ktoré menia doterajšie predstavy o tom, ako sa gálium správa na úrovni atómov.
Kov, ktorý sa nespráva ako ostatné
Gálium objavil v roku 1875 francúzsky chemik Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Už vtedy zaujal svojimi nezvyčajnými vlastnosťami. Väčšina kovov má pri tuhom stave vyššiu hustotu než v kvapalnej forme. Gálium však robí opak. Keď stuhne, jeho objem sa zväčší a pevné gálium má nižšiu hustotu ako tekuté. V tomto smere sa podobá vode, pri ktorej ľad pláva na hladine. Ďalšia zvláštnosť súvisí so spôsobom, akým sa jeho atómy spájajú. Vedci zistili, že gálium v pevnej aj kvapalnej forme vytvára takzvané diméry, dvojice atómov spojených dohromady.
Takéto správanie nie je pri kovoch bežné. Atómy kovov sa väčšinou spájajú iným spôsobom a vytvárajú rozsiahlu kovovú štruktúru. Práve táto vlastnosť robí gálium zaujímavým materiálom pre vedcov, ktorí skúmajú nové typy kovov a materiálov.
Nový objav zmenil pohľad na jeho topenie
Najväčšie prekvapenie prinieslo skúmanie toho, čo sa deje pri zvyšovaní teploty. Vedci dlhé roky predpokladali, že pri roztavení gália sa špeciálne väzby medzi atómami rozpadnú a už sa nevrátia. Nový výskum však ukázal, že to nie je úplne pravda. Tieto väzby síce zmiznú pri teplote topenia, no pri ešte vyšších teplotách sa opäť objavia. Tento objav odporuje doterajším predstavám o štruktúre tekutého gália. Výskumníci preto musia hľadať nové vysvetlenie, prečo má tento kov tak nízku teplotu topenia.
Neprehliadni
Jedným z možných vysvetlení je výrazný nárast entropie. Jednoducho povedané, keď sa väzby medzi atómami rozpadnú, atómy získajú viac voľnosti a systém sa stane neusporiadanejším.
„Tridsať rokov vedeckej literatúry o štruktúre tekutého gália stálo na základnom predpoklade, ktorý sa ukázal ako nesprávny,“ hovorí profesorka Nicola Gaston.
Podľa vedcov tento objav ukazuje, že aj dobre preskúmané prvky môžu stále skrývať nečakané vlastnosti. Na výskume pracovala doktorka Steph Lambie, profesorka Nicola Gaston a doktorka Krista Steenbergen z Univerzity vo Victorii vo Wellingtone. Zaujímavé je, že kľúč k objavu neviedol iba cez nové experimenty. Lambie počas doktorandského štúdia podrobne prešla vedecké práce z predchádzajúcich desaťročí a porovnala údaje o správaní gália pri rôznych teplotách.
Práve takto sa podarilo poskladať obraz, ktorý ukázal rozdiel medzi zaužívanými predstavami a skutočným správaním kovu.
Gálium patrí medzi dôležité kovy
Možno sa zdá, že ide iba o zaujímavú vlastnosť jedného zvláštneho kovu. Gálium však má praktické využitie v modernej technike. Používa sa napríklad pri výrobe polovodičov, LED diód, laserových diód, solárnych panelov či zariadení pre telekomunikácie. Využitie nachádza aj v oblasti výkonných počítačov, letectva a ďalších technológií.
Vedci skúmajú gálium aj preto, že dokáže rozpúšťať iné kovy. Táto vlastnosť umožňuje vytvárať kvapalné kovové katalyzátory alebo materiály, ktoré sa dokážu samostatne usporiadať do určitých štruktúr. V minulosti napríklad výskumníci vytvorili štruktúry podobné „zinkovým vločkám“ tým, že nechali zinok kryštalizovať v tekutom gáliu.
Gálium predpovedal už tvorca periodickej tabuľky
Zaujímavosťou je, že gálium bolo predpovedané ešte pred jeho objavením. Keď ruský chemik Dmitrij Mendelejev vytvoril prvú periodickú tabuľku prvkov v roku 1871, nechal v nej voľné miesta pre prvky, ktoré vtedy ešte vedci nepoznali. Jedným z nich bolo práve gálium.
V prírode sa gálium nenachádza ako čistý kov. Vedci ho získavajú najmä z minerálov a hornín, napríklad z bauxitu, ktorý sa využíva aj pri výrobe hliníka. Zaujímavé využitie môže mať aj pri výskume vesmíru. Niektorí vedci skúmajú, či by gálium mohlo pomôcť pri hľadaní stôp dávneho života na Marse. Jeho chemické vlastnosti by totiž mohli uchovať určité znaky minulých biologických procesov.
Výskum z Aucklandu tak ukázal, že ani prvky známe celé generácie nemusia byť úplne pochopené. Gálium síce zostáva kovom, ktorý sa dokáže roztopiť v ruke, no jeho správanie na úrovni atómov je oveľa zložitejšie, než vedci predpokladali.
