Γάλλιο: η μπλε ακτίνα

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο γάλλιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μας ταξιδεύει και σε μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Κάθε τόσο βγαίνει και από αυτήν εδώ τη σειρά ότι υπάρχουν αρκετά στοιχεία στο Περιοδικό Σύστημα που βρίσκονται μέσα στο σπίτι σου αλλά δεν τους έχεις δώσει και τόση σημασία ως σήμερα. Ενα από αυτά είναι και το γάλλιο. Το 1997 μια νέα τεχνολογία αναδύθηκε που επέτρεπε μια ολόκληρη κινηματογραφική ταινία, με τα χρώματά της και τον ήχο της, να κλείνεται μέσα σε έναν δίσκο σε μέγεθος… τηγανίτας. Ηταν η εποχή του DVD. Το 2006 εμφανίστηκε μία ακόμη πιο προχωρημένη τεχνική εναποθήκευσης στοιχείων πάλι σε έναν τέτοιο δίσκο με το περίεργο και ανορθόγραφο όνομα Blu Ray. Αν θέλει ο καταναλωτής να απολαμβάνει την προβολή ενός έργου με εικόνα High Definition (HD) χρειάζεται ένα «χρωματολόγιο» (εύρος συχνοτήτων ή Bandwidth είναι το σωστό όνομα) πέντε φορές μεγαλύτερο και έναν δίσκο με πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα. Η κάθε μία μικροσκοπική πληροφορία που συγκροτεί τελικά το όλο σώμα οποιασδήποτε ταινίας είναι αποτυπωμένη στον λεπτό δίσκο με τη μορφή μιας μικρής κοιλότητας. Και έρχεται, όταν θέλουμε να αναπαραχθεί αυτή η πληροφορία, η κεφαλή ανάγνωσης να… ψηλαφίσει την πίσω πλευρά της κοιλότητας, το εξόγκωμα δηλαδή. Για την ανάγνωση του περιεχομένου των DVD χρησιμοποιείται μια κόκκινη ακτίνα λέιζερ. Για τα Blu Ray η ακτίνα είναι μπλε και έχει μήκος κύματος μικρότερο κατά το ένα τρίτο περίπου ως προς το μήκος κύματος της κόκκινης (650 νανόμετρα η κόκκινη, 405 νανόμετρα η μπλε). Οσο πιο μικρό το μήκος κύματος τόσο πιο μικρή χρειάζεται να είναι και η κάθε κοιλότητα. Ετσι από τα 0,74 εκατομμυριοστά του μέτρου μπόρεσαν να πάνε στα 0,32, άρα στον δίσκο με τεχνολογία Blu Ray χωρούν τουλάχιστον 25 Gigabytes, περίπου πέντε φορές περισσότερα από ό,τι στα DVD. Αυτή λοιπόν η μπλε και τόσο προικισμένη ακτίνα οφείλεται στο στοιχείο γάλλιο.

Με το όνομα έχουμε μια μικρή ιστορία με άρωμα συνωμοσίας. Το 1871 ο άνθρωπος που με αφάνταστη υπομονή είχε ξεκινήσει να χτίζει τον Πίνακα με τα Στοιχεία συστηματικά τοποθετημένα, ο Ντμίτρι Μεντελέγεφ, είχε προβλέψει ότι μετά το αργίλιο στη διπλανή ακριβώς θέση θα έπρεπε να υπάρχει ένα στοιχείο που τότε δεν είχε ανακαλυφθεί. Ο Μεντελέγεφ αμφισβητήθηκε πολύ έντονα διότι το «σύστημά» του ήταν εντελώς θεωρητικό. Τον Αύγουστο του 1875 ο Paul Emile le Coq de Boisbaudran, χωρίς να έχει ιδέα για την πρόβλεψη του συναδέλφου του, στο ιδιωτικό του εργαστήριο, παρατήρησε ότι σε ορυκτό υλικό που περιείχε κυρίως θείο και ψευδάργυρο (σφαλερίτης, ZnS), όταν του έκανε ηλεκτρόλυση σε διάλυμα υδροξειδίου του καλίου, υπήρχε και κάτι που έδινε στο φασματοσκόπιο στα 405 νανόμετρα και μια μπλε γραμμή στο φάσμα εκπομπής. Στις 6 Δεκεμβρίου του ιδίου έτους παρουσίαζε τα σχετικά με αυτό στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών και ονόμαζε το στοιχείο γάλλιο, από το όνομα Γαλλία, όπως σκέφθηκαν οι περισσότεροι. Οπου Γαλλία είναι το πώς αποκαλούσαν οι Ρωμαίοι τη γειτονική προς αυτούς περιοχή προς δυσμάς. Κάποιοι λίγοι όμως έκαναν μια πιο προχωρημένη σκέψη. Επειδή Le Coq σημαίνει στα γαλλικά κόκορας και στα λατινικά ο κόκορας είναι Gallus, μήπως ο πονηρός Boisbaudran είχε απαθανατίσει το δικό του όνομα στο γάλλιο;

Ατομικός αριθμός: 31

Ατομικό βάρος: 69.723

Σημείο τήξης: 29.7646^οC

Σημείο ζέσης: 2.403^οC

Πυκνότητα: 5,9 gr/cm³

Αριθμός ισοτόπων: 31

Είναι ένα μέταλλο με παράξενη συμπεριφορά. Λιώνει όταν το κρατήσεις στο χέρι μειώνοντας τον όγκο του. Επίσης, επειδή το σημείο ζέσης είναι στους 2.400 βαθμούς περίπου, σε όλη αυτή την περιοχή από 30 ως 2.400 μπορεί να είναι σε υγρή κατάσταση, κάτι που το κάνει κατάλληλο για θερμόμετρα υψηλών θερμοκρασιών.

Το γάλλιο έχει πυκνότητα 5,9 gr/cm³ στους 29,6 βαθμούς Κελσίου και 6,09 gr/cm³ μόλις δύο δέκατα του βαθμού πιο ψηλά, όπου έχει μετατραπεί σε υγρό!

Υπάρχει στον οργανισμό μας σε πολύ μικρές ποσότητες –ένας άνθρωπος 70 κιλών έχει στο σώμα του κανονικά μόλις 0,7 mgr. Μόνο σε αφύσικα μεγάλες ποσότητες σε σχέση με την καθημερινή δόση που μπορεί να πάρει ένας άνθρωπος από το περιβάλλον του έχει ως σήμερα αποδειχθεί ότι είναι τοξικό το γάλλιο. Αλλωστε δεν υπάρχει και τόσο πολύ εντελώς ελεύθερο. Πιο πολύ το βρίσκουμε σε μεταλλεύματα του αλουμινίου όπως ο βωξίτης και σε ανθρακικά ορυκτά. Οσο γάλλιο χρειαζόμαστε προκύπτει ως παραπροϊόν της παραγωγής ψευδαργύρου και χαλκού.

Το ραδιενεργό ισότοπο γάλλιο-67 με ημιζωή 78 ωρών χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό μελανωμάτων διότι έχει την τάση να συγκεντρώνεται εκεί όπου υπάρχουν τέτοιοι κακοήθεις σχηματισμοί.

Μια ένωση του γαλλίου με άζωτο δίνει ένα ημιαγωγό υλικό που έχει αποδειχθεί τεράστιας σημασίας και για τη βιομηχανία σε καιρό ειρήνης αλλά και για την πολεμική βιομηχανία. Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα ενισχυτών μικροκυμάτων και κεραιών για τα ραντάρ διότι σε αρκετά πιο χαμηλές ενέργειες και με λιγότερο θόρυβο λειτουργούν αυτές οι συσκευές έτσι ώστε στην κλίμακα αξιολόγησης του αμερικανικού υπουργείου Αμυνας να φθάνει κοντά στον (υψηλότατο) βαθμό 8.

Η ένωση αυτή είναι γνωστή πλέον ως GaN. Πιο πριν το γάλλιο ήταν γνωστό από το ημιαγωγό υλικό GaAs (αρσενικούχο γάλλιο), που χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται και στην κατασκευή των γνωστών μας φωτοηλεκτρικών διόδων LED (Light Emitting Diodes) αλλά και στην κατασκευή φωτοβολταϊκών κυκλωμάτων που έχουν σταλεί ως και στον πλανήτη Αρη. Αλλά η ένωση του γαλλίου με το άζωτο, το GaN, έρχεται δυναμικά στην παραγωγή. Στα μέταλλα η ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται να προσλάβει ένα ηλεκτρόνιο για να αποσπαστεί από το συγκεκριμένο άτομό του και να περιφέρεται μέσα στο κρυσταλλικό του πλέγμα είναι πολύ μικρή, λιγότερη από ένα δέκατο της μονάδας eV (ηλεκτρονιοβόλτ). Στους μονωτές είναι αρκετά πιο μεγάλη, 4 eV, γι’ αυτό και εκεί δεν κυκλοφορεί ρεύμα, ενώ στους ημιαγωγούς έχει ενδιάμεσο μέγεθος. Στο υλικό GaN η τιμή βρίσκεται στα 3 eV και αυτό ήταν κάτι που ζητούσαν καιρό οι βιομηχανίες διότι πλέον μπορούν να χρησιμοποιούνται ακτίνες μικροκυμάτων με ακόμη μεγαλύτερη ενέργεια και γι’ αυτό πέρα από τα Blu Ray επεκτάθηκαν οι εφαρμογές τους και στα ραντάρ και στα δίκτυα των κινητών τηλεφώνων.

Γιατί έτσι το θέλει να γράφεται η εταιρεία που δημιούργησε αυτόν τον δίσκο αποθήκευσης. Προφανώς το όνομά του προκύπτει από την μπλε ακτίνα του γαλλίου αλλά, όπως λένε οι ίδιοι, δεν θα μπορούσαν να κατοχυρώσουν εμπορικά τη λέξη «blue», οπότε έκοψαν το e και κατοχύρωσαν κάτι λειψό έστω αλλά εντελώς κατασκευασμένο.

Χρησιμοποιείται σε τεράστιες ποσότητες για την ανίχνευση των τόσο φευγάτων αυτών σωματιδίων που μας στέλνει με εντατικούς ρυθμούς ο Ηλιος αλλά δύσκολα παγιδεύονται εδώ στη Γη. Στην Ιταλία, στα Laboratori Nazionali di Gran Sasso, χρησιμοποιήθηκε γάλλιο-71 με τη μορφή διαλύματος χλωριούχου γαλλίου. Διότι, αν ένα νετρίνο τύχει να αντιδράσει με γάλλιο-71, εκπέμπεται τελικά ένα ηλεκτρόνιο και προκύπτει γερμάνιο-71, ένα ραδιενεργό ισότοπο με χρόνο ημιζωής 11,43 ημερών.