Galyum kimyasal elementi 31 atom numarasına ve Ga işaretine sahiptir. Galyum, periyodik çizelgenin 13. grubuna (alüminyum, indiyum ve talyum) ait bir metaldir ve ilk olarak 1875 yılında Fransız kimyager Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedilmiştir. .
Normal sıcaklık ve basınçta, elementel galyum dövülebilir, gümüşi bir metaldir. Sıvı haldeyken inci beyazına döner. Katı haldeki galyum, yeterli güç uygulandığında konkoid olarak kırılabilir. Galyum, 1875 yılında keşfedildiğinden beri düşük erime noktalı alaşımlar oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Yarı iletken alt tabakalarda bir katkı maddesi olarak transistörlerde de kullanılmaktadır.
Sıcaklık referans noktası galyumun erime noktasıdır. Cıvanın yerine daha güvenli ve çevre dostu bir alternatif olan galyum alaşımları, daha yüksek sıcaklıklara dayanabildikleri için termometrelerde kullanılmaktadır. Galinstan alaşımının (ağırlıkça %62-95 galyum, %5-22 indiyum ve %0-16 kalay) 19 °C ile suyun donma noktasından bile daha düşük bir erime noktasına sahip olduğu bildirilmektedir. Ancak, bu erime noktası aslında aşırı soğuma nedeniyle donma noktası olabilir.
Doğada galyum serbest bir element olarak bulunmaz; bunun yerine çinko cevherlerinde ve boksitte galyum(III) bileşikleri olarak eser miktarlarda bulunur. Elementel galyum, insan vücudunun ortalama sıcaklığı olan 37,0 °C’de bir kişinin elinde erir ve 29,76 °C’den daha yüksek sıcaklıklarda sıvı haldedir.
Elektronik, galyum için birincil uygulamadır. Elektronikte kullanılan galyumun ana moleküler formu, kızılötesi, yüksek hızlı anahtarlama ve mikrodalga devrelerinde kullanılan galyum arsenittir. Mavi ve mor ışık yayan diyotlar ve diyot lazerler sırasıyla yarı iletken galyum nitrür ve indiyum galyum nitrürden yapılır. Ayrıca galyum, süs eşyaları için sentetik gadolinyum galyum garnet yapımında kullanılır. Frontiers Media ve Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Tıp Kütüphanesi’ne göre galyum, elektronik için çok önemli bir bileşendir.
Galyumun yaşamda bilinen doğal bir işlevi yoktur. Biyolojik sistemlerde galyum(III) ferrik tuzlara benzer şekilde hareket eder ve bazı farmasötik ve radyofarmasötik ürünlerde tıbbi amaçlarla kullanılmıştır.
Galyumun Fiziksel Özellikleri
Doğada bulunmamasına rağmen, elementel galyum eritme yoluyla kolayca üretilebilir. Çok saf bir metal olan gümüşi mavi galyum sıkıştırıldığında cam gibi kırılır. Galyum sıvısı katılaştığında %3,10 oranında genleşir, bu nedenle cam veya metal kaplarda tutulmamalıdır, çünkü galyum hal değiştirirse ve kap değişirse kırılabilirler. Su, silikon, germanyum, bizmut ve plütonyum galyum ile yüksek yoğunluklu sıvı formunu paylaşan maddelerden sadece birkaçıdır.
Çoğu metal ve galyum birleşerek alaşımlar oluşturur. Çelik, çelik-çinko alaşımları ve alüminyum dahil olmak üzere bazı metallerin tane sınırlarına veya çatlaklarına kolayca yayılır ve sıvı metal gevrekleşmesi olarak bilinen ciddi bir mukavemet ve süneklik kaybına neden olur.
302,9146 K (29,7646 °C) olan galyumun erime noktası oda sıcaklığının hemen üzerindedir ve kabaca Dünya’nın orta enlemlerindeki tipik yaz mevsimi gündüz sıcaklıklarına eşittir. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu’nun 1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği (ITS-90), resmi sıcaklık referans değerlerinden biri olarak bu erime noktasını (MP) içerir. (BIPM). ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) erime noktası yerine galyumun 302,9166 K (29,7666 °C) olan üçlü noktasını kullanmayı tercih etmektedir.
Galyum, çıkarıldığında katılaşmadan önce insan elinin onu eritmesini sağlayan bir erime sıcaklığına sahiptir. Sıvı metalin erime veya donma noktasının altında aşırı soğuması için güçlü bir eğilim vardır: 90 K’nin altında, Ga nanoparçacıkları sıvı halde tutulabilir. Donma süreci bir taşla tohumlama yapılarak hızlandırılır. Sezyum, rubidyum ve cıva ile birlikte galyum, standart oda sıcaklığında veya buna yakın sıcaklıklarda sıvı halde olduğu bilinen radyoaktif olmayan dört elementten biridir. Galyum bu dört element arasında cam içinde metal yüksek sıcaklık termometrelerinde kullanılabilen tek elementtir çünkü ne yüksek derecede reaktiftir (rubidyum ve sezyum gibi) ne de aşırı derecede toksiktir (cıva gibi).
Herhangi bir metalin en geniş sıvı aralıklarından birine sahip olması ve yüksek sıcaklıklarda (cıvanın aksine) düşük buhar basıncına sahip olmasıyla dikkat çekicidir. Herhangi bir elementin erime noktası ile kaynama noktası arasındaki en yüksek oran olan galyumun 2673 K’lik kaynama noktası, mutlak ölçekte erime noktasından yaklaşık dokuz kat daha büyüktür. Sıvı galyum metali cıvadan önemli ölçüde daha az zehirli olmasına ve çok daha az güvenlik önlemi gerektirmesine rağmen, cıvanın aksine camı, cildi ve diğer birçok malzemeyi ıslattığı için mekanik olarak kullanımı daha zordur. Cam üzerine boyanmış galyumdan yapılmış ayna göz kamaştırıcıdır. Galyum metal numuneleri, metal kontaminasyonu ve donma-genişleme sorunlarının yanı sıra bu nedenle tipik olarak diğer kapların içindeki polietilen paketlerde sağlanır.
Basit kristal şekillerinden herhangi biri galyumun kristalleşmesine izin vermez. Tipik birim hücresinde 8 atom bulunan ortorombik faz, olağan koşullar altında kararlı fazdır. Birim hücredeki her atomun sadece bir tane en yakın arkadaşı vardır. (244 pm mesafede). Son altı birim hücre komşusu mesafeye göre eşleştirilir ve 27, 30 ve 39 pm daha aralıklıdır. Sıcaklık ve basınç çok çeşitli kararlı ve metastabil aşamaları etkiler.
En yakın iki komşu kovalent olarak bağlandığından, Ga2 dimerleri kristalin temel bileşenleri olarak düşünülür. Bu, iki yakın metal olan indiyum ve alüminyumun neden indiyumdan daha düşük erime noktalarına sahip olduğunu açıklar.
Galyum atomlarının çekirdekten 4s elektronlarından daha uzakta olan yalnız 4p elektronları ile [Ar]3d10 çekirdeği arasındaki etkileşimler, iyotunkine şaşırtıcı derecede benzeyen bu yapının oluşmasına neden olabilir. Cıvanın oda sıcaklığında sıvı olan “sözde soygaz” [Xe]4f145d106s2 elektron konfigürasyonu bu olayın tekrarlanmasına neden olur. 3d10 elektronları dış elektronları çekirdekten korumada çok etkili olmadığından, galyum alüminyumdan daha yüksek bir ilk iyonlaşma enerjisine sahiptir.
Ga2 dimerleri sıvı halde kalmaz ve sıvı galyumun yapısı karmaşık ve düşük koordinasyonludur; her bir galyum atomu çoğu sıvı metal için tipik olan 11-12 komşu yerine 10 komşuya sahiptir.
Galyumun doğrusal ve hacimsel termal genleşme katsayıları önemli ölçüde farklıdır çünkü metalin fiziksel özellikleri son derece anizotropiktir, yani a, b ve c olmak üzere üç ana kristalografik eksen boyunca farklı değerlere sahiptirler.
Galyumun özellikle erime noktasına yakın yüksek bir sıcaklık bağımlılığı vardır. Örneğin, erime termal genleşme katsayısının yüzde birkaç yüz artmasına neden olur.
Galyum Elementinin İzotopları
Galyumun bilinen 31 izotopu vardır ve kütleleri 56 ile 86 arasında değişir. Sadece doğal olarak oluşan iki kararlı galyum atomu, galyum-69 ve galyum-71, mevcuttur. Galyum-69, doğal galyumun yaklaşık %60,1’ini ve geri kalan %39,9’unu oluşturan galyum-71’den daha yaygındır. En uzun ömürlü radyoaktif element galyum-67’dir ve geri kalanların hepsi radyoaktiftir. (yarılanma ömrü 3.261 gün). En hafif birkaçı (kütle numaraları 56-59) hızlı proton emisyonu yoluyla bozunsa da, galyum-69’dan daha hafif izotoplar tipik olarak beta artı bozunumu (pozitron emisyonu) veya çinko izotoplarına elektron yakalama yoluyla bozunur.
Galyum-70 hem beta eksi bozunmaya hem de elektron yakalamaya uğrayabilirken, galyum-71 gibi daha ağır izotoplar beta eksi bozunma (elektron emisyonu) yoluyla bozunur ve potansiyel olarak gecikmeli nötron emisyonu ile germanyum izotoplarına dönüşür. Hafif izotoplar arasında galyum-67, bozunma enerjisi pozitron emisyonuna izin vermek için yetersiz olduğundan, bozunma modu olarak yalnızca elektron yakalamaya maruz kalması bakımından sıra dışıdır.[27] Nükleer tıp, her ikisi de 67,7 dakikalık bir yarı ömre sahip olan galyum-67 ve galyum-68’i kullanır.
Kaynak: Wikipedia
