Casi 150 años después de que el galio fuera descubierto y agregado a la tabla periódica, los científicos de la Universidad de Auckland han descubierto detalles previamente desconocidos sobre la estructura atómica y el comportamiento del metal.
El galio fue descubierto en 1875 por el químico francés Paul Emile Lecoq de Boisboudran. Es mejor conocido por su punto de fusión inusualmente bajo, que permite que una cucharadita de galio se derrita en una taza de té caliente. Los metales también desempeñan un papel esencial en los semiconductores y en muchas tecnologías electrónicas modernas.
Los resultados recientemente informados se centran en cómo se comporta el galio a nivel atómico, revelando propiedades que han desafiado la comprensión científica durante décadas.
Incluso un metal extraño con un comportamiento atómico desconocido
El galio ya se distingue de la mayoría de los metales de varias maneras. Sus átomos se asocian naturalmente en “dímeros”, lo que significa que existen como pares enlazados. Es una de las pocas sustancias que es menos densa en estado sólido que en líquido, muy parecida al hielo que flota sobre el agua.
Otra propiedad inusual es que el galio forma “enlaces covalentes”, donde los átomos comparten electrones. Este tipo de enlace es mucho más común en los no metales que en los metales.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que esos enlaces covalentes desaparecen cuando el galio se derrite. Sin embargo, una nueva investigación muestra que, si bien los enlaces desaparecen en el punto de fusión, regresan inesperadamente cuando el líquido se calienta a temperaturas aún más altas.
Este descubrimiento anula una hipótesis aceptada desde hace mucho tiempo y sugiere una nueva explicación para el punto de fusión notablemente bajo del galio. Los investigadores proponen que cuando los enlaces se rompen, el aumento resultante de la entropía, una medida de desorden, libera átomos y facilita su fusión.
“Treinta años de literatura sobre la estructura del galio líquido parten de una suposición fundamental que claramente no es cierta”, dijeron Waipapa Tumata Rau de la Universidad de Auckland y la profesora Nicola Gaston del Instituto McDiarmid de Materiales Avanzados y Nanotecnología.
Revisando décadas de investigación
Este estudio fue realizado por la Dra. Steph Lambie, ahora investigadora postdoctoral en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Alemania, la profesora Nicola Gaston y la Dra. Christa Steenbergen de la Universidad Victoria de Wellington y el Instituto MacDiarmid.
Este gran avance se produjo mientras Lambie completaba un doctorado en la Universidad de Auckland y el Instituto MacDiarmid. Al revisar cuidadosamente décadas de investigaciones publicadas y comparar mediciones recopiladas a diferentes temperaturas, Lambie logró obtener una imagen más completa del comportamiento del galio.
Se publican los resultados Horizonte material En un artículo titulado “Resolver décadas de controversia: el sorprendente papel de la coherencia de alta temperatura en la estructura del galio líquido”.
Comprender por qué es importante el galio
Una mejor comprensión de cómo el galio cambia con la temperatura podría beneficiar a la nanotecnología, donde los investigadores manipulan la materia a una escala extremadamente pequeña para crear nuevos materiales con propiedades especiales.
El galio también es valioso porque puede disolver otros metales, lo que lo hace útil para fabricar catalizadores de metales líquidos y “estructuras autoensambladas”, donde los materiales deformados se organizan espontáneamente en formas ordenadas.
En un proyecto anterior, Gaston, Lambie y Steenbergen utilizaron galio líquido para cristalizar zinc en estructuras complejas de “copos de nieve”.
De los elementos predichos a la tecnología moderna
Las predicciones se hicieron antes de que se descubriera el galio. En 1871, el químico ruso Dmitri Mendeleev creó la primera tabla periódica, ordenando los elementos en orden creciente de número atómico y dejando intencionalmente espacios en blanco para los elementos que creía que aún no se habían descubierto. Posteriormente, el galio llenó uno de esos vacíos previstos.
El metal se extrae de minerales y rocas como la bauxita y no se encuentra naturalmente en su forma pura. Hoy en día, el galio se utiliza ampliamente en semiconductores, equipos de telecomunicaciones, LED, diodos láser, paneles solares, informática de alto rendimiento, industrias aeroespacial y de defensa, y como una alternativa más segura al mercurio en los termómetros.
Los investigadores están investigando si el galio podría ayudar a detectar signos de vida antigua en Marte. Científicos de la Escuela de Medio Ambiente de la Universidad y del Centro de Investigación Fundamental Te Ao Marama están investigando si el metal puede conservar rastros de vida microbiana pasada en forma de “huellas dactilares” químicas.
El nombre galio deriva del antiguo nombre latino Galia para Francia, en honor a la nacionalidad de su descubridor.
