teória
Kov, ktorý sa topí v dlani
Gálium (Ga) je chemický prvok s protónovým číslom 31, ktorý patrí do 13. skupiny periodickej sústavy, hneď pod hliník. Je to striebristo lesklý kov, ktorý má jednu výnimočnú vlastnosť: jeho teplota topenia je len 29,76 °C.
Teplota ľudskej ruky je vyššia, a preto ak kúsok gália podržíme v dlani, po chvíli sa zmení na striebornú tekutinu podobnú ortuti. Ide o fyzikálnu zmenu, mení sa len skupenstvo, látka zostáva stále gáliom. Po vychladnutí gálium opäť stuhne.
Na rozdiel od ortuti sa gálium pri správnej manipulácii nepovažuje za nebezpečné pre človeka. Zato sa na pokožke aj na povrchoch „lepí“: zmáča sklo aj pokožku a zanecháva na nich sivé stopy.
teória
Prečo sa gálium pri tuhnutí rozpína?
Väčšina látok pri tuhnutí zmenšuje svoj objem. Gálium je jednou z mála výnimiek. Podobne ako voda pri tuhnutí svoj objem zväčšuje, približne o 3,1 %. Tuhé gálium má teda menšiu hustotu ako kvapalné.
Z tohto dôvodu by sa gálium nikdy nemalo skladovať v sklenených alebo kovových nádobách, pri stuhnutí by ich mohlo roztrhnúť. Bezpečnejšie sú pružné plastové nádobky.
teória
Čo robí gálium s hliníkom?
Gálium má schopnosť prenikať do kryštálovej štruktúry iných kovov, najmä hliníka. Kvapalné gálium sa šíri pozdĺž hraníc kryštálových zŕn hliníka a narúša súdržnosť kovu. Tento proces sa nazýva krehnutie (presnejšie krehnutie kovu tekutým kovom).
Ak kvapnete tekuté gálium na hliníkový plech alebo predmet (napríklad plechovku od nápoja), hliník stratí svoju štrukturálnu integritu a po čase ho dokážete rozdrviť v rukách ako papier. Presne tento jav využívame v pokuse Ako si chemik otvára plechovku.
chémia v praxi
Gálium v praxi
Hoci je čisté gálium v bežnom živote skôr raritou, v priemysle je kľúčové:
- Polovodiče: Najväčšia časť produkcie ide do výroby arzenidu gália (GaAs) a nitridu gália (GaN). Tieto zlúčeniny sú v niektorých ohľadoch efektívnejšie ako kremík pri prenose elektrónov a používajú sa v čipoch pre smartfóny, v laserových diódach a v 5G technológiách.
- LED diódy: Zlúčeniny gália stoja za zrodom a rozvojom svetlo emitujúcich diód (LED), napríklad modré a biele LED sú založené na nitride gália.
- Teplomery: Zliatina gália, india a cínu (známa ako Galinstan) je kvapalná aj pri izbovej teplote a používa sa ako bezpečná náhrada jedovatej ortuti v lekárskych teplomeroch. Ako sa správa kvapka tejto zliatiny, uvidíte v pokuse Galistan a jeho pohyb. Viac o zliatinách nájdete v lekcii Zliatiny.
čo budete potrebovať
Pomôcky
- kúsok čistého gália (v plastovej nádobke)
- kadička s teplou vodou (na roztopenie gália)
- Petriho miska alebo hodinové sklo
- plastová pipeta alebo injekčná striekačka
- jednorazové rukavice
- voliteľne: kúsok hliníkovej fólie alebo plechovka na ukážku krehnutia
krok za krokom
Postup
- Kúsok tuhého gália položte na Petriho misku a prezrite si jeho lesk a tvar.
- Gálium (v rukaviciach) podržte v dlani alebo nádobku s gáliom ponorte do kadičky s teplou vodou. Pozorujte, ako sa kov mení na lesklú kvapalinu.
- Roztopené gálium vylejte na Petriho misku a nechajte ho vychladnúť. Pozorujte, ako opäť tuhne.
- Voliteľne: kvapku tekutého gália naneste na očistený hliník a po niekoľkých minútach vyskúšajte jeho pevnosť (podrobný postup je v pokuse Ako si chemik otvára plechovku).
pozor
Bezpečnosť
- Gálium síce nie je jedovaté ako ortuť, no pracujte s ním v rukaviciach, lebo ľahko zašpiní pokožku a nemá sa dostať do úst ani do očí. Po práci si umyte ruky.
- Používajte ochranné okuliare.
- Gálium nesmie prísť do kontaktu s hliníkovými predmetmi, náradím, šperkami ani elektronikou, nevratne ich poškodí.
- Gálium neskladujte v sklenených ani kovových nádobách, pri tuhnutí ich môže roztrhnúť.
- Zvyšky gália zozbierajte a uložte späť do nádobky, nevylievajte ich do výlevky.
tipy a zaujímavosti
Doplňujúce info
- Gálium sa často dá podchladiť: aj pod teplotou topenia môže istý čas zostať kvapalné. Stuhne, keď doň pridáte malý kryštálik tuhého gália.
- Tekuté gálium zmáča sklo a ulpieva na ňom, preto sa z nádobky ťažko vylieva do poslednej kvapky.
- Aj ďalšie kovy sa správajú neobvykle: mäkké alkalické kovy sa dajú krájať nožom, ortuť je kvapalná už pri izbovej teplote.