Quase 150 anos depois que o gálio foi descoberto e adicionado à tabela periódica, cientistas da Universidade de Auckland descobriram detalhes até então desconhecidos sobre a estrutura e o comportamento atômico do metal.
O gálio foi descoberto em 1875 pelo químico francês Paul Emile Lecoq de Boisboudran. É mais conhecido por seu ponto de fusão incomumente baixo, que permite que uma colher de chá de gálio derreta em uma xícara de chá quente. Os metais também desempenham um papel essencial nos semicondutores e em muitas tecnologias eletrônicas modernas.
Os resultados recentemente relatados centram-se na forma como o gálio se comporta a nível atómico, revelando propriedades que desafiam a compreensão científica há décadas.
Até mesmo um metal estranho com comportamento atômico desconhecido
O gálio já se destaca da maioria dos metais de diversas maneiras. Os seus átomos associam-se naturalmente em “dímeros”, o que significa que existem como pares ligados. É uma das poucas substâncias menos densas no estado sólido do que no líquido, muito parecido com o gelo flutuando na água.
Outra propriedade incomum é que o gálio forma “ligações covalentes”, onde os átomos compartilham elétrons. Este tipo de ligação é muito mais comum em não metais do que em metais.
Os cientistas há muito acreditam que essas ligações covalentes desaparecem quando o gálio derrete. No entanto, novas pesquisas mostram que, embora as ligações desapareçam no ponto de fusão, elas retornam inesperadamente quando o líquido é aquecido a temperaturas ainda mais altas.
Esta descoberta derruba uma hipótese há muito aceita e sugere uma nova explicação para o ponto de fusão notavelmente baixo do gálio. Os pesquisadores propõem que, quando as ligações se rompem, o aumento resultante da entropia, uma medida de desordem, libera átomos e facilita sua fusão.
“Trinta anos de literatura sobre a estrutura do gálio líquido apresentam uma suposição fundamental que claramente não é verdadeira”, disseram Waipapa Tumata Rau, da Universidade de Auckland, e o professor Nicola Gaston, do Instituto McDiarmid de Materiais Avançados e Nanotecnologia.
Revisitando décadas de pesquisa
Este estudo foi conduzido pela Dra. Steph Lambie, agora pesquisadora de pós-doutorado no Instituto Max Planck de Pesquisa do Estado Sólido na Alemanha, pela professora Nicola Gaston e pela Dra. Christa Steenbergen da Victoria University of Wellington e do MacDiarmid Institute.
Essa descoberta ocorreu enquanto Lambie estava concluindo seu doutorado na Universidade de Auckland e no Instituto MacDiarmid. Ao revisar cuidadosamente décadas de pesquisas publicadas e comparar medições coletadas em diferentes temperaturas, Lambie reuniu um quadro mais completo do comportamento do gálio.
Os resultados são publicados Horizonte material Em um artigo intitulado “Resolvendo Décadas de Controvérsia: O Papel Surpreendente da Coerência de Alta Temperatura na Estrutura do Gálio Líquido”.
Entendendo por que o gálio é importante
Uma melhor compreensão de como o gálio muda com a temperatura poderia beneficiar a nanotecnologia, onde os investigadores manipulam a matéria numa escala extremamente pequena para criar novos materiais com propriedades especiais.
O gálio também é valioso porque pode dissolver outros metais, tornando-o útil para fazer catalisadores de metal líquido e “estruturas automontadas”, onde materiais deformados se organizam espontaneamente em formas ordenadas.
Em um projeto anterior, Gaston, Lambie e Steenbergen usaram gálio líquido para cristalizar zinco em estruturas complexas de “flocos de neve”.
Dos elementos previstos à tecnologia moderna
As previsões foram feitas antes da descoberta do gálio. Em 1871, o químico russo Dmitri Mendeleev criou a primeira tabela periódica, organizando os elementos em ordem crescente de número atômico e deixando intencionalmente espaços em branco para elementos que ele acreditava ainda não terem sido descobertos. Mais tarde, o gálio preencheu uma dessas lacunas previstas.
O metal é extraído de minerais e rochas como a bauxita e não ocorre naturalmente em sua forma pura. Hoje, o gálio é amplamente utilizado em semicondutores, equipamentos de telecomunicações, LEDs, diodos laser, painéis solares, computação de alto desempenho, indústrias aeroespacial e de defesa, e como uma alternativa mais segura ao mercúrio em termômetros.
Os pesquisadores estão investigando se o gálio poderia ajudar a detectar sinais de vida antiga em Marte. Cientistas da Escola de Meio Ambiente da Universidade e do Te Ao Marama – Centro de Investigação Fundamental estão investigando se o metal pode preservar vestígios de vida microbiana passada como ‘impressões digitais’ químicas.
O nome gálio deriva do antigo nome latino Gália para França, homenageando a nacionalidade de seu descobridor.
