Галлий был предсказан Менделеевым в 1871 году, а открыт в 1875-м. Он знаменит своей низкой температурой плавления — около 29,8 °C, то есть ложка из галлия растает в чашке горячего чая. Но это еще не все. Галлий — один из немногих металлов, который становится плотнее при плавлении, а его атомы существуют в виде пар — димеров, что для металлов крайне необычно.
Еще более странно то, что галлий образует ковалентные связи — атомы делятся электронами, что типично для неметаллов, а не для металлов. До сих пор считалось, что при плавлении эти связи разрушаются и больше не восстанавливаются. Однако команда из из Оклендского университета (США), проанализировав данные измерений при разных температурах, обнаружила, что хотя связи действительно исчезают при плавлении, они возвращаются при дальнейшем нагреве жидкого галлия. Это полностью переворачивает представления о галлии, пишет Science Daily.
К тому же, исследователи предложили новое объяснение тому, почему галлий так легко плавится. Когда ковалентные связи разрываются, энтропия резко возрастает. Из-за этого атомы переходят в жидкое состояние при гораздо более низкой температуре, чем можно было бы ожидать. Иными словами, легкость плавления галлия — это плата за разрушение его необычной структуры.
Понимание того, как с температурой меняется структура галлия, критически важно для нанотехнологий, где из него создают жидкометаллические катализаторы и самоорганизующиеся структуры. В предыдущих проектах та же команда использовала жидкий галлий для кристаллизации цинка в замысловатые «снежинки». Кроме того, галлий широко применяется в полупроводниках, лазерных диодах, солнечных панелях и аэрокосмической отрасли — и новые знания помогут оптимизировать эти технологии.
В начале года ученые из США сообщили, что при экстремально высоких скоростях деформации металлы с более мелкими зернами, или микроскопическими кристаллитами, становятся мягче, а не тверже. Этот вывод противоречит классическому закону Холла — Петча, который на протяжении 70 лет учил, что уменьшение размера зерна всегда делает металл прочнее.
