แกลเลียมคืออะไร?
แกลเลียม (gallium) มีสัญลักษณ์ธาตุ Ga ถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2418 (1875) โดยจุดหลอมเหลวของแกลเลียมจะอยู่ที่ 29.8 องศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่ามันจะหลอมละลายเป็นแอ่งน้ำสีเงินในมือของคุณได้อย่างง่ายดาย และเมือละลายแกลเลียมจะดูเหมือนปรอทมาก แต่แกลเลียมไม่เป็นพิษเหมือนปรอท ดังนั้นในการใช้งานจึงปลอดภัยกว่ามาก
แต่แกลเลียมเป็นมากกว่าธาตุที่แปลกประหลาด ที่เอาไว้โชว์หลอมละลายในมือผ่านยูทูป เพราะความจริงมันเป็นธาตุที่มีค่ามาก ทั้งใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญในไฟ LED หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สำหรับไมโครชิปที่ทรงพลังในสมาร์ทโฟน สิ่งเดียวที่จะหยุดแกลเลียมจากการครองโลกอิเล็กทรอนิกส์ได้ก็คือ มันหายากและมีราคาแพงมากเมื่อเทียบกับซิลิคอน …และผู้ถือครองแกลเลียมรายใหญ่ที่สุดในโลกก็คือจีน
แกลเลียมบริสุทธิ์ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ?
แกลเลียมบริสุทธิ์ไม่มีอยู่ในรูปของธาตุในธรรมชาติ เพื่อให้ได้แกลเลียมมา เราจำเป็นต้องสกัดจากแร่ธาตุอื่น เช่น สกัดผ่านกระบวนการทางเคมีหลายขั้นตอน โดยจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐฯ พบว่าแกลเลียมในเปลือกโลกมีปริมาณอยู่ที่ 19 ส่วนต่อล้านส่วน ในขณะที่ซิลิคอนมีอยู่ 282,000 ส่วนต่อล้านส่วน นี่แสดงให้เห็นถึงความหายากของแกลเลียม
ในปี พ.ศ. 2418 (1875) มนุษย์คนแรกที่แยกและรู้จักแกลเลียมเป็นองค์ประกอบใหม่คือ นักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อ บอยสโบดราน (Boisbaudran) เขาตั้งชื่อมันว่าแกลเลียม (Gallium) ตามชื่อภาษาละตินของฝรั่งเศสว่าแกลเลีย “Gallia” เป็นธาตุอยู่ระหว่าง อะลูมิเนียม (Al) และ อินเดียม (In) ในตารางธาตุของเมนเดลีฟ (Mendeleev)
แต่! ก่อนการค้นพบนี้ 4 ปี นักเคมีชาวรัสเซียชื่อ ดมิทรี เมนเดลีฟ (Dmitri Mendeleev) ผู้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ “บิดาแห่งตารางธาตุ” ได้ทำนายการมีอยู่ของแกลเลียม ด้วยการอนุมานจากตารางธาตุ ..เขารู้ว่ามีช่องว่างของธาตุรองจากอะลูมิเนียม ..และแล้วเมนเดลีฟก็คิดถูก มันมีอยู่จริงๆ
องค์ประกอบที่มีจุดวิกฤตเป็นเอกลักษณ์
นี่เป็นข้อเท็จจริงที่น่าสนใจและค่อนข้างแปลกประหลาดเกี่ยวกับแกลเลียม แม้ว่ามันจะละลายที่อุณหภูมิเพียง 29.8 องศาเซลเซียส แต่มันจะไม่เดือดจนกว่าจะแผดเผาให้ร้อนถึง 2,204 องศาเซลเซียส แต่ทำไมจึงเกิดเรื่องแบบนี้เกิดขึ้น?
“แกลเลียมสับสน” ดาเนียล มินดิโอลา (Daniel Mindiola) ศาสตราจารย์ด้านเคมีแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย กล่าวว่า “มันละลายที่อุณหภูมิต่ำซึ่งสอดคล้องกับธาตุเบา แต่จะเดือดที่อุณหภูมิสูงมากซึ่งสอดคล้องกับธาตุที่หนักมาก แกลเลียมไม่ทราบว่าต้องการเป็นโลหะหรืออโลหะกันแน่”
บุคลิกภาพแบบคู่ของแกลเลียม เกิดจากตำแหน่งที่อยู่บนตารางธาตุระหว่างสองกลุ่มที่เรียกว่า เมทัลลอยด์ (metalloids) และ โพส-แทรนซิซเชิน-เมทัล (post-transition metals) …แกลเลียมอยู่ในแนวเดียวกันกับอะลูมิเนียม แต่อะตอมของมันเป็น “อิสระ” มากกว่าฟอยล์ที่เป็นมันเงา และอลูมิเนียมนั้น “นำไฟฟ้า” ได้ดี ซึ่งเป็นลักษณะของโลหะ
และก็เป็นเช่นเดียวกับซิลิคอน แกลเลียมเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่ก็ไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน นั่นคือสิ่งที่ทำให้เมทัลลอยด์เหล่านี้ เป็นตัวเลือกหลักสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งจำเป็นต้องควบคุมการไหลของไฟฟ้า “แกลเลียมเป็นวัสดุกึ่งตัวนำในอุดมคติ มันดีกว่าซิลิคอน ปัญหาคือมันหายากจึงมีราคาแพงกว่า”
ด้วยการใช้กระบวนการผลิตในปัจจุบัน เวเฟอร์ของแกลเลียม อาร์เซไนด์ (Wafer of gallium arsenide) ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแกลเลียมเป็นส่วนประกอบ ถือว่าได้รับความนิยมมากที่สุด แต่ก็มีราคาแพงกว่าแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนหลายเท่าตัว
และเมื่อพูดถึงแกลเลียม เกี่ยวกับคุณสมบัติการนำไฟฟ้า หลายคนอาจสงสัยว่า วัสดุอะไรที่ที่นำไฟฟ้าได้ดีที่สุดในสภาวะปกติ ..คำตอบคือ กราฟีน หรือ แกรฟิน (graphene) ซึ่งวัสดุนี้เพิ่งจะมีข่าวว่าประเทศไทยผลิตได้แล้วแต่ก็ยังไม่มากนัก และด้วยแกรฟีน ได้ส่งให้นักวิจัย 2 คน ผู้ค้นพบได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ค้นพบวัสดุใหม่ที่เรียกว่ากราฟีน ซึ่งปัจจุบันเชื่อว่าเป็นวัสดุที่ “แข็งแรงที่สุด เบาที่สุด และยังนำไฟฟ้าได้ดีที่สุดในโลก”
จนในปี พ.ศ. 2553 (2010) ไกม์ (Geim) และ โนโวเซลอฟ (Novoselov) ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบกราฟีน มันถูกเรียกว่า “วัสดุพิเศษ” นักวิจัยทั่วโลกเริ่มหาทางใช้งานวัสดุชนิดนี้อย่างจริงจัง โดยหวังว่าต่อไปด้วยวัสดุชนิดนี้จะทำให้แบตเตอรี่ทรงพลังและใช้งานได้นานขึ้น
