ทำไม? แกลเลียม จึงทำลาย อะลูมิเนียม

แกลเลียม คืออะไร?

ผมจะไม่ขอพูดถึงอะลูมิเนียม (Aluminum, Al) เพราะผมคิดว่าใครๆ ก็น่าจะรู้จักมันดี แต่จะขอพูดถึงแกลเลียม (Gallium, Ga) แบบสรุปเสียก่อน.. จุดหลอมเหลวของแกลเลียมจะอยู่ที่ 29.8 องศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่ามันจะหลอมละลายเป็นแอ่งน้ำสีเงินในมือของคุณได้ เมื่อแกลเลียมอยู่ในสภาพหลอมเหลว มันจะดูเหมือนปรอทมาก เพียงแต่แกลเลียมจะไม่เป็นพิษเหมือนปรอท และแม้แกลเลียมจะละลายง่าย แต่มันจะไม่เดือดจนกว่าจะร้อนถึง 2,204 องศาเซลเซียส.. “มันละลายที่อุณหภูมิต่ำซึ่งสอดคล้องกับธาตุเบา แต่จะเดือดที่อุณหภูมิสูงมากซึ่งสอดคล้องกับธาตุที่หนักมาก แกลเลียมไม่ทราบว่าต้องการเป็นโลหะหรืออโลหะกันแน่”

ทำไม? แกลเลียม จึงทำลายอะลูมิเนียมได้

การทำลายของแกลเลียมจะต่างจากการทำลายจากกรดมาก ถ้าคุณเอากระป๋องอะลูมิเนียมไปแช่ในน้ำกรด สิ่งที่เกิดขึ้นคือ กระป๋องอะลูมิเนียมจะถูกกัดกร่อนจนหายไป พร้อมๆ กับฉากที่น่าตืนตาตืนใจ แต่หากคุณเอาแกลเลียมในสภาพหลอมเหลวไปสัมผัสหรือแม้เททิ้งไว้บนกระป๋องอะลูมิเนียมซะหน่อย เพียงไม่นาน! แม้จะไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงของกระป๋องมักนัก แต่คุณสมบัติของอะลูมิเนียมได้เปลี่ยนไปแล้ว คุณสามารถใช้นิ้วดีดตรงส่วนที่โดนแกลเลียมให้แตก หรือแม้แต่กลายเป็นผงได้เลย

ส่วนเหตุที่แกลเลียมสามารถทำลายอะลูมิเนียมได้อย่างสิ้นเชิง ก็เพราะปรากฏการณ์ทางโลหะวิทยาที่เรียกว่า ความเปราะจากโลหะเหลว หรือ LME (Liquid Metal Embrittlement – LME) ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้นำไปสู่การกัดกร่อน หรือทำลายจากพื้นผิวแบบที่กรดทำ แต่มันเป็นการทำลายจนถึงระดับโครงสร้างที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

โดยตามปกติแล้ว ผิวของอะลูมิเนียมจะถูกเคลือบด้วยชั้นฟิล์มบางๆ คล้ายๆ กับฟิล์มสีคล้ำๆ บนทองแดงนั่นล่ะ โดยชั้นฟิล์มนี้จะทำหน้าที่ป้องกันอะลูมิเนียมเอาไว้ แต่หากมีรอยขีดข่วนที่พื้นผิวอะลูมิเนียมเพียงเล็กน้อย เมื่อแกลเลียมในสภาพเหลวไปสัมผัสกับเนื้ออะลูมิเนียมโดยตรง ปฏิกิริยาที่ไม่น่าเชื่อก็จะเกิดขึ้น

สิ่งต่อไปจะเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เพราะมันเกิดขึ้นที่ “ขอบเกรน” (Grain Boundaries) โดยคุณต้องรู้ว่า โครงสร้างอะลูมิเนียมไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกัน มันประกอบขึ้นจากผลึกเล็กๆ ที่เรียกว่า เกรน (Grain) เมื่อคุณนำแกลเลียมในสภาพหลอมเหลวไปสัมผัสอะลูมิเนียมที่ไม่มีชั้นฟิล์ม มันจะแทรกซึมลงไปตามขอบเกรน จากนั้นแกลเลียมจะแทรกตัวเข้าไปคั่นกลางระหว่างเกรน ผลที่ได้คือ การทำลายพันธะที่เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างเกรนอย่างต่อเนื่อง

และนี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไม! อะลูมิเนียมที่แข็งแรงจนเอามาทำได้แม้แต่แม่กุญแจ ก็ยังสูญเสียความแข็งแกร่งไปอย่างสิ้นเชิงได้ คุณจะสามารถใช้นิ้วบีบ ทุบ หรือขยำ! หากอะลูมิเนียมโดนแกลเลียมแทรกซึมมากๆ มันจะกลายเป็นผุยผงได้เลยด้วยซ้ำ

ต่อไปเดี๋ยวมาลองดูตัวอย่างทีละภาพ ด้วยการทดลองกับกระป๋องอลูมิเนียม

• ภาพที่ 1 หยอดแกลเลียมเหลว ลงไปที่ตูดกระป๋องอะลูมิเนียม แน่นอนว่า มันจะไม่ทำปฏิกิริยาทันที
• ภาพที่ 2 แกลเลียมเริ่มเปลี่ยนสีและไม่ได้แวววาวอีกต่อไป และเมื่อลองเอาลวดกดลงไป ก็พบว่า ลวดทะลุไปได้อย่างง่ายดาย
• ภาพที่ 3 เมื่อเวลาผ่านไป ไม่เพียงแค่สีของแกลเลียมจะเปลี่ยนไป แต่กระป๋องอะลูมิเนียมก็เริ่มเปลี่ยนไป นี่เป็นสัญญาณที่ว่า โครงสร้างเกรนกำลังแตก
• ภาพที่ 4 สังเกตุเห็นผิวกระป๋องเริ่มย่น
• ภาพที่ 5 เกิดรูขนาดใหญ่กับกระป๋อง
• ภาพที่ 6 หลังจากผ่านไปอีกหลายวัน กระป๋องก็ถูกทำลายอย่างสิ้นเชิง!

รู้หรือไม่? แกลเลียม เป็นสิ่งต้องห้ามบนเครื่องบิน

เนื่องจากชิ้นส่วนเครื่องบินจำนวนมากประกอบขึ้นมาจากอะลูมิเนียม “แกลเลียม” จึงกลายเป็นวัตถุต้องห้ามสำหรับเครื่องบิน จริงๆ มันร้ายแรงมากเลยด้วยซ้ำ แน่นอนว่าเป็นเพราะเคยมีบทเรียนเกี่ยวกับเรื่องนี้มาแล้ว อย่างเช่นในอุบัติเหตุการรั่วไหลของแกลเลียมในปี พ.ศ. 2519 (1976)

ในรายงานบันทึกไว้ว่ามีการรั่วไหลของแกลเลียมในสภาพหลอมเหลวบนเที่ยวบินของอังกฤษ โดยแกลเลียมได้หกลงบนพื้นเครื่องบิน จนส่งผลให้เกิดความเสียหายเชิงโครงสร้างอย่างหนักบริเวณรางเบาะนั่งและพื้นภายในห้องโดยสาร ซึ่งสร้างขึ้นจากอะลูมิเนียม

หลังจากเกิดเรื่องนี้ จึงได้มีการทดลองในห้องปฏิบัติการของอเมริกา พวกเขาใช้แผ่นอะลูมิเนียมความหนา 1/16 นิ้ว สเปกเดียวกับที่ใช้สร้างเครื่องบิน ผลที่ได้คือ หลังจากแผ่นอะลูมิเนียมสัมผัสเข้ากับแกลเลียมเหลวเพียงเล็กน้อย แผ่นอะลูมิเนียมก็แตกและร่วนเป็นผงภายในเวลาไม่กี่นาที ..ตั้งแต่นั้นมา FAA ก็กำหนดให้แกลเลียมเป็นวัตถุอันตรายร้ายแรง แม้ตัวมันจะไม่สามารถระเบิด ติดไฟ หรือเป็นพิษก็ตาม

“มีข้อควรรู้อีกเรื่องคือ นอกจากแกลเลียมแล้ว ยังมีปรอทที่สามารถทำให้อะลูมิเนียมพังทลายได้ เพียงแต่กระบวนการจะต่างกัน! มันจะเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่สร้างสิ่งที่เรียกว่า อะมัลกัม (Aluminum Amalgam) สิ่งนี้จะทำลายเกราะป้องกันของอะลูมิเนียม ซึ่งเปรียบเสมือนผิวเคลือบ

เมื่อปรอทไปสัมผัสกับอะลูมิเนียม โดยผิวเคลือบต้องถูกขัดออก ปรอทจะแทรกซึมและเข้าไปขัดขวางไม่ให้ชั้นป้องกันนี้ก่อตัวขึ้นมาใหม่ ระหว่างนั้นจะเกิดสิ่งแปลกๆ คล้ายเส้นใยงอกขึ้นมาจากอะลูมิเนียม แม้จะใช้เวลานานสักหน่อย แต่มันจะงอกออกมาเรื่อยๆ จนกว่าอะลูมิเนียมบริเวณนั้นจะถูกกัดกร่อนจนหมด หรือจนกว่าปรอทจะระเหยไปจนหมด ..กว่าจะถึงขั้นทำให้อะลูมิเนียมพังทลาย ก็ต้องใช้เวลานานกว่าแกลเลียมมาก และแน่นอนว่าปรอทยังเป็นอันตรายกับมนุษย์ด้วย”

อ่านเรื่องอื่น

• แรร์เอิร์ธ ‘แกลเลียมสับสน’ ไม่แน่ใจว่าเป็นโลหะหนักหรืออโลหะกันแน่

• เป็ดหัวดำ เป็ดปรสิต! ที่ฝากไข่ไว้รังอื่น