غاليوم
الخواص الفيزيائية

يوجد الغاليوم النقي في الشروط القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على هيئة فلزّ صلبٍ ذي لون فضّي مزرقّ، وهو هشّ سهل الانكسار، إذ تبلغ الصلادة وفق مقياس موس  مقدار 1.5؛ كما أنّه قابل للتصدّع بشكلٍ مشابهٍ للزجاج. يشكّل الغاليوم سبائك مع عددٍ من الفلزّات الأخرى؛ ولديه القدرة على الانتشار  إلى الشقوق والتصدّعات في الحدود الحُبَيبيّة  لبعض الفلزّات مثل الألومنيوم والزنك، وينطبق الأمر كذلك على بعض السبائك مثل الفولاذ.
تبلغ نقطة انصهار الغاليوم مقدار 29.7646 °س (ما يعادل 302.9146 كلفن أو 85.5763 فهرنهايت)، وتلك قيمة أعلى بقليل من درجة حرارة الغرفة القياسية (25 °س)، وهي تعادل تقريباً درجة حرارة يوم صائف في عددٍ من المناطق في الكرة الأرضية مثل العروض الوسطى . تعد نقطة انصهار الغاليوم واحدة من درجات الحرارة المعيارية في مقياس درجة الحرارة العالمي  المعتمد من المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . يمكن للغاليوم إذاً أن ينصهر في راحة اليد، وعند إزالته منها ووضعه في مكان بارد فإنّه يتصلّب مجدّداً. بذلك، ينتمي الغاليوم إلى مجموعة من أربعة عناصر كيميائية غير مشعة ومعروفةإلى جانب السيزيوم والروبيديوم والزئبق، والتي تكون بالحالة السائلة عند درجات حرارة مقاربة لدرجة حرارة الغرفة. يتميّز الغاليوم عن تلك العناصر بأنّه الأقلّ من ناحية النشاط الكيميائي (بعكس السيزيوم والروبيديوم)، كما أنّه ليس سامّاً على العكس من الزئبق، ولديه ضغط بخار منخفضٌ عند درجات الحرارة المرتفعة. تبلغ نقطة غليان الغاليوم مقدار 2673 كلفن، وهي تقريباً أعلى بتسع مرّات من قيمة نقطة الانصهار على مقياس كلفن؛ وتلك أعلى نسبة بين نقطة الغليان إلى نقطة الانصهار لأيّ عنصر كيميائي. وبذلك الأمر يغطّي الغاليوم السائل مجالاً كبيراً جدّاً من درجات الحرارة وهو في الحالة السائلة، وتستغلّ الخاصّة تلك في تطبيقات مناسبة، مثل دخوله في تركيب مقاييس درجة الحرارة العاملة في درجات حرارة مرتفعة. من جهةٍ أخرى، يقوم الغاليوم على العكس من الزئبق بترطيب  الزجاج، وأغلب المواد باستثناء الكوارتز والغرافيت وأكسيد الغاليوم الثلاثي، وبولي رباعي فلورو الإيثيلين . تؤدّي إضافة نواة تبلور  إلى تحفيز التجمّد. بالمقابل، فإنّ للغاليوم السائل ميلٌ كبيرٌ لأن يحصل له فرط بالتبريد  دون نقطة انصهاره/نقطة تجمده؛ وتقع القيم النمطية لدرجات حرارة فرط التبريد في مجال بين 40-70 °س. من جهة أخرى، يمكن تخفيض نقطة الانصهار/نقطة التجمد للغاليوم بتصغير أبعاد الجسيمات؛ ويتحقق فرط التبريد بشكل واضح في الجسيمات النانوية  للغاليوم، والتي يمكن أن تحفظ في الحالة السائلة لدرجات حرارة دون 90 كلفن.
تتغيّر خواص الغاليوم عند الانتقال من الطور الصلب إلى السائل، فعلى سبيل المثال يتمدّد الغاليوم السائل بمقدار 3.2% عند حدوث تحوّل طوري ؛ كما تنخفض قيمة الموصلية الكهربائية  من 0.71 * 105 سيمنز/سم (صلب) إلى 0.38 * 105 سيمنز/سم (سائل). في الحالة الصلبة يكون الغاليوم ذا مغناطيسية معاكسة ؛ ولكنها تتغيّر مع التحوّل الطوري إلى الحالة السائلة لتصبح مغناطيسية مسايرة . تبلغ لزوجة الغاليوم السائل حوالي 2 ميلي باسكال.ثانية؛ ويتميّز الطور السائل للغاليوم بارتفاع كثافته نسبياً؛ والتي تبلغ مقدار 6.09 غ/سم3، وهي قيمة نمطيّة للمواد التي يوجد في بنيتها الصلبة نوع من الارتباط الجزيئي. يعدّ التوتّر السطحي  من الخواصّ الفيزيائية المهمّة للأطوار السائلة، وتبلغ قيمته المقيسة في الغاليوم السائل مقدار 711 ميلي نيوتن/متر، وهي قيمة أكبر بحوالي عشر مرات من قيمتها للماء. تنخفض قيمة التوتر السطحي للغاليوم السائل بأثر الأكسدة إلى حوالي النصف (قرابة 360 ميلي نيوتن/متر).
لا يتبلور الغاليوم في أي بنية بلّورية  بسيطة، وعلى العكس من أغلب الفلزّات يغيب التناظر  عن بنيته؛ ولذلك فإنّها غير مرتفعة الاستقرار. بالمقابل، يوجد هناك العديد من الأطوار المستقرّة وشبه المستقرّة ، والمتعلّق استقرارها بدرجة الحرارة والضغط. عموماً توجد هناك أشكال متعدّدة للغاليوم، ويمكن تقسيمها إلى أربعة أنماط رئيسية (Ga-I و Ga-II و Ga-III و Ga-IV)، وفي النمط الأوّل منها عند الضغط النظامي يوجد هناك أيضاً أربعة أنماط فرعية (ألفا α-Ga، وبيتّا β-Ga، وغامّا γ-Ga، ودلتا δ-Ga). يعدّ الشكل ألفا α-Ga أكثر الأطوار استقراراً في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة، وتتبع بنيته نظاماً شبيهاً بنظام بلّوري معيني قائم  بوجود ثمان ذرّات في وحدة الخلية  التقليدية، بحيث تكون أقرب ذرة مجاورة على بعد 244 بيكومتر (pm). أمّا الذرّات الستّ المتبقّية، فتكون مجمّعةً في أزواج وعلى مسافات أبعد بزيادة مقدارها 27 و30 و39 بيكومتر عن الذرّة الأقرب. مع ارتفاع قيمة الضغط المطبّق (انطلاقاً من 30 كيلو بار) تنتظم الذرّات في بنية أقرب إلى بلّوري معيني مكعّب ، وذلك بالنسبة للنمطين Ga-II و Ga-IV؛ في حين أنّ النمط Ga-III يتبع نظاماً بلّورياً رباعياً .
إنّ الترابط الكيميائي بين ذرّات الغاليوم في ثنائي الوحدات في الغاليوم هو من النمط التساهمي ؛ لذلك يُنظَر إلى ثنائي الوحدات  Ga2 على أنّه وحدة بناءٍ أساسيّة في بنية البلّورات. من جهةٍ أخرى، ترتبط ثنائيات الوحدات فيما بينها برابطة فلزّية . إنّ هذه البنية البلّورية المميّزة للغاليوم تفسّر انخفاض نقطة انصهاره بالمقارنة مع العناصر المجاورة الألومنيوم والإنديوم في ذات المجموعة (مجموعة البورون)؛ وبالمقابل هناك تشابهاً كبيراً مع بنية اليود والزئبق. لا تقوم الإلكترونات في المدار 3d10 في الغاليوم بحجب إلكترون التكافؤ الخارجية بشكلٍ جيّد عن النواة، ولذلك فإنّ طاقة التأيّن  الأولى أكبر من الألومنيوم. لا توجد ثنائيات الوحدات Ga2 في الحالة السائلة، ولكن يكون للغاليوم السائل بنية معقّدة ضعيفة التناسق تحاط فيها كل ذرّة غاليوم بعشر ذرّات أخرى، بخلاف أغلب الفلزّات السائلة التي يكون العدد النمطي للذرّات المحيطة فيها بين 11-12 ذرة. إنّ الخواص الفيزيائية للغاليوم متباينة الخواص  بشكلٍ كبير، أي أنّ هناك قيم مختلفة على طول المحاور البلّورية الثلاث الرئيسية a و b و c، ممّا يؤدّي إلى وجود اختلافات كبيرة بين معامل التمدّد الحراري  الخطّي والحجمي. كما تعتمد خواص الغاليوم بشكلٍ كبير على درجة الحرارة، وخاصّةً بالقرب من نقطة الغليان. فعلى سبيل المثال، يزداد معامل التمدّد الحراري بمقدار زيادة يبلغ عدّة نسب مئوية عند الانصهار.
| النمط | α-Ga | β-Ga | γ-Ga | δ-Ga | Ga-II | Ga-III | Ga-IV |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
البنية: 
| النظام البلّوري | معيني قائم | أحادي الميل | معيني قائم | ثلاثي الميل | مكعّب | رباعي | مكعّب |
| عدد تناسقي | 1+6 | 8 (2+2+2+2) | 3, 6–9 | 6–10 | 8 | 4+8 | 12 |
| الأبعاد البلّورية | a = 452.0 pm b = 766.3 pm  c = 452.6 pm   | a = 276.6 pm b = 805.3 pm  c = 333.2 pm  β = 92° | a = 1060 pm b = 1356 pm  c = 519 pm   | a = 907.8 pm c = 1702 pm | a = 459.51 pm   | a = 280.13 pm c = 445.2 pm  | a = 408 pm   |
| عدد الذرّات لكل وحدة خليّة | 8 | 8 | 40 | 66 | 12 | 2 | 4 |