Цей метал плавиться в руці: фізики виявили щось дивне

Метал, здатний плавитися в руці, знову здивував учених. Галій уже відомий своєю дивною поведінкою. Він плавиться за температури близько 30 градусів за Цельсієм і стає рідким. Цей метал широко використовується в напівпровідниках, світлодіодах і сонячних панелях, але його рідка форма залишалася маловивченою, незважаючи на десятиліття досліджень. Тепер фізики розгадали давню загадку поведінки галію після плавлення, спростувавши припущення, що існувало понад 30 років, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

На атомному рівні галій поводиться не як звичайний метал. У твердому стані атоми утворюють димери (складні молекули) та ковалентні зв'язки, обмінюючись електронами у спосіб, який більше притаманний неметалам. Крім того, у твердому стані галій є менш щільним, ніж у рідкому.

Протягом понад 30 років учені вважали, що ковалентні зв'язки атомів галію в твердому стані зберігаються і в рідкому галії та пояснюють його незвичайні властивості. Нове дослідження показує протилежне. Вчені виявили, що ці зв'язки зникають безпосередньо за температури плавлення галію. Потім, несподівано, вони починають з'являтися знову в міру подальшого підвищення температури.

Ця зміна допомагає пояснити давню загадку. Під час плавлення галій краще проводить електрику, і його питомий опір падає. У міру нагрівання рідини питомий опір знову зростає нелінійним чином. Фізики пов'язують це зі зміною ролі зв'язків, при цьому за вищих температур знову з'являється все більша структурна організація атомів галію.

Вчені вказують на ентропію, або безлад, як на ключовий фактор. Коли зв'язки розриваються під час плавлення галію, безлад різко зростає, стабілізуючи рідину і знижуючи температуру плавлення. Фізики кажуть, що протягом кількох десятиліть, дослідження структури рідкого галію ґрунтувалися на припущенні, яке не відповідає дійсності.

Галій відіграє центральну роль у матеріалах, відомих як рідкі метали, які досліджуються для технологій наступного покоління. Оскільки галій залишається рідким за відносно низьких температур, він може розчиняти інші метали, утворюючи сплави, які використовуються в каталізі, енергетичних системах і передових технологіях виробництва. Ці матеріали можуть навіть утворювати структури, де невпорядковані атоми спонтанно організовуються в корисні структури.

Глибше розуміння поведінки галію за різних температур може допомогти вченим розробляти рідкі метали з більш точними електричними, тепловими та хімічними властивостями. Це має значення для батарей, гнучкої електроніки та високоефективних каталізаторів.

Як уже писав Фокус, результати двох експериментів узгоджуються з вимірюванням розміру протона, яке раніше шокувало світ фізики, що може допомогти в пошуках нових частинок.

Також Фокус писав про те, що Сонце розриває астероїд на частини, Земля пролітає через його уламки.

Під час написання матеріалу використано джерела: Materials Horizons, SciTechDaily.