⚛️ A anomalia do gálio, este metal que derrete na mão, explicada
Ao nível atómico, o gálio apresenta particularidades. No estado sólido, os seus átomos formam pares com ligações covalentes, típicas dos não-metais. Durante a fusão, supunha-se que estas ligações persistissem, explicando algumas propriedades. Contudo, simulações detalhadas indicam que elas desaparecem no ponto de fusão, para reaparecerem depois com o aumento da temperatura.
Esta evolução das ligações permite explicar um fenómeno há muito observado mas não compreendido: a resistividade elétrica do gálio líquido diminui primeiro após a fusão, depois aumenta de forma não linear com o calor.
Outra descoberta diz respeito à superfície do gálio líquido. Ao contrário da ideia de uma desordem total, ela apresenta padrões geométricos subtis em cerca de três camadas atómicas. Além disso, a oxidação reforça esta ordem, enquanto que impurezas como o bismuto a perturbam, revelando uma estrutura oculta que apenas se desvanece a uma distância de cerca de 0,85 nanómetros.
Estes resultados foram obtidos graças a simulações em grande escala e à aprendizagem automática, combinando dados experimentais antigos. O estudo, publicado na Materials Horizons, permite conciliar contradições na literatura científica e modelar melhor o comportamento atómico.
A compreensão destes mecanismos é valiosa para as tecnologias emergentes. O gálio, utilizado em semicondutores e painéis solares, poderá ver as suas aplicações estender-se à eletrónica flexível, baterias e catalisadores, graças a um melhor domínio das suas propriedades elétricas e térmicas.
As ligações covalentes nos metais
As ligações covalentes são ligações entre átomos onde os eletrões são partilhados, o que é frequente nos não-metais como o carbono. Os metais possuem por sua vez eletrões livres que permitem uma boa condução elétrica. O gálio é invulgar porque, no estado sólido, forma pares atómicos com ligações covalentes, assemelhando-se mais a um não-metal.
Esta característica influencia as suas propriedades, como a sua densidade mais baixa no estado sólido do que no estado líquido, semelhante ao gelo que flutua na água.
Compreender estas ligações é útil porque elas afetam a forma como os materiais conduzem a eletricidade e o calor. No caso do gálio, a transformação das ligações com a temperatura explica porque é que a sua resistividade evolui, oferecendo pistas para conceber ligas com propriedades ajustáveis.