1875. aasta hilissuvel teatas Prantsuse õpetlane Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran uue keemilise elemendi avastamisest. Ise kirjutas ta sellest järgmiselt: “Üleeile, 27. augustil 1875. aastal, öösel kella 3–4 vahel avastasin tsingimineraali sfaleriidi analüüsil nähtavasti uue keemilise algaine.”

Kõnealune tsingimineraal pärines Püreneede kaevandusest. Mineraali spektraalanalüüsil avastas de Boisbaudran senitundmatu elemendi – kaks spektrijoont lainepikkustel 4172 ja 4033 ongströmi osutasid uue keemilise elemendi esinemisele mineraalis. De Boisbaudran oli juba 1863. aastal avastanud, et üleminekul ühelt elemendilt järgmisele elemendile muutub spekter seaduspäraselt. Uurides üleminekut alumiiniumilt indiumile aga ilmnes, et nende kahe keemilise elemendi vahel peaks spektrite põhjal asuma veel üks. Kaksteist aastat analüüsis de Boisbaudran spektroskoobiga erinevaid mineraale, otsides seda uut elementi, ja avastas selle siis lõpuks sfaleriidis. Uue elemendi nimetas avastaja muistse Prantsusmaa ladinakeelse nimetuse Gallia järgi galliumiks.

Keemiliste elementide avastamise ajaloos on Prantsuse teadlased auväärsel kolmandal kohal, nad on avastanud loodusest 14 uut keemilist elementi. Seejuures on kolmel korral elemendi nimetuses kasutatud Prantsusmaaga seotud kohanimetust. Kõige otsesemalt ilmneb see seos elemendi frantsium puhul, mille nimetus pärineb Prantsusmaa nimest France (1939, Marguerite Perey). Luteetsiumi (1907, Georges Urbain ja Carl Auer von Welsbach) nime tuletamisel lähtus Georges Urbain Antiik-Rooma aegsest asulast, mis asus nüüdisaegse Pariisi kohal ja kandis nime Lutetia. Ajaliselt kõige esimeseks Prantsusmaa geograafiaga seotud keemilise elemendi nimetuseks on siiski gallium.

Galliumi avastamine ja Mendelejevi tabel

Keemia ajaloos nimetatakse galliumi avastamist Dmitri Mendelejevi perioodilisussüsteemi kinnitajaks. Teatavasti kasutas Mendelejev perioodilisussüsteemi seaduspärasusi ja ennustas selle põhjal kolme tol ajal veel avastamata keemilise elemendi omadusi. Nimelt jättis Mendelejev tabelis alumiiniumist allpool asuva elemendi lahtri esialgu tühjaks. Sinna märkis ta veel avastamata elemendi nimetuseks eka-alumiinium ning prognoosis 1871. aastal, et see on hõbevalge metall, mis avastatakse tõenäoselt spektroskoobiga, metalli tihedus on 5,9 g/cm3 ja sulamistemperatuur madal.

Et galliumit lihtainena saada ja tema omadusi uurida, tuli de Boisbaudranil töödelda 4000 kilogrammi sfaleriidi tooret, millest ta eraldas galliumhüdroksiidi ja sai lõpuks elektrolüüsil 75 grammi metallilist galliumit. Avastaja määras uue metalli tiheduseks 4,7 g/cm3. Kuulnud avastusest, kirjutas Mendelejev Prantsuse Teaduste Akadeemia väljaande toimetajale, milles teatas, et uue elemendi tihedus ei saa olla 4,7, vaid peab olema 5,9. Avastaja kontrollis siis veel kord oma tulemust. Selgus, et metallisse oli elektrolüüsil lisandina sattunud kergmetalli kaalium. Tegelikuks tiheduseks osutus 5,91 g/cm3 – nagu oli tabeli abil, ilma metalli nägemata prognoosinud Mendelejev. See oli perioodilisussüsteemi triumf.

Gallium on pakkunud teisigi üllatusi. See on hõbevalge metall, mille sulamistemperatuur on 30 kraadi C. Niisiis on gallium inimkeha temperatuuril sulanud ja meenutab nii elavhõbedat – ainsat tavametalli, mis toatemperatuuril on vedel (sulamistemperatuur –39 kraadi C ). Inimkeha temperatuuril on vedelas olekus veel ka tseesium (28,5 kraadi C) ja frantsium (27 kraadi C), kuid need oksüdeeruvad õhus silmanähtava kiirusega ja süttivad põlema. Enamiku metallide sulamistemperatuur jääb piirkonda 500–2000 kraadi C. Niisiis on gallium erakordselt madala sulamistemperatuuriga. Ka kristallistruktuurilt on gallium erandlik. Kui metallide kristallivõres asuvad tavaliselt ioon-aatomid, siis galliumi puhul on selle asemel kahest aatomist koosnevad pseudomolekulid (Ga2), nii nagu on näiteks mittemetalli joodi kristallides.

Gallium on looduses ainult hajutatult

Looduses kuulub gallium hajutatud elementide hulka, mida leidub ülivähesel määral kõikjal, kuid tuntakse vaid üksikuid mineraale, millest seda saaks otseselt toota. Galliumi on looduses umbes niisama palju kui pliid, ning rohkem kui elavhõbedat, volframi ja molübdeeni. Tähtsamateks mineraalideks on galliit ja germaniit. Gallium on lisandelemendiks looduslikes alumiiniumiühendeis, paljudes sulfiidides jm. Hajutuse tõttu on galliumi tootmine komplitseeritud ja selle maailmatoodang on väga väike, erinevail andmeil kuni 50 tonni.

Galliumi kasutatakse kvartstermomeetrites elavhõbeda asemel kõrgtemperatuuri (600–1500 kraadi C) mõõtmiseks, galliumisulamid tsingi, tina ja indiumiga on madala sulamistemperatuuriga ning neid kasutatakse soojusvahetites, puhast galliumit soojuskandjana tuumareaktorites. Galliumoksiid on optilise eriklaasi koostisosa. Galliumi tähtsaimaks rakenduseks on päikesepatareide, alaldite, fotoelementide ja teiste pooljuhtseadmete valmistamine, mis põhineb galliumiühendite (-arseniid, -fosfiid, -stibiid) pooljuhtomadustel.

HERGI KARIK on Tallinna ülikooli emeriitprofessor.