ગેલિયમનું અણુ માળખું
ગેલિયમ (Ga) એ 31 પરમાણુ ક્રમાંક ધરાવતું તત્વ છે. પરમાણુ ક્રમાંક, જેને ‘Z’ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, તે તત્વના દરેક અણુના કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે. તેથી, તટસ્થ ગેલિયમ પરમાણુમાં 31 પ્રોટોન હોય છે. તટસ્થ પરમાણુમાં, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. આથી, તટસ્થ ગેલિયમ પરમાણુમાં પણ 31 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
ગેલિયમનો સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક ગેલિયમ-69 છે. 69 નંબર તેનું દળ સંખ્યા (mass number) દર્શાવે છે, જે કેન્દ્રમાં રહેલા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની કુલ સંખ્યા છે.
ગેલિયમ-69 માં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા શોધવા માટે: ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = દળ સંખ્યા - પરમાણુ ક્રમાંક ન્યુટ્રોનની સંખ્યા = 69 - 31 = 38 ન્યુટ્રોન.
ઇલેક્ટ્રોન રચના
કેન્દ્રની આસપાસના વિવિધ ઉર્જા કોષો (energy shells) અને ઉપકોષો (subshells) માં ઇલેક્ટ્રોનની ગોઠવણીને ઇલેક્ટ્રોન રચના (electron configuration) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. 31 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા ગેલિયમ માટે, રચના આઉફબાઉ સિદ્ધાંત, પાઉલી અપવર્જન સિદ્ધાંત અને હુંડના નિયમનું પાલન કરે છે:
- કોષ 1 (K કોષ): 1s ઉપકોષમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે (1s²)
- કોષ 2 (L કોષ): 8 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે – 2 2s માં (2s²) અને 6 2p માં (2p⁶)
- કોષ 3 (M કોષ): 18 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે – 2 3s માં (3s²), 6 3p માં (3p⁶), અને 10 3d માં (3d¹⁰)
- કોષ 4 (N કોષ): 3 ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે – 2 4s માં (4s²) અને 1 4p માં (4p¹)
ગેલિયમ માટે સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના છે: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p¹
વૈકલ્પિક રીતે, ઉમદા વાયુ સંકેતનો ઉપયોગ કરીને, જે પાછલા ઉમદા વાયુ (આર્ગોન, [Ar]) ની રચનાનો ઉપયોગ કરીને રજૂઆતને સરળ બનાવે છે: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન
વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન એ પરમાણુના સૌથી બહારના ભરેલા ઉર્જા કોષમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન છે. આ ઇલેક્ટ્રોન મુખ્યત્વે રાસાયણિક બંધનમાં સામેલ હોય છે અને તત્વના રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.
ગેલિયમ માટે, સૌથી બહારનું ભરેલું મુખ્ય ઉર્જા સ્તર 4મો કોષ (n=4) છે. આ કોષમાં, છે:
- 4s ઉપકોષમાં 2 ઇલેક્ટ્રોન (4s²)
- 4p ઉપકોષમાં 1 ઇલેક્ટ્રોન (4p¹)
તેથી, ગેલિયમ કુલ 2 + 1 = 3 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. આ સમજાવે છે કે શા માટે ગેલિયમ સામાન્ય રીતે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં +3 આયન બનાવે છે.
ગુણધર્મો અને ઉપયોગો
ગેલિયમ એક નરમ, ચાંદી જેવી ધાતુ છે જેનું ગલનબિંદુ અસામાન્ય રીતે નીચું હોય છે, આશરે 29.76 °C. આનો અર્થ એ છે કે તે માનવ હાથની ગરમીથી પણ પીગળી શકે છે. તે પ્રકૃતિમાં મુક્ત તત્વ તરીકે મળતું નથી, પરંતુ જસત (zinc) અયસ્ક અને બોક્સાઇટ (એલ્યુમિનિયમ માટેનો પ્રાથમિક અયસ્ક) માં ટ્રેસ માત્રામાં સંયોજન તરીકે જોવા મળે છે, જે ભારતના ઓડિશા અને આંધ્રપ્રદેશ જેવા રાજ્યોમાં ખોદકામ કરવામાં આવે છે.
ગેલિયમના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગોમાંનો એક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં છે, ખાસ કરીને ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) ના સ્વરૂપમાં. આ સંયોજન ઉચ્ચ-આવર્તન સંકલિત સર્કિટ્સ (high-frequency integrated circuits), ડિસ્પ્લે સ્ક્રીન અને લાઇટિંગમાં વપરાતા લાઇટ-એમિટિંગ ડાયોડ્સ (LEDs), અને સોલાર સેલના ઉત્પાદન માટે નિર્ણાયક છે. આ ઘટકો આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે અભિન્ન છે, જેમાં ભારતીય ઘરો અને ઉદ્યોગોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સ્માર્ટફોન અને કમ્પ્યુટર્સનો સમાવેશ થાય છે.