Mendeleevが周期表に一連のエカ元素を配置したことの正当性が、このとき晴れて証明されたのである。MCCRACKENGaは、銀色の軟らかい金属で、電気伝導率はさほど高くない。周期表では第4周期に属し、その位置から予想されるように、1つ上のアルミニウム(Al)と1つ下のインジウム(In)の中間的な性質を示す1。Gaの3d軌道の遮蔽効果はAlの2p軌道のそれよりも小さいため、Gaのイオン化エネルギーはAlよりも大きい。pmと予想より小さいことは重要だ。金属にしては融点が低い、というGaの最もよく知られた特性は、この原子半径の異常な小ささにも起因している。Gaは室温だと軟らかい金属だが、イリノイ州のちょっと暑い日の気温や体温より数度低い温度では溶けて液体になる(融点は29.76°C)。この特性は、19世紀の化学者たちの間で、Ga製のスプーンを紅茶に添えて差し出すという典型的な悪ふざけに利用された。何も知らずにスプーンで紅茶をかき混ぜた客は、スプーンがあっという間に溶けるのを見て仰天したという(イラスト)。したGaの融点の低さ(そして沸点の高さ)は、実用的な温度領域で金属特性を示す液体が容易に得られることを意味する。Gaの特徴でおそらく最も重要なのは、さまざまな金属と合金化しやすいことだろう。これは、原子半径の小さいGaが、他の金属格子中に比較的容易に侵入することに起因する。Gaの低融点という性質はGa合金にも受け継がれることが多く、そのためGaとの合金化によって加工性と安定性が向上し、結果として費用効率が向上する。nmレーザーダイオードの発光材料として用いられている。Ga化学は、こうした工学的進歩を可能にしているだけでなく、燃料・エネルギー科学の根本的な問題に対処する取り組みにも利用され始めている。初期の研究によって、Ga含有ゼオライトが、メチルシクロヘキサン(C6H11CH3)を開環切断してアルカン小分子を生成する反応を効果的に触媒することが明らかになり2、この反応はガソリンの熱分解生成物のリサイクルに利用されている。Gaゼオライトはまた、n-デカンを芳香族化することもできる3。窒化ガリウム(GaN)のナノワイヤーが、メタン(CH4)からベンゼン(C6H6)を合成する反応を触媒することも、最近の研究によって明らかになっている4。メタンのC–H結合を切断することは決して容易ではなく、そのためこうした反応は、比較的反応性の低い埋蔵メタンやガソリン生産の不要な副産物を有用な石油化学製品に変換する重要なステップとなり、燃料貯蔵や精密化学合成の分野にとって重要な意味を持つ。周期表におけるGaの存在は、はっきり言って特別ではない。何かに特に秀でているわけではなく、融点や密度を含め、特性はいずれも中程度なのだ。逆に、Gaのこうしたほどほどの特徴が、他元素との間の凝集力や相転移特性が高く評価される半導体業界で、根本的に重要な地位を確立するのを可能にしたともいえる。Gaは、初期の化学理論の裏付けから最先端技術まで、実にさまざまな役割をこなし、化学全体に多大な影響を及ぼしてきた。今後も、応用探索が進むにつれてGaの重要性は増す一方だろう。BRENNAN:イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校に所属。