يتم توزيع الجرمانيوم في القشرة الأرضية بمعدل 6.7 جزء في المليون أو جزء في المليون. ومن الشائع رؤيته على شكل كبريتيدات أو في معادن الرصاص والنحاس والزنك في أجزاء من أوروبا وأمريكا الشمالية. إنه يبرز لأنه معدن أشباه الموصلات وله تطبيقات مختلفة في الصناعة. لذا تعرف على هذا المعدن عن قرب.
ما هو الجرمانيوم؟
وهو عنصر كيميائي يشكل جزءًا من أشباه المعادن أو أشباه المعادن في الجدول الدوري. وهي تقع بشكل قطري بين العناصر التي تفصل المعادن عن تلك التي ليست كذلك. بالإضافة إلى ذلك، فهو مادة صلبة بلورية وهشة ذات لون أبيض رمادي، والتي تظهر بريقًا مميزًا في درجة حرارة الغرفة.
رمز الجرمانيوم
Ge اسمها مشتق من الكلمة اللاتينية germania ، وتعني ألمانيا، حيث تم اكتشافها. وقد لاحظ مندليف وجودها في الجدول الدوري. وفي وقت لاحق، أظهر الألماني وينكلر خصائصه الكيميائية وأطلق عليه اسم بلده الأصلي.
خصائص الجرمانيوم
عنصر الجرمانيوم ثنائي التكافؤ أو رباعي التكافؤ، مع 2 أو أكثر من التكافؤ اعتمادا على المركب. إنه ذو مظهر معدني مع ظروف مستقرة عند نقطة الانصهار، مما يجعله شبه موصل ممتاز. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخصائص الأخرى للجرمانيوم هي:
- الحالة : صلبة، مكونة من بلورات خام.
- اللون : أبيض رمادي مشرق.
- الطعم والرائحة : مر وليس له رائحة مميزة.
- الذوبان : قابل للذوبان في الماء والكبريتيدات وحمض الهيدروفلوريك.
- السمية : منخفضة. وتصبح سامة فقط بكميات كبيرة.
- التفاعلية : يتفاعل عند أكسدته فوق 600 درجة مئوية ويتفاعل مع الهاليدات والقلويات وحمض النيتريك.
- الهيكل : بلوري، على شكل الماس.
- التركيب : التركيب الذري للجرمانيوم هو 32 بروتون و 32 إلكترون.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للجرمانيوم
- العدد الذري : 32
- الفترة : 4
- الكتلة : ص
- المجموعة : 14
- نصف القطر التساهمي (Å): 122 م
- التكوين الإلكتروني: [Ar] 3d10 4 s² 4p2
- الكتلة الذرية (جم/مول): 72.64 ش
- الكثافة: 5323 كجم/م3
- نقطة الغليان: 2820 درجة مئوية
- نقطة الانصهار: 938 درجة مئوية
- نصف القطر الذري: 125
- متوسط نصف القطر: 125 ساعة
- الإلكترونات لكل غلاف: 2، 8، 18، 4
- السالبية الكهربية: 2.01
- الحرارة النوعية: 320 جول / (كجم)
- أكسيد: مذبذب.
- جهد التأين الأول فولت: 762 كيلوجول/مول
- حالة الأكسدة: 4، 3، 2، 1، -1، -2، -3، -4
- الموصلية الحرارية: 59.9 واط/(كم)
- الموصلية الكهربائية: 1.45 ثانية/م
أصل الجرمانيوم
تم اكتشاف العنصر الكيميائي الجرمانيوم لأول مرة من قبل مندليف في عام 1871 وأطلق عليه اسم إيكا-سيليكون بسبب تشابهه مع هذا العنصر. وفي وقت لاحق، في عام 1886، أكد العالم كليمنس وينكلر خصائصه الكيميائية عن طريق عزله عن معدن يسمى أرجيروديت في ألمانيا. تمكن من الحصول على عينة نقية ووضعها على الجدول الدوري.
ما هو استخدام الجرمانيوم؟
وعلى الرغم من أن عينات هذا العنصر باهظة الثمن، إلا أنها تستخدم في القطاعات الكيميائية والطبية والصناعية. وتستخدم مركبات الجرمانيوم العضوية في إنتاج الألواح الشمسية وكعامل كشف للأجسام المشعة في المطارات. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه كمحفز رئيسي في تركيب البوليمرات. بالإضافة إلى ذلك، الاستخدامات الأخرى لهذا المعدن هي:
- تصنيع الألياف الضوئية.
- تصميم مكبرات الصوت والرادارات للقيثارات الكهربائية.
- تستخدم سبائك جرثومة السيليكون في تصميم الدوائر عالية السرعة.
- تصنيع بصريات الأشعة تحت الحمراء مثل المعدن، مثالية في آليات الرؤية الليلية والمنظار الطيفي.
- يتم استخدامه في إنشاء العدسات والمجاهر.
- وتستخدم أنواع أخرى من سبائك العنصر في صياغة الذهب لتعزيز المعادن الثمينة.
- في القطاع الكيميائي يتم استخدامه كمصلب للقصدير والمغنيسيوم والألومنيوم. كما أنها تستخدم في صنع المغناطيس.
- وفي المجال الطبي يتم استخدامه في العلاج الكيميائي.
كيف يتم الحصول على الجرمانيوم؟
في حالته الطبيعية، يتم الحصول على هذا العنصر من رواسب النحاس والفضة والزنك وعملية احتراق الفحم. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخراجه من معادن مثل الجرمانيت والغارنيريت والأرجيرودايت. بعد الحصول على عينة نقية، يتم تمريرها عبر رابع كلوريد المقطر ويتم تحويلها إلى شكل عنصري مع الهيدروجين.
الجرمانيوم كأشباه الموصلات
ويعتبر هذا العنصر في حالته الطبيعية شبه موصل بامتياز مقارنة بالسيليكون. والسبب هو أنه عند درجة حرارة معينة يطلق المزيد من الإلكترونات، مما يمنحه المزيد من الموصلية. ولذلك فإن لديها العديد من التطبيقات.
على سبيل المثال، يتم استخدامه في التحليل الطيفي لأشعة جاما، لأنه يحتوي على عدد ذري مرتفع، مع دقة طاقة مثالية ويزيد من تفاعل هذه الأشعة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام أشباه الموصلات الجرمانيوم في تصنيع الدوائر الكهربائية، والثنائيات الضوئية، والترانزستورات والرقائق الدقيقة.
باختصار، هذا المعدن صلب وهش ولامع ويحافظ على درجات حرارة عالية. ويتميز بخصائص أشباه الموصلات، ولذلك يستخدم في القطاعات الكيميائية والطبية والصناعية.