ژرمانیم

شبه فلز

ژرمانیم سی و دومین عنصر جدول تناوبی است. ژرمانیم یکی از اعضای مهم خانواده نیمه‌رساناها می‌باشد و در صنعت نیمه‌هادی کاربرد فراوان دارد. نام این عنصر لاتین واژه ژرمن (آلمان) است.

ژرمانیم، 32Ge
Grayish lustrous block with uneven cleaved surface
ژرمانیم
تلفظ‎/ərˈmniəm/‎ (jər-MAY-nee-əm)
ظاهرgrayish white
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۷۲٫۶۳۰(۸)[۱]
ژرمانیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
Si

Ge

Sn
گالیمژرمانیمآرسنیک
عدد اتمی (Z)32
گروهگروه ۱۴ (گروه کربن)
دورهدوره 4
بلوکبلوک-p
دسته Metalloid
آرایش الکترونی[Ar] 3d10 4s2 4p2
2, 8, 18, 4
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب1211.40 K ​(938.25 °C, ​1720.85 °F)
نقطه جوش3106 K ​(2833 °C, ​5131 °F)
چگالی (near r.t.)5.323 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)5.60 g/cm3
حرارت همجوشی36.94 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 334 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی23.222 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−4 −3, −2, −1, 0,[۲] +1, +2, +3, +4 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 2.01
انرژی یونش
  • 1st: 762 kJ/mol
  • 2nd: 1537.5 kJ/mol
  • 3rd: 3302.1 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 122 pm
شعاع کووالانسی pm 122
شعاع واندروالسی211 pm
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری ژرمانیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری
Diamond cubic crystal structure for ژرمانیم
سرعت صوت thin rod5400 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی6.0 µm/(m·K)
رسانندگی گرمایی60.2 W/(m·K)
رسانش الکتریکی1  Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسیدیامغناطیس[۳]
مدول یانگ103[۴] GPa
مدول برشی41[۴] GPa
مدول حجمی75[۴] GPa
نسبت پواسون0.26[۴]
سختی موس6.0
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-56-4
ایزوتوپ‌های ژرمانیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
68Ge syn 270.8 d ε - 68Ga
70Ge 21.23% 70Ge ایزوتوپ پایدار است که 38 نوترون دارد
71Ge syn 11.26 d ε - 71Ga
72Ge 27.66% 72Ge ایزوتوپ پایدار است که 40 نوترون دارد
73Ge 7.73% 73Ge ایزوتوپ پایدار است که 41 نوترون دارد
74Ge 35.94% 74Ge ایزوتوپ پایدار است که 42 نوترون دارد
76Ge 7.44% 1.78×1021 y ββ - 76Se
| منابع

ژرمانیم عنصر شیمیایی است که با نشان Ge و عدد اتمی ۳۲ در جدول تناوبی وجود دارد. ژرمانیم شبه فلزی است سخت، درخشان، به رنگ سفید خاکستری که از نظر شیمیایی شبیه قلع می‌باشد. این عنصر تعداد بسیار زیادی از ترکیبات آلی – فلزی را تشکیل داده و ماده نیمه هادی مهمی در ترانزیستورها و نورسنج‌ها به حساب می‌آید.

ژرمانیم عنصری سخت و به رنگ سفید مایل به خاکستری است که دارای درخشش فلزی و ساختار بلوری همانند الماس می‌باشد. توجه به این نکته ضروری است که ژرمانیم یک‌نیمه هادی با ویژگی‌های الکتریکی بین فلز و عایق می‌باشد. نوع خالص این شبه فلز، بلورین و شکننده بوده و در دمای اتاق درخشش خود در هوا را حفظ می‌کند. روش‌های تصفیه منطقه‌ای باعث تولید ژرمانیم بلورین برای نیمه هادی‌ها گشته که فقط دارای یک جز در ۱۰۱۰ ناخالصی هستند.

خاصیت اکاسیلیکون ژرمانیوم، جرم اتمی ۷2 (72.59) چگالی 5.35 (g/cm3) نقطه جوش(°C) بالا ۹۴۷ و دارای رنگ خاکستری می‌باشد.

تاریخچهویرایش

ژرمانیم (از واژه لاتین Germania به معنی آلمان) یکی از چهار عنصری بود که دمیتری مندلیف در سال ۱۸۷۱ وجود آنها را پیش‌بینی کرده بود. (مندلیف آن را "eka-silicon " نامید). وجود این عنصر را کلمنز وینکلر در سال ۱۸۸۶ اثبات نمود.[۵][۶] این کشف تاییدیه مهمی برای نظریه مندلیف در مورد وضعیت تناوبی عناصر بود.

ساخت ترانزیستورهای ژرمانیم مقدمه استفاده‌های بی شمار از علم الکترونیک حالت جامد گشت.

از سال ۱۹۵۰ تا اوایل دهه ۸۰ این حوزه بازار روزافزونی برای ژرمانیم به وجود آورد اما بعد از آن سیلیکون خالص کم‌کم در ترانزیستورها، دیودها و یکسو کننده‌ها جایگزین ژرمانیم شد. سیلیکون خصوصیات الکتریکی برتری دارد اما نمونه‌های بسیار خالص تری نیاز دارد- درجه خلوصی که در روزهای اولیه به صورت تجاری قابل دستیابی نبود- درحالیکه نیاز به ژرمانیم در شبکه‌های ارتباطی فیبر نوری، سیستم‌های مادون قرمز دید در شب و کاتالیزورهای پلیمریزاسیون شدیداً افزایش یافت. این کاربردهای نهایی، ۸۵٪ مصرف جهانی ژرمانیم را در سال ۲۰۰۰ تشکیل می‌دهد.

تهیه و تولیدویرایش

این فلز در کانی‌های آرژیرودیت یا سیم سنگ (سولفید ژرمانیم و نقره)، زغال سنگ، ژرمانیت، روی و کانی‌های دیگر یافت می‌شود. ژرمانیم به صورت تجاری از پردازش سنگ معدن مذاب روی و از سوختن محصولات جانبی زغال سنگ‌های خاصی بدست می‌آید؛ بنابراین اندوخته زیادی از این عنصر در منابع زغال سنگ وجود دارند.

این شبه فلز را می‌توان به وسیلهٔ تقطیر جزئی تتراکلرید فرار آن از فلزات دیگر نیز تهیه نمود. این روش باعث تولید ژرمانیم با خلوص بسیار بالا می‌شود. قیمت هر گرم ژرمانیم در سال ۱۹۹۷ تقریباً ۳ دلار آمریکا و قیمت هر کیلو آن در پایان سال ۲۰۰۰ معادل ۱۱۵۰ دلار بود.

کاربردهاویرایش

ژرمانیم برخلاف بیشتر نیمه هادی‌ها دارای band gap (شکاف نوار) کوچکی است که امکان واکنش مؤثر به اشعه مادون قرمز را به وجود می‌آورد؛ بنابراین ژرمانیم در طیف نماهای مادون قرمز و سایر تجهیزات دیداری که نیازمند یابنده‌های حساس مادون قرمز است کاربرد دارد. ضریب شکست و ویژگی‌های تجزیه اکسید آن، استفاده از ژرمانیم را در عدسی‌های زاویه باز دوربین و عدسی‌های شیئی میکروسکوپ سودمند می‌کند. موسیقیدانانی که مایل به بازآفرینی حالت خاص تقویت کننده‌های اوایل دوره Rock and roll هستند، هنوز هم در تقویت کننده‌های گیتار برقی از ترانزیستورهای ژرمانیم استفاده می‌کنند. آلیاژ ژرمانید سیلیکون (SiGe) در حال تبدیل سریع به ماده نیمه هادی مهم در ICهای سرعت بالا می‌باشد. مدارهایی که از پیوندهای Si-SiGe استفاده می‌کنند می‌توانند نسبت به مدارهایی که تنها سیلیکون بکار می‌برند سرعت خیلی بیشتری داشته باشند. سایر کاربردها:

·عامل آلیاژساز،

·بعنوان ماده درخشان در.

·و به عنوان کاتالیزور

وظایف ژرمانیوم در بدنویرایش

  1. افزایش ایمنی سلول اعصاب
  2. دوباره جوان کردن سلول‌ها
  3. تولید انرژی
  4. محافظت در برابر سموم
  5. تولید قدرت آنتی‌اکسیدانی که سبب کاهش درد می‌گردد
  6. افزایش حس شنوایی

ترکیبات خاصی از ژرمانیم برای پستانداران مسمومیت کمی دارند اما برای باکتری‌های خاصی اثرات سمی دارند. این ویژگی، اینگونه ترکیبات را به عوامل شیمی درمانی مفیدی تبدیل کرده‌است.

منابعویرایش

  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. "New Type of Zero-Valent Tin Compound". ChemistryViews. 27 August 2016.
  3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ ۴٫۳ "Properties of Germanium". Ioffe Institute.
  5. Winkler, Clemens (1887). "Germanium, Ge, a New Nonmetal Element". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (به آلمانی). 19 (1): 210–211. doi:10.1002/cber.18860190156. Archived from the original on December 7, 2008.
  6. "Germanium, a New Non-Metallic Element". The Manufacturer and Builder: 181. 1887. Retrieved 2008-08-20.