ژرمانیم

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
ژرمانیم
تلفظ‎/dʒərˈmeɪniəm/‎ ​(jər-MAY-nee-əm)
ظاهرgrayish white
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۷۲٫۶۳۰(۸)[1]
ژرمانیم در جدول تناوبی
Si
↑
Ge
↓
Sn
گالیم ← ژرمانیم → آرسنیک
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,[2] +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 ​
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[3]
مدول یانگ103[4] GPa
مدول برشی41[4] GPa
مدول حجمی75[4] GPa
نسبت پواسون0.26[4]
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 β−β− - 76Se

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.

تاریخچه

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.[5][6] 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 تولید

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.

کاربردها

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 بدن
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ ژرمانیم موجود است.
  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.

منابع
  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. "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.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.