ژرمانیم

Germanium

عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Germanium, Ge, 32 گروه شیمیایی شبه فلز گروه, تناوب, بلوک 14 (IVA), 4 , p جرم حجمی, سختی 5323 kg/m3, 6 رنگ سفید مایل به خاکستری

خواص اتمی       وزن اتمی 72.64 amu شعاع اتمی (calc.) 125 (125) pm شعاع کووالانسی 122 pm شعاع واندروالس اطلاعات موجود نیست ساختار الکترونی Ar]3d10 4s2 4p2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 18, 4 درجه اکسیداسیون (اکسید) 4 (آمفوتریک) ساختار کریستالی مکعبی face centered

خواص فیزیکی         حالت ماده جامد نقطه ذوب 1211.4 K (1720.9 °F) نقطه جوش 3093 K (5108 °F) حجم مولی  ש»10-6 * 13.63««متر مکعب بر مول گرمای تبخیر 330.9 kJ/mol گرمای هم جوشی 36.94 kJ/mol فشار بخار 0.0000746 Pa at 1210 K سرعت صوت 5400 m/s at 293.15 K

متفرقه         الکترونگاتیویته 2.01 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 320 J/(kg*K) رسانائی الکتریکی 1.45 اهم رسانائی گرمایی 59.9 W/(m*K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 762 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1537.5 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 3302.1 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4411 kJ/mol 5th پتانسیل یونیزاسیون 9020 kJ/mol

پایدارترین ایزوتوپها         ایزو وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP 70Ge 21.23% Ge با 38 نوترون پایدار است 72Ge 27.66% Ge با 40 نوترون پایدار است 73Ge 7.73% Ge با 41 نوترون پایدار است 74Ge 35.94% Ge با 42 نوترون پایدار است واحدهای SI& STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

ژرمانیم عنصر شیمیایی است که با نشان Ge و عدد اتمی 32 در جدول تناوبی وجود دارد. ژرمانیم شبه فلزی است سخت، درخشان ، به رنگ سفید خاکستری که از نظر شیمیایی شبیه قلع می باشد. این عنصر تعداد بسیار زیادی از ترکیبات آلی – فلزی را تشکیل داده و ماده نیمه هادی مهمی در ترانزیستورها و نورسنج ها به حساب می آید.

ویژگیهای قابل توجه

ژرمانیم عنصری سخت و به رنگ سفید مایل به خاکستری است که دارای درخشش فلزی و ساختار بلوری همانند الماس می باشد. توجه به این نکته ضروری است که ژرمانیم یک نیمه هادی با ویژگیهای الکتریکی بین فلز و عایق می باشد. نوع خالص این شبه فلز ، بلورین و شکننده بوده و در دمای اطاق درخشش خود در هوا را حفظ می کند. روشهای تصفیه منطقه ای باعث تولید ژرمانیم بلورین برای نیمه هادیها گشته که فقط دارای یک جزء در 1010 ناخالصی هستند.

کاربردهـــــــــا

ژرمانیم برخلاف بیشتر نیمه هادیها دارای band gap (شکاف نوار) کوچکی است که امکان واکنش موثربه اشعه مادون قرمز را بوجود می آورد.بنابراین ژرمانیم در طیف نماهای مادون قرمز و سایر تجهیزات دیداری که نیازمند یابنده های 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 می کند. موسیقیدانانی که مایل به بازآفرینی حالت خاص تقویت کننده های اوایل دوره Rock and roll هستند ، هنوز هم در تقویت کننده های گیتار برقی از ترانزیستورهای ژرمانیم استفاده می کنند. آلیاژ ژرمانید سیلیکون ( SiGe ) در حال تبدیل سریع به ماده نیمه هادی مهم در IC های سرعت بالا می باشد. مدارهایی که از پیوندهای Si-SiGe استفاده می کنند می توانند نسبت به مدارهایی که تنها سیلیکون بکار می برند سرعت خیلی بیشتری داشته باشند. سایر کاربردها: عامل آلیاژساز، بعنوان ماده درخشان در ؛ و بعنوان کاتالیزور 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 کرده است.

تاریخچه

ژرمانیم ( از واژه لاتین Germania به معنی آلمان) یکی از عناصری بود که Dmitri Mendeleev در سال 1871 وجود آنرا به عنوان یک آنالوگ گم شده گروه سیلیکون پیش بینی کرده بود (مندلیف آنرا "ekasilicon " نامید). وجود این عنصر را Clemens Winkler در سال 1886 اثبات نمود. این کشف تاییدیه مهمی برای نظریه مندلیف در مورد وضعیت تناوبی عناصر بود. خاصیت   اکاسیلیکون   ژرمانیوم جرم اتمی   72   72.59 چگالی(g/cm3)   5.5   5.35 نقطه جوش(°C)   بالا   947 رنگ   خاکستری   خاکستری ساخت ترانزیستورهای ژرمانیم مقدمه استفاده های بی شمار از علم الکترونیک solid-state گشت. از سال 1950 تا اوایل دهه 80 این حوزه بازار روزافزونی برای ژرمانیم بوجود آورد اما بعد از آن سیلیکون خالص کم کم در ترانزیستورها، دیودها و یکسو کننده ها جایگزین ژرمانیم شد. سیلیکون خصوصیات الکتریکی برتری دارد اما نمونه های بسیار خالص تری نیاز دارد- درجه خلوصی که در روزهای اولیه بصورت تجاری قابل دستیابی نبود- درحالیکه نیاز به ژرمانیم در شبکه های ارتباطی فیبر نوری ، سیستم های مادون قرمز دید در شب و کاتالیزورهای پلیمریزاسیون شدیداً افزایش یافت. این کاربردهای نهائی ، 85% مصرف جهانی ژرمانیم را در سال 2000 تشکیل می دهد.

 

پیدایش

این فلز درکانیهای آرژیرودیت یا سیم سنگ( سولفید ژرمانیم و نقره) ، ذغال سنگ، ژرمانیت ، روی و کانیهای دیگر یافت می شود. ژرمانیم بصورت تجاری از پردازش سنگ معدن مذاب روی و از سوختن محصولات جانبی ذغال سنگهای خاصی بدست می آید. بنابراین اندوخته زیادی از این عنصر در منابع ذغال سنگ وجود دارند. این شبه فلز را می توان بوسیله تقطیر جزئی تتراکلرید فرار آن از فلزات دیگر نیز تهیه نمود. این روش باعث تولید ژرمانیم با خلوص بسیار بالا می شود. قیمت هر گرم ژرمانیم در سال 1997 تقریباً 3 دلار آمریکا وقیمت هر کیلو آن در پایان سال 2000 معادل 1150 دلار بود.