دانشچی پورتال جامع تحقیق و مقاله، مطالب علمی و هنری ، وبگردی و…
همه چیز درباره ژرمانیم (Ge)
ژرمانیم، (به انگلیسی : Germanium) با علامت اختصاری Ge و عدد اتمی ۳۲، عنصری از جدول تناوبی در دسته شبه فلزات است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.
ژرمانیوم سی و دومین عنصر جدول تناوبی است. ژرمانیوم یکی از اعضای مهم خانواده نیمه‌رساناها می‌باشد و در صنعت نیمه‌هادی کاربرد فراوان دارد. نام این عنصر لاتین واژه ژرمن (آلمان) است.
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 یک نیمه 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 ۷۲ (۷۲.۵۹) چگالی ۵.۳۵ (g/cm3) نقطه جوش(°C) بالا ۹۴۷ و دارای رنگ خاکستری می‌باشد.
ژرمانیم خالص در دمای اتاق ساختاری بلوری دارد و چکش خوار است یعنی می‌توان آن را بدون ترک برداشتن یا شکستن، به طور دائمی خم کرد و یا تغییر شکل داد. دلیل چنین پدیده‌ای توانایی لغزیدن اتم‌ها روی یکدیگر است بدون اینکه گسسته یا پاره شوند.
شناسنامه عنصر ژرمانیم
عدد اتمی: ۳۲
جرم اتمی:۷۲.۵۹
نقطه ذوب : ۹۳۸.۲۵ °C
نقطه جوش : C° ۲۸۳۳
شعاع اتمی : ۱۲۲ pm
رنگ: سفید مایل به خاکستری
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: ۱۴
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 762
الکترونگاتیوی: ۲.۰۱ پائولینگ
دوره تناوبی: ۴
تاریخچه ژرمانیم
ژرمانیم ( از واژه لاتین Germania به معنی آلمان ) یکی از عناصری بود که Dmitri Mendeleev در سال ۱۸۷۱ وجود آن را به عنوان یک آنالوگ گم شده گروه سیلیکون پیش بینی کرده بود ( مندلیف آن را “ekasilicon ” نامید) . وجود این عنصر را Clemens Winkler در سال ۱۸۸۶ اثبات نمود. این کشف تاییدیه مهمی برای نظریه مندلیف در مورد وضعیت تناوبی عناصر بود.
ساخت ترانزیستورهای ژرمانیم مقدمه استفاده های 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 کم کم در ترانزیستورها، دیودها و یکسو کننده‌ها جایگزین ژرمانیم شد. سیلیکون خصوصیات الکتریکی برتری دارد اما نمونه های بسیار خالص تری نیاز دارد- درجه خلوصی که در روزهای اولیه به صورت تجاری قابل دستیابی نبود- درحالی که نیاز به ژرمانیم در شبکه های ارتباطی فیبر نوری، سیستم های مادون قرمز دید در شب و کاتالیزورهای پلیمریزاسیون شدیداً افزایش یافت. این کاربردهای نهایی، ۸۵% مصرف جهانی ژرمانیم را در سال ۲۰۰۰ تشکیل می دهد.
پیدایش ژرمانیم
این شبه فلز درکانی های آرژیرودیت یا سیم سنگ ( سولفید ژرمانیم و نقره) ، زغال سنگ، ژرمانیت، روی و کانی های دیگر یافت می شود. ژرمانیم بصورت تجاری از پردازش سنگ معدن مذاب روی و از سوختن محصولات جانبی زغال سنگ های خاصی بدست می آید. بنابراین اندوخته زیادی از این عنصر در منابع زغال سنگ وجود دارند.
این شبه فلز را می توان به وسیله تقطیر جزئی تتراکلرید فرار آن از فلزات دیگر نیز تهیه نمود. این روش باعث تولید ژرمانیم با خلوص بسیار بالا می شود.
ویژگی های ژرمانیم
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 ویژگی های 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. روش های تصفیه منطقه ای باعث تولید ژرمانیم بلورین برای نیمه هادی ها گشته که فقط دارای یک جزء در ۱۰۱۰ ناخالصی هستند.
کاربردهای ژرمانیم
ژرمانیم برخلاف بیشتر نیمه هادی ها دارای band gap (شکاف نوار) کوچکی است که امکان واکنش موثربه اشعه مادون قرمز را به وجود 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 ویژگی های تجزیه اکسید آن، استفاده از ژرمانیم را در عدسی های زاویه باز دوربین و عدسی های شیئی میکروسکوپ سودمند می کند.
موسیقی دانانی 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 به کار می برند سرعت خیلی بیشتری داشته باشند. کاربردهای دیگر آن شامل موارد زیر می‌شود:
– عامل آلیاژساز
– به عنوان ماده درخشان
– به عنوان کاتالیزور.
وظایف ژرمانیم در بدن
افزایش ایمنی سلول اعصاب
دوباره جوان کردن سلول‌ها
تولید انرژی
محافظت در برابر سموم
تولید قدرت آنتی‌اکسیدانی که سبب کاهش درد می‌گردد
افزایش حس شنوایی
ترکیبات خاصی از ژرمانیم برای پستانداران مسمومیت کمی دارند اما برای باکتری های خاصی اثرات سمی دارند. این ویژگی، این گونه ترکیبات را به عوامل شیمی درمانی مفیدی تبدیل کرده است.
اثر ژرمانیم بر سلامتی انسان
در گذشته اعتقاد بر این بود که ژرمانیم برای سلامتی مفید است، بر این اساس جذب بالای ژرمانیم باعث بالا رفتن قدرت ایمنی بدن و سرزندگی در فرد شده و باعث از بین رفتن رادیکال های آزاد می شود. در سال ۱۹۸۹ دپارتمان سلامت در کشور انگلستان اعلام کرد که این عنصر هیچگونه مصرف دارویی و غذایی ندارد و استفاده از آن یک خطر برای سلامتی محسوب می شود.
ژرمانیم هیدرید و ژرمانیم تترا هیدرید بسیار اشتعال زا هستند و حتی امکان انفجار در هنگام ترکیب با هوا محتمل است. استنشاق محصولات احتراق منجر به گرفتگی عضلات شکم، سرفه، سرخ شدن و درد پوست و چشم می شود. همچنین این ماده با استنشاق جذب بدن می شود.
پیشنهادی: همه چیز درباره عنصر کلسیمعنصر ژرمانیم _ دانشچی
