ژرمانیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
گالیمژرمانیمآرسنیک
Si

Ge

Sn
ظاهر
grayish white
Grayish lustrous block with uneven cleaved surface
ویژگی‌های کلی
نام, نماد, عدد ژرمانیم, Ge, 32
تلفظ به انگلیسی /ərˈmniəm/
jər-MAY-nee-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه شبه فلزات
گروه، تناوب، بلوک ۱۴۴, p
جرم اتمی استاندارد 72.63(1)  g·mol−۱
آرایش الکترونی [Ar] 3d10 4s2 4p2
الکترون به لایه 2, 8, 18, 4 (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به r.t.) 5.323 g·cm−۳
چگالی مایع در m.p. 5.60 g·cm−۳
نقطه ذوب 1211.40 K, 938.25 °C, 1720.85 °F
نقطه جوش 3106 K, 2833 °C, 5131 °F
گرمای هم‌جوشی 36.94 kJ·mol−1
گرمای تبخیر 334 kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی 23.222 J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
(آمفوتر oxide)
الکترونگاتیوی 2.01 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونیزه شدن 1st: 762 kJ·mol−1
2nd: 1537.5 kJ·mol−1
3rd: 3302.1 kJ·mol−1
شعاع اتمی 122 pm
شعاع کووالانسی 122 pm
شعاع واندروالانسی 211 pm
متفرقه
ساختار کریستالی Diamond cubic
مغناطیس دیامغناطیس[۱]
مقاومت الکتریکی (20 °C) 1 Ω·m
رسانایی گرمایی (300 K) 60.2 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی 6.0 µm/(m·K)
سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) 5400 m/s
مدول یانگ 103[۲] GPa
مدول شیر 41[۲] GPa
مدول باک 75[۲] GPa
نسبت پواسون 0.26[۲]
سختی موس 6.0
عدد کاس 7440-56-4
فاصله باند انرژی در ۳۰۰ کلوین 0.67 eV
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های ژرمانیم
iso NA نیمه عمر DM DE (MeV) DP
68Ge syn 270.8 d ε - 68Ga
70Ge 21.23% 70Ge ایزوتوپ پایدار است که 38 نوترون داردs
71Ge syn 11.26 d ε - 71Ga
72Ge 27.66% 72Ge ایزوتوپ پایدار است که 40 نوترون داردs
73Ge 7.73% 73Ge ایزوتوپ پایدار است که 41 نوترون داردs
74Ge 35.94% 74Ge ایزوتوپ پایدار است که 42 نوترون داردs
76Ge 7.44% 1.78×1021 y ββ - 76Se

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 32 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 1010 ناخالصی هستند.

خاصیت اکاسیلیکون ژرمانیوم ، جرم اتمی 72 (72.59) چگالی 5.35 (g/cm3) نقطه جوش(°C) بالا 947 و دارای رنگ خاکستری می باشد.

تاریخچه[ویرایش]

ژرمانیم ( از واژه لاتین Germania به معنی آلمان) یکی از عناصری بود که Dmitri Mendeleev در سال 1871 وجود آنرا بعنوان 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.

ساخت ترانزیستورهای ژرمانیم مقدمه استفاده‌های 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 کننده‌ها جایگزین ژرمانیم شد. سیلیکون خصوصیات الکتریکی برتری دارد اما نمونه‌های بسیار خالص تری نیاز دارد- درجه خلوصی که در روزهای اولیه بصورت 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 ، 85% مصرف جهانی ژرمانیم را در سال 2000 تشکیل می‌دهد.

تهیه و تولید[ویرایش]

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

این شبه فلز را می‌توان بوسیله 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 1997 تقریباً" 3 دلار آمریکا وقیمت هر کیلو آن در پایان سال 2000 معادل 1150 دلار بود.

کاربردها[ویرایش]

ژرمانیم برخلاف بیشتر نیمه هادیها دارای band gap (شکاف نوار) کوچکی است که امکان واکنش موثربه اشعه مادون قرمز را بوجود 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 بعنوان کاتالیزور

وظایف ژرمانیوم در بدن[ویرایش]

1- افزایش ایمنی سلول اعصاب 2- دوباره جوان کردن سلولها 3- تولید انرژی 4- محافظت در برابر سموم 5- تولید قدرت آنتی اکسیدانی که سبب کاهش درد می گردد 6- افز ایش حس شهوانی

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.

منابع[ویرایش]