جرمانيوم

(تم التحويل من جيرمانيوم)
گاليومجرمانيومزرنيخ
Si

Ge

Sn
المظهر
أبيض مائل للرمادي
Grayish lustrous block with uneven cleaved surface
الخصائص العامة
الاسم، الرمز، الرقم جرمانيوم, Ge, 32
تصنيف العنصر شبه فلز
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي 144, p
الوزن الذري القياسي 72.64
التوزيع الإلكتروني [Ar] 3d10 4s2 4p2
2, 8, 18, 4
الخصائص الطبيعية
الطور solid
الكثافة (بالقرب من د.ح.غ.) 5.323 g·cm−3
الكثافة السائلة عند ن.إ. 5.60 گ·سم−3
نقطة الانصهار 1211.40 ك, 938.25 °C, 1720.85 °F
نقطة الغليان 3106 ك, 2833 °س, 5131 °ف
حرارة الانصهار 36.94 ك‌ج·مول−1
حرارة التبخر 334 ك‌ج·مول−1
السعة الحرارية المولية 23.222 ج·مول−1·ك−1
ضغط البخار
پ (پا) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
(أكسيد أمفوتيري)
سالبية كهربية 2.01 (مقياس پولنگ)
طاقات التأين الأولى: 762 ك‌ج·مول−1
الثانية: 1537.5 ك‌ج·مول−1
الثالثة: 3302.1 ك‌ج·مول−1
نصف القطر الذري 122 پ‌م
نصف قطر تساهمي 122 pm
نصف قطر ڤان در ڤالز 211 pm
متفرقات
البنية البلورية diamond cubic
جرمانيوم has a Diamond cubic crystal structure
الترتيب المغناطيسي Diamagnetic[1]
المقاومية الكهربائية (20 °C) 1 Ω·m
ناقلية حرارية 60.2 W·m−1·K−1
التمدد الحراري 6.0 µm/(m·K)
سرعة الصوت (قضيب رفيع) (20 °س) 5400 م·ث−1
معامل ينگ 103[2] گ‌پا
معامل القص 41[2] گ‌پا
معامل الحجم 75[2] گ‌پا
نسبة پواسون 0.26[2]
صلادة موس 6.0
رقم تسجيل كاس 7440-56-4
أكثر النظائر استقراراً
المقالة الرئيسية: نظائر جرمانيوم
نظ ت.ط. عمر النصف DM DE (م‌إڤ) DP
68Ge إصط 270.8 d ε - 68Ga
70Ge 21.23% Ge يكون ثابت وله 38 نيوترون
71Ge إصط 11.26 d ε - 71Ga
72Ge 27.66% Ge يكون ثابت وله 40 نيوترون
73Ge 7.73% Ge يكون ثابت وله 41 نيوترون
74Ge 35.94% Ge يكون ثابت وله 42 نيوترون
76Ge 7.44% 1.78×1021 y ββ - 76Se
· ر

جرمانيوم عنصر كيميائي في الجدول الدوري، ورمزه Ge ، ورقمه الذري 32. وهو مادة صلبة ذات لون أبيض مائل للخضرة ومظهر فلزي. والجرمانيوم عنصر نادر، يوجد عادة بكميات صغيرة مخلوطًا مع فلزات أخرى. ويحصل عليه بتنقية النحاس والزنك والحديد.

والجرمانيوم من أَكثر المواد استخدامًا بوصفه شبه موصل. وهو شبه موصل جيد لأنّه لايحتوي على خواص فلزية قوية. ويستخدم الجرمانيوم في صناعة الأَجهزة شبْه الموصلة مثل الصِّمامات الثنائية، وبطاريات الطاقة الشمسية، والترانزستورات. ويستخدم أيضًا في صناعة عدسات مختلف أجهزة الأشعة تحت الحمراء البصرية.

وبإضافة كميات من الجرمانيوم إلى البطاريات العاملة بالرصاص ـ الحمض يمكن إطالة عمرها التشغيلي. وأُكسيد الجرمانيوم، أحد مركبات الجرمانيوم، يستخدم في الطب.

والعدد الذري للجرمانيوم 32، ووزنه الذري72,61. وينصهر الجرمانيوم عند درجة حرارة 937,4°م، ويغلي عند درجة حرارة 2830°م.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

اكتشفه كليمنس وِنْكلَر (1838-1904) Clemens Winkler عام 1886 عند عزله من فلز الأرجيروديت Argyrodite، وسماه الجرمانيوم باسم موطنه ألمانيا Germany. وتبين أن هذا العنصر هو إيكا ـ سيليكون eka-silicon الذي تنبأ بوجوده منْدِلييف Mendeleev علم 1871عند وضعه الجدول الدوري للعناصر.


وجوده في الطبيعة وتحضيره

الجرمانيوم من العناصر الشديدة التبعثر أي لا توجد له مراقد هامة. من فلزاته: الأرجِيروديت k4Ag2S.GeS2 والجرمانيت 7CuS.FeS.GeS2 والرينييريت renierite (CuFe.Ge.As)xSy والألترابازيت ultrapasite (Pb.Ag.Ge.Sb)xSy ومن مصادره الهامة أيضاً الغبار المتطاير (الرماد) الناجم عن حرق بعض أنواع الفحم. ويتلخص تحضيره بتفاعل إرجاع ثنائي أكسيد الجرمانيوم GeO2 الناتج عن حلمهة رباعي كلوريد الجرمانيوم GeCl4 بوساطة الهدروجين أو الكربون.

خواصه

Skeletal chemical structure of a tetrahedral molecule with germanium atom in its center bonded to 4 hydrogens. The Ge-H distance is 152.51 picometers.
Germane is similar to methane.

يُعدُّ معظم خواص الجرمانيوم كدرجة الانصهار ودرجة الغليان مرحَلَةَ انتقال بين خواص السيليكون (لا معدن) والقصدير (معدن)، وتتلخص خواصه الفيزيائية فيما يلي:

إلكترونات المدارات التكافِئِية k4s2, 4p2؛ نصف القطر الذري: 1.22أنغستروم نصف القطر الشاردي Ge4+ ب0.35 أنغستروم؛ الكتلة الحجمية 5.36غ/سم3 درجة الانصهار: 959 ْس؛ درجة الغليان 2700 ْس؛ كمون التشرُّد (التأيُّن) الأول8.13 إلكترون ـ فولط (ev)؛ الثاني 15.86(ev) ولعنصر الجرمانيوم بنية بلورية تشبه بنية الماس، وله خواص كهربائية هامة، فالمقاومة النوعية للجرمانيوم العالي النقاوة صغيرة نسبياً في درجة الحرارة العادية، وتتناقص هذه المقاومة النوعية حين ترتفع درجة الحرارة؛ لهذا يُعدُّ الجرمانيوم من أنصاف النواقل[ر] ويمكن جعله متَّصِفاً بخواصها بإبدال نسبة صغيرة جداً من ذرات الجرمتنيوم إما بذراتٍ من الفصيلة Va (الفسفور والزرنيخ والأنتموان) التي تتضمن إلكتروناً P زيادة عما للجرمانيوم، فيتكون نصف ناقل من النوع n حامل الشحنة السالبة negative، وإما بذراتٍ من الفصيلة IIIa (ألمنيوم، غاليوم P) التي ينقصها إلكترون P عما في الجرمانيوم فيتكون نصف ناقل من النوع P حامل الشحنة الموجبة positive؛ وتكون كمية الشوائب المضافة ضئيلة جداً ومحدَّدة تحديداً جيداً يتفق مع الغاية من استعمالها. ويؤلف دمج النموذجين n وp من الجرمانيوم قاعدة أساسية في صنع المقوِّمات rectifirs والترانزستورات.

أمَّا النشاط الكيميائي للجرمانيوم فهو ضعيف، إذ لا يتأكسد في الهواء أو في الدرجة العادية من الحرارة، وهو لا يتأثر بالمحاليل المائية الممدّدة لحمض كلور الماء وحمض الكبريت وللأُسُس الضعيفة، غير أنه يتفاعل مع حمض الآزوت وحمض الكبريت المركَّزيْن، ويكوِّن مع أكسجين الهواء عند درجات الحرارة العالية (بالحرق) ثنائي أكسيد الجرمانيوم GeO2.

استعمالاته

Skeletal chemical structures outlining an additive chemical reaction including an organogermanium compound.
Nucleophilic addition with an organogermanium compound.

للجرمانيوم تطبيقات كثيرة وهامة ناتجة من خواصه التي يتمتع بها، ولاسيما خواص أنصاف النواقل. فقد صُنع الترانزستور أول ما صُنِع من الجرمانيوم ثم استعمل الجرمانيوم في تطبيقات أخرى مثل الحاسوب وأنظمة التحكم في القذائف الموجهة، وفي صنع العدسات والمرشحات filters المستعملة في الأجهزة التي تعمل في مجال الأشعة تحت الحمراء. فالزجاج المحضَّر بوساطة ثنائي أكسيد الجرمانيوم يفوق كثيراً مثيلَه زجاج السيليكون في قرينة انكساره ومقدرة تبديده، ويمكن استعماله في عدسات آلات التصوير والمجاهر ذات الزاوية العريضة.[3]

الانتاج

خطأ في إنشاء صورة مصغرة: الملف مفقود
Year Cost
($/kg)[4]
1999 1,400
2000 1,250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1,240


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تطبيقات

A drawing of four concentric cylinders.
A typical single-mode optical fiber. Germanium oxide is a dopant of the core silica (Item 1).
1.- Core 8 µm
2.- Cladding 125 µm
3.- Buffer 250 µm
4.- Jacket 400 µm

إلكترونيات

استعمالات اخرى

المكملات الغذائية

الهوامش

المصادر

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ أ ب ت ث "Properties of Germanium". Ioffe Institute.
  3. ^ محمد علي المنجد. "الجرمانيوم". الموسوعة العربية.
  4. ^ R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). "Germanium". U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf)|format= requires |url= (help). USGS Mineral Resources Program: 1–2. ISBN 0859340392. OCLC 16437701. line feed character in |date= at position 357 (help); Check date values in: |date=, |year= / |date= mismatch (help); |access-date= requires |url= (help)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

وصلات خارجية

شعار قاموس المعرفة.png