مخزن أكبر مرجع عربي للمواضيع و المقالات

ابحث عن أي موضوع يهمك

ما هو الجرمانيوم

بواسطة: نشر في: 21 نوفمبر، 2022
مخزن

ما هو الجرمانيوم

الجرمانيوم هو عنصر فلزي كيميائي ذو لون رمادي يُرمز له في الجدول الدوري بالرمز Ge، ويقع بالجدول الدوري فيما بين عنصري القصدير والسيليكون، إذ أن اسمه مُشتق من كلمة جرمانيا وهي كلمة ألمانية، والجرمانيوم يعتبر من أشباه الموصلات، وهو ما يجعل له أهمية اقتصادية كبيرة بمجال الإلكترونيات خاصةَ في صناعة الترانزستور وصناعة مكونات الأجهزة مثل الخلايا الضوئية والمقومات.

ويدخل استخدام الجرمانيوم بمجموعة متنوعة ومختلفة من التطبيقات الحياتية؛ نتيجة لاعتباره ثنائي القطب، وفي مثال على ذلك فإن التقديرات تشير إلى أنّ خمسة وستين بالمئة من الجرمانيوم يتم استخدامه بمجال البصريات، والخمسة عشر بالمئة الأخرى تستخدم بالكيمياء كأن تمثل عوامل مساعدة تسرع من التفاعلات الكيميائية، وقد وُظفت الخمسة عشر بالمئة الأخرى من ذلك العنصر لكي يتم استخدامه بمجال الإلكترونيات والألواح الشمسية، وهو ما يدل على أنّ عنصر الجرمانيوم هام ويتم استغلاله بشكلٍ كبير.

اكتشاف الجرمانيوم

توقع ديمتري منديلييف العالم الكيميائي الروسي وجود الجرمانيوم وكان ذلك في عام 1869ميلادية، وذلك بعد أن قام بتطوير الجدول الدوري للعناصر، حسب نظريته بوجود الكثير من العناصر لم يتم اكتشافها في الطبيعة بعد، وبعام 1885ميلادية تم اكتشاف عنصر الجرمانيوم بواسطة العالم الألماني الكيميائي كليمنز وينكلر الذي أُشير له في ذلك الوقت باسم (إيكا سيليكون) لاقترابه في الشبه من السيليكون بخام يُعرف بالأرجيروديت والذي احتوى على الكبريت والفضة وأكسيد الحديد والزنك مع توفر 7بالمئة تقريبًا من فلز غير معروف، وبناءًا لتوقع مندلييف بتوفر عنصر الجرمانيوم وقيامه بتحديد خصائصه التي كانت شديدة القرب من القيم الحقيقية وهو ما عزز من ثقة الكيميائيين بالجدول الدوري.

خصائص الجرمانيوم

من بين خصائص الجرمانيوم أنّ العدد الذري لذلك العنصر يساوي اثنين وثلاثين، في حين أن كتلته الذرية تساوي72.630، وتبلغ كثافته 5.323 غرام/ سنتيمتر مكعب، بالإضافة إلى تواجده بالطبيعة في الحالة الصلبة، حيث تبلغ درجة انصهاره 938.3 سْ، أما درجة غليانه فتبلغ 2833 سْ، ويقدر عدده من النظائر الطبيعية خمسة وهي: Ge-74،Ge-72،Ge-79، Ge-73، Ge- 76 ومجموعة من النظائر الاصطناعية التي أُنشئت بالمختبر والتي تعادل 19، ويتواجد عنصر الجرمانيوم بالقشرة الأرضية بمقدار واحد ونصف جزءًا بالمليون، ويعتبر الجرمانيوم واحد من العناصر القليلة التي يحدث لها تمدد بالتجمد كما يحدث مع الماء وهو ما يشابه كلًا من السيليكون والأنتيكون والبزموت.

ويتم التنقيب بشكل رئيسي عن عنصر الجرمانيوم ضمن خامات الفحم والزنك والجيرمانيت، وذلك وفق مكتبة لوس أللاموس الوطنية، ويتم ذلك التنقيب حسب ما صرح به واحد من المواقع الكيميائية بكل من المملكة المتحدة والصين وروسيا وألاسكا وأواكرانيا، والجدير بالذكر أنّ ذلك العنصر حاز على أهمية بالغة منذ الحرب العالمية الأولى، وذلك بناءًا على ما أشارت له الطالبة الكيميائية (إيميلي دراربي) بكلية هارفي مود، حيث استخدم العنصر حينذاك بأجهزة تلقي الردار ذات الدقة العالية.

استخدامات الجرمانيوم

يوجد الكثير من الاستخدامات للجرمانيوم في المجالات المختلفة، إذ أنه يستخدم بالترانزستورات، وهو ما فتح أبواب كثيرة لتطبيقات لا حصر لها لمعدن الجرمانيوم، وفيما يلي سوف نذكر أهم استخدامات الجرمانيوم:

  • يستخدم بأنظمة الألياف البصرية، كما يدخل في صناعة البصريات بالأشعة تحت الحمراء.
  • يُستخدم كمحفز للبلمرة وبالعلاجات الكيميائية.
  • يوجد تشتت منخفض بصري لثاني أكسيد الجرمانيوم ومؤشر عالي للانكسار، وهو ما يجعله شديد الفائدة بعدسات الكاميرا واسعة الزاوية وعدسات المجهر الشّيئية.
  • الجرمانيوم النقي قادر على تحديد مصادر الإشعاع بشكل عالي الدقة، وتلك الميزة تُستخدم بأمن المطارات، إذ يمكن أن يستخدم في أنظمة الرؤية الليلية بواسطة الأشعة تحت الحمراء.
  • يستخدم بصناعة خلايا شمسية ذات الكفاءة العالية والتي يمكن استخدامها بالتطبيقات الفضائية.
  • يستخدم الجرمانيوم كعامل في العلاج الكيميائي؛ إذ يكون البعض من مركبات الجرمانيوم سامّة تجاه بعض البكتيريا.
  • يستخدم بتطبيقات الأشعة السينية، وبصناعة السبائك الثمينة المعدنية، وذلك مثل دخول الجرمانيوم بسبائك الفضة الاسترلينية وهو ما يرفع من مقاومته تجاه فقدان بريقه.
  • من الممكن أن يتم إنتاج أشعة الليزر من دايودات الجرمانيوم والذي قد يستخدم في إرسال البيانات في مسافات طويلة.

وعلى الرغم من أن واحد من استخدامات الجرمانيوم الهامة تتمثل في مقدرته على تحسين الحالة الصحية لمرضى السرطان، فمنذ بعض السنوات استخدم الجرمانيوم العضوي باعتباره دواء لعلاج الإيدز والسرطان، ولكن إدارة الأغذية والعقاقير FDA قامت بإصدار بيانًا يتضمن أن المكملات الغذائية المقدمة تمثل خطرًا محتملًا على صحة الإنسان.

الفرق بين السليكون والجرمانيوم

ببداية الحديث حول الفرق ما بين الجرمانيوم والسيليكون ينبغي أن يتم التعرف على أن كلاهما يُصنفان باعتبارهما أشباه فلزات، حيث يتوفر العنصران بالمجموعة الرابعة عشر في الجدول الدوري؛ ضمن عائلة الكربون، والمكونة من عنصر السيليكون الذي يتواجد أعلاه عنصر الكربون؛ وأسفله الجرمانيوم، الرصاص والقصدير، وتمتاز عناصر تلك المجموعة بأنّها رباعية التكافؤ، وفيما يلي سوف نوضح الفرق بين الجرمانيوم والسيليكون:

  • يرمز لعنصر السيليكون بالرمز Si، وأما عدده الذري فهو 14، في حين يرمز للجرمانيوم بالرمز Ge وعدده الذري هو 32.
  • غالبًا ما يزداد نصف القطر الذري الخاص بالعناصر كلما حدث الانتقال لأسفل العمود بكل مجموعة في الجدول الدوري، إذ أن نصف القطر الذري لعنصر الجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكو.
  • موصلية عنصر الجرمانيوم أعلى من موصلية السيليكون، حيث إن العدد الذري لعنصر السيليكون أقل من عنصر الجرمانيوم، ومثلما هو معروف كيميائيًا تكون العناصر ذات العدد الذري الأقل مرتبطة مع إلكترونات التكافؤ الخاصة بها والنواة بصورة كبيرة، بمعنى أنّ السيليكون له إلكترونات تكافؤ ترتبط بصورة كبيرة مع النواة، إذا ما تمت مقارنتها مع إلكترونات تكافؤ الجرمانيوم الذي يمتاز بعدد ذري أكبر؛ إذ أن إلكترونات التكافؤ الخاصة به ترتبط مع النواة بشكل أقل، وهو ما ينتج عنه وجود إلكترونات تكافؤ لعنصر الجرمانيوم حرة الحركة وهو ما يترتب عليه موصلية أعلى.
  • يمتلك الجرمانيوم عند التوزيع الإلكتروني للذرات إلكترونات بالمدار d، في حين أنه لا يوجد للسيليكون توزيع إلكترونات بالمدار d.
  • أغلب مواصفات السليكون ذات تكلفة أقل من مواصفات الجرمانيوم التي تماثله بعشرة أضعاف، إلى جانب أن استخدام موصلات السيليكون يكون على نطاق واسع نتيجة إمكانية استخدامها حين وجود درجات حرارة أعلى مقارنةً بموصلات الجرمانيوم.

الفرق بين ديودات السيليكون والجرمانيوم

ديودات الجرمانيوم يقصد بها الديودات التي يتم صناعتها من ديودات السيليكون، وعنصر الجرمانيوم، والأمر كذلك، حيث إنها تصنع من عنصر السيليكون، ويذكر أنّ كلا العنصرين يقومان بأداء الوظيفة نفسها، وهي السماح للتيار الكهربائي أن يمر عبرهما باتجاه واحد، ويذكر أن الفرق الرئيسي بين السليكون وديودات الجرمانيوم هو الجهد الذي عنده يبدأ التيار الكهربائي بالتدفق عبر الديود بحرية، إذ أن ديود الجرمانيوم غالبًا ما يبدأ بتوصيل التيار الكهربائي حينما يصل الجهد المطبق عبر الديود حتى 0.3 فولت، وفيما يتعلق بديودات السيليكون فإنّها تحتاج جهدًا إضافيًا عن ديودات الجرمانيوم لكي تقوم بإيصال التيار الكهربائي، حيث تحتاج 0.7 فولت لتنشئ حالة الانحياز الأمامي بديود السيليكون.

المراجع

ما هو الجرمانيوم