حقایقی جالب در خصوص فلز ژرمانیوم
ژرمانیوم عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۳۲ بوده و از نظر ظاهری یک فلز براق، شکننده به رنگ سفید مایل خاکستری می باشد. این عنصر در گروه ۱۴ از جدول تناوبی بوده و در کنار همسایه های خود یعنی کربن، سیلیسیم و قلع قرار گرفته است. ژرمانیوم خالص ترکیبی نیمه رسانا است و همانند سیلیسیوم تمایل زیادی به تشکیل کمپلکس با اتم های اکسیژن دارد.
این فلز درخشان از نظر فراوانی نسبی در پوسته زمین، در رده پنجاهم قرار دارد و در درجه اول می توان آن را از کانی اسفالریت استخراج نمود که در برخی موارد منبع استخراج خاک فلورین نیز می باشد. همانطور که گفته شد این فلز نیمه هادی بوده و به همین دلیل نیز از این ماده در ترانزیستور ها و دستگاه های الکترونیکی مختلف دیگر نیز استفاده می شود.
در اولین دهه ای که علم الکترونیک نیمه هادی پا به میدان گذاشت، فلز ژرمانیوم پایه اصلی و اساسی این علم بود. اما در حال حاضر کاربرد های بیشتری برای این فلز تعریف شده است. سیستم های فیبر نوری، نور مادون قرمز، سلول های خورشیدی و دیود های ساطع کننده نور یا همان LED از جمله حوزه هایی اند که این فلز در آن ها نقش ایفا می کند.
برای آشنایی بیشتر با ویژگی های این فلز و همچنین کاربرد های بیشتر آن در صنعت تا انتهای مطلب با نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
آشنایی با ویژگی ها و مشخصات فلز ژرمانیوم
فلز ژرمانیوم در شرایط استاندارد STP شکننده و نقره ای رنگ بوده و به شکل نیمه فلزی وجود دارد. این حالت از این عنصر به عنوان آلوتروپ α-ژرمانیوم شناخته است و همانند الماس دارای ساختار بلوری و مکعبی شکل می باشد.
در فشارهای بالاتر از ۱۲۰ کیلوبار، ژرمانیوم با ساختاری مشابه به β-قلع به آلوتروپ دیگری به نام β-ژرمانیوم تبدیل می شود. این فلز همانند سیلسیم، گالیوم، بیسموت، آنتیموان و آب از جمله ترکیباتی است که به هنگام یخ زدن و تبدیل از فاز مایع به جامد با افزایش حجم و انبساط رو به رو می شود.
این فلز همانند دیگر عناصری چون سیلیسیم، بور، آرسنیک، تلوریم و پولونیوم در دسته عناصر متالوئید طبقه بندی می شود. متالوئید ها عناصری هستند که تا حد زیادی به فلزات شباهت دارند اما تا حدودی از خواص نافلزات نیز بهره می برند و به همین دلیل نیز دارای خاصیت نیمه هادی اند.
جالب است بدانید اولین ترکیب فلزی کشف شده فوق هادی در حضور میدان الکترومغناطیس بسیار قوی، آلیاژی از ژرمانیوم، اورانیوم و رودیم می باشد. اصلی ترین ایزوتوپ های این فلز دارای اعداد جرمی ۶۸، ۷۰، ۷۱، ۷۲، ۷۳، ۷۴ و ۷۶ اند و فراوان ترین این ایزوتوپ ها، ۷۶Ge می باشد.
آشنایی با کاربرد های فلز ژرمانیوم
بیشترین کاربرد های این فلز به ترتیب در فیبر نوری، نور مادون قرمز، کاتالیزور های پلیمر ساز، الکترونیک و سلول های خورشیدی و شیمی درمانی می باشد. در ادامه برخی از این موارد را به طور خلاصه بررسی خواهیم کرد:
نور
ژرمانیوم دی اکسید یا همان ژرمانیا با فرمول شیمیایی GeO۲ دارای ضریب شکست بالایی بوده و پاشندگی نور کمی دارد. این ویژگی ها، این ترکیب را برای ساخت مواردی چون لنز دوربین های واید، میکروسکوپ و بخش اصلی فیبر های نوری بسیار مناسب و کارآمد کرده است.
از آن جا که این فلز در طول موج های مادون قرمز شفاف و نامرئی است، یک ماده مادون قرمز مهم به شمار می آید که به راحتی برش داده شده و در لنز ها و پنجره ها مورد استفاده قرار می گیرد.
این فلز همچنین به عنوان چشمی جلو در دوربین های تصویربرداری حرارتی یا همان آشکارساز های مادون قرمز و برای تشخیص نقاط گرم به کاربرده می شود. ژرمانیوم به دلیل نامرئی بودنش در محدوده طول موج مادون قرمز به طور گسترده ای در طیف سنج های مادون قرمز و همچنین سایر تجهیزات نوری که به آشکار ساز های مادون قرمز بسیار حساس مجهزند مورد استفاده قرار می گیرد.
الکترونیک
آلیاژ سیلیسم-ژرمانیوم به سرعت در حال تبدیل شدن به اصلی ترین ماده نیمه رسانا مورد استفاده در مدار های یکپارچه و ریز تراشه های پر سرعت می باشد. مدار هایی که از ویژگی های خاص این آلیاژ بهره می برند بسیار سریع تر از مدار هایی اند که تنها از سیلیسیم تهیه می شوند.
تراشه های ساخته شده از این آلیاژ عملکرد بسیار سریعی داشته و در عین کارایی بالایی که دارند، هزینه کمتری را نسبت به تراشه های سیلیسیمی بر عهده تولید کننده می گذارند. صفحات خورشیدی و چراغ های LED با روشنایی بالا که برای چراغ های جلوی اتومبیل و نور پس زمینه نمایشگر های LCD از دیگر زمینه های کاربرد فلز ژرمانیوم هستند.
نکته جالب توجه دیگر آن است که این آلیاژ در حال جایگزینی آلیاژ آرسنید گالیم در دستگاه ارتباط از راه دور بوده و در زمینه ارتباطات به سرعت در حال پیشروی می باشد.
از جمله کاربرد های دیگر فلز ژرمانیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تهیه کاتالیزور جهت تولید پلیمر پرکاربردی چون پلی اتیلن ترفتالات یا همان PET
- جایگزینی فاز ساکن سیلیس در برخی از ستون های کروماتوگرافی گازی با دی اکسید ژرمانیوم
- تهیه آلیاژ های ارزشمندی چون نقره استرلینگ
- ساخت لامپ های فلورسنت
- ساخت ترانزیستور برای تجهیزات الکترونیک
نقش زیستی فلز ژرمانیوم
به طور کلی نمی توان گفت حضور این ماده در بدن انسان، حیوانات یا گیاهان ضروری است. اما مکمل های تهیه شده از ترکیبات آلی و معدنی حاوی این عنصر اخیراً برای درمان سرطان خون و ریه مفید واقع شده اند و در بازار به خرید و فروش می رسند.
با این وجود پاره ای از تحقیقات انجام شده حاکی از آن اند که برخی ترکیبات حاوی این فلز برای پستانداران سمی بوده و ایجاد مسمومیت می کنند. این فلز در برابر باکتری ها نیز اثرات سمی به جای می گذارد و باعث نابودی آن ها می گردد.
برخی از محققان معتقدند که ژرمانیوم در درمان و کنترل آلرژی، آسم، آرتروز، مسمومیت جیوه و کادمیم، سرطان و حتی ایدز نیز می تواند عملکرد اثر بخشی داشته باشد.
