الجرمانيوم

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

الجرمانيوم

جرمانيوم

Germanium - Germanium

الجرمانيوم

الجرمانيوم Germanium معدن صلب ذو لون أبيض رمادي، يقع في الفصيلة IVa وفي الدور الرابع من الجدول الدوري للعناصر، مع الكربون والسيليكون والقصدير والنحاس، رمزه الكيميائي Ge وعدده الذري 32، ووزنه الذري 72.59. 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)_xS_y والألترابازيت ultrapasite (Pb.Ag.Ge.Sb)_xS_y 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

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

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.

محمد علي المنجد

مراجع للاستزادة:

ـ محمد علي المنجد، عبد المجيد البلخي، الكيمياء اللاعضوية (2) (جامعة دمشق 1988-1989).

- R.B.Helsop& K.Jones inorganic Chemistry, Elsevier scientific publication company (Amsterdam, 1976).