مفهوم الجرمانيوم
الجرمانيوم: هو عنصر من العناصر الكيميائيّة المعروفة، ولهُ رمز كيميائيٌّ خاصٌّ به”Ge”، وعدده الذري يساوي”32″، ويقع ضمن عناصر المجموعة الرابعة عشر والدورة الرابعة من الجدول الدوريّ، ويتبع في تصنيفه إلى أشباه الفلزات.
يتواجد هذا العنصر في أغلب الأحيان مُرتبطاً مع مجموعة من العناصر الأخرى ولكن بكميّات قليلة، هذا وقد يتمّ الحصول عليهِ عن طريق القيام بعمليّة تنقية للعناصر التالية: النحاس، الزنك إضافةً إلى الحديد، مع ضرورة العلم أنّ استخراج الجرمانيوم يتمّ بشكل رئيسيّ من عنصر السفاليريت.
تطوّر استخدام الجرمانيوم بشكل ملحوظ في الفترات الأخيرة، حيث ارتبط تطوّره وازدهاره بتطوُّر تاريخ الترانزستور، هذا وقد تمَّ اكتشاف الجرمانيوم على يد العالم الكيميائيّ مندليف الذي اقترح أنّ وجود هذا العنصر سيحتلُّ مكاناً في الجدول الدوريّ خاصةً ضمن عائلة الكربون.
يقع الجرمانيوم ما بين عنصر القصدير والسيليكون، ومع الاستمرار في عمليّات البحث والاستكشاف حول هذا العنصر، تم الوصول في نهاية الأمر إلى أنّه وبالإمكان إعداد مجموعة مركبات جديدة تتكوّن بشكل رئيسيّ من الجرمانيوم، حيث تُعتبر كل من الفلوريدات، الكلوريدات من أهمّ هذه المركبات إضافةً إلى مركبات الكبريتيد وثاني أكسيد الجرمانيوم.
يتم إنتاج الجرمانيوم كل عام ولكن بكميّات قليلة جداً مُقارنةً بباقي العناصر الأخرى، ولكن مع استمرار التطور بدأت هذه الكميّات بالزيادة شيئاً فشيئاً؛ الأمر الذي أدَّى إلى زيادة وتطوّر التطبيقات الإلكترونية خاصةً وهو في الحالة الصلبة.
ومن المُمكن أن يتم إنتاج كميّات كبيرة من عنصر الجرمانيوم، وذلك عن طريق القيام بعمليّة تخصيب لليورانيوم خاصةً في بعض طبقات الفحم، حيث إنّ أعلى تركيز للجرمانيوم يتمّ الحصول عليه في رماد الفحم.
هذا وقد تم الكشف عن الجرمانيوم بكميّات كبيرة نوعاً ما في كوكب المشتري إضافةً إلى وجوده في النجوم البعيدة، كما أنّ هناك نسبة مُتفاوتة تتوافر على سطح القشرة الأرضية، إلّا أنّ هناك نسبة قليلة جداً من المعادن التي تحتوي على الجرمانيوم.
نظائر الجرمانيوم
- يمتلك الجرمانيوم خمسة نظائر طبيعيّة لها أهمية كبيرة وهي” نظير الجرمانيوم74، 73، 76، 72، والنظير70، وتمتاز هذه النظائر بقدرتها على تكوين وتشكيل العديد من المركبات العضويّة الفلزية.
- إضافةً إلى ذلك فقد يحتوي الجرمانيوم على مايقارب”27″ نظير مُشع، تتباين هذه النظائر في كتلتها الذريّة، حيث يُعتبر نظير الجرمانيوم”68″ والذي ينتج عن تحلُّل الإلكترون من أكثر النظائر استقراراً.
- أمّا نظير الجرمانيوم”60″ فقد يُعتبر أقل العناصر استقراراً، حيث إنّ لهذا النظير عمر نصف قد يصل إلى مايقارب”30″ ملم في الثانية، في حين أنّ باقي نظائر الجرمانيوم المُشعة تضمحلّ مع مرور الوقت لتعطي نظائر جديدة بشرط أن يتمّ حدوث تحلُّل لأشعة بيتا.
استخدامات الجرمانيوم
- تمّ استخدامهُ بشكل أوليّ ومُبسَّط في صناعة بعض الأجهزة الإلكترونيّة.
- دخل الجرمانيوم بشكل رئيسيّ في ربط نقاط الاتصال؛ حتى يتمّ الكشف عن أماكن الرادارات خاصةً في الحروب.
- تم استخدامه منذ القدم في صناعة العديد من السبائك المعدنيّة الثمينة.
- تم استخدام الجرمانيوم في العديد من شبكات الألياف البصريّة والاتصالات إضافةً إلى استخدامه في الأشعة تحت الحمراء؛ نظراً لقدرتهِ على توضيح مدى الرؤية في أثناء الليل.
- يدخل الجرمانيوم بشكل ملحوظ في صقل العدسات وصناعة النوافذ.
- يتمّ استخدامهُ في صناعة كاميرات التصوير الحراري.
- يدخل الجرمانيوم في العديد من التطبيقات العسكرية إلى جانب استخدامه في تطبيقات مكافحة الحرائق.
- يُستخدم الجرمانيوم في صناعة بطاريات الطاقة الشمسية والصمّامات الثنائيّة.
- يتم استخدام ثاني أكسيد الجرمانيوم في المواد التي تُحفّز عمليّة البلمرة، حيث يُساعد هذا المركب على إنتاج كميّات كبيرة من الزجاجات.
- يدخل في علاج العديد من الأمراض كعلاج مرض السكري والسرطان والفشل الكلويّ وغيرها.
الفرق الرئيسي بين الجرمانيوم والسيليكون
هناك اختلاف بسيط بين كل من الجرمانيوم والسيليكون هو أنّ الجرمانيوم تقتصر أهميته على توفير مصادر مُعينّة لاستغلالهِ في حين أنَّ هناك مصدراً واحداً للسيليكون، وتقتصر أهميّتهُ على أنّه يقوم بتقديم كميّات كافية من الطَّاقة الإنتاجيّة؛ وذلك نظراً لأنّه وفي أغلب الأحيان يتمّ العثور على السيليكون من الرمال العادية أو الكوارتز.
خصائص الجرمانيوم
- يمتاز الجرمانيوم بأنّه من العناصر النادرة التي قد تتَّسع؛ وذلك لكونه يتجمَّد من حالته المُنصهرة.
- يُعتبر الجرمانيوم من العناصر الهشّة ذات اللون الأبيض الفضيّ.
- يُعدّ الجرمانيوم عنصراً شبه معدنيّ.
- يتشابه الجرمانيوم في تركيبته مع غاز الميثان.
- يمتاز ببريقه المعدنيّ وبنيته الكريستاليّة التي تتشابه مع بنية الألماس.
- يُعدّ الجرمانيوم عنصراً شبه موصل.
- يحتوي الجرمانيوم على نسبة ضئيلة جداً من الشوائب الأمر الذي يجعله من أنقى وأصفى المواد والعناصر.
- إنّ وجود سبيكة تتكوّن إلى جانب الجرمانيوم من اليورانيوم والروديوم يجعلها موصلاً جيداً للكهرباء مع ضرورة وجود مجال كهرومغناطيسيّ شديد جداً.
- يمتاز عنصر الجرمانيوم بتأكسدهِ البطيء.
- غير قابل للذّوبان عند وضعهِ في الأحماض المُخفَّفة والقلويّات، ولكنَّهُ يذوب ولكن بشكل بطيء عند وضعهِ في حامض الكبريتيك المُركَّز؛ نظراً لقدرتهِ على التفاعل الشديد مع القلويّات.
- يحتوي الجرمانيوم على نوعين من الأكاسيد هما أول أكسيد الجرمانيوم وثاني أكسيد الجرمانيوم، حيث يمتاز ثاني أكسيد الجرمانيوم بلونهِ الأبيض إضافةً لكونهِ غير قابل للذّوبان في الماء.
- يمتاز بشفافيته خاصةً عندما يكون تحت تأثير الأشعة تحت الحمراء.
- للجرمانيوم تأثير قليل جداً على البيئة الأمر الذي يجعلهُ مهّماً للعديد من التطبيقات التجاريّة.
