เจอร์เมเนียม: ประวัติคุณสมบัติโครงสร้างการได้รับการใช้งาน - เคมี

เจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบกึ่งโลหะจะถูกแทนด้วยสัญลักษณ์ทางเคมีและจีอีที่อยู่ในกลุ่มที่ 14 ของตารางธาตุ พบอยู่ใต้ซิลิคอนและมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีร่วมกับมัน มากจนครั้งหนึ่งชื่อของมันคือ Ekasilicio ซึ่งทำนายโดย Dmitri Mendeleev เอง

ชื่อปัจจุบันได้รับจาก Clemens A. Winkler เพื่อเป็นเกียรติแก่เยอรมนีบ้านเกิดของเขา ดังนั้นเจอร์เมเนียมจึงเชื่อมโยงกับประเทศนี้และเป็นภาพแรกที่กระตุ้นจิตใจผู้ที่ไม่รู้จักมันให้ดี

ตัวอย่างเจอร์เมเนียมบริสุทธิ์พิเศษ ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

เจอร์เมเนียมเช่นซิลิคอนประกอบด้วยผลึกโควาเลนต์ของตาข่ายเตตระฮีดสามมิติที่มีพันธะ Ge-Ge ในทำนองเดียวกันสามารถพบได้ในรูปแบบ monocrystalline ซึ่งเมล็ดของมันมีขนาดใหญ่หรือ polycrystalline ประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กหลายร้อยชนิด

มันเป็นองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ความดันโดยรอบ แต่เมื่อมันสูงกว่า 120 kbar มันจะกลายเป็นโลหะผสม กล่าวคืออาจเป็นไปได้ว่าพันธะ Ge-Ge ขาดและถูกจัดเรียงทีละห่อในทะเลของอิเล็กตรอน

ถือว่าเป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นพิษเนื่องจากสามารถจัดการได้โดยไม่ต้องสวมชุดป้องกันใด ๆ แม้ว่าการสูดดมและการบริโภคมากเกินไปอาจทำให้เกิดอาการระคายเคืองในแต่ละบุคคลได้ ความดันไอของมันต่ำมากดังนั้นควันของมันจึงไม่น่าจะทำให้เกิดไฟไหม้

อย่างไรก็ตามอนินทรีย์ (เกลือ) และเจอร์เมเนียมอินทรีย์อาจเป็นอันตรายต่อร่างกายได้แม้ว่าอะตอม Ge ของพวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์กับเมทริกซ์ทางชีวภาพอย่างลึกลับ

ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าเจอร์เมเนียมออร์แกนิกถือได้ว่าเป็นยามหัศจรรย์สำหรับการรักษาความผิดปกติบางอย่างในรูปแบบการแพทย์ทางเลือก อย่างไรก็ตามการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ไม่สนับสนุนการอ้างสิทธิ์เหล่านี้ แต่ปฏิเสธและระบุว่าองค์ประกอบนี้เป็นสารก่อมะเร็ง

เจอร์เมเนียมไม่เพียง แต่เป็นสารกึ่งตัวนำที่มาพร้อมกับซิลิกอนซีลีเนียมแกลเลียมและองค์ประกอบทั้งชุดในโลกของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และการใช้งาน นอกจากนี้ยังโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรดทำให้มีประโยชน์สำหรับการผลิตเครื่องตรวจจับความร้อนจากแหล่งหรือภูมิภาคต่างๆ

ประวัติศาสตร์

การคาดการณ์ Mendeleev

เจอร์เมเนียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่ Dmitri Mendeleev นักเคมีชาวรัสเซียทำนายไว้ในปี 1869 ในตารางธาตุของเขา เขาเรียกมันว่า ekasilicon ชั่วคราวและวางไว้ในช่องว่างบนตารางธาตุระหว่างดีบุกและซิลิกอน

ในปีพ. ศ. 2429 Clemens A. Winkler ได้ค้นพบเจอร์เมเนียมในตัวอย่างแร่จากเหมืองเงินใกล้เมือง Freiberg รัฐแซกโซนี เป็นแร่ที่เรียกว่า argyrodite เนื่องจากมีแร่เงินสูงและเพิ่งค้นพบเมื่อปี พ.ศ. 2428

ตัวอย่าง argyrodite ประกอบด้วยเงิน 73-75% กำมะถัน 17-18% ปรอท 0.2% และธาตุใหม่ 6-7% ซึ่งต่อมา Winkler ตั้งชื่อว่าเจอร์เมเนียม

เมนเดเลเยฟคาดการณ์ว่าความหนาแน่นของธาตุที่จะค้นพบควรอยู่ที่ 5.5 กรัม / ซม. ³และน้ำหนักอะตอมประมาณ 70 การคาดการณ์ของเขาค่อนข้างใกล้เคียงกับเจอร์เมเนียม

การแยกและชื่อ

ในปีพ. ศ. 2429 Winkler สามารถแยกโลหะชนิดใหม่และพบว่ามันคล้ายกับพลวง แต่เขาได้พิจารณาใหม่และตระหนักว่าองค์ประกอบที่เขาค้นพบนั้นตรงกับ ekasilicon

Winkler ตั้งชื่อองค์ประกอบว่า 'เจอร์เมเนียม' ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากคำภาษาละตินว่า 'germania' ซึ่งเป็นคำที่ใช้อธิบายประเทศเยอรมนี ด้วยเหตุนี้ Winkler จึงตั้งชื่อธาตุเจอร์เมเนียมใหม่ตามชื่อประเทศเยอรมนี

การกำหนดคุณสมบัติ

ในปีพ. ศ. 2430 Winkler ได้กำหนดคุณสมบัติทางเคมีของเจอร์เมเนียมโดยพบว่ามีน้ำหนักอะตอม 72.32 โดยการวิเคราะห์เจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์บริสุทธิ์ (GeCl ₄ )

ในขณะเดียวกัน Lecoq de Boisbaudran ได้อนุมานน้ำหนักอะตอมที่ 72.3 โดยการศึกษาสเปกตรัมของประกายไฟขององค์ประกอบ Winkler เตรียมสารประกอบใหม่ ๆ จากเจอร์เมเนียมรวมถึงฟลูออไรด์คลอไรด์ซัลไฟด์และไดออกไซด์

ในช่วงทศวรรษที่ 1920 การตรวจสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเจอร์เมเนียมนำไปสู่การพัฒนาเจอร์เมเนียมโมโนคริสตัลไลน์ที่มีความบริสุทธิ์สูง

การพัฒนานี้อนุญาตให้ใช้เจอร์เมเนียมในไดโอดวงจรเรียงกระแสและตัวรับเรดาร์ไมโครเวฟในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง

การพัฒนาแอปพลิเคชันของคุณ

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมครั้งแรกเกิดขึ้นหลังสงครามในปี พ.ศ. 2490 โดยมีการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมโดย John Bardeen, Walter Brattain และ William Shockley ซึ่งใช้ในอุปกรณ์สื่อสารคอมพิวเตอร์และวิทยุแบบพกพา

ในปีพ. ศ. 2497 ทรานซิสเตอร์ซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงได้เริ่มแทนที่ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเนื่องจากข้อได้เปรียบทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ และในช่วงทศวรรษที่ 1960 ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมได้หายไปในทางปฏิบัติ

เจอร์เมเนียมกลายเป็นองค์ประกอบหลักในการสร้างเลนส์และหน้าต่างอินฟราเรด (IR) ในปี 1970 เซลล์โวลตาอิกซิลิคอนเจอร์เมเนียม (SiGe) (PVC) ถูกผลิตขึ้นซึ่งยังคงมีความสำคัญต่อการทำงานของดาวเทียม

ในช่วงทศวรรษ 1990 การพัฒนาและการขยายตัวของไฟเบอร์ออปติกทำให้ความต้องการเจอร์เมเนียมเพิ่มขึ้น องค์ประกอบนี้ใช้เพื่อสร้างแกนแก้วของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

เริ่มตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมาพีวีซีประสิทธิภาพสูงและไดโอดเปล่งแสง (LED) ที่ใช้เจอร์เมเนียมทำให้การผลิตและการบริโภคเจอร์เมเนียมเพิ่มขึ้น

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

การปรากฏ

สีขาวนวลและเงางาม เมื่อของแข็งประกอบด้วยคริสตัลจำนวนมาก (โพลีคาร์บอเนต) จะมีพื้นผิวที่เป็นเกล็ดหรือมีรอยย่นซึ่งเต็มไปด้วยความหวือหวาและเงา บางครั้งอาจปรากฏเป็นสีเทาหรือดำเช่นเดียวกับซิลิคอน

ในสภาวะมาตรฐานเป็นองค์ประกอบกึ่งโลหะเปราะและเป็นเงาโลหะ

เจอร์เมเนียมเป็นสารกึ่งตัวนำไม่เหนียวมาก มีดัชนีหักเหสูงสำหรับแสงที่มองเห็นได้ แต่มีความโปร่งใสสำหรับรังสีอินฟราเรดซึ่งใช้ในหน้าต่างอุปกรณ์เพื่อตรวจจับและวัดรังสีเหล่านี้

น้ำหนักอะตอมมาตรฐาน

72.63 ยู

เลขอะตอม (Z)

จุดหลอมเหลว

938.25 ºC

จุดเดือด

2,833 ºC

ความหนาแน่น

ที่อุณหภูมิห้อง: 5.323 g / cm ³

ที่จุดหลอมเหลว (ของเหลว): 5.60 g / cm ³

เจอร์เมเนียมเช่นซิลิกอนแกลเลียมบิสมัทพลวงและน้ำจะขยายตัวเมื่อแข็งตัว ด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นจึงอยู่ในสถานะของเหลวสูงกว่าในสถานะของแข็ง

ความร้อนของฟิวชั่น

36.94 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

334 กิโลจูล / โมล

ความจุของแคลอรี่โมลาร์

23.222 J / (โมล K)

ความดันไอ

ที่อุณหภูมิ 1,644 K ความดันไอของมันจะอยู่ที่ 1 Pa เท่านั้นซึ่งหมายความว่าของเหลวของมันแทบจะไม่ปล่อยไอระเหยใด ๆ ออกมาที่อุณหภูมินั้นดังนั้นจึงไม่ได้หมายความว่าจะเสี่ยงต่อการสูดดม

อิเล็ก

2.01 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

- ขั้นแรก: 762 kJ / mol

- วินาที: 1,537 กิโลจูล / โมล

- ประการที่สาม: 3,302.1 กิโลจูล / โมล

การนำความร้อน

60.2 W / (ม. K)

ความต้านทานไฟฟ้า

1 Ωmที่ 20 ºC

การนำไฟฟ้า

3S ซม. ^-1

คำสั่งแม่เหล็ก

แม่เหล็ก

ความแข็ง

6.0 ในระดับ Mohs

ความมั่นคง

ค่อนข้างมีเสถียรภาพ. ไม่ได้รับผลกระทบจากอากาศที่อุณหภูมิห้องและออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงกว่า600ºC

แรงตึงผิว

6 10 ^-1 N / m ที่ 1,673.1 K

การเกิดปฏิกิริยา

ออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงกว่า600ºCเพื่อสร้างเจอร์เมเนียมไดออกไซด์ (GeO ₂ ) เจอร์เมเนียมผลิตออกไซด์สองรูปแบบ ได้แก่ เจอร์เมเนียมไดออกไซด์ (GeO ₂ ) และเจอร์เมเนียมมอนอกไซด์ (GeO)

โดยทั่วไปสารประกอบเจอร์เมเนียมจะแสดงสถานะออกซิเดชัน +4 แม้ว่าในสารประกอบเจอร์เมเนียมหลายชนิดจะเกิดขึ้นพร้อมกับสถานะออกซิเดชัน +2 สถานะออกซิเดชัน - 4 เกิดขึ้นตัวอย่างเช่นในแมกนีเซียมเจอร์ไมด์ (Mg ₂ Ge)

เจอร์เมเนียมทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนเพื่อสร้างเตตระฮาไลด์เจอร์เมเนียมเตตระฟลูออไรด์ (GeF ₄ ) ซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นก๊าซ เจอร์เมเนียมเตตระโอไดด์ (GeI ₄ ) สารประกอบของแข็ง เจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์ (GeCl ₄ ) และเจอร์เมเนียมเตตระโบรไมด์ (GeBr ₄ ) ซึ่งเป็นสารประกอบของเหลวทั้งสอง

เจอร์เมเนียมเฉื่อยต่อกรดไฮโดรคลอริก แต่ถูกโจมตีโดยกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริก แม้ว่าไฮดรอกไซด์ในสารละลายจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อเจอร์เมเนียม แต่ก็สามารถละลายได้ในไฮดรอกไซด์หลอมเหลวเพื่อสร้างเกโรเนต

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

เจอร์เมเนียมและพันธะ

เจอร์เมเนียมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวตามโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ²

เช่นเดียวกับคาร์บอนและซิลิกอนอะตอม Ge ของพวกมันจะผสมออร์บิทัล 4s และ 4p ให้เป็นออร์บิทัลไฮบริด sp ³สี่ตัว ด้วยออร์บิทัลเหล่านี้พวกมันสร้างพันธะเพื่อให้เป็นไปตามเวเลนซ์ออคเต็ตและด้วยเหตุนี้จึงมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับก๊าซมีตระกูลในช่วงเวลาเดียวกัน (คริปทอน)

ด้วยวิธีนี้พันธะโคเวเลนต์ Ge-Ge จึงเกิดขึ้นและมีสี่พันธะสำหรับแต่ละอะตอมโดยรอบเตตระฮีดราจะถูกกำหนด (โดยมี Ge หนึ่งตัวอยู่ตรงกลางและอีกอันที่จุดยอด) ดังนั้นเครือข่ายสามมิติจึงถูกสร้างขึ้นโดยการกระจัดของ tetrahedra เหล่านี้ไปตามผลึกโควาเลนต์ ซึ่งทำหน้าที่ราวกับว่ามันเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่

allotropes

คริสตัลเจอร์เมเนียมโควาเลนต์ใช้โครงสร้างลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลางเดียวกันของเพชร (และซิลิกอน) Allotrope นี้เรียกว่าα-Ge ถ้าความดันเพิ่มขึ้นถึง 120 kbar (ประมาณ 118,000 atm) โครงสร้างผลึกของα-Ge จะกลายเป็น tetragonal ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง (BCT สำหรับคำย่อในภาษาอังกฤษ: Body-centered tetragonal)

คริสตัล BCT เหล่านี้สอดคล้องกับ allotrope ที่สองของเจอร์เมเนียม: β-Ge โดยที่พันธะ Ge-Ge แตกและจัดแยกกันเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับโลหะ ดังนั้นα-Ge จึงเป็นกึ่งโลหะ ในขณะที่β-Ge เป็นโลหะ

เลขออกซิเดชัน

เจอร์เมเนียมสามารถสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวหรือได้รับเพิ่มอีกสี่ตัวเพื่อเป็นไอโซอิเล็กทรอนิกด้วยคริปทอน

เมื่อมันสูญเสียอิเล็กตรอนในสารประกอบของมันจะมีตัวเลขหรือสถานะออกซิเดชั่นเป็นบวกซึ่งการมีอยู่ของไอออนบวกที่มีประจุเดียวกันกับตัวเลขเหล่านี้จะถือว่า ในจำนวนนี้เรามี +2 (Ge ²⁺ ), +3 (Ge ³⁺ ) และ +4 (Ge ⁴⁺ )

ตัวอย่างเช่นสารประกอบต่อไปนี้มีเจอร์เมเนียมที่มีเลขออกซิเดชันเป็นบวก: GeO (Ge ²⁺ O ^2- ), GeTe (Ge ²⁺ Te ^2- ), Ge ₂ Cl ₆ (Ge ₂³⁺ Cl ₆^- ), GeO ₂ (Ge ⁴⁺ O ₂^2- ) และ GeS ₂ (Ge ⁴⁺ S ₂^2- )

ในขณะที่มันได้รับอิเล็กตรอนในสารประกอบของมันจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ ในหมู่พวกเขาที่พบมากที่สุดคือ -4; นั่นคือการดำรงอยู่ของจีอี^4-ประจุลบจะสันนิษฐาน ใน Germanides สิ่งนี้เกิดขึ้นและเป็นตัวอย่างของพวกเขาเรามี Li ₄ Ge (Li ₄⁺ Ge ^4- ) และ Mg ₂ Ge (Mg ₂²⁺ Ge ^4- )

จะหาและรับได้ที่ไหน

แร่ธาตุกำมะถัน

ตัวอย่างแร่ Argyrodite มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ แต่เป็นแร่เฉพาะสำหรับการสกัดเจอร์เมเนียม ที่มา: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

เจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างหายากในเปลือกโลก แร่ธาตุไม่กี่ชนิดมีปริมาณที่สามารถประเมินได้ซึ่งเราสามารถพูดถึง ได้แก่ argyrodite (4Ag ₂ S · GeS ₂ ), germanite (7CuS · FeS · GeS ₂ ), briartite (Cu ₂ FeGeS ₄ ), renierite และ canfieldite

พวกเขาทั้งหมดมีบางอย่างที่เหมือนกันคือกำมะถันหรือแร่ธาตุกำมะถัน ดังนั้นเจอร์เมเนียมจึงมีอิทธิพลเหนือธรรมชาติ (หรืออย่างน้อยก็ที่นี่บนโลก) เช่น GeS ₂ไม่ใช่ GeO ₂ (ตรงกันข้ามกับซิลิกาSiO _{2 ที่}แพร่กระจายอย่างกว้างขวาง)

นอกจากแร่ธาตุที่กล่าวมาแล้วเจอร์เมเนียมยังพบได้ในความเข้มข้นของมวล 0.3% ในเงินฝากคาร์บอน ในทำนองเดียวกันจุลินทรีย์บางชนิดสามารถแปรรูปเพื่อสร้าง GeH ₂ (CH ₃ ) ₂และ GeH ₃ (CH ₃ ) จำนวนเล็กน้อยซึ่งจะย้ายไปอยู่ในแม่น้ำและทะเล

เจอร์เมเนียมเป็นผลพลอยได้จากการแปรรูปโลหะเช่นสังกะสีและทองแดง เพื่อให้ได้มานั้นจะต้องผ่านปฏิกิริยาทางเคมีหลายครั้งเพื่อลดกำมะถันให้เป็นโลหะที่สอดคล้องกัน นั่นคือการเอา GeS ₂อะตอมของกำมะถันออกเพื่อให้เป็นเพียง Ge

ย่าง

แร่ธาตุกำมะถันผ่านกระบวนการคั่วซึ่งได้รับความร้อนร่วมกับอากาศเพื่อให้เกิดการออกซิเดชั่น:

GeS ₂ + 3 O ₂ → GeO ₂ + 2 SO ₂

ในการแยกเจอร์เมเนียมออกจากกากมันจะถูกเปลี่ยนเป็นคลอไรด์ตามลำดับซึ่งสามารถกลั่นได้:

GeO ₂ + 4 HCl → GeCl ₄ + 2 H ₂ O

GeO ₂ + 2 Cl ₂ → GeCl ₄ + O ₂

ดังที่เห็นได้การเปลี่ยนแปลงสามารถทำได้โดยใช้กรดไฮโดรคลอริกหรือก๊าซคลอรีน จากนั้นGeCl ₄จะถูกไฮโดรไลซ์กลับไปที่ GeO ₂โดยที่มันตกตะกอนเป็นของแข็งสีขาวนวล ในที่สุดออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อลดเป็นโลหะเจอร์เมเนียม:

GeO ₂ + 2 H ₂ → Ge + 2 H ₂ O

การลดขนาดที่สามารถทำได้ด้วยถ่าน:

GeO ₂ + C → Ge + CO ₂

เจอร์เมเนียมที่ได้รับประกอบด้วยผงที่ขึ้นรูปหรืออัดเป็นแท่งโลหะซึ่งสามารถปลูกผลึกเจอร์เมเนียมได้

ไอโซโทป

เจอร์เมเนียมไม่มีไอโซโทปที่อุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ แต่กลับมีไอโซโทปห้าไอโซโทปที่มีความอุดมสมบูรณ์ค่อนข้างต่ำ: ⁷⁰ Ge (20.52%), ⁷² Ge (27.45%), ⁷³ Ge (7.76%), ⁷⁴ Ge (36.7%) และ⁷⁶ Ge (7.75%) โปรดสังเกตว่าน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 72.630 u ซึ่งเฉลี่ยมวลอะตอมทั้งหมดกับไอโซโทปที่มีอยู่มากมายตามลำดับ

ไอโซโทป⁷⁶ Ge เป็นกัมมันตภาพรังสีจริง แต่ครึ่งชีวิตของมันนั้นยาวนานมาก (t _1/2 = 1.78 × 10 ²¹ปี) ซึ่งเป็นหนึ่งในไอโซโทปที่เสถียรที่สุดห้าชนิดของเจอร์เมเนียม ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอื่น ๆ เช่น⁶⁸ Ge และ⁷¹ Ge ทั้งสองชนิดสังเคราะห์มีครึ่งชีวิตสั้นกว่า (270.95 วันและ 11.3 วันตามลำดับ)

ความเสี่ยง

เจอร์เมเนียมธาตุและอนินทรีย์

ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมต่อเจอร์เมเนียมเป็นที่ถกเถียงกันเล็กน้อย เนื่องจากเป็นโลหะหนักเล็กน้อยการแพร่กระจายของไอออนจากเกลือที่ละลายน้ำได้อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศ ที่มีสัตว์และพืชได้รับผลกระทบโดยการบริโภค Ge ³⁺ไอออน

เจอร์เมเนียมธาตุปลอดภัยตราบเท่าที่ไม่เป็นผง หากอยู่ในฝุ่นกระแสอากาศสามารถพัดพาไปยังแหล่งความร้อนหรือสารออกซิไดซ์สูง และส่งผลให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้หรือการระเบิด นอกจากนี้ผลึกของมันสามารถไปสิ้นสุดในปอดหรือดวงตาทำให้เกิดการระคายเคืองอย่างรุนแรง

บุคคลสามารถจัดการกับดิสก์เจอร์เมเนียมในสำนักงานได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ต้องกังวลว่าจะเกิดอุบัติเหตุใด ๆ อย่างไรก็ตามไม่สามารถกล่าวได้เช่นเดียวกันสำหรับสารประกอบอนินทรีย์ นั่นคือเกลือออกไซด์และไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น GeH ₄หรือ Germanic (คล้ายกับ CH ₄และ SiH ₄ ) เป็นก๊าซที่ค่อนข้างระคายเคืองและไวไฟ

เจอร์เมเนียมอินทรีย์

ขณะนี้มีแหล่งที่มาของเจอร์เมเนียมอินทรีย์ ในหมู่พวกเขาการกล่าวถึงอาจทำจาก 2-carboxyethylgermasquioxane หรือเจอร์เมเนียม -132 ซึ่งเป็นอาหารเสริมทางเลือกที่รู้จักกันในการรักษาโรคบางชนิด แม้ว่าจะมีหลักฐานที่ทำให้สงสัย

ผลทางยาบางอย่างที่เกิดจากเจอร์เมเนียม -132 คือการเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันจึงช่วยต่อสู้กับมะเร็งเอชไอวีและเอดส์ ควบคุมการทำงานของร่างกายรวมทั้งช่วยเพิ่มระดับของออกซิเจนในเลือดกำจัดอนุมูลอิสระ และยังรักษาโรคข้ออักเสบต้อหินและโรคหัวใจ

อย่างไรก็ตามเจอร์เมเนียมอินทรีย์มีความเชื่อมโยงกับความเสียหายร้ายแรงต่อไตตับและระบบประสาท นั่นคือเหตุผลที่มีความเสี่ยงแฝงเมื่อต้องบริโภคอาหารเสริมเจอร์เมเนียมนี้ แม้ว่าจะมีผู้ที่คิดว่าเป็นการรักษาที่น่าอัศจรรย์ แต่ก็มีคนอื่น ๆ ที่เตือนว่ามันไม่ได้ให้ประโยชน์ที่พิสูจน์แล้วทางวิทยาศาสตร์

การประยุกต์ใช้งาน

เลนส์อินฟราเรด

เซ็นเซอร์รังสีอินฟราเรดบางตัวทำจากเจอร์เมเนียมหรือโลหะผสม ที่มา: Adafruit Industries ผ่าน Flickr

เจอร์เมเนียมมีความโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรด นั่นคือพวกมันสามารถผ่านมันไปได้โดยไม่ถูกดูดซึม

ด้วยเหตุนี้แว่นตาและเลนส์เจอร์เมเนียมจึงถูกสร้างขึ้นสำหรับอุปกรณ์ออปติคอลอินฟราเรด ตัวอย่างเช่นควบคู่ไปกับเครื่องตรวจจับ IR สำหรับการวิเคราะห์ทางสเปกโตรสโกปีในเลนส์ที่ใช้ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดเพื่อศึกษาดวงดาวที่อยู่ห่างไกลที่สุดในจักรวาลหรือในเซ็นเซอร์แสงและอุณหภูมิ

รังสีอินฟราเรดเกี่ยวข้องกับการสั่นของโมเลกุลหรือแหล่งความร้อน ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการทหารเพื่อดูเป้าหมายการมองเห็นตอนกลางคืนจึงมีส่วนประกอบที่ทำจากเจอร์เมเนียม

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์

ไดโอดเจอร์เมเนียมห่อหุ้มด้วยแก้วและใช้ในยุค 60 และ 70 ที่มา: Rolf Süssbrich

เจอร์เมเนียมเป็นเมทัลลอยด์เซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างทรานซิสเตอร์วงจรไฟฟ้าไดโอดเปล่งแสงและไมโครชิป ในระยะหลังโลหะผสมเจอร์เมเนียม - ซิลิกอนและแม้แต่เจอร์เมเนียมเองก็ได้เริ่มแทนที่ซิลิกอนเพื่อให้สามารถออกแบบวงจรที่เล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้

มีการเพิ่มออกไซด์ GeO ₂เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงสูงในแว่นตาเพื่อให้สามารถใช้ในกล้องจุลทรรศน์วัตถุประสงค์มุมกว้างและไฟเบอร์ออปติก

เจอร์เมเนียมไม่เพียงเข้ามาแทนที่ซิลิกอนในงานอิเล็กทรอนิกส์บางประเภทเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้ร่วมกับแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ได้อีกด้วย ดังนั้น metalloid นี้จึงมีอยู่ในแผงโซลาร์เซลล์ด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยา

GeO ₂ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ตัวอย่างเช่นในกรณีที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตซึ่งเป็นพลาสติกที่มีขวดเคลือบเงาที่จำหน่ายในญี่ปุ่น

ในทำนองเดียวกันอนุภาคนาโนของโลหะผสมแพลทินัมของพวกมันจะกระตุ้นปฏิกิริยารีดอกซ์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของก๊าซไฮโดรเจนทำให้เซลล์โวลตาอิกเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

โลหะผสม

ในที่สุดก็มีการกล่าวถึงว่ามีโลหะผสม Ge-Si และ Ge-Pt นอกจากนี้อะตอม Ge ยังสามารถเพิ่มเข้าไปในผลึกของโลหะอื่น ๆ เช่นเงินทองทองแดงและเบริลเลียม โลหะผสมเหล่านี้มีความเหนียวและทนทานต่อสารเคมีมากกว่าโลหะแต่ละชนิด

อ้างอิง

ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
วิกิพีเดีย (2019) เจอร์เมเนียม. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
PhysicsOpenLab (2019) โครงสร้างซิลิคอนและเจอร์เมเนียมคริสตัล สืบค้นจาก: Physicsopenlab.org
Susan York Morris (19 กรกฎาคม 2559). เจอร์เมเนียมเป็นยารักษาแบบมิราเคิลหรือไม่? เฮลท์ไลน์มีเดีย. สืบค้นจาก: healthline.com
Lenntech BV (2019). ตารางธาตุ: เจอร์เมเนียม สืบค้นจาก: lenntech.com
ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) เจอร์เมเนียม. ฐานข้อมูล PubChem CID = 6326954 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
ดร. ดั๊กสจ๊วต (2019) ข้อมูลธาตุเจอร์เมเนียม Chemicool ดึงมาจาก: chemicool.com
Emil Venere (8 ธันวาคม 2557). เจอร์เมเนียมมาที่บ้าน Purdue สำหรับความสำเร็จครั้งสำคัญของเซมิคอนดักเตอร์ กู้คืนจาก: purdue.edu
Marques Miguel (เอสเอฟ) เจอร์เมเนียม. กู้คืนจาก: nautilus.fis.uc.pt
Rosenberg, E.RV Environ Sci เทคโนโลยีชีวภาพ (2009) เจอร์เมเนียม: การเกิดสิ่งแวดล้อมความสำคัญและการเก็งกำไร 8: 29. doi.org/10.1007/s11157-008-9143-x

เจอร์เมเนียม: ประวัติคุณสมบัติโครงสร้างการได้รับการใช้งาน - เคมี - 2025