7 Χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή – Χαρακτηριστικά – Ιδιότητες

Το γερμάνιο είναι συμπαγές, γυαλιστερό χημικό στοιχείο με το σύμβολο Ge. Αυτό το στοιχείο έχει ατομικό αριθμό 32 και ατομικό βάρος 72,60. Το γερμάνιο ομαδοποιείται ως μεταλλοειδές στοιχείο, πράγμα που σημαίνει ότι αυτό το στοιχείο της ομάδας άνθρακα έχει ιδιότητες τόσο μεταλλικών όσο και μη μεταλλικών χημικών στοιχείων. Το καθαρό γερμάνιο είναι το στοιχείο τύπου ημιαγωγού που το κάνει να χρησιμοποιείται ευρέως στα προϊόντα που βασίζονται σε ημιαγωγούς.

Οι χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή μπορούν να παρατηρηθούν σε διάφορες βιομηχανίες, κυρίως στις βιομηχανίες οπτικών εφαρμογών και ηλεκτρονικών ημιαγωγών. Μπορείτε να βρείτε τις χρήσεις του γερμανίου σε σύστημα οπτικών ινών, ηλιακή κυψέλη, LED, καταλύτη πολυμερισμού, υπέρυθρα οπτικά και άλλα. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τις χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή, συμπεριλαμβανομένης της ανακάλυψής του, της εμφάνισής του στη φύση και των ιδιοτήτων του.

• Εφαρμογές Αναλυτικής Χημείας
• Εφαρμογές Βιοχημείας
• Άζωτο για φυτά
• Χρήσεις ηλίου

Ανακάλυψη του γερμανίου

Ακριβώς όπως το στοιχείο Φραγκίου, η εμφάνιση του γερμανίου έχει προβλεφθεί προηγουμένως από τον Ντμίτρι Μεντέλεφ. Το 1869, ενώ τακτοποιούσε τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, υπέθεσε ότι θα υπάρχει νέο στοιχείο με ατομικό αριθμό 32 και ατομικό βάρος 70 για να καλύψει το κενό μεταξύ των στοιχείων στον περιοδικό του πίνακα. Ανακάλυψε ότι υπήρχε το κενό μεταξύ του στοιχείου πυριτίου και κασσίτερου σε αυτόν τον περιοδικό πίνακα. Εκείνη την εποχή, ονόμασε αυτό το στοιχείο ως εκα-πυρίτιο.

Το 1886, ο Γερμανός χημικός ονόματι  Clemens A. Winkler ανακάλυψε με επιτυχία το γερμάνιο στο δείγμα ορυκτών από το ορυχείο αργύρου. Στη συνέχεια ανέλυσε ότι το ορυκτό δείγμα του, γνωστό ως αργυρόδιτης, αποτελούνταν από 73-75% ασήμι, 17-18% θείο, 0,2% υδράργυρο και 6-7% νέο στοιχείο. Αυτό το νέο στοιχείο ανήκει στο στοιχείο εκα-πυρίτιο που τότε ονόμασε γερμάνιο. Το ίδιο το όνομα γερμάνιο προέρχεται από τη λατινική γλώσσα «Germania» που σημαίνει Γερμανία, η χώρα από την οποία προέρχεται ο Winkler. Στη φύση, μπορείτε να βρείτε το γερμάνιο σε λίγα ορυκτά όπως ο αργυροδίτης, ο βριαρτίτης, ο γερμανίτης και ο ρενιερίτης.

Υπάρχει μόνο 1,6 ppm γερμανίου διαθέσιμο στον φλοιό της Γης. Σήμερα, το κοινό στοιχείο γερμανίου λαμβάνεται από τα προϊόντα διύλισης μετάλλων και επίσης από ορισμένες στάχτες άνθρακα. Το γερμάνιο έχει 24 γνωστά ισότοπα με μάζες αριθμούς από 58 έως 85. Το συνηθισμένο φαινόμενο του γερμανίου στη φύση είναι το μείγμα 5 ισοτόπων. Το πιο άφθονο ισότοπο είναι το Ge με 35,9% αφθονία από τη συνολική εμφάνιση γερμανίου στη φύση.

• Χρήσεις γαδολίνιου
• Χρήσεις στοιχείων φράγκιου
• Χρήσεις ηλίου στον κόσμο

Πράγματι, εδώ είναι οι χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή για διάφορες εφαρμογές:

1. Οπτικές Εφαρμογές

Σήμερα το γερμάνιο έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε οπτικές εφαρμογές όπως σε οπτικές ίνες, φακούς κάμερας και μικροσκοπία. Το γερμάνιο είναι προτιμότερο σε εφαρμογές οπτικών λόγω του υψηλού δείκτη διάθλασης και των χαμηλών ιδιοτήτων οπτικής διασποράς του. Στην εφαρμογή οπτικών ινών, το γερμάνιο αντικαθιστά επί του παρόντος το στοιχείο τιτανίας ως πρόσθετο για τις ίνες πυριτίου για το τμήμα πυρήνα της οπτικής ίνας. Το γερμάνιο μπορεί να αφαιρέσει τη θερμότητα που μπορεί να κάνει τις ίνες εύθραυστες. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η χρήση γερμανίου στις βιομηχανίες οπτικών ινών έχει φτάσει το 60% από τις συνολικές χρήσεις γερμανίου ετησίως. Το πυρίτιο γερμανίου γνωστό ως GeSbTe χρησιμοποιείται επίσης για άλλες οπτικές εφαρμογές όπως επανεγγράψιμο υλικό DVD.

Μια άλλη κοινή χρήση του γερμανίου στην οπτική εφαρμογή είναι ως φακοί για κάμερα ευρείας γωνίας. Αυτό συμβαίνει επειδή το γερμάνιο θα φαίνεται διαφανές στο υπέρυθρο μήκος κύματος. Το γερμάνιο είναι επίσης πολύ εύκολο να κοπεί και να γυαλιστεί για να παραχθεί ως φακοί ή παράθυρα. Μπορείτε να δείτε τις δημοφιλείς χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή σε φακούς φωτογραφικής μηχανής όπως η κάμερα θερμικής απεικόνισης που λειτουργεί στην περιοχή 8 έως 14 micron.

Αυτό το είδος κάμερας χρησιμοποιείται συνήθως για παθητική θερμική απεικόνιση και ανίχνευση καυτού αθλητισμού σε στρατιωτικές εφαρμογές, εφαρμογές πυρόσβεσης και εφαρμογές νυχτερινής όρασης για φορητές συσκευές. Λόγω των ιδιοτήτων του, το γερμάνιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές φασματοσκοπίου υπέρυθρου και σε άλλες εφαρμογές που απαιτούν ανίχνευση υπερύθρων πολύ υψηλής ευαισθησίας. Το γερμάνιο έχει τον υψηλό δείκτη διάθλασης που είναι 4,0, με αποτέλεσμα να πρέπει να επικαλύπτεται με αντιανακλαστικό υλικό.

Baca Juga:

• Κλάδοι Ανόργανης Χημείας
• Χρήσεις διοξειδίου του θείου
• Σημασία της Χημείας στο Περιβάλλον

2. Ηλεκτρονικές Εφαρμογές

Το γερμάνιο είναι ένα από τα πρώτα και δημοφιλή υλικά ημιαγωγών. Προηγουμένως, η πρώτη ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ημιαγωγών χρησιμοποιούσε το γερμάνιο ως το κύριο υλικό. Όμως, σήμερα τα περισσότερα ηλεκτρονικά ημιαγωγών χρησιμοποιούν πυρίτιο υψηλής καθαρότητας ως το κύριο υλικό για την παραγωγή τρανζίστορ, διόδων και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών. Παρά το γεγονός αυτό, το γερμάνιο εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ως ημιαγωγός για εφαρμογές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας και υψηλής απόδοσης.

Το μείγμα γερμανίου και πυριτίου που ονομάζεται SiGe έχει τη μεγαλύτερη ταχύτητα σε σύγκριση με το καθαρό υλικό σιλικόνης. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα SiGe μπορούν να κατασκευαστούν με χαμηλό κόστος και εξακολουθούν να παρουσιάζουν απόδοση υψηλής ταχύτητας. Το Germanium χρησιμοποιείται επίσης για ορισμένες εφαρμογές τρανζίστορ όπως ειδικά μουσικά εφέ. Μερικοί μουσικοί εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τρανζίστορ γερανιού σε πεντάλ για να παράγουν τον μοναδικό τόνο που ονομάζεται fuzz tone. Αυτός ο τόνος ήταν δημοφιλής στην πρώιμη εποχή του ροκ εν ρολ με τα ιδιαίτερα και ξεχωριστά χαρακτηριστικά του.

Η επόμενη κοινή χρήση του γερμανίου στις ηλεκτρονικές βιομηχανίες είναι ως ηλιακά πάνελ. Το γερμάνιο είναι η εξαιρετική επιλογή υλικού καθώς οι γκοφρέτες καλύπτουν φωτοβολταϊκά στοιχεία πολλαπλών συνδέσεων. Αυτό το υλικό μπορεί να δείξει την υψηλή απόδοση και πολύ καλό να εκτελεστεί στη διαστημική εφαρμογή. Το γερμάνιο έχει την παρόμοια σταθερά πλέγματος με το αρσενίδιο του γαλλίου, καθιστώντας δυνατή τη χρήση αυτού του στοιχείου για την κατασκευή ηλιακών κυψελών από αρσενίδιο του γαλλίου.

Ορισμένες διαστημικές εξερευνήσεις, όπως το Mars Exploration Rovers και κάποιοι δορυφόροι, έχουν χρησιμοποιήσει αρσενίδιο του γαλλίου τριπλής διασταύρωσης στα κύτταρα γερμανίου. Άλλες σπουδαίες χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή, ειδικά σε εφαρμογές ηλεκτρονικών, φαίνονται στους λαμπτήρες φθορισμού και το LED στερεάς κατάστασης. Μερικοί μεγάλοι σωλήνες φθορισμού αποτελούνται από επίστρωση στο εσωτερικό που τους δίνει τη δυνατότητα να λάμπουν. Ένα από τα δημοφιλή στοιχεία για αυτήν την επίστρωση είναι το γερμάνιο. Το γερμάνιο είναι η καλή επιλογή ως φωσφόρος σε λαμπτήρες φθορισμού.

Διαβάστε επίσης:

• Χρήσεις νατρίου στο ανθρώπινο σώμα
• Επικίνδυνες χημικές ουσίες σε καθημερινά προϊόντα
• Επιβλαβείς χημικές ουσίες στο περιβάλλον

Περισσότερες χρήσεις γερμανίου

Εκτός από τις μαζικές χρήσεις του σε οπτικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές, το γερμάνιο έχει επίσης πολλές άλλες χρήσεις σε διάφορους τομείς όπως ο καταλύτης πολυμερισμού, η μεταλλουργία, η χημεία και μερικοί άλλοι. Ακολουθεί η λίστα με μερικές αξιοσημείωτες χρήσεις του γερμανίου στην καθημερινή ζωή:

3. Ως καταλύτης για τον πολυμερισμό

Το γερμάνιο χρησιμοποιείται ως καταλύτης πολυμερισμού στην κατασκευή ειδικού πλαστικού τύπου που ονομάζεται τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET). Αυτή η ευγενική μέθοδος εφαρμόζεται στο εργοστάσιο παραγωγής φιαλών PET στην Ιαπωνία. Ωστόσο, στις Ηνωμένες Πολιτείες, το γερμάνιο δεν είναι το κοινό υλικό για τον καταλύτη πολυμερισμού.

4. Στην Αέρια Χρωματογραφία

Το γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές αέριας χρωματογραφίας για να αντικαταστήσει το πυρίτιο. Διοξείδιο του γερμανίου (GeO₂ ) έχει πολλές παρόμοιες ιδιότητες με το πυρίτιο (SiO₂ ) και το διοξείδιο του γερμανίου καθιστώντας το τέλειο για την αντικατάσταση της στατικής φάσης πυριτίου σε στήλες αερίου χρωματογραφίας.

• Κλάδοι Χημείας
• Κλάδοι Αναλυτικής Χημείας

5. Σε μεταλλικά κράματα

Η χρήση γερμανίου στα κράματα μετάλλων υψηλής τιμής αυξάνεται συνεχώς. Μία από τις δημοφιλείς χρήσεις του γερμανίου ως κράματος μετάλλων είναι σε κράματα αργύρου. Σε αυτό το προϊόν, το γερμάνιο είναι σε θέση να μειώσει την κλίμακα πυρκαγιάς, να βελτιώσει την αντίσταση στην αμαύρωση και να ενισχύσει τη σκλήρυνση της καθίζησης. Το αργένιο είναι το παράδειγμα αυτού του κράματος αργύρου που περιέχει περίπου 1,2% στοιχείο γερμανίου.

6. Ανιχνευτές ημιαγωγών και ακτινογραφίες

Το γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης ευρέως ως ανιχνευτής ημιαγωγών σε ορισμένες εφαρμογές όπως η ανίχνευση ασφαλείας αεροδρομίου. Σε αυτό το είδος ανιχνευτή, χρησιμοποιείται μόνο υψηλής καθαρότητας για την αναγνώριση των πηγών ακτινοβολίας. Αυτό το καθαρό κρυστάλλινο γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης ως ανιχνευτές σε εφαρμογές φασματοσκοπίας γάμμα. Αυτό είναι πολύ χρήσιμο στην έρευνα για τη σκοτεινή ύλη.

Εκτός από τις χρήσεις του στην εφαρμογή ανιχνευτών, το γερμάνιο είναι επίσης ευεργετικό στα φασματόμετρα ακτίνων Χ. Αυτό το υλικό έχει την ικανότητα να ανιχνεύει στοιχεία φωσφόρου, χλωρίου και θείου. Το γερμάνιο έχει εφαρμογή και ως μονοχρωματιστές για γραμμές δοκών. Μπορείτε να δείτε αυτή τη χρήση του γερμανίου σε περίθλαση ακτίνων Χ σύγχροτρον και σε άλλες εφαρμογές ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας. Το γερμάνιο επιλέγεται έναντι του πυριτίου λόγω των ανακλαστικών του ιδιοτήτων.

• Χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην ιατρική
• Ραδιενεργά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στην ιατρική

7. Εφαρμογές Spintronics

Το γερμάνιο γίνεται επί του παρόντος ένα από τα πιο σημαντικά νέα υλικά για spintronic και άλλες εφαρμογές κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε σπιν. Προηγουμένως, ορισμένες έρευνες έδειξαν ότι η μεταφορά σπιν και τα σπιν ηλεκτρονίων δότη στο στοιχείο γερμανίου έδειχναν την κατάσταση μακρών χρόνων συνοχής στη θερμοκρασία δωματίου. Αυτό καθιστά το γερμάνιο ως την εξαιρετική εναλλακτική λύση για εφαρμογές spintronic.

• Στερεοχημεία
• Κλάδοι Αναλυτικής Χημείας
• Χημικά στα καλλυντικά
• Επικίνδυνες χημικές ουσίες

Ιδιότητες Germanium

Το γερμάνιο έχει τη μορφή κρυστάλλου με γυαλιστερή και σκληρή δομή. Είναι το ημιμεταλλικό στοιχείο με γκρι λευκό χρώμα. Το γερμάνιο είναι επίσης ένα στοιχείο ημιαγωγών που σημαίνει ότι αυτό το στοιχείο έχει μικτές ιδιότητες αγωγού (ικανός να μεταδώσει ηλεκτρική ενέργεια) και μονωτή (δεν μπορεί να μεταδώσει ηλεκτρική ενέργεια). Το γερμάνιο και το οξείδιο του είναι διαφανή στην παρουσία υπέρυθρης ακτινοβολίας. Έχει τις ειδικές ιδιότητες όπου μπορεί να διαστέλλεται ενώ παγώνει ακριβώς όπως οι ιδιότητες του νερού.

Στην πραγματικότητα, υπάρχουν και άλλα χημικά στοιχεία που έχουν αυτή την ειδική ιδιότητα όπως το πυρίτιο, το βισμούθιο, το γάλλιο και το αντιμόνιο. Το γερμάνιο έχει σημείο τήξης 1211,40 Κ (938,25°C) και σημείο βρασμού 3106 Κ (2833°C). Έχει πυκνότητα 5,323 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Χημικά, το στοιχείο γερμανίου θα οξειδωθεί αργά σε υψηλή θερμοκρασία (250 °C) σε GeO₂ . Το γερμάνιο είναι αδιάλυτο στα οξέα και τα αλκάλια ενώ αργά διαλύεται στα ζεστά θειικά και νιτρικά οξέα. Σε αυτό το μείγμα, το γερμάνιο θα αντιδράσει με λιωμένα αλκάλια για να σχηματίσει βλαστάρια. Η κοινή παρουσία του γερμανίου είναι στην κατάσταση οξείδωσής του +4, παρόλο που παρατηρούμε επίσης ορισμένες από τις ενώσεις του σε κατάσταση οξείδωσης +2.

• Λειτουργία θειικού νατρίου
• Χρήσεις χλωριούχου νατρίου
• Χρήσεις υποχλωριώδους νατρίου
• Σημασία της Χημείας στο Περιβάλλον
• Χρήσεις χλωριούχου νατρίου
• Χρήσεις διοξειδίου του θείου
• Χρήσεις ηλίου στην ιατρική