جرمانيوم Ge

الاكتشاف

في عام 1871 وصف مندلييف عنصرًا مفقودًا تحت السيليكون سمّاه «إيكا-سيليكون»، متنبئًا بوزن ذري قرب 72 وكثافة نحو 5.5 وبأنه صلب رمادي عالي الانصهار.

وفي عام 1886 حلّل كليمنس فينكلر، في أكاديمية التعدين في فرايبرغ بسكسونيا، معدنًا مكتشفًا حديثًا يُسمى الأرجيروديت. وكانت نتائجه تنقص دائمًا بضعة في المئة عن 100، فشكّ في وجود مكوّن مجهول. وبعد عمليات فصل مضنية عزله. وتبيّن أن وزنه الذري نحو 72.6 وكثافته نحو 5.32، في تطابق لافت مع التنبؤ.

أصبح الجرمانيوم نجمًا في الإلكترونيات في منتصف القرن العشرين. ففي عام 1947 بنى جون باردين ووالتر براتين في مختبرات بل الترانزستور ذا نقطة التلامس على بلورة من الجرمانيوم. وحلّ السيليكون محله لاحقًا لأنه أسهل معالجة ويكوّن طبقة أكسيد مستقرة، لكن الجرمانيوم يبقى المادة التي أطلقت عصر أشباه الموصلات.

أصل التسمية

سمّى فينكلر العنصر نسبة إلى Germania، الاسم اللاتيني لألمانيا، والرمز Ge من الكلمة نفسها.

أهم الاستخدامات

• الألياف الضوئية: ثاني أكسيد الجرمانيوم المضاف إلى قلب الليف يرفع معامل انكساره، فيبقى الضوء محبوسًا في القلب مسافات طويلة.
• البصريات تحت الحمراء: الجرمانيوم معتم للضوء المرئي لكنه شفاف لمعظم الأشعة تحت الحمراء، لذا يُستخدم في عدسات ونوافذ التصوير الحراري.
• رقائق السيليكون والجرمانيوم (SiGe) تحسّن سرعة الدوائر العالية التردد ودوائر الاتصالات.
• كواشف الإشعاع: تقيس بلورات الجرمانيوم العالية النقاء طاقات أشعة غاما بدقة استثنائية.
• الحفز: يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم حفّازًا للبلمرة في صنع بلاستيك PET.

النظائر

للجرمانيوم الطبيعي خمسة نظائر. الجرمانيوم-70 و-72 و-73 و-74 مستقرة، أما الجرمانيوم-76 فمشع تقنيًا لكنه يضمحل باضمحلال بيتا المزدوج بعمر نصف أطول بكثير من عمر الكون. والجرمانيوم-74 أوفرها. ويعمل النظير المشع الجرمانيوم-68، وعمر النصف له نحو 271 يومًا، أصلًا في المولّدات التي تزوّد المستشفيات بالغاليوم-68 لفحوص PET. وتُستخدم كواشف مخصّبة بالجرمانيوم-76 للبحث عن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو، وهي عملية افتراضية من شأنها أن تكشف طبيعة النيوترينوات.

في الحياة اليومية

يُستعاد الجرمانيوم في الغالب منتجًا ثانويًا من تكرير الزنك ومن بعض أنواع الرماد المتطاير للفحم. وهو موجود في كابلات الألياف الضوئية البحرية وكاميرات الرؤية الليلية في السيارات ورقائق الراديو في الهواتف.

لا فائدة مثبتة للأساور والمكملات المسوّقة بوصفها منتجات صحية «بالجرمانيوم». وقد رُبط التناول الطويل لمركبات الجرمانيوم غير العضوية بتلف الكلى، لذا لا ينبغي تناوله مكملًا. أما الفلز نفسه فلا يُعد خطرًا عند التعامل معه.