معلومات وحقائق عن عنصر الجرمانيوم (Germanium)، العنصر الذي يُعتبر شبيه فلزّ فضي ولماع، ولكنه هش للغاية، وهو مكون مهم في أنصاف النواقل والبصريات الليفية، كما يعتقد بعض الأشخاص بوجود فوائد صحية لمتممات الجرمانيوم الغذائية، إلا أنّ الأبحاث العلمية لم تدعم هذه الادعاءات.
خواص الجرمانيوم
- العدد الذري (أي عدد البروتونات في النواة): 32.
- الرمز الذري (على الجدول الدوري للعناصر): Ge
- الوزن الذري الوسطي: 72.630 غرام/ مول
- الكثافة: 3.077 أونصة / إنش۳، 5.323 جرام/ سنتيمتر مكعب.
- الطور عند درجة حرارة الغرفة: صلب.
- درجة الانصهار: 1,720.9 فهرنهايت 938.3) درجة مئوية)
- درجة الغليان: 5,131 فهرنهايت (2,833 درجة مئوية)
- عدد النظائر (وهي عناصر تتشابه بالذرات وتختلف بعدد النيترونات): 5، كما يوجد 19 نظيرًا صناعيًّا مكوَّنًا في المخابر.
- النظائر الأكثر شيوعًا: Ge-74 (تبلغ نسبة توفره الطبيعي 36.28%)، Ge-72(تبلغ نسبة توفره الطبيعي 27.54%)، Ge-79(تبلغ نسبة توفره الطبيعي 20.84%)، Ge-73 (تبلغ نسبة توفره الطبيعي 7.7%)، و Ge-76(تبلغ نسبة توفره الطبيعي 7.6%).
تاريخ اكتشاف وعزل الجرمانيوم
توقع الكيميائي الروسي ديمتري مندلييف Dmitri Mendeleev وجود عنصر الجرمانيوم عام 1869، بعد تطويره الجدول الدوري للعناصر، وذلك حسب موقع كيمستري إكسبليند (Chemistry Explained)، بتنسيق العناصر حسب وزنها الذري بقيت بعض الفراغات في الجدول، فخمّن مندلييف وجود عدة عناصر لم تُكتشّف بعد، ومن ضمنها العنصر رقم 32.
وفي عام 1885، اكتشف الكيميائي الألماني كلمنز وينكلر (Clemens Winkler) ما أُشير له آنذاك بـ«إيكاسيليكون»، أي مشابه السيليكون، في خامة تُعرف بما يسمى بالأرجيروديت (argyrodite)، والتي احتوت كذلك على الفضة، الكبريت، أكسيد الحديد والزنك، بالإضافة إلى حوالي 7% من شبيه الفلزّ المجهول.
وفق موقع كيمستري إكسبليند، توقع مندلييف أن العنصر 32 يمتلك كثافةً قدرها 5.5 جرام/ سنتيمتر مكعب (أي أكبر من كثافة الماء بـ5.5 مرات)، ووزنًا ذريًا يبلغ 70 جرام/ مول (أي أقل بقليل من أربعة أضعاف الوزن الذري للماء)، وبذلك كانت توقعاته قريبةً جدًا من القيم الحقيقية، فزادت من ثقة الكيميائيين بالجدول الدوري.
اقرأ ايضًا:
هل تعلم؟
- يُعتبر الجرمانيوم شبيه فلزّ، أي أنه يمتلك خواص الفلزات (المعادن) واللافلزّات معًا، ومن أشباه الفلزات الأخرى في الجدول الدوري البور، السيليكون، الزرنيخ، الانتيمون، التيلوريوم، والبولونيوم، حسب مكتبة لوس ألاموس الوطنية.
- يُعد الجرمانيوم من أحد العناصر القليلة التي تتمدد بالتجمد، مثلما يفعل الماء، حسب موقع كيميكول (Chemicool)، يشابه بذلك الغاليوم، السيليكون، البزموت، والانتيمون.
- يعود مصطلح «جرمانيوم» للتسمية اللاتينية لألمانيا (Germany)، البلد الأم لوينكلر، حسب موقع جيفرسون لاب Jefferson Lab.
- وفق موقع كيميكول، يتوفر الجرمانيوم في قشرة الأرض بمقدار جزءٍ وزنيٍّ ونصف بالمليون تقريبًا، بينما يتواجد في النظام الشمسي بحوالي مقدار 200 جزء وزني بالبليون.
- حازت قيمة الجرمانيوم على التقدير في الحرب العالمية الأولى، حسب ما أشارت إليه إيميلي داربي (Emily Darby)، وهي طالبة كيمياء في كلية هارفي مود، فاستُخدم هذا العنصر آنذاك في أجهزة تلقي الرادار عالية الدقة، وتم اختراع أول ترانزستور مصنوع من الجرمانيوم بعد ذلك بفترة قصيرة.
- قدّرت وكالة المسح الجيولوجي في الولايات المتحدة الأمريكية النسب التقريبية لاستخدام الجرمانيوم بـ30% لبصريات الأشعة تحت الحمراء، بما في ذلك أجهزة الكشف، 20% في البصريات الليفية المستخدمة في أجهزة التواصل، 20% في البولي إيثيلين تيرفثالات المستخدم في العديد من المنتجات، كخيوط الأقمشة، أوعية الطعام، والراتنجات، 15% في الإلكترونيات والخلايا الشمسية في الألواح الشمسية، وأخيرًا 5% في الفوسفورات، والأدوية المتضمنة للمواد العضوية وعلم الفلزّات.
- يتم التنقيب عن الجرمانيوم بشكل رئيسي ضمن خامات الزنك، الأرجيروديت، الجيرمانيت، والفحم، وذلك حسب مكتبة لوس ألاموس الوطنية، ويشير موقع كيمستري إكسبليند، إلى أن التنقيب عن الجرمانيوم يجري في ألاسكا، تينيسي، الصين، المملكة المتحدة، أوكرانيا، روسيا، وبلجيكا.
الادعاءات الصحية
أُطلِقت ادعاءات حول فائدة الجرمانيوم المحتملة للصحة، بما فيها تعزيز الجهاز المناعي، إمدادات الأوكسجين للجسم، والقضاء على الجذور الحرة، كما اعُتبر هذا العنصر مفيدًا، حسب موقع هيلث لاين Healthline، لعلاج الأرجيات (الحساسيات)، الربو، التهاب المفاصل، الإصابة بفيروس (HIV)، متلازمة عوز المناعة المكتسبة (AIDS)، وأنماط عديدة من السرطان.
لكن لم تدعم الأبحاث العلمية هذه الادعاءات كثيرًا أو حتى مطلقًا؛ علمًا أن تناول متممات الجرمانيوم أو الأدوية الحاوية عليه قد يترتب عليه كثير من الآثار الجانبية، كأذية الكلى، فقر الدم، ضعف العضلات وقلة تنسيقها، وارتفاع تركيز أنزيمات الكبد، وذلك وفق موقع هيلث لاين.
بينما أبدى أحد مشتقات الجرمانيوم، المسمى سبيروجرمانيوم، في التجارب تثبيطًا لتضاعف بعض الخلايا السرطانية، إلا أن الدراسات على البشر أظهرت تسببه بتأثيرات ضارة، وبالتالي عدم ملاءمته كعلاج مضاد للسرطان، حسب مركز ميموريال سلون-كيترينج للسرطان (Memorial Sloan Kettering Cancer Center).
اقرأ ايضًا:
الأبحاث الحالية
يُستخدم الجرمانيوم عادةً في أجهزة الكشف في العديد من المجالات، حسب دراسة منشورة في دورية أبلايد فيزيكال ليترز (Applied Physics Letters) عام 2016، تُناقش الفعالية الكبيرة للكواشف الضوئية المصنوعة من الجرمانيوم عندما تُستخدم في الطيفين الضوئيين المرئي وتحت الأحمر القريب.
وأظهرت مقارنة تلك الكواشف بأخرى تقليدية مصنوعة من السيليكون أن الأولى أنتجت إشارةً أفضل لنسبة الضوضاء، وتحسنًا في الاستجابات التي تمكنت الكواشف من ملاحظتها بجوار نهايات المجال الطيفي للضوء.
وتم اختبار قابلية استخدام الجرمانيوم في الكواشف الضوئية نظرًا لصغر فجوة نطاقه، أو السهولة الأكبر لقفز الإلكترونات لمستوى طاقيّ أعلى، وهو أمر شائع في الفلزّات نصف الناقلة.
وتوظَّف هذه الكواشف في أنواع عديدة من التقنيات المستخدمة في الحياة اليومية، كأجهزة التحكم بالتلفاز، الأبواب التي تُفتح آليًا كما في المتاجر الكبرى، أنظمة التواصل البصرية الليفية، العديد من الاستخدامات العلمية الأخرى في علم الفلك، الأبحاث المخبرية، والمراقبة البيئية، حسب مجلة ليزر فوكاس وورلد (Laser Focus World).
بازدياد فعالية الكواشف الضوئية بتشكيلها من الجرمانيوم ذو الامتصاص الأعلى عوضًا عن المواد التقليدية كالسيليكون؛ يمكن الحصول على مزيد من البيانات عند طول الموجة المُستهدف.
- ترجمة: سارة وقاف
- تدقيق: أحلام مرشد
- تحرير: حسام صفاء
- المصدر
