Germanyum

Germanyum (Ge)
H Periyodik tablo He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og     La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Temel özellikleri
Atom numarası	32
Element serisi	Metaloidler
Grup, periyot, blok	14, 4, p
Görünüş	Gümüş grisi
Kütle numarası	72.59 g/mol
Elektron dizilimi	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Enerji seviyesi başına Elektronlar	2, 8, 18, 4
CAS kayıt numarası	{{{CAS_kayıt_numarası}}}
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hâli	Katı
Yoğunluk	5.323 g/cm³
Sıvı hâldeki yoğunluğu	5.60 g/cm³
Ergime noktası	1211.40 °K 938.25 °C
Kaynama noktası	3106 °K 2833 °C
Ergime ısısı	36.94 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	334 kJ/mol
Isı kapasitesi	23.222 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı	Elmas yapı
Yükseltgenme seviyeleri
Elektronegatifliği	Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi	762 kJ/mol
Atom yarıçapı	125 pm
Atom yarıçapı (hes.)	125 pm
Kovalent yarıçapı	122 pm
Van der Waals yarıçapı	pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci	nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik	60.2 W/(m·K)
Isıl genleşme	6.0 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı	5400 m/s ('de)
Mohs sertliği	6.0
Vickers sertliği	MPa
Brinell sertliği	MPa

Germanyum (Ge; Almanca Germanium (n), Fransızca Germanium (m), İngilizce Germanium), dikkat çekici derecede elektriksel özelliklere sahip gümüş grisi renginde metalik görünüşlü bir element.

Özellikleri

Yarımetalik, yani metal ile ametaller arasında özellikler gösterir. periyodik cetvelde dördüncü grupta olup, silisyum ve kalay arasında bulunur. Germanyum (+2) ve (+4) değerliklerini alır. Elmasa benzer kristalleşme gösterir. Atom numarası 32 ve atom ağırlığı 72,59’dur. Kütle numaraları 70 ile 76 arasında değişen 5 tâne kararlı, yine kütleleri 65 ile 78 arasında değişen ve yarılanma süreleri nispeten kısa olan 9 tâne radyoaktif izotopu vardır. Erime noktası 937 °C ve kaynama noktası 2800 °C’dir. Atmosferik şartlarda gayet kararlıdır. 600-700 °C’de havada oksitlenir. Halojenlerle şiddetli reaksiyon verir. Yoğunluğu 5,323 g/cm³tür. Nitrik asit ve derişik sülfürik asitte çözünür.

Bulunuşu ve elde edilişi

1871’de Dimitri Mendeleyev mevcudiyetini tahmin etmiştir. 1886’da Clemens Winkler, sülfitli mineral argiroditi analiz ederek, şimdiye kadar rastlamadığı bir element elde etti. Memleketine izafeten germanyum adını verdi. Germanyum nadir elementlerden olup, yer kabuğunda % 0,004-0,0007 oranında bulunur. Yer kabuğunda yoğun olarak bulunmadığından, germanyumun elde edilmesi oldukça zordur. Yer kabuğunda bulunan elementlerin miktar olarak otuz altıncısıdır. Hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Germanyum, argirodit (4 Ag₂S GeS₂) mineralinde %6-7, germanit (7CuS.FeS.GeS) mineralinde %8,7, renierit mineralinde ise %5-7 oranında bulunur. Son iki mineral en çok Afrika’da bulunur.

Germanyum, çinkonun saflaştırılması sırasında yan ürün olarak elde edilir. Burada elde edilen germanyum sülfür (GeS₂) hidrojen veya karbon ile indirgenir.

Yine germanyum, yumuşak katranlı maden kömürünün yakılması sırasında yan ürün olarak elde edilir.

Bileşikleri

İki tane önemli bileşiği vardır: 1) Germanyum tetraklorür (GeCl₄): Germanyumun klor gazı ile yakılmasından elde edilir. Karbon tetraklorüre benzeyen bir sıvıdır. 2) Germanyum -4-oksit (GeO₂) olup, yüksek sıcaklıkta germanyumun oksitlenmesiyle elde edilir. Germanyumun birçok organik bileşikleri de yapılmıştır.

Kullanıldığı yerler

Germanyum 1945’ten itibaren çok önem kazanmaya başladı. Yarımetal olan germanyum, yarı iletkendir, yani elektriksel iletkenliği metal ile ametaller arasındadır. Saf germanyum, düşük sıcaklıklarda yalıtkan, oda sıcaklığında zayıf iletken gibi hareket eder. Bu özelliklerinden dolayı elektronik sanayi için önemli elementtir. Germanyumlu aletler, vakum tüplerinin yerini aldı. Germanyum ile transistörlü aletler yaygın kullanma alanı bulmuştur. Diyotlarda kullanılır. Transistör ve diyotlar, basit ve uzun ömürlü aletler olup, düşük güç kullanırlar ve az ısı yayarlar. Isıtılacak bir flaman olmadığı için, hemen devreye girerler. Germanyum 1960’ların sonuna doğru gayeye en uygun ve ucuz olduğu için radyo ve diğer ses iletim cihazlarında, yüksek voltaj ve yüksek güç kapasitesine sâhib olduğundan da televizyon ve bilgisayarlarda kullanılmaya başlanılmıştır.

Germanyum diyotları ince disk şeklinde ve çok ince telden ibarettir. Bunlar birbirlerine birleştirilir. Bir plastik içine konularak ısı ve nemden korunur. Bu bütün düzen bir mısır tanesi büyüklüğündedir. Transistörlerin, işitme cihazları gibi cihazlarda çok faydalı oldukları ortaya konmuştur. Bilgisayarlarla transistörlerin kullanılması basitleşmiş, aynı zamanda yaygınlaşmıştır.

Germanyum normal ışığa karşı şeffaf olmadığı hâlde, kızılötesi ışınlara karşı şeffaftır. Yüksek kırılma indisine sahip olan germanyum, optik elemanların yapılmasında kullanılır. Camlarda silisyum muhtevası, kısmen veya tamamen germanyum dioksitle değiştirilerek, optik aletlerin özelliklerini değiştirmek mümkündür.

Yüksek kırılma indisine sahip camlar, büyük açı kamera merkezlerinde, mikroskop objektiflerinde kullanılır. Germanyumlu camların kimyasal dirençleri de yüksektir. Isı şoklarına karşı dayanıklıdır. 400 °C’nin altında yumuşamazlar; erime dereceleri yaklaşık 1500 °C civarındadır. Kimyasal davranışları karbonunkine benzer. Bu sebeple organik bileşikleri, bir seri araştırma konusu olmuştur. Germanyumun, su gibi, donma noktası altında hacmi genişler. Alaşımlarında da bu özellik görülür.