Read Time:16 Minute
പ്രൊഫ.കെ.കെ. വിജയൻ
മുന്‍ രസതന്ത്രഅധ്യാപകന്‍, കാലിക്കറ്റ് സര്‍വകലാശാല
ലൂക്ക – ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. ഇന്ന് ജെര്‍മേനിയത്തെ പരിചയപ്പെടാം.
ആവര്‍ത്തനപട്ടികയിലെ മുപ്പത്തിരണ്ടാമത്തെ മൂലകം. സൂചകം(Ge). നാലാമത്തെ പീരിയഡില്‍ ആവര്‍ത്തന ഗ്രൂപ്പ് 14(IV A)ല്‍ സിലികോൺ, ടിന്‍ എന്നീ മൂലകങ്ങള്‍ക്കിടയിലാണ് പുതിയ ആവര്‍ത്തനപട്ടികയിലുള്ള സ്ഥാനം. അണുസംഖ്യ 32, അണുഭാരം 72.59. ലോഹ സമാനമായ തിളങ്ങുന്ന വെള്ളിനിറവും കാഠിന്യവും ഉള്ള ക്രിസ്റ്റല്‍ ഘടനയുള്ള ഖരവസ്തു.പക്ഷെ പൊടിയുന്നതും അടര്‍ത്തി എടുക്കാവുന്നതുമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയാണ്. ലോഹം പോലെ അടിച്ചു പരത്താനും നീട്ടാനും പറ്റില്ല. ഇത് 937.4oC താപനിലയില്‍ ഉരുകുകയും, 2830oC ല്‍ തിളയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. വിദ്യുത്ചാലകത വളരെകുറഞ്ഞ പദാര്‍ഥം ആയതിനാൽ മെറ്റലോയിഡ് എന്ന അര്‍ദ്ധ ചാലക മൂലകങ്ങളുടെ ഗണത്തിലാണ്‌ ഇതിന്റെ സ്ഥാനം. ജര്‍മേനിയത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോണ്‍ വിന്യാസം 1s22s22p63s23p63d104s24p2 ആണ്.
1886ല്‍ ജര്‍മന്‍ കെമിസ്റ്റ് ആയ ക്ലമൻസ് വിൻക്ളർ( Clemens Winkler) ആണ് ഈ മൂലകം കണ്ടുപിടിച്ചത്. പക്ഷെ 1871 ല്‍ തന്നെ ഈ മൂലകത്തിന്റെ അവസ്ഥ മെന്‍ഡലീഫ് പ്രവചിച്ചിരുന്നു. ജെര്‍മേനിയത്തെക്കുറിച്ച് വിവരിക്കുമ്പോൾ ഈ അന്താരാഷ്ട്ര ആവര്‍ത്തനപട്ടിക വര്‍ഷത്തില്‍ വളരെ പ്രാധാന്യത്തോടെ പറയേണ്ടുന്ന വസ്തുതയാണ്, കൃത്യതയോടെ ശരിയായി തീര്‍ന്ന ഈ പ്രവചനം. 1860 കളില്‍ അറിയപ്പെട്ട 67 മൂലകങ്ങളെ എങ്ങനെ വ്യക്തമായി ക്രമീകരിക്കാം എന്നായിരുന്നു മെന്‍ഡലീഫ് അന്വേഷിച്ചത്.. ഇവയ്ക്കെല്ലാം ഏതെങ്കിലും പൊതുസ്വഭാവം ഉണ്ടോ? പലരീതിയിലും ഈ മൂലകങ്ങളെയെല്ലാം ക്രമീകരിച്ച് ഒരു പട്ടിക തയ്യാറാക്കാന്‍ അദ്ദേഹം ശ്രമിച്ചു.അങ്ങനെ ഉണ്ടാക്കിയ പട്ടികയിൽ 32-മത്തെ കള്ളി ശൂന്യമാണെന്നു കണ്ടു. .അതായത്, 16-ാ മനായ സിലിക്കൺ
എന്ന മൂലകത്തിന് താഴെയുള്ള കള്ളി. സിലിക്കണിന്റെ അതേ ഗുണധര്‍മ്മങ്ങൾ ഉള്ള ആ മൂലകം അന്ന് കണ്ടുപിടിച്ചിട്ടില്ലായിരുന്നു. പക്ഷെ അവിടെ വരുന്ന മൂലകത്തിന്റെ ഗുണങ്ങളും സാന്ദ്രതയും എല്ലാം അദ്ദേഹം അനുമാനത്തിലൂടെ കുറിച്ചിരുന്നു.
ഈ സ്ഥാനത്ത് ഉള്‍പ്പെടുത്തുവാനുള്ള മൂലകത്തെ കണ്ടെത്തുന്നതിനായി ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ശ്രമം തുടങ്ങി. 1885- ല്‍ ജര്‍മനി യിലെ ഫ്രീബർഗ് എന്ന സ്ഥലത്തുനിന്നു ഒരു പുതിയ അയിര് (ore)കണ്ടെത്തി. വെള്ളി, ഗന്ധകം എന്നീ മൂലകങ്ങള്‍ അതില്‍നിന്നും വേര്‍തിരിക്കാനായി. എങ്കിലും ഏകദേശം 7% ഭാഗത്തില്‍ എന്തൊക്കെ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു എന്ന് മനസ്സിലാക്കാനായില്ല. അത് ജര്‍മ്മന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ അലക്സാണ്ടര്‍ വിങ്ക്ലര്‍ക്ക് അയച്ചുകൊടുത്തു. അദ്ദേഹം അവിടത്തെ ഫ്രീബർഗ് സ്കൂള്‍ ഓഫ് മൈനില്‍ കെമിക്കൽ ടെക്നോളോജി പ്രോഫസ്സർ ആയിരുന്നു. അദ്ദേഹം അതില്‍നിന്നും ഒരു പുതിയ മൂലകത്തെ വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും, അതിനു ജർമേനിയം എന്ന് പേര് നല്‍കുകയും ചെയ്തു. സ്വരാജ്യമായ ജര്‍മ്മനിയുമായി പേരിനുള്ള ബന്ധം ശ്രദ്ധിക്കുക. മെന്‍ഡലീഫ് പതിനഞ്ച് വര്‍ഷം മുന്‍പ് പ്രവചിച്ച ഗുണങ്ങളെല്ലാം തന്നെ ഈ മൂലകത്തിനുണ്ടെന്നും തെളിഞ്ഞു. മെന്‍ഡലീഫ് ഇതിനു അന്ന് കൊടുത്ത പേര് ഏകാസിലികോണ്‍ എന്നതായിരുന്നു. ഇതു മാത്രമല്ല ഏകാബോറോണ്‍, എകാലുമിനിയം എന്നിങ്ങനെ പേര് നല്‍കിയ മൂലകങ്ങളും പിന്നീട് കണ്ടത്തിയപ്പോള്‍ അവയ്ക്കും [സ്കാൻഡിയം(Sc),ഗാലിയം(Ga)] അദ്ദേഹം പ്രവചിച്ച ഗുണ ധര്‍മങ്ങള്‍ തന്നെ കാണാൻ കഴിഞ്ഞു.. അതായിരുന്നു മെന്‍ഡലീഫ് എന്ന ശാസ്ത്രപ്രതിഭയുടെ മഹത്വം.
| ഗുണധര്‍മങ്ങള്‍ | ഏകാസിലികൊണിനു മെന്‍ഡലീവി ന്റെ പ്രവചനം | ജെര്‍മ്മെനിയത്തിന്റെ ഗുണധര്‍മങ്ങള്‍ |
| ആറ്റോമിക ഭാരം | 72 | 72.59 |
| സാന്ദ്രത (gm/cm) | 5.5 | 5.35 |
| ഉരുകല്‍ നില | ഉയര്‍ന്ന താപനില | 937.4oC |
| നിറം | ചാരനിറം | ചാരനിറം |
| ഓക്സൈഡിന്റെ സാന്ദ്രത | 4.7 (gm/cm) | 4.7 (gm/cm) |
| ഓക്സൈഡിന്റെ ക്രിയാശേഷി | നേരിയ ക്ഷാരഗുണം | നേരിയ ക്ഷാരഗുണം |
| ക്ലോറയിഡ് തിളനില | 100oC ല്‍ താഴെ | 86oC |
അവലംബം: The Organization of the Elements by Sharon Bewick, Richard Parsons, ThereseForsythe, Shonna Robinson, and JeanDupon.CK 12 Foundation
ഭൂവല്‍ക്കത്തില്‍ ഏകദേശം 1.5 പി പി എം ഉള്ളതായി കണക്കാക്കിയിരിക്കുന്നു. ഇതു ബെറിലിയം, മോളിബ്ഡിനം, സീഷിയം എന്നീ മൂലകങ്ങള്‍ക്ക് സമമാണ്. പക്ഷേ, സ്വതന്ത്ര അവസ്ഥയില്‍ കാണപ്പെടുന്നില്ല. ഇതിന്റെ അയിരുകൾ വളരെ പരിമിതമാണ്. ആർഗോരൈറ്റ്, ജര്‍മാനൈറ്റ്, റേനീറായിറ്റ് എന്നീ ഖനിജങ്ങളിൽ ആണ് ഈ മൂലകം ഉള്ളത്. ജര്‍മാനൈറ്റ്, റേനീറായിറ്റ് എന്നീ ഖനിജങ്ങളിൽ നിന്നുമാണ് പ്രധാനമായും ജെര്‍മേനിയം വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നത്. അമേരിക്ക,ചൈന,യുകെ, റഷ്യ, ഉക്രൈന്‍, ബല്‍ജിയം എന്നീ രാജ്യങ്ങളില്‍ ആണ് ഇതിന്റെ ധാതു നിക്ഷേപം ഉള്ളത്. ചൈന ആണ് വ്യാവസായികമായി ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ ഉദ്പാദിപ്പിക്കുന്ന രാജ്യം. ചെമ്പ്, നാകം,കറുത്തീയം എന്നിവയുടെ ഉത്പാദനത്തിൽ നിന്നും ഉപോത്പന്നം ആയും ജര്‍മേനിയം വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നു. ആഗോള വാര്‍ഷിക ഉത്പാദനം 80ടൺ ആണന്നു കണക്കാക്കിയിരിക്കുന്നു.
ജര്‍മേനിയം ശുദ്ധീകരണം
അയിരില്‍നിന്നും എടുത്തതിനുശേഷം ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് അമ്ലവുമായി പ്രതിപ്രവത്തിപ്പിച്ച് ജര്‍മേനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് ആക്കി, ബാഷ്പീകരിച്ചു തണുപ്പിച്ചെടുക്കുന്ന സംയുക്തത്തെ ഓക്സൈഡ് ആക്കി മാറ്റുന്നു. ഇതിനെ നിരോക്സീകരിച്ച് പൊടി രൂപത്തിലുള്ള വസ്തുവാക്കി 1100 ഡിഗ്രീ താപനിലയില്‍ ഉരുക്കി ചെറിയ ഉരുണ്ട കഷണങ്ങളായി എടുക്കുന്നു. ഇതാണ് പിന്നീട് മറ്റു സംയുക്തങ്ങള്‍ ആക്കി മാറ്റുന്നത്. ഇലക്ട്രോണിക ആവശ്യങ്ങല്‍ക്കായ്‌ പരിശുദ്ധ ജര്‍മേനിയം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത് സോണ്‍ റിഫൈനിംഗ്(zone refining)എന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യയിലൂടെയാണ്. ഇങ്ങനെ ശുദ്ധീകരിച്ച ജെര്‍മേനിയത്തിൽ പിന്നീട് ആര്‍സനിക്, ഗാലിയം മുതലായ മൂലകങ്ങള്‍ ഇലെക്ട്രോണിക് ഉപയോഗത്തിനായി ഡോപ് ചെയ്യുന്നു. ഒറ്റ ക്രിസ്ടല്‍( single crystal) ഉണ്ടാക്കുന്നതിനായി ശുദ്ധിചെയ്ത ഉരുകിയ ജെര്‍മേനിയത്തെ നൈട്രജൻ സാന്നിധ്യത്തിൽ സാവധാനം തണുപ്പിച്ച് പരലുകൾ ആക്കുന്നു.
ഭൗതികഗുണങ്ങൾ
വജ്രത്തിലെ കാര്‍ബൺആറ്റത്തിന്റെ വിന്യാസഘടനയാണ് ജെര്‍മെനിയത്തിന്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിലുള്ളത്. ലോഹങ്ങളെപോലെയുള്ള തിളങ്ങുന്ന ഖരവസ്തുവാണെങ്കിലും അടിച്ചുപരത്താനാന്നും പറ്റില്ല. അടര്‍ത്തിയെടുക്കാവുന്നതും,പൊടിയുന്നതുമായവസ്തുവാണത്. സിലികൊണിന്റേതുപോലുള്ള വിദ്യുത്ഗുണവും, അര്‍ദ്ധചാലക ഗുണവും ആണ് ജര്‍മേനിയത്തിന്റേതും.
രാസഗുണങ്ങള്‍
വായുവും വെള്ളവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയില്ല. ഗാഢഅമ്ലവുമായും ക്ഷാരങ്ങളുമായും കൂടിയ താപനിലയില്‍ പ്രതിപ്രവത്തിച്ചു സംയുക്തങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കും. ഒക്സിഡേഷൻ അവസ്ഥ +2, +4 എന്നീ നിലകളില്‍ സ്ഥിരതയുള്ള സംയുക്തങ്ങൾ ഉണ്ടാകും. GeO2, GeCl4, ZnGeO4 ഇവ ഉദാഹരണങ്ങള്‍. ഹലോജെനും ആയി ചേര്‍ന്ന് ടെട്രാക്ലോറൈഡ്, ടെട്രാ ബ്രോമൈഡ് മുതലായ സംയുക്തങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നു.
ഐസോടോപ്
പ്രകൃതിദത്തമായി 5 ഐസൊടോപുകള്‍ ഉണ്ട്. 70 Ge(21.2%), 72Ge(27.7%), 73Ge (7.7%), 74 Ge (35.9%), 76Ge(7.4%). കൂടാതെ റേഡിയോ ആക്ടീവതയുള്ള പതിനഞ്ചോളം നിര്‍മിത ഐസോടോപുകളും ഉണ്ട്
ഉപയോഗം
1945 വരെ വലിയ പ്രാധാന്യം ഒന്നുമില്ലായിരുന്നു. ജര്‍മേനിയത്തിന്റെ അര്‍ദ്ധചാലക ഗുണം കണ്ടെത്തലും ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായത്തില്‍ ഇതിനുള്ള ഉപയോഗവുമാണ് ഈ മൂലകത്തിന് അതിപ്രാധാന്യം നേടിക്കൊടുത്തത്.
മറ്റു പല മൂലകങ്ങളും സെമികണ്ടക്ടര്‍ ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ടങ്കിലും ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, റെക്ടിഫയറുകൾ,ഫോട്ടോസെൽ എന്നിവയുടെ ഘടകങ്ങളുടെ നിര്‍മാണത്തില്‍ അടിസ്ഥാനപരമായി ജര്‍മേനിയത്തിന് അതിപ്രാധാന്യം ഉണ്ട്. ശുദ്ധിചെയ്ത ജര്‍മേനിയത്തിന്റെ 15% ഉപയോഗം ഈ രംഗത്താണ്.
ഫൈബര്‍ ഒപ്ടിക് സാങ്കേതിക രംഗത്താണ് ജെര്‍മേനിയത്തിന്റെ ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ ഉപയോഗം ഉള്ളത്. ജര്‍മേനിയത്തിന് പ്രകാശവുമായും ലെയ്‌സറുമായും(LASER)ഉള്ള പ്രത്യേക പ്രതിപ്രവർത്തന ശേഷിയാണ് പ്രകാശ സാങ്കേതിക രംഗത്തുള്ള ഇതിന്റെ പ്രാധാന്യത്തിനു കാരണം. ക്യാമറ, മൈക്രോസ്കോപ്പ്,ഫൈബര്‍ ഒപ്ടിക്സ്, IRഒപ്ടിക്സ് എന്നീ രംഗത്ത് വളരെയധികം ഉപയോഗിക്കുന്ന മൂലകമാണിത്.
ജര്‍മേനിയം ഗ്ലാസ് നൂലിഴകള്‍ക്ക് അപാരമായ സന്ദേശവാഹക ശേഷി കൈവരുന്നു. അതിനുകാരണം ഈ മൂലകത്തിന്റെ കൂടിയ അപവർത്തനാങ്കവും കുറഞ്ഞ ഒപ്ടിക്കൽ ഡിസ്പേര്‍സണും(Optical Dispersion) ആണ്.പ്രകാശസാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്ന IR സ്പെക്ട്രോസ്കോപ് , തെര്‍മല്‍ ക്യാമറകള്‍, വൈഡ് ആങ്കിള്‍ ലെന്‍സുകൾ എന്നിവയുടെ നിര്‍മാണത്തിനും ഈ മൂലകം വളരെയധികം ആവശ്യമാണ്. കാരണം ഇന്‍ഫ്രാറെഡ് തരംഗങ്ങള്‍ക്ക് സുതാര്യമാണ് ജര്‍മേനിയം. സൈനികാവശ്യങ്ങള്‍, ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങള്‍, ഫയര്‍ അലാറം തുടങ്ങിയവയിലെല്ലാം ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രത്യേകതരം ഗ്ലാസുകളുടെ നിര്‍മാണത്തിനും ഈ മൂലകവും അതിന്റെ സംയുക്തങ്ങളും അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ജര്‍മേനിയം ഏകക്രിസ്റ്റല്‍(single crystal) മുറിച്ചു പോളിഷ് ചെയ്ത് ലെന്‍സുകള്‍ റേഡിയോ ആക്ടീവത കണ്ടെത്താനുള്ള ഗ്രാഹി (sensor) ഉപകരണങ്ങളിലും, ശേഷികൂടിയ ഫോട്ടോ വോള്‍ടാ സെല്ലുകള്‍, പ്രകാശദീപ്തി(Illuminance), ഭാസുരോദ്യത (Phosphorescence)എന്നീ ഗുണങ്ങള്‍ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ നിര്‍മാണത്തിനും ഉപയോഗിക്കുന്നു.
പ്ലാസ്റ്റിക്‌ നിര്‍മാണത്തില്‍ രാസത്വരകം ആയും ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ജീവജാലങ്ങള്‍ക്ക് അത്യാവശ്യമൂലകമായി കണക്കാക്കിയിട്ടില്ല. മനുഷ്യരില്‍ പെട്ടന്നുള്ള വിഷാവസ്ഥ ഉണ്ടാക്കുന്നില്ലെങ്കിലും, ശരീരത്തില്‍ കുറേശ്ശെയായി അടിഞ്ഞുകൂടുന്നത് അപകടം ഉണ്ടാക്കും. അന്തരീക്ഷത്തില്‍ സ്വതന്ത്രാവസ്ഥയില്‍ ഇല്ലാത്തതിനാല്‍ അത്ര ഭീഷണി ഇല്ല. ഇപ്പോഴത്തെ അറിവില്‍ പൊതുവേ അജൈവിക സംയുക്തങ്ങളാണ് ജൈവിക സംയുക്തങ്ങളെക്കാള്‍ അപകടം കുറവ്. ജെര്‍മാനിക് അമ്ലം (H4GeO4), ചിലരോഗങ്ങൾക്കു (ത്വക്ക്‌ രോഗം)നല്ലതാണെന്ന നിഗമനം ഉണ്ട്.
References:
- Wu, Heng; Ye, Peide D. (August 2016). “Fully Depleted Ge CMOS Devices and Logic Circuits on Si” (PDF). IEEE Transactions on Electron Devices. 63 (8): 3028–3035. Bibcode:2016ITED…63.3028W. doi:10.1109/TED.2016.2581203.
- Szweda, Roy (2005). “Germanium phoenix”. III-Vs Review. 18 (7): 55. doi:10.1016/S0961-1290(05)71310-7.
- Halford, Bethany (2003). “Germanium”. Chemical & Engineering News. American Chemical Society. Retrieved 2008-08-22.
- Rieke, G. H. (2007). “Infrared Detector Arrays for Astronomy”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 45 (1): 77–115. Bibcode:2007ARA&A..45…77R. doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
- Brown, Jr., Robert D. (2000). “Germanium” (PDF). U.S. Geological Survey. Retrieved 2008-09-22.
- Ahmed, F. U.; Yunus, S. M.; Kamal, I.; Begum, S.; Khan, Aysha A.; Ahsan, M. H.; Ahmad, A. A. Z. (1996). “Optimization of Germanium for Neutron Diffractometers”. International Journal of Modern Physics E. 5 (1): 131–151.
- Washio, K. (2003). “SiGe HBT and BiCMOS technologies for optical transmission and wireless communication systems”. IEEE Transactions on Electron Devices. 50 (3): 656–668. Bibcode:2003ITED…50..656W. doi:10.1109/TED.2003.810484.
- Bailey, Sheila G.; Raffaelle, Ryne; Emery, Keith (2002). “Space and terrestrial photovoltaics: synergy and diversity”. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 10 (6): 399–406. doi:10.1002/pip.
Happy
0 %
Sad
0 %
Excited
100 %
Sleepy
0 %
Angry
0 %
Surprise
0 %
0
0
