Những điều bạn cần biết về "Germanium" - Gecmani

Nguyên tố Germanium là gì? Dưới đây là những điều bạn cần biết về nguyên tố GE.

Germani (Ge), một nguyên tố hóa học nằm giữa silic và thiếc trong Nhóm 14 (IVa) của bảng tuần hoàn, một á kim màu xám bạc, có tính chất trung gian giữa kim loại và phi kim. Mặc dù germani không được Clemens Winkler, một nhà hóa học người Đức, phát hiện ra cho đến năm 1886, sự tồn tại, tính chất và vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn đã được nhà hóa học người Nga Dmitry Ivanovich Mendeleyev dự đoán vào năm 1871, người đã gọi nguyên tố giả thuyết này là ekasilicon. (Tên germani bắt nguồn từ tiếng Latin Germania [Đức] và được Winkler đặt cho nguyên tố này.) Germani không có ý nghĩa kinh tế cho đến sau năm 1945, khi các tính chất bán dẫn của nó được công nhận là có giá trị trong điện tử. Nhiều chất khác hiện cũng được sử dụng làm chất bán dẫn, nhưng germani vẫn giữ vai trò quan trọng hàng đầu trong sản xuất bóng bán dẫn và các thành phần cho các thiết bị như bộ chỉnh lưu và tế bào quang điện.

Germanium là một á kim màu trắng bạc. Đây là một mảnh đa tinh thể germanium dài khoảng 2-3 cm, có trọng lượng khoảng 12 gram. Nguồn ảnh: Jurii / Creative Commons

Tính chất chung của Germanium

• Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 32
• Ký hiệu hóa học (trong bảng tuần hoàn các nguyên tố): Ge
• Khối lượng nguyên tử : 72,63
• Mật độ: 5,323 gram/cm³ (3,077 ounces/inch³)
• Trạng thái vật chất: rắn
• Nhiệt độ nóng chảy: 938,3 độ C (1720,9 độ Fahrenheit)
• Nhiệt độ sôi: 2833 độ C (5131 độ F)
• Số đồng vị tự nhiên (các nguyên tử cùng nguyên tố có số nơtron khác nhau): 5. Ngoài ra, còn có 19 đồng vị nhân tạo được tạo ra trong phòng thí nghiệm.
• Đồng vị phổ biến nhất: Ge-74 (36,28% số lượng tự nhiên), Ge-72 (27,54% số lượng tự nhiên), Ge-79 (20,84% số lượng tự nhiên), Ge-73 (7,73% số lượng tự nhiên), Ge-76 (7,61% số lượng tự nhiên)

Lịch sử của germanium

Trên trang báo mạng Chemistry Explained cho biết, sự tồn tại của germanium được dự đoán bởi một nhà hóa học người Nga - Dmitri Mendeleev vào năm 1869, sau khi ông bổ sung thêm vào bảng tuần hoàn các nguyên tố. Sắp xếp các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử để lại một số ô trống trong bảng tuần hoàn. Dựa theo lý thuyết, Mendeleev nói rằng: "Có một số nguyên tố vẫn chưa được phát hiện ra, trong đó có nguyên tố số 32". Vào năm 1885, Clemens Winkler - một nhà hóa học người Đức - đã phát hiện ra nguyên tố tương tự - còn thiếu của nhóm silic và gọi nó là "eka-silicon", nguyên tố đó trong quặng được gọi là acgirodik. Trong nguyên tử quặng có chứa bạc, lưu huỳnh, oxit sắt và kẽm với khoảng 7% kim loại chưa biết tên.

Theo trang Chemistry Explained, Mendeleev đã dự đoán nguyên tố 32 sẽ có mật độ 5,5 gram/cm³ (gấp 5,5 lần mật độ của nước) và khối lượng nguyên tử là 70 (gấp gần 4 lần trọng lượng nguyên tử của nước). Thực tế thì nguyên tử germanium có mật độ khoảng 5,323 gram/cm³ và khối lượng nguyên tử là 72,630. Dự doán chính xác của Mendeleev đã làm tăng liên kết trật tự hóa học trong bảng tuần hoàn.

Cấu hình điện tử và các đặc tính nguyên tố Germanium. (Nguồn ảnh: Greg Robson / Creative Commons, Andrei Marincas Shutterstock)

Những điều cần biết về Germanium

• Theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Gecmani là một á kim, nghĩa là nó mang đặc tính của cả kim loại và á kim. Các á kim khác trong bảng tuần hoàn là boron (Bo), silicon (Silic), arsenic (Asen), antimony (Antimon), tellurium (Telua) và polonium (Poloni).
• Theo trang Chemicool, Germanium là một trong số ít các nguyên tố nở ra khi đóng băng giống như nước. Các nguyên tố khác gồm gallium (Gali), silicon (Silic), bismuth (Bitmut) và antimony (Antimon).
• Theo Phòng thí nghiệm Jefferson, tên "germanium" có nguồn gốc từ tiếng Latin "germania" của Đức - tên của vùng quê của Winkler.
• Theo trang Chemicool, sự phong phú của germanium trong lớp vỏ Trái Đất là khoảng 1,5 phần một triệu tính theo trọng lượng và trong hệ Mặt Trời là khoảng 200 phần một tỷ tính theo trọng lượng.
• Theo Emily Darby - sinh viên Khoa hóa học tại trường Đại học Harvey Mudd, giá trị của Germanium đã được công nhận trong Chiến tranh thế giới lần II, khi nó được sử dụng máy thu radar có độ phân giải cao. Ngay sau đó, máy thu thanh bán dẫn đầu tiên được phát minh.
• Theo Cục Khảo sát Địa chất Hoa kỳ, tỉ lệ phần trăm gần đúng trong các ứng dụng của Germanium lần lượt là: 30% do quang học tia hồng ngoại (IR) gồm các dụng cụ đo; 20% quang học sợi được sử dụng trong thông tin liên lạc; 20% nhựa polyester được dùng để sản xuất hàng loạt các sản phẩm như: các loại vải sợi, hộp đựng thức ăn và nhựa; 15% dùng trong điện tử và pin mặt trời; 5% dùng trong photpho, nghề luyện kim và các chất hữu cơ bao gồm cả thuốc men.
• Theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Germanium chủ yếu được khai thác với quặng kẽm cũng như acgirodik, gecmanit và than đá. Theo trang Chemistry Explained, Germanium được khai thác ở Alaska, Tennessee, Trung Quốc, Anh, Ukraine, Nga và Bỉ.

Đối với sức khỏe

Có nhiều xác nhận rằng Germanium có lợi cho sức khỏe bao gồm tăng cường hệ thống miễn dịch, cung cấp oxy cho cơ thể và loại bỏ độc tố ra khỏi cơ thể. Theo trang báo mạng Healthline, Germanium cũng giúp ích trong quá trình điều trị dị ứng, hen suyễn, viêm khớp, chống HIV / AIDS và các loại ung thư khác.

Tuy nhiên, khoa học vẫn chưa chứng minh về những nhận định trên. Theo trang báo Healthline, việc sử dụng các chất bổ sung Germanium hoặc thuốc có chứa Germanium có thể dẫn đến nhiều tác dụng phụ như: suy thận, thiếu máu, suy nhược và thiếu sự phối hợp trong cơ thể và tăng men gan.

Theo Trung tâm ung thư Memorial Sloan Kettering: "Trong các nghiên cứu, chất dẫn xuất của Germanium được gọi là "spirogermanium" đã được chứng minh dùng để ngăn chặn những tế bào ung thư lan rộng ra, nhưng một số nghiên cứu được tiến hành trên cơ thể con người lại cho thấy những tác dụng phụ và không thích hợp để điều trị chống lại ung thư".

Những nghiên cứu gần đây

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied Physics Letters năm 2016, Germanium thường được sử dụng trong các máy dò ở những lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu thảo luận về hiệu quả cao của bộ tách sóng quang Germanium khi sử dụng trong ánh sáng có thể nhìn thấy và gần tia hồng ngoại. Các máy dò Germanium được so sánh với bộ tách sóng quang làm bằng silic thông thường, và theo các tác giả, đã có tín hiệu tốt hơn về tỷ số tín hiệu trên tạp âm và đáp ứng được mục đích dãy quang phổ trên đèn là có thể quan sát được bằng máy dò.

Theo trang báo LaserFocusWorld, Germanium đã được thử nghiệm để sử dụng trong bộ tách sóng quang do bởi chất bán dẫn hoặc dễ có khả năng cho các electron chuyển đến một trạng thái năng lượng cao hơn, phổ biến trong các kim loại bán dẫn. Các chất quang dẫn này được sử dụng trong nhiều loại công nghệ ở cuộc sống hàng ngày của chúng ta như: điều khiển từ xa, cửa mở cuốn tự động ở các cửa hàng lớn và hệ thống truyền thông tin sợi cáp quang cũng như trong nhiều ứng dụng khoa học về thiên văn học, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và kiểm soát môi trường. Hiệu quả tăng do bởi sự hấp thụ của Germanium trong bộ tách sóng quang cao hơn so với các chất liệu truyền thống như silic, để ngày càng nhận được nhiều thông tin trong chiều dài bước sóng mục tiêu.