जर्मेनियम

जर्मेनियम : धातुरूप रासायनिक मूलद्रव्य चिन्ह Ge. अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ३२; अणुभार ७२.५९; आवर्त सारणीतील (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरूप मांडणीतील) गट ४ ब; विद्युत विन्यास ( अणुमधील इलेक्ट्रॉनांची मांडणी) २, ८, १८, ४; वितळबिंदू ९३७.४° से.; उकळबिंबू २,८३०° से.; वि. गु. ५.३६; नैसर्गिक समस्थानिकांचे (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांचे) वस्तुमान ७०, ७२, ७३, ७४ व ७६; अर्धसंवाहक (धातू व निरोधक यांच्या दरम्यान विद्युत् संवाहकता असणारा पदार्थ); वर्ण करडा-पांढरा; ठिसूळ; कठिनता ६.०–६.५ [मोस मापक्रमानुसार; ⟶ कठिनता]; स्फटिकरचना हिऱ्यासारखी; संयुजा (इतर अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता (दर्शविणारा अंक) २ व ४; शिलावरणातील प्रमाण १०^-११ टक्का.

इतिहास : आवर्त सारणीमध्ये सिलिकॉन व कथिल या दोन मूलद्रव्यांच्या मधे एक अज्ञान मूलद्रव्य असावे, जॉन न्यूलँड्स यांनी १८६४ मध्ये दाखविले. मेंडेलेव्ह यांनी १८७१ साली या अज्ञात मूलद्रव्याचे गुणधर्म सिलिकॉनसारखे असावेत असे भाकीत केले व त्याचे आवर्त सारणीतील स्थान निश्चित केले. जर्मन शास्त्रज्ञ सी. ए. विंक्लर यांनी १८८६ साली आर्जिरोटाइड (2Ag₂S•GeS₂) या खनिजापासून हे मूलद्रव्य वेगळे केले व आपल्या मातृभूमीच्या नावावरून त्यास जर्मेनियम हे नाव दिले. याचे व्यापारी उत्पादन १९४२ पासून सुरू झाले.

उपस्थिती : निसर्गात हे मुक्तरूपात आढळत नाही. आर्जिरोडाइटामध्ये ७%  जर्मेनाइटामध्ये ८.७% आणि झाईरेतील (बेल्ज‍ियम काँगोतील) रेनियराइट या खनिजात ७% या प्रमाणात ते आढळते. अमेरिकेतील कॅनझस, ओक्लाहोमा व मिसूरी या राज्यांतील जस्ताच्या धातुकातून (कच्च्या स्वरूपातील घातूतून) ते उपपदार्थ म्हणून मिळते. दगडी कोळशाच्या राखेतूनही इंग्लंड व रशिया या देशांत ते मिळवितात. १९६७ साली जगात एकूण सु. ७५,००० किग्रॅ. जर्मेनियम मिळविण्यात आले

निष्कर्षण : जर्मेनियम असलेल्या जस्ताच्या धातुकांतून नेहमीच्या पद्धतीने प्रथम झिंक सल्फाइड संहत करतात (प्रमाण वाढवितात). ते हवेत भाजून त्याचे झिंक ऑक्साइड बनवितात. हे अशुद्ध असते, त्यात जर्मेनियम इत्यादींची अशुद्धी असते. हे झिंक ऑक्साइड नंतर मीठ व दगडी कोळसा यांबरोबर उच्च तापमानात तापविले म्हणजे त्यातील जर्मेनियम, कॅडमियम इ. द्रव्ये बाष्परूपाने बाहेर पडतात. हे बाष्प निववून सल्फ्यूरिक अम्लात मिसळतात. त्यामुळे जर्मेनियम व शिसे अविद्राव्य (न विरघळणारे) म्हणून शिल्लक राहतात. या मिश्रणातील शिशाचे प्रमाण कमी करण्यासाठी हीच क्रिया पुन्हा करतात व नंतर मिळणाऱ्या अवशेषात संहत हायड्रोक्लोरिक अम्ल मिसळून ऊर्ध्वपातन (वाफ करून व मग ती थंड करून घटक अलग करण्याची प्रक्रिया ) करतात. त्यामुळे जर्मेनियम टेट्राक्लोराइड ऊर्ध्वपातित होते. ते शुद्ध करून त्याचे जलीय विच्छेदन केले म्हणजे GeO₂ हे ऑक्साइड बनते. त्याचे हायड्रोजनाने ६७५° से. तापमानास ⇨क्षपण घटवून आणले म्हणजे जर्मेनियम धातू मिळते.

रासायनिक गुणधर्म : जर्मेनियमाची द्विसंयुजी व चतुःसंयुजी संयुगे बनतात. त्यांपैकी चतुःसंयुजी जास्त स्थिर आहेत. कोठी तापमानास जर्मेनियमावर पाण्याची विक्रिया होत नाही. हवेत त्याचे ऑक्सिडीभवन होत नाही; पण ऑक्सिजन, क्लोरीन व बाष्परूप ब्रोमीन यांमध्ये ते जळते. संहत सल्फ्यूरिक वा नायट्रिक अम्लात आणि नायट्रिक व हायड्रोफ्ल्युओरिक या अम्लांच्या मिश्रणात तसेच वितळलेल्या क्षारात (अम्लाशी विक्रिया झाल्यास लवण देणाऱ्या पदार्थात, उदा., सोडियम हायड्रॉक्साइडात) ते सहज विरघळते. प्रबल ऑक्सिडीकारक [→ ऑक्सिडीभवन] अम्लांची त्यावर विक्रिया होते.

उपयोग : जर्मेनियमाचा उपयोग प्रामुख्याने ट्रँझिस्टर, द्विप्रस्थ, एकदिशकारक यांसारख्या अर्धसंवाहक प्रयुक्ती तयार करण्यासाठी होतो. [→ अर्धसंवाहक; इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति; ट्रेंझिस्टर तंत्रविद्या]. दुसऱ्या महायुद्धकाळात रडारमध्ये उपयोग करण्याकरिता सूक्ष्मतरंगांचे एकदिशीकरण करण्यासाठी जर्मेनियमाचा उपयोग करण्यात आला. १९४८ मध्ये ट्रँझिस्टरचा शोध लागला व पहिला ट्रँझिस्टर जर्मेनियमाचा तयार करण्यात आला. या शोधामुळे इलेक्ट्रॉनीय उद्योगात फार मोठी क्रांती झाली. वर्णपटलातील अवरक्त (तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) किरणांसाठी वापरावयाच्या साधनांत जर्मेनियमयुक्त भिंगाचा आणि गाळण्यांचा उपयोग करण्यात येतो.

संयुगे : जर्मेनियमाची द्विसंयुजी संयुगे फारशी स्थिर नाहीत. त्यांचे ऑक्सिडीकरण व क्षपण सहज होते. जर्मेनियम डायक्लोराइड तापविले म्हणजे विघटन पावते व जर्मेनियम टेट्राक्लोराइड बनते. चतुःसंयुजी संयुगे जास्त स्थिर आहेत. जर्मेनियमाची GeO (करडे-काळे) आणि GeO₂ (पांढरे) अशी दोन ऑक्साइडे ज्ञात आहेत. GeO₂ ची तीन स्फटिकी रूपे आहेत. हायड्रोक्लोरिक अम्ल व सोडियम हायड्रॉक्साइड यांमध्ये ती विरघळतात.

जर्मेनियम टेट्राक्लोराइड GeCl₄ जर्मेनियम टेट्राब्रोमाइड GeBr₄ व जर्मेनियम टेट्राआयोडाइड Gel₄ ही मूलद्रव्यांच्या सरळ संयोगाने बनविता येतात. क्लोराइडाचा उपयोग ⇨ग्रीन्यार विक्रिया व व्ह्यूर्टस विक्रिया यांमध्ये होतो.

जर्मेनियम टेट्राक्लोराइडात हायड्रोजन सल्फाइड प्रवाहित केले, तर जर्मेनिक सल्फाइड GeS₂ बनते. ते हायड्रोजनाबरोबर तापविले, तर जर्मेनस सल्फाइड GeS मिळते.

मॅग्नेशियम जर्मेनाइडावर Mg₂Ge (हे मॅग्नेशियम आणि जर्मेनियम हायड्रोजनात तापविल्याने बनते) विरल हायड्रोक्लोरिक अम्लाची विक्रिया घडली म्हणजे मोनोजर्मेन GeH₄ हे हायड्राइड बनते. डायजमेंन Ge₂H₄ व ट्रायजर्मेन Ge₃H₈ ही हायड्राइडेही ज्ञात आहेत.

मिश्रधातू : जर्मेनियम असलेल्या अनेक मिश्रधातू तयार केल्या जातात. त्यांपैकी जर्मेनियम-ॲल्युमिनियम आणि जर्मेनियम-सोने या मिश्रधातू अर्धसंवाहक उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जातात.

संदर्भ : 1. Davydov, V. I. Trans., Peiperl, A. Germanium, New York, 1967.

2. Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, London, 1966.

जमदाडे, ज. वि.