Põhiline erinevus räni ja germaaniumi vahel on see, et germaaniumil on d elektroni, kuid ränil pole d elektroni.
Räni ja germaanium on mõlemad perioodilisuse tabeli samas rühmas (rühm 14). Seega on neil välisel energiatasemel neli elektroni. Lisaks esinevad need kahes oksüdatsiooniastmes, +2 ja +4. Ränil ja germaaniumil on sarnased füüsikalised ja keemilised omadused, kuna mõlemad on metalloidid. Siiski on ka räni ja germaaniumi vahel märkimisväärne erinevus.
Mis on räni?
Räni on keemiline element aatomnumbriga 14 ja see on perioodilisuse tabeli rühmas 14, veidi allpool süsinikku. Saame seda tähistada sümboliga Si. Selle elektronide konfiguratsioon on 1s2 2s2 2p6 3s23p2 Räni võib eemaldada neli elektroni ja moodustada +4 laetud katiooni või jagada neid elektrone nelja kovalentse sideme moodustamiseks.
Lisaks võime räni iseloomustada metalloidina, kuna sellel on nii metallilised kui ka mittemetallilised omadused. See on kõva ja inertne metalloidne tahke aine. Selle keemilise elemendi sulamistemperatuur on 1414 oC ja keemistemperatuur on 3265 oC. Kristalli kujul olev räni on väga habras. Looduses esineb seda väga harva puhta ränina. Peamiselt esineb see oksiidi või silikaadina.
Kuna räni on kaitstud välimise oksiidikihiga, on see vähem vastuvõtlik keemilistele reaktsioonidele. Samuti vajab see element oksüdeerumiseks kõrget temperatuuri. Seevastu räni reageerib toatemperatuuril fluoriga. Lisaks ei reageeri räni hapetega, vaid reageerib kontsentreeritud leelistega.
Joonis 01: Räni välimus
Ränil on palju tööstuslikke kasutusviise. Räni on pooljuht, seetõttu kasutatakse seda arvutites ja elektroonikaseadmetes. Räniühendeid, nagu ränidioksiid või silikaadid, kasutatakse keraamika-, klaasi- ja tsemenditööstuses palju.
Mis on germaanium?
Teadlane Clemens Winkler leidis germaaniumi 1886. aastal. Seda elementi saame tähistada sümboliga Ge ja selle aatomnumber on 32. See on perioodilisustabelis Si all. Selle elektronide konfiguratsioon on 1s2 2s2 2p6 3s23p6 4s2 3d10 4p2 Ge on metalloid, mille kristallstruktuur on sarnane teemandi omaga. See on kõva, rabe ja hallikasvalge värvusega. Ge sulamistemperatuur on umbes 937 oC ja keemistemperatuur on 2830 oC.
Me leiame germaaniumi looduslikult maapõuest. Seda leidub mineraalides nagu briartiit, germaniit ja argürodiit. Samuti on sellel viis looduslikult esinevat isotoopi. Ge on siiski kõige levinum isotoop, mille arvukus on 36%.
Joonis 02: Germaaniumi välimus
Lisaks on see element keemiliselt ja füüsikaliselt sarnane räniga. Germaanium on õhus ja vees stabiilne. Samuti ei reageeri see lahjendatud hapete ja leeliselahustega. Nagu räni, kasutame germaaniumi ka pooljuhtmaterjalina transistorides ja muudes elektroonikaseadmetes. Lisaks on germaaniumil tavaliselt nii +4 kui ka +2 oksüdatsiooniaste, kuid enamasti esineb see +4 olekus. Kui paneme selle elemendi õhu kätte, muutub see aeglaselt dioksiidiks GeO2
Mis vahe on ränil ja germaaniumil?
Räni on keemiline element aatomnumbriga 14 ja keemilise sümboliga Si, samas kui germaanium on keemiline element aatomnumbriga 32 ja keemiline sümbol on Ge. Peamine erinevus räni ja germaaniumi vahel on see, et germaaniumil on d elektroni, kuid ränil pole d elektroni. Lisaks on räni elektronide konfiguratsioon 1s2 2s2 2p6 3s 2 3p2 ja germaaniumi elektronkonfiguratsioon on 1s2 2s2 2p 6 3s2 3p6 4s2 3d 10 4p2 Seetõttu võime neid konfiguratsioone nimetada oluliseks erinevuseks räni ja germaaniumi vahel.
Lisaks on germaaniumi aatomi raadius suurem kui ränil. Peale selle on räni ja germaaniumi teine märkimisväärne erinevus see, et teatud temperatuuridel on germaaniumil rohkem vabu elektrone kui räni. Seega on germaaniumi juhtivus suurem.
Kokkuvõte – räni vs germaanium
Nii räni kui ka germaanium on kasulikud pooljuhtidena. Räni ja germaaniumi vahel on siiski erinevusi. Peamine erinevus räni ja germaaniumi vahel on see, et germaaniumil on d elektroni, kuid ränil pole d elektroni.
