element germanija. Svojstva, ekstrakcija i primjena germanija

Kemijski element germanij nalazi se u četvrtoj skupini (glavna podskupina) u periodnom sustavu elemenata. Pripada obitelji metala, njegova relativna atomska masa je 73. Po masi, sadržaj germanija u zemljinoj kori procjenjuje se na 0,00007 posto mase.

Povijest otkrića

Kemijski element germanij ustanovljen je zahvaljujući predviđanjima Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva. On je bio taj koji je predvidio postojanje ekasilicija, a dane su i preporuke za njegovo traženje.

Vjerovao je da se ovaj metalni element nalazi u rudama titana, cirkonija. Mendeljejev je sam pokušao pronaći ovaj kemijski element, ali njegovi pokušaji su bili neuspješni. Samo petnaest godina kasnije, u rudniku koji se nalazio u Himmelfurstu, pronađen je mineral, nazvan argirodit. Ovaj spoj duguje svoje ime srebru koje se nalazi u ovom mineralu.

Kemijski element germanij u sastavu otkriven je tek nakon što je skupina kemičara s Akademije rudarstva Freiberg započela istraživanje. Pod vodstvom K. Winklera, otkrili su da samo 93 posto minerala čine oksidi cinka, željeza, kao i sumpor, živa. Winkler je sugerirao da preostalih sedam posto dolazi od tada nepoznatog kemijskog elementa. Nakon dodatnih kemijskih pokusa otkriven je germanij. Kemičar je svoje otkriće najavio u izvješću, predočivši primljene informacije o svojstvima novog elementa Njemačkom kemijskom društvu.

Kemijski element germanij Winkler je uveo kao nemetal, po analogiji s antimonom i arsenom. Kemičar ga je htio nazvati neptunijem, ali je to ime već bilo korišteno. Tada se počeo zvati germanij. Kemijski element koji je otkrio Winkler izazvao je ozbiljnu raspravu među vodećim kemičarima tog vremena. Njemački znanstvenik Richter sugerirao je da je to isti eksasilikon o kojem je govorio Mendeljejev. Nešto kasnije, ova je pretpostavka potvrđena, što je dokazalo održivost periodičnog zakona koji je stvorio veliki ruski kemičar.

Fizička svojstva

Kako se može okarakterizirati germanij? Kemijski element ima 32 serijski broj u Mendeljejevu. Ovaj metal se topi na 937,4 °C. Vrelište ove tvari je 2700 °C.

Germanij je element koji je prvi put korišten u Japanu u medicinske svrhe. Nakon brojnih istraživanja organogermanijevih spojeva provedenih na životinjama, kao i tijekom istraživanja na ljudima, bilo je moguće utvrditi pozitivan učinak takvih ruda na žive organizme. Godine 1967. dr. K. Asai uspio je otkriti činjenicu da organski germanij ima ogroman spektar bioloških učinaka.

Biološka aktivnost

Koja je karakteristika kemijskog elementa germanija? Sposoban je prenositi kisik u sva tkiva živog organizma. Jednom u krvi, ponaša se po analogiji s hemoglobinom. Germanij jamči puno funkcioniranje svih sustava ljudskog tijela.

Upravo taj metal potiče reprodukciju imunoloških stanica. On, u obliku organskih spojeva, omogućuje stvaranje gama-interferona, koji inhibiraju razmnožavanje mikroba.

Germanij sprječava nastanak malignih tumora, sprječava razvoj metastaza. Organski spojevi ovog kemijskog elementa doprinose stvaranju interferona, zaštitne proteinske molekule koju tijelo proizvodi kao zaštitnu reakciju na pojavu stranih tijela.

Područja uporabe

Antifungalno, antibakterijsko, antivirusno svojstvo germanija postalo je temelj za njegova područja primjene. U Njemačkoj se ovaj element uglavnom dobivao kao nusproizvod prerade obojenih ruda. Germanijev koncentrat izoliran je različitim metodama koje ovise o sastavu sirovine. Nije sadržavao više od 10 posto metala.

Kako se točno germanij koristi u modernoj poluvodičkoj tehnologiji? Ranije navedena karakteristika elementa potvrđuje mogućnost njegove uporabe za proizvodnju trioda, dioda, energetskih ispravljača i kristalnih detektora. Germanij se također koristi u izradi dozimetrijskih instrumenata, uređaja koji su neophodni za mjerenje jakosti konstantnog i izmjeničnog magnetskog polja.

Bitno područje primjene ovog metala je proizvodnja detektora infracrvenog zračenja.

Obećavajuće je korištenje ne samo germanija, već i nekih njegovih spojeva.

Kemijska svojstva

Germanij je na sobnoj temperaturi prilično otporan na vlagu i atmosferski kisik.

U seriji - germanij - kositar) uočava se povećanje redukcijske sposobnosti.

Germanij je otporan na otopine klorovodične i sumporne kiseline, ne komunicira s otopinama lužina. Istodobno, ovaj metal se prilično brzo otapa u aqua regia (sedam dušične i klorovodične kiseline), kao i u alkalnoj otopini vodikovog peroksida.

Kako dati potpuni opis kemijskog elementa? Germanij i njegove legure moraju se analizirati ne samo u smislu fizikalnih i kemijskih svojstava, već iu smislu primjene. Proces oksidacije germanija dušičnom kiselinom odvija se prilično sporo.

Biti u prirodi

Pokušajmo okarakterizirati kemijski element. Germanij se u prirodi nalazi samo u obliku spojeva. Među najčešćim mineralima koji sadrže germanij u prirodi izdvajamo germanit i argirodit. Osim toga, germanij je prisutan u cink sulfidima i silikatima, te u malim količinama u raznim vrstama ugljena.

Šteta za zdravlje

Kakav učinak germanij ima na tijelo? Kemijski element čija je elektronska formula 1e; 8 e; 18 e; 7 e, može negativno utjecati na ljudsko tijelo. Na primjer, pri utovaru koncentrata germanija, mljevenju, kao i utovaru dioksida ovog metala, mogu se pojaviti profesionalne bolesti. Kao druge izvore koji su štetni po zdravlje možemo smatrati proces pretapanja praha germanija u šipke, čime se dobiva ugljični monoksid.

Adsorbirani germanij može se brzo izlučiti iz tijela, uglavnom urinom. Trenutno ne postoje detaljne informacije o tome koliko su anorganski spojevi germanija toksični.

Germanijev tetraklorid djeluje nadražujuće na kožu. U kliničkim ispitivanjima, kao i uz dugotrajnu oralnu primjenu kumulativnih količina koje su dosezale 16 grama spirogermanija (organski antitumorski lijek), kao i drugih spojeva germanija, utvrđeno je nefrotoksično i neurotoksično djelovanje ovog metala.

Takve doze općenito nisu tipične za industrijska poduzeća. Ti pokusi koji su provedeni na životinjama bili su usmjereni na proučavanje učinka germanija i njegovih spojeva na živi organizam. Kao rezultat toga, bilo je moguće utvrditi pogoršanje zdravlja prilikom udisanja značajne količine prašine metalnog germanija, kao i njegovog dioksida.

Znanstvenici su otkrili ozbiljne morfološke promjene u plućima životinja, koje su slične proliferativnim procesima. Primjerice, otkriveno je značajno zadebljanje alveolarnih presjeka, hiperplazija limfnih žila oko bronha, zadebljanje krvnih žila.

Germanijev dioksid ne iritira kožu, ali izravan kontakt ovog spoja s membranom oka dovodi do stvaranja germanske kiseline, koja je ozbiljan nadraživač oka. Kod produljenih intraperitonealnih injekcija pronađene su ozbiljne promjene u perifernoj krvi.

Važne činjenice

Najštetniji spojevi germanija su germanijev klorid i germanijev hidrid. Potonja tvar izaziva ozbiljno trovanje. Kao rezultat morfološkog pregleda organa životinja koje su uginule u akutnoj fazi, utvrđeni su značajni poremećaji u krvožilnom sustavu, kao i stanične promjene u parenhimskim organima. Znanstvenici su došli do zaključka da je hidrid višenamjenski otrov koji utječe na živčani sustav i depresira periferni krvožilni sustav.

germanij tetraklorid

Snažan je nadražujući dišni sustav, oči i kožu. U koncentraciji od 13 mg/m 3 sposoban je suzbiti plućni odgovor na staničnoj razini. S povećanjem koncentracije ove tvari dolazi do ozbiljne iritacije gornjih dišnih puteva, značajnih promjena u ritmu i učestalosti disanja.

Trovanje ovom tvari dovodi do kataralnog-deskvamativnog bronhitisa, intersticijske upale pluća.

Priznanica

Budući da je u prirodi germanij prisutan kao nečistoća u rudama nikla, polimetala, volframa, u industriji se provodi nekoliko radno intenzivnih procesa povezanih s obogaćivanjem rude kako bi se izolirao čisti metal. Prvo se iz njega izolira germanijev oksid, zatim se reducira vodikom na povišenoj temperaturi da se dobije jednostavan metal:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronička svojstva i izotopi

Germanij se smatra tipičnim poluvodičem s neizravnim razmakom. Vrijednost njegove permitivnosti je 16, a vrijednost afiniteta elektrona 4 eV.

U tankom filmu dopiranom galijem moguće je germaniju dati stanje supravodljivosti.

U prirodi postoji pet izotopa ovog metala. Od toga su četiri stabilna, a peti prolazi dvostruki beta raspad, s poluživotom od 1,58×10 21 godina.

Zaključak

Trenutno se organski spojevi ovog metala koriste u raznim industrijama. Transparentnost u infracrvenom spektralnom području metalnog germanija ultra-visoke čistoće važna je za izradu optičkih elemenata infracrvene optike: prizme, leće, optički prozori modernih senzora. Najčešće područje uporabe germanija je stvaranje optike za termovizijske kamere koje rade u rasponu valnih duljina od 8 do 14 mikrona.

Takvi se uređaji koriste u vojnoj opremi za infracrvene sustave navođenja, noćni vid, pasivno termalno snimanje i sustave za gašenje požara. Također, germanij ima visok indeks loma, koji je neophodan za antirefleksni premaz.

U radiotehnici, tranzistori na bazi germanija imaju karakteristike koje u mnogim aspektima nadmašuju karakteristike silicijevih elemenata. Reverzne struje germanijevih ćelija znatno su veće od onih njihovih silikonskih kolega, što omogućuje značajno povećanje učinkovitosti takvih radio uređaja. S obzirom da germanij nije tako čest u prirodi kao silicij, silicijski poluvodički elementi se uglavnom koriste u radio uređajima.

germanij

NJEMAČKI-ja; m. Kemijski element (Ge), sivkasto-bijela krutina s metalnim sjajem (glavni je poluvodički materijal). Germanijska ploča.

◁ Germanij, th, th. G-ta sirovina. G. ingot.

(lat. Germanium), kemijski element IV skupine periodnog sustava. Ime iz latinskog Germania - Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno sivi kristali; gustoća 5,33 g / cm 3, t pl 938,3ºC. Raspršeni u prirodi (vlastiti minerali su rijetki); iskopane iz ruda obojenih metala. Poluvodički materijali za elektroničke uređaje (diode, tranzistori, itd.), komponenta od legure, materijal za leće u IR uređajima, detektori ionizirajućeg zračenja.

GERMANIJ (lat. Germanium), Ge (čitaj "hertempmanium"), kemijski element s atomskim brojem 32, atomska masa 72,61. Prirodni germanij se sastoji od pet izotopa masenih brojeva 70 (sadržaj u prirodnoj smjesi je 20,51% masenog udjela), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) i 76 (7,76%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 str 2 . Oksidacijska stanja +4, +2 (valencije IV, II). Nalazi se u skupini IVA, u 4. razdoblju u periodnom sustavu elemenata.
Povijest otkrića
Otkrio ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(i nazvan po svojoj domovini - Njemačkoj) 1886. godine prilikom analize minerala argirodita Ag 8 GeS 6 nakon što je postojanje ovog elementa i neka njegova svojstva predvidio D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič).
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 1,5 10 -4% težinski. Odnosi se na raspršene elemente. Ne pojavljuje se u prirodi u slobodnom obliku. Sadrži kao nečistoću u silikatima, sedimentnom željezu, polimetalnoj, rudama nikla i volframa, ugljenu, tresetu, uljima, termalnim vodama i algama. Najvažniji minerali: germanit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stotit FeGe (OH) 6, plumbogermanit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag 8 GeS 6 , renijerit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Dobivanje germanija
Za dobivanje germanija koriste se nusproizvodi prerade ruda obojenih metala, pepeo od izgaranja ugljena i neki nusproizvodi kemije koksa. Sirovina koja sadrži Ge obogaćuje se flotacijom. Zatim se koncentrat pretvara u GeO 2 oksid, koji se reducira vodikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanij poluvodičke čistoće sa sadržajem nečistoća od 10 -3 -10 -4% dobiva se zonskim topljenjem (cm. ZONA TAPLJENJA), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ili termoliza hlapljivog monogermana GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
koji nastaje pri razgradnji spojeva aktivnih metala s Ge - germanidima kiselinama:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Fizička i kemijska svojstva
Germanij je srebrnasta tvar metalnog sjaja. Stabilna modifikacija kristalne rešetke (Ge I), kubični dijamantni tip dijamanta s licem, a= 0,533 nm (tri druge modifikacije dobivene su pri visokim tlakovima). Talište 938,25 ° C, vrelište 2850 ° C, gustoća 5,33 kg / dm 3. Ima poluvodička svojstva, pojas je 0,66 eV (na 300 K). Germanij je proziran za infracrveno zračenje valne duljine veće od 2 mikrona.
Kemijska svojstva Ge slična su svojstvima silicija. (cm. SILICION). Otporan na kisik u normalnim uvjetima (cm. KISIK), vodena para, razrijeđene kiseline. U prisutnosti jakih agenasa za stvaranje kompleksa ili oksidacijskih sredstava, kada se zagrijava, Ge reagira s kiselinama:
Ge + H 2 SO 4 konc \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 konc. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reagira s kraljevskom vodom (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge stupa u interakciju s otopinama alkalija u prisutnosti oksidacijskih sredstava:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Kada se zagrije na zraku do 700 °C, Ge se zapali. Ge lako stupa u interakciju s halogenima (cm. HALOGENI) i siva (cm. SUMPOR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
S vodikom (cm. VODIK), dušik (cm. DUŠIK), ugljik (cm. Ugljik) germanij ne ulazi izravno u reakciju, spojevi s tim elementima dobivaju se neizravno. Na primjer, Ge 3 N 4 nitrid nastaje otapanjem germanij dijodida GeI 2 u tekućem amonijaku:
GeI 2 + NH 3 tekućina -> n -> Ge 3 N 4
Germanijev oksid (IV), GeO 2, je bijela kristalna tvar koja postoji u dvije modifikacije. Jedna od modifikacija je djelomično topiva u vodi uz stvaranje složenih germanskih kiselina. Pokazuje amfoterna svojstva.
GeO 2 stupa u interakciju s alkalijama kao kiseli oksid:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 u interakciji s kiselinama:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi su nepolarni spojevi koji se lako hidroliziraju vodom.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalidi se dobivaju izravnom interakcijom:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ili termička razgradnja:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germanijevi hidridi su kemijski slični silicijevim hidridima, ali GeH 4 monogerman je stabilniji od SiH 4 monosilana. Germani tvore homologne serije Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n i druge, ali su ti nizovi kraći od silana.
Monogermane GeH 4 je plin koji je stabilan na zraku i ne reagira s vodom. Tijekom dugotrajnog skladištenja razlaže se na H 2 i Ge. Monogerman se dobiva redukcijom germanijevog dioksida GeO 2 s natrijevim borohidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Vrlo nestabilan GeO monoksid nastaje umjerenim zagrijavanjem smjese germanija i GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) spojevi lako su nesrazmjerni s otpuštanjem Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanijev disulfid GeS 2 je bijela amorfna ili kristalna tvar, dobivena precipitacijom H 2 S iz kiselih otopina GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Í̈ + 4HCl
GeS 2 se otapa u lužinama i sulfidima amonijaka ili alkalnih metala:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge može biti dio organskih spojeva. Poznati su (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH i drugi.
Primjena
Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u inženjerstvu i radioelektronici u proizvodnji tranzistora i mikro krugova. Tanki filmovi Ge naneseni na staklo koriste se kao otpori u radarskim instalacijama. Legure Ge s metalima koriste se u senzorima i detektorima. Germanijev dioksid se koristi u proizvodnji naočala koje propuštaju infracrveno zračenje.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte što je "germanium" u drugim rječnicima:

Kemijski element otkriven 1886. u rijetkom mineralu argiroditu pronađenom u Saskoj. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. germanij (nazvan u čast domovine znanstvenika koji je otkrio element), kem. element, ... ... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. ... Moderna enciklopedija

germanij- Ge grupa IV element sustavi; na. n. 32, u m. 72,59; televizor. stvar s metalnim. svjetlucavi. Prirodni Ge je mješavina pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva Ge predvidio je 1871. D. I. ... ... Priručnik tehničkog prevoditelja

germanij- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

- (lat. Germanium) Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59. Ime je dobio od latinske Germania Germany, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno sivi kristali; gustoća 5,33 g/cm³, mp 938,3 ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (simbol Ge), bijelo-sivi metalni element IV skupine periodnog sustava MENDELEEVA, u kojem su predviđena svojstva još neotkrivenih elemenata, posebice germanija (1871.). Element je otkriven 1886. Nusproizvod taljenja cinka ... ... Znanstveno-tehnički enciklopedijski rječnik

Ge (od lat. Germania Germany * a. germanij; n. Germanium; f. germanij; i. germanio), kem. element IV grupa periodični. sustavi Mendeljejeva, at.s. 32, u m. 72,59. Prirodni G. sastoji se od 4 stabilna izotopa 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintetički monokristal, PP, skupina točkaste simetrije m3m, gustoća 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, krutina. na Mohsovoj ljestvici 6, at. m. 72,60. Proziran u IR području l od 1,5 do 20 mikrona; optički anizotropno, za l=1,80 µm eff. refrakcija n=4,143.… … Fizička enciklopedija

Postoji, broj sinonima: 3 poluvodiča (7) ekasilicij (1) element (159) ... Rječnik sinonima

NJEMAČKI- kem. element, simbol Ge (lat. Germanium), at. n. 32, u m. 72,59; krhka srebrno siva kristalna tvar, gustoća 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. Raspršeni u prirodi; vadi se uglavnom tijekom prerade cinkove mješavine i ... ... Velika politehnička enciklopedija

Godine 1870. D.I. Mendeljejev je, na temelju periodičnog zakona, predvidio još neotkriveni element grupe IV, nazvavši ga ekasiliciumom i opisao njegova glavna svojstva. Godine 1886. njemački kemičar Clemens Winkler, tijekom kemijske analize minerala argirodita, otkrio je ovaj kemijski element. U početku je Winkler želio novi element nazvati "neptunij", ali to je ime već bilo dano jednom od predloženih elemenata, pa je element dobio ime po domovini znanstvenika - Njemačkoj.

Biti u prirodi, dobiti:

Germanij se nalazi u sulfidnim rudama, željeznoj rudi, a nalazi se u gotovo svim silikatima. Glavni minerali koji sadrže germanij: argirodit Ag 8 GeS 6, konfieldit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotit FeGe(OH) 6, germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Kao rezultat složenih i dugotrajnih operacija obogaćivanja rude i njezine koncentracije, germanij se izolira u obliku GeO 2 oksida koji se reducira vodikom na 600°C u jednostavnu tvar.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanij se pročišćava zonskim topljenjem, što ga čini jednim od kemijski najčišćih materijala.

Fizička svojstva:

Sivo-bijela krutina s metalnim sjajem (t.t. 938°C, bp 2830°C)

Kemijska svojstva:

U normalnim uvjetima germanij je otporan na zrak i vodu, lužine i kiseline, otapa se u aqua regia i u alkalnoj otopini vodikovog peroksida. Oksidacijska stanja germanija u njegovim spojevima: 2, 4.

Najvažnije veze:

Germanijev(II) oksid, GeO, sivocrna, blago sol. unutar-u, kada se zagrije, nesrazmjeran je: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Germanij(II) hidroksid Ge(OH) 2, crveno-narančasta. kristal,
germanij(II) jodid, GeI 2 , žuta kr., sol. u vodi, hidrol. Pozdrav.
Germanij(II) hidrid, GeH 2 , tv. bijelim por., lako se oksidira. i propadanje.

Germanijev(IV) oksid, GeO 2 , bijela kristali, amfoterni, dobiveni hidrolizom klorida, sulfida, germanijevog hidrida ili reakcijom germanija s dušičnom kiselinom.
Germanijev(IV) hidroksid, (germanska kiselina), H 2 GeO 3 , slab. unst. dvoosni to-ta, germanske soli, na primjer. natrijev germanat, Na 2 GeO 3 , bijela kristal, sol. u vodi; higroskopna. Tu su i Na 2 heksahidroksogermanati (ortogermanati) i poligermanati
Germanij(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2 , bezbojan. kr., hidroliziran vodom do GeO 2, dobiven zagrijavanjem germanij (IV) klorida sa sumpornim anhidridom na 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanij(IV) halogenidi, fluorid GeF 4 - najbolji. plin, sirov hidrol., reagira s HF, tvoreći H 2 - germanofluornu kiselinu: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
klorid GeCl 4, bezbojan. tekućina, hidr., bromid GeBr 4 , ser. kr. ili bezbojna. tekućina, sol. u org. spoj,
jodid GeI 4, žuto-narančasta. kr., spor. hidr., sol. u org. spoj
Germanij(IV) sulfid, GeS 2 , bijela kr., slabo sol. u vodi, hidrol., reagira s lužinama:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, tvoreći germanate i tiogermanate.
Germanij(IV) hidrid, "njemački", GeH 4 , bezbojan plin, organski derivati ​​tetrametilgerman Ge(CH 3) 4 , tetraetilgerman Ge(C 2 H 5) 4 - bezbojan. tekućine.

Primjena:

Najvažniji poluvodički materijal, glavna područja primjene: optika, radioelektronika, nuklearna fizika.

Spojevi germanija su blago otrovni. Germanij je mikroelement koji u ljudskom tijelu povećava učinkovitost imunološkog sustava organizma, bori se protiv raka i smanjuje bol. Također se napominje da germanij potiče prijenos kisika u tkiva tijela i snažan je antioksidans - blokator slobodnih radikala u tijelu.
Dnevna potreba ljudskog tijela je 0,4-1,5 mg.
Češnjak je prvak po sadržaju germanija među prehrambenim proizvodima (750 mikrograma germanija na 1 g suhe mase češnja češnjaka).

Materijal su pripremili studenti Instituta za fiziku i kemiju Tjumenskog državnog sveučilišta
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Izvori:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (datum pristupa: 13.06.2014.).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (datum pristupa: 13.06.2014.).

I prije silicija, germanij je postao najvažniji poluvodički materijal.

Ovdje je prikladno pitanje: što su poluvodiči i poluvodiči? Čak je i stručnjacima ponekad teško nedvosmisleno odgovoriti. "Točna definicija poluvodiča je teška i ovisi o tome koja se osobina poluvodiča razmatra" - ovaj izbjegavajući odgovor posuđen je iz prilično respektabilnog znanstvenog rada o poluvodičima. Istina, postoji vrlo jasna definicija: "Poluvodič je jedan provodnik za dva automobila", ali to je već iz područja folklora ...

Glavna stvar kod elementa broj 32 je da je poluvodič. Kasnije ćemo se vratiti na objašnjenje ovog svojstva. U međuvremenu, o germaniju kao fizikalno-kemijskoj "osobnosti".

germanij kakav jest

Vjerojatno velika većina čitatelja nikada nije vidjela germanij. Ovaj element je prilično rijedak, skup, od njega se ne izrađuju roba široke potrošnje, a germanij "punjenje" poluvodičkih uređaja toliko je malen da se vidi o čemu se radi, germanij, teško, čak i ako je tijelo uređaja slomljeno. Stoga ćemo govoriti o glavnim svojstvima germanija, njegovom izgledu, značajkama. I pokušavate mentalno raditi one jednostavne operacije koje je autor morao učiniti više puta.

Iz pakiranja izvlačimo standardni ingot germanija. Ovo je malo tijelo gotovo pravilnog cilindričnog oblika, promjera od 10 do 35 i duljine od nekoliko desetaka milimetara. Neke referentne knjige navode da je predmet #32 srebro, ali to nije uvijek točno: boja germanija ovisi o njegovoj površinskoj obradi. Nekad izgleda gotovo crno, ponekad kao čelik, ali ponekad je i srebrno.

Kada razmišljate o ingotu germanija, nemojte zaboraviti da košta otprilike isto kao i zlato, pa ga barem iz tog razloga ne biste trebali ispustiti na pod. Ali postoji još jedan razlog, mnogo važniji: germanij je gotovo jednako krhak kao staklo i može se ponašati u skladu s tim. Vidio sam kako je, nakon takvog neuspjeha, neoprezni eksperimentator dugo puzao po podu, pokušavajući sakupiti sve komadiće u jedan ... Po izgledu, germanij je lako pobrkati sa silicijem. Ovi elementi nisu samo konkurenti koji tvrde da su glavni poluvodički materijal, već i analozi. Međutim, unatoč sličnosti mnogih tehničkih svojstava i izgleda, prilično je jednostavno razlikovati ingot germanija od ingota silicija: germanij je više nego dvostruko teži od silicija (gustoća 5,33 i 2,33 g / cm 3).

Posljednju tvrdnju treba pojasniti, iako se čini da brojke onemogućuju komentar. Činjenica je da se broj 5,33 odnosi na germanij-1 - najčešću i najvažniju od pet alotropskih modifikacija elementa br. 32. Jedna od njih je amorfna, četiri su kristalna. Od kristalnog germanija-1 je najlakši. Njegovi su kristali građeni na isti način kao i dijamantni kristali, ali ako takva struktura određuje maksimalnu gustoću za ugljik, onda germanij također ima gušće “pakiranje”. Visoki tlak uz umjereno zagrijavanje (30 tisuća atm i 100 ° C) pretvara Ge-I u Ge-II s kristalnom rešetkom, poput bijelog kositra.

Na sličan način mogu se dobiti i gušće od Ge-II, Ge-III i Ge-IV.

Sve "neobične" modifikacije kristalnog germanija su superiornije od Ge-I i električne vodljivosti. Spominjanje ovog svojstva nije slučajno: vrijednost električne vodljivosti (ili recipročna vrijednost otpora) posebno je važna za poluvodički element.

Ali što je poluvodič?

Formalno, poluvodič je tvar s otporom od tisućinki do milijuna ohma po 1 cm. Okviri "od" i "do" su vrlo široki, ali mjesto germanija u ovom rasponu je sasvim određeno. Otpor centimetarske kocke čistog germanija na 18°C ​​je 72 oma. Na 19°C otpor iste kocke se smanjuje na 68 ohma. To je općenito karakteristično za poluvodiče - značajna promjena električnog otpora uz malu promjenu temperature. Kako temperatura raste, otpor se obično smanjuje. Značajno se mijenja kako pod utjecajem zračenja tako i tijekom mehaničkih deformacija.

Izvanredna je osjetljivost germanija (kao i drugih poluvodiča) ne samo na vanjske utjecaje. Na svojstva germanija snažno utječu čak i zanemarive količine nečistoća. Kemijska priroda nečistoća nije ništa manje važna.

Dodatak elementa V skupine omogućuje dobivanje poluvodiča s elektroničkom vrstom vodljivosti. Tako se pripremaju hidroelektrane (elektronski germanij dopiran antimonom). Dodavanjem elementa grupe III stvorit ćemo u njemu rupičasti tip vodljivosti (najčešće je to GDH - rupičasti germanij dopiran galijem).

Podsjetimo da su "rupe" mjesta koja su napustili elektroni koji su prešli na drugu energetsku razinu. “Stan” koji je migrant napustio može odmah zauzeti njegov susjed, ali je imao i svoj stan. Preseljenja se vrše jedno za drugim, a rupa se pomiče.

Kombinacija područja s elektroničkom i vodljivošću rupa činila je osnovu najvažnijih poluvodičkih uređaja - dioda i tranzistora. Na primjer, spajanjem indija u HES ploču i tako stvarajući područje s vodljivošću rupa, dobivamo ispravljački uređaj - diodu. Propušta električnu struju uglavnom u jednom smjeru - od područja s vodljivošću rupa do elektroničkog. Otopivši indij s obje strane HPP ploče, ovu ploču pretvaramo u osnovu tranzistora.

Prvi germanijev tranzistor na svijetu stvoren je 1948. godine, a nakon 20 godina proizvedene su stotine milijuna takvih uređaja. Germanijeve diode i triode imaju široku primjenu u radijima i televizorima, računalima i različitoj mjernoj opremi.

Germanij se također koristi u drugim najvažnijim područjima moderne tehnologije: za mjerenje niskih temperatura, za detekciju infracrvenog zračenja itd. Sva ta područja zahtijevaju germanij vrlo visoke čistoće – fizičke i kemijske. Kemijska čistoća je takva da količina štetnih nečistoća ne prelazi desetmilijunti dio postotka (107%). Fizička čistoća je minimum dislokacija, poremećaja u kristalnoj strukturi. Da bi se to postiglo, uzgaja se monokristalni germanij: cijeli ingot je jedan kristal.

Za ovu nevjerojatnu čistoću

U zemljinoj kori germanij nije jako mali - 7 * 10 -4% njegove mase. Ovo je više od olova, srebra, volframa. Germanij se nalazi na Suncu i u meteoritima. Njemačka je prisutna u svim zemljama. Ali industrijska nalazišta germanijevih minerala, očito, nemaju niti jednu industrijaliziranu zemlju. Germanij je jako raspršen. Minerali u kojima je ovog elementa više od 1% - argirodit, germanit, ultramafit i drugi, uključujući renijerit, štotit, konfilit i plumbogermanit otkriveni tek posljednjih desetljeća - vrlo su rijetki. Oni nisu u stanju pokriti svjetsku potrebu za ovim važnim elementom.

A najveći dio kopnenog germanija raspršen je u mineralima drugih elemenata, u ugljenu, prirodnim vodama, tlu i živim organizmima. U ugljenu, na primjer, sadržaj germanija može doseći desetinu postotka. Možda, ali ne dopire uvijek. U antracitu, na primjer, gotovo ga nema ... Jednom riječju, germanij je posvuda i nigdje.

Stoga su metode koncentracije germanija vrlo složene i raznolike. One prvenstveno ovise o vrsti sirovine i sadržaju ovog elementa u njoj.

Akademik Nikolaj Petrovič Sažin bio je voditelj opsežnog proučavanja i rješenja problema germanija u SSSR-u. Kako je nastala sovjetska industrija poluvodiča, opisuje njegov članak, objavljen u časopisu "Kemija i život" godinu i pol prije smrti ovog izvanrednog znanstvenika i organizatora znanosti.

Čisti germanijev dioksid prvi je put u našoj zemlji dobiven početkom 1941. Od njega je napravljeno germanijevo staklo s vrlo visokim indeksom loma. Istraživanja elementa br. 32 i metoda za njegovu moguću proizvodnju nastavljena su nakon rata, 1947. godine. Sada su se znanstvenici zanimali za germanij upravo kao poluvodič.

Nove metode analize pomogle su otkriti novi izvor germanijevih sirovina - katranske vode koksara. Njemačka u njima nije više od 0,0003%, ali se uz pomoć ekstrakta hrasta iz njih pokazalo da je lako precipitirati germanij u obliku kompleksa tanida. Glavna komponenta tanina je ester glukoze. On je u stanju vezati germanij čak i ako je koncentracija ovog elementa u otopini nestajuća mala.

Od nastalog taloga, uništavajući organsku tvar, lako je dobiti koncentrat koji sadrži do 45% germanijevog dioksida.

Daljnje transformacije malo ovise o vrsti sirovine. Germanij se reducira vodikom (kao što je to učinio Winkler), ali prvo morate odvojiti germanijev oksid od brojnih nečistoća. Za rješavanje ovog problema, uspješna kombinacija svojstava jednog od germanijevih spojeva pokazala se vrlo korisnom.

Germanijev tetraklorid GeCl 4 je hlapljiva tekućina s niskim vrelištem (83,1°C). Stoga ga je prikladno pročistiti destilacijom i rektificiranjem (proces se odvija u kvarcnim stupovima s pakiranjem). Germanijev tetraklorid je gotovo netopiv u koncentriranoj klorovodičnoj kiselini. Stoga se za pročišćavanje GeCl 4 može koristiti otapanje nečistoća klorovodičnom kiselinom.

Pročišćeni GeCl4 obrađuje se vodom iz koje su prethodno uklonjena gotovo sva onečišćenja pomoću smola za ionsku izmjenu. Znak željene čistoće je povećanje otpornosti vode na 15-20 milijuna ohm-cm.

Pod djelovanjem vode hidrolizira se germanijev tetraklorid: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Imajte na umu da je ovo "obrnuta" jednadžba reakcije u kojoj se dobiva germanijev tetraklorid. Slijedi redukcija GeO 2 pročišćenim vodikom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. Dobiva se germanij u prahu koji se legira i dalje pročišćava zonskim taljenjem. Inače, ova metoda pročišćavanja materijala razvijena je 1952. godine posebno za pročišćavanje poluvodičkog germanija.

Nečistoće potrebne da germaniju daju određenu vrstu vodljivosti (elektronske ili šupljine) uvode se u posljednjim fazama proizvodnje, tj. tijekom zonskog taljenja iu procesu rasta monokristala.

Otkad je 1942. ustanovljeno da bi bilo korisno dio elektronskih cijevi u radarskim sustavima zamijeniti poluvodičkim detektorima, interes za germanij raste iz godine u godinu. Proučavanje ovog dotad neiskorištenog elementa pridonijelo je razvoju znanosti općenito i, prije svega, fizike čvrstog stanja. A važnost poluvodičkih uređaja – dioda, tranzistora, termistora, mjerača naprezanja, fotodioda i drugih – za razvoj radioelektronike i tehnologije općenito toliko je velika i toliko poznata da o tome vrijedi govoriti. u uzvišenim tonovima opet nekako neugodno. Do 1965. većina poluvodičkih uređaja bila je izrađena na bazi germanija. Ali u narednim godinama počeo se razvijati proces postupnog istiskivanja "ekasilicija" samim silicijem.

Germanij pod pritiskom silicija

Silicijski poluvodički uređaji povoljno se razlikuju od germanijevih uređaja prvenstveno po boljim performansama na povišenim temperaturama i nižim povratnim strujama. Velika prednost silicija bila je i otpornost njegovog dioksida na vanjske utjecaje. Upravo je ona omogućila stvaranje progresivnije - planarne tehnologije za proizvodnju poluvodičkih uređaja, koja se sastoji u činjenici da se silikonska ploča zagrijava u kisiku ili mješavini kisika s vodenom parom i prekrivena je zaštitnim slojem. od SiO 2.

Nakon urezivanja "prozora" na pravim mjestima, kroz njih se uvode dodaci, ovdje se spajaju kontakti, a uređaj u cjelini je u međuvremenu zaštićen od vanjskih utjecaja. Za germanij takva tehnologija još nije moguća: stabilnost njegovog dioksida je nedovoljna. Pod naletom silicija, galij arsenida i drugih poluvodiča, germanij je izgubio poziciju glavnog poluvodičkog materijala. Godine 1968. Sjedinjene Države su proizvodile daleko više silicijevih tranzistora nego germanijevih. Sada svjetska proizvodnja germanija, prema stranim stručnjacima, iznosi 90-100 tona godišnje. Njegov položaj u tehnologiji je prilično jak.

• Prvo, poluvodički germanij je osjetno jeftiniji od poluvodičkog silicija.
• Drugo, lakše je i isplativije napraviti neke poluvodičke uređaje, kao i prije, od germanija, a ne od silicija.
• Treće, fizikalna svojstva germanija čine ga praktički nezamjenjivim u proizvodnji određenih vrsta uređaja, posebice tunelskih dioda.

Sve to daje razloga vjerovati da će vrijednost germanija uvijek biti velika.

JOŠ JEDNO TOČNO PREDVIĐANJE. Mnogo je napisano o predviđanju D. I. Mendeljejeva, koji je opisao svojstva tri još neotkrivena elementa. Ne želeći se ponavljati, samo želimo skrenuti pozornost na točnost prognoze Mendeljejeva. Usporedite podatke Mendeljejeva i Winklera sažete u tablici.

Ekasilicij Atomska težina 72 Specifična težina 5,5 Atomski volumen 13 Viši oksid EsO 2 Njegova specifična težina 4,7

Kloridni spoj EsCl 4 - tekućina s točkom vrelišta od oko 90 ° C

Vodikova veza EsH 4 plinovita

Organometalni spoj Es(C2H 5) 4 s točkom vrelišta od 160°C

Germanij Atomska težina 72,6 Specifična težina 5,469 Atomski volumen 13,57 Viši oksid GeO 2 Njegova specifična težina 4,703

Kloridni spoj GeCl 4 - tekućina s točkom vrelišta od 83 ° C

Vodikova veza GeH 4 plinovita

Organometalni spoj Ge (C2H 5) 4 s točkom vrelišta od 163,5 °C

PISMO CLEMENSA WINKLERA

"Vaše veličanstvo!

Dopustite mi da vam ovim putem dam reprint poruke, iz koje proizlazi da sam otkrio novi element "germanium". Isprva sam bio mišljenja da ovaj element popunjava prazninu između antimona i bizmuta u vašem predivno prodorno izgrađenom periodičnom sustavu i da se taj element poklapa s vašim ekaantimonom, ali sve ukazuje da je ovdje riječ o ekasiliciju.

Nadam se da ću vam uskoro reći više o ovoj zanimljivoj tvari; danas se ograničavam na to da vas obavijestim o vrlo vjerojatnom trijumfu vašeg briljantnog istraživanja i posvjedočim vam svoje poštovanje i duboko poštovanje.

MENDELEEV JE ODGOVORIO: “Budući da je otkriće germanija kruna periodnog sustava, onda vi, kao “otac” germanija, posjedujete ovu krunu; za mene je dragocjena moja uloga prethodnika i prijateljski odnos koji sam susreo s vama.

GERMANIJ I ORGANICI. Prvi organoelementni spoj elementa br. 32, tetraetilgermanij, Winkler je dobio iz germanijevog tetraklorida. Zanimljivo je da niti jedan od do sada dobivenih organoelementnih spojeva germanija nije toksičan, dok je većina spojeva olova i kositra (ovi elementi su analozi germanija) otrovna.

KAKO SE GAJI MONOKRISTA GERMANIJA. Na površinu rastaljenog germanija postavlja se kristal germanija - "sjeme", koje se postupno podiže automatskim uređajem; temperatura taline je nešto viša od tališta germanija (937°C). Sjeme se okreće tako da monokristal ravnomjerno sa svih strana "obraste mesom". Važno je da se u procesu takvog rasta događa isto što i kod zonskog taljenja: gotovo isključivo germanij prelazi u “nagradnju” (čvrstu fazu), a većina nečistoća ostaje u talini.

GERMANIJ I SUPERVODLJIVOST. Pokazalo se da je klasični poluvodički germanij uključen u rješavanje još jednog važnog problema - stvaranje supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodika, a ne tekućeg helija. Vodik, kao što je poznato, prelazi iz plinovitog u tekuće stanje na temperaturi od -252,6 ° C, odnosno 20,5 ° K. Početkom 70-ih godina dobiven je film od legure germanija s niobijem debljine samo nekoliko tisuća atoma. Ovaj film zadržava supravodljivost na temperaturama od 24,3°K i niže.

Napominjemo da germanij uzimamo u bilo kojoj količini i obliku, uklj. oblik otpada. Germanij možete prodati pozivom na gore navedeni telefonski broj u Moskvi.

Germanij je krhki, srebrnobijeli polumetal otkriven 1886. Ovaj mineral se ne nalazi u svom čistom obliku. Nalazi se u silikatima, željeznim i sulfidnim rudama. Neki od njegovih spojeva su toksični. Germanij je bio naširoko korišten u elektroindustriji, gdje su njegova svojstva poluvodiča dobro došla. Neizostavan je u proizvodnji infracrvenih i optičkih vlakana.

Koja su svojstva germanija

Ovaj mineral ima talište od 938,25 stupnjeva Celzija. Pokazatelji njegovog toplinskog kapaciteta znanstvenici još uvijek ne mogu objasniti, što ga čini nezamjenjivim u mnogim područjima. Germanij ima sposobnost povećanja gustoće kada se otapa. Ima izvrsna električna svojstva, što ga čini izvrsnim poluvodičem s neizravnim razmakom.

Ako govorimo o kemijskim svojstvima ovog polumetala, treba napomenuti da je otporan na kiseline i lužine, vodu i zrak. Germanij se otapa u otopini vodikovog peroksida i carske vode.

rudarenje germanija

Sada se iskopava ograničena količina ovog polumetala. Njegove su naslage mnogo manje u odnosu na naslage bizmuta, antimona i srebra.

Zbog činjenice da je udio sadržaja ovog minerala u zemljinoj kori prilično mali, on stvara vlastite minerale zbog unošenja drugih metala u kristalne rešetke. Najveći sadržaj germanija uočen je u sfaleritu, pirargiritu, sulfanitu, u rudama obojenih i željeznih ruda. Javlja se, ali znatno rjeđe, u nalazištima nafte i ugljena.

Upotreba germanija

Unatoč činjenici da je germanij otkriven dosta davno, počeo se koristiti u industriji prije oko 80 godina. Polumetal je prvi put korišten u vojnoj proizvodnji za proizvodnju nekih elektroničkih uređaja. U ovom slučaju se koristi kao diode. Sada se situacija donekle promijenila.

Najpopularnija područja primjene germanija uključuju:

• proizvodnja optike. Polumetal je postao nezamjenjiv u proizvodnji optičkih elemenata, koji uključuju optičke prozore senzora, prizme i leće. Ovdje su dobro došla svojstva prozirnosti germanija u infracrvenom području. Polumetal se koristi u proizvodnji optike za termovizijske kamere, vatrogasne sustave, uređaje za noćno gledanje;
• proizvodnja radio elektronike. U ovom području polumetal se koristio u proizvodnji dioda i tranzistora. Međutim, 70-ih godina prošlog stoljeća germanijevi su uređaji zamijenjeni silikonskim, jer je silicij omogućio značajno poboljšanje tehničkih i operativnih karakteristika proizvedenih proizvoda. Povećana otpornost na temperaturne učinke. Osim toga, germanijski uređaji emitirali su mnogo buke tijekom rada.

Trenutna situacija s Njemačkom

Trenutno se polumetal koristi u proizvodnji mikrovalnih uređaja. Tellerid germanij se pokazao kao termoelektrični materijal. Cijene germanija su sada prilično visoke. Jedan kilogram metalnog germanija košta 1200 dolara.

Kupnja Njemačke

Srebrno sivi germanij je rijedak. Krhki polumetal odlikuje se svojim poluvodičkim svojstvima i naširoko se koristi za stvaranje modernih električnih uređaja. Također se koristi za izradu visoko preciznih optičkih instrumenata i radio opreme. Germanij ima veliku vrijednost i u obliku čistog metala i u obliku dioksida.

Tvrtka Goldform specijalizirana je za otkup germanija, raznog starog metala i radio komponenti. Nudimo pomoć oko procjene materijala, prijevoza. Možete poslati germanij poštom i dobiti svoj novac natrag u cijelosti.