element germanija. Lastnosti, pridobivanje in uporaba germanija

Kemični element germanij je v četrti skupini (glavna podskupina) v periodnem sistemu elementov. Spada v družino kovin, njegova relativna atomska masa je 73. Po masi je vsebnost germanija v zemeljski skorji ocenjena na 0,00007 masnih odstotkov.

Zgodovina odkritij

Kemični element germanij je bil ustanovljen po zaslugi napovedi Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Prav on je napovedal obstoj ekasilicija in podana so bila priporočila za njegovo iskanje.

Verjel je, da se ta kovinski element nahaja v titanovih, cirkonijevih rudah. Mendelejev je sam poskušal najti ta kemični element, vendar so bili njegovi poskusi neuspešni. Le petnajst let pozneje so v rudniku v Himmelfurstu našli mineral, imenovan argirodit. Ta spojina je dobila ime po srebru, ki ga najdemo v tem mineralu.

Kemični element germanij v sestavi so odkrili šele potem, ko je skupina kemikov z rudarske akademije Freiberg začela raziskovati. Pod vodstvom K. Winklerja so ugotovili, da le 93 odstotkov minerala predstavljajo cinkovi, železovi oksidi, pa tudi žveplo, živo srebro. Winkler je predlagal, da preostalih sedem odstotkov izvira iz takrat neznanega kemičnega elementa. Po dodatnih kemičnih poskusih so odkrili germanij. Kemik je svoje odkritje napovedal v poročilu, prejete informacije o lastnostih novega elementa je predstavil Nemškemu kemijskemu društvu.

Kemični element germanij je Winkler uvedel kot nekovino, po analogiji z antimonom in arzenom. Kemik ga je želel imenovati neptunij, a je bilo to ime že uporabljeno. Nato so ga začeli imenovati germanij. Kemični element, ki ga je odkril Winkler, je povzročil resno razpravo med vodilnimi kemiki tistega časa. Nemški znanstvenik Richter je predlagal, da je to isti eksasilikon, o katerem je govoril Mendelejev. Nekaj ​​​​časa pozneje je bila ta domneva potrjena, kar je dokazalo sposobnost preživetja periodičnega zakona, ki ga je ustvaril veliki ruski kemik.

Fizične lastnosti

Kako je mogoče označiti germanij? Kemični element ima 32 serijsko številko v Mendelejevu. Ta kovina se tali pri 937,4 °C. Vrelišče te snovi je 2700 °C.

Germanij je element, ki je bil prvič uporabljen na Japonskem v medicinske namene. Po številnih študijah organogermanijevih spojin na živalih, pa tudi pri študijah na ljudeh, je bilo mogoče ugotoviti pozitiven učinek takšnih rud na žive organizme. Leta 1967 je dr. K. Asai uspel odkriti dejstvo, da ima organski germanij ogromen spekter bioloških učinkov.

Biološka aktivnost

Kakšna je značilnost kemičnega elementa germanija? Sposoben je prenašati kisik v vsa tkiva živega organizma. Ko je v krvi, se obnaša po analogiji s hemoglobinom. Germanij zagotavlja popolno delovanje vseh sistemov človeškega telesa.

Prav ta kovina spodbuja razmnoževanje imunskih celic. V obliki organskih spojin omogoča tvorbo gama-interferonov, ki zavirajo razmnoževanje mikrobov.

Germanij preprečuje nastanek malignih tumorjev, preprečuje razvoj metastaz. Organske spojine tega kemičnega elementa prispevajo k tvorbi interferona, zaščitne beljakovinske molekule, ki jo telo proizvaja kot zaščitno reakcijo na pojav tujkov.

Področja uporabe

Protiglivična, antibakterijska, protivirusna lastnost germanija je postala osnova za njegova področja uporabe. V Nemčiji so ta element pridobivali predvsem kot stranski produkt predelave neželezovih rud. Germanijev koncentrat smo izolirali z različnimi metodami, ki so odvisne od sestave surovine. Vseboval je največ 10 odstotkov kovine.

Kako natančno se germanij uporablja v sodobni polprevodniški tehnologiji? Prej navedena značilnost elementa potrjuje možnost njegove uporabe za proizvodnjo triod, diod, močnostnih usmernikov in kristalnih detektorjev. Germanij se uporablja tudi pri izdelavi dozimetričnih instrumentov, naprav, ki so potrebne za merjenje jakosti konstantnega in izmeničnega magnetnega polja.

Bistveno področje uporabe te kovine je izdelava detektorjev infrardečega sevanja.

Obetavna je uporaba ne samo germanija, ampak tudi nekaterih njegovih spojin.

Kemijske lastnosti

Germanij pri sobni temperaturi je precej odporen na vlago in atmosferski kisik.

V seriji - germanij - kositer) opazimo povečanje redukcijske sposobnosti.

Germanij je odporen na raztopine klorovodikove in žveplove kisline, ne komunicira z alkalnimi raztopinami. Hkrati se ta kovina precej hitro raztopi v aqua regia (sedem dušikove in klorovodikove kisline), pa tudi v alkalni raztopini vodikovega peroksida.

Kako dati popoln opis kemičnega elementa? Germanij in njegove zlitine je treba analizirati ne le z vidika fizikalnih in kemijskih lastnosti, temveč tudi z vidika uporabe. Proces oksidacije germanija z dušikovo kislino poteka precej počasi.

Biti v naravi

Poskusimo opisati kemijski element. Germanij se v naravi nahaja le v obliki spojin. Med najpogostejšimi minerali, ki vsebujejo germanij v naravi, izpostavljamo germanit in argirodit. Poleg tega je germanij prisoten v cinkovih sulfidih in silikatih ter v majhnih količinah v različnih vrstah premoga.

Škoda za zdravje

Kakšen učinek ima germanij na telo? Kemični element, katerega elektronska formula je 1e; 8 e; 18 e; 7 e, lahko negativno vpliva na človeško telo. Na primer, pri nalaganju koncentrata germanija, mletju in nalaganju dioksida te kovine se lahko pojavijo poklicne bolezni. Kot druge vire, ki škodujejo zdravju, lahko štejemo postopek pretaljenja germanijevega prahu v palice, pri čemer dobimo ogljikov monoksid.

Adsorbirani germanij se lahko hitro izloči iz telesa, večinoma z urinom. Trenutno ni podrobnih informacij o tem, kako strupene so anorganske spojine germanija.

Germanijev tetraklorid ima dražilni učinek na kožo. V kliničnih preskušanjih, pa tudi pri dolgotrajnem peroralnem dajanju kumulativnih količin, ki so dosegle 16 gramov spirogermanija (organsko protitumorsko zdravilo), kot tudi drugih germanijevih spojin, so ugotovili nefrotoksično in nevrotoksično delovanje te kovine.

Takšni odmerki na splošno niso značilni za industrijska podjetja. Ti poskusi, ki so bili izvedeni na živalih, so bili namenjeni preučevanju učinka germanija in njegovih spojin na živi organizem. Posledično je bilo mogoče ugotoviti poslabšanje zdravja pri vdihavanju znatne količine prahu kovinskega germanija in njegovega dioksida.

Znanstveniki so odkrili resne morfološke spremembe v pljučih živali, ki so podobne proliferativnim procesom. Ugotovljeno je bilo na primer znatno zadebelitev alveolarnih odsekov, pa tudi hiperplazijo limfnih žil okoli bronhijev, odebelitev krvnih žil.

Germanijev dioksid ne draži kože, vendar neposreden stik te spojine z membrano očesa vodi do tvorbe germanske kisline, ki je resno dražilec oči. Pri dolgotrajnih intraperitonealnih injekcijah so bile ugotovljene resne spremembe v periferni krvi.

Pomembna dejstva

Najbolj škodljivi germanijevi spojini sta germanijev klorid in germanijev hidrid. Slednja snov izzove resno zastrupitev. Kot rezultat morfološkega pregleda organov živali, ki so poginile v akutni fazi, so pokazale pomembne motnje v cirkulacijskem sistemu, pa tudi celične spremembe v parenhimskih organih. Znanstveniki so prišli do zaključka, da je hidrid večnamenski strup, ki vpliva na živčni sistem in zavira periferno cirkulacijo.

germanijev tetraklorid

Je močno dražilno za dihala, oči in kožo. Pri koncentraciji 13 mg/m 3 je sposoben zavirati pljučni odziv na celični ravni. S povečanjem koncentracije te snovi pride do resnega draženja zgornjih dihalnih poti, občutnih sprememb v ritmu in pogostosti dihanja.

Zastrupitev s to snovjo vodi do kataralno-deskvamativnega bronhitisa, intersticijske pljučnice.

Potrdilo o prejemu

Ker je v naravi germanij prisoten kot nečistoča v nikljevih, polimetalnih, volframovih rudah, se v industriji za izolacijo čiste kovine izvaja več delovno intenzivnih procesov, povezanih z obogatitvijo rude. Najprej iz njega izoliramo germanijev oksid, nato ga reduciramo z vodikom pri povišani temperaturi, da dobimo preprosto kovino:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronske lastnosti in izotopi

Germanij velja za tipičen polprevodnik s posredno režo. Vrednost njegove prepustnosti je 16, vrednost elektronske afinitete pa 4 eV.

V tankem filmu, dopiranem z galijem, je mogoče dati germaniju stanje superprevodnosti.

V naravi je pet izotopov te kovine. Od tega so štirje stabilni, peti pa je podvržen dvojnemu beta razpadu z razpolovno dobo 1,58 × 10 21 let.

Zaključek

Trenutno se organske spojine te kovine uporabljajo v različnih panogah. Transparentnost v infrardečem spektralnem območju kovinskega germanija ultra visoke čistosti je pomembna za izdelavo optičnih elementov infrardeče optike: prizme, leč, optičnih oken sodobnih senzorjev. Najpogostejša uporaba germanija je ustvarjanje optike za termovizijske kamere, ki delujejo v območju valovnih dolžin od 8 do 14 mikronov.

Takšne naprave se uporabljajo v vojaški opremi za infrardeče sisteme vodenja, nočni vid, pasivno toplotno slikanje in sisteme za gašenje požarov. Poleg tega ima germanij visok lomni količnik, ki je potreben za antirefleksni premaz.

V radijskem inženirstvu imajo tranzistorji na osnovi germanija lastnosti, ki v mnogih pogledih presegajo lastnosti silicijevih elementov. Povratni tokovi germanijevih celic so bistveno višji od tistih pri njihovih silicijevih kolegih, kar omogoča znatno povečanje učinkovitosti takšnih radijskih naprav. Glede na to, da germanij v naravi ni tako pogost kot silicij, se silicijevi polprevodniški elementi uporabljajo predvsem v radijskih napravah.

germanij

GERMANIJ-JAZ; m. Kemični element (Ge), sivkasto bela trdna snov s kovinskim leskom (je glavni polprevodniški material). Germanijeva plošča.

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

(lat. Germanium), kemični element skupine IV periodnega sistema. Ime iz latinske Germania - Nemčija, v čast domovini K. A. Winklerja. Srebrno sivi kristali; gostota 5,33 g / cm 3, t pl 938,3ºC. Razpršeni v naravi (lastni minerali so redki); izkopani iz rud neželeznih kovin. Polprevodniški material za elektronske naprave (diode, tranzistorji, itd.), komponenta zlitine, material za leče v IR napravah, detektorji ionizirajočega sevanja.

GERMANIJ (lat. Germanium), Ge (beri »hertempmanij«), kemični element z atomsko številko 32, atomska masa 72,61. Naravni germanij je sestavljen iz petih izotopov z masnimi števili 70 (vsebnost v naravni mešanici je 20,51 mas. %), 72 (27,43 %), 73 (7,76 %), 74 (36,54 %) in 76 (7,76 %). Konfiguracija zunanje elektronske plasti 4 s 2 str 2 . Oksidacijska stanja +4, +2 (valence IV, II). Nahaja se v skupini IVA, v 4. obdobju v periodnem sistemu elementov.
Zgodovina odkritij
Odkril ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(in poimenovan po svoji domovini - Nemčiji) leta 1886 pri analizi minerala argirodita Ag 8 GeS 6 po obstoju tega elementa in nekaterih njegovih lastnostih je napovedal D. I. Mendelejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič).
Biti v naravi
Vsebnost v zemeljski skorji je 1,5 10 -4 mas.%. Nanaša se na razpršene elemente. V naravi se ne pojavlja v prosti obliki. Vsebuje ga kot nečistoče silikati, sedimentno železo, polimetalne, nikljeve in volframove rude, premog, šota, olja, termalne vode in alge. Najpomembnejši 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 , renierit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Pridobivanje germanija
Za pridobivanje germanija se uporabljajo stranski produkti predelave rud barvnih kovin, pepel iz zgorevanja premoga in nekateri stranski produkti kemije koksa. Surovina, ki vsebuje Ge, se obogati s flotacijo. Nato koncentrat pretvorimo v GeO 2 oksid, ki ga reduciramo z vodikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanij polprevodniške čistosti z vsebnostjo nečistoč 10 -3 -10 -4 % dobimo z conskim taljenjem (cm. OBMOČNO TALJENJE), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ali termoliza hlapnega monogermana GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
ki nastane med razgradnjo spojin aktivnih kovin z Ge - germanidi s kislinami:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Fizikalne in kemijske lastnosti
Germanij je srebrna snov s kovinskim leskom. Stabilna modifikacija kristalne mreže (Ge I), kubični, obrazno osredotočen tip diamanta, ampak= 0,533 nm (pri visokih tlakih smo pridobili tri druge modifikacije). Tališče 938,25 ° C, vrelišče 2850 ° C, gostota 5,33 kg / dm 3. Ima polprevodniške lastnosti, pasovna vrzel je 0,66 eV (pri 300 K). Germanij je prozoren za infrardeče sevanje z valovno dolžino več kot 2 mikrona.
Kemične lastnosti Ge so podobne lastnostim silicija. (cm. SILICION). Odporen na kisik v normalnih pogojih (cm. KISIK), vodna para, razredčene kisline. V prisotnosti močnih kompleksirnih sredstev ali oksidantov pri segrevanju Ge reagira s kislinami:
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 z aqua regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge medsebojno deluje z alkalnimi raztopinami v prisotnosti oksidantov:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Ko se na zraku segreje na 700 °C, se Ge vžge. Ge zlahka komunicira s halogeni (cm. HALOGENI) in siva (cm.ŽVEPLO):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Z vodikom (cm. VODIK), dušik (cm. DUŠIK), ogljik (cm. OGLJIK) germanij ne vstopa neposredno v reakcijo, spojine s temi elementi dobimo posredno. Nitrid Ge 3 N 4 na primer nastane z raztapljanjem germanijevega dijodida GeI 2 v tekočem amoniaku:
GeI 2 + NH 3 tekočina -> n -> Ge 3 N 4
Germanijev oksid (IV), GeO 2, je bela kristalinična snov, ki obstaja v dveh modifikacijah. Ena od modifikacij je delno topna v vodi s tvorbo kompleksnih germanskih kislin. Prikazuje amfoterne lastnosti.
GeO 2 deluje z alkalijami kot kislinski oksid:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 deluje s kislinami:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi so nepolarne spojine, ki jih voda zlahka hidrolizira.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalide pridobimo z neposredno interakcijo:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ali toplotna razgradnja:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germanijevi hidridi so kemično podobni silicijevim hidridom, vendar je GeH 4 monogerman bolj stabilen kot SiH 4 monosilan. Nemci tvorijo homologne serije Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n in druge, vendar so te serije krajše od silanov.
Monogermane GeH 4 je plin, ki je stabilen na zraku in ne reagira z vodo. Pri dolgotrajnem skladiščenju se razgradi na H 2 in Ge. Monogerman se pridobi z redukcijo germanijevega dioksida GeO 2 z natrijevim borohidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Zelo nestabilen GeO monoksid nastane z zmernim segrevanjem zmesi germanija in GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2 GeO.
Ge(II) spojine so zlahka nesorazmerne s sproščanjem Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanijev disulfid GeS 2 je bela amorfna ali kristalinična snov, pridobljena z obarjanjem H 2 S iz kislih raztopin GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 se raztopi v alkalijah in amonijevih ali alkalijskih sulfidih:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge je lahko del organskih spojin. Znani so (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH in drugi.
Aplikacija
Germanij je polprevodniški material, ki se uporablja v inženirstvu in radijski elektroniki pri proizvodnji tranzistorjev in mikrovezij. Tanke plasti Ge, nanesene na steklo, se uporabljajo kot uporniki v radarskih napravah. Zlitine Ge s kovinami se uporabljajo v senzorjih in detektorjih. Germanijev dioksid se uporablja pri proizvodnji očal, ki prenašajo infrardeče sevanje.

enciklopedični slovar. 2009 .

Poglejte, kaj je "germanium" v drugih slovarjih:

Kemični element, odkrit leta 1886 v redkem mineralu argiroditu, najdenem na Saškem. Slovar tujih besed, vključenih v ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. germanij (imenovan v čast domovini znanstvenika, ki je odkril element), kem. element, ...... Slovar tujih besed ruskega jezika

- (Germanium), Ge, kemični element skupine IV periodnega sistema, atomsko število 32, atomska masa 72,59; nekovinske; polprevodniški material. Germanij je odkril nemški kemik K. Winkler leta 1886 ... Moderna enciklopedija

germanij- Element skupine Ge IV sistemi; pri n. 32, ob. m. 72,59; tv. stvar s kovinsko. bleščice. Naravni Ge je mešanica petih stabilnih izotopov z masnimi številkami 70, 72, 73, 74 in 76. Obstoj in lastnosti Ge je leta 1871 napovedal D. I. ... ... Priročnik tehničnega prevajalca

germanij- (Germanium), Ge, kemični element skupine IV periodnega sistema, atomsko število 32, atomska masa 72,59; nekovinske; polprevodniški material. Germanij je leta 1886 odkril nemški kemik K. Winkler. Ilustrirani enciklopedični slovar

- (lat. Germanium) Ge, kemični element skupine IV periodnega sistema, atomsko število 32, atomska masa 72,59. Poimenovan iz latinske Germania Nemčija, v čast domovini K. A. Winklerja. Srebrno sivi kristali; gostota 5,33 g/cm³, tal. 938,3 ... Veliki enciklopedični slovar

- (simbol Ge), belo-sivi kovinski element IV skupine periodnega sistema MENDELEEVA, v katerem so bile napovedane lastnosti še neodkritih elementov, zlasti germanija (1871). Element je bil odkrit leta 1886. Stranski produkt taljenja cinka ... ... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Ge (iz lat. Germania Germany * a. germanij; n. Germanium; f. germanij; in. germanio), kem. element IV skupina periodično. sistemi Mendelejeva, at.s. 32, ob. m. 72,59. Naravni G. je sestavljen iz 4 stabilnih izotopov 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintetični monokristal, PP, skupina točkovne simetrije m3m, gostota 5,327 g/cm3, Ttal=936 °C, trdna. na Mohsovi lestvici 6, pri. m. 72,60. Prozoren v IR območju l od 1,5 do 20 mikronov; optično anizotropno, za l=1,80 µm eff. lom n=4,143.… … Fizična enciklopedija

Obstaja, število sinonimov: 3 polprevodniki (7) ekasilicij (1) element (159) ... Slovar sinonimov

GERMANIJ- kem. element, simbol Ge (lat. Germanium), at. n. 32, ob. m. 72,59; krhka srebrno siva kristalinična snov, gostota 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. Razpršeno v naravi; pridobiva se predvsem med predelavo cinkove mešanice in ... ... Velika politehnična enciklopedija

Leta 1870 je D.I. Mendelejev je na podlagi periodičnega zakona napovedal še neodkriti element skupine IV, ki ga je imenoval ekasilicij in opisal njegove glavne lastnosti. Leta 1886 je nemški kemik Clemens Winkler med kemično analizo minerala argirodita odkril ta kemični element. Sprva je Winkler želel novi element poimenovati "neptunij", vendar je to ime že dobil eden od predlaganih elementov, zato je bil element poimenovan po domovini znanstvenika - Nemčiji.

Biti v naravi, pridobiti:

Germanij najdemo v sulfidnih rudah, železovi rudi in ga najdemo v skoraj vseh silikatih. Glavni minerali, ki vsebujejo 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, renierit Cu 3 ( Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Zaradi zapletenih in dolgotrajnih operacij obogatitve rude in njene koncentracije se germanij izolira v obliki GeO 2 oksida, ki se reducira z vodikom pri 600°C v preprosto snov.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanij se čisti z conskim taljenjem, zaradi česar je eden najbolj kemično čistih materialov.

Fizične lastnosti:

Sivo-bela trdna snov s kovinskim leskom (t.t. 938°C, bp 2830°C)

Kemijske lastnosti:

V normalnih pogojih je germanij odporen na zrak in vodo, alkalije in kisline, raztopi se v aqua regia in v alkalni raztopini vodikovega peroksida. Oksidacijsko stanje germanija v njegovih spojinah: 2, 4.

Najpomembnejše povezave:

Germanijev(II) oksid, GeO, sivo-črna, rahlo sol. in-in, ko se segreje, je nesorazmeren: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Germanijev(II) hidroksid Ge(OH) 2, rdeče-oranžna. kristal,
germanijev(II) jodid, GeI 2 , rumena kr., sol. v vodi hidrol. adijo
Germanijev(II) hidrid, GeH 2 , tv. belo por., zlahka oksidira. in propadanje.

Germanijev(IV) oksid, GeO 2 , bela kristali, amfoterni, pridobljeni s hidrolizo klorida, sulfida, germanijevega hidrida ali z reakcijo germanija z dušikovo kislino.
Germanijev(IV) hidroksid (germanska kislina), H 2 GeO 3 , šibka. unst. biaksialni to-ta, germanatne soli, na primer. natrijev germanat, Na 2 GeO 3 , bela kristal, sol. v vodi; higroskopičen. Obstajajo tudi Na 2 heksahidroksogermanati (orto-germanati) in poligermanati
Germanijev(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2 , brezbarven. kr., hidroliziran z vodo v GeO 2, pridobljen s segrevanjem germanijevega (IV) klorida z žveplovim anhidridom pri 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanijev(IV) halogenidi, fluorid GeF 4 - najboljši. plin, surov hidrol., reagira s HF in tvori H 2 - germanofluoro kislino: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
klorid GeCl 4, brezbarven. tekočina, hidrat, bromid GeBr 4 , ser. kr. ali brezbarvna. tekočina, sol. v org. povezava,
jodida GeI 4, rumeno-oranžna. kr., počasen. hid., sol. v org. conn.
Germanijev(IV) sulfid, GeS 2 , bela kr., slabo sol. v vodi, hidrol., reagira z alkalijami:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, ki tvorijo germanate in tiogermanate.
Germanijev(IV) hidrid, "nemški", GeH 4 , brezbarven plin, organski derivati ​​tetrametilgermana Ge(CH 3) 4 , tetraetilgermana Ge(C 2 H 5) 4 - brezbarven. tekočine.

Aplikacija:

Najpomembnejši polprevodniški material, glavna področja uporabe: optika, radijska elektronika, jedrska fizika.

Germanijeve spojine so rahlo strupene. Germanij je mikroelement, ki v človeškem telesu povečuje učinkovitost imunskega sistema telesa, se bori proti raku in zmanjšuje bolečine. Ugotovljeno je tudi, da germanij spodbuja prenos kisika v telesna tkiva in je močan antioksidant - zaviralec prostih radikalov v telesu.
Dnevna potreba človeškega telesa je 0,4-1,5 mg.
Česen je prvak po vsebnosti germanija med živili (750 mikrogramov germanija na 1 g suhe mase strokov česna).

Gradivo so pripravili študenti Inštituta za fiziko in kemijo Tjumenske državne univerze
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Viri:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (datum dostopa: 13. 6. 2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (datum dostopa: 13. 6. 2014).

In še pred silicijem je germanij postal najpomembnejši polprevodniški material.

Tukaj je primerno vprašanje: kaj so polprevodniki in polprevodniki? Tudi strokovnjaki včasih težko nedvoumno odgovorijo. "Natančna definicija polprevodnosti je težka in je odvisna od tega, katere lastnosti polprevodnikov se upoštevajo" - ta izmikajoči odgovor je izposojen iz precej uglednega znanstvenega dela o polprevodnikih. Res je, obstaja zelo jasna definicija: "Polprevodnik je en prevodnik za dva avtomobila," a to je že s področja folklore ...

Glavna stvar pri elementu številka 32 je, da je polprevodnik. K razlagi te lastnosti se bomo vrnili kasneje. Medtem o germaniju kot fizikalno-kemični »osebnosti«.

germanij, kakršen je

Verjetno velika večina bralcev še nikoli ni videla germanija. Ta element je precej redek, drag, iz njega se ne izdeluje potrošniško blago, germanijev "nadev" polprevodniških naprav pa je tako majhen, da lahko vidite, kaj je, germanij, težko, tudi če je ohišje naprave pokvarjeno. Zato bomo govorili o glavnih lastnostih germanija, njegovem videzu, značilnostih. In poskušate miselno narediti tiste preproste operacije, ki jih je moral avtor narediti večkrat.

Iz embalaže ekstrahiramo standardni ingot germanija. To je majhno telo skoraj pravilne valjaste oblike, s premerom od 10 do 35 in dolgo nekaj deset milimetrov. Nekatere referenčne knjige navajajo, da je predmet #32 srebro, vendar to ni vedno res: barva germanija je odvisna od njegove površinske obdelave. Včasih je videti skoraj črna, včasih jeklena, včasih pa tudi srebrna.

Ko razmišljate o ingotu germanija, ne pozabite, da stane približno enako kot zlato in ga vsaj zaradi tega ne smete spustiti na tla. Obstaja pa še en razlog, veliko pomembnejši: germanij je skoraj tako krhek kot steklo in se lahko temu primerno obnaša. Videl sem, kako se je po takem neuspehu nepreviden eksperimentator dolgo plazil po tleh in poskušal zbrati vse koščke na en sam ... Po videzu je germanij enostavno zamenjati s silicijem. Ti elementi niso le konkurenti, ki trdijo, da so glavni polprevodniški material, ampak tudi analogi. Vendar pa je kljub podobnosti številnih tehničnih lastnosti in videza ingot germanija precej preprosto razlikovati od silicijevega ingota: germanij je več kot dvakrat težji od silicija (gostota 5,33 in 2,33 g / cm 3).

Zadnjo izjavo je treba pojasniti, čeprav se zdi, da številke izključujejo komentar. Dejstvo je, da se številka 5,33 nanaša na germanij-1 - najpogostejšo in najpomembnejšo od petih alotropnih modifikacij elementa št. 32. Ena od njih je amorfna, štiri so kristalne. Od kristalnega germanija-1 je najlažji. Njegovi kristali so zgrajeni na enak način kot diamantni kristali, vendar če taka struktura določa največjo gostoto ogljika, ima germanij tudi gostejša "pakiranja". Visok tlak z zmernim segrevanjem (30 tisoč atm in 100 ° C) pretvori Ge-I v Ge-II s kristalno mrežo, kot je bel kositer.

Na podoben način lahko dobimo še gostejše od Ge-II, Ge-III in Ge-IV.

Vse "nenavadne" modifikacije kristalnega germanija so boljše od Ge-I in električne prevodnosti. Omemba te posebne lastnosti ni naključna: vrednost električne prevodnosti (ali recipročna upornost) je še posebej pomembna za polprevodniški element.

Toda kaj je polprevodnik?

Formalno je polprevodnik snov z upornostjo od tisočink do milijonov ohmov na 1 cm. Okvirji "od" in "do" so zelo široki, vendar je mesto germanija v tem območju povsem določeno. Upor centimetrske kocke čistega germanija pri 18 °C je 72 ohmov. Pri 19°C se upor iste kocke zmanjša na 68 ohmov. To je na splošno značilno za polprevodnike - pomembna sprememba električnega upora z rahlo spremembo temperature. Ko se temperatura dvigne, se upor običajno zmanjša. Bistveno se spreminja tako pod vplivom obsevanja kot med mehanskimi deformacijami.

Izjemna je občutljivost germanija (kot tudi drugih polprevodnikov) ne le na zunanje vplive. Na lastnosti germanija močno vplivajo tudi zanemarljive količine nečistoč. Kemična narava nečistoč ni nič manj pomembna.

Dodatek elementa skupine V omogoča pridobitev polprevodnika z elektronsko prevodnostjo. Tako se pripravljajo hidroelektrarne (elektronski germanij dopiran z antimonom). Z dodajanjem elementa skupine III bomo v njem ustvarili luknjičasto prevodnost (najpogosteje je to GDH - luknjasti germanij dopiran z galijem).

Spomnimo se, da so "luknje" mesta, ki jih izpraznijo elektroni, ki so prešli na drugo energijsko raven. V »stanovanje«, ki ga je migrant zapustil, lahko takoj zasede sosed, imel pa je tudi svoje stanovanje. Preselitve se izvajajo ena za drugo in luknja se premika.

Kombinacija področij z elektronsko in luknjasto prevodnostjo je bila osnova najpomembnejših polprevodniških naprav - diod in tranzistorjev. Na primer, s spajanjem indija v HES ploščo in tako ustvarimo območje z luknjasto prevodnostjo, dobimo usmerjevalno napravo - diodo. Električni tok prehaja predvsem v eno smer - od območja z luknjasto prevodnostjo do elektronskega. Ko stopimo indij na obeh straneh plošče HPP, to ploščo spremenimo v osnovo tranzistorja.

Prvi germanijev tranzistor na svetu je bil ustvarjen leta 1948, po 20 letih pa je bilo izdelanih na stotine milijonov takšnih naprav. Germanijeve diode in triode se pogosto uporabljajo v radijskih in televizijskih sprejemnikih, računalnikih in različni merilni opremi.

Germanij se uporablja tudi na drugih najpomembnejših področjih sodobne tehnologije: za merjenje nizkih temperatur, za zaznavanje infrardečega sevanja itd. Vsa ta področja zahtevajo germanij zelo visoke čistosti – fizikalne in kemične. Kemična čistost je taka, da količina škodljivih nečistoč ne presega desetmilijonke odstotka (107 %). Fizična čistost je minimum dislokacij, motenj v kristalni strukturi. Da bi to dosegli, se goji monokristalni germanij: celoten ingot je en kristal.

Za to neverjetno čistost

V zemeljski skorji germanij ni zelo majhen - 7 * 10 -4% njegove mase. To je več kot svinec, srebro, volfram. Germanij najdemo na Soncu in v meteoritih. Nemčija je prisotna v vseh državah. Toda industrijska nahajališča germanijevih mineralov očitno nimajo nobene industrializirane države. Germanij je zelo razpršen. Minerali, v katerih je tega elementa več kot 1% - argirodit, germanit, ultramafit in drugi, vključno z renieritom, štotitom, konfilditom in plumbogermanitom, odkritim šele v zadnjih desetletjih - so zelo redki. Ne morejo pokriti svetovne potrebe po tem pomembnem elementu.

In večina zemeljskega germanija je razpršena v mineralih drugih elementov, v premogu, v naravnih vodah, v tleh in živih organizmih. V premogu lahko na primer vsebnost germanija doseže desetinko odstotka. Mogoče, vendar ne doseže vedno. V antracitu ga na primer skoraj ni ... Z eno besedo, germanij je povsod in nikjer.

Zato so metode koncentracije germanija zelo zapletene in raznolike. Odvisne so predvsem od vrste surovine in vsebnosti tega elementa v njej.

Akademik Nikolaj Petrovič Sazhin je bil vodja celovite študije in rešitve problema germanija v ZSSR. Kako se je rodila sovjetska polprevodniška industrija, je opisano v njegovem članku, objavljenem v reviji "Kemija in življenje" leto in pol pred smrtjo tega izjemnega znanstvenika in organizatorja znanosti.

Čisti germanijev dioksid je bil pri nas prvič pridobljen v začetku leta 1941. Iz njega so izdelovali germanijevo steklo z zelo visokim lomnim količnikom. Raziskave elementa št. 32 in metode za njegovo možno proizvodnjo so se nadaljevale po vojni, leta 1947. Zdaj je germanij zanimal znanstvenike prav kot polprevodnik.

Nove analizne metode so pomagale odkriti nov vir germanijevih surovin - katranske vode koksarn. Nemčije v njih ni več kot 0,0003%, vendar se je s pomočjo izvlečka hrasta iz njih izkazalo, da je enostavno oboriti germanij v obliki kompleksa tanida. Glavna sestavina tanina je ester glukoze. Lahko veže germanij, tudi če je koncentracija tega elementa v raztopini izginjajoče majhna.

Iz nastale oborine, ki uniči organsko snov, je enostavno pridobiti koncentrat, ki vsebuje do 45 % germanijevega dioksida.

Nadaljnje transformacije so malo odvisne od vrste surovine. Germanij se reducira z vodikom (kot je to storil Winkler), vendar morate najprej ločiti germanijev oksid od številnih nečistoč. Za rešitev tega problema se je izkazala uspešna kombinacija lastnosti ene od germanijevih spojin.

Germanijev tetraklorid GeCl 4 je hlapna tekočina z nizkim vreliščem (83,1°C). Zato ga je priročno očistiti z destilacijo in rektizacijo (postopek poteka v kremenčevih kolonah z embalažo). Germanijev tetraklorid je skoraj netopen v koncentrirani klorovodikovi kislini. Zato lahko za čiščenje GeCl 4 uporabimo raztapljanje nečistoč s klorovodikovo kislino.

Prečiščen GeCl4 obdelamo z vodo, iz katere smo predhodno odstranili skoraj vse onesnaževalce z ionsko izmenjevalnimi smolami. Znak želene čistosti je povečanje upornosti vode na 15-20 milijonov ohm-cm.

Pod delovanjem vode se germanijev tetraklorid hidrolizira: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Upoštevajte, da je to "obrnjena" enačba reakcije, v kateri dobimo germanijev tetraklorid. Sledi redukcija GeO 2 s prečiščenim vodikom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. Dobimo germanij v prahu, ki ga legiramo in nato dodatno očistimo z conskim taljenjem. Mimogrede, ta metoda čiščenja materialov je bila razvita leta 1952 posebej za čiščenje polprevodniškega germanija.

Nečistoče, ki so potrebne za pridobitev germanija določene vrste prevodnosti (elektronske ali luknje), se vnesejo v zadnjih fazah proizvodnje, to je med conskim taljenjem in v procesu gojenja monokristala.

Odkar je bilo leta 1942 ugotovljeno, da bi bilo koristno del vakuumskih cevi v radarskih sistemih zamenjati s polprevodniškimi detektorji, je zanimanje za germanij iz leta v leto naraščalo. Proučevanje tega prej neuporabljenega elementa je prispevalo k razvoju znanosti nasploh in predvsem fizike trdnega stanja. In pomen polprevodniških naprav - diod, tranzistorjev, termistorjev, merilnikov napetosti, fotodiod in drugih - za razvoj radijske elektronike in tehnologije nasploh je tako velik in tako znan, da je o tem vredno govoriti. v vzvišenih tonih spet nekako neprijetno. Do leta 1965 je bila večina polprevodniških naprav izdelana na osnovi germanija. Toda v naslednjih letih se je začel razvijati proces postopnega izpodrivanja "ekasilicija" s samim silicijem.

Germanij pod pritiskom silicija

Silicijeve polprevodniške naprave se ugodno primerjajo z germanijevimi napravami predvsem po boljši zmogljivosti pri povišanih temperaturah in nižjih povratnih tokovih. Velika prednost silicija je bila tudi odpornost njegovega dioksida na zunanje vplive. Prav ona je omogočila ustvarjanje bolj progresivne - planarne tehnologije za proizvodnjo polprevodniških naprav, ki je sestavljena iz dejstva, da se silicijeva plošča segreje v kisiku ali mešanici kisika z vodno paro in je prekrita z zaščitno plastjo. SiO 2.

Potem ko so "okna" vrezana na prava mesta, se skozi njih vnesejo dodatki, tu se povežejo kontakti, medtem ko je naprava kot celota zaščitena pred zunanjimi vplivi. Za germanij taka tehnologija še ni mogoča: stabilnost njegovega dioksida je nezadostna. Pod napadom silicija, galijevega arzenida in drugih polprevodnikov je germanij izgubil svoj položaj glavnega polprevodniškega materiala. Leta 1968 so ZDA proizvajale veliko več silicijevih tranzistorjev kot germanijevih. Zdaj je svetovna proizvodnja germanija po ocenah tujih strokovnjakov 90-100 ton na leto. Njegov položaj v tehnologiji je precej močan.

• Prvič, polprevodniški germanij je opazno cenejši od polprevodniškega silicija.
• Drugič, lažje in bolj donosno je izdelati nekatere polprevodniške naprave, kot prej, iz germanija in ne iz silicija.
• Tretjič, zaradi fizikalnih lastnosti germanija je praktično nepogrešljiv pri izdelavi nekaterih vrst naprav, zlasti tunelskih diod.

Vse to daje razlog za domnevo, da bo vrednost germanija vedno velika.

ŠE NATOČNA NAKOD. Veliko je bilo napisanega o predvidevanju D. I. Mendelejeva, ki je opisal lastnosti treh še neodkritih elementov. Da se ne želimo ponavljati, želimo le opozoriti na točnost napovedi Mendelejeva. Primerjajte podatke Mendelejeva in Winklerja, povzete v tabeli.

Ekasilicij Atomska teža 72 Specifična teža 5,5 Atomska prostornina 13 Višji oksid EsO 2 Njegova specifična teža 4,7

Kloridna spojina EsCl 4 - tekočina z vreliščem približno 90 ° C

Vodikova vez EsH 4 plinasta

Organokovinska spojina Es(C2H 5) 4 z vreliščem 160 °C

Germanij Atomska teža 72,6 Specifična teža 5,469 Atomska prostornina 13,57 Višji oksid GeO 2 Njegova specifična teža 4,703

Kloridna spojina GeCl 4 - tekočina z vreliščem 83 ° C

Vodikova vez GeH 4 plinasta

Organokovinska spojina Ge (C2H 5) 4 z vreliščem 163,5 ° C

PISMO CLEMENSA WINKLERJA

"Vaše veličanstvo!

Dovolite mi, da vam ob tem ponatisnem sporočilo, iz katerega izhaja, da sem odkril nov element "germanium". Sprva sem bil mnenja, da ta element zapolnjuje vrzel med antimonom in bizmutom v vašem čudovito prodorno zgrajenem periodnem sistemu in da ta element sovpada z vašim ekaantimonom, a vse kaže, da imamo opravka z ekasilicijem.

Upam, da vam bom kmalu povedal več o tej zanimivi snovi; danes se omejujem na to, da vas obvestim o zelo verjetnem zmagoslavju vaše briljantne raziskave in vam izpričujem svoje spoštovanje in globoko spoštovanje.

MENDELEEV JE ODGOVORIL: »Ker je odkritje germanija krona periodnega sistema, potem ste vi kot »oče« germanija lastnik te krone; zame je dragocena moja vloga predhodnika in prijateljski odnos, ki sem ga srečal z vami.

GEMANIJ IN ORGANIKE. Prvo organoelementno spojino elementa št. 32, tetraetilgermanija, je Winkler pridobil iz germanijevega tetraklorida. Zanimivo je, da nobena od doslej pridobljenih organoelementnih spojin germanija ni strupena, medtem ko je večina svinčevih in organokositrnih spojin (ti elementi so analogi germanija) strupenih.

KAKO SE GOJI MONOKRISTA GERMANIJA. Na površino staljenega germanija je postavljen kristal germanija - "seme", ki ga avtomatska naprava postopoma dvigne; temperatura taline je nekoliko višja od tališča germanija (937°C). Seme se vrti tako, da je monokristal "poraščen z mesom" enakomerno z vseh strani. Pomembno je, da se v procesu takšne rasti zgodi enako kot pri conskem taljenju: skoraj izključno germanij preide v "nagraditev" (trdna faza), večina nečistoč pa ostane v talini.

GEMANIJ IN SUPERPREVODNOST. Izkazalo se je, da je klasični polprevodniški germanij vključen v reševanje še enega pomembnega problema - ustvarjanja superprevodnih materialov, ki delujejo pri temperaturi tekočega vodika in ne tekočega helija. Kot je znano, vodik prehaja iz plinastega v tekoče stanje pri temperaturi -252,6 ° C ali 20,5 ° K. V zgodnjih 70-ih je bil iz zlitine germanija z niobijem pridobljen film z debelino le a nekaj tisoč atomov. Ta film ohranja superprevodnost pri temperaturah 24,3°K in nižjih.

Upoštevajte, da germanij jemljemo v kakršni koli količini in obliki, vklj. oblika ostanka. Germanij lahko prodajate tako, da pokličete na zgoraj navedeno telefonsko številko v Moskvi.

Germanij je krhka, srebrno bela polkovina, odkrita leta 1886. Ta mineral ni v čisti obliki. Najdemo ga v silikatih, železovih in sulfidnih rudah. Nekatere njegove spojine so strupene. Germanij se je veliko uporabljal v električni industriji, kjer so mu prišle prav njegove polprevodniške lastnosti. Nepogrešljiv je pri proizvodnji infrardečih in optičnih vlaken.

Kakšne so lastnosti germanija

Ta mineral ima tališče 938,25 stopinj Celzija. Kazalcev njegove toplotne zmogljivosti znanstveniki še vedno ne morejo razložiti, zaradi česar je nepogrešljiv na številnih področjih. Germanij ima sposobnost povečanja svoje gostote, ko se tali. Ima odlične električne lastnosti, zaradi česar je odličen polprevodnik s posredno režo.

Če govorimo o kemičnih lastnostih te polkovine, je treba opozoriti, da je odporna na kisline in alkalije, vodo in zrak. Germanij se raztopi v raztopini vodikovega peroksida in kraljeve vode.

rudarjenje germanija

Zdaj se izkopava omejena količina te polkovine. Njegova nahajališča so veliko manjša v primerjavi z nahajališči bizmuta, antimona in srebra.

Ker je delež vsebnosti tega minerala v zemeljski skorji precej majhen, tvori lastne minerale zaradi vnosa drugih kovin v kristalne rešetke. Najvišja vsebnost germanija je opažena v sfaleritu, pirargiritu, sulfanitu, v neželezovih in železovih rudah. Pojavlja se, vendar veliko manj pogosto, v nahajališčih nafte in premoga.

Uporaba germanija

Kljub dejstvu, da je bil germanij odkrit že dolgo nazaj, se je začel uporabljati v industriji pred približno 80 leti. Polkovina je bila najprej uporabljena v vojaški proizvodnji za izdelavo nekaterih elektronskih naprav. V tem primeru je našel uporabo kot diode. Zdaj se je situacija nekoliko spremenila.

Najbolj priljubljena področja uporabe germanija vključujejo:

• proizvodnja optike. Polkovina je postala nepogrešljiva pri izdelavi optičnih elementov, ki vključujejo optična okna senzorjev, prizme in leč. Tu so prišle prav prosojne lastnosti germanija v infrardečem območju. Polkovina se uporablja pri proizvodnji optike za termovizijske kamere, požarne sisteme, naprave za nočno opazovanje;
• proizvodnja radijske elektronike. Na tem področju je bila polkovina uporabljena pri izdelavi diod in tranzistorjev. Toda v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so germanijeve naprave zamenjale silicijeve, saj je silicij omogočil znatno izboljšanje tehničnih in operativnih lastnosti proizvedenih izdelkov. Povečana odpornost na temperaturne učinke. Poleg tega so germanijeve naprave med delovanjem oddajale veliko hrupa.

Trenutne razmere z Nemčijo

Trenutno se pri proizvodnji mikrovalovnih naprav uporablja semimetal. Tellerid germanij se je izkazal kot termoelektrični material. Cene germanija so zdaj precej visoke. En kilogram kovinskega germanija stane 1200 dolarjev.

Odkup Nemčije

Srebrno sivi germanij je redek. Krhko polkovino odlikujejo svoje polprevodniške lastnosti in se pogosto uporablja za ustvarjanje sodobnih električnih naprav. Uporablja se tudi za izdelavo visoko natančnih optičnih instrumentov in radijske opreme. Germanij ima veliko vrednost tako v obliki čiste kovine kot v obliki dioksida.

Podjetje Goldform je specializirano za nakup germanija, raznih odpadnih kovin in radijskih komponent. Nudimo pomoč pri oceni materiala, pri prevozu. Germanij lahko pošljete po pošti in denar v celoti dobite nazaj.