Физични и химични свойства на германия. елемент германий

Германий(лат. Germanium), Ge, химичен елемент от група IV периодична таблицаМенделеев; сериен номер 32, атомна маса 72,59; сиво-бяло твърдо вещество с метален блясък. Естественият германий е смес от пет стабилни изотопа с масови числа 70, 72, 73, 74 и 76. Съществуването и свойствата на германия са предсказани през 1871 г. от Д. И. Менделеев и наименува този все още неизвестен елемент ека-силиций поради сходството му свойства със силиций. През 1886 г. немският химик К. Винклер открива нов елемент в минерала аргиродит, който нарича германий в чест на своята страна; Оказа се, че германият е напълно идентичен с ека-силиция. До втората половина на 20 век практическо приложениеГермания остана много ограничена. Промишленото производство в Германия възниква във връзка с развитието на полупроводниковата електроника.

Общо съдържание на германий в земната кора 7·10 -4% тегловни, т.е. повече от например антимон, сребро, бисмут. Собствените минерали на Германия обаче са изключително редки. Почти всички от тях са сулфосоли: германит Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, аргиродит Ag 8 GeS 6, конфилдит Ag 8 (Sn, Ge) S 6 и др. По-голямата част от Германия е разпръсната в големи количества в земната кора скалии минерали: в сулфидни руди на цветни метали, в железни руди, в някои оксидни минерали (хромит, магнетит, рутил и други), в гранити, диабази и базалти. В допълнение, германий присъства в почти всички силикати, в някои находища въглищаи масло.

Физически свойства Германия.Германият кристализира в кубична структура от диамантен тип, параметърът на единичната клетка a = 5,6575 Å. Плътността на твърдия германий е 5,327 g/cm3 (25°C); течност 5.557 (1000°C); t pl 937,5°С; точка на кипене около 2700°C; коефициент на топлопроводимост ~60 W/(m K), или 0,14 cal/(cm sec deg) при 25°C. Дори много чистият германий е крехък при обикновени температури, но над 550°C е податлив на пластична деформация. Твърдост Германия по минералогическа скала 6-6,5; коефициент на свиваемост (в диапазона на налягането 0-120 H/m 2, или 0-12000 kgf/mm 2) 1,4·10 -7 m 2 /mn (1,4·10 -6 cm 2 /kgf); повърхностно напрежение 0,6 n/m (600 dynes/cm). Германият е типичен полупроводник със забранена зона от 1,104·10 -19 J или 0,69 eV (25°C); електрическо съпротивление Германия висока чистота 0,60 ohm m (60 ohm cm) при 25°C; подвижност на електрони 3900 и подвижност на дупки 1900 cm 2 /v sec (25°C) (със съдържание на примеси по-малко от 10 -8%). Прозрачен за инфрачервени лъчи с дължина на вълната над 2 микрона.

Химични свойства Германия.В химичните съединения германият обикновено проявява валенции от 2 и 4, като съединенията на 4-валентния германий са по-стабилни. При стайна температура германият е устойчив на въздух, вода, алкални разтвори и разредена солна и сярна киселина, но лесно се разтваря в царска вода и алкален разтвор на водороден прекис. Бавно се окислява от азотна киселина. При нагряване на въздух до 500-700 ° C германият се окислява до оксидите GeO и GeO 2. Германия (IV) оксид - бял прах с температура на топене 1116°C; разтворимост във вода 4,3 g/l (20°C). Според химичните си свойства той е амфотерен, разтворим в основи и трудно в минерални киселини. Получава се чрез калциниране на хидратната утайка (GeO 3 ·nH 2 O), освободена при хидролизата на GeCl 4 тетрахлорид. Чрез сливане на GeO 2 с други оксиди могат да се получат производни на германовата киселина - метални германати (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 и други) - твърди вещества с високи точки на топене.

Когато германият реагира с халогени, се образуват съответните тетрахалогениди. Реакцията протича най-лесно с флуор и хлор (вече при стайна температура), след това с бром (ниско нагряване) и с йод (при 700-800°C в присъствието на CO). Едно от най-важните съединения Германия тетрахлорид GeCl 4 е безцветна течност; t pl -49,5°С; точка на кипене 83,1°C; плътност 1,84 g/cm 3 (20°C). Силно се хидролизира с вода, като се отделя утайка от хидратиран оксид (IV). Получава се чрез хлориране на метален германий или взаимодействие на GeO 2 с концентрирана HCl. Известни са също германиеви дихалогениди с обща формула GeX 2, GeCl монохлорид, хексахлородигерман Ge 2 Cl 6 и германиеви оксихлориди (например CeOCl 2 ).

Сярата реагира енергично с германий при 900-1000°C, за да образува дисулфид GeS 2 - бяло твърдо вещество, точка на топене 825°C. Описани са и GeS моносулфид и подобни съединения на Германия със селен и телур, които са полупроводници. Водородът леко реагира с германий при 1000-1100°C, за да образува гермин (GeH) X, нестабилно и силно летливо съединение. Чрез взаимодействие на германиди с разредена солна киселина могат да се получат германидни водороди от серията Ge n H 2n+2 до Ge 9 H 20. Известен е и гермилен със състав GeH 2. Германий не реагира директно с азот, но има нитрид Ge 3 N 4, получен чрез действието на амоняк върху германий при 700-800 ° C. Германият не взаимодейства с въглерода. Германият образува съединения с много метали - германиди.

Известни са множество комплексни съединенияГермания, които стават все по-важни както в аналитичната химия Германия, така и в процесите на нейното изготвяне. Германият образува комплексни съединения с органични хидроксилни молекули (многовалентни алкохоли, многоосновни киселини и др.). Получени са германски хетерополикиселини. Подобно на други елементи от група IV, германият се характеризира с образуването на органометални съединения, пример за които е тетраетилгерман (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Разписка Германия.В промишлената практика германий се получава главно от странични продукти от обработката на руди на цветни метали (цинкова смес, цинково-медно-оловни полиметални концентрати), съдържащи 0,001-0,1% германий. Като суровина се използват и пепел от изгаряне на въглища, прах от газови генератори и отпадъци от коксови заводи. Първоначално от изброените източници по различни начини, в зависимост от състава на суровината се получава германиев концентрат (2-10% Германия). Извличането на Германия от концентрат обикновено включва следните етапи: 1) хлориране на концентрата със солна киселина, смес от нея с хлор в водна средаили други хлориращи агенти за получаване на технически GeCl4. За пречистване на GeCl 4 се използват ректификация и екстракция на примеси с концентрирана HCl. 2) Хидролиза на GeCl 4 и калциниране на хидролизни продукти за получаване на GeO 2. 3) Редукция на GeO 2 с водород или амоняк до метал. За изолиране на много чист германий, използван в полупроводникови устройства, се извършва зоново топене на метала. Монокристален германий, необходим за полупроводниковата индустрия, обикновено се получава чрез зоново топене или метода на Чохралски.

Приложение Германия.Германият е един от най-ценните материали в съвременната полупроводникова технология. Използва се за производство на диоди, триоди, кристални детектори и токоизправители. Монокристалният германий се използва и в дозиметрични инструменти и инструменти, които измерват силата на постоянни и променливи магнитни полета. Важна област на приложение в Германия е инфрачервената технология, по-специално производството на детектори инфрачервено лъчение, работещи в района на 8-14 микрона. Много сплави, съдържащи германий, стъкла на базата на GeO 2 и други германиеви съединения са обещаващи за практическа употреба.

През 1870 г. D.I. Менделеев въз основа на периодичен законпрогнозира все още неоткрит елемент от група IV, наричайки го ека-силиций, и описва основните му свойства. През 1886 г. немският химик Клеменс Винклер открива този химичен елемент по време на химичен анализ на минерала аргиродит. Първоначално Винклер искаше да нарече новия елемент „нептуний“, но това име вече беше дадено на един от предложените елементи, така че елементът беше кръстен в чест на родината на учения, Германия.

Да бъдеш сред природата, получаваш:

Германий се намира в сулфидни руди, желязна руда и се намира в почти всички силикати. Основните минерали, съдържащи германий, са: аргиродит Ag 8 GeS 6 , конфилдит Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , стотит FeGe(OH) 6 , германит Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , рениерит Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
В резултат на сложни и трудоемки операции по обогатяване и обогатяване на рудата германий се изолира под формата на GeO 2 оксид, който се редуцира с водород при 600°C до просто вещество.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
Германият се пречиства по метода на зоново топене, което го прави един от най-химически чистите материали.

Физични свойства:

Сиво-бяло твърдо вещество с метален блясък (т.т. 938°C, т.к. 2830°C)

Химични свойства:

При нормални условиягерманият е устойчив на въздух и вода, основи и киселини, разтворим в царска вода и в алкален разтвор на водороден прекис. Степени на окисление на германий в неговите съединения: 2, 4.

Най-важните връзки:

Германиев(II) оксид, GeO, сиво-черен, слабо разтворим. b-в, при нагряване се диспропорционира: 2GeO = Ge + GeO 2
Германиев(II) хидроксид Ge(OH) 2, червено-оранжево. христос,
Германиев (II) йодид, GeI 2, жълто. кр., сол. във вода, хидрол. според кат.
Германиев(II) хидрид, GeH 2, тв. бяло пори, лесно се окисляват. и разпад.

Германиев(IV) оксид, GeO 2 , бял кристален, амфотерен, получен чрез хидролиза на германиев хлорид, сулфид, хидрид или реакцията на германий с азотна киселина.
Германиев(IV) хидроксид (германова киселина), H 2 GeO 3 , слаб. undef. двуосно например германатни соли, например. натриев германат, Na 2 GeO 3 , бял кристал, сол. във вода; хигроскопичен. Има също Na 2 хексахидроксогерманати (ортогерманати) и полигерманати
Германиев(IV) сулфат, Ge(SO 4) 2, безцветен. кристали, хидролизирани с вода до GeO 2, получени чрез нагряване на германиев (IV) хлорид със серен анхидрид при 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Германий(IV) халогениди, флуорид GeF 4 - най-добри. газ, суров хидрол., реагира с HF, образувайки H 2 - флуороводородна киселина: GeF 4 + 2HF = H 2,
хлорид GeCl 4, безцветен. течност, хидр., бромид GeBr 4, сив кр. или безцветен течност, сол. в орг. връзка,
йодид GeI 4, жълто-оранжев. кр., бавно. хидр., сол. в орг. конн.
Германиев(IV) сулфид, GeS 2, бял кр., слабо разтворим. във вода, хидрол., реагира с основи:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, образувайки германати и тиогерманати.
Германиев (IV) хидрид, "герман", GeH 4 , безцветен газ, органични производни тетраметилгерман Ge(CH 3) 4, тетраетилгерман Ge(C 2 H 5) 4 - безцветен. течности.

Приложение:

Най-важният полупроводников материал, основни области на приложение: оптика, радиоелектроника, ядрена физика.

Германиевите съединения са слабо токсични. Германий е микроелемент, който повишава работоспособността в човешкия организъм. имунната систематяло, бори се с рака, намалява болката. Също така се отбелязва, че германият подпомага преноса на кислород към телесните тъкани и е мощен антиоксидант – блокер на свободните радикали в тялото.
Дневната нужда на човешкото тяло е 0,4–1,5 mg.
Шампион по съдържание на германий сред хранителни продуктие чесън (750 mcg германий на 1 g сухо тегло на скилидки чесън).

Материалът е подготвен от студенти от Института по физика и химия на Тюменския държавен университет
Демченко Ю.В., Борноволокова А.А.
източници:
Германий//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (дата на достъп: 13.06.2014 г.).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (дата на достъп: 13.06.2014 г.).

Германий

ГЕРМАНИУМ-аз; м.Химичен елемент (Ge), сиво-бяло твърдо вещество с метален блясък (това е основният полупроводников материал). Германиева плоча.

◁ Германий, о, о. G-ти суровини. G. слитък.

(лат. Germanium), химичен елемент от IV група на периодичната таблица. Името е от латинското Germania - Германия, в чест на родината на К. А. Винклер. Сребристосиви кристали; плътност 5,33 g/cm3, t pl 938,3ºC. Разпространени в природата (собствените минерали са редки); извлечени от руди на цветни метали. Полупроводников материал за електронни устройства(диоди, транзистори и др.), компонент от сплави, материал за лещи в IR устройства, детектори за йонизиращи лъчения.

ГЕРМАНИЙ (лат. Germanium), Ge (чете се „хертемпманий“), химичен елемент с атомен номер 32, атомна маса 72,61. Природният германий се състои от пет изотопа с масови числа 70 (съдържание в естествената смес 20,51% от теглото), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) и 76 (7,76%). Конфигурация на външен електронен слой 4 s 2 стр 2 . Степени на окисление +4, +2 (валентност IV, II). Намира се в група IVA, в период 4 на периодичната таблица на елементите.
История на откритието
Открит е от K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemens Alexander)(и кръстен на родината си - Германия) през 1886 г. по време на анализа на минерала аргиродит Ag 8 GeS 6 след съществуването на този елемент и някои от неговите свойства са предсказани от Д. И. Менделеев (cm.МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович).
Да бъдеш сред природата
Съдържанието в земната кора е 1,5·10 -4% от теглото. Отнася се за разпръснати елементи. В природата не се среща в свободна форма. Съдържа се като примес в силикати, седиментно желязо, полиметални, никелови и волфрамови руди, въглища, торф, масла, термални води и водорасли. Най-важните минерали: германит Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, стотит FeGe (OH) 6, плумбогерманит (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, аргиродит Ag 8 GeS 6, рениерит Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Получаване на германий
За получаване на германий се използват странични продукти от обработката на руди на цветни метали, пепел от изгаряне на въглища и някои коксохимични продукти. Суровините, съдържащи Ge, се обогатяват чрез флотация. След това концентратът се превръща в GeO 2 оксид, който се редуцира с водород (cm.ВОДОРОД):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Германий с полупроводникова чистота със съдържание на примеси 10 -3 -10 -4% се получава чрез зоново топене (cm.ЗОННО ТОПЕНЕ), кристализация (cm.КРИСТАЛИЗАЦИЯ)или термолиза на летлив моногерман GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
който се образува при разлагането на активни метални съединения с Ge - германиди от киселини:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Физически и химични свойства
Германият е сребристо вещество с метален блясък. Кристална решетка със стабилна модификация (Ge I), кубична, лицево центрирана, диамантен тип, А= 0.533 nm (три други модификации са получени при високо налягане). Точка на топене 938,25 °C, точка на кипене 2850 °C, плътност 5,33 kg/dm3. Има полупроводникови свойства, ширината на забранената зона е 0,66 eV (при 300 K). Германият е прозрачен за инфрачервено лъчение с дължина на вълната над 2 микрона.
Химическите свойства на Ge са подобни на силиция. (cm.СИЛИКИЙ). При нормални условияустойчиви на кислород (cm.КИСЛОРОД), водна пара, разредени киселини. В присъствието на силни комплексообразуващи агенти или окислители, Ge реагира с киселини при нагряване:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 конц. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge реагира с царска вода (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge взаимодейства с алкални разтвори в присъствието на окислители:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
При нагряване на въздух до 700 °C Ge се запалва. Ge лесно взаимодейства с халогени (cm.ХАЛОГЕН)и сиво (cm.сяра):
Ge + 2I 2 = GeI 4
С водород (cm.ВОДОРОД), азот (cm.АЗОТ), въглерод (cm.въглерод)германий не реагира директно; съединения с тези елементи се получават индиректно. Например нитридът Ge 3 N 4 се образува чрез разтваряне на германиев дийодид GeI 2 в течен амоняк:
GeI 2 + NH 3 течност -> n -> Ge 3 N 4
Германиевият (IV) оксид, GeO 2, е бяло кристално вещество, което съществува в две модификации. Една от модификациите е частично разтворима във вода с образуването на сложни германови киселини. Проявява амфотерни свойства.
GeO 2 реагира с алкали като киселинен оксид:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 взаимодейства с киселини:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge тетрахалогенидите са неполярни съединения, които лесно се хидролизират от вода.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Тетрахалогенидите се получават чрез директна реакция:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
или термично разлагане:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Германиевите хидриди са подобни по химични свойства на силициевите хидриди, но моногерманът GeH 4 е по-стабилен от моносилан SiH 4 . Германците образуват хомоложни серии Gen H 2n+2, Gen H 2n и други, но тези серии са по-къси от тези на силаните.
Monogerman GeH 4 е газ, който е стабилен на въздух и не реагира с вода. При дългосрочно съхранение се разлага на H 2 и Ge. Моногерман се получава чрез редуциране на германиев диоксид GeO 2 с натриев борохидрид NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Много нестабилен GeO моноксид се образува чрез умерено нагряване на смес от германий и GeO 2 диоксид:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) съединенията са лесно непропорционални за освобождаване на Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Германиевият дисулфид GeS 2 е бяло аморфно или кристално вещество, получено чрез утаяване на H 2 S от киселинни разтвори на GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 се разтваря в основи и амониеви или алкалнометални сулфиди:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge може да бъде част от органични съединения. Известни са (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH и др.
Приложение
Германият е полупроводников материал, използван в техниката и радиоелектрониката при производството на транзистори и микросхеми. Тънки слоеве от Ge, отложени върху стъкло, се използват като резистори в радарни инсталации. Сплави на Ge с метали се използват в сензори и детектори. Германиевият диоксид се използва в производството на стъкла, които пропускат инфрачервено лъчение.

Енциклопедичен речник . 2009 .

Вижте какво е „германий“ в други речници:

Химичен елемент, открит през 1886 г. в редкия минерал аргиродит, намерен в Саксония. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Chudinov A.N., 1910. германий (наречен в чест на родината на учения, открил елемента) химикал. елемент..... Речник на чуждите думи на руския език

- (Германий), Ge, химичен елемент от IV група на периодичната система, атомен номер 32, атомна маса 72,59; неметални; полупроводников материал. Германий е открит от немския химик К. Винклер през 1886 г. Съвременна енциклопедия

германий- Ge Елемент от група IV Периодичен. системи; при. п. 32, в. м. 72,59; телевизор артикул с металик блясък. Естественият Ge е смес от пет стабилни изотопа с масови числа 70, 72, 73, 74 и 76. Съществуването и свойствата на Ge са предсказани през 1871 г. от D.I.... ... Ръководство за технически преводач

Германий- (Германий), Ge, химичен елемент от IV група на периодичната система, атомен номер 32, атомна маса 72,59; неметални; полупроводников материал. Германий е открит от немския химик К. Винклер през 1886 г. ... Илюстрован енциклопедичен речник

- (лат. Germanium) Ge, химичен елемент от IV група на периодичната система, атомен номер 32, атомна маса 72,59. Наречен от латинската Germania Германия, в чест на родината на К. А. Винклер. Сребристосиви кристали; плътност 5,33 g/cm³, точка на топене 938,3 ... Голям енциклопедичен речник

- (символ Ge), бяло-сив метален елемент от IV група на периодичната таблица на МЕНДЕЛЕЕВ, в който са предсказани свойствата на все още неоткрити елементи, по-специално германий (1871 г.). Елементът е открит през 1886 г. Страничен продукт от топенето на цинк... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Ge (от лат. Germania Германия * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), хим. елемент от IV група периодичен. Системата на Менделеев, at.sci. 32, в. м. 72.59. Природният газ се състои от 4 стабилни изотопа 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Геоложка енциклопедия

- (Ge), синтетичен монокристал, PP, точкова група на симетрия m3m, плътност 5.327 g/cm3, Tmelt=936 °C, твърд. по скалата на Моос 6, при. м. 72.60. Прозрачен в IR областта l от 1,5 до 20 микрона; оптично анизотропен, за l=1.80 µm коефициент. пречупване n=4,143.… … Физическа енциклопедия

Съществително име, брой синоними: 3 полупроводников (7) ека-силиций (1) елемент (159) ... Речник на синонимите

ГЕРМАНИУМ- хим. елемент, символ Ge (лат. Germanium), at. п. 32, в. м. 72,59; крехко сребристо-сиво кристално вещество, плътност 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Разпръснати в природата; добива се главно чрез обработка на цинкова смес и... ... Голяма политехническа енциклопедия

Кръстен на Германия. Един учен от тази страна го е открил и е имал право да го нарича както си иска. Така че се впуснах в него германий.

Но не Менделеев имаше късмет, а Клеменс Винклер. Възложено му е да изследва аргиродит. Нов минерал, състоящ се главно от, е открит в мината Himmelfürst.

Winkler определи 93% от състава на скалата и беше затрупан с останалите 7%. Заключението беше, че те съдържат неизвестен елемент.

Един по-задълбочен анализ даде плод – имаше открит германий. Това е метал. С какво е било полезно за човечеството? Ще говорим за това и много повече по-нататък.

Свойства на германия

Германий – елемент 32 от периодичната таблица. Оказва се, че металът е включен в 4-та група. Числото съответства на валентността на елементите.

Тоест германият има тенденция да образува 4 химични връзки. Това прави открития от Winkler елемент да изглежда като .

Оттук и желанието на Менделеев да назове все още неоткрития елемент екосилиций, наречен Si. Дмитрий Иванович предварително изчисли свойствата на 32-ия метал.

Германият е подобен по химични свойства на силиция. Реагира с киселини само при нагряване. Той "общува" с алкали в присъствието на окислители.

Устойчив на водни пари. Не реагира с водород, въглерод, . Германият се запалва при температура от 700 градуса по Целзий. Реакцията е придружена от образуването на германиев диоксид.

Елемент 32 лесно взаимодейства с халогени. Това са солеобразуващи вещества от група 17 на табл.

За да не се объркаме, посочваме, че се фокусираме върху нов стандарт. В старата това е 7-ма група от периодичната система.

Каквато и да е масата, металите в нея са разположени вляво от стъпаловидната диагонална линия. 32-ият елемент е изключение.

Друго изключение е. При нея също е възможна реакция. Антимонът се отлага върху субстрата.

Осигурено е активно взаимодействие с. Като повечето метали, германият може да гори в своите пари.

Външно елемент германий, сиво-бял, с подчертан метален блясък.

При разглеждане вътрешна структура, металът има кубична структура. Той отразява подреждането на атомите в единичните клетки.

Оформени са като кубчета. Осем атома са разположени във върховете. Конструкцията е близо до мрежата.

Елемент 32 има 5 стабилни изотопа. Тяхното присъствие е свойство на всички елементи от германиевата подгрупа.

Те са равномерни, което определя наличието на стабилни изотопи. Например има 10 от тях.

Плътността на германия е 5,3-5,5 грама на кубичен сантиметър. Първият показател е характерен за състоянието, вторият - за течния метал.

Когато омекне, той е не само по-плътен, но и по-гъвкав. Вещество, което е крехко при стайна температура, става крехко при 550 градуса. Това са Характеристики на Германия.

Твърдостта на метала при стайна температура е около 6 точки.

В това състояние елемент 32 е типичен полупроводник. Но имотът става „по-ярък“ с повишаване на температурата. Просто проводниците, за сравнение, губят свойствата си при нагряване.

Германий провежда ток не само в стандартен формуляр, но и в решения.

По отношение на полупроводниковите свойства 32-ият елемент също е близък до силиция и е също толкова разпространен.

Обхватът на приложение на веществата обаче варира. Силицият е полупроводник, използван в захранван от слънчева енергия, включително тънкослоен тип.

Елементът е необходим и за фотоклетки. Сега нека да видим къде ни е полезен германият.

Приложение на германий

Използва се германийв гама-спектроскопията. Неговите инструменти позволяват например да се изследва съставът на добавките в смесени оксидни катализатори.

В миналото германий се е добавял към диоди и транзистори. Във фотоклетките свойствата на полупроводника също са полезни.

Но, ако се добави силиций към стандартни модели, след това германий - във високоефективно ново поколение.

Основното нещо е да не използвате германий при температури, близки до абсолютната нула. При такива условия металът губи способността си да предава напрежение.

За да бъде проводник, германият трябва да съдържа не повече от 10% примеси. Ultrapure е идеален химически елемент.

Германийнаправени по този метод на зоново топене. Основава се на различната разтворимост на елементи от трети страни в течност и фази.

Германиева формулави позволява да го използвате на практика. Тук вече не говорим за полупроводниковите свойства на елемента, а за способността му да придава твърдост.

По същата причина германият е намерил приложение в зъбопротезирането. Въпреки че короните стават остарели, все още има малко търсене за тях.

Ако добавите силиций и алуминий към германия, получавате спойки.

Тяхната точка на топене винаги е по-ниска от тази на съединяваните метали. Така че можете да правите сложни, дизайнерски дизайни.

Дори интернет не би бил възможен без германий. 32-ият елемент присъства в оптичното влакно. В основата му е кварц с примес на герой.

А неговият диоксид увеличава отразяващата способност на оптичното влакно. Като се има предвид търсенето на електрониката, германият е необходим на индустриалците в големи обеми. Кои точно и как се предоставят, ще проучим по-долу.

Германия добив

Германият е доста често срещан. В земната кора 32-ият елемент например е по-изобилен от антимона или.

Проучените запаси са около 1000 тона. Почти половината от тях са скрити в дълбините на Съединените щати. Други 410 тона са собственост.

Така че другите страни основно трябва да купуват суровини. сътрудничи с Поднебесната империя. Това е оправдано както от политическа, така и от икономическа гледна точка.

Свойства на елемента германий, свързани с геохимичния му афинитет с широко разпространени вещества, не позволяват на метала да образува свои собствени минерали.

Обикновено металът е вграден в решетката на съществуващите конструкции. Естествено, гостът няма да заема много място.

Следователно германият трябва да се извлича малко по малко. Можете да намерите няколко килограма на тон скала.

Енаргитът съдържа не повече от 5 килограма германий на 1000 килограма. В пираргирита има 2 пъти повече.

Един тон сулванит от 32-ия елемент съдържа не повече от 1 килограм. Най-често германий се извлича като страничен продукт от руди на други метали, например, или цветни, като хромит, магнетит, рутит.

Годишното производство на германий варира от 100-120 тона, в зависимост от търсенето.

По принцип се закупува монокристалната форма на веществото. Точно това е необходимо за производството на спектрометри, оптични влакна и благородни метали. Нека разберем цените.

Германия цена

Монокристалният германий се купува основно в тонове. Това е от полза за големи продукции.

1000 килограма от 32-ия елемент струват около 100 000 рубли. Можете да намерите оферти за 75 000 – 85 000.

Ако вземете поликристален, тоест с по-малки агрегати и повишена якост, можете да платите 2,5 пъти повече за килограм суровина.

Стандартната дължина е не по-малко от 28 сантиметра. Блоковете са защитени с филм, тъй като избледняват във въздуха. Поликристалният германий е "почвата" за отглеждане на монокристали.

Германий (от лат. Germanium), обозначен като Ge, е ​​елемент от IV група на периодичната система от химични елементи на Дмитрий Иванович Менделеев; атомният номер на елемента е 32, атомната маса е 72,59. Германият е твърдо вещество с метален блясък, притежаващо сиво-бял цвят. Въпреки че цветът на германия е доста относително понятие, всичко зависи от повърхностната обработка на материала. Понякога може да е сиво като стомана, понякога сребристо, а понякога напълно черно. Външно германият е доста близък до силиция. Тези елементи не само са подобни един на друг, но също така имат до голяма степен еднакви полупроводникови свойства. Тяхната съществена разлика е фактът, че германият е повече от два пъти по-тежък от силиция.

Естествено срещащият се германий е смес от пет стабилни изотопа с масови числа 76, 74, 73, 32, 70. През 1871 г. известен химик, „бащата“ на периодичната таблица, Дмитрий Иванович Менделеев, предсказва свойствата и съществуването на германия. Той нарече непознатия по това време елемент „екзасилиций“, т.к. свойствата на новото вещество бяха в много отношения подобни на силиция. През 1886 г., след като изучава минерала аргирдит, четиридесет и осем годишният немски химик К. Винклер открива напълно нов химичен елемент в естествената смес.

Първоначално химикът искаше да нарече елемента нептуний, тъй като планетата Нептун също беше предсказана много по-рано, отколкото беше открита, но след това научи, че това име вече е било използвано при фалшивото откриване на един от елементите, така че Уинклер реши да изостави това име. Ученият беше помолен да назове елемента angularium, което означава „противоречив, ъглов“, но Winkler не се съгласи с това име, въпреки че елемент № 32 наистина предизвика много спорове. Ученият бил германец по националност, така че в крайна сметка решил да нарече елемента германий в чест на родната си страна Германия.

Както се оказа по-късно, германият се оказа нищо повече от открития по-рано „екзасилиций“. До втората половина на двадесети век практическата полезност на германия беше доста тясна и ограничена. Промишленото производство на метал започва само в резултат на началото на промишленото производство на полупроводникова електроника.

Германият е полупроводников материал, широко използван в електрониката и технологиите, както и в производството на микросхеми и транзистори. Радарните системи използват тънки слоеве от германий, които се отлагат върху стъкло и се използват като резистори. Сплави с германий и метали се използват в детектори и сензори.

Елементът няма такава якост като волфрам или титан, не служи като неизчерпаем източник на енергия като плутоний или уран, електрическата проводимост на материала също е далеч от най-високата, а в индустриалната технология основният метал е желязото. Въпреки това германият е един от най-важните компоненти на техническия прогрес на нашето общество, т.к дори по-рано от силиция започва да се използва като полупроводников материал.

В тази връзка би било уместно да се запитаме: Какво представляват полупроводимостта и полупроводниците? Дори експертите не могат да отговорят точно на този въпрос, защото... можем да говорим за конкретно разгледаното свойство на полупроводниците. Има също точно определение, но само от областта на фолклора: Полупроводник е проводник за две коли.

Кюлче германий струва почти същото като кюлче злато. Металът е много крехък, почти като стъкло, така че ако изпуснете такъв слитък, има голяма вероятностче металът просто ще се счупи.

Германий метал, свойства

Биологични свойства

Германият е най-широко използван за медицински цели в Япония. Резултатите от тестове на органогерманиеви съединения върху животни и хора показват, че те могат да имат благоприятен ефект върху тялото. През 1967 г. японският д-р К. Асаи открива, че органичният германий има широки биологични ефекти.

Сред всички негови биологични свойстваТрябва да се отбележи:

• - осигуряване на пренос на кислород към тъканите на тялото;
• - повишаване на имунния статус на организма;
• - проява на противотуморна активност.

Впоследствие японски учени създават първия в света медицински продукт, съдържащ германий - "Германий - 132".

В Русия първото местно лекарство, съдържащо органичен германий, се появи едва през 2000 г.

Процесите на биохимична еволюция на повърхността на земната кора не са имали най-добър ефект върху съдържанието на германий в нея. По-голямата част от елемента е измит от сушата в океаните, така че съдържанието му в почвата остава доста ниско.

Сред растенията, които имат способността да абсорбират германий от почвата, лидерът е женшенът (германий до 0,2%). Германий се съдържа и в чесъна, камфора и алоето, които традиционно се използват при лечението на различни човешки заболявания. В растителността германий се намира под формата на карбоксиетил полуоксид. Сега е възможно да се синтезират сесквиоксани с пиримидинов фрагмент - органични съединения на германий. Това съединение е близко по структура до естественото, като корен от женшен.

Германий може да се класифицира като рядък микроелемент. Той присъства в големи количестваразлични продукти, но в малки дози. Дневният прием на органичен германий е определен на 8-10 mg. Оценка на 125 хранителни продукта показа, че около 1,5 mg германий влиза в тялото дневно с храната. Съдържанието на микроелемент в 1 g сурова храна е около 0,1 – 1,0 mcg. Германий се намира в млякото, доматения сок, сьомгата и боба. Но за да задоволите дневната нужда от германий, трябва да пиете по 10 литра на ден доматен сокили да изядете около 5 килограма сьомга. От гледна точка на цената на тези продукти, физиологичните свойства на човека и здравия разум също е невъзможно да се консумират такива количества продукти, съдържащи германий. В Русия около 80-90% от населението има германиев дефицит, поради което са разработени специални препарати.

Практически изследвания показват, че германий в тялото е най-изобилен в червата, стомаха, далака, костния мозък и кръвта. Високото съдържание на микроелемента в червата и стомаха показва удължен ефект на абсорбцията на лекарството в кръвта. Има предположение, че органичният германий се държи в кръвта приблизително по същия начин като хемоглобина, т.е. има отрицателен заряд и участва в преноса на кислород към тъканите. По този начин предотвратява развитието на хипоксия на тъканно ниво.

В резултат на многократни експерименти е доказана способността на германия да активира Т-клетките убийци и да насърчава индукцията на гама интерферони, които потискат процеса на възпроизвеждане на бързо делящи се клетки. Основната посока на действие на интерфероните е противотуморна и антивирусна защита, радиозащитни и имуномодулиращи функции на лимфната система.

Германият под формата на сесквиоксид има способността да действа върху водородните йони Н+, като изглажда разрушителния им ефект върху клетките на тялото. Гарантирана отлична работа на всички системи човешкото тялое непрекъснатото снабдяване на кръвта и всички тъкани с кислород. Органичният германий не само доставя кислород до всички точки на тялото, но също така насърчава взаимодействието му с водородните йони.

• - Германият е метал, но крехкостта му може да се сравни със стъклото.
• - Някои справочници твърдят, че германият има сребрист цвят. Но това не може да се каже, защото цветът на германия директно зависи от метода на обработка на металната повърхност. Понякога може да изглежда почти черен, друг път има стоманен цвят, а понякога може да бъде сребрист.
• - Германий е открит на повърхността на слънцето, както и в метеорити, паднали от космоса.
• - Първото органоелементно съединение на германия е получено от откривателя на елемента Клеменс Винклер от германиев тетрахлорид през 1887 г., това е тетраетилгерманий. От всички получени на модерен етапНито едно от елементоорганичните съединения на германия не е отровно. В същото време повечето органокалаени и оловни микроелементи, които са физически качествааналози на германий, токсични.
• - Дмитрий Иванович Менделеев предсказа три химични елемента още преди откриването им, включително германий, наричайки елемента екасилиций поради сходството му със силиция. Предсказанието на известния руски учен беше толкова точно, че просто изуми учените, вкл. и Винклер, който открива германия. Атомно теглоспоред Менделеев е равно на 72, в действителност е 72,6; специфично теглоспоред Менделеев беше 5,5 в действителност - 5,469; атомният обем според Менделеев е бил 13 в действителност - 13,57; най-високият оксид според Менделеев е EsO2, в действителност - GeO2, специфичното му тегло според Менделеев е 4,7, в действителност - 4,703; хлоридно съединение според Менделеев EsCl4 - течност, точка на кипене приблизително 90°C, в действителност - хлоридно съединение GeCl4 - течност, точка на кипене 83°C, съединение с водород според Менделеев EsH4 е газообразно, съединение с водород в действителност - GeH4 газообразно; Органометално съединение според Менделеев Es(C2H5)4, точка на кипене 160 °C, реално органометално съединение Ge(C2H5)4 точка на кипене 163,5 °C. Както се вижда от обсъдената по-горе информация, предсказанието на Менделеев е изненадващо точно.
• - На 26 февруари 1886 г. Клеменс Винклер започва писмо до Менделеев с думите „Уважаеми господине“. По доста любезен начин той разказа на руския учен за откриването на нов елемент, наречен германий, който по своите свойства не е нищо друго освен предсказания по-рано от Менделеев „екасилиций“. Отговорът на Дмитрий Иванович Менделеев беше не по-малко учтив. Ученият се съгласи с откритието на колегата си, наричайки германия „венеца на неговата периодична система“, а Винклер „бащата“ на елемента, достоен да носи тази „корона“.
• - Германий, като класически полупроводник, се превърна в ключ към решаването на проблема за създаване на свръхпроводящи материали, които работят при температурата на течния водород, но не и на течния хелий. Както е известно, водородът преминава в течно състояние от газообразно състояние, когато достигне температура от –252,6°C или 20,5°K. През 70-те години е разработен филм от германий и ниобий, чиято дебелина е само няколко хиляди атома. Този филм е способен да поддържа свръхпроводимост дори когато температурите достигнат 23,2°K и по-ниски.
• - При отглеждане на монокристал на германий, върху повърхността на разтопен германий се поставя кристал на германий - „семе“, което постепенно се повдига с помощта на автоматично устройство, докато температурата на топене е малко по-висока от точката на топене на германия (937 °C). „Семето“ се върти така, че монокристалът, както се казва, „расте с месо“ от всички страни равномерно. Трябва да се отбележи, че по време на такъв растеж се случва същото, както при зоново топене, т.е. В твърдата фаза преминава почти само германий, а всички примеси остават в стопилката.

История

Съществуването на такъв елемент като германий е предсказано още през 1871 г. от Дмитрий Иванович Менделеев; поради приликите му със силиций, елементът е наречен ека-силиций. През 1886 г. професор от Минната академия във Фрайберг открива аргиродит, нов сребърен минерал. След това този минерал е изследван доста внимателно от професора по техническа химия Клеменс Винклер, извършвайки пълен анализ на минерала. Четиридесет и осем годишният Винклер с право беше смятан за най-добрия анализатор във Фрайбергската минна академия, поради което му беше дадена възможност да изучава аргиродит.

За доста кратки сроковепрофесорът успя да предостави отчет за процента различни елементив оригиналния минерал: среброто в състава му е 74,72%; сяра - 17,13%; железен оксид – 0,66%; живак – 0,31%; цинков оксид - 0,22%, но почти седем процента - това беше делът на някакъв неизвестен елемент, който, изглежда, все още не беше открит в това далечно време. Във връзка с това Винклер решава да изолира неидентифициран компонент на argyrodpt, да проучи свойствата му и в процеса на изследване осъзнава, че всъщност е открил напълно нов елемент - това е ескапликий, предсказан от D.I. Менделеев.

Въпреки това би било погрешно да се мисли, че работата на Винклер върви гладко. Дмитрий Иванович Менделеев, в допълнение към осмата глава на своята книга „Основи на химията“, пише: „Отначало (февруари 1886 г.) липсата на материал, както и липсата на спектър в пламъка и разтворимостта на германий съединения, сериозно затрудниха изследванията на Винклер...” Струва си да се обърне внимание на думите „липса на спектър”. Но как така? През 1886 г. вече съществува широко използван метод за спектрален анализ. С помощта на този метод са открити елементи като талий, рубидий, индий, цезий на Земята и хелий на Слънцето. Учените вече знаеха със сигурност, че всеки химичен елемент, без изключение, има индивидуален спектър, но изведнъж няма спектър!

Обяснение за този феномен се появи малко по-късно. Германий има характерни спектрални линии. Тяхната дължина на вълната е 2651.18; 3039,06 Ǻ и още няколко. Всички те обаче се намират в ултравиолетовата невидима част на спектъра; може да се счита за щастие, че Уинклер е привърженик на традиционните методи за анализ, тъй като именно тези методи го доведоха до успеха.

Методът на Winkler за получаване на германий от минерала е доста близък до един от съвременните индустриални методи за изолиране на елемент 32. Първо, германият, който се съдържа в аргороднита, се превръща в диоксид. След това полученият бял прах се нагрява до температура от 600-700 °C във водородна атмосфера. В този случай реакцията се оказа очевидна: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

По този метод за първи път е получен относително чистият елемент № 32, германий. Първоначално Винклер възнамеряваше да назове ванадий нептуний в чест на едноименната планета, тъй като Нептун, подобно на германия, първо беше предсказан и едва след това открит. Но тогава се оказа, че това име вече е било използвано веднъж; Винклер избра да не компрометира името и откритието си и отказа нептуний. Един френски учен Район предложи, но по-късно той призна, че предложението му е шега, той предложи да наречем елемента angularium, т.е. „противоречиво, ъгловато“, но Уинклер също не хареса това име. В резултат на това ученият самостоятелно избра име за своя елемент и го нарече германий в чест на родната си страна Германия, с течение на времето това име се утвърди.

До 2 полувреме. ХХ век Практическата употреба на германий остава доста ограничена. Индустриалното производство на метали възниква само във връзка с развитието на полупроводниците и полупроводниковата електроника.

Да бъдеш сред природата

Германият може да бъде класифициран като микроелемент. В природата елементът изобщо не се среща в свободна форма. Общото съдържание на метал в земната кора на нашата планета по маса е 7 × 10 −4%%. Това е повече от съдържанието на химически елементи като сребро, антимон или бисмут. Но собствените минерали на германия са доста оскъдни и много рядко се срещат в природата. Почти всички тези минерали са сулфосоли, например германит Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, конфилдит Ag 8 (Sn, Ce) S 6, аргиродит Ag8GeS6 и други.

По-голямата част от германия, разпръснат в земната кора, се съдържа в огромен брой скали, както и в много минерали: сулфитни руди на цветни метали, железни руди, някои оксидни минерали (хромит, магнетит, рутил и други), гранити, диабази и базалти. В някои сфалерити съдържанието на елемента може да достигне няколко килограма на тон, например във франкеит и сулванит 1 kg/t, в енаргит съдържанието на германий е 5 kg/t, в пираргирит - до 10 kg/t, а в други силикати и сулфиди - десетки и стотици g/t. Малка част от германий присъства в почти всички силикати, както и в някои от находищата на нефт и въглища.

Основният минерал на елемента е германиев сулфит (формула GeS2). Минералът се среща като примес в цинкови сулфити и други метали. Най-важните германиеви минерали са: германит Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, плумбогерманит (Pb,Ge,Ga) 2SO 4 (OH) 2 2H 2 O, стотит FeGe(OH) 6, рениерит Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 и аргиродит Ag 8 GeS 6 .

Германия присъства на териториите на всички държави без изключение. Но нито една от индустриализираните страни в света няма промишлени находища на този метал. Германият е много, много дифузен. На Земята минералите от този метал се считат за много редки, ако съдържат повече от поне 1% германий. Такива минерали включват германит, аргиродит, ултрабазит и др., включително минерали, открити през последните десетилетия: щотит, ренерит, плумбогерманит и конфилидит. Залежите от всички тези минерали не са в състояние да покрият нуждите на съвременната индустрия от този рядък и важен химически елемент.

По-голямата част от германия е разпръснат в минерали на други химични елементи и също се съдържа в естествени води, във въглищата, в живите организми и в почвата. Например съдържанието на германий в обикновените въглища понякога достига над 0,1%. Но такава цифра е доста рядка; обикновено делът на германия е по-нисък. Но в антрацита почти няма германий.

разписка

При обработката на германиев сулфид се получава GeO 2 оксид, който се редуцира с помощта на водород, за да се получи свободен германий.

В промишленото производство германий се извлича главно като страничен продукт от обработката на руди на цветни метали (цинкова смес, цинково-медно-оловни полиметални концентрати, съдържащи 0,001-0,1% германий), пепел от изгаряне на въглища и някои коксови химикали продукти.

Първоначално германиевият концентрат (от 2% до 10% германий) се изолира от гореописаните източници по различни начини, изборът на които зависи от състава на суровината. При преработката на боксови въглища германият частично се утаява (от 5% до 10%) в катранена вода и смола, откъдето се извлича в комбинация с танин, след което се изсушава и изпича при температура 400-500°C . Резултатът е концентрат, който съдържа около 30-40% германий, от който германият се изолира под формата на GeCl 4 . Процесът на извличане на германий от такъв концентрат, като правило, включва същите етапи:

1) Концентратът се хлорира с помощта на солна киселина, смес от киселина и хлор във водна среда или други хлориращи агенти, което може да доведе до технически GeCl4. За пречистване на GeCl 4 се използва ректификация и екстракция на примеси с концентрирана солна киселина.

2) Извършва се хидролиза на GeCl 4, продуктите от хидролизата се калцинират, за да се получи GeO 2 оксид.

3) GeO се редуцира от водород или амоняк до чист метал.

Чрез получаване на най-чистия германий, който се използва в полупроводниците технически средства, извършват зоново топене на метала. Монокристален германий, необходим за производството на полупроводници, обикновено се получава чрез зоново топене или метода на Чохралски.

Методи за изолиране на германий от катранени води на коксови заводи са разработени от съветския учен V.A. Назаренко. Тази суровина съдържа не повече от 0,0003% германий, но с помощта на дъбов екстракт е лесно да се утаи германий под формата на таниден комплекс.

Основният компонент на танина е глюкозен естер, който съдържа радикал на мета-дигалова киселина, който свързва германий, дори ако концентрацията на елемента в разтвора е много ниска. От утайката можете лесно да получите концентрат, съдържащ до 45% германиев диоксид.

Последващите трансформации ще зависят малко от вида на суровината. Германият се редуцира от водород (както при Winkler през 19 век), но германиевият оксид трябва първо да бъде изолиран от множество примеси. Успешна комбинацияСвойствата на едно германиево съединение се оказаха много полезни за решаването на този проблем.

Германиев тетрахлорид GeCl4. е летлива течност, която кипи само при 83,1°C. Следователно, доста удобно се пречиства чрез дестилация и ректификация (в кварцови колони с набивка).

GeCl4 е почти неразтворим в солна киселина. Това означава, че за да го почистите, можете да използвате разтварянето на примеси с HCl.

Пречистеният германиев тетрахлорид се третира с вода и се пречиства с йонообменни смоли. Знак за необходимата чистота е увеличаването на съпротивлението на водата до 15-20 милиона Ohm cm.

Хидролизата на GeCl4 се извършва под въздействието на вода:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Може да забележите, че имаме пред себе си „написаното назад“ уравнение за реакцията на получаване на германиев тетрахлорид.

След това идва редукцията на GeO2 с помощта на пречистен водород:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Резултатът е прахообразен германий, който се стопява и след това се пречиства чрез зоново топене. Този методпречистване е разработен през 1952 г. специално за пречистване на германий.

Примесите, необходими за придаване на един вид проводимост на германия, се въвеждат в крайните етапи на производството, а именно по време на зоновото топене, както и по време на растежа на единичен кристал.

Приложение

Германият е полупроводников материал, използван в електрониката и технологиите при производството на микросхеми и транзистори. Най-тънките слоеве от германий се отлагат върху стъкло и се използват като съпротивление в радарни инсталации. Германиеви сплави различни металиизползвани в производството на детектори и сензори. Германиевият диоксид се използва широко в производството на стъкла, които пропускат инфрачервено лъчение.

Германиевият телурид отдавна е служил като стабилен термоелектричен материал, а също и като компонент на термоелектрически сплави (термо-едс с 50 μV/K) Германий с изключително висока чистота играе изключително стратегическа роля в производството на призми и лещи инфрачервена оптика. Най-големият потребител на германий е инфрачервената оптика, която се използва в компютърни технологии, системи за наблюдение и насочване на ракети, устройства за нощно виждане, картографиране и изследване на земната повърхност от сателити. Германият също се използва широко в оптични системи (добавяне на германиев тетрафлуорид към стъклени влакна), както и в полупроводникови диоди.

Германий, като класически полупроводник, се превърна в ключ към решаването на проблема за създаване на свръхпроводящи материали, които работят при температурата на течния водород, но не и на течния хелий. Както знаете, водородът преминава в течно състояние от газообразно състояние, когато достигне температура от -252,6°C, или 20,5°K. През 70-те години е разработен филм от германий и ниобий, чиято дебелина е само няколко хиляди атома. Този филм е способен да поддържа свръхпроводимост дори когато температурите достигнат 23,2°K и по-ниски.

Чрез сливане на индий в HES плочата, като по този начин се създава зона с така наречената дупкова проводимост, се получава изправително устройство, т.е. диод. Диодът има способността да преминава електрически токв една посока: електронната област от областта с дупкова проводимост. След сливане на индий от двете страни на хидроелектрическата плоча, тази плоча се превръща в основа на транзистор. За първи път в света през 1948 г. е създаден транзистор от германий, а само двадесет години по-късно подобни устройства са произведени в стотици милиони.

Базираните на германий диоди и триоди са широко използвани в телевизори и радиостанции в голямо разнообразие от приложения. измервателна апаратураи изчислителни устройства.

Германий се използва и в други особено важни области на съвременната техника: при измерване на ниски температури, при откриване на инфрачервено лъчение и др.

За да използвате метлата във всички тези приложения, е необходим германий с много висока химична и физическа чистота. Химическата чистота е такава чистота, при която количеството на вредните примеси не трябва да надвишава една десет милионна от процента (10–7%). Физическата чистота означава минимум размествания, минимум нарушения в кристалната структура на дадено вещество. За да се постигне това, монокристалният германий се отглежда специално. В този случай целият метален блок е само един кристал.

За целта върху повърхността на разтопения германий се поставя кристал от германий, „зародиш“, който постепенно се повдига с помощта на автоматично устройство, докато температурата на стопилката е малко по-висока от точката на топене на германия (937 °C). „Семето“ се върти така, че монокристалът, както се казва, „расте с месо“ от всички страни равномерно. Трябва да се отбележи, че по време на такъв растеж се случва същото, както при зоново топене, т.е. В твърдата фаза преминава почти само германий, а всички примеси остават в стопилката.

Физични свойства

Вероятно малко от читателите на тази статия трябваше да видят визуално ванадий. Самият елемент е доста оскъден и скъп, от него не се правят стоки за потребление, но техният пълнеж е германий, който може да се намери в електроуредитолкова малък, че е невъзможно да се види металът.

Някои справочници посочват, че германият има сребрист цвят. Но това не може да се каже, защото цветът на германия директно зависи от метода на обработка на металната повърхност. Понякога може да изглежда почти черен, друг път има стоманен цвят, а понякога може да бъде сребрист.

Германият е толкова рядък метал, че цената на неговите кюлчета може да се сравни с цената на златото. Германият се характеризира с повишена крехкост, която може да се сравни само със стъкло. Външно германият е доста близък до силиция. Тези два елемента са едновременно конкуренти за титлата на най-важния полупроводник и аналози. Въпреки че някои технически свойстваелементите са сходни по много начини, включително външния вид на материалите; много е лесно да се разграничи германий от силиций; германий е повече от два пъти по-тежък. Плътността на силиция е 2,33 g/cm3, а плътността на германия е 5,33 g/cm3.

Но не можем да говорим недвусмислено за плътността на германия, т.к цифрата 5,33 g/cm3 се отнася за германий-1. Това е една от най-важните и най-често срещаните модификации на петте алотропни модификации на елемент 32. Четири от тях са кристални и един е аморфен. Германий-1 е най-леката модификация от четирите кристални. Неговите кристали са изградени точно както диамантените кристали, a = 0,533 nm. Въпреки това, ако за въглерода тази структура е възможно най-плътна, тогава за германия има и по-плътни модификации. Умерена топлина и високо кръвно налягане(около 30 хиляди атмосфери при 100 °C) превръща германий-1 в германий-2, чиято структура на кристална решетка е точно същата като тази на белия калай. По подобен начин се получават германий-3 и германий-4, които са още по-плътни. Всички тези „не съвсем обикновени“ модификации превъзхождат германий-1 не само по плътност, но и по електропроводимост.

Плътността на течния германий е 5,557 g / cm3 (при 1000 ° C), точката на топене на метала е 937,5 ° C; точката на кипене е около 2700°C; стойността на коефициента на топлопроводимост е приблизително 60 W/(m (K) или 0,14 cal/(cm (sec (deg)) при температура от 25 ° C. При обикновени температури дори чистият германий е крехък, но когато достига 550 ° C, започва да се деформира по минералогическата скала, твърдостта на германия е от 6 до 6,5 (в диапазона на налягането от 0 до 120 GN/m2, или от 0; до 12000 kgf/mm2) е 1,4·10-7 m 2 /mn (или 1,4·10-6 cm 2 /kgf) е 0,6 n/m (или 600 dynes/cm).

Германият е типичен полупроводник с размер на забранената лента от 1,104·10 -19 или 0,69 eV (при температура 25 °C); германий с висока чистота има специфично електрическо съпротивление от 0,60 ома (m (60 ома (cm) (25 °C); подвижността на електроните е 3900, а подвижността на дупките е 1900 cm 2 /v. sec (при 25 °C и при съдържание на 8% примеси). За инфрачервените лъчи, чиято дължина на вълната е повече от 2 микрона, металът е прозрачен.

Германият е доста крехък; не може да се обработва чрез горещо или студено налягане до температури под 550 °C, но ако температурата стане по-висока, металът е пластичен. Твърдостта на метала по минералогическата скала е 6,0-6,5 (германият се нарязва на плочи с помощта на метален или диамантен диск и абразив).

Химични свойства

Германий, когато се намира в химически съединения, обикновено проявява втора и четвърта валентност, но съединенията на четиривалентния германий са по-стабилни. Германий при стайна температура е устойчив на вода, въздух, както и на алкални разтвори и разредени концентрати на сярна или солна киселина, но елементът се разтваря доста лесно в царска вода или алкален разтвор на водороден прекис. Елементът се окислява бавно под действието на азотна киселина. Когато температурата на въздуха достигне 500-700 °C, германият започва да се окислява до оксидите GeO 2 и GeO. (IV) германиевият оксид е бял прах с точка на топене 1116 ° C и разтворимост във вода 4,3 g/l (при 20 ° C). Според химичните си свойства веществото е амфотерно, разтворимо в основи и трудно в минерална киселина. Получава се чрез проникване на хидратната утайка GeO 3 nH 2 O, която се отделя по време на хидролиза. Производни на германиева киселина, например метални германати (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 и др.) са твърди вещества с високи точки на топене. , може да се получи чрез сливане на GeO 2 и други оксиди.

В резултат на взаимодействието на германий и халогени могат да се образуват съответните тетрахалогениди. Реакцията може да протече най-лесно с хлор и флуор (дори при стайна температура), след това с йод (температура 700-800 °C, наличие на CO) и бром (при ниска температура). Едно от най-важните съединения на германия е тетрахлоридът (формула GeCl 4). Това е безцветна течност с точка на топене 49,5 °C, точка на кипене 83,1 °C и плътност 1,84 g/cm3 (при 20 °C). Веществото се хидролизира силно от вода, като се отделя утайка от хидратиран оксид (IV). Тетрахлоридът се получава чрез хлориране на метален германий или чрез взаимодействие на GeO 2 оксид и концентрирана солна киселина. Известни са също германиеви дихалогениди с обща формула GeX 2, хексахлородигерман Ge 2 Cl 6, GeCl монохлорид, както и германиеви оксихлориди (например CeOCl 2).

Когато се достигне 900-1000 ° C, сярата енергично взаимодейства с германий, образувайки GeS 2 дисулфид. Това е бяло твърдо вещество с точка на топене 825 °C. Възможно е също образуването на GeS моносулфид и подобни съединения на германий с телур и селен, които са полупроводници. При температура 1000-1100 °C водородът реагира леко с германий, образувайки гермин (GeH) X, който е нестабилно и силно летливо съединение. Водородни германиди от серията Ge n H 2n + 2 до Ge 9 H 20 могат да се образуват чрез взаимодействие на германиди с разредена HCl. Известен е и гермилен със състав GeH 2. Германият не реагира директно с азота, но има нитрид Ge 3 N 4, който се получава, когато германият е изложен на амоняк (700-800 ° C). Германият не реагира с въглерод. С много метали се образува германий различни връзки- Германиди.

Има много известни комплексни съединения на германия, които стават все по-важни в аналитичната химия на елемента германий, както и в процесите на получаване химически елемент. Германият е способен да образува комплексни съединения с органични молекули, съдържащи хидроксил ( многовалентни алкохолимногоосновни киселини и други). Има и германиеви хетерополикиселини. Подобно на други елементи от група IV, германият обикновено образува органометални съединения. Пример е тетраетилгерман (C 2 H 5) 4 Ge 3.