Fizička i hemijska svojstva germanijuma. Element germanijuma

germanijum(lat. Germanium), Ge, hemijski element IV grupe periodni sistem Mendelejev; serijski broj 32, atomska masa 72.59; sivo-bijela čvrsta masa s metalnim sjajem. Prirodni germanijum je mešavina pet stabilnih izotopa sa masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva germanijuma predvidio je 1871. godine D.I. Mendeljejev i nazvao ovaj još uvek nepoznati element ekasilicijum zbog njegove sličnosti svojstva sa silicijumom. Godine 1886. njemački hemičar K. Winkler otkrio je novi element u mineralu argiroditu, koji je nazvao Germanij u čast svoje zemlje; Ispostavilo se da je germanijum sasvim identičan eka-silicijumu. Sve do druge polovine 20. veka praktična upotreba Njemačka je ostala vrlo ograničena. Industrijska proizvodnja u Njemačkoj nastala je u vezi s razvojem poluvodičke elektronike.

Ukupni sadržaj germanija u zemljine kore 7·10 -4% po težini, odnosno više od, na primjer, antimona, srebra, bizmuta. Međutim, nemački sopstveni minerali su izuzetno retki. Gotovo sve su sulfosoli: germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argirodit Ag 8 GeS 6, konfilit Ag 8 (Sn, Ge) S 6 i drugi. Najveći deo Nemačke je u velikom broju rasut u zemljinoj kori stijene i minerali: u sulfidnim rudama obojenih metala, u rudama željeza, u nekim oksidnim mineralima (kromit, magnetit, rutil i drugi), u granitima, dijabazima i bazaltima. Osim toga, germanij je prisutan u gotovo svim silikatima, u nekim nalazištima ugalj i ulje.

Fizička svojstva Njemačka. Germanij kristalizira u kubnoj strukturi tipa dijamanta, parametar jedinične ćelije a = 5,6575 Å. Gustina čvrstog germanijuma je 5,327 g/cm 3 (25°C); tečnost 5,557 (1000°C); t pl 937,5°C; tačka ključanja oko 2700°C; koeficijent toplotne provodljivosti ~60 W/(m K), ili 0,14 cal/(cm sec deg) na 25°C. Čak i vrlo čisti germanij je krh na uobičajenim temperaturama, ali iznad 550°C podložan je plastičnoj deformaciji. Tvrdoća Njemačka na mineraloškoj skali 6-6,5; koeficijent stišljivosti (u opsegu pritiska 0-120 H/m 2, ili 0-12000 kgf/mm 2) 1,4·10 -7 m 2 /mn (1,4·10 -6 cm 2 /kgf); površinski napon 0,6 n/m (600 dina/cm). Germanijum je tipičan poluprovodnik sa zazorom od 1,104·10 -19 J ili 0,69 eV (25°C); električna otpornost Njemačka visoka čistoća 0,60 ohm m (60 ohm cm) na 25°C; pokretljivost elektrona 3900 i pokretljivost rupa 1900 cm 2 /v sec (25°C) (sa sadržajem nečistoća manjim od 10 -8%). Prozirne do infracrvenih zraka sa talasnom dužinom većom od 2 mikrona.

Hemijska svojstva Njemačka. U hemijskim jedinjenjima, germanijum obično pokazuje valencije od 2 i 4, pri čemu su jedinjenja 4-valentnog germanijuma stabilnija. Germanij je na sobnoj temperaturi otporan na zrak, vodu, alkalne otopine i razrijeđene hlorovodonične i sumporne kiseline, ali se lako otapa u carskoj vodi i alkalnoj otopini vodikovog peroksida. Polako se oksidira dušičnom kiselinom. Kada se zagrije na zraku na 500-700°C, germanij se oksidira u okside GeO i GeO 2. Njemačka (IV) oksid - bijeli prah sa tačkom topljenja 1116°C; rastvorljivost u vodi 4,3 g/l (20°C). Po svojim hemijskim svojstvima je amfoterna, rastvorljiva u alkalijama i teško u mineralnim kiselinama. Dobija se kalcinacijom hidratnog taloga (GeO 3 ·nH 2 O) koji se oslobađa tokom hidrolize GeCl 4 tetrahlorida. Spajanjem GeO 2 sa drugim oksidima mogu se dobiti derivati ​​germanske kiseline - metalni germanati (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 i dr.) - čvrste supstance sa visokim tačkama topljenja.

Kada germanij reaguje sa halogenima, nastaju odgovarajući tetrahalidi. Reakcija se najlakše odvija sa fluorom i hlorom (već na sobnoj temperaturi), zatim sa bromom (nisko zagrevanje) i sa jodom (na 700-800°C u prisustvu CO). Jedno od najvažnijih jedinjenja Nemački tetrahlorid GeCl 4 je bezbojna tečnost; t pl -49,5°C; tačka ključanja 83,1°C; gustina 1,84 g/cm 3 (20°C). Snažno se hidrolizira vodom, oslobađajući talog hidratiziranog oksida (IV). Dobija se hlorisanjem metalnog germanijuma ili reakcijom GeO 2 sa koncentrovanom HCl. Poznati su i germanijumski dihalidi opšte formule GeX 2, GeCl monohlorid, heksahlorodigerman Ge 2 Cl 6 i germanijum oksihloridi (na primer CeOCl 2).

Sumpor snažno reaguje sa germanijumom na 900-1000°C da bi se formirao disulfid GeS 2 - bela čvrsta supstanca, tačka topljenja 825°C. Opisani su i GeS monosulfid i slična jedinjenja Nemačke sa selenom i telurom, koji su poluprovodnici. Vodonik blago reaguje sa germanijumom na 1000-1100°C i formira germin (GeH) X, nestabilno i veoma isparljivo jedinjenje. Reakcijom germanida sa razblaženom hlorovodoničnom kiselinom mogu se dobiti germanidni vodonici serije Ge n H 2n+2 do Ge 9 H 20. Germilen sastava GeH 2 je takođe poznat. Germanijum ne reaguje direktno sa azotom, međutim postoji nitrid Ge 3 N 4, dobijen delovanjem amonijaka na germanijum na 700-800°C. Germanijum ne stupa u interakciju sa ugljenikom. Germanij stvara spojeve sa mnogim metalima - germanide.

Brojne su poznate kompleksna jedinjenja Njemačke, koji postaju sve važniji kako u analitičkoj hemiji Njemačke tako i u procesima njene pripreme. Germanij formira kompleksna jedinjenja sa molekulima koji sadrže organske hidroksil (polihidrične alkohole, višebazne kiseline i druge). Dobijene su njemačke heteropolikiseline. Kao i ostali elementi grupe IV, germanijum se odlikuje stvaranjem organometalnih jedinjenja, primer za to je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Potvrda Njemačka. U industrijskoj praksi germanijum se dobija uglavnom iz nusproizvoda prerade ruda obojenih metala (cinkova mešavina, cink-bakar-olovni polimetalni koncentrati) koji sadrže 0,001-0,1% germanijuma. Kao sirovine koriste se i pepeo od sagorevanja uglja, prašina iz gasnih generatora i otpad iz koksara. Izvorno iz navedenih izvora Različiti putevi, u zavisnosti od sastava sirovine, dobija se koncentrat germanijuma (2-10% Nemačka). Ekstrakcija Njemačke iz koncentrata obično uključuje sljedeće faze: 1) hloriranje koncentrata hlorovodoničnom kiselinom, mješavinom istog sa hlorom u vodena sredina ili druga sredstva za hlorisanje za dobijanje tehničkog GeCl 4 . Za prečišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentriranom HCl. 2) Hidroliza GeCl 4 i kalcinacija produkata hidrolize da bi se dobio GeO 2. 3) Redukcija GeO 2 vodonikom ili amonijakom u metal. Za izolaciju vrlo čistog germanija, koji se koristi u poluvodičkim uređajima, vrši se zonsko topljenje metala. Monokristalni germanijum, potreban za industriju poluprovodnika, obično se dobija zonskim topljenjem ili metodom Czochralskog.

Aplikacija Njemačka. Germanij je jedan od najvrednijih materijala u modernoj poluvodičkoj tehnologiji. Koristi se za izradu dioda, trioda, kristalnih detektora i ispravljača snage. Monokristalni germanijum se takođe koristi u dozimetrijskim instrumentima i instrumentima koji mere jačinu konstantnih i naizmeničnih magnetnih polja. Važna oblast primene u Nemačkoj je infracrvena tehnologija, posebno proizvodnja detektora infracrveno zračenje, koji radi u području od 8-14 mikrona. Mnoge legure koje sadrže germanijum, stakla na bazi GeO 2 i druga jedinjenja germanijuma obećavaju praktičnu upotrebu.

Godine 1870. D.I. Mendeljejev na osnovu periodični zakon predvidio još neotkriveni element grupe IV, nazvavši ga eka-silicij, i opisao njegova glavna svojstva. Godine 1886. njemački hemičar Clemens Winkler otkrio je ovaj hemijski element tokom hemijske analize minerala argirodita. U početku je Winkler želio nazvati novi element "neptunijum", ali ovo ime je već bilo dato jednom od predloženih elemenata, pa je element dobio ime u čast domovine naučnika - Njemačke.

Boravak u prirodi, primanje:

Germanij se nalazi u sulfidnim rudama, željeznoj rudi, a nalazi se u gotovo svim silikatima. Glavni minerali koji sadrže germanijum su: argirodit Ag 8 GeS 6, konfilit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotit FeGe(OH) 6, germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Kao rezultat složenih i radno intenzivnih operacija za obogaćivanje i koncentraciju rude, germanij se izoluje u obliku GeO 2 oksida, koji se redukuje vodonikom na 600°C u jednostavnu supstancu.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
Germanij se prečišćava metodom zonskog topljenja, što ga čini jednim od hemijski najčistijih materijala.

Fizička svojstva:

Sivo-bela čvrsta supstanca sa metalnim sjajem (t.t. 938°C, t.k. 2830°C)

Hemijska svojstva:

At normalnim uslovima germanijum je otporan na vazduh i vodu, alkalije i kiseline, rastvorljiv u carskoj vodi i u alkalnom rastvoru vodikovog peroksida. Oksidaciona stanja germanijuma u njegovim jedinjenjima: 2, 4.

Najvažnije veze:

Germanijum(II) oksid, GeO, sivo-crna, slabo rastvorljiva. b-in, kada se zagrije nesrazmjerno je: 2GeO = Ge + GeO 2
Germanijum(II) hidroksid Ge(OH) 2, crveno-narandžasta. bože.,
Germanijum(II) jodid, GeI 2, žuta. kr., sol. u vodi, hidrol. ćao.
Germanijum(II) hidrid, GeH 2, tv. bijela pore, lako oksidiraju. i propadanje.

Germanijum(IV) oksid, GeO 2 , bijela kristal, amfoterni, dobijen hidrolizom germanijum hlorida, sulfida, hidrida ili reakcijom germanijuma sa azotnom kiselinom.
Germanijum(IV) hidroksid (germanska kiselina), H 2 GeO 3 , slab. undef. biaxial na primjer, germanske soli, na primjer. natrijum germanat, Na 2 GeO 3 , bijela kristal, sol. u vodi; higroskopna. Tu su i Na 2 heksahidroksogermanati (ortogermanati) i poligermanati
Germanijum(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2, bezbojan. kristali, hidrolizovani vodom do GeO 2, dobijeni zagrevanjem germanijum(IV) hlorida sa sumpornim anhidridom na 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanijum(IV) halogenidi, fluorid GeF 4 - najbolji. gas, sirov hidrol., reaguje sa HF, formirajući H 2 - fluorovodoničnu kiselinu: GeF 4 + 2HF = H 2,
hlorid GeCl 4, bezbojan. tečnost, hidr., bromid GeBr 4, siva cr. ili bezbojno tečnost, sol. u org. spoj,
jodid GeI 4, žuto-narandžasta. kr., spor. hydr., sol. u org. conn.
Germanijum(IV) sulfid, GeS 2, bijela kr., slabo rastvorljiv. u vodi, hidrol., reagira sa alkalijama:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formirajući germanate i tiogermanate.
Germanijum(IV) hidrid, "german", GeH 4 , bezbojan gas, organski derivati ​​tetrametilgerman Ge(CH 3) 4, tetraetilgerman Ge(C 2 H 5) 4 - bezbojan. tečnosti.

primjena:

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

Jedinjenja germanija su blago toksična. Germanijum je mikroelement koji povećava efikasnost u ljudskom organizmu. imunološki sistem tijelo, bori se protiv raka, smanjuje bol. Također se primjećuje da germanij pospješuje prijenos kisika u tjelesna tkiva i snažan je antioksidans – blokator slobodnih radikala u tijelu.
Dnevne potrebe ljudskog organizma su 0,4-1,5 mg.
Šampion u sadržaju germanijuma među prehrambeni proizvodi je beli luk (750 mcg germanijuma na 1 g suve mase čena belog luka).

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

germanijum

GERMANIUM-I; m. Hemijski element (Ge), sivkasto-bijela čvrsta supstanca s metalnim sjajem (to je glavni poluvodički materijal). Germanijumska ploča.

◁ Germanijum, oh, oh. G-te sirovine. G. ingot.

(latinski Germanium), hemijski element IV grupe periodnog sistema. Ime je iz latinskog Germania - Germany, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno-sivi kristali; gustina 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Rasprostranjeno u prirodi (vlastiti minerali su rijetki); vađen iz ruda obojenih metala. Poluprovodnički materijal za elektronskih uređaja(diode, tranzistori itd.), sastavni dio legura, materijal za sočiva u IC uređajima, detektori jonizujućeg zračenja.

GERMANIJUM (lat. Germanium), Ge (čitaj “hertempmanijum”), hemijski element sa atomskim brojem 32, atomska težina 72,61. Prirodni germanijum se sastoji od pet izotopa masenih brojeva 70 (sadržaj u prirodnoj mešavini 20,51% po masi), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) i 76 (7,76%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 str 2 . Oksidacija +4, +2 (valencija IV, II). Nalazi se u grupi IVA, u periodu 4 periodnog sistema elemenata.
Istorija otkrića
Otkrio ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemens Alexander)(i nazvan po svojoj domovini - Njemačkoj) 1886. godine tokom analize minerala argirodita Ag 8 GeS 6 nakon što je postojanje ovog elementa i neka njegova svojstva predvidio D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič).
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 1,5·10 -4% po težini. Odnosi se na rasute elemente. Ne nalazi se u prirodi u slobodnom obliku. Sadrži kao nečistoću u silikatima, sedimentnom željezu, polimetalnoj rudi, rudama nikla i volframa, uglju, tresetu, uljima, termalnim vodama i algama. Najvažniji minerali: germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, stotit FeGe(OH) 6, plumbogermanit (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag 8 GeS 6, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Dobijanje germanijuma
Za dobijanje germanijuma koriste se nusproizvodi prerade ruda obojenih metala, pepeo od sagorevanja uglja i neki hemijski proizvodi koksa. Sirovine koje sadrže Ge obogaćuju se flotacijom. Zatim se koncentrat pretvara u GeO 2 oksid, koji se redukuje vodonikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Germanijum poluprovodničke čistoće sa sadržajem primesa 10 -3 -10 -4% dobija se zonskim topljenjem (cm. ZONA TOPLJENJA), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ili termoliza isparljivog monogermana GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
koji nastaje pri razgradnji aktivnih metalnih jedinjenja sa Ge - germanidima kiselinama:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Fizički i Hemijska svojstva
Germanijum je srebrnasta supstanca sa metalnim sjajem. Kristalna rešetka stabilne modifikacije (Ge I), kubna, licecentrirana, dijamantski tip, A= 0,533 nm (tri druge modifikacije su dobijene pri visokim pritiscima). Tačka topljenja 938,25 °C, tačka ključanja 2850 °C, gustina 5,33 kg/dm3. Ima poluvodička svojstva, pojas je 0,66 eV (na 300 K). Germanijum je transparentan za infracrveno zračenje sa talasnim dužinama većim od 2 mikrona.
Hemijska svojstva Ge su slična silicijumu. (cm. SILIKON). At normalnim uslovima otporan na kiseonik (cm. KISENIK), vodena para, razrijeđene kiseline. U prisustvu jakih agenasa za stvaranje kompleksa ili oksidacionih sredstava, Ge reaguje sa kiselinama kada se zagrije:
Ge + H 2 SO 4 konc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 konc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reaguje sa carskom vodom (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge stupa u interakciju sa alkalnim rastvorima u prisustvu oksidacionih sredstava:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Kada se zagrije na zraku do 700 °C, Ge se zapali. Ge lako stupa u interakciju sa halogenima (cm. HALOGEN) i siva (cm. SUMPOR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Sa vodonikom (cm. VODIK), nitrogen (cm. NITROGEN), ugljenik (cm. UGLJENIK) germanijum ne reaguje direktno jedinjenja sa ovim elementima se dobijaju indirektno. Na primjer, nitrid Ge 3 N 4 nastaje otapanjem germanij dijodida GeI 2 u tekućem amonijaku:
GeI 2 + NH 3 tečnost -> n -> Ge 3 N 4
Germanijum (IV) oksid, GeO 2, je bijela kristalna supstanca koja postoji u dvije modifikacije. Jedna od modifikacija je djelimično rastvorljiva u vodi uz formiranje kompleksnih germanskih kiselina. Pokazuje amfoterna svojstva.
GeO 2 reaguje sa alkalijama kao kiseli oksid:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 je u interakciji sa kiselinama:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi su nepolarna jedinjenja koja se lako hidroliziraju vodom.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalidi se dobijaju direktnom reakcijom:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ili termička razgradnja:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Germanijum hidridi su slični po hemijskim svojstvima silicijum hidridima, ali je monogerman GeH 4 stabilniji od monosilana SiH 4 . Germani formiraju homologne serije Gen H 2n+2, Gen H 2n i druge, ali su ove serije kraće od serija silana.
Monogerman GeH 4 je gas koji je stabilan na vazduhu i ne reaguje sa vodom. Tokom dugotrajnog skladištenja, razlaže se na H 2 i Ge. Monogerman se dobija redukcijom germanijum dioksida GeO 2 sa natrijum borohidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Vrlo nestabilan GeO monoksid nastaje umjerenim zagrijavanjem mješavine germanija i GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Jedinjenja Ge(II) su lako nesrazmjerna za oslobađanje Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanij disulfid GeS 2 je bijela amorfna ili kristalna supstanca, dobijena taloženjem H 2 S iz kiselih rastvora GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Í̈ + 4HCl
GeS 2 se otapa u alkalijama i sulfidima amonijuma ili alkalnih metala:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge može biti dio organskih jedinjenja. Poznati su (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH i drugi.
Aplikacija
Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u tehnologiji i radio elektronici u proizvodnji tranzistora i mikro kola. Tanki slojevi Ge naneseni na staklo koriste se kao otpornici u radarskim instalacijama. Legure Ge sa metalima se koriste u senzorima i detektorima. Germanij dioksid se koristi u proizvodnji naočara koji prenose infracrveno zračenje.

enciklopedijski rječnik . 2009 .

Pogledajte šta je "germanijum" u drugim rječnicima:

Hemijski element otkriven 1886. u rijetkom mineralu argiroditu, pronađenom u Saksoniji. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. germanijum (nazvan u čast domovine naučnika koji je otkrio element) hemikalija. element...... Rečnik stranih reči ruskog jezika

- (Germanijum), Ge, hemijski element IV grupe periodnog sistema, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluprovodnički materijal. Germanijum je otkrio nemački hemičar K. Winkler 1886. Moderna enciklopedija

germanijum- Ge Element IV grupe Periodični. sistemi; at. n. 32, at. m. 72,59; TV predmet sa metalik sijati. Prirodni Ge je mješavina pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva Ge predvidio je 1871. godine D.I.... ... Vodič za tehnički prevodilac

germanijum- (Germanijum), Ge, hemijski element IV grupe periodnog sistema, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluprovodnički materijal. Germanijum je otkrio nemački hemičar K. Winkler 1886. ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

- (latinski Germanium) Ge, hemijski element IV grupe periodnog sistema, atomski broj 32, atomska masa 72,59. Ime je dobio od latinske Germania Germany, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno sivi kristali; gustina 5,33 g/cm³, tačka topljenja 938,3 ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (simbol Ge), bijelo-sivi metalni element IV grupe MENDELEEV-ovog periodnog sistema, u kojem su predviđena svojstva još neotkrivenih elemenata, posebno germanija (1871). Element je otkriven 1886. Nusproizvod topljenja cinka ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

Ge (od latinskog Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), hemikalija. element periodične grupe IV. Mendeljejev sistem, at.sci. 32, at. m. 72,59. Prirodni gas se sastoji od 4 stabilna izotopa 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintetički monokristal, PP, grupa tačkaste simetrije m3m, gustina 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, čvrsta materija. na Mohsovoj skali 6, at. m. 72,60. Proziran u IR području l od 1,5 do 20 mikrona; optički anizotropan, za koeficijent l=1,80 µm. refrakcija n=4,143.… … Fizička enciklopedija

Imenica, broj sinonima: 3 poluprovodnika (7) eka-silicijum (1) element (159) ... Rečnik sinonima

GERMANIUM- chem. element, simbol Ge (lat. Germanium), at. n. 32, at. m. 72,59; krhka srebrno-siva kristalna supstanca, gustina 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Rasuti u prirodi; vadi se uglavnom preradom cinkove mešavine i ... ... Velika politehnička enciklopedija

Ime je dobio po Njemačkoj. Naučnik iz ove zemlje ga je otkrio i imao je pravo da ga nazove kako god je htio. Pa sam ušao u to germanijum.

Međutim, sreće nije imao Mendeljejev, već Klemens Vinkler. Dobio je zadatak da proučava argirodit. Novi mineral, koji se uglavnom sastoji od, pronađen je u rudniku Himmelfürst.

Winkler je odredio 93% sastava stijene i bio je zapanjen sa preostalih 7%. Zaključak je bio da sadrže nepoznati element.

Detaljnija analiza je urodila plodom - bilo je otkriven germanijum. To je metal. Koliko je to bilo korisno za čovječanstvo? O ovome i još mnogo toga ćemo dalje.

Svojstva germanijuma

Germanijum – element 32 periodnog sistema. Ispostavilo se da je metal uključen u 4. grupu. Broj odgovara valenciji elemenata.

To jest, germanijum teži da formira 4 hemijske veze. Ovo čini element koji je otkrio Winkler izgleda kao .

Otuda Mendeljejevljeva želja da još neotkriveni element nazove ekosilicij, označen kao Si. Dmitrij Ivanovič je unaprijed izračunao svojstva 32. metala.

Germanij je po hemijskim svojstvima sličan silicijumu. Reaguje sa kiselinama samo kada se zagreje. "Komunicira" sa alkalijama u prisustvu oksidacionih sredstava.

Otporan na vodenu paru. Ne reaguje sa vodonikom, ugljenikom, . Germanijum se pali na temperaturi od 700 stepeni Celzijusa. Reakcija je praćena stvaranjem germanij dioksida.

Element 32 lako stupa u interakciju sa halogenima. To su tvari koje stvaraju soli iz grupe 17 tabele.

Da ne bismo bili zbunjeni, istaknemo da se fokusiramo na novi standard. U starom, ovo je 7. grupa periodnog sistema.

Bez obzira na sto, metali u njemu nalaze se lijevo od stepenaste dijagonalne linije. 32. element je izuzetak.

Drugi izuzetak je . Moguća je i reakcija kod nje. Antimon se nanosi na podlogu.

Aktivna interakcija je osigurana sa. Kao i većina metala, germanijum može da izgori u svojim parama.

Eksterno element germanijuma, sivkasto-bijele boje, sa izraženim metalnim sjajem.

Revizijom unutrašnja struktura, metal ima kubičnu strukturu. Odražava raspored atoma u jediničnim ćelijama.

Oblikovane su kao kocke. Osam atoma nalazi se na vrhovima. Struktura je blizu mreže.

Element 32 ima 5 stabilnih izotopa. Njihovo prisustvo je svojstvo svih elementi podgrupe germanijuma.

Oni su ujednačeni, što određuje prisustvo stabilnih izotopa. Na primjer, ima ih 10.

Gustoća germanijuma je 5,3-5,5 grama po kubnom centimetru. Prvi indikator je karakterističan za stanje, drugi - za tečni metal.

Kada je omekšan, ne samo da je gušći, već je i fleksibilniji. Supstanca koja je krta na sobnoj temperaturi postaje lomljiva na 550 stepeni. Ovo su Karakteristike Njemačke.

Tvrdoća metala na sobnoj temperaturi je oko 6 bodova.

U ovom stanju, element 32 je tipičan poluprovodnik. Ali, svojstvo postaje “svjetlije” kako temperatura raste. Samo provodnici, poređenja radi, gube svojstva kada se zagreju.

Germanij provodi struju ne samo u standardni obrazac, ali i u rješenjima.

U pogledu poluprovodničkih svojstava, 32. element je takođe blizak silicijumu i jednako je uobičajen.

Međutim, opseg primjene supstanci varira. Silicijum je poluprovodnik koji se koristi u na solarni pogon, uključujući tankoslojni tip.

Element je takođe potreban za fotoćelije. Sada, pogledajmo gdje germanijum dolazi od koristi.

Primena germanijuma

Koristi se germanijum u gama spektroskopiji. Njegovi instrumenti omogućavaju, na primjer, proučavanje sastava aditiva u miješanim oksidnim katalizatorima.

U prošlosti je germanijum bio dodan diodama i tranzistorima. U fotoćelijama su korisna i svojstva poluprovodnika.

Ali, ako se doda silicijum standardni modeli, zatim germanijum - u visokoefikasnu, novu generaciju.

Glavna stvar je ne koristiti germanij na temperaturama blizu apsolutne nule. U takvim uslovima, metal gubi sposobnost da prenosi napon.

Da bi germanij bio provodnik, ne smije sadržavati više od 10% nečistoća. Ultrapure je idealan hemijski element.

germanijum napravljen ovom metodom zonskog topljenja. Zasniva se na različitoj rastvorljivosti stranih elemenata u tečnosti i fazama.

Formula germanijuma omogućava vam da ga koristite u praksi. Ovdje više ne govorimo o poluvodičkim svojstvima elementa, već o njegovoj sposobnosti da daje tvrdoću.

Iz istog razloga, germanij je našao primjenu u zubnoj protetici. Iako su krunice zastarjele, još uvijek postoji mala potražnja za njima.

Ako germanijumu dodate silicijum i aluminijum, dobijate lemove.

Njihova tačka topljenja je uvijek niža od one metala koji se spajaju. Dakle, možete napraviti složene, dizajnerske dizajne.

Čak ni internet ne bi bio moguć bez germanijuma. 32. element je prisutan u optičkom vlaknu. U njegovoj osnovi je kvarc s primjesom heroja.

A njegov dioksid povećava reflektivnost optičkih vlakana. S obzirom na potražnju za njim, elektronikom, germanijum je potreban industrijalcima u velike količine. U nastavku ćemo proučiti koje su tačno i kako su dostupne.

Njemačka rudarstvo

Germanijum je prilično čest. U zemljinoj kori, 32. element, na primjer, ima više od antimona ili.

Istražene rezerve su oko 1.000 tona. Gotovo polovina ih je skrivena u utrobi Sjedinjenih Država. Još 410 tona je vlasništvo.

Dakle, druge zemlje u osnovi moraju da kupuju sirovine. sarađuje sa Nebeskim Carstvom. To je opravdano i sa političkog i sa ekonomskog stanovišta.

Osobine elementa germanijum, povezane sa svojim geohemijskim afinitetom sa široko rasprostranjenim supstancama, ne dozvoljavaju metalu da formira sopstvene minerale.

Obično je metal ugrađen u rešetku postojećih struktura. Naravno, gost neće zauzimati puno prostora.

Stoga se germanijum mora vaditi malo po malo. Možete pronaći nekoliko kilograma po toni kamena.

Enargit ne sadrži više od 5 kilograma germanija na 1000 kilograma. U pirargiritu ima 2 puta više.

Tona sulvanita 32. elementa ne sadrži više od 1 kilograma. Najčešće se germanij ekstrahuje kao nusproizvod iz ruda drugih metala, na primjer, ili obojenih, poput hromita, magnetita, rutita.

Godišnja proizvodnja germanijuma kreće se od 100-120 tona, zavisno od potražnje.

U osnovi, kupuje se monokristalni oblik supstance. To je upravo ono što je potrebno za proizvodnju spektrometara, optičkih vlakana i plemenitih metala. Hajde da saznamo cene.

Njemačka cijena

Monokristalni germanijum se uglavnom kupuje u tonama. Ovo je korisno za velike produkcije.

1.000 kilograma 32. elementa košta oko 100.000 rubalja. Možete pronaći ponude za 75.000 – 85.000.

Ako uzmete polikristalne, odnosno sa manjim agregatima i povećanom čvrstoćom, možete platiti 2,5 puta više po kilogramu sirovine.

Standardna dužina nije manja od 28 centimetara. Blokovi su zaštićeni filmom, jer blijede na zraku. Polikristalni germanijum je „tlo“ za uzgoj monokristala.

Germanijum (od latinskog Germanium), označen kao "Ge", je element IV grupe periodnog sistema hemijskih elemenata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva; atomski broj elementa je 32, atomska masa je 72,59. Germanijum je čvrsta supstanca metalnog sjaja, koja ima sivo-bijele boje. Iako je boja germanija prilično relativan pojam, sve ovisi o površinskoj obradi materijala. Ponekad može biti siva kao čelik, ponekad srebrna, a ponekad potpuno crna. Spolja, germanijum je prilično blizak silicijumu. Ovi elementi ne samo da su slični jedni drugima, već imaju i uglavnom ista svojstva poluvodiča. Njihova značajna razlika je činjenica da je germanijum više nego dvostruko teži od silicijuma.

Prirodni germanijum je mešavina pet stabilnih izotopa masenih brojeva 76, 74, 73, 32, 70. Davne 1871. poznati hemičar, „otac“ periodnog sistema, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev, predvidio je svojstva i postojanje germanijuma. Tada nepoznati element nazvao je „eksasilikonom“, jer. svojstva nove supstance bila su na mnogo načina slična silicijumu. Godine 1886., nakon proučavanja minerala argirdita, četrdesetosmogodišnji njemački hemičar K. Winkler otkrio je potpuno novi hemijski element u prirodnoj mješavini.

Hemičar je isprva želio da element nazove neptunijum, jer je planeta Neptun također bila predviđena mnogo ranije nego što je otkrivena, ali je potom saznao da je to ime već korišteno u lažnom otkriću jednog od elemenata, pa je Winkler odlučio da napusti ovo ime. Naučnik je zamoljen da nazove element angularium, što u prijevodu znači "kontroverzan, ugao", ali se ni Winkler nije složio sa ovim imenom, iako je element broj 32 zaista izazvao mnogo kontroverzi. Naučnik je bio Nijemac po nacionalnosti, pa je na kraju odlučio da elementu nazove germanij, u čast svoje rodne zemlje Njemačke.

Kako se kasnije ispostavilo, ispostavilo se da germanijum nije ništa drugo do prethodno otkriveni "eksasilicijum". Sve do druge polovine dvadesetog veka, praktična korisnost germanijuma bila je prilično uska i ograničena. Industrijska proizvodnja metala počela je tek kao rezultat pokretanja industrijske proizvodnje poluvodičke elektronike.

Germanijum je poluprovodnički materijal koji se široko koristi u elektronici i tehnologiji, kao iu proizvodnji mikro kola i tranzistora. Radarski sistemi koriste tanke filmove germanijuma, koji se nanose na staklo i koriste kao otpornici. Legure sa germanijumom i metalima se koriste u detektorima i senzorima.

Element nema takvu snagu kao volfram ili titan, ne služi kao nepresušni izvor energije poput plutonijuma ili uranijuma, električna provodljivost materijala je takođe daleko od najveće, a u industrijskoj tehnologiji glavni metal je gvožđe. Uprkos tome, germanijum je jedna od najvažnijih komponenti tehničkog napretka našeg društva, jer čak i ranije od silicijuma počeo se koristiti kao poluvodički materijal.

S tim u vezi, bilo bi prikladno zapitati se: Šta su poluprovodnici i poluprovodnici? Čak ni stručnjaci ne mogu tačno odgovoriti na ovo pitanje, jer... možemo govoriti o posebno razmatranom svojstvu poluprovodnika. Postoje također precizna definicija, ali samo iz oblasti folklora: Poluprovodnik je provodnik za dva automobila.

Polica germanijuma košta skoro isto kao poluga zlata. Metal je vrlo krhak, skoro kao staklo, pa ako ispustite takav ingot, postoji Velika šansa da će se metal jednostavno slomiti.

Metalni germanijum, svojstva

Biološka svojstva

Germanij se najviše koristio u medicinske svrhe u Japanu. Rezultati ispitivanja organogermanijumskih jedinjenja na životinjama i ljudima pokazali su da mogu imati blagotvorno dejstvo na organizam. Japanski dr K. Asai je 1967. godine otkrio da organski germanijum ima široka biološka dejstva.

Među svim njegovim biološka svojstva Treba napomenuti:

• - osiguravanje prijenosa kisika u tjelesna tkiva;
• - povećanje imunološkog statusa organizma;
• - manifestacija antitumorske aktivnosti.

Kasnije su japanski naučnici stvorili prvi medicinski proizvod na svijetu koji sadrži germanij - "Germanium - 132".

U Rusiji se prvi domaći lijek koji sadrži organski germanij pojavio tek 2000. godine.

Procesi biohemijske evolucije površine zemljine kore nisu najbolje uticali na sadržaj germanijuma u njoj. Većina elementa je isprana sa kopna u okeane, tako da je njegov sadržaj u tlu i dalje prilično nizak.

Među biljkama koje imaju sposobnost da apsorbuju germanijum iz tla, vodeći je ginseng (germanijum do 0,2%). Germanij se također nalazi u bijelom luku, kamforu i aloji, koji se tradicionalno koriste u liječenju raznih ljudskih bolesti. U vegetaciji se germanij nalazi u obliku karboksietil semioksida. Sada je moguće sintetizirati seskvioksane s pirimidinskim fragmentom - organskim jedinjenjima germanija. Ovaj spoj je po strukturi blizak prirodnom, poput korijena ginsenga.

Germanijum se može klasifikovati kao rijedak element u tragovima. On je prisutan u velike količine raznih proizvoda, ali u malim dozama. Dnevni unos organskog germanijuma je postavljen na 8-10 mg. Procjena 125 prehrambenih proizvoda pokazala je da oko 1,5 mg germanijuma dnevno ulazi u organizam s hranom. Sadržaj mikroelemenata u 1 g sirove hrane je oko 0,1 – 1,0 mcg. Germanijum se nalazi u mleku, soku od paradajza, lososu i pasulju. Ali da biste zadovoljili dnevne potrebe za germanijumom, trebalo bi da pijete 10 litara dnevno sok od paradajza ili pojedite oko 5 kilograma lososa. Sa stanovišta cijene ovih proizvoda, ljudskih fizioloških svojstava i zdravog razuma, također je nemoguće konzumirati takve količine proizvoda koji sadrže germanij. U Rusiji oko 80-90% stanovništva ima nedostatak germanijuma, zbog čega su razvijeni posebni preparati.

Praktične studije su pokazale da je germanijum u organizmu najzastupljeniji u crevima, želucu, slezeni, koštanoj srži i krvi. Visok sadržaj mikroelementa u crijevima i želucu ukazuje na produženi učinak apsorpcije lijeka u krv. Postoji pretpostavka da se organski germanijum u krvi ponaša približno na isti način kao i hemoglobin, tj. ima negativan naboj i učestvuje u prenosu kiseonika do tkiva. Na taj način sprečava razvoj hipoksije na nivou tkiva.

Kao rezultat ponovljenih eksperimenata, dokazana je sposobnost germanija da aktivira T-ćelije ubice i potiče indukciju gama interferona, koji potiskuju proces reprodukcije ćelija koje se brzo dijele. Glavni smjer djelovanja interferona je antitumorska i antivirusna zaštita, radioprotektivna i imunomodulatorna funkcija limfnog sistema.

Germanij u obliku seskvioksida ima sposobnost djelovanja na vodikove ione H+, izglađujući njihov destruktivni učinak na tjelesne ćelije. Zagarantovan odličan rad svih sistema ljudsko tijelo je neprekidna opskrba krvi i svih tkiva kisikom. Organski germanijum ne samo da isporučuje kiseonik do svih tačaka tela, već i podstiče njegovu interakciju sa vodoničnim jonima.

• - Germanijum je metal, ali se njegova krhkost može uporediti sa staklom.
• - Neke referentne knjige tvrde da germanijum ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija direktno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može izgledati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnasto.
• - Germanijum je otkriven na površini Sunca, kao i u meteoritima koji su pali iz svemira.
• - Prvo organoelementno jedinjenje germanijuma dobio je pronalazač elementa Klemens Vinkler iz germanijum tetrahlorida 1887. godine, to je bio tetraetilgermanijum. Od svih primljenih na moderna pozornica Nijedan organski element germanijuma nije otrovan. Istovremeno, većina organokositrnih i olovnih mikroelemenata, koji su fizičkih kvaliteta analozi germanijuma, otrovni.
• - Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je predvideo tri hemijska elementa čak i pre njihovog otkrića, uključujući germanijum, nazivajući element ekasilicijum zbog njegove sličnosti sa silicijumom. Predviđanje poznatog ruskog naučnika bilo je toliko tačno da je jednostavno zadivilo naučnike, uklj. i Winkler, koji je otkrio germanijum. Atomska težina prema Mendeljejevu je bilo jednako 72, u stvarnosti je bilo 72,6; specifična gravitacija prema Mendeljejevu, u stvarnosti je bilo 5,5 - 5,469; atomska zapremina prema Mendeljejevu bila je 13 u stvarnosti - 13,57; najviši oksid po Mendeljejevu je EsO2, u stvarnosti - GeO2, njegova specifična težina po Mendeljejevu je bila 4,7, u stvarnosti - 4,703; hloridno jedinjenje prema Mendeljejevu EsCl4 - tečnost, tačka ključanja približno 90°C, u stvarnosti - hloridno jedinjenje GeCl4 - tečnost, tačka ključanja 83°C, jedinjenje sa vodonikom prema Mendeljejevu EsH4 je gasovito, jedinjenje sa vodonikom u stvarnosti - GeH4 gasovito; Organometalno jedinjenje prema Mendeljejevu Es(C2H5)4, tačka ključanja 160 °C, pravo organometalno jedinjenje Ge(C2H5)4 tačka ključanja 163,5 °C. Kao što se može vidjeti iz gore navedenih informacija, Mendeljejevljevo predviđanje bilo je iznenađujuće tačno.
• - 26. februara 1886. Klemens Vinkler je započeo pismo Mendeljejevu rečima „Poštovani gospodine“. Na prilično ljubazan način rekao je ruskom naučniku o otkriću novog elementa zvanog germanijum, koji po svojim svojstvima nije ništa drugo do Mendeljejevljev ranije predviđeni „ekasilicij“. Odgovor Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva nije bio ništa manje ljubazan. Naučnik se složio sa otkrićem svog kolege, nazivajući germanijum "krunom svog periodičnog sistema", a Winkler "ocem" elementa, dostojnim da nosi ovu "krunu".
• - Germanijum je, kao klasičan poluprovodnik, postao ključ za rešavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tečnog vodonika, ali ne i tečnog helijuma. Kao što je poznato, vodonik prelazi u tečno stanje iz gasovitog stanja kada dostigne temperaturu od –252,6°C, odnosno 20,5°K. Sedamdesetih godina razvijen je film od germanijuma i niobija čija je debljina bila samo nekoliko hiljada atoma. Ovaj film je sposoban da održi supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.
• - Prilikom uzgoja monokristala germanijuma, na površinu rastopljenog germanijuma postavlja se kristal germanijuma – „seme“, koje se postepeno uzdiže uz pomoć automatski uređaj, dok je temperatura topljenja nešto viša od tačke topljenja germanijuma (937 °C). “Sjeme” se rotira tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se prilikom takvog rasta dešava isto što i prilikom zonskog topljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Priča

Postojanje takvog elementa kao što je germanijum predvidio je još 1871. godine Dmitrij Ivanovič Mendeljejev zbog njegove sličnosti sa silicijumom, element je nazvan eka-silicij. Godine 1886., profesor na Rudarskoj akademiji u Freibergu otkrio je argirodit, novi mineral srebra. Zatim je ovaj mineral prilično pažljivo ispitao profesor tehničke hemije Clemens Winkler, provodeći kompletnu analizu minerala. Četrdesetosmogodišnji Winkler s pravom je važio za najboljeg analitičara na Rudarskoj akademiji u Freibergu, zbog čega je dobio priliku da proučava argirodit.

Za prilično kratko vrijeme profesor je mogao dati izvještaj o procentu razni elementi u originalnom mineralu: srebra u svom sastavu bilo je 74,72%; sumpor - 17,13%; željezni oksid – 0,66%; živa – 0,31%; cink oksida - 0,22%, ali skoro sedam posto - to je bio udio nekog nepoznatog elementa, koji, čini se, u to daleko vrijeme još nije bio otkriven. U vezi s tim, Winkler je odlučio izolirati neidentificiranu komponentu argyrodpta, proučiti njena svojstva, a u procesu istraživanja shvatio je da je zapravo pronašao potpuno novi element - to je bio escaplicium, koji je predvidio D.I. Mendeljejev.

Međutim, bilo bi pogrešno misliti da je Winklerov rad prošao glatko. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev, pored osmog poglavlja svoje knjige „Osnovi hemije“, piše: „U početku (februara 1886.) nedostatak materijala, kao i nedostatak spektra u plamenu i rastvorljivost germanijuma jedinjenja, ozbiljno ometala Winklerova istraživanja...” Vrijedi obratiti pažnju na riječi “nedostatak spektra”. Ali kako to? Godine 1886. već je postojala široko korištena metoda spektralne analize. Ovom metodom otkriveni su elementi kao što su talij, rubidijum, indij, cezijum na Zemlji i helijum na Suncu. Naučnici su već sigurno znali da svaki hemijski element, bez izuzetka, ima individualni spektar, ali odjednom spektra nema!

Objašnjenje za ovaj fenomen pojavilo se nešto kasnije. Germanijum ima karakteristične spektralne linije. Njihova talasna dužina je 2651,18; 3039,06 Ǻ i još nekoliko. Međutim, svi oni leže unutar ultraljubičastog nevidljivog dijela spektra, može se smatrati srećom što je Winkler pristalica tradicionalnih metoda analize, jer su ga upravo te metode dovele do uspjeha.

Winklerova metoda dobivanja germanija iz minerala je prilično bliska jednoj od modernih industrijskih metoda za izolaciju elementa 32. Prvo je germanij, koji je bio sadržan u argarodnitu, pretvoren u dioksid. Zatim je nastali bijeli prah zagrijan na temperaturu od 600-700 °C u atmosferi vodika. U ovom slučaju, reakcija se pokazala očiglednom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ovom metodom je prvi put dobijen relativno čisti element br. 32, germanijum. U početku je Winkler namjeravao vanadijum nazvati neptunijum, u čast istoimene planete, jer je Neptun, kao i germanijum, prvo bio predviđen, a tek onda pronađen. Ali onda se ispostavilo da je ovo ime već jednom korišćeno, jedan hemijski element koji je lažno otkriven zvao se neptunijum. Winkler je odlučio da ne kompromituje svoje ime i otkriće i odbio je neptunijum. Jedan francuski naučnik Rayon je predložio, međutim, onda je priznao da je njegov prijedlog šala, predložio je da se element nazove angularium, tj. „kontroverzno, uglato“, ali Winkleru se ni ovo ime nije svidjelo. Kao rezultat toga, naučnik je samostalno odabrao ime za svoj element i nazvao ga germanijum, u čast svoje rodne zemlje Njemačke, s vremenom se ovo ime ustalilo.

Do 2. poluvremena. XX vijek Praktična upotreba germanijuma ostala je prilično ograničena. Industrijska proizvodnja metala nastala je tek u vezi s razvojem poluvodiča i poluvodičke elektronike.

Biti u prirodi

Germanijum se može klasifikovati kao element u tragovima. U prirodi se element uopće ne pojavljuje u slobodnom obliku. Ukupan sadržaj metala u zemljinoj kori naše planete po masi iznosi 7 × 10 −4%. Ovo je više od sadržaja hemijskih elemenata kao što su srebro, antimon ili bizmut. Ali germanijumovi sopstveni minerali su prilično retki i vrlo retko se nalaze u prirodi. Gotovo svi ovi minerali su sulfosoli, na primjer germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfilit Ag 8 (Sn, Ce)S 6, argirodit Ag8GeS6 i drugi.

Najveći deo germanijuma raspršenog u zemljinoj kori nalazi se u ogromnom broju stena, kao i u mnogim mineralima: sulfitne rude obojenih metala, rude gvožđa, neki oksidni minerali (kromit, magnetit, rutil i drugi), graniti, dijabaza i bazalta. U nekim sfaleritima sadržaj elementa može doseći nekoliko kilograma po toni, na primjer, u frankeitu i sulvanitu 1 kg/t, u enargitima sadržaj germanija je 5 kg/t, u pirargiritu - do 10 kg/t, a u ostalim silikatima i sulfidima - desetine i stotine g/t. Mali udio germanija je prisutan u gotovo svim silikatima, kao iu nekim nalazištima nafte i uglja.

Glavni mineral elementa je germanijum sulfit (formula GeS2). Mineral se nalazi kao nečistoća u cink sulfitima i drugim metalima. Najvažniji germanijumski minerali su: germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanit (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stotit FeGe(OH) 6, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 i argirodit Ag 8 GeS 6 .

Njemačka je prisutna na teritoriji svih država bez izuzetka. Ali nijedna od industrijski razvijenih zemalja svijeta nema industrijska nalazišta ovog metala. Germanijum je veoma, veoma difuzan. Na Zemlji se minerali ovog metala smatraju vrlo rijetkima ako sadrže više od najmanje 1% germanija. Takvi minerali uključuju germanit, argirodit, ultrabazit itd., uključujući minerale otkrivene posljednjih decenija: štotit, renerit, plumbogermanit i konfildit. Ležišta svih ovih minerala nisu u stanju da pokriju potrebe savremene industrije za ovim retkim i važnim hemijskim elementom.

Najveći deo germanijuma je rasut u mineralima drugih hemijskih elemenata, a takođe je sadržan u prirodne vode, u ugljevlju, živim organizmima i tlu. Na primjer, sadržaj germanija u običnom uglju ponekad doseže više od 0,1%. Ali takva brojka je prilično rijetka; udio germanija je obično manji. Ali u antracitu gotovo da nema germanijuma.

Potvrda

Prilikom obrade germanijum sulfida dobija se GeO 2 oksid koji se redukuje uz pomoć vodonika da bi se dobio slobodni germanijum.

U industrijskoj proizvodnji, germanij se vadi uglavnom kao nusproizvod preradom ruda obojenih metala (cink mješavina, cink-bakar-olovni polimetalni koncentrati koji sadrže 0,001-0,1% germanija), pepela od sagorijevanja uglja i neke hemikalije za koks proizvodi.

U početku se koncentrat germanijuma (od 2% do 10% germanijuma) izoluje iz gore navedenih izvora na različite načine, čiji izbor zavisi od sastava sirovine. Prilikom prerade bokserskog uglja germanijum se delimično taloži (od 5% do 10%) u katransku vodu i smolu, odatle se ekstrahuje u kombinaciji sa taninom, nakon čega se suši i peče na temperaturi od 400-500°C. . Rezultat je koncentrat koji sadrži oko 30-40% germanijuma, iz kojeg se izoluje germanijum u obliku GeCl 4 . Proces ekstrakcije germanija iz takvog koncentrata, u pravilu, uključuje iste faze:

1) Koncentrat se hloriše korišćenjem hlorovodonične kiseline, mešavine kiseline i hlora u vodenom mediju ili drugih sredstava za hlorisanje, što može rezultirati tehničkim GeCl 4 . Za pročišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentriranom hlorovodoničnom kiselinom.

2) Izvodi se hidroliza GeCl 4, produkti hidrolize se kalciniraju da se dobije GeO 2 oksid.

3) GeO se redukuje vodonikom ili amonijakom u čisti metal.

Dobija se najčistiji germanijum, koji se koristi u poluprovodnicima tehnička sredstva, izvršiti zonsko topljenje metala. Monokristalni germanijum potreban za proizvodnju poluprovodnika obično se dobija zonskim topljenjem ili metodom Czochralskog.

Metode za izolaciju germanijuma iz katranske vode koksara razvio je sovjetski naučnik V.A. Nazarenko. Ova sirovina ne sadrži više od 0,0003% germanija, međutim, koristeći ekstrakt hrasta, lako je precipitirati germanij u obliku kompleksa tanida.

Glavna komponenta tanina je estar glukoze, koji sadrži radikal meta-digalne kiseline, koji veže germanij, čak i ako je koncentracija elementa u otopini vrlo niska. Iz sedimenta se lako može dobiti koncentrat koji sadrži do 45% germanij dioksida.

Naknadne transformacije malo će ovisiti o vrsti sirovine. Germanijum se redukuje vodonikom (kao kod Winklera u 19. veku), međutim, germanijum oksid se prvo mora izolovati od brojnih nečistoća. Uspješna kombinacija Pokazalo se da su svojstva jednog jedinjenja germanijuma veoma korisna za rešavanje ovog problema.

Germanijum tetrahlorid GeCl4. je isparljiva tečnost koja ključa na samo 83,1°C. Zbog toga se prilično povoljno pročišćava destilacijom i rektifikacijom (u kvarcnim kolonama sa pakovanjem).

GeCl4 je gotovo nerastvorljiv u hlorovodoničkoj kiselini. To znači da za čišćenje možete koristiti otapanje nečistoća sa HCl.

Prečišćeni germanijum tetrahlorid se tretira vodom i prečišćava upotrebom jonoizmenjivačkih smola. Znak potrebne čistoće je povećanje otpornosti vode na 15-20 miliona Ohm cm.

Hidroliza GeCl4 nastaje pod uticajem vode:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Možda ćete primijetiti da pred sobom imamo jednadžbu za reakciju stvaranja germanij tetrahlorida “napisanu unazad”.

Zatim slijedi redukcija GeO2 korištenjem pročišćenog vodika:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Rezultat je germanij u prahu, koji se fuzionira i zatim prečišćava zonskim topljenjem. Ova metoda prečišćavanje je razvijeno davne 1952. godine posebno za prečišćavanje germanija.

Nečistoće neophodne da se germanijumu pruži jedna vrsta provodljivosti unose se u završnim fazama proizvodnje, odnosno tokom zonskog topljenja, kao i tokom rasta jednog kristala.

Aplikacija

Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u elektronici i tehnologiji u proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Najtanji filmovi germanijuma se talože na staklo i koriste kao otpor u radarskim instalacijama. Legure germanijuma razni metali koristi se u proizvodnji detektora i senzora. Germanij dioksid se široko koristi u proizvodnji naočara koji prenose infracrveno zračenje.

Germanijum telurid je dugo služio kao stabilan termoelektrični materijal, a takođe i kao komponenta termoelektričnih legura (termo-značenje emf sa 50 μV/K germanijum ima izuzetnu stratešku ulogu u proizvodnji prizmi i sočiva). infracrvena optika. Najveći potrošač germanijuma je infracrvena optika koja se koristi u kompjuterska tehnologija, sistemi za nišanjenje i navođenje projektila, uređaji za noćno osmatranje, mapiranje i istraživanje zemljine površine sa satelita. Germanijum se takođe široko koristi u sistemima optičkih vlakana (dodatak germanijum tetrafluorida staklenim vlaknima), kao iu poluprovodničkim diodama.

Germanij je, kao klasični poluvodič, postao ključ za rješavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodonika, ali ne i tekućeg helijuma. Kao što znate, vodonik prelazi u tečno stanje iz gasovitog stanja kada dostigne temperaturu od -252,6°C, odnosno 20,5°K. Sedamdesetih godina razvijen je film od germanijuma i niobija čija je debljina bila samo nekoliko hiljada atoma. Ovaj film je sposoban da održi supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.

Topljenjem indija u HES ploču, stvarajući tako područje sa takozvanom provodljivošću rupa, dobija se ispravljački uređaj, tj. dioda. Dioda ima svojstvo odašiljanja struja u jednom pravcu: elektronska oblast iz oblasti sa provodljivošću rupa. Nakon spajanja indija na obje strane hidroelektrične ploče, ova ploča se pretvara u bazu tranzistora. Po prvi put u svijetu, tranzistor napravljen od germanija stvoren je daleke 1948. godine, a samo dvadeset godina kasnije slični uređaji proizvedeni su u stotinama miliona.

Diode i triode na bazi germanija postale su široko korištene u televizorima i radijima, u širokom spektru primjena. merna oprema i računarskih uređaja.

Germanij se koristi i u drugim posebno važnim oblastima moderne tehnologije: pri mjerenju niskih temperatura, pri detekciji infracrvenog zračenja itd.

Za korištenje metle u svim ovim primjenama potreban je germanij vrlo visoke kemijske i fizičke čistoće. Hemijska čistoća je takva čistoća pri kojoj količina štetnih nečistoća ne smije biti veća od desetmilionitog procenta (10-7%). Fizička čistoća znači minimum dislokacija, minimum poremećaja u kristalnoj strukturi supstance. Da bi se to postiglo, monokristalni germanijum se posebno uzgaja. U ovom slučaju, cijeli metalni ingot je samo jedan kristal.

Da bi se to postiglo, na površinu rastopljenog germanijuma postavlja se kristal germanijuma, „sjeme“, koji se automatskim uređajem postepeno podiže, dok je temperatura taljenja nešto viša od tačke topljenja germanijuma (937 °C). “Sjeme” se rotira tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se prilikom takvog rasta dešava isto što i prilikom zonskog topljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Fizička svojstva

Vjerovatno je malo čitatelja ovog članka imalo priliku vizualno vidjeti vanadijum. Sam element je prilično oskudan i skupa roba široke potrošnje se ne pravi od njega, ali je njihovo punjenje germanijum koji se može naći u njemu električnih aparata tako mali da je nemoguće vidjeti metal.

Neke referentne knjige navode da germanijum ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija direktno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može izgledati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnasto.

Germanij je toliko rijedak metal da se cijena njegovih poluga može uporediti sa cijenom zlata. Germanij karakterizira povećana krhkost, koja se može porediti samo sa staklom. Spolja, germanijum je prilično blizak silicijumu. Ova dva elementa su i konkurenti za titulu najvažnijeg poluprovodnika i analoga. Iako neki tehnička svojstva elementi su slični po mnogo čemu, uključujući i vanjski izgled materijala, germanij je vrlo lako razlikovati od silicija; Gustina silicijuma je 2,33 g/cm3, a gustina germanijuma 5,33 g/cm3.

Ali ne možemo nedvosmisleno govoriti o gustini germanijuma, jer brojka 5,33 g/cm3 se odnosi na germanijum-1. To je jedna od najvažnijih i najčešćih modifikacija pet alotropskih modifikacija elementa 32. Četiri od njih su kristalna, a jedna je amorfna. Germanij-1 je najlakša modifikacija od četiri kristalna. Njegovi kristali su građeni potpuno isto kao i kristali dijamanata, a = 0,533 nm. Međutim, ako je za ugljik ova struktura što gušća, onda za germanij postoje i gušće modifikacije. Umjerena vrućina i visokog pritiska(oko 30 hiljada atmosfera na 100 °C) pretvara germanijum-1 u germanijum-2, čija je struktura kristalne rešetke potpuno ista kao kod belog kalaja. Slična metoda se koristi za dobivanje germanija-3 i germanija-4, koji su još gušće. Sve ove "ne baš obične" modifikacije su superiornije od germanija-1 ne samo po gustoći, već i po električnoj vodljivosti.

Gustina tečnog germanijuma je 5,557 g/cm3 (na 1000°C), tačka topljenja metala je 937,5°C; tačka ključanja je oko 2700°C; vrijednost koeficijenta toplotne provodljivosti je približno 60 W / (m (K), ili 0,14 cal / (cm (sec (deg)) na temperaturi od 25 ° C. Na uobičajenim temperaturama, čak i čisti germanij je krhak, ali kada dostiže 550°C počinje davati plastičnu deformaciju Na mineraloškoj skali, tvrdoća germanijuma je od 6 do 6,5 vrednost koeficijenta stišljivosti (u opsegu pritiska od 0 do 120 GN/m2, odnosno od 0). do 12000 kgf/mm2) je 1,4 10-7 m 2 /mn (ili 1,4·10-6 cm 2 /kgf) je 0,6 n/m (ili 600 dina/cm).

Germanijum je tipičan poluprovodnik sa veličinom pojasa od 1,104·10 -19, ili 0,69 eV (na temperaturi od 25 °C); germanijum visoke čistoće ima specifičnu električnu otpornost od 0,60 oma (m (60 ohm (cm) (25 °C); pokretljivost elektrona je 3900, a pokretljivost rupa 1900 cm 2 /v. sec (na 25 °C i sadržaju 8% nečistoća za infracrvene zrake čija je talasna dužina veća od 2 mikrona, metal je providan.

Germanij je prilično krhak, ne može se obraditi toplim ili hladnim pritiskom do temperature ispod 550 °C, ali ako temperatura postane viša, metal je duktilan. Tvrdoća metala na mineraloškoj skali je 6,0-6,5 (germanijum se pili u ploče pomoću metalnog ili dijamantskog diska i abraziva).

Hemijska svojstva

Germanijum, kada se nalazi u hemijskim jedinjenjima, obično pokazuje drugu i četvrtu valenciju, ali jedinjenja četvorovalentnog germanijuma su stabilnija. Germanij je na sobnoj temperaturi otporan na vodu, zrak, kao i alkalne otopine i razrijeđene koncentrate sumporne ili klorovodične kiseline, ali se element prilično lako otapa u aqua regia ili alkalnoj otopini vodikovog peroksida. Element se polako oksidira djelovanjem dušične kiseline. Kada temperatura u zraku dostigne 500-700 °C, germanij počinje oksidirati u okside GeO 2 i GeO. (IV) germanijum oksid je beli prah sa tačkom topljenja od 1116°C i rastvorljivosti u vodi od 4,3 g/l (na 20°C). Prema svojim hemijskim svojstvima, supstanca je amfoterna, rastvorljiva u alkalijama, a teško u mineralnoj kiselini. Dobija se penetracijom hidratantnog taloga GeO 3 nH 2 O, koji se oslobađa tokom hidrolize. , može se dobiti fuzijom GeO 2 i drugih oksida.

Kao rezultat interakcije germanija i halogena, mogu nastati odgovarajući tetrahalidi. Reakcija se najlakše odvija sa hlorom i fluorom (čak i na sobnoj temperaturi), zatim sa jodom (temperatura 700-800 °C, prisustvo CO) i bromom (na niskoj temperaturi). Jedno od najvažnijih jedinjenja germanijuma je tetrahlorid (formula GeCl 4). To je bezbojna tečnost sa tačkom topljenja od 49,5 °C, tačkom ključanja od 83,1 °C i gustinom od 1,84 g/cm3 (na 20 °C). Supstanca se snažno hidrolizira vodom, oslobađajući talog hidratiziranog oksida (IV). Tetrahlorid se dobija hlorisanjem metalnog germanijuma ili reakcijom GeO 2 ooksida i koncentrovane hlorovodonične kiseline. Poznati su i germanijumski dihalidi opšte formule GeX 2, heksahlorodigerman Ge 2 Cl 6, GeCl monohlorid, kao i germanijum oksihloridi (na primer CeOCl 2).

Kada se dostigne 900-1000 °C, sumpor snažno stupa u interakciju sa germanijumom, formirajući GeS 2 disulfid. To je bela čvrsta supstanca sa tačkom topljenja od 825 °C. Moguće je i stvaranje monosulfidnog GeS i sličnih jedinjenja germanijuma sa telurom i selenom, koji su poluprovodnici. Na temperaturi od 1000-1100 °C, vodonik blago reaguje sa germanijumom, formirajući germin (GeH) X, koji je nestabilno i veoma isparljivo jedinjenje. Vodonik germanidi serije Ge n H 2n + 2 do Ge 9 H 20 mogu nastati reakcijom germanida sa razrijeđenim HCl. Poznat je i germilen sa sastavom GeH 2. Germanijum ne reaguje direktno sa azotom, ali postoji nitrid Ge 3 N 4, koji se dobija kada se germanijum izloži amonijaku (700-800°C). Germanijum ne reaguje sa ugljenikom. Sa mnogim metalima, germanijum se formira razne veze- Germanidi.

Mnogo je poznatih kompleksnih jedinjenja germanijuma, koja postaju sve važnija u analitičkoj hemiji elementa germanijuma, kao i u procesima dobijanja hemijski element. Germanijum je sposoban da formira kompleksna jedinjenja sa organskim molekulima koji sadrže hidroksil ( polihidričnim alkoholima, polibazične kiseline i druge). Postoje i germanijumske heteropolikiseline. Kao i drugi elementi grupe IV, germanijum tipično formira organometalna jedinjenja. Primjer je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.