Գերմանիումի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները. գերմանիումի տարր

Գերմանիում(լատ. Germanium), Ge, Մենդելեևի պարբերական համակարգի IV խմբի քիմիական տարր; սերիական համարը 32, ատոմային զանգված 72,59; մոխրագույն-սպիտակ պինդ մետաղական փայլով: Բնական գերմանիումը 70, 72, 73, 74 և 76 զանգվածային թվերով հինգ կայուն իզոտոպների խառնուրդ է: Գերմանիայի գոյությունը և հատկությունները կանխատեսվել են 1871 թվականին Դ.Ի. սիլիցիում. 1886 թվականին գերմանացի քիմիկոս Կ.Վինքլերը հայտնաբերել է նոր տարր արգիրոդիտ միներալում, որը նա անվանել է Գերմանիա՝ ի պատիվ իր երկրի; Գերմանիումը միանգամայն նույնական է էկազիլենցիայի հետ: Մինչև 20-րդ դարի երկրորդ կեսը գործնական օգտագործումԳերմանիան մնաց շատ սահմանափակ։ Արդյունաբերական արտադրությունը Գերմանիայում առաջացել է կիսահաղորդչային էլեկտրոնիկայի զարգացման հետ կապված։

Գերմանիումի ընդհանուր պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է 7·10 -4% զանգվածով, այսինքն՝ ավելի, քան, օրինակ, անտիմոնը, արծաթը, բիսմութը։ Այնուամենայնիվ, Գերմանիայի սեփական հանքանյութերը չափազանց հազվադեպ են: Գրեթե բոլորը սուլֆոսալտեր են՝ գերմանիտ Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, արգիրոդիտ Ag 8 GeS 6, կոնֆիլդիտ Ag 8 (Sn, Ge)S 6 և այլն։ Գերմանիայի հիմնական մասը ցրված է երկրի ընդերքում մեծ քանակությամբ: ժայռերև միներալներ՝ գունավոր մետաղների սուլֆիդային հանքաքարերում, երկաթի հանքաքարերում, որոշ օքսիդային միներալներում (քրոմիտ, մագնետիտ, ռուտիլ և այլն), գրանիտներում, դիաբազներում և բազալտներում։ Բացի այդ, գերմանիումը առկա է գրեթե բոլոր սիլիկատներում, ածխի և նավթի որոշ հանքավայրերում:

Ֆիզիկական հատկություններ Գերմանիա.Գերմանիումը բյուրեղանում է ադամանդի տիպի խորանարդ կառուցվածքում, միավոր բջջային պարամետր a = 5,6575Å: Պինդ գերմանիումի խտությունը 5,327 գ/սմ 3 է (25°C); հեղուկ 5.557 (1000°C); t pl 937,5°C; bp մոտ 2700 ° C; ջերմահաղորդականության գործակիցը ~60 Վտ/(մ Կ) կամ 0,14 կկալ/(սմ վրկ աստիճան) 25°C-ում: Նույնիսկ շատ մաքուր գերմանիումը սովորական ջերմաստիճանում փխրուն է, բայց 550°C-ից բարձր այն կարող է ենթարկվել պլաստիկ դեֆորմացման: Կարծրություն Գերմանիա հանքաբանական մասշտաբով 6-6,5; սեղմելիության գործակիցը (ճնշման միջակայքում 0-120 Gn/m 2, կամ 0-12000 kgf/mm 2) 1.4 10 -7 m 2 /mn (1.4 10 -6 սմ 2 /kgf); Մակերեւութային լարվածությունը 0,6 Ն/մ (600 դին/սմ): Գերմանիումը տիպիկ կիսահաղորդիչ է՝ 1,104 10 -19 Ջ կամ 0,69 էՎ (25°C) գոտու բացվածքով; էլեկտրական դիմադրողականություն բարձր մաքրության Գերմանիա 0.60 ohm-m (60 ohm-cm) 25°C-ում; էլեկտրոնների շարժունակությունը 3900 է, իսկ անցքերի շարժունակությունը՝ 1900 սմ 2/վ վրկ (25 ° C) (10-8%-ից պակաս անմաքրության պարունակությամբ): Թափանցիկ է ինֆրակարմիր ճառագայթների նկատմամբ, որոնց ալիքի երկարությունը գերազանցում է 2 մկմ:

Քիմիական հատկություններ Գերմանիա.Քիմիական միացություններում գերմանիումը սովորաբար ցուցադրում է 2 և 4 վալենտներ, իսկ 4-վալենտ գերմանի միացություններն ավելի կայուն են: Սենյակային ջերմաստիճանում գերմանիումը դիմացկուն է օդի, ջրի, ալկալային լուծույթների, նոսր աղաթթուների և ծծմբական թթուների նկատմամբ, սակայն հեշտությամբ լուծվում է ջրային ռեգիաում և ջրածնի պերօքսիդի ալկալային լուծույթում։ Ազոտական ​​թթուն դանդաղորեն օքսիդանում է: Երբ օդում տաքացվում է մինչև 500-700°C, գերմանիումը օքսիդանում է մինչև GeO և GeO 2 օքսիդներ։ Գերմանիայի օքսիդ (IV) - սպիտակ փոշի t pl 1116 ° C; լուծելիությունը ջրում 4,3 գ/լ (20°C): Ըստ իր քիմիական հատկությունների՝ այն ամֆոտեր է, լուծելի է ալկալիներում և դժվարությամբ՝ հանքային թթուներում։ Այն ստացվում է հիդրատացված նստվածքի (GeO 3 nH 2 O) կալցինացման միջոցով, որն ազատվում է GeCl 4 տետրաքլորիդի հիդրոլիզի ժամանակ։ GeO 2-ի միաձուլումից այլ օքսիդների հետ կարելի է ձեռք բերել գերմանական թթու-մետաղական գերմանատների ածանցյալներ (Li 2 GeO 3 , Na 2 GeO 3 և այլն) - բարձր հալման ջերմաստիճան ունեցող պինդ մարմիններ:

Երբ գերմանիումը փոխազդում է հալոգենների հետ, առաջանում են համապատասխան տետրահալիդներ։ Ռեակցիան առավել հեշտ է ընթանում ֆտորով և քլորով (արդեն սենյակային ջերմաստիճանում), այնուհետև բրոմով (թույլ տաքացում) և յոդով (700-800°C-ում CO-ի առկայության դեպքում)։ Ամենակարևոր միացություններից մեկը Գերմանիայի GeCl 4 տետրաքլորիդը անգույն հեղուկ է. t pl -49,5°C; bp 83.1°C; խտությունը 1,84 գ/սմ 3 (20°C): Ջուրն ուժեղ հիդրոլիզվում է հիդրատացված օքսիդի նստվածքի արտազատմամբ (IV): Այն ստացվում է մետաղական Գերմանիայի քլորացման կամ GeO 2-ի խտացված HCl-ի հետ փոխազդեցության արդյունքում։ Հայտնի են նաև Գերմանիայի դիհալիդները՝ GeX 2, GeCl մոնոքլորիդ, Ge 2 Cl 6 հեքսաքլորդիգերման և Գերմանիայի օքսիքլորիդներ (օրինակ՝ CeOCl 2)։

Ծծումբն ակտիվորեն փոխազդում է Գերմանիայի հետ 900-1000°C ջերմաստիճանում՝ ձևավորելով GeS 2 դիսուլֆիդ՝ սպիտակ պինդ, մ.թ. 825°C: Նկարագրված են նաև GeS մոնոսուլֆիդը և Գերմանիայի նմանատիպ միացությունները սելենի և թելուրի հետ, որոնք կիսահաղորդիչներ են։ Ջրածինը 1000-1100°C ջերմաստիճանում փոքր-ինչ փոխազդում է գերմանիումի հետ՝ առաջացնելով բողբոջ (GeH) X՝ անկայուն և հեշտությամբ ցնդող միացություն։ Գերմանիդները նոսր աղաթթվի հետ փոխազդելով՝ կարելի է ստանալ Ge n H 2n+2-ից մինչև Ge 9 H 20 շարքի գերմանաջրածիններ։ Հայտնի է նաև գերմիլենային GeH 2 բաղադրությունը։ Գերմանիումը ուղղակիորեն չի փոխազդում ազոտի հետ, սակայն կա Ge 3 N 4 նիտրիդ, որը ստացվում է գերմանիումի վրա ամոնիակի ազդեցությամբ 700-800°C ջերմաստիճանում։ Գերմանիումը չի փոխազդում ածխածնի հետ։ Գերմանիումը միացություններ է առաջացնում բազմաթիվ մետաղների հետ՝ գերմանիդներ։

Հայտնի են Գերմանիայի բազմաթիվ բարդ միացություններ, որոնք գնալով ավելի կարևոր են դառնում ինչպես գերմանիումի անալիտիկ քիմիայում, այնպես էլ դրա պատրաստման գործընթացներում։ Գերմանիումը բարդ միացություններ է առաջացնում օրգանական հիդրօքսիլ պարունակող մոլեկուլների հետ (պոլիհիդրային սպիրտներ, պոլիբազային թթուներ և այլն)։ Ստացվել են հետերոպոլիաթթուներ Գերմանիա. Ինչպես նաև IV խմբի այլ տարրերի համար, Գերմանիային բնորոշ է մետաղական օրգանական միացությունների ձևավորումը, որոնց օրինակն է տետրաէթիլգերման (C 2 H 5) 4 Ge 3։

Ստանալով Գերմանիա.Արդյունաբերական պրակտիկայում գերմանիան ստանում են հիմնականում 0,001-0,1% Գերմանիա պարունակող գունավոր մետաղների հանքաքարերի վերամշակման ենթամթերքից (ցինկի խառնուրդ, ցինկ-պղինձ-կապար բազմամետաղային խտանյութեր): Որպես հումք օգտագործվում են նաև ածուխի այրման մոխիրը, գազի գեներատորների փոշին և կոքսի գործարանների թափոնները։ Սկզբնապես թվարկված աղբյուրներից տարբեր ճանապարհներ, կախված հումքի բաղադրությունից, ստանում են գերմանիումի խտանյութ (2-10% Գերմանիա)։ Խտանյութից Գերմանիայի արդյունահանումը սովորաբար ներառում է հետևյալ փուլերը՝ 1) խտանյութի քլորացումը աղաթթվով, դրա խառնուրդը քլորի հետ ջրային միջավայրում կամ այլ քլորացնող նյութերի՝ տեխնիկական GeCl 4 ստանալու համար։ GeCl 4-ը մաքրելու համար օգտագործվում է կեղտերի խտացում և արդյունահանում խտացված HCl-ով: 2) GeCl 4-ի հիդրոլիզը և հիդրոլիզի արտադրանքի կալցինացումը GeO 2 ստանալու համար: 3) Ջրածնով կամ ամոնիակով GeO 2-ի վերածումը մետաղի. Շատ մաքուր գերմանիումը մեկուսացնելու համար, որն օգտագործվում է կիսահաղորդչային սարքերում, մետաղը հալեցնում են ըստ գոտիների։ Միաբյուրեղային գերմանիումը, որն անհրաժեշտ է կիսահաղորդչային արդյունաբերության համար, սովորաբար ստանում են զոնայի հալման կամ Չոխրալսկու մեթոդով։

Դիմում Գերմանիա.Գերմանիումը ժամանակակից կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի ամենաարժեքավոր նյութերից մեկն է: Օգտագործվում է դիոդներ, տրիոդներ, բյուրեղային դետեկտորներ և ուժային ուղղիչներ պատրաստելու համար։ Միաբյուրեղային գերմանիումը օգտագործվում է նաև դոզիմետրիկ գործիքներում և գործիքներում, որոնք չափում են մշտական ​​և փոփոխական մագնիսական դաշտերի ինտենսիվությունը։ Գերմանիայում կիրառման կարևոր ոլորտ է ինֆրակարմիր տեխնոլոգիան, մասնավորապես դետեկտորների արտադրությունը ինֆրակարմիր ճառագայթումաշխատում է 8-14 մկմ տարածքում։ Գերմանիում պարունակող շատ համաձուլվածքներ, GeO2-ի վրա հիմնված ապակիներ և գերմանիումի այլ միացություններ խոստումնալից են գործնական օգտագործման համար:

1870 թվականին Դ.Ի. Մենդելեևը պարբերական օրենքի հիման վրա կանխատեսել է IV խմբի դեռ չբացահայտված տարրը՝ այն անվանելով ekasilicium և նկարագրել նրա հիմնական հատկությունները։ 1886 թվականին գերմանացի քիմիկոս Կլեմենս Վինկլերը հանքանյութի արգիրոդիտի քիմիական անալիզի ժամանակ հայտնաբերեց այս քիմիական տարրը։ Ի սկզբանե Վինքլերը ցանկանում էր նոր տարրը անվանել «նեպտունիում», սակայն այս անվանումն արդեն տրվել էր առաջարկվող տարրերից մեկին, ուստի տարրը կոչվեց գիտնականի հայրենիքի՝ Գերմանիայի անունով։

Լինելով բնության մեջ, ստանալով.

Գերմանիումը հանդիպում է սուլֆիդային հանքաքարերում, երկաթի հանքաքարում և հանդիպում է գրեթե բոլոր սիլիկատներում։ Գերմանիում պարունակող հիմնական միներալները՝ արգիրոդիտ Ag 8 GeS 6, կոնֆիլդիտ Ag 8 (Sn, Ce)S 6, ստոտիտ FeGe(OH) 6, գերմանիտ Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, ռենիերիտ Cu 3։ (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4:
Հանքաքարի հարստացման և դրա կոնցենտրացիայի բարդ և ժամանակատար գործողությունների արդյունքում գերմանիումը մեկուսացվում է GeO 2 օքսիդի տեսքով, որը 600°C-ում ջրածնով վերածվում է պարզ նյութի։
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Գերմանիումը զտվում է գոտու հալման միջոցով, ինչը այն դարձնում է քիմիապես ամենամաքուր նյութերից մեկը:

Ֆիզիկական հատկություններ:

Մոխրագույն-սպիտակ պինդ մետաղական փայլով (mp 938°C, bp 2830°C)

Քիմիական հատկություններ.

ժամը նորմալ պայմաններգերմանիան դիմացկուն է օդի և ջրի, ալկալիների և թթուների նկատմամբ, լուծվում է ջրային ռեգիաներում և ջրածնի պերօքսիդի ալկալային լուծույթում։ Գերմանիումի օքսիդացման վիճակները նրա միացություններում՝ 2, 4։

Ամենակարևոր կապերը.

Գերմանիումի (II) օքսիդ, GeO, մոխրագույն-սև, մի փոքր արև. ներսում, երբ ջեռուցվում է, այն անհամաչափ է՝ 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Գերմանիումի (II) հիդրօքսիդ Ge(OH) 2, կարմիր-նարնջագույն: բյուրեղյա,
գերմանիում (II) յոդիդ, GeI 2, դեղին կր., սոլ. ջրի մեջ, հիդրոլ. ցտեսություն
Գերմանիում (II) հիդրիդ, GeH 2 , tv. սպիտակ por., հեշտությամբ օքսիդացված: և քայքայվել:

Գերմանիումի (IV) օքսիդ, GeO 2, սպիտակ բյուրեղներ, ամֆոտերային, ստացված քլորիդի, սուլֆիդի, գերմանիումի հիդրիդի հիդրոլիզից կամ գերմանիումի ազոտական ​​թթվի հակազդեցությունից։
Գերմանիումի (IV) հիդրօքսիդ, (գերմանական թթու), H 2 GeO 3, թույլ. unst. երկկողմանի to-ta, բողբոջել աղեր, օրինակ. նատրիումի գերմանատ, Na 2 GeO 3, սպիտակ բյուրեղյա, սոլ. ջրի մեջ; հիգրոսկոպիկ. Կան նաև Na 2 հեքսահիդրոքսոգերմանատներ (օրթո–գերմանատներ) և պոլիգերմանատներ
Գերմանիում (IV) սուլֆատ, Ge(SO 4) 2, անգույն։ cr., ջրով հիդրոլիզացված մինչև GeO 2, ստացված գերմանիումի (IV) քլորիդը ծծմբային անհիդրիդով տաքացնելով 160 ° C ջերմաստիճանում. GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Գերմանիում (IV) հալոգենիդներ, ֆտորիդ GeF 4 - լավագույնները: գազ, հում հիդրոլ., փոխազդում է HF-ի հետ՝ առաջացնելով H 2 - գերմանոֆտորաթթու՝ GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
քլորիդ GeCl 4, անգույն: հեղուկ, հիդր., բրոմիդ GeBr 4 , ser. քր. կամ անգույն: հեղուկ, լուծ. օրգ. միաբանություն,
յոդիդ GeI 4, դեղին-նարնջագույն: քր., դանդաղ. հիդր., սոլ. օրգ. միաբանություն
Գերմանիում (IV) սուլֆիդ, GeS 2, սպիտակ կր., վատ սոլ. ջրում, հիդրոլ., արձագանքում է ալկալիների հետ.
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, առաջացնելով գերմանատներ և թիոգերմանատներ:
Գերմանիում (IV) հիդրիդ, «գերմանական», GeH 4 , անգույն գազ, տետրամեթիլգերման Ge(CH 3) 4, տետրաէթիլգերման Ge(C 2 H 5) 4 - անգույն օրգանական ածանցյալներ: հեղուկներ.

Դիմում:

Ամենակարևոր կիսահաղորդչային նյութը, կիրառման հիմնական ոլորտները՝ օպտիկա, ռադիոէլեկտրոնիկա, միջուկային ֆիզիկա։

Գերմանիումի միացությունները մի փոքր թունավոր են: Գերմանիումը միկրոտարր է, որը մարդու օրգանիզմում բարձրացնում է օրգանիզմի իմունային համակարգի արդյունավետությունը, պայքարում է քաղցկեղի դեմ և նվազեցնում ցավը։ Նշվում է նաև, որ գերմանիան նպաստում է թթվածնի տեղափոխմանը մարմնի հյուսվածքներ և հանդիսանում է հզոր հակաօքսիդանտ՝ օրգանիզմում ազատ ռադիկալների արգելափակում:
Մարդու օրգանիզմի օրական պահանջը 0,4–1,5 մգ է։
Սխտորը պարենային ապրանքների մեջ գերմանիումի պարունակությամբ առաջատարն է (750 մկգ գերմանիում 1 գ մեխակի չոր զանգվածի համար):

Նյութը պատրաստել են Տյումենի պետական ​​համալսարանի ֆիզիկայի և քիմիայի ինստիտուտի ուսանողները
Դեմչենկո Յու.Վ., Բորնովոլոկովա Ա.Ա.
Աղբյուրներ:
Germanium//Wikipedia./ URL՝ http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (մուտքի ամսաթիվ՝ 06/13/2014)։
Germanium//Allmetals.ru/URL՝ http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (մուտքի ամսաթիվը՝ 06/13/2014):

Գերմանիում

ԳԵՐՄԱՆԻԱ- Ես; մ.Քիմիական տարր (Ge), մոխրասպիտակավուն պինդ՝ մետաղական փայլով (հիմնական կիսահաղորդչային նյութն է)։ Գերմանիումի ափսե.

◁ Գերմանիում, րդ, թ. G-րդ հումք. G. ձուլակտոր.

(լատ. Germanium), պարբերական համակարգի IV խմբի քիմիական տարր։ Անունը լատիներեն Germania - Գերմանիա, ի պատիվ Կ.Ա.Վինքլերի հայրենիքի: Արծաթագույն մոխրագույն բյուրեղներ; խտությունը 5.33 գ / սմ 3, տ pl 938,3ºC: Բնության մեջ ցրված է (սեփական հանքանյութերը հազվադեպ են); արդյունահանված գունավոր մետաղների հանքաքարերից։ Կիսահաղորդչային նյութ էլեկտրոնային սարքերի համար (դիոդներ, տրանզիստորներ և այլն), համաձուլվածքային բաղադրիչ, IR սարքերի ոսպնյակների նյութ, իոնացնող ճառագայթման դետեկտորներ։

ԳԵՐՄԱՆԻՈՒՄ (լատ. Germanium), Ge (կարդալ՝ «hertempmanium»), քիմիական տարր՝ ատոմային համարով 32, ատոմային զանգվածը՝ 72,61։ Բնական գերմանիումը բաղկացած է հինգ իզոտոպներից՝ 70 զանգվածային թվերով (բնական խառնուրդում պարունակությունը 20,51% զանգվածային է), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) և 76 (7,76%)։ Արտաքին էլեկտրոնային շերտի կոնֆիգուրացիա 4 ս 2 էջ 2 . Օքսիդացման վիճակներ +4, +2 (IV, II վալենտներ): Այն գտնվում է IVA խմբում, տարրերի պարբերական աղյուսակում 4-րդ շրջանում։
Հայտնաբերման պատմություն
Հայտնաբերվել է Կ.Ա.Վինքլերի կողմից (սմ.ՎԻՆՔԼԵՐ Կլեմենս Ալեքսանդր)(և անվանվել է իր հայրենիքի անունով՝ Գերմանիա) 1886 թվականին Ag 8 GeS 6 հանքային արգիրոդիտը վերլուծելիս այս տարրի և նրա որոշ հատկությունների առկայությունից հետո կանխատեսել է Դ. Ի. Մենդելեևը։ (սմ.ՄԵՆԴԵԼԵՎ Դմիտրի Իվանովիչ).
Բնության մեջ լինելը
Երկրակեղևում պարունակությունը կազմում է 1,5 10 -4%՝ ըստ քաշի։ Անդրադառնում է ցրված տարրերին: Բնության մեջ այն ազատ ձևով չի հանդիպում։ Որպես անմաքրություն պարունակվում է սիլիկատներում, նստվածքային երկաթում, բազմամետաղային, նիկելի և վոլֆրամի հանքաքարերում, ածուխներում, տորֆում, յուղերում, ջերմային ջրերում և ջրիմուռներում։ Ամենակարևոր հանքանյութերը՝ գերմանիտ Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, ստոտիտ FeGe (OH) 6, պլամբոգերմանիտ (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, արգիրոդիտ Ag. 8 GeS 6, rhenierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4:
Գերմանիումի ձեռքբերում
Գերմանիում ստանալու համար օգտագործվում են գունավոր մետաղների հանքաքարերի վերամշակման, ածխի այրման մոխրի և կոքսի քիմիայի որոշ ենթամթերքներ։ Ge պարունակող հումքը հարստացվում է ֆլոտացիայի միջոցով: Այնուհետև խտանյութը վերածվում է GeO 2 օքսիդի, որը վերականգնվում է ջրածնով (սմ.ՋՐԱԾԻՆ):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Կիսահաղորդչային մաքրության գերմանիումը՝ 10 -3 -10 -4% կեղտոտ պարունակությամբ, ստացվում է գոտիային հալման միջոցով (սմ.ԳՈՏԻ ՀԱԼՔՈՒՄ), բյուրեղացում (սմ.Բյուրեղացում)կամ ցնդող մոնոգերմանի թերմոլիզ GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
որը առաջանում է ակտիվ մետաղների միացությունների Ge-գերմանիդների հետ թթուներով տարրալուծման ժամանակ.
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ
Գերմանիումը արծաթափայլ նյութ է՝ մետաղական փայլով։ Բյուրեղային ցանցի կայուն ձևափոխում (Ge I), խորանարդ, դեմքի կենտրոնացված ադամանդի տեսակ, բայց= 0,533 նմ (բարձր ճնշումների դեպքում ստացվել են երեք այլ փոփոխություններ): Հալման կետը 938,25 ° C, եռման կետը 2850 ° C, խտությունը 5,33 կգ / դմ 3: Այն ունի կիսահաղորդչային հատկություններ, ժապավենի բացը 0,66 էՎ է (300 K-ում): Գերմանիումը թափանցիկ է ինֆրակարմիր ճառագայթման համար, որի ալիքի երկարությունը 2 մկմ է:
Ge-ի քիմիական հատկությունները նման են սիլիցիումի հատկություններին։ (սմ.ՍԻԼԻԿՈՆ). ժամը նորմալ պայմաններդիմացկուն է թթվածնի նկատմամբ (սմ.ԹԹՎԱԾԻՆ), ջրի գոլորշի, նոսր թթուներ։ Ուժեղ բարդացնող նյութերի կամ օքսիդացնող նյութերի առկայության դեպքում, երբ տաքացվում է, Ge-ն արձագանքում է թթուների հետ.
Ge + H 2 SO 4 conc \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 կոնց. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge-ն արձագանքում է aqua regia-ի հետ (սմ. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O:
Ge-ն փոխազդում է ալկալային լուծույթների հետ օքսիդացնող նյութերի առկայության դեպքում.
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2:
Երբ օդում տաքացվում է մինչև 700 °C, Ge-ն բռնկվում է։ Ge-ն հեշտությամբ փոխազդում է հալոգենների հետ (սմ.ՀԱԼՈԳԵՆՆԵՐ)և մոխրագույն (սմ.Ծծումբ):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Ջրածնի հետ (սմ.ՋՐԱԾԻՆ), ազոտ (սմ.ԱԶՈՏ), Ածխածին (սմ.ԱԾԽԱԾԻՆ)գերմանիան ուղղակիորեն չի մտնում ռեակցիայի մեջ, այս տարրերով միացությունները ստացվում են անուղղակիորեն: Օրինակ, Ge 3 N 4 նիտրիդը ձևավորվում է գերմանիումի երկիոդիդ GeI 2 հեղուկ ամոնիակում լուծելով.
GeI 2 + NH 3 հեղուկ -> n -> Ge 3 N 4
Գերմանիումի օքսիդը (IV), GeO 2, սպիտակ բյուրեղային նյութ է, որը գոյություն ունի երկու փոփոխությամբ: Փոփոխություններից մեկը մասամբ լուծվում է ջրում՝ բարդ գերմանական թթուների ձևավորմամբ։ Ցույց է տալիս ամֆոտերային հատկություններ:
GeO 2-ը փոխազդում է ալկալիների հետ որպես թթվային օքսիդ.
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2-ը փոխազդում է թթուների հետ.
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalides-ը ոչ բևեռային միացություններ են, որոնք հեշտությամբ հիդրոլիզվում են ջրի միջոցով:
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Տետրահալիդները ստացվում են ուղղակի փոխազդեցությամբ.
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
կամ ջերմային տարրալուծում.
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Գերմանիումի հիդրիդները քիմիապես նման են սիլիցիումի հիդրիդներին, սակայն GeH 4 մոնոգերմանն ավելի կայուն է, քան SiH 4 մոնոսիլանը։ Գերմանները կազմում են հոմոլոգ շարքեր Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n և այլն, բայց այս շարքերը ավելի կարճ են, քան սիլանները։
Monogermane GeH 4-ը օդում կայուն գազ է և չի փոխազդում ջրի հետ: Երկարատև պահպանման ժամանակ այն քայքայվում է H 2 և Ge. Մոնոջերմանն ստացվում է գերմանիումի երկօքսիդի GeO 2-ի վերականգնումից NaBH 4 նատրիումի բորոհիդրիդով:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2:
Շատ անկայուն GeO մոնօքսիդը ձևավորվում է գերմանիումի և GeO2 երկօքսիդի խառնուրդի չափավոր տաքացումից.
Ge + GeO 2 = 2GeO:
Ge(II) միացությունները հեշտությամբ անհամաչափ են Ge-ի արտազատման հետ.
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Գերմանիումի դիսուլֆիդ GeS 2-ը սպիտակ ամորֆ կամ բյուրեղային նյութ է, որը ստացվում է H 2 S-ի նստեցմամբ GeCl 4-ի թթվային լուծույթներից.
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2-ը լուծվում է ալկալիների և ամոնիումի կամ ալկալիական մետաղների սուլֆիդների մեջ.
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge-ն կարող է լինել օրգանական միացությունների մաս։ Հայտնի են (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH և այլն։
Դիմում
Գերմանիումը կիսահաղորդչային նյութ է, որն օգտագործվում է ճարտարագիտության և ռադիոէլեկտրոնիկայի մեջ՝ տրանզիստորների և միկրոսխեմաների արտադրության մեջ: Ապակու վրա նստած Ge-ի բարակ թաղանթները օգտագործվում են որպես դիմադրություն ռադարային կայանքներում: Ge-ի համաձուլվածքները մետաղների հետ օգտագործվում են սենսորներում և դետեկտորներում։ Գերմանիումի երկօքսիդն օգտագործվում է ինֆրակարմիր ճառագայթներ փոխանցող ակնոցների արտադրության մեջ։

Հանրագիտարանային բառարան . 2009 .

Տեսեք, թե ինչ է «գերմանիումը» այլ բառարաններում.

Քիմիական տարր, որը հայտնաբերվել է 1886 թվականին Սաքսոնիայում հայտնաբերված հազվագյուտ հանքային արգիրոդիտում։ Ռուսերենում ներառված օտար բառերի բառարան. Chudinov A.N., 1910. germanium (անվանվել է տարրը հայտնաբերած գիտնականի հայրենիքի պատվին), քիմ. տարր, ... ... Ռուսաց լեզվի օտար բառերի բառարան

- (Germanium), Ge, պարբերական համակարգի IV խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 32, ատոմային զանգված 72,59; ոչ մետաղական; կիսահաղորդչային նյութ. Գերմանիումը հայտնաբերվել է գերմանացի քիմիկոս Կ.Վինքլերի կողմից 1886թ. Ժամանակակից հանրագիտարան

գերմանիա- Ge Group IV տարր համակարգեր; ժամը. n. 32, ժ. մ 72,59; հեռուստացույց. բան մետալիկով: փայլեր. Բնական Ge-ն 70, 72, 73, 74 և 76 զանգվածային թվերով հինգ կայուն իզոտոպների խառնուրդ է: Ge-ի գոյությունը և հատկությունները կանխատեսվել են 1871 թվականին Դ.Ի.-ի կողմից: Տեխնիկական թարգմանչի ձեռնարկ

Գերմանիում- (Germanium), Ge, պարբերական համակարգի IV խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 32, ատոմային զանգված 72,59; ոչ մետաղական; կիսահաղորդչային նյութ. Գերմանիումը հայտնաբերվել է գերմանացի քիմիկոս Կ. Վինքլերի կողմից 1886 թվականին: Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան

- (լատ. Germanium) Ge, պարբերական համակարգի IV խմբի քիմիական տարր, ատոմային համարը՝ 32, ատոմային զանգվածը՝ 72,59։ Անվանվել է լատինական Germania Germany-ից՝ ի պատիվ Կ.Ա.Վինքլերի հայրենիքի։ Արծաթագույն մոխրագույն բյուրեղներ; խտությունը 5.33 գ/սմ³, mp 938.3 ... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

- (խորհրդանիշ Ge), ՄԵՆԴԵԼԵՎԻ պարբերական աղյուսակի IV խմբի սպիտակ-մոխրագույն մետաղական տարր, որում կանխատեսվել են դեռևս չբացահայտված տարրերի, մասնավորապես՝ գերմանիումի (1871) հատկությունները։ Տարրը հայտնաբերվել է 1886 թվականին: Ցինկի ձուլման կողմնակի արտադրանքը ... ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

Ge (լատ. Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; and. germanio), քիմ. տարր IV խմբի պարբերական. Մենդելեևի համակարգերը, ատ.ս. 32, ժ. մ 72,59. Բնական Գ.-ն բաղկացած է 4 կայուն իզոտոպներից՝ 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Երկրաբանական հանրագիտարան

- (Ge), սինթետիկ միաբյուրեղ, PP, կետային համաչափության խումբ m3m, խտությունը 5,327 գ/սմ3, Tmelt=936 °C, պինդ. Մոհսի սանդղակով 6, ժամը. մ 72,60. Թափանցիկ IR տարածաշրջանում լ 1,5-ից մինչև 20 մկմ; օպտիկապես անիզոտրոպ, l=1,80 մկմ էֆ. բեկում n=4.143…… Ֆիզիկական հանրագիտարան

Առկա, հոմանիշների թիվը՝ 3 կիսահաղորդիչ (7) էկասիլիկ (1) տարր (159) ... Հոմանիշների բառարան

ԳԵՐՄԱՆԻԱ- քիմ. տարր, խորհրդանիշ Ge (lat. Germanium), ատ. n. 32, ժ. մ 72,59; փխրուն արծաթափայլ մոխրագույն բյուրեղային նյութ, խտությունը 5327 կգ/մ3, vil = 937,5°C։ Բնության մեջ ցրված; այն արդյունահանվում է հիմնականում ցինկի խառնուրդի մշակման և ... ... Մեծ պոլիտեխնիկական հանրագիտարան

Գերմանիայի անունով։ Այս երկրից մի գիտնական հայտնաբերեց և իրավունք ուներ այն անվանել ինչպես ուզում էր։ Այսպիսով, ստացել է գերմանիա.

Սակայն ոչ թե Մենդելեեւի բախտը բերեց, այլ Կլեմենս Վինկլերը։ Նրան հանձնարարվել է ուսումնասիրել արգիրոդիտ։ Հիմելֆուրսթի հանքավայրում հայտնաբերվել է նոր հանքանյութ, որը հիմնականում բաղկացած է.

Վինքլերը որոշել է քարի բաղադրության 93%-ը և մնացած 7%-ով փակուղի է մտել։ Եզրակացությունն այն էր, որ դրանք ներառում էին անհայտ տարր:

Ավելի ուշադիր վերլուծությունը տվել է իր պտուղները: հայտնաբերվել է գերմանիում. Սա մետաղ է: Ինչպե՞ս է այն օգտակար մարդկությանը: Այս մասին, և ոչ միայն, կպատմենք հետագա։

գերմանիումի հատկությունները

Գերմանիում - պարբերական համակարգի 32 տարր. Պարզվում է, որ մետաղն ընդգրկված է 4-րդ խմբում։ Թիվը համապատասխանում է տարրերի վալենտությանը։

Այսինքն՝ գերմանիումը հակված է 4 քիմիական կապ ստեղծելու։ Սա Վինքլերի հայտնաբերած տարրը նման է դարձնում:

Այստեղից էլ առաջացել է Մենդելեևի ցանկությունը՝ անվանել դեռևս չբացահայտված տարրը էկոսիլիցիում, որը նշվում է որպես Սի։ Դմիտրի Իվանովիչը նախապես հաշվարկել է 32-րդ մետաղի հատկությունները։

Գերմանիումը քիմիական հատկություններով նման է սիլիցիումին։ Թթուների հետ փոխազդում է միայն տաքացնելիս։ Ալկալիների հետ «շփվում» է օքսիդացնող նյութերի առկայության դեպքում:

Դիմացկուն է ջրի գոլորշիներին: Չի փոխազդում ջրածնի, ածխածնի հետ։ Գերմանիումը լուսավորվում է 700 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում: Ռեակցիան ուղեկցվում է գերմանիումի երկօքսիդի առաջացմամբ։

32-րդ տարրը հեշտությամբ փոխազդում է հալոգենների հետ։ Սրանք աղ գոյացնող նյութեր են աղյուսակի 17-րդ խմբից։

Որպեսզի չշփոթվենք, մենք նշում ենք, որ կենտրոնանում ենք նոր ստանդարտ. Հնում սա պարբերական աղյուսակի 7-րդ խումբն է։

Ինչ էլ որ լինի սեղանը, դրա մեջ մետաղները գտնվում են աստիճանավոր անկյունագծից ձախ: Բացառություն է 32-րդ տարրը։

Մեկ այլ բացառություն է. Նա կարող է նաև արձագանքել։ Անտիմոնը նստում է սուբստրատի վրա։

Ակտիվ փոխգործակցությունն ապահովված է. Ինչպես շատ մետաղներ, գերմանիումը ունակ է այրվել իր գոլորշիներում:

Արտաքինից գերմանիումի տարր, մոխրասպիտակավուն, ընդգծված մետաղական փայլով։

Վերանայելով ներքին կառուցվածքը, մետաղն ունի խորանարդ կառուցվածք։ Այն արտացոլում է տարրական բջիջներում ատոմների դասավորությունը:

Նրանք ձեւավորվում են նման խորանարդի: Ութ ատոմ գտնվում են գագաթներում: Կառույցը մոտ է վանդակաճաղին։

32-րդ տարրն ունի 5 կայուն իզոտոպ։ Նրանց ներկայությունը բոլորի սեփականությունն է Գերմանիումի ենթախմբի տարրեր։

Դրանք հավասար են, ինչը որոշում է կայուն իզոտոպների առկայությունը։ Օրինակ՝ դրանք 10-ն են։

Գերմանիումի խտությունը 5,3-5,5 գրամ է մեկ խորանարդ սանտիմետրում։ Առաջին ցուցանիշը բնորոշ է պետությանը, երկրորդը՝ հեղուկ մետաղին։

Փափկված տեսքով այն ոչ միայն ավելի խիտ է, այլև պլաստիկ: Փխրուն սենյակային ջերմաստիճանում, նյութը դառնում է 550 աստիճան: Սրանք Գերմանիումի առանձնահատկությունները.

Մետաղի կարծրությունը սենյակային ջերմաստիճանում մոտ 6 միավոր է։

Այս վիճակում 32-րդ տարրը բնորոշ կիսահաղորդիչ է: Սակայն, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ գույքը դառնում է ավելի «պայծառ»: Պարզապես դիրիժորները, համեմատության համար, կորցնում են իրենց հատկությունները, երբ ջեռուցվում են:

Գերմանիումը հոսանք է անցկացնում ոչ միայն իր ստանդարտ ձևով, այլև լուծույթներով:

Կիսահաղորդիչների հատկությունների առումով 32-րդ տարրը նույնպես մոտ է սիլիցիումին և նույնքան տարածված է։

Այնուամենայնիվ, նյութերի կիրառման ոլորտները տարբերվում են: Սիլիկոնը կիսահաղորդիչ է, որն օգտագործվում է արեւային մարտկոցներ, ներառյալ բարակ թաղանթային տեսակը:

Տարրը անհրաժեշտ է նաև ֆոտոբջիջների համար։ Այժմ մտածեք, թե որտեղ է գերմանիումը հարմար:

Գերմանիումի կիրառում

Օգտագործվում է գերմանիումգամմա սպեկտրոսկոպիայում: Դրա գործիքները հնարավորություն են տալիս, օրինակ, ուսումնասիրել հավելումների բաղադրությունը խառը կատալիզատորների օքսիդներում։

Նախկինում գերմանիումը ավելացվել է դիոդների և տրանզիստորների մեջ: Արեգակնային բջիջներում կիսահաղորդչի հատկությունները նույնպես օգտակար են:

Բայց եթե ստանդարտ մոդելներին ավելացվում է սիլիցիում, ապա գերարդյունավետ, նոր սերնդի մոդելներին ավելացվում է գերմանիում:

Հիմնական բանը բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում գերմանիում չօգտագործելն է։ Նման պայմաններում մետաղը կորցնում է լարումը փոխանցելու ունակությունը։

Որպեսզի գերմանիումը հաղորդիչ լինի, դրա կեղտը պետք է լինի ոչ ավելի, քան 10%: Կատարյալ ուլտրա մաքուր քիմիական տարր.

Գերմանիումպատրաստված է գոտու հալման այս մեթոդով։ Այն հիմնված է հեղուկ և փուլերում օտար տարրերի տարբեր լուծելիության վրա:

բանաձև գերմանիումթույլ է տալիս կիրառել այն գործնականում: Այստեղ մենք արդեն խոսում ենք ոչ թե տարրի կիսահաղորդչային հատկությունների, այլ կարծրանալու ունակության մասին։

Նույն պատճառով գերմանիումը կիրառություն է գտել ատամների պրոթեզավորման մեջ։ Չնայած թագերը հնանում են, սակայն դրանց պահանջարկը դեռ փոքր է։

Եթե ​​գերմանիում ավելացնեք սիլիցիում և ալյումին, ստացվում են զոդումներ։

Նրանց հալման ջերմաստիճանը միշտ ցածր է միացված մետաղներից: Այսպիսով, դուք կարող եք կատարել բարդ, դիզայներական դիզայն:

Նույնիսկ ինտերնետն առանց գերմանիումի անհնար կլիներ: 32-րդ տարրը առկա է օպտիկական մանրաթելում։ Նրա միջուկում քվարց է՝ հերոսի խառնուրդով։

Իսկ դրա երկօքսիդը մեծացնում է մանրաթելի ռեֆլեկտիվությունը։ Հաշվի առնելով դրա պահանջարկը՝ էլեկտրոնիկա, գերմանիում անհրաժեշտ է արդյունաբերողներին մեծ ծավալներ. Որոնք և ինչպես են դրանք տրամադրվում, կուսումնասիրենք ստորև։

գերմանիումի արդյունահանում

Գերմանիումը բավականին տարածված է: Երկրակեղևում 32-րդ տարրը, օրինակ, ավելին է, քան անտիմոնը կամ.

Հետախուզվող պաշարները կազմում են մոտ 1000 տոննա։ Դրանց գրեթե կեսը թաքնված է Միացյալ Նահանգների աղիքներում։ Եվս 410 տոննա գույք է։

Այսպիսով, մնացած երկրները, հիմնականում, պետք է հումք գնեն։ համագործակցում է Սելեստիալ կայսրության հետ։ Սա արդարացված է թե՛ քաղաքական, թե՛ տնտեսական տեսակետից։

Գերմանիում տարրի հատկությունները, որը կապված է տարածված նյութերի հետ իր երկրաքիմիական կապի հետ, թույլ չի տալիս մետաղին ձևավորել սեփական հանքանյութերը:

Սովորաբար մետաղը ներմուծվում է գոյություն ունեցողների վանդակի մեջ։ Հյուրը, իհարկե, շատ տեղ չի զբաղեցնի։

Հետեւաբար, դուք պետք է քիչ-քիչ արդյունահանեք գերմանիումը: Դուք կարող եք գտնել մի քանի կիլոգրամ մեկ տոննա քարի համար:

Enargits-ը պարունակում է ոչ ավելի, քան 5 կգ գերմանիում 1000 կգ-ում։ Պիրարգիրիտում 2 անգամ ավելի։

32 տարրի սուլվանիտի տոննան պարունակում է ոչ ավելի, քան 1 կիլոգրամ: Ամենից հաճախ, գերմանիումը արդյունահանվում է որպես կողմնակի արտադրանք այլ մետաղների, օրինակ, կամ գունավոր գունավոր հանքաքարերից, ինչպիսիք են քրոմիտը, մագնետիտը, ռուտիտը:

Գերմանիումի տարեկան արտադրությունը տատանվում է 100-120 տոննայի սահմաններում՝ կախված պահանջարկից։

Հիմնականում գնվում է նյութի միաբյուրեղային ձևը: Սա հենց այն է, ինչ անհրաժեշտ է սպեկտրոմետրերի արտադրության համար, օպտիկական մանրաթել, թանկարժեք: Եկեք պարզենք դրույքաչափերը:

գերմանիայի գինը

Միաբյուրեղային գերմանիումը հիմնականում գնվում է տոննայով։ Խոշոր արդյունաբերության համար դա ձեռնտու է:

32-րդ տարրի 1000 կիլոգրամն արժե մոտ 100000 ռուբլի։ Դուք կարող եք գտնել առաջարկներ 75,000 - 85,000:

Եթե ​​վերցնում եք պոլիբյուրեղային, այսինքն՝ ավելի փոքր ագրեգատներով և ուժեղացված ուժով, կարող եք մեկ կիլոգրամ հումքի համար 2,5 անգամ ավելի շատ տալ։

Ստանդարտ երկարությունը 28 սանտիմետրից ոչ պակաս է: Բլոկները պաշտպանված են թաղանթով, քանի որ դրանք մարում են օդում։ Polycrystalline germanium - «հող» միայնակ բյուրեղների աճեցման համար:

Germanium (լատիներեն Germanium-ից), նշանակված «Ge», Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի IV-րդ խմբի տարր; տարր թիվ 32, ատոմային զանգվածը՝ 72,59։ Գերմանիումը մետաղական փայլով պինդ նյութ է, որն ունի մոխրագույն սպիտակ գույն. Չնայած գերմանիումի գույնը բավականին հարաբերական հասկացություն է, ամեն ինչ կախված է նյութի մակերեսային մշակումից: Երբեմն այն կարող է լինել պողպատի պես մոխրագույն, երբեմն արծաթագույն, երբեմն էլ՝ ամբողջովին սև։ Արտաքինից գերմանիումը բավականին մոտ է սիլիցիումին։ Այս տարրերը ոչ միայն նման են միմյանց, այլև ունեն հիմնականում նույն կիսահաղորդչային հատկությունները: Նրանց էական տարբերությունն այն է, որ գերմանիումը ավելի քան երկու անգամ ավելի ծանր է, քան սիլիցիումը:

Բնության մեջ հայտնաբերված գերմանիումը 76, 74, 73, 32, 70 զանգվածային թվերով հինգ կայուն իզոտոպների խառնուրդ է: Դեռևս 1871 թվականին հայտնի քիմիկոս, պարբերական համակարգի «հայր» Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևը կանխատեսել էր հատկությունները և գոյությունը: գերմանիում. Այդ ժամանակ անհայտ տարրը նա անվանել է «էկասիլիցիում», քանի որ. Նոր նյութի հատկությունները շատ առումներով նման էին սիլիցիումի հատկություններին: 1886 թվականին գերմանացի քառասունութամյա քիմիկոս Կ.Վինքլերը, ուսումնասիրելով արգիրդիտի միներալը, բնական խառնուրդում հայտնաբերեց բոլորովին նոր քիմիական տարր։

Սկզբում քիմիկոսն ուզում էր տարրը անվանել նեպտունիում, քանի որ Նեպտուն մոլորակը նույնպես կանխատեսվել էր շատ ավելի վաղ, քան հայտնաբերվել էր, բայց հետո նա իմացավ, որ նման անուն արդեն օգտագործվել է տարրերից մեկի կեղծ հայտնաբերման ժամանակ, ուստի Վինկլերը. որոշել է հրաժարվել այս անունից։ Գիտնականին առաջարկվել է տարրը անվանել angular, որը նշանակում է «վիճահարույց, անկյունային», սակայն Վինկլերը նույնպես համաձայն չի եղել այս անվան հետ, թեև թիվ 32 տարրը իսկապես շատ վեճերի տեղիք է տվել։ Գիտնականը ազգությամբ գերմանացի էր, ուստի, ի վերջո, նա որոշեց տարրը անվանել գերմանիում, ի պատիվ իր հայրենի երկրի՝ Գերմանիայի:

Ինչպես պարզվեց ավելի ուշ, գերմանիումը ոչ այլ ինչ է, քան նախկինում հայտնաբերված «էկասիլիցիումը»: Մինչև քսաներորդ դարի երկրորդ կեսը գերմանիումի գործնական օգտակարությունը բավականին նեղ և սահմանափակ էր։ Մետաղի արդյունաբերական արտադրությունը սկսվել է միայն կիսահաղորդչային էլեկտրոնիկայի արդյունաբերական արտադրության սկզբի արդյունքում։

Գերմանիումը կիսահաղորդչային նյութ է, որը լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի և ճարտարագիտության մեջ, ինչպես նաև միկրոսխեմաների և տրանզիստորների արտադրության մեջ: Ռադարային կայանքներում օգտագործվում են գերմանիումի բարակ թաղանթներ, որոնք կիրառվում են ապակու վրա և օգտագործվում որպես դիմադրողականություն: Գերմանիումով և մետաղներով համաձուլվածքներ օգտագործվում են դետեկտորներում և սենսորներում:

Տարրը չունի այնպիսի ուժ, ինչպիսին է վոլֆրամը կամ տիտանը, այն չի ծառայում որպես էներգիայի անսպառ աղբյուր, ինչպիսին է պլուտոնիումը կամ ուրանը, նյութի էլեկտրական հաղորդունակությունը նույնպես հեռու է ամենաբարձրից, և երկաթը արդյունաբերական տեխնոլոգիայի հիմնական մետաղն է: Չնայած դրան, գերմանիան մեր հասարակության տեխնիկական առաջընթացի կարևորագույն բաղադրիչներից է, քանի որ. այն նույնիսկ ավելի վաղ, քան սիլիցիումը սկսեց օգտագործվել որպես կիսահաղորդչային նյութ:

Այս առումով տեղին կլինի հարցնել. Ի՞նչ է կիսահաղորդչությունը և կիսահաղորդիչները: Նույնիսկ փորձագետները չեն կարող ճշգրիտ պատասխանել այս հարցին, քանի որ. կարելի է խոսել կիսահաղորդիչների հատուկ դիտարկված հատկության մասին։ Այնտեղ կան նաեւ ճշգրիտ սահմանում, բայց միայն բանահյուսության բնագավառից՝ Կիսահաղորդիչը երկու մեքենայի հաղորդիչ է։

Գերմանիումի մեկ սալիկը գրեթե նույնն է, ինչ ոսկու սալիկը։ Մետաղը շատ փխրուն է, գրեթե ապակու նման, այնպես որ, եթե նման ձուլակտոր գցեք, մեծ է հավանականությունը, որ մետաղը պարզապես կկոտրվի։

Գերմանիում մետաղ, հատկություններ

Կենսաբանական հատկություններ

Բժշկական կարիքների համար գերմանիումը առավել լայնորեն օգտագործվում էր Ճապոնիայում։ Կենդանիների և մարդկանց վրա օրգանոգերմանիումի միացությունների փորձարկումների արդյունքները ցույց են տվել, որ դրանք ունակ են բարերար ազդեցություն ունենալ օրգանիզմի վրա։ 1967 թվականին ճապոնացի բժիշկ Կ.Ասայը հայտնաբերեց, որ օրգանական գերմանիան ունի կենսաբանական լայն ազդեցություն։

Նրա բոլորի մեջ կենսաբանական հատկություններՀարկ է նշել.

• - ապահովելով թթվածնի փոխանցումը մարմնի հյուսվածքներին.
• - բարձրացնել մարմնի իմունային կարգավիճակը;
• - հակաուռուցքային գործունեության դրսեւորում.

Այնուհետև ճապոնացի գիտնականները ստեղծեցին գերմանիում պարունակող աշխարհում առաջին բժշկական արտադրանքը՝ «Germanium - 132»:

Ռուսաստանում օրգանական գերմանիում պարունակող առաջին կենցաղային դեղամիջոցը հայտնվեց միայն 2000 թվականին։

Երկրակեղևի մակերեսի կենսաքիմիական էվոլյուցիայի գործընթացները լավագույնս չեն ազդել նրանում գերմանիումի պարունակության վրա։ Տարրերի մեծ մասը ցամաքից դուրս է բերվել օվկիանոսներ, այնպես որ դրա պարունակությունը հողում մնում է բավականին ցածր։

Գերմանիումը հողից կլանելու հատկություն ունեցող բույսերից առաջատարը ժենշենն է (գերմանիումը՝ մինչև 0,2%)։ Գերմանիում կա նաև սխտորի, կամֆորի և հալվեի մեջ, որոնք ավանդաբար օգտագործվում են մարդու տարբեր հիվանդությունների բուժման համար: Բուսականության մեջ գերմանիումը հանդիպում է կարբոքսիէթիլ կիսաօքսիդի տեսքով։ Այժմ հնարավոր է սինթեզել սեսկիոքսանները պիրիմիդինի բեկորով՝ գերմանիումի օրգանական միացություններով։ Այս միացությունն իր կառուցվածքով մոտ է բնականին, ինչպես ժենշենի արմատին։

Գերմանիումը կարելի է վերագրել հազվագյուտ հետքի տարրերին: Այն առկա է մեծ քանակությամբ տարբեր ապրանքների մեջ, բայց չնչին չափաբաժիններով։ Օրգանական գերմանիումի օրական ընդունումը սահմանվում է 8-10 մգ: 125 սննդամթերքի գնահատումը ցույց է տվել, որ սննդի հետ մեկտեղ օրական մոտ 1,5 մգ գերմանիում է մտնում օրգանիզմ։ 1 գ հում մթերքներում հետքի տարրի պարունակությունը կազմում է մոտ 0,1 - 1,0 մկգ։ Գերմանիումը պարունակվում է կաթում, լոլիկի հյութում, սաղմոնում և լոբիում։ Սակայն գերմանիումի ամենօրյա կարիքը բավարարելու համար պետք է օրական խմել 10 լիտր լոլիկի հյութ կամ ուտել մոտ 5 կիլոգրամ սաղմոն։ Այս ապրանքների ինքնարժեքի, մարդու ֆիզիոլոգիական հատկությունների և ողջախոհության տեսակետից հնարավոր չէ նաև նման քանակությամբ գերմանիում պարունակող արտադրանքի օգտագործումը։ Ռուսաստանի տարածքում բնակչության մոտ 80-90%-ը գերմանիումի պակաս ունի, ինչի պատճառով էլ մշակվել են հատուկ պատրաստուկներ։

Գործնական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ օրգանիզմում գերմանիումը ամենից շատ առկա է աղիքներում, ստամոքսում, փայծաղում, ոսկրածուծում և արյան մեջ: Աղիքներում և ստամոքսում միկրոտարրերի բարձր պարունակությունը վկայում է արյան մեջ դեղամիջոցի ներծծման գործընթացի երկարատև գործողության մասին: Ենթադրություն կա, որ օրգանական գերմանիումը արյան մեջ վարվում է մոտավորապես այնպես, ինչպես հեմոգլոբինը, այսինքն. ունի բացասական լիցք և մասնակցում է թթվածնի տեղափոխմանը հյուսվածքներ: Այսպիսով, այն կանխում է հյուսվածքային մակարդակում հիպոքսիայի զարգացումը։

Կրկնվող փորձերի արդյունքում ապացուցվել է գերմանիումի հատկությունը՝ ակտիվացնել T-մարդասպանները և խթանել գամմա ինտերֆերոնների ինդուկցիան, որոնք ճնշում են արագ բաժանվող բջիջների վերարտադրության գործընթացը։ Ինտերֆերոնների գործողության հիմնական ուղղությունը հակաուռուցքային և հակավիրուսային պաշտպանությունն է, ավշային համակարգի ռադիոպաշտպանիչ և իմունոմոդուլացնող գործառույթները:

Գերմանիումը sesquioxide-ի տեսքով ունի ջրածնի H+ իոնների վրա ազդելու հատկություն՝ հարթեցնելով դրանց վնասակար ազդեցությունը մարմնի բջիջների վրա: Բոլոր համակարգերի գերազանց կատարումը երաշխավորված է մարդու մարմինըարյան և բոլոր հյուսվածքների թթվածնի անխափան մատակարարումն է: Օրգանական գերմանիումը ոչ միայն թթվածին է մատակարարում մարմնի բոլոր կետերին, այլև նպաստում է դրա փոխազդեցությանը ջրածնի իոնների հետ:

• - Գերմանիումը մետաղ է, բայց նրա փխրունությունը կարելի է համեմատել ապակու հետ։
• - Որոշ տեղեկատու գրքերում նշվում է, որ գերմանիումը ունի արծաթափայլ գույն: Բայց դա չի կարելի ասել, քանի որ գերմանիումի գույնը ուղղակիորեն կախված է մետաղի մակերեսի մշակման եղանակից։ Երբեմն այն կարող է գրեթե սև երևալ, երբեմն՝ պողպատե գույն, իսկ երբեմն՝ արծաթագույն։
• - Գերմանիումը հայտնաբերվել է արևի մակերեսին, ինչպես նաև տիեզերքից ընկած երկնաքարերի բաղադրության մեջ։
• -Առաջին անգամ գերմանիումի օրգանոտարրային միացությունը ստացվել է 1887 թվականին գերմանիումի տետրաքլորիդից տարրի հայտնաբերող Կլեմենս Վինքլերի կողմից, դա տետրէթիլգերմանիումն էր։ Բոլոր ստացվածներից ներկա փուլԳերմանիումի օրգանական տարրերից ոչ մեկը թունավոր չէ: Միևնույն ժամանակ, թիթեղի և օրգանական ալյուրի միկրոտարրերի մեծ մասը, որոնք իրենց ֆիզիկական հատկություններով գերմանիումի անալոգներ են, թունավոր են։
• - Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևը կանխագուշակել է երեք քիմիական տարրեր դեռևս դրանց հայտնաբերումից առաջ, այդ թվում՝ գերմանիումը՝ տարրը անվանելով էկասիլիկ՝ սիլիցիումի նմանության պատճառով: Հայտնի ռուս գիտնականի կանխատեսումն այնքան ճշգրիտ էր, որ ուղղակի ապշեցրեց գիտնականներին, ներառյալ. և Վինքլերը, ով հայտնաբերեց գերմանիումը: Ատոմային քաշըՄենդելեևի կարծիքով հավասար էր 72-ի, իրականում 72,6-ի; տեսակարար կշիռը, ըստ Մենդելեևի, իրականում եղել է 5,5՝ 5,469; ատոմային ծավալը, ըստ Մենդելեևի, իրականում 13 էր՝ 13,57; Ամենաբարձր օքսիդը ըստ Մենդելեևի EsO2-ն է, իրականում՝ GeO2, նրա տեսակարար կշիռը ըստ Մենդելեևի եղել է 4,7, իրականում՝ 4,703; քլորիդային միացություն ըստ Մենդելեևի EsCl4 - հեղուկ, եռման կետը մոտ 90 ° C, իրականում - քլորիդային միացություն GeCl4 - հեղուկ, եռման կետը 83 ° C, ջրածնի հետ միացությունը ըստ Մենդելևի EsH4 գազային է, ջրածնի հետ միացությունը իրականում GeH4 գազային է. մետաղական օրգանական միացություն՝ ըստ Մենդելեևի Es(C2H5)4, եռման ջերմաստիճանը 160 °C, օրգանոմետաղական միացությունը իրականում՝ Ge(C2H5)4 եռման կետը 163,5°C։ Ինչպես երևում է վերը վերանայված տեղեկատվությունից, Մենդելեևի կանխատեսումը զարմանալիորեն ճշգրիտ էր։
• - 1886 թվականի փետրվարի 26-ին Կլեմենս Վինկլերը Մենդելեևին ուղղված իր նամակը սկսեց «Հարգելի պարոն» բառերով։ Նա բավականին քաղաքավարի կերպով պատմեց ռուս գիտնականին նոր տարրի հայտնաբերման մասին, որը կոչվում է գերմանիում, որն իր հատկություններով ոչ այլ ինչ էր, քան նախկինում կանխատեսված Մենդելեևի «էկասիլիցիումը»: Պակաս քաղաքավարի չէր Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի պատասխանը. Գիտնականը համաձայնել է իր գործընկերոջ հայտնագործությանը՝ գերմանիումն անվանելով «իր պարբերական համակարգի պսակը», իսկ Վինքլերին՝ այս «թագը» կրելուն արժանի տարրի «հայրը»։
• - Գերմանիումը որպես դասական կիսահաղորդիչ դարձել է գերհաղորդիչ նյութերի ստեղծման խնդրի լուծման բանալին, որոնք գործում են հեղուկ ջրածնի, բայց ոչ հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում: Ինչպես գիտեք, ջրածինը գազային վիճակից անցնում է հեղուկ վիճակի, երբ ջերմաստիճանը հասնում է –252,6°C կամ 20,5°K: 1970-ականներին ստեղծվեց գերմանիումի և նիոբիումի թաղանթ, որի հաստությունը կազմում էր ընդամենը մի քանի հազար ատոմ։ Այս թաղանթն ի վիճակի է պահպանել գերհաղորդականությունը նույնիսկ 23,2°K և ցածր ջերմաստիճանում:
• - Գերմանիումի միաբյուրեղ աճեցնելիս գերմանիումի բյուրեղը դրվում է հալված գերմանիումի մակերեսին՝ «սերմ», որը աստիճանաբար բարձրանում է ավտոմատ սարքի միջոցով, մինչդեռ հալման ջերմաստիճանը մի փոքր գերազանցում է գերմանիումի հալման կետը (937 °C): . «Սերմը» այնպես է պտտվում, որ միաբյուրեղը, ինչպես ասում են, բոլոր կողմերից հավասարապես «մսով է աճել»։ Պետք է նշել, որ նման աճի ժամանակ տեղի է ունենում նույնը, ինչ գոտու հալման գործընթացում, այսինքն. գործնականում միայն գերմանն է անցնում պինդ փուլ, և բոլոր կեղտերը մնում են հալված վիճակում:

Պատմություն

Գերմանիումի նման տարրի գոյությունը կանխատեսել էր դեռևս 1871 թվականին Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի կողմից, քանի որ սիլիցիումի հետ իր նմանության պատճառով տարրը կոչվում էր էկասիլիկիա: 1886 թվականին Ֆրայբերգի հանքարդյունաբերության ակադեմիայի պրոֆեսորը հայտնաբերել է արգիրոդիտ՝ արծաթի նոր հանքանյութ։ Այնուհետև այս միներալը բավականին ուշադիր ուսումնասիրել է տեխնիկական քիմիայի պրոֆեսոր Կլեմենս Ուինքլերը՝ կատարելով հանքանյութի ամբողջական վերլուծություն։ Քառասունութամյա Վինքլերը իրավամբ համարվում էր Ֆրայբերգի հանքարդյունաբերության ակադեմիայի լավագույն վերլուծաբանը, ինչի պատճառով էլ նրան հնարավորություն տրվեց ուսումնասիրել արգիրոդիտը։

Համար բավականին կարճ ժամանակպրոֆեսորը կարողացավ հաշվետվություն ներկայացնել սկզբնական միներալում տարբեր տարրերի տոկոսի մասին. արծաթն իր բաղադրության մեջ կազմում էր 74,72%; ծծումբ - 17,13%; երկաթի օքսիդ - 0,66%; սնդիկ - 0,31%; ցինկի օքսիդ՝ 0,22%, բայց գրեթե յոթ տոկոս՝ դա ինչ-որ անհասկանալի տարրի մասնաբաժինն էր, որը, թվում է, դեռ չէր հայտնաբերվել այդ հեռավոր ժամանակ։ Դրա հետ կապված՝ Ուինքլերը որոշեց առանձնացնել արգիրոդպտի չբացահայտված բաղադրիչը, ուսումնասիրել դրա հատկությունները, և հետազոտության ընթացքում հասկացավ, որ իրականում գտել է բոլորովին նոր տարր. դա բացատրություն էր, որը կանխատեսել էր Դ. Մենդելեևը։

Այնուամենայնիվ, սխալ կլինի կարծել, թե Վինքլերի աշխատանքը հարթ է անցել։ Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևը, ի լրումն իր «Քիմիայի հիմունքներ» գրքի ութերորդ գլխի, գրում է. լրջորեն խոչընդոտել է Վինկլերի հետազոտությունը…» Արժե ուշադրություն դարձնել «առանց սպեկտրի» բառերին: Բայց ինչպե՞ս այդպես: 1886 թվականին արդեն գոյություն ուներ սպեկտրային վերլուծության լայնորեն կիրառվող մեթոդ։ Օգտագործելով այս մեթոդը, հայտնաբերվել են այնպիսի տարրեր, ինչպիսիք են թալիումը, ռուբիդիումը, ինդիումը, ցեզիումը Երկրի վրա և հելիումը Արեգակի վրա: Գիտնականներն արդեն հաստատ գիտեին, որ յուրաքանչյուր քիմիական տարր առանց բացառության ունի անհատական ​​սպեկտր, և հետո հանկարծ սպեկտր չկա:

Այս երեւույթի բացատրությունը հայտնվեց մի փոքր ուշ։ Գերմանիան ունի բնորոշ սպեկտրային գծեր։ Նրանց ալիքի երկարությունը 2651,18 է; 3039.06 Ǻ և ևս մի քանիսը: Այնուամենայնիվ, նրանք բոլորը գտնվում են սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն անտեսանելի մասում, կարելի է բախտավոր համարել, որ Վինքլերը վերլուծության ավանդական մեթոդների կողմնակից է, քանի որ հենց այս մեթոդներն են նրան հաջողության հասցրել:

Հանքանյութից գերմանիում ստանալու Վինկլերի մեթոդը բավականին մոտ է 32-րդ տարրի մեկուսացման ժամանակակից արդյունաբերական մեթոդներից մեկին։ Նախ՝ գերմանիումը, որը պարունակվում էր արգարոիդում, վերածվեց երկօքսիդի։ Այնուհետև ստացված սպիտակ փոշին ջեռուցվում է մինչև 600-700 °C ջերմաստիճանի ջրածնի մթնոլորտում։ Այս դեպքում ռեակցիան ակնհայտ էր՝ GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O:

Հենց այս մեթոդով առաջին անգամ ստացվեց համեմատաբար մաքուր թիվ 32 տարրը՝ գերմանիումը։ Սկզբում Վինքլերը մտադիր էր վանադիումի նեպտունիում անվանել համանուն մոլորակի պատվին, քանի որ Նեպտունը, ինչպես և գերմանիումը, նախ գուշակվել էր, և միայն հետո հայտնաբերվել: Բայց հետո պարզվեց, որ նման անուն արդեն մեկ անգամ օգտագործվել է, կեղծ հայտնաբերված քիմիական տարրը կոչվում է նեպտունիում։ Ուինքլերը նախընտրեց չզիջել իր անունը և հայտնագործությունը և լքեց նեպտունիումը: Մի ֆրանսիացի գիտնական Ռայոն առաջարկեց, սակայն, ավելի ուշ նա ճանաչեց իր առաջարկը որպես կատակ, նա առաջարկեց տարրը անվանել անկյունային, այսինքն. «վիճելի, անկյունային», սակայն այս անունը նույնպես դուր չի եկել Վինկլերին։ Արդյունքում գիտնականն ինքնուրույն ընտրեց իր տարրի անունը և այն անվանեց գերմանիում, ի պատիվ իր հայրենի երկրի՝ Գերմանիայի, ժամանակի ընթացքում այս անվանումը հաստատվեց։

Մինչև 2-րդ հարկ։ 20 րդ դար Գերմանիումի գործնական օգտագործումը մնաց բավականին սահմանափակ։ Մետաղի արդյունաբերական արտադրությունն առաջացել է միայն կիսահաղորդիչների և կիսահաղորդչային էլեկտրոնիկայի զարգացման հետ կապված։

Բնության մեջ լինելը

Գերմանիումը կարելի է դասակարգել որպես հետքի տարր: Բնության մեջ տարրն իր ազատ ձևով ընդհանրապես չի հանդիպում։ Ընդհանուր մետաղի պարունակությունը մեր մոլորակի երկրակեղևում ըստ զանգվածի 7 × 10 −4 % է։ Սա ավելին է, քան այնպիսի քիմիական տարրերի պարունակությունը, ինչպիսիք են արծաթը, անտիմոնը կամ բիսմութը: Սակայն գերմանիումի սեփական հանքանյութերը բավականին քիչ են և շատ հազվադեպ են բնության մեջ: Գրեթե բոլոր այս միներալները սուլֆոսաղեր են, օրինակ՝ գերմանիտ Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, կոնֆիլիտ Ag 8 (Sn,Ce)S 6, արգիրոդիտ Ag8GeS6 և այլն։

Երկրի ընդերքում ցրված գերմանիումի հիմնական մասը պարունակվում է հսկայական քանակությամբ ապարներում, ինչպես նաև բազմաթիվ օգտակար հանածոներ՝ գունավոր մետաղների սուլֆիտ հանքաքարեր, երկաթի հանքաքարեր, որոշ օքսիդային հանքանյութեր (քրոմիտ, մագնետիտ, ռուտիլ և այլն), գրանիտներ։ , դիաբազներ և բազալտներ։ Որոշ սֆալերիտների բաղադրության մեջ տարրի պարունակությունը կարող է հասնել մի քանի կիլոգրամի մեկ տոննայի համար, օրինակ՝ ֆրանկեիտում և սուլվանիտում 1 կգ/տ, էնարգիտներում գերմանիումի պարունակությունը կազմում է 5 կգ/տ, պիրարգիրիտում՝ մինչև 10 կգ։ / տ, բայց այլ սիլիկատներում և սուլֆիդներում՝ տասնյակ և հարյուրավոր գ/տ։ Գերմանիումի փոքր մասն առկա է գրեթե բոլոր սիլիկատներում, ինչպես նաև նավթի և ածխի որոշ հանքավայրերում:

Տարրի հիմնական միներալը գերմանիումի սուլֆիտն է (բանաձեւ GeS2)։ Հանքանյութը որպես կեղտ հայտնաբերվում է ցինկի սուլֆիտներում և այլ մետաղներում: Գերմանիումի ամենակարևոր հանքանյութերն են՝ գերմանիտ Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanite (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, ստոտիտ FeGe (OH) 6, rhenierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 և argyrodite Ag 8 GeS 6:

Գերմանիումը առկա է բոլոր պետությունների տարածքներում՝ առանց բացառության։ Բայց աշխարհի արդյունաբերական զարգացած երկրներից ոչ մեկը չունի այս մետաղի արդյունաբերական հանքավայրեր։ Գերմանիումը շատ, շատ ցրված է: Երկրի վրա այս մետաղի օգտակար հանածոները համարվում են շատ հազվադեպ, որոնցում գերմանիումի պարունակությունը կազմում է առնվազն 1%: Այդպիսի միներալներից են գերմանիտը, արգիրոդիտը, ուլտրամաֆիկը և այլն, այդ թվում՝ վերջին տասնամյակների ընթացքում հայտնաբերված միներալները՝ շտոտիտը, ռենիերիտը, պլումբոգերմանիտը և կոնֆիլդիտը։ Այս բոլոր օգտակար հանածոների հանքավայրերը չեն կարողանում բավարարել ժամանակակից արդյունաբերության կարիքները այս հազվագյուտ և կարևոր քիմիական տարրի մեջ։

Գերմանիումի հիմնական մասը ցրված է այլ քիմիական տարրերի միներալներում, ինչպես նաև հանդիպում է բնական ջրերում, ածուխներում, կենդանի օրգանիզմներում և հողում: Օրինակ՝ սովորական ածխի մեջ գերմանիումի պարունակությունը երբեմն հասնում է ավելի քան 0,1%-ի։ Բայց նման ցուցանիշը բավականին հազվադեպ է, սովորաբար գերմանիումի մասնաբաժինը ավելի ցածր է: Բայց անտրացիտի մեջ գերմանիում գրեթե չկա:

Անդորրագիր

Գերմանիումի սուլֆիդի վերամշակման ժամանակ ստացվում է օքսիդ GeO 2, ջրածնի օգնությամբ այն կրճատվում է՝ ստանալով ազատ գերմանիում։

Արդյունաբերական արտադրության մեջ գերմանիումն արդյունահանվում է հիմնականում որպես գունավոր մետաղների հանքաքարերի (ցինկի խառնուրդ, 0,001-0,1% գերմանիում պարունակող ցինկ-պղինձ-կապարի բազմամետաղային խտանյութ), ածխի այրման մոխիրը և որոշ ածուխի հանքաքարերի վերամշակման կողմնակի արտադրանք: կոքսի քիմիայի արտադրանք.

Սկզբում գերմանիումի խտանյութը (2%-ից մինչև 10% գերմանիում) մեկուսացվում է վերը քննարկված աղբյուրներից տարբեր ձևերով, որոնց ընտրությունը կախված է հումքի բաղադրությունից: Բռնցքամարտի ածուխների մշակման ժամանակ գերմանիումը մասամբ նստեցվում է (5% -ից մինչև 10%) խեժ ջրի և խեժի մեջ, այնտեղից այն արդյունահանվում է տանինի հետ միասին, որից հետո այն չորանում և այրվում է 400-500 ° ջերմաստիճանում: Գ. Ստացվում է խտանյութ, որը պարունակում է մոտ 30-40% գերմանիում, որից գերմանիումը մեկուսացված է GeCl 4-ի տեսքով: Նման խտանյութից գերմանիումի արդյունահանման գործընթացը, որպես կանոն, ներառում է նույն փուլերը.

1) Խտանյութը քլորացվում է աղաթթվով, թթվի և քլորի խառնուրդով ջրային միջավայրում կամ այլ քլորացնող նյութերով, ինչը կարող է առաջացնել տեխնիկական GeCl 4: GeCl 4-ը մաքրելու համար օգտագործվում է խտացված աղաթթվի կեղտերի շտկում և արդյունահանում:

2) կատարվում է GeCl 4-ի հիդրոլիզ, հիդրոլիզի արգասիքները կալցինացվում են մինչև GeO 2 օքսիդ ստանալը.

3) GeO-ն ջրածնով կամ ամոնիակով վերածվում է մաքուր մետաղի:

Ամենամաքուր գերմանիումի ստացման ժամանակ, որն օգտագործվում է կիսահաղորդիչների մեջ տեխնիկական միջոցներ, իրականացնել մետաղի զոնային հալեցում։ Միաբյուրեղային գերմանիումը, որն անհրաժեշտ է կիսահաղորդիչների արտադրության համար, սովորաբար ստանում են զոնայի հալման կամ Չոխրալսկու մեթոդով։

Կոքսի բույսերի խեժի ջրերից գերմանիումի մեկուսացման մեթոդները մշակվել են խորհրդային գիտնական Վ.Ա. Նազարենկո. Այս հումքի մեջ գերմանիումը 0,0003%-ից ոչ ավելի է, սակայն դրանցից կաղնու էքստրակտ օգտագործելով՝ հեշտ է գերմանիումը նստեցնել տաննիդային համալիրի տեսքով։

Տանինի հիմնական բաղադրիչը գլյուկոզայի էսթերն է, որտեղ կա մետա-դիգալաթթու ռադիկալ, որը կապում է գերմանիումը, նույնիսկ եթե տարրի կոնցենտրացիան լուծույթում շատ ցածր է: Նստվածքից հեշտությամբ կարելի է ստանալ խտանյութ, որի մեջ գերմանիումի երկօքսիդի պարունակությունը կազմում է մինչև 45%:

Հետագա փոխակերպումները արդեն քիչ բան կախված կլինեն հումքի տեսակից։ Գերմանիումը կրճատվում է ջրածնով (ինչպես 19-րդ դարում Վինքլերի դեպքում), այնուամենայնիվ, գերմանիումի օքսիդը նախ պետք է մեկուսացված լինի բազմաթիվ կեղտերից։ Հաջող համադրությունԳերմանիումի մեկ միացության հատկությունները շատ օգտակար են այս խնդրի լուծման համար։

Գերմանիումի տետրաքլորիդ GeCl4. ցնդող հեղուկ է, որը եռում է ընդամենը 83,1°C-ում: Հետևաբար, այն բավականին հարմար կերպով զտվում է թորման և ուղղման միջոցով (փաթեթավորմամբ քվարցային սյունակներում):

GeCl4-ը գրեթե չի լուծվում աղաթթվի մեջ: Սա նշանակում է, որ HCl կեղտերի տարրալուծումը կարող է օգտագործվել այն մաքրելու համար:

Մաքրված գերմանիումի տետրաքլորիդը մշակվում է ջրով, զտվում իոնափոխանակման խեժերով: Ցանկալի մաքրության նշան է ջրի դիմադրողականության բարձրացումը մինչև 15-20 միլիոն օմ սմ:

GeCl4-ի հիդրոլիզը տեղի է ունենում ջրի ազդեցության ներքո.

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl:

Երևում է, որ մեր առջև կա գերմանիումի տետրաքլորիդ ստանալու ռեակցիայի «հետ գրված» հավասարումը։

Այնուհետև գալիս է GeO2-ի կրճատումը մաքրված ջրածնի միջոցով.

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O:

Արդյունքում ստացվում է փոշիացված գերմանիում, որը համաձուլվում է, իսկ հետո զտվում զոնայի հալման եղանակով։ Մաքրման այս մեթոդը մշակվել է դեռևս 1952 թվականին հատուկ գերմանիումի մաքրման համար:

Գերմանիումին որոշակի տեսակի հաղորդունակություն տալու համար անհրաժեշտ կեղտերը ներմուծվում են արտադրության վերջին փուլերում, մասնավորապես՝ գոտիների հալման ժամանակ, ինչպես նաև մեկ բյուրեղի աճի ժամանակ։

Դիմում

Գերմանիումը կիսահաղորդչային նյութ է, որն օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի և տեխնոլոգիայի մեջ միկրոսխեմաների և տրանզիստորների արտադրության մեջ: Գերմանիումի ամենաբարակ թաղանթները կիրառվում են ապակու վրա և օգտագործվում են որպես դիմադրություն ռադարային կայանքներում: Գերմանիումի համաձուլվածքների հետ տարբեր մետաղներօգտագործվում է դետեկտորների և սենսորների արտադրության մեջ: Գերմանիումի երկօքսիդը լայնորեն օգտագործվում է ինֆրակարմիր ճառագայթում փոխանցելու հատկություն ունեցող ակնոցների արտադրության մեջ։

Գերմանիումի տելուրիդը շատ երկար ժամանակ ծառայել է որպես կայուն ջերմաէլեկտրական նյութ, ինչպես նաև ջերմաէլեկտրական համաձուլվածքների բաղադրիչ (ջերմային միջին էմֆ 50 μV/K): Գերմաքրության գերմաքրման գերմանիումը բացառիկ ռազմավարական դեր է խաղում արտադրության մեջ։ պրիզմաներ և ոսպնյակներ ինֆրակարմիր օպտիկայի համար: Գերմանիումի ամենամեծ սպառողը հենց ինֆրակարմիր օպտիկան է, որն օգտագործվում է համակարգչային տեխնոլոգիաների, հրթիռների դիտման և ուղղորդման համակարգերի, գիշերային տեսողության սարքերի, քարտեզագրման և արբանյակներից երկրագնդի մակերևույթի ուսումնասիրության մեջ: Գերմանիումը լայնորեն կիրառվում է նաև օպտիկամանրաթելային համակարգերում (ավելացնելով գերմանիումի տետրաֆտորիդ ապակե մանրաթելերին), ինչպես նաև կիսահաղորդչային դիոդներում։

Գերմանիումը որպես դասական կիսահաղորդիչ դարձել է գերհաղորդիչ նյութերի ստեղծման խնդրի լուծման բանալին, որոնք գործում են հեղուկ ջրածնի, բայց ոչ հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում: Ինչպես գիտեք, ջրածինը գազային վիճակից անցնում է հեղուկ վիճակի, երբ ջերմաստիճանը հասնում է -252,6°C կամ 20,5°K։ 1970-ականներին ստեղծվեց գերմանիումի և նիոբիումի թաղանթ, որի հաստությունը կազմում էր ընդամենը մի քանի հազար ատոմ։ Այս թաղանթն ի վիճակի է պահպանել գերհաղորդականությունը նույնիսկ 23,2°K և ցածր ջերմաստիճանում:

Ինդիումը միաձուլելով HES ափսեի մեջ, այդպիսով ստեղծելով այսպես կոչված անցքի հաղորդունակությամբ շրջան, ստացվում է ուղղիչ սարք, այսինքն. դիոդ. Դիոդն ունի անցնելու հատկություն էլեկտրաէներգիամեկ ուղղությամբ՝ անցքերի հաղորդմամբ շրջանից դուրս գտնվող էլեկտրոնային շրջանը: Այն բանից հետո, երբ ինդիումը միաձուլվում է HES ափսեի երկու կողմերում, այս ափսեը դառնում է տրանզիստորի հիմքը: Աշխարհում առաջին անգամ գերմանիումի տրանզիստորը ստեղծվել է դեռևս 1948 թվականին, և ընդամենը քսան տարի անց արտադրվել են հարյուր միլիոնավոր նման սարքեր։

Գերմանիումի և տրիոդների վրա հիմնված դիոդները լայնորեն կիրառվում են հեռուստացույցներում և ռադիոներում, չափիչ սարքավորումների և հաշվիչների լայն տեսականիում:

Գերմանիումը օգտագործվում է նաև ժամանակակից տեխնիկայի այլ հատկապես կարևոր ոլորտներում՝ ցածր ջերմաստիճանների չափման, ինֆրակարմիր ճառագայթման հայտնաբերման և այլնի մեջ։

Այս բոլոր հատվածներում ավելն օգտագործելը պահանջում է շատ բարձր քիմիական և ֆիզիկական մաքրության գերմանիում: Քիմիական մաքրությունն այնպիսի մաքրություն է, որի դեպքում վնասակար կեղտերի քանակը չպետք է լինի տոկոսի տասը միլիոներորդից (10-7%): Ֆիզիկական մաքրություն նշանակում է նյութի բյուրեղային կառուցվածքի նվազագույն տեղաշարժեր, նվազագույն խանգարումներ: Դրան հասնելու համար հատուկ աճեցնում են մեկ բյուրեղյա գերմանիում։ Այս դեպքում ամբողջ մետաղական ձուլակտորը ընդամենը մեկ բյուրեղ է:

Դրա համար գերմանիումի բյուրեղը տեղադրվում է հալված գերմանիումի մակերեսի վրա՝ «սերմ», որն աստիճանաբար բարձրանում է ավտոմատ սարքի միջոցով, մինչդեռ հալման ջերմաստիճանը մի փոքր գերազանցում է գերմանիումի հալման կետը (937 °C): «Սերմը» այնպես է պտտվում, որ միաբյուրեղը, ինչպես ասում են, բոլոր կողմերից հավասարապես «մսով է աճել»։ Պետք է նշել, որ նման աճի ժամանակ տեղի է ունենում նույնը, ինչ գոտու հալման գործընթացում, այսինքն. գործնականում միայն գերմանն է անցնում պինդ փուլ, և բոլոր կեղտերը մնում են հալված վիճակում:

Ֆիզիկական հատկություններ

Հավանաբար, այս հոդվածի ընթերցողներից քչերը ստիպված էին տեսողականորեն տեսնել վանադիումը: Տարրն ինքնին բավականին սակավ է և թանկ, դրանից սպառման ապրանքներ չեն պատրաստում, իսկ դրանց գերմանիումի լցոնումը, որը տեղի է ունենում ք. էլեկտրական սարքերայնքան փոքր, որ անհնար է տեսնել մետաղը:

Որոշ տեղեկատու գրքերում նշվում է, որ գերմանիումը արծաթագույն է։ Բայց դա չի կարելի ասել, քանի որ գերմանիումի գույնը ուղղակիորեն կախված է մետաղի մակերեսի մշակման եղանակից։ Երբեմն այն կարող է գրեթե սև երևալ, երբեմն՝ պողպատե գույն, իսկ երբեմն՝ արծաթագույն։

Գերմանիումը այնքան հազվագյուտ մետաղ է, որ դրա ձուլակտորի արժեքը կարելի է համեմատել ոսկու արժեքի հետ։ Գերմանիումը բնութագրվում է աճող փխրունությամբ, որը կարելի է համեմատել միայն ապակու հետ: Արտաքինից գերմանիումը բավականին մոտ է սիլիցիումին։ Այս երկու տարրերը երկուսն էլ մրցակիցներ են ամենակարևոր կիսահաղորդչի և անալոգների կոչման համար: Չնայած տարրի որոշ տեխնիկական հատկություններ մեծապես նման են, բայց նյութերի արտաքին տեսքի առումով շատ հեշտ է տարբերել գերմանիումը սիլիցիումից, գերմանիումը ավելի քան երկու անգամ ավելի ծանր է: Սիլիցիումի խտությունը 2,33 գ/սմ3 է, գերմանիումը՝ 5,33 գ/սմ3։

Բայց գերմանիումի խտության մասին միանշանակ խոսել հնարավոր չէ, քանի որ. 5.33 գ/սմ3 ցուցանիշը վերաբերում է գերմանիում-1-ին: Սա 32-րդ տարրի հինգ ալոտրոպ մոդիֆիկացիաների ամենակարևոր և ամենատարածված ձևափոխություններից մեկն է։ Դրանցից չորսը բյուրեղային են, իսկ մեկը՝ ամորֆ։ Գերմանիում-1-ը չորս բյուրեղային փոփոխություններից ամենաթեթևն է: Նրա բյուրեղները կառուցված են ճիշտ այնպես, ինչպես ադամանդի բյուրեղները՝ a = 0,533 նմ: Այնուամենայնիվ, եթե այս կառուցվածքը ածխածնի համար առավելագույն խիտ է, ապա գերմանիումը նույնպես ունի ավելի խիտ փոփոխություններ: չափավոր ջերմություն և բարձր ճնշում(մոտ 30 հազար մթնոլորտ 100 ° C ջերմաստիճանում) գերմանիում-1-ը վերածում է գերմանիում-2-ի, որի բյուրեղային ցանցի կառուցվածքը ճիշտ նույնն է, ինչ սպիտակ թիթեղի կառուցվածքը: Նույն մեթոդով ստանում ենք գերմանիում-3 և գերմանիում-4, որոնք էլ ավելի խիտ են։ Այս բոլոր «ոչ այնքան սովորական» փոփոխությունները գերազանցում են գերմանիում-1-ին ոչ միայն խտությամբ, այլև էլեկտրական հաղորդունակությամբ։

Հեղուկ գերմանիումի խտությունը 5,557 գ/սմ3 է (1000°C-ում), մետաղի հալման ջերմաստիճանը՝ 937,5°C; եռման կետը մոտ 2700 ° C է; Ջերմային հաղորդունակության գործակիցի արժեքը մոտավորապես 60 Վտ / (մ (Կ) է կամ 0,14 կկալ / (սմ (վրկ (աստիճան)) 25 ° C ջերմաստիճանի դեպքում: Սովորական ջերմաստիճանում նույնիսկ մաքուր գերմանիումը փխրուն է, բայց երբ այն հասնում է 550 ° C-ի, այն սկսում է ենթարկվել հանքաբանական մասշտաբով գերմանիումի կարծրությունը 6-ից 6,5 է, սեղմելիության գործակիցի արժեքը (ճնշման միջակայքում 0-ից 120 H / m 2, կամ 0-ից 12000): kgf / մմ 2) կազմում է 1,4 10-7 մ 2 / նն (կամ 1,4 10-6 սմ 2 / կգֆ), մակերեսային լարվածությունը 0,6 ն / մ է (կամ 600 դին / սմ):

Գերմանիումը տիպիկ կիսահաղորդիչ է՝ 1,104·10 -19 կամ 0,69 էՎ (25°C-ի դեպքում) գոտու բացվածքի չափով; բարձր մաքրության գերմանում էլեկտրական դիմադրողականությունը 0,60 օմ է (մ (60 օմ (սմ) (25 ° C), էլեկտրոնների շարժունակության ինդեքսը 3900 է, իսկ անցքերի շարժունակությունը՝ 1900 սմ 2/վրկ (25 ° C և 8% կեղտերի պարունակությամբ) Ինֆրակարմիր ճառագայթների համար, որոնց ալիքի երկարությունը 2 միկրոնից ավելի է, մետաղը թափանցիկ է։

Գերմանիումը բավականին փխրուն է, այն չի կարող տաք կամ սառը աշխատել 550 °C-ից ցածր ճնշմամբ, բայց եթե ջերմաստիճանը բարձրանում է, մետաղը դառնում է ճկուն: Մետաղի կարծրությունը հանքաբանական մասշտաբով 6,0-6,5 է (գերմանիումը սղոցվում է թիթեղների մեջ՝ օգտագործելով մետաղական կամ ադամանդե սկավառակ և հղկող նյութ)։

Քիմիական հատկություններ

Գերմանիումը, լինելով քիմիական միացությունների մեջ, սովորաբար ցուցադրում է երկրորդ և չորրորդ արժեքները, սակայն քառավալենտ գերմանիումի միացությունները ավելի կայուն են։ Գերմանիումը սենյակային ջերմաստիճանում դիմացկուն է ջրի, օդի, ինչպես նաև ալկալային լուծույթների և ծծմբի կամ աղաթթվի նոսր խտանյութերի ազդեցությանը, բայց տարրը բավականին հեշտությամբ լուծվում է ջրային ռեգիաում կամ ջրածնի պերօքսիդի ալկալային լուծույթում: Տարրը դանդաղորեն օքսիդանում է ազոտական ​​թթվի ազդեցության տակ։ Օդում 500-700 ° C ջերմաստիճանի հասնելուց հետո գերմանիումը սկսում է օքսիդանալ մինչև GeO 2 և GeO օքսիդներ: (IV) գերմանիումի օքսիդը սպիտակ փոշի է՝ հալման կետով 1116°C և ջրի մեջ լուծելիությունը 4,3 գ/լ (20°C-ում)։ Ըստ իր քիմիական հատկությունների՝ նյութը ամֆոտեր է, լուծելի ալկալիներում, դժվարությամբ՝ հանքային թթուներում։ Ստացվում է հիդրատացված նստվածքի ներթափանցմամբ GeO 3 nH 2 O, որն անջատվում է հիդրոլիզի ժամանակ։Գերմանիումի թթվի ածանցյալները, օրինակ՝ մետաղական գերմանատները (Na 2 GeO 3 , Li 2 GeO 3 և այլն) բարձր հալման ջերմաստիճան ունեցող պինդ նյութեր են։ , կարելի է ստանալ GeO 2-ի և այլ օքսիդների միաձուլման միջոցով։

Գերմանիումի և հալոգենների փոխազդեցության արդյունքում կարող են առաջանալ համապատասխան տետրահալիդներ։ Ռեակցիան ամենահեշտն է ընթանում քլորով և ֆտորով (նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում), այնուհետև յոդով (700-800°C ջերմաստիճան, CO-ի առկայություն) և բրոմով (ցածր տաքացումով): Գերմանիումի ամենակարևոր միացություններից է տետրաքլորիդը (բանաձև GeCl 4): Անգույն հեղուկ է՝ հալման 49,5°C, եռման 83,1°C, 1,84 գ/սմ3 խտությամբ (20°C-ում)։ Նյութը ուժեղ հիդրոլիզացվում է ջրի միջոցով՝ արտազատելով հիդրատացված օքսիդի նստվածք (IV): Տետրաքլորիդը ստացվում է մետաղական գերմանիումի քլորացման կամ GeO 2 օքսիդի և խտացված աղաթթվի փոխազդեցությամբ։ Հայտնի են նաև գերմանիումի դիհալիդներ՝ GeX 2 ընդհանուր բանաձևով, հեքսաքլորդիգերման Ge 2 Cl 6, GeCl մոնոքլորիդ, ինչպես նաև գերմանիումի օքսիքլորիդներ (օրինակ՝ CeOCl 2)։

900-1000 ° C հասնելուց հետո ծծումբն ակտիվորեն փոխազդում է գերմանիումի հետ՝ առաջացնելով GeS 2 դիսուլֆիդ։ Այն սպիտակ պինդ նյութ է, որի հալման ջերմաստիճանը 825°C է։ Հնարավոր է նաև GeS մոնոսուլֆիդի և գերմանիումի նմանատիպ միացությունների առաջացումը թելուրիումի և սելենի հետ, որոնք կիսահաղորդիչներ են։ 1000–1100 °C ջերմաստիճանում ջրածինը փոքր-ինչ փոխազդում է գերմանիումի հետ՝ առաջացնելով բողբոջ (GeH) X, որն անկայուն և խիստ ցնդող միացություն է։ Ge n H 2n + 2-ից Ge 9 H 20 շարքի գերմանական ջրածինները կարող են առաջանալ գերմանիդների նոսր HCl-ի հետ փոխազդելու միջոցով։ Գերմիլենը հայտնի է նաև GeH 2 բաղադրությամբ։ Գերմանիումը ուղղակիորեն չի փոխազդում ազոտի հետ, սակայն կա Ge 3 N 4 նիտրիդ, որը ստացվում է գերմանիումի վրա ամոնիակի ազդեցությամբ (700-800 ° C): Գերմանիումը չի փոխազդում ածխածնի հետ։ Գերմանիումը ձևավորվում է բազմաթիվ մետաղներով տարբեր կապեր- Գերմանիդես.

Հայտնի են գերմանիումի բազմաթիվ բարդ միացություններ, որոնք գնալով մեծ նշանակություն են ստանում գերմանիում տարրի անալիտիկ քիմիայում, ինչպես նաև ստացման գործընթացներում։ քիմիական տարր. Գերմանիումը կարող է բարդ միացություններ առաջացնել հիդրօքսիլ պարունակող օրգանական մոլեկուլներով ( պոլիհիդրիկ սպիրտներ, պոլիբազային թթուներ և այլն)։ Կան նաև գերմանիումի հետերոպոլի թթուներ։ Ինչպես IV խմբի մյուս տարրերը, գերմանիումը բնորոշ կերպով կազմում է մետաղական օրգանական միացություններ։ Օրինակ՝ տետրաէթիլգերմանն է (C 2 H 5) 4 Ge 3: