Sifat fisik dan kimia Germanium. elemen germanium

Germanium(lat. Germanium), Ge, unsur kimia golongan IV dari sistem periodik Mendeleev; nomor seri 32, massa atom 72.59; padat abu-abu-putih dengan kilau logam. Germanium alami adalah campuran dari lima isotop stabil dengan nomor massa 70, 72, 73, 74 dan 76. Keberadaan dan sifat-sifat Jerman diprediksi pada tahun 1871 oleh D. I. Mendeleev dan menyebut elemen ini ekasilicium yang masih belum diketahui karena kesamaan sifatnya dengan silikon. Pada tahun 1886, ahli kimia Jerman K. Winkler menemukan unsur baru dalam mineral argyrodite, yang ia beri nama Jerman untuk menghormati negaranya; Germanium ternyata cukup identik dengan ecasilience. Sampai paruh kedua abad ke-20 penggunaan praktis Jerman tetap sangat terbatas. Produksi industri di Jerman muncul sehubungan dengan pengembangan elektronik semikonduktor.

Kandungan total Germanium di kerak bumi adalah 7·10 -4% massa, yaitu lebih dari, misalnya, antimon, perak, bismut. Namun, mineral Jerman sendiri sangat langka. Hampir semuanya adalah sulfosalt: germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argyrodite Ag 8 GeS 6, confieldite Ag 8 (Sn, Ge)S 6 dan lain-lain. Sebagian besar wilayah Jerman tersebar di kerak bumi dalam jumlah yang banyak. batu dan mineral: dalam bijih sulfida dari logam non-ferrous, dalam bijih besi, dalam beberapa mineral oksida (kromit, magnetit, rutil dan lain-lain), dalam granit, diabas dan basal. Selain itu, germanium hadir di hampir semua silikat, di beberapa endapan batu bara dan minyak.

Sifat fisik Jerman. Germanium mengkristal dalam struktur kubik tipe intan, parameter sel satuan a = 5,6575Å. Kepadatan Germanium padat adalah 5,327 g/cm 3 (25 °C); cair 5,557 (1000 °C); t 937,5 °C; bp sekitar 2700 °C; koefisien konduktivitas termal ~60 W/(m K), atau 0,14 kal/(cm detik derajat) pada 25°C. Bahkan germanium yang sangat murni rapuh pada suhu biasa, tetapi di atas 550 °C ia dapat mengalami deformasi plastis. Kekerasan Jerman pada skala mineralogi 6-6,5; koefisien kompresibilitas (dalam rentang tekanan 0-120 Gn/m 2 , atau 0-12000 kgf/mm 2) 1,4 10 -7 m 2 /mn (1,4 10 -6 cm 2 /kgf); tegangan permukaan 0,6 N/m (600 dyne/cm). Germanium adalah semikonduktor tipikal dengan celah pita 1,104 10 -19 J atau 0,69 eV (25 °C); resistivitas listrik kemurnian tinggi Jerman 0,60 ohm-m (60 ohm-cm) pada 25°C; mobilitas elektron adalah 3900 dan mobilitas lubang adalah 1900 cm 2 /v detik (25 ° C) (dengan kandungan pengotor kurang dari 10 -8%). Transparan ke sinar inframerah dengan panjang gelombang lebih besar dari 2 mikron.

Sifat kimia Jerman. Dalam senyawa kimia, germanium biasanya menunjukkan valensi 2 dan 4, dengan senyawa germanium bervalensi 4 lebih stabil. Pada suhu kamar, germanium tahan terhadap udara, air, larutan alkali, dan asam klorida dan asam sulfat encer, tetapi mudah larut dalam aqua regia dan dalam larutan basa hidrogen peroksida. Asam nitrat perlahan teroksidasi. Ketika dipanaskan di udara hingga 500-700 °C, germanium teroksidasi menjadi GeO dan GeO 2 oksida. Jerman oksida (IV) - bubuk putih dengan t pl 1116°C; kelarutan dalam air 4,3 g/l (20 °C). Menurut sifat kimianya, itu amfoter, larut dalam alkali dan dengan kesulitan dalam asam mineral. Ini diperoleh dengan mengkalsinasi endapan terhidrasi (GeO 3 nH 2 O) yang dilepaskan selama hidrolisis GeCl 4 tetraklorida. Fusi GeO 2 dengan oksida lain dapat diperoleh turunan asam germanat - germanat logam (Li 2 GeO 3 , Na 2 GeO 3 dan lain-lain) - padatan dengan titik leleh tinggi.

Ketika germanium bereaksi dengan halogen, tetrahalida yang sesuai terbentuk. Reaksi berlangsung paling mudah dengan fluor dan klor (sudah pada suhu kamar), kemudian dengan brom (pemanasan lemah) dan yodium (pada 700-800 °C dengan adanya CO). Salah satu senyawa terpenting Jerman GeCl 4 tetraklorida adalah cairan tidak berwarna; t pl -49,5°C; bp 83,1°C; kepadatan 1,84 g/cm3 (20 °C). Air terhidrolisis kuat dengan pelepasan endapan oksida terhidrasi (IV). Ini diperoleh dengan klorinasi logam Jerman atau dengan interaksi GeO 2 dengan HCl pekat. Juga dikenal adalah dihalida Jerman dengan rumus umum GeX 2 , GeCl monoklorida, Ge 2 Cl 6 heksaklorodigerman, dan oksiklorida Jerman (misalnya, CeOCl 2).

Belerang bereaksi hebat dengan Jerman pada 900-1000 °C untuk membentuk GeS 2 disulfida, padatan putih, tl 825 °C. GeS monosulfida dan senyawa serupa dari Jerman dengan selenium dan telurium, yang merupakan semikonduktor, juga dijelaskan. Hidrogen sedikit bereaksi dengan germanium pada 1000-1100 °C untuk membentuk germine (GeH) X, senyawa yang tidak stabil dan mudah menguap. Dengan mereaksikan germanida dengan asam klorida encer, germanohidrogen deret Ge n H 2n+2 hingga Ge 9 H 20 dapat diperoleh. Komposisi germylene GeH 2 juga dikenal. Germanium tidak langsung bereaksi dengan nitrogen, namun, ada Ge 3 N 4 nitrida, yang diperoleh dengan aksi amonia pada Germanium pada 700-800 °C. Germanium tidak berinteraksi dengan karbon. Germanium membentuk senyawa dengan banyak logam - germanida.

Banyak senyawa kompleks Jerman diketahui, yang menjadi semakin penting baik dalam kimia analitik germanium maupun dalam proses pembuatannya. Germanium membentuk senyawa kompleks dengan molekul organik yang mengandung hidroksil (alkohol polihidrat, asam polibasa, dan lain-lain). Heteropolyacids Jerman diperoleh. Seperti halnya unsur golongan IV lainnya, Jerman ditandai dengan terbentuknya senyawa organologam, contohnya adalah tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Mendapatkan Jerman. Dalam praktek industri, germanium diperoleh terutama dari produk sampingan dari pengolahan bijih logam non-ferrous (zinc blende, konsentrat polimetalik seng-tembaga-timbal) yang mengandung 0,001-0,1% Jerman. Abu dari pembakaran batubara, debu dari generator gas dan limbah dari pabrik kokas juga digunakan sebagai bahan baku. Berasal dari sumber yang terdaftar cara yang berbeda, tergantung pada komposisi bahan baku, menerima konsentrat germanium (2-10% Jerman). Ekstraksi Jerman dari konsentrat biasanya meliputi tahap-tahap berikut: 1) klorinasi konsentrat dengan asam klorida, campurannya dengan klorin dalam media berair atau zat klorin lainnya untuk mendapatkan GeCl 4 teknis. Untuk memurnikan GeCl 4, rektifikasi dan ekstraksi pengotor dengan HCl pekat digunakan. 2) Hidrolisis GeCl 4 dan kalsinasi produk hidrolisis untuk mendapatkan GeO 2 . 3) Reduksi GeO 2 dengan hidrogen atau amonia menjadi logam. Untuk mengisolasi germanium yang sangat murni, yang digunakan dalam perangkat semikonduktor, logam dilebur berdasarkan zona. Germanium kristal tunggal, yang diperlukan untuk industri semikonduktor, biasanya diperoleh dengan peleburan zona atau dengan metode Czochralski.

Aplikasi Jerman. Germanium adalah salah satu bahan paling berharga dalam teknologi semikonduktor modern. Ini digunakan untuk membuat dioda, trioda, detektor kristal, dan penyearah daya. Germanium kristal tunggal juga digunakan dalam instrumen dosimetri dan instrumen yang mengukur intensitas medan magnet konstan dan bolak-balik. Bidang aplikasi yang penting di Jerman adalah teknologi inframerah, khususnya produksi detektor radiasi infra merah bekerja di area 8-14 mikron. Banyak paduan yang mengandung germanium, gelas berbasis GeO2, dan senyawa germanium lainnya menjanjikan untuk penggunaan praktis.

Pada tahun 1870 D.I. Mendeleev, berdasarkan hukum periodik, meramalkan unsur golongan IV yang masih belum ditemukan, menyebutnya ekasilicium, dan menjelaskan sifat-sifat utamanya. Pada tahun 1886, ahli kimia Jerman Clemens Winkler, selama analisis kimia mineral argyrodite, menemukan unsur kimia ini. Awalnya, Winkler ingin memberi nama elemen baru "neptunium", tetapi nama ini telah diberikan kepada salah satu elemen yang diusulkan, sehingga elemen tersebut dinamai sesuai dengan tanah air ilmuwan - Jerman.

Berada di alam, mendapatkan:

Germanium ditemukan dalam bijih sulfida, bijih besi, dan ditemukan di hampir semua silikat. Mineral utama yang mengandung germanium: argyrodite Ag 8 GeS 6, konfieldit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stottite FeGe(OH) 6, germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, rhenierite Cu 3 ( Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Sebagai hasil dari operasi yang kompleks dan memakan waktu untuk pengayaan bijih dan konsentrasinya, germanium diisolasi dalam bentuk GeO 2 oksida, yang direduksi dengan hidrogen pada 600 ° C menjadi zat sederhana.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanium dimurnikan dengan peleburan zona, yang menjadikannya salah satu bahan yang paling murni secara kimiawi.

Properti fisik:

Padatan abu-abu-putih dengan kilau logam (mp 938°C, bp 2830°C)

Sifat kimia:

Pada kondisi normal germanium tahan terhadap udara dan air, alkali dan asam, larut dalam aqua regia dan dalam larutan alkali hidrogen peroksida. Bilangan oksidasi germanium dalam senyawanya: 2, 4.

Koneksi yang paling penting:

Germanium(II) oksida, GeO, abu-abu-hitam, sedikit sol. masuk, ketika dipanaskan, itu tidak proporsional: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Germanium(II) hidroksida Ge(OH) 2 , merah-oranye. kristal,
germanium(II) iodida, GeI 2 , kuning kr., sol. dalam air, hidrol. selamat tinggal.
Germanium(II) hidrida, GeH2 , tv. putih por., mudah teroksidasi. dan pembusukan.

Germanium(IV) oksida, GeO2 , putih kristal, amfoter, diperoleh dengan hidrolisis klorida, sulfida, germanium hidrida, atau dengan reaksi germanium dengan asam nitrat.
Germanium(IV) hidroksida, (asam germanic), H 2 GeO 3 , lemah. unst. biaksial to-ta, germanate salts, misalnya. natrium germanat, Na 2 GeO 3 , putih kristal, sol. dalam air; hidroskopis. Ada juga Na2 hexahydroxogermanates (ortho-germanates), dan polygermanates
Germanium(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2 , tidak berwarna. cr., dihidrolisis oleh air menjadi GeO 2, diperoleh dengan memanaskan germanium (IV) klorida dengan anhidrida sulfat pada 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanium(IV) halida, fluorida GeF 4 - terbaik. gas, mentah hidrol., bereaksi dengan HF, membentuk H 2 - asam germanofluorat: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
khlorida GeCl 4 , tidak berwarna. cair, hid., bromida GeBr 4 , ser. kr. atau tidak berwarna. cair, sol. di organisasi samb.,
iodida GeI 4, kuning-oranye. kr., lambat. hid., sol. di organisasi samb.
Germanium(IV) sulfida, GeS 2 , putih kr., buruk sol. dalam air, hidrol., bereaksi dengan basa:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, membentuk germanat dan tiogermanat.
Germanium(IV) hidrida, "Jerman", GeH 4 , tidak berwarna gas, turunan organik dari tetramethylgermane Ge(CH 3) 4 , tetraethylgermane Ge(C 2 H 5) 4 - tidak berwarna. cairan.

Aplikasi:

Bahan semikonduktor yang paling penting, bidang aplikasi utama: optik, elektronik radio, fisika nuklir.

Senyawa Germanium sedikit beracun. Germanium adalah mikroelemen yang dalam tubuh manusia meningkatkan efisiensi sistem kekebalan tubuh, melawan kanker, dan mengurangi rasa sakit. Juga dicatat bahwa germanium mempromosikan transfer oksigen ke jaringan tubuh dan merupakan antioksidan kuat - pemblokir radikal bebas dalam tubuh.
Kebutuhan harian tubuh manusia adalah 0,4-1,5 mg.
Juara kandungan germanium di antara produk makanan adalah bawang putih (750 mikrogram germanium per 1 g berat kering siung bawang putih).

Materi disiapkan oleh mahasiswa Institut Fisika dan Kimia Universitas Negeri Tyumen
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Sumber:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (tanggal akses: 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (tanggal akses: 13/06/2014).

Germanium

JERMAN-SAYA; m. Unsur kimia (Ge), padatan putih keabu-abuan dengan kilau logam (merupakan bahan semikonduktor utama). pelat germanium.

◁ Germanium, th, th. bahan baku G. G. batangan.

(lat. Germanium), unsur kimia golongan IV dari sistem periodik. Nama dari Germania Latin - Jerman, untuk menghormati tanah air K. A. Winkler. kristal abu-abu perak; kepadatan 5,33 g / cm 3, t pl 938.3ºC. Tersebar di alam (mineral sendiri jarang terjadi); ditambang dari bijih logam non-ferrous. Bahan semikonduktor untuk perangkat elektronik (dioda, transistor, dll.), Komponen paduan, bahan untuk lensa pada perangkat IR, detektor radiasi pengion.

GERMANIUM (lat. Germanium), Ge (baca "hertempmanium"), unsur kimia dengan nomor atom 32, massa atom 72,61. Germanium alami terdiri dari lima isotop dengan nomor massa 70 (kandungan dalam campuran alami adalah 20,51 % massa), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%), dan 76 (7,76%). Konfigurasi lapisan elektron terluar 4 s 2 p 2 . Keadaan oksidasi +4, +2 (valensi IV, II). Itu terletak di grup IVA, pada periode ke-4 dalam Tabel Periodik Unsur.
Sejarah penemuan
Ditemukan oleh K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(dan dinamai menurut tanah airnya - Jerman) pada tahun 1886 ketika menganalisis mineral argyrodite Ag 8 GeS 6 setelah keberadaan elemen ini dan beberapa sifatnya diprediksi oleh D. I. Mendeleev (cm. MENDELEEV Dmitry Ivanovich).
Berada di alam
Kandungan di kerak bumi adalah 1,5 10 -4% berat. Mengacu pada elemen yang tersebar. Itu tidak terjadi di alam dalam bentuk bebas. Terkandung sebagai pengotor dalam silikat, besi sedimen, polimetalik, bijih nikel dan tungsten, batubara, gambut, minyak, air panas dan ganggang. Mineral terpenting: germanite Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stottite FeGe (OH) 6, plumbogermanite (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argyrodite Ag 8 GeS 6 , rhenierit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Mendapatkan germanium
Untuk mendapatkan germanium, produk sampingan dari pemrosesan bijih logam non-ferrous, abu dari pembakaran batubara, dan beberapa produk sampingan kimia kokas digunakan. Bahan baku yang mengandung Ge diperkaya dengan flotasi. Kemudian konsentrat diubah menjadi GeO 2 oksida, yang direduksi dengan hidrogen (cm. HIDROGEN):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanium kemurnian semikonduktor dengan kandungan pengotor 10 -3 -10 -4% diperoleh dengan peleburan zona (cm. PENCELURAN ZONA), kristalisasi (cm. KRISTALISASI) atau termolisis monogerman yang mudah menguap GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
yang terbentuk selama dekomposisi senyawa logam aktif dengan Ge - germanida oleh asam:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Sifat fisik dan kimia
Germanium adalah zat keperakan dengan kilau logam. Modifikasi stabil kisi kristal (Ge I), kubik, tipe berlian berpusat muka, sebuah= 0,533 nm (tiga modifikasi lainnya diperoleh pada tekanan tinggi). Titik lebur 938,25 °C, titik didih 2850 °C, massa jenis 5,33 kg/dm 3. Ini memiliki sifat semikonduktor, celah pita adalah 0,66 eV (pada 300 K). Germanium transparan terhadap radiasi infra merah dengan panjang gelombang lebih besar dari 2 mikron.
Sifat kimia Ge mirip dengan silikon. (cm. SILIKON). Pada kondisi normal tahan terhadap oksigen (cm. OKSIGEN), uap air, asam encer. Dengan adanya zat pengompleks kuat atau zat pengoksidasi, ketika dipanaskan, Ge bereaksi dengan asam:
Ge + H 2 SO 4 conc \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO3 kons. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge bereaksi dengan aqua regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge berinteraksi dengan larutan alkali dengan adanya zat pengoksidasi:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Ketika dipanaskan di udara hingga 700 °C, Ge menyala. Ge mudah berinteraksi dengan halogen (cm. HALOGEN) dan abu-abu (cm. SULFUR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Dengan hidrogen (cm. HIDROGEN), nitrogen (cm. NITROGEN), karbon (cm. KARBON) germanium tidak langsung masuk ke dalam reaksi, senyawa dengan unsur-unsur ini diperoleh secara tidak langsung. Misalnya, Ge 3 N 4 nitrida dibentuk dengan melarutkan germanium diiodida GeI 2 dalam amonia cair:
GeI 2 + NH 3 cair -> n -> Ge 3 N 4
Germanium oksida (IV), GeO 2, adalah zat kristal putih yang ada dalam dua modifikasi. Salah satu modifikasinya adalah larut sebagian dalam air dengan pembentukan asam germanat kompleks. Menunjukkan sifat amfoter.
GeO 2 berinteraksi dengan basa sebagai oksida asam:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 berinteraksi dengan asam:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalida adalah senyawa non-polar yang mudah dihidrolisis oleh air.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalida diperoleh dengan interaksi langsung:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
atau dekomposisi termal:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germanium hidrida secara kimiawi mirip dengan silikon hidrida, tetapi GeH 4 monogerman lebih stabil daripada SiH 4 monosilane. Germanes membentuk deret homolog Ge n H 2n+2 , Gen H 2n dan lain-lain, tetapi deret ini lebih pendek daripada silan.
Monogermane GeH 4 adalah gas yang stabil di udara dan tidak bereaksi dengan air. Selama penyimpanan jangka panjang, ia terurai menjadi H 2 dan Ge. Monogerman diperoleh dengan mereduksi germanium dioksida GeO 2 dengan natrium borohidrida NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
GeO monoksida yang sangat tidak stabil terbentuk dengan pemanasan sedang dari campuran germanium dan GeO 2 dioksida:
Ge + GeO2 = 2GeO.
Senyawa Ge(II) mudah mengalami disproporsionasi dengan pelepasan Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanium disulfida GeS 2 adalah zat amorf atau kristal putih, diperoleh dengan pengendapan H 2 S dari larutan asam GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 + 4HCl
GeS 2 larut dalam alkali dan amonium atau sulfida logam alkali:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge dapat menjadi bagian dari senyawa organik. Diketahui (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH dan lain-lain.
Aplikasi
Germanium adalah bahan semikonduktor yang digunakan dalam teknik dan elektronik radio dalam produksi transistor dan sirkuit mikro. Lapisan tipis Ge yang terdeposit pada kaca digunakan sebagai tahanan pada instalasi radar. Paduan Ge dengan logam digunakan dalam sensor dan detektor. Germanium dioksida digunakan dalam produksi kacamata yang mengirimkan radiasi inframerah.

kamus ensiklopedis . 2009 .

Lihat apa itu "germanium" di kamus lain:

Unsur kimia yang ditemukan pada tahun 1886 dalam mineral argyrodite langka yang ditemukan di Saxony. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N., 1910. germanium (dinamai untuk menghormati ibu pertiwi ilmuwan yang menemukan elemen), chem. elemen, ... ... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

- (Jermanium), Ge, unsur kimia golongan IV dari sistem periodik, nomor atom 32, massa atom 72,59; bukan metal; bahan semikonduktor. Germanium ditemukan oleh ahli kimia Jerman K. Winkler pada tahun 1886 ... Ensiklopedia Modern

germanium- Elemen Ge Grup IV sistem; pada. n. 32, di. m.72.59; televisi. hal dengan logam. berkilau. Ge Alam adalah campuran dari lima isotop stabil dengan nomor massa 70, 72, 73, 74 dan 76. Keberadaan dan sifat Ge diprediksi pada tahun 1871 oleh D. I. ... ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Germanium- (Jermanium), Ge, unsur kimia golongan IV dari sistem periodik, nomor atom 32, massa atom 72,59; bukan metal; bahan semikonduktor. Germanium ditemukan oleh kimiawan Jerman K. Winkler pada tahun 1886. ... Kamus Ensiklopedis Bergambar

- (lat. Germanium) Ge, unsur kimia golongan IV dari sistem periodik, nomor atom 32, massa atom 72,59. Dinamakan dari bahasa Latin Germania Jerman, untuk menghormati tanah air K. A. Winkler. kristal abu-abu perak; kepadatan 5,33 g/cm³, mp 938,3 ... Kamus Ensiklopedis Besar

- (simbol Ge), unsur logam putih-abu-abu golongan IV dari tabel periodik MENDELEEV, di mana sifat-sifat unsur yang belum ditemukan, khususnya germanium (1871), diprediksi. Unsur ini ditemukan pada tahun 1886. Sebuah produk sampingan dari peleburan seng ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Ge (dari lat. Germania Jerman * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; dan. germanio), chem. unsur IV golongan periodik. sistem Mendeleev, at.s. 32, di. m.72.59. Natural G. terdiri dari 4 isotop stabil 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Ensiklopedia Geologi

- (Ge), sintetis kristal tunggal, PP, kelompok simetri titik m3m, massa jenis 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, padat. pada skala Mohs 6, di. m.72.60. Transparan di wilayah IR l dari 1,5 hingga 20 mikron; optik anisotropik, untuk l=1,80 m eff. pembiasan n=4.143.… … Ensiklopedia Fisik

Ada., jumlah sinonim: 3 semikonduktor (7) ekasilikon (1) elemen (159) ... Kamus sinonim

JERMAN- kimia. elemen, simbol Ge (lat. Germanium), di. n. 32, di. m.72.59; zat kristal abu-abu keperakan rapuh, massa jenis 5327 kg/m3, vil = 937,5 °C. Tersebar di alam; itu ditambang terutama selama pemrosesan seng blende dan ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

Dinamakan setelah Jerman. Seorang ilmuwan dari negara ini menemukan dan memiliki hak untuk menyebutnya apa pun yang dia inginkan. Jadi di dapat germanium.

Namun, bukan Mendeleev yang beruntung, melainkan Clemens Winkler. Dia ditugaskan untuk mempelajari argyrodite. Mineral baru, yang sebagian besar terdiri dari, ditemukan di tambang Himmelfurst.

Winkler menentukan 93% komposisi batu dan menemui jalan buntu dengan 7% sisanya. Kesimpulannya adalah bahwa mereka termasuk elemen yang tidak diketahui.

Analisis yang lebih cermat telah membuahkan hasil. germanium ditemukan. Ini adalah logam. Bagaimana itu berguna bagi umat manusia? Tentang ini, dan tidak hanya, kami akan memberi tahu lebih lanjut.

sifat germanium

Germanium - 32 elemen dari tabel periodik. Ternyata logam tersebut termasuk dalam golongan ke-4. Jumlahnya sesuai dengan valensi elemen.

Artinya, germanium cenderung membentuk 4 ikatan kimia. Ini membuat elemen yang ditemukan oleh Winkler terlihat seperti .

Oleh karena itu keinginan Mendeleev untuk menamai unsur ekosilisium yang masih belum ditemukan, dilambangkan sebagai Si. Dmitry Ivanovich menghitung sifat-sifat logam ke-32 terlebih dahulu.

Germanium mirip dengan silikon dalam sifat kimia. Bereaksi dengan asam hanya jika dipanaskan. Dengan alkali "berkomunikasi" dengan adanya zat pengoksidasi.

Tahan terhadap uap air. Tidak bereaksi dengan hidrogen, karbon,. Germanium menyala pada suhu 700 derajat Celcius. Reaksi disertai dengan pembentukan germanium dioksida.

Unsur ke-32 mudah berinteraksi dengan halogen. Ini adalah zat pembentuk garam dari kelompok 17 tabel.

Agar tidak bingung, kami menunjukkan bahwa kami fokus pada standar baru. Di masa lalu, ini adalah kelompok ke-7 dari tabel periodik.

Apa pun mejanya, logam-logam di dalamnya terletak di sebelah kiri garis diagonal berundak. Elemen ke-32 adalah pengecualian.

Pengecualian lainnya adalah . Dia mungkin juga bereaksi. Antimon diendapkan pada substrat.

Interaksi aktif dipastikan dengan. Seperti kebanyakan logam, germanium mampu terbakar dalam uapnya.

eksternal elemen germanium, putih keabu-abuan, dengan kilau metalik yang menonjol.

Dengan merevisi struktur internal, logam memiliki struktur kubik. Ini mencerminkan susunan atom dalam sel dasar.

Mereka berbentuk seperti kubus. Delapan atom terletak di simpul. Strukturnya dekat dengan kisi.

Unsur 32 memiliki 5 isotop stabil. Kehadiran mereka adalah milik semua elemen dari subkelompok germanium.

Mereka genap, yang menentukan keberadaan isotop stabil. Misalnya, ada 10 di antaranya.

Kepadatan germanium adalah 5,3-5,5 gram per sentimeter kubik. Indikator pertama khas untuk negara bagian, yang kedua - untuk logam cair.

Dalam bentuk yang dilunakkan, tidak hanya lebih padat, tetapi juga plastik. Rapuh pada suhu kamar, zat menjadi 550 derajat. Ini adalah ciri-ciri germanium

Kekerasan logam pada suhu kamar sekitar 6 poin.

Dalam keadaan ini, elemen ke-32 adalah semikonduktor khas. Tapi, properti menjadi "terang" saat suhu naik. Hanya konduktor, sebagai perbandingan, kehilangan sifat mereka saat dipanaskan.

Germanium menghantarkan arus tidak hanya dalam bentuk standarnya, tetapi juga dalam larutan.

Dalam hal sifat semikonduktor, elemen ke-32 juga dekat dengan silikon dan sama umum.

Namun, area penerapan zat berbeda. Silikon adalah semikonduktor yang digunakan dalam panel surya, termasuk jenis film tipis.

Unsur ini juga dibutuhkan untuk fotosel. Sekarang, pertimbangkan di mana germanium berguna.

Aplikasi germanium

Germanium digunakan dalam spektroskopi gamma. Instrumennya memungkinkan, misalnya, untuk mempelajari komposisi aditif dalam oksida katalis campuran.

Di masa lalu, germanium ditambahkan ke dioda dan transistor. Dalam sel surya, sifat semikonduktor juga berguna.

Namun, jika silikon ditambahkan ke model standar, maka germanium ditambahkan ke model generasi baru yang sangat efisien.

Hal utama adalah tidak menggunakan germanium pada suhu mendekati nol mutlak. Dalam kondisi seperti itu, logam kehilangan kemampuannya untuk mentransmisikan tegangan.

Agar germanium menjadi konduktor, pengotor di dalamnya tidak boleh lebih dari 10%. Sempurna Ultra Bersih unsur kimia.

Germanium dibuat dengan metode peleburan zona ini. Ini didasarkan pada kelarutan yang berbeda dari unsur-unsur asing dalam cairan dan fase.

rumus germanium memungkinkan Anda untuk menerapkannya dalam praktik. Di sini kita tidak lagi berbicara tentang sifat semikonduktor elemen, tetapi tentang kemampuannya untuk mengeras.

Untuk alasan yang sama, germanium telah menemukan aplikasi dalam prosthetics gigi. Meskipun mahkota menjadi usang, masih ada sedikit permintaan untuk mereka.

Jika Anda menambahkan silikon dan aluminium ke germanium, diperoleh solder.

Titik leburnya selalu lebih rendah daripada logam yang bergabung. Jadi, Anda bisa membuat desain desain yang rumit.

Bahkan Internet tanpa germanium tidak akan mungkin. Elemen ke-32 hadir dalam serat optik. Pada intinya adalah kuarsa dengan campuran pahlawan.

Dan dioksidanya meningkatkan reflektifitas serat. Mempertimbangkan permintaan itu, elektronik, germanium sangat dibutuhkan oleh para industrialis di volume besar. Yang mana, dan bagaimana cara menyediakannya, kita akan pelajari di bawah ini.

pertambangan germanium

Germanium cukup umum. Di kerak bumi, unsur ke-32, misalnya, lebih dari, antimon, atau.

Cadangan yang dieksplorasi sekitar 1.000 ton. Hampir setengahnya tersembunyi di perut Amerika Serikat. 410 ton lainnya adalah properti.

Jadi, negara-negara lain pada dasarnya harus membeli bahan baku. bekerja sama dengan Kekaisaran Surgawi. Hal ini dibenarkan baik dari sudut pandang politik maupun dari sudut pandang ekonomi.

Sifat-sifat elemen germanium, terkait dengan hubungan geokimia dengan zat yang tersebar luas, tidak memungkinkan logam untuk membentuk mineralnya sendiri.

Biasanya, logam dimasukkan ke dalam kisi yang sudah ada. Tamu, tentu saja, tidak akan memakan banyak ruang.

Oleh karena itu, Anda harus mengekstrak germanium sedikit demi sedikit. Di dalamnya Anda dapat menemukan beberapa kilo per ton batu.

Enargits mengandung tidak lebih dari 5 kilogram germanium per 1000 kilogram. Dalam pyrargyrite 2 kali lebih banyak.

Satu ton unsur 32 sulvanit mengandung tidak lebih dari 1 kilogram. Paling sering, germanium diekstraksi sebagai produk sampingan dari bijih logam lain, misalnya, atau non-ferro, seperti kromit, magnetit, rutit.

Produksi tahunan germanium berkisar antara 100-120 ton, tergantung permintaan.

Pada dasarnya, bentuk kristal tunggal dari zat yang dibeli. Inilah yang dibutuhkan untuk produksi spektrometer, serat optik, berharga. Mari kita cari tahu tarifnya.

harga germanium

Germanium monokristalin terutama dibeli oleh ton. Untuk industri besar, ini menguntungkan.

1.000 kilogram elemen ke-32 berharga sekitar 100.000 rubel. Anda dapat menemukan penawaran untuk 75.000 - 85.000.

Jika Anda mengambil polikristalin, yaitu dengan agregat yang lebih kecil dan kekuatan yang meningkat, Anda dapat memberikan 2,5 kali lebih banyak per kilo bahan baku.

Panjang standar tidak kurang dari 28 sentimeter. Blok dilindungi dengan film, karena memudar di udara. Germanium polikristalin - "tanah" untuk menumbuhkan kristal tunggal.

Germanium (dari bahasa Latin Germanium), ditunjuk "Ge", sebuah elemen dari kelompok IV dari tabel periodik unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev; unsur nomor 32, massa atom adalah 72,59. Germanium adalah zat padat dengan kilau logam, memiliki warna putih abu-abu. Meskipun warna germanium adalah konsep yang relatif, semuanya tergantung pada perawatan permukaan material. Terkadang bisa menjadi abu-abu seperti baja, terkadang keperakan, dan terkadang benar-benar hitam. Secara lahiriah, germanium cukup dekat dengan silikon. Unsur-unsur ini tidak hanya mirip satu sama lain, tetapi juga sebagian besar memiliki sifat semikonduktor yang sama. Perbedaan esensial mereka adalah fakta bahwa germanium lebih dari dua kali berat silikon.

Germanium, ditemukan di alam, adalah campuran dari lima isotop stabil dengan nomor massa 76, 74, 73, 32, 70. Kembali pada tahun 1871, ahli kimia terkenal, "bapak" dari tabel periodik, Dmitry Ivanovich Mendeleev meramalkan sifat dan keberadaan dari germanium. Dia menyebut unsur yang tidak dikenal pada waktu itu "ekasilicium", karena. sifat-sifat zat baru dalam banyak hal mirip dengan silikon. Pada tahun 1886, setelah mempelajari mineral argyrdite, ahli kimia Jerman berusia empat puluh delapan tahun K. Winkler menemukan unsur kimia yang sama sekali baru dalam campuran alami.

Pada awalnya, ahli kimia ingin menyebut elemen neptunium, karena planet Neptunus juga diprediksi jauh lebih awal daripada ditemukan, tetapi kemudian dia mengetahui bahwa nama seperti itu telah digunakan dalam penemuan salah salah satu elemen, jadi Winkler memutuskan untuk meninggalkan nama ini. Ilmuwan ditawari untuk menamai elemen bersudut, yang berarti "kontroversial, bersudut", tetapi Winkler juga tidak setuju dengan nama ini, meskipun elemen No. 32 benar-benar menimbulkan banyak kontroversi. Ilmuwan itu berkebangsaan Jerman, jadi dia akhirnya memutuskan untuk memberi nama unsur germanium, untuk menghormati negara asalnya, Jerman.

Ternyata kemudian, germanium ternyata tidak lebih dari "ekasilicium" yang ditemukan sebelumnya. Sampai paruh kedua abad kedua puluh, kegunaan praktis germanium agak sempit dan terbatas. Produksi industri logam dimulai hanya sebagai hasil dari awal produksi industri elektronik semikonduktor.

Germanium adalah bahan semikonduktor yang banyak digunakan dalam elektronik dan teknik, serta dalam produksi sirkuit mikro dan transistor. Instalasi radar menggunakan film tipis germanium, yang diaplikasikan pada kaca dan digunakan sebagai resistensi. Paduan dengan germanium dan logam digunakan dalam detektor dan sensor.

Unsur ini tidak memiliki kekuatan seperti tungsten atau titanium, tidak berfungsi sebagai sumber energi yang tidak ada habisnya seperti plutonium atau uranium, daya hantar listrik bahan juga jauh dari yang tertinggi, dan besi adalah logam utama dalam teknologi industri. Meskipun demikian, germanium adalah salah satu komponen terpenting dari kemajuan teknis masyarakat kita, karena. bahkan lebih awal dari silikon mulai digunakan sebagai bahan semikonduktor.

Dalam hal ini, akan tepat untuk bertanya: Apa itu semikonduktor dan semikonduktor? Bahkan para ahli tidak dapat menjawab pertanyaan ini dengan tepat, karena. kita dapat berbicara tentang properti semikonduktor yang dipertimbangkan secara khusus. Ada juga definisi yang tepat, tetapi hanya dari bidang cerita rakyat: Semikonduktor adalah konduktor untuk dua mobil.

Sebatang germanium harganya hampir sama dengan sebatang emas. Logam ini sangat rapuh, hampir seperti kaca, jadi jika Anda menjatuhkan batangan seperti itu, kemungkinan besar logam itu akan pecah begitu saja.

Logam Germanium, properti

Sifat biologis

Untuk kebutuhan medis, germanium paling banyak digunakan di Jepang. Hasil pengujian senyawa organogermanium pada hewan dan manusia menunjukkan bahwa senyawa tersebut mampu memberikan efek yang menguntungkan bagi tubuh. Pada tahun 1967, dokter Jepang K. Asai menemukan bahwa germanium organik memiliki efek biologis yang luas.

Di antara semua miliknya sifat biologis Perlu dicatat:

• - memastikan transfer oksigen ke jaringan tubuh;
• - meningkatkan status kekebalan tubuh;
• - manifestasi aktivitas antitumor.

Selanjutnya, ilmuwan Jepang menciptakan produk medis pertama di dunia yang mengandung germanium - "Germanium - 132".

Di Rusia, obat domestik pertama yang mengandung germanium organik hanya muncul pada tahun 2000.

Proses evolusi biokimia permukaan kerak bumi tidak memberikan efek terbaik pada kandungan germanium di dalamnya. Sebagian besar unsur tersebut telah hanyut dari daratan ke lautan, sehingga kandungannya di dalam tanah tetap cukup rendah.

Di antara tanaman yang memiliki kemampuan menyerap germanium dari tanah, pemimpinnya adalah ginseng (germanium hingga 0,2%). Germanium juga ditemukan dalam bawang putih, kapur barus dan lidah buaya, yang secara tradisional digunakan dalam pengobatan berbagai penyakit manusia. Pada tumbuhan, germanium ditemukan dalam bentuk karboksyetil semioksida. Sekarang dimungkinkan untuk mensintesis sesquioxanes dengan fragmen pirimidin - senyawa organik germanium. Senyawa ini dalam strukturnya dekat dengan alam, seperti pada akar ginseng.

Germanium dapat dikaitkan dengan elemen jejak yang langka. Ini hadir dalam sejumlah besar produk yang berbeda, tetapi dalam dosis yang sedikit. Asupan harian germanium organik ditetapkan pada 8-10 mg. Evaluasi 125 bahan makanan menunjukkan bahwa sekitar 1,5 mg germanium memasuki tubuh setiap hari dengan makanan. Kandungan elemen jejak dalam 1 g makanan mentah adalah sekitar 0,1 - 1,0 g. Germanium ditemukan dalam susu, jus tomat, salmon, dan kacang-kacangan. Tetapi untuk memenuhi kebutuhan harian germanium, Anda harus minum 10 liter jus tomat setiap hari atau makan sekitar 5 kilogram salmon. Dari sudut pandang biaya produk-produk ini, sifat fisiologis seseorang, dan akal sehat, penggunaan produk yang mengandung germanium dalam jumlah seperti itu juga tidak mungkin. Di wilayah Rusia, sekitar 80-90% populasi kekurangan germanium, itulah sebabnya persiapan khusus telah dikembangkan.

Studi praktis telah menunjukkan bahwa germanium di dalam tubuh terutama ada di usus, lambung, limpa, sumsum tulang dan darah. Tingginya kandungan unsur mikro di usus dan lambung menunjukkan tindakan yang berkepanjangan dari proses penyerapan obat ke dalam darah. Ada asumsi bahwa germanium organik berperilaku dalam darah dengan cara yang sama seperti hemoglobin, yaitu. memiliki muatan negatif dan terlibat dalam transfer oksigen ke jaringan. Dengan demikian, mencegah perkembangan hipoksia pada tingkat jaringan.

Sebagai hasil dari percobaan berulang, sifat germanium untuk mengaktifkan pembunuh-T dan mendorong induksi interferon gamma, yang menekan proses reproduksi sel yang membelah dengan cepat, terbukti. Arah utama kerja interferon adalah perlindungan antitumor dan antivirus, fungsi radioprotektif dan imunomodulator dari sistem limfatik.

Germanium dalam bentuk sesquioxide memiliki kemampuan untuk bekerja pada ion hidrogen H +, menghaluskan efek merugikan mereka pada sel-sel tubuh. Dijamin kinerja yang sangat baik dari semua sistem tubuh manusia adalah suplai oksigen yang tidak terputus ke darah dan semua jaringan. Germanium organik tidak hanya mengantarkan oksigen ke semua titik tubuh, tetapi juga meningkatkan interaksinya dengan ion hidrogen.

• - Germanium adalah logam, tetapi kerapuhannya dapat dibandingkan dengan kaca.
• - Beberapa buku referensi menyatakan bahwa germanium memiliki warna keperakan. Tetapi ini tidak dapat dikatakan, karena warna germanium secara langsung tergantung pada metode pemrosesan permukaan logam. Terkadang bisa tampak hampir hitam, terkadang berwarna seperti baja, dan terkadang bisa menjadi keperakan.
• - Germanium ditemukan di permukaan matahari, serta dalam komposisi meteorit yang jatuh dari luar angkasa.
• - Untuk pertama kalinya, senyawa organoelemen germanium diperoleh oleh penemu unsur Clemens Winkler dari germanium tetraklorida pada tahun 1887, yaitu tetraetilgermanium. Dari semua yang diterima panggung sekarang tidak ada senyawa organoelemen germanium yang beracun. Pada saat yang sama, sebagian besar unsur mikro organik timah dan timbal, yang merupakan analog dari germanium dalam sifat fisiknya, bersifat racun.
• - Dmitri Ivanovich Mendeleev meramalkan tiga unsur kimia bahkan sebelum penemuan mereka, termasuk germanium, menyebut unsur ekasilicium karena kemiripannya dengan silikon. Prediksi ilmuwan Rusia yang terkenal itu sangat akurat sehingga membuat para ilmuwan kagum, termasuk. dan Winkler, yang menemukan germanium. Berat atom menurut Mendeleev sama dengan 72, kenyataannya 72,6; gravitasi spesifik menurut Mendeleev adalah 5,5 pada kenyataannya - 5,469; volume atom menurut Mendeleev adalah 13 pada kenyataannya - 13,57; oksida tertinggi menurut Mendeleev adalah EsO2, pada kenyataannya - GeO2, berat jenisnya menurut Mendeleev adalah 4,7, pada kenyataannya - 4,703; senyawa klorida menurut Mendeleev EsCl4 - cair, titik didih sekitar 90 ° C, sebenarnya - senyawa klorida GeCl4 - cair, titik didih 83 ° C, senyawa dengan hidrogen menurut Mendeleev EsH4 adalah gas, senyawa dengan hidrogen sebenarnya gas GeH4; senyawa organologam menurut Mendeleev Es(C2H5)4, titik didih 160 °C, senyawa organologam pada kenyataannya - Ge(C2H5)4 titik didih 163,5°C. Seperti dapat dilihat dari informasi yang dibahas di atas, prediksi Mendeleev ternyata sangat akurat.
• - Pada tanggal 26 Februari 1886, Clemens Winkler memulai suratnya kepada Mendeleev dengan kata-kata "Dear Sir." Dia, dengan cara yang agak sopan, memberi tahu ilmuwan Rusia tentang penemuan elemen baru, yang disebut germanium, yang, dalam sifat-sifatnya, tidak lain adalah "ekasilicium" Mendeleev yang diprediksi sebelumnya. Jawaban Dmitri Ivanovich Mendeleev pun tak kalah sopan. Ilmuwan setuju dengan penemuan rekannya, menyebut germanium "mahkota sistem periodiknya", dan Winkler "bapak" elemen yang layak memakai "mahkota" ini.
• - Germanium sebagai semikonduktor klasik telah menjadi kunci untuk memecahkan masalah pembuatan bahan superkonduktor yang beroperasi pada suhu hidrogen cair, tetapi bukan helium cair. Seperti yang Anda ketahui, hidrogen berpindah ke wujud cair dari wujud gas ketika suhu mencapai –252,6°C, atau 20,5°K. Pada 1970-an, film germanium dan niobium dikembangkan, yang ketebalannya hanya beberapa ribu atom. Film ini mampu mempertahankan superkonduktivitas bahkan pada suhu 23,2°K ke bawah.
• - Saat menumbuhkan kristal tunggal germanium, kristal germanium ditempatkan di permukaan germanium cair - "benih", yang secara bertahap dinaikkan menggunakan perangkat otomatis, sementara suhu leleh sedikit melebihi titik leleh germanium (937 ° C) . "Benih" berputar sehingga kristal tunggal, seperti yang mereka katakan, "ditumbuhi daging" dari semua sisi secara merata. Perlu dicatat bahwa selama pertumbuhan seperti itu, hal yang sama terjadi seperti pada proses peleburan zona, yaitu. praktis hanya germanium yang masuk ke fase padat, dan semua kotoran tetap berada dalam lelehan.

Cerita

Keberadaan elemen seperti germanium diprediksi kembali pada tahun 1871 oleh Dmitri Ivanovich Mendeleev, karena kesamaannya dengan silikon, elemen itu disebut ekasilicium. Pada tahun 1886, seorang profesor di Akademi Pertambangan Freiberg menemukan argyrodite, mineral perak baru. Kemudian mineral ini dipelajari dengan cukup cermat oleh profesor kimia teknis Clemens Winkler, melakukan analisis mineral yang lengkap. Winkler yang berusia empat puluh delapan tahun dianggap sebagai analis terbaik di Akademi Pertambangan Freiberg, itulah sebabnya ia diberi kesempatan untuk mempelajari argyrodite.

cukup waktu singkat profesor mampu memberikan laporan persentase berbagai unsur dalam mineral asli: perak dalam komposisinya adalah 74,72%; belerang - 17,13%; oksida besi - 0,66%; merkuri - 0,31%; seng oksida - 0,22% Tetapi hampir tujuh persen - itu adalah bagian dari beberapa elemen yang tidak dapat dipahami, yang, tampaknya, belum ditemukan pada waktu yang jauh itu. Sehubungan dengan ini, Winkler memutuskan untuk mengisolasi komponen argyrodpt yang tidak teridentifikasi, untuk mempelajari sifat-sifatnya, dan dalam proses penelitian dia menyadari bahwa dia telah benar-benar menemukan elemen yang sama sekali baru - itu adalah penjelasan yang diprediksi oleh D.I. Mendeleev.

Namun, salah jika menganggap pekerjaan Winkler berjalan mulus. Dmitry Ivanovich Mendeleev, di samping bab kedelapan dari bukunya Fundamentals of Chemistry, menulis: “Pada awalnya (Februari 1886), kekurangan bahan, serta tidak adanya spektrum dalam nyala dan kelarutan senyawa germanium, sangat menghambat penelitian Winkler ..." Patut diperhatikan kata-kata " tidak ada spektrum. Tapi bagaimana bisa? Pada tahun 1886 sudah ada metode analisis spektral yang banyak digunakan. Dengan menggunakan metode ini, unsur-unsur seperti thallium, rubidium, indium, cesium di Bumi dan helium di Matahari ditemukan. Para ilmuwan telah mengetahui dengan pasti bahwa setiap unsur kimia tanpa kecuali memiliki spektrum individu, dan kemudian tiba-tiba tidak ada spektrum!

Penjelasan untuk fenomena ini muncul beberapa saat kemudian. Germanium memiliki garis spektral yang khas. Panjang gelombangnya adalah 2651,18; 3039.06 dan beberapa lagi. Namun, mereka semua terletak di dalam bagian spektrum ultraviolet yang tidak terlihat, dapat dianggap beruntung bahwa Winkler adalah penganut metode analisis tradisional, karena metode inilah yang membawanya menuju kesuksesan.

Metode Winkler untuk mendapatkan germanium dari mineral cukup dekat dengan salah satu metode industri modern untuk mengisolasi elemen ke-32. Pertama, germanium yang terkandung dalam argaroid diubah menjadi dioksida. Kemudian bubuk putih yang dihasilkan dipanaskan hingga suhu 600-700 °C dalam atmosfer hidrogen. Dalam hal ini, reaksinya menjadi jelas: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Dengan metode inilah unsur yang relatif murni No. 32, germanium, pertama kali diperoleh. Pada awalnya, Winkler bermaksud memberi nama vanadium neptunium, setelah planet dengan nama yang sama, karena Neptunus, seperti germanium, pertama kali diprediksi, dan baru kemudian ditemukan. Tetapi kemudian ternyata nama seperti itu telah digunakan sekali, satu unsur kimia, yang ditemukan secara salah, disebut neptunium. Winkler memilih untuk tidak mengkompromikan nama dan penemuannya, dan meninggalkan neptunium. Seorang ilmuwan Prancis Rayon menyarankan, namun, kemudian dia mengakui proposalnya sebagai lelucon, dia menyarankan untuk menyebut elemen sudut, yaitu. "kontroversial, bersudut", tetapi Winkler juga tidak menyukai nama ini. Akibatnya, ilmuwan secara mandiri memilih nama untuk elemennya, dan menamakannya germanium, untuk menghormati negara asalnya Jerman, seiring waktu, nama ini ditetapkan.

Sampai lantai 2. abad ke-20 penggunaan praktis germanium tetap agak terbatas. Produksi industri logam muncul hanya sehubungan dengan pengembangan semikonduktor dan elektronik semikonduktor.

Berada di alam

Germanium dapat diklasifikasikan sebagai elemen jejak. Di alam, unsur tidak terjadi dalam bentuk bebasnya sama sekali. Kandungan logam total di kerak bumi planet kita berdasarkan massa adalah 7 × 10 4% %. Ini lebih dari kandungan unsur kimia seperti perak, antimon atau bismut. Tetapi mineral germanium sendiri cukup langka dan sangat langka di alam. Hampir semua mineral tersebut adalah sulfosalt, misalnya germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfieldit Ag 8 (Sn, Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 dan lain-lain.

Bagian utama germanium yang tersebar di kerak bumi terkandung dalam sejumlah besar batuan, serta banyak mineral: bijih sulfit dari logam non-ferro, bijih besi, beberapa mineral oksida (kromit, magnetit, rutil, dan lainnya), granit , diabas dan basal. Dalam komposisi beberapa sfalerit, kandungan elemen dapat mencapai beberapa kilogram per ton, misalnya, dalam frankeite dan sulvanite 1 kg / t, dalam enargites, kandungan germanium adalah 5 kg / t, dalam pyrargyrite - hingga 10 kg / t, tetapi dalam silikat dan sulfida lain - puluhan dan ratusan g/t. Sebagian kecil germanium hadir di hampir semua silikat, serta di beberapa deposit minyak dan batubara.

Mineral utama unsur tersebut adalah germanium sulfit (rumus GeS2). Mineral ini ditemukan sebagai pengotor dalam seng sulfit dan logam lainnya. Mineral germanium yang paling penting adalah: germanite Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanite (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottite FeGe (OH) 6, rhenierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 dan argyrodite Ag 8 GeS 6 .

Germanium hadir di wilayah semua negara bagian tanpa kecuali. Tetapi tidak ada negara industri di dunia yang memiliki cadangan industri logam ini. Germanium sangat, sangat tersebar. Di Bumi, mineral dari logam ini dianggap sangat langka, kandungan germanium di dalamnya setidaknya 1%. Mineral tersebut termasuk germanite, argyrodite, ultramafic, dan lainnya, termasuk mineral yang ditemukan dalam beberapa dekade terakhir: schtotite, renierite, plumbogermanite, dan confieldite. Cadangan semua mineral ini tidak mampu memenuhi kebutuhan industri modern dalam unsur kimia yang langka dan penting ini.

Sebagian besar germanium tersebar dalam mineral unsur kimia lainnya, dan juga ditemukan di perairan alami, di batu bara, di organisme hidup, dan di tanah. Misalnya, kandungan germanium dalam batubara biasa terkadang mencapai lebih dari 0,1%. Tetapi angka seperti itu cukup langka, biasanya bagian germanium lebih rendah. Tapi hampir tidak ada germanium di antrasit.

Resi

Selama pemrosesan germanium sulfida, oksida GeO 2 diperoleh, dengan bantuan hidrogen direduksi untuk mendapatkan germanium gratis.

Dalam produksi industri, germanium ditambang terutama sebagai produk sampingan dari pengolahan bijih logam non-ferrous (campuran seng, konsentrat polimetalik seng-tembaga-timbal yang mengandung 0,001-0,1% germanium), abu dari pembakaran batubara, dan beberapa bahan sampingan. produk kimia kokas.

Awalnya, konsentrat germanium (dari 2% hingga 10% germanium) diisolasi dari sumber yang dibahas di atas dengan berbagai cara, pilihannya tergantung pada komposisi bahan baku. Dalam pemrosesan batubara tinju, germanium sebagian diendapkan (dari 5% hingga 10%) menjadi air tar dan resin, dari sana diekstraksi dalam kombinasi dengan tanin, setelah itu dikeringkan dan dibakar pada suhu 400-500 ° C. Hasilnya adalah konsentrat yang mengandung sekitar 30-40% germanium, germanium diisolasi darinya dalam bentuk GeCl 4 . Proses mengekstrak germanium dari konsentrat seperti itu, sebagai suatu peraturan, mencakup tahapan yang sama:

1) Konsentrat diklorinasi dengan asam klorida, campuran asam dan klorin dalam media berair, atau agen klorinasi lainnya, yang dapat menghasilkan GeCl 4 teknis. Untuk memurnikan GeCl 4, rektifikasi dan ekstraksi pengotor asam klorida pekat digunakan.

2) Dilakukan hidrolisis GeCl 4, hasil hidrolisis dikalsinasi sampai diperoleh GeO 2 oksida.

3) GeO direduksi dengan hidrogen atau amonia menjadi logam murni.

Saat mendapatkan germanium paling murni, yang digunakan dalam semikonduktor sarana teknis, melakukan peleburan zona logam. Germanium kristal tunggal, yang diperlukan untuk produksi semikonduktor, biasanya diperoleh dengan peleburan zona atau dengan metode Czochralski.

Metode untuk mengisolasi germanium dari air tar tanaman kokas dikembangkan oleh ilmuwan Soviet V.A. Nazarenko. Dalam bahan baku ini, germanium tidak lebih dari 0,0003%, namun menggunakan ekstrak ek dari mereka, germanium mudah mengendap dalam bentuk kompleks tannida.

Komponen utama tanin adalah ester glukosa, di mana terdapat radikal asam meta-digalat, yang mengikat germanium, bahkan jika konsentrasi unsur dalam larutan sangat rendah. Dari sedimen, Anda dapat dengan mudah mendapatkan konsentrat, kandungan germanium dioksida di dalamnya hingga 45%.

Transformasi selanjutnya akan sedikit bergantung pada jenis bahan baku. Germanium direduksi dengan hidrogen (seperti dalam kasus Winkler pada abad ke-19), namun, germanium oksida pertama-tama harus diisolasi dari banyak pengotor. Kombinasi yang berhasil Kualitas satu senyawa germanium ternyata sangat berguna untuk mengatasi masalah ini.

Germanium tetraklorida GeCl4. adalah cairan yang mudah menguap yang mendidih hanya pada 83,1°C. Oleh karena itu, cukup mudah dimurnikan dengan distilasi dan rektifikasi (dalam kolom kuarsa dengan pengepakan).

GeCl4 hampir tidak larut dalam asam klorida. Artinya, pelarutan pengotor HCl dapat digunakan untuk memurnikannya.

Germanium tetraklorida yang dimurnikan diolah dengan air, dimurnikan dengan resin penukar ion. Tanda kemurnian yang diinginkan adalah peningkatan resistivitas air hingga 15-20 juta ohm cm.

Hidrolisis GeCl4 terjadi di bawah aksi air:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Dapat dilihat bahwa kita memiliki persamaan "tertulis mundur" untuk reaksi memperoleh germanium tetraklorida.

Kemudian terjadi reduksi GeO2 menggunakan hidrogen murni:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Akibatnya, germanium bubuk diperoleh, yang dicampur dan kemudian dimurnikan dengan metode peleburan zona. Metode pemurnian ini dikembangkan kembali pada tahun 1952 khusus untuk pemurnian germanium.

Pengotor yang diperlukan untuk memberikan germanium jenis konduktivitas tertentu diperkenalkan pada tahap akhir produksi, yaitu selama peleburan zona, serta selama pertumbuhan kristal tunggal.

Aplikasi

Germanium adalah bahan semikonduktor yang digunakan dalam elektronik dan teknologi dalam produksi sirkuit mikro dan transistor. Lapisan tertipis dari germanium diaplikasikan pada kaca dan digunakan sebagai ketahanan dalam instalasi radar. Paduan Germanium dengan berbagai logam digunakan dalam pembuatan detektor dan sensor. Germanium dioksida banyak digunakan dalam produksi kacamata yang memiliki sifat mentransmisikan radiasi inframerah.

Germanium telluride telah berfungsi sebagai bahan termoelektrik yang stabil untuk waktu yang sangat lama, serta komponen paduan termoelektrik (termo-mean emf dengan 50 V/K).Germanium dengan kemurnian sangat tinggi memainkan peran yang sangat strategis dalam pembuatan prisma dan lensa untuk optik inframerah. Konsumen terbesar germanium tepatnya adalah optik inframerah, yang digunakan dalam teknologi komputer, sistem pemandu dan penampakan rudal, perangkat penglihatan malam, pemetaan dan studi permukaan bumi dari satelit. Germanium juga banyak digunakan dalam sistem serat optik (menambahkan germanium tetrafluorida ke serat kaca), serta di dioda semikonduktor.

Germanium sebagai semikonduktor klasik telah menjadi kunci untuk memecahkan masalah pembuatan bahan superkonduktor yang beroperasi pada suhu hidrogen cair, tetapi bukan helium cair. Seperti yang Anda ketahui, hidrogen berpindah ke wujud cair dari wujud gas ketika suhu mencapai -252,6°C, atau 20,5°K. Pada 1970-an, film germanium dan niobium dikembangkan, yang ketebalannya hanya beberapa ribu atom. Film ini mampu mempertahankan superkonduktivitas bahkan pada suhu 23,2°K ke bawah.

Dengan menggabungkan indium ke dalam pelat HES, sehingga menciptakan daerah dengan apa yang disebut konduktivitas lubang, perangkat penyearah diperoleh, yaitu. dioda. Dioda memiliki kemampuan untuk melewatkan listrik dalam satu arah: daerah elektron keluar dari daerah dengan lubang konduksi. Setelah indium menyatu di kedua sisi pelat HES, pelat ini menjadi basis transistor. Untuk pertama kalinya di dunia, transistor germanium dibuat kembali pada tahun 1948, dan setelah hanya dua puluh tahun, ratusan juta perangkat semacam itu diproduksi.

Dioda berdasarkan germanium dan trioda telah banyak digunakan di televisi dan radio, dalam berbagai macam peralatan pengukur dan perangkat penghitung.

Germanium juga digunakan di bidang teknologi modern yang sangat penting lainnya: dalam mengukur suhu rendah, dalam mendeteksi radiasi infra merah, dll.

Penggunaan sapu di semua area ini membutuhkan germanium dengan kemurnian kimia dan fisik yang sangat tinggi. Kemurnian kimia adalah kemurnian di mana jumlah pengotor berbahaya tidak boleh lebih dari sepersepuluh juta persen (10-7%). Kemurnian fisik berarti dislokasi minimum, gangguan minimum dalam struktur kristal suatu zat. Untuk mencapainya, germanium kristal tunggal ditanam secara khusus. Dalam hal ini, seluruh batangan logam hanyalah satu kristal.

Untuk melakukan ini, kristal germanium ditempatkan di permukaan germanium cair - "benih", yang secara bertahap naik menggunakan perangkat otomatis, sementara suhu leleh sedikit melebihi titik leleh germanium (937 ° C). "Benih" berputar sehingga kristal tunggal, seperti yang mereka katakan, "ditumbuhi daging" dari semua sisi secara merata. Perlu dicatat bahwa selama pertumbuhan seperti itu, hal yang sama terjadi seperti pada proses peleburan zona, yaitu. praktis hanya germanium yang masuk ke fase padat, dan semua kotoran tetap berada dalam lelehan.

Properti fisik

Mungkin, beberapa pembaca artikel ini harus melihat vanadium secara visual. Unsur itu sendiri cukup langka dan mahal, mereka tidak membuat barang-barang konsumsi darinya, dan pengisian germaniumnya, yang terjadi di peralatan listrik sangat kecil sehingga tidak mungkin untuk melihat logam.

Beberapa buku referensi menyatakan bahwa germanium berwarna perak. Tetapi ini tidak dapat dikatakan, karena warna germanium secara langsung tergantung pada metode pemrosesan permukaan logam. Terkadang bisa tampak hampir hitam, terkadang berwarna seperti baja, dan terkadang bisa menjadi keperakan.

Germanium adalah logam yang sangat langka sehingga harga ingotnya dapat dibandingkan dengan harga emas. Germanium ditandai dengan peningkatan kerapuhan, yang hanya dapat dibandingkan dengan kaca. Secara lahiriah, germanium cukup dekat dengan silikon. Kedua elemen ini sama-sama bersaing untuk memperebutkan gelar semikonduktor dan analog terpenting. Meskipun beberapa sifat teknis elemen sebagian besar serupa, dalam hal penampilan bahan, sangat mudah untuk membedakan germanium dari silikon, germanium lebih dari dua kali lebih berat. Massa jenis silikon adalah 2,33 g/cm3 dan massa jenis germanium adalah 5,33 g/cm3.

Tetapi tidak mungkin untuk berbicara dengan jelas tentang kepadatan germanium, karena. angka 5,33 g/cm3 mengacu pada germanium-1. Ini adalah salah satu modifikasi paling penting dan paling umum dari lima modifikasi alotropik elemen ke-32. Empat dari mereka adalah kristal dan satu amorf. Germanium-1 adalah yang paling ringan dari empat modifikasi kristal. Kristal yang dibangun persis sama dengan kristal berlian, a = 0,533 nm. Namun, jika struktur ini memiliki kepadatan maksimum untuk karbon, maka germanium juga memiliki modifikasi yang lebih padat. panas sedang dan tekanan tinggi(sekitar 30 ribu atmosfer pada 100 ° C) mengubah germanium-1 menjadi germanium-2, struktur kisi kristalnya persis sama dengan timah putih. Kami menggunakan metode yang sama untuk mendapatkan germanium-3 dan germanium-4, yang bahkan lebih padat. Semua modifikasi "tidak terlalu biasa" ini lebih unggul daripada germanium-1 tidak hanya dalam kepadatan, tetapi juga dalam konduktivitas listrik.

Massa jenis germanium cair adalah 5,557 g/cm3 (pada 1000 °C), suhu leleh logam adalah 937,5 °C; titik didihnya sekitar 2700 °C; nilai koefisien konduktivitas termal kira-kira 60 W / (m (K), atau 0,14 kal / (cm (sec (deg))) pada suhu 25 ° C. Pada suhu biasa, germanium murni pun rapuh, tetapi ketika mencapai 550 ° C, ia mulai menyerah Pada skala mineralogi, kekerasan germanium adalah dari 6 hingga 6,5, nilai koefisien kompresibilitas (dalam kisaran tekanan dari 0 hingga 120 H / m 2, atau dari 0 hingga 12000 kgf / mm 2) adalah 1,4 10-7 m 2 /mn (atau 1,4 10-6 cm 2 /kgf), tegangan permukaan adalah 0,6 n/m (atau 600 dyne/cm).

Germanium adalah semikonduktor tipikal dengan ukuran celah pita 1,104·10 -19 atau 0,69 eV (pada 25°C); dalam germanium kemurnian tinggi, resistivitas listrik adalah 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 ° C); indeks mobilitas elektron adalah 3900, dan mobilitas lubang adalah 1900 cm 2 / in. dtk (pada 25 ° C dan pada konten dari 8% pengotor.) Untuk sinar inframerah, yang panjang gelombangnya lebih dari 2 mikron, logamnya transparan.

Germanium agak rapuh, tidak bisa panas atau dingin bekerja dengan tekanan di bawah 550 °C, tetapi jika suhu naik, logam menjadi ulet. Kekerasan logam pada skala mineralogi adalah 6,0-6,5 (germanium digergaji menjadi pelat menggunakan cakram logam atau berlian dan abrasif).

Sifat kimia

Germanium, berada dalam senyawa kimia, biasanya menunjukkan valensi kedua dan keempat, tetapi senyawa germanium tetravalen lebih stabil. Germanium pada suhu kamar tahan terhadap aksi air, udara, serta larutan alkali dan konsentrat encer asam sulfat atau asam klorida, tetapi elemen tersebut cukup mudah larut dalam aqua regia atau larutan basa hidrogen peroksida. Unsur ini perlahan teroksidasi oleh aksi asam nitrat. Setelah mencapai suhu 500-700 ° C di udara, germanium mulai teroksidasi menjadi GeO 2 dan GeO oksida. (IV) germanium oksida adalah bubuk putih dengan titik leleh 1116°C dan kelarutan dalam air 4,3 g/l (pada 20°C). Menurut sifat kimianya, zat ini amfoter, larut dalam alkali, dengan kesulitan dalam asam mineral. Hal ini diperoleh dengan penetrasi endapan terhidrasi GeO 3 nH 2 O, yang dilepaskan selama hidrolisis Turunan asam germanium, misalnya, germanat logam (Na 2 GeO 3 , Li 2 GeO 3 , dll.) adalah padatan dengan titik leleh tinggi , dapat diperoleh dengan menggabungkan GeO 2 dan oksida lainnya.

Sebagai hasil dari interaksi germanium dan halogen, tetrahalida yang sesuai dapat terbentuk. Reaksi paling mudah dilakukan dengan klorin dan fluor (bahkan pada suhu kamar), kemudian dengan yodium (suhu 700-800 ° C, adanya CO) dan brom (dengan pemanasan rendah). Salah satu senyawa germanium yang paling penting adalah tetraklorida (rumus GeCl 4). Ini adalah cairan tidak berwarna dengan titik leleh 49,5°C, titik didih 83,1°C dan massa jenis 1,84 g/cm3 (pada 20°C). Zat ini terhidrolisis kuat oleh air, melepaskan endapan oksida terhidrasi (IV). Tetraklorida diperoleh dengan klorinasi germanium logam atau dengan interaksi GeO2 oksida dan asam klorida pekat. Germanium dihalida dengan rumus umum GeX 2 , heksaklorodigerman Ge 2 Cl 6 , GeCl monoklorida, serta germanium oksiklorida (misalnya, CeOCl 2) juga dikenal.

Setelah mencapai 900-1000 ° C, belerang berinteraksi kuat dengan germanium, membentuk GeS 2 disulfida. Ini adalah padatan putih dengan titik leleh 825 ° C. Pembentukan monosulfida GeS dan senyawa sejenis germanium dengan telurium dan selenium, yang merupakan semikonduktor, juga dimungkinkan. Pada suhu 1000-1100 °C, hidrogen sedikit bereaksi dengan germanium, membentuk germine (GeH) X, yang merupakan senyawa yang tidak stabil dan sangat mudah menguap. Hidrogen Jermanik dari seri Ge n H 2n + 2 hingga Ge 9 H 20 dapat dibentuk dengan mereaksikan germanida dengan HCl encer. Germylene juga dikenal dengan komposisi GeH 2 . Germanium tidak bereaksi langsung dengan nitrogen, tetapi ada Ge 3 N 4 nitrida, yang diperoleh dengan aksi amonia pada germanium (700-800 ° C). Germanium tidak berinteraksi dengan karbon. Germanium terbentuk dengan banyak logam berbagai koneksi- Germanida.

Banyak senyawa kompleks germanium diketahui, yang menjadi semakin penting dalam kimia analitik unsur germanium, serta dalam proses memperoleh unsur kimia. Germanium mampu membentuk senyawa kompleks dengan molekul organik yang mengandung hidroksil ( alkohol polihidrat, asam polibasa, dll). Ada juga asam heteropoli germanium. Seperti unsur Golongan IV lainnya, germanium secara khas membentuk senyawa organologam. Contohnya adalah tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3 .