Germanium fysiske og kjemiske egenskaper. germanium element

Germanium(lat. Germanium), Ge, et kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske systemet til Mendeleev; serienummer 32, atommasse 72,59; gråhvit fast stoff med metallisk glans. Naturlig germanium er en blanding av fem stabile isotoper med massetall 70, 72, 73, 74 og 76. Tysklands eksistens og egenskaper ble forutsagt i 1871 av D. I. Mendeleev og kalte dette fortsatt ukjente grunnstoffet ekasilicium på grunn av likheten mellom dets egenskaper med silisium. I 1886 oppdaget den tyske kjemikeren K. Winkler et nytt grunnstoff i mineralet argyroditt, som han kalte Tyskland til ære for sitt land; Germanium viste seg å være ganske identisk med ecasilence. Fram til andre halvdel av 1900-tallet praktisk bruk Tyskland forble svært begrenset. Industriell produksjon i Tyskland oppsto i forbindelse med utviklingen av halvlederelektronikk.

Det totale innholdet av germanium i jordskorpen er 7·10 -4 masse%, det vil si mer enn for eksempel antimon, sølv, vismut. Tysklands egne mineraler er imidlertid ekstremt sjeldne. Nesten alle av dem er sulfosalter: germanitt Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argyrodite Ag 8 GeS 6, confieldite Ag 8 (Sn, Ge)S 6 og andre. Hovedtyngden av Tyskland er spredt i jordskorpen i stort antall. steiner og mineraler: i sulfidmalm av ikke-jernholdige metaller, i jernmalm, i noen oksidmineraler (kromitt, magnetitt, rutil og andre), i granitter, diabaser og basalter. I tillegg er germanium tilstede i nesten alle silikater, i noen forekomster av kull og olje.

Fysiske egenskaper Tyskland. Germanium krystalliserer i en kubisk struktur av diamanttypen, enhetscelleparameter a = 5,6575Å. Tettheten av fast germanium er 5,327 g/cm3 (25°C); væske 5,557 (1000°C); t pl 937,5°C; kokepunkt ca. 2700°C; termisk konduktivitetskoeffisient ~60 W/(m K), eller 0,14 cal/(cm sek grader) ved 25°C. Selv veldig rent germanium er sprøtt ved vanlige temperaturer, men over 550°C egner det seg til plastisk deformasjon. Hardhet Tyskland på mineralogisk skala 6-6,5; kompressibilitetskoeffisient (i trykkområdet 0-120 Gn/m 2 eller 0-12000 kgf/mm 2) 1,4 10 -7 m 2 /mn (1,4 10 -6 cm 2 /kgf); overflatespenning 0,6 N/m (600 dyn/cm). Germanium er en typisk halvleder med et båndgap på 1,104 10 -19 J eller 0,69 eV (25°C); elektrisk resistivitet høy renhet Tyskland 0,60 ohm-m (60 ohm-cm) ved 25°C; mobiliteten til elektroner er 3900 og mobiliteten til hull er 1900 cm 2 /v sek (25 ° C) (med et urenhetsinnhold på mindre enn 10 -8%). Gjennomsiktig for infrarøde stråler med en bølgelengde større enn 2 mikron.

Kjemiske egenskaper Tyskland. I kjemiske forbindelser viser germanium vanligvis valenser på 2 og 4, med forbindelser av 4-valent germanium som er mer stabile. Ved romtemperatur er germanium motstandsdyktig mot luft, vann, alkaliløsninger og fortynnede salt- og svovelsyrer, men er lett løselig i vannvann og i en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Salpetersyre oksiderer sakte. Ved oppvarming i luft til 500-700°C oksideres germanium til GeO og GeO 2 oksider. Tyskland oksid (IV) - hvitt pulver med t pl 1116°C; løselighet i vann 4,3 g/l (20°C). I henhold til dens kjemiske egenskaper er den amfoterisk, løselig i alkalier og vanskelig i mineralsyrer. Det oppnås ved å kalsinere det hydratiserte bunnfallet (GeO 3 nH 2 O) som frigjøres under hydrolysen av GeCl 4-tetraklorid. Fusjon av GeO 2 med andre oksider kan oppnås derivater av germansyre - metallgermanater (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 og andre) - faste stoffer med høye smeltepunkter.

Når germanium reagerer med halogener, dannes de tilsvarende tetrahalogenidene. Reaksjonen foregår lettest med fluor og klor (allerede ved romtemperatur), deretter med brom (svak oppvarming) og jod (ved 700-800°C i nærvær av CO). En av de viktigste forbindelsene Tyskland GeCl 4 tetraklorid er en fargeløs væske; tpl -49,5°C; kokepunkt 83,1°C; tetthet 1,84 g/cm3 (20°C). Vann hydrolyserer kraftig med frigjøring av et bunnfall av hydratisert oksid (IV). Det oppnås ved klorering av metallisk Tyskland eller ved interaksjon av GeO 2 med konsentrert HCl. Også kjent er Tyskland-dihalogenider med den generelle formelen GeX2, GeCl-monoklorid, Ge2Cl6-heksaklordigerman og Tyskland-oksyklorider (for eksempel CeOCl2).

Svovel reagerer kraftig med Tyskland ved 900-1000°C for å danne GeS2-disulfid, et hvitt fast stoff, smp. 825°C. GeS monosulfid og lignende forbindelser fra Tyskland med selen og tellur, som er halvledere, er også beskrevet. Hydrogen reagerer litt med germanium ved 1000-1100°C for å danne kim (GeH) X, en ustabil og lett flyktig forbindelse. Ved å reagere germanider med fortynnet saltsyre kan man få germanohydrogener av serien Ge n H 2n+2 opp til Ge 9 H 20. Germylene-sammensetningen GeH 2 er også kjent. Germanium reagerer ikke direkte med nitrogen, men det er Ge 3 N 4 nitrid, som oppnås ved påvirkning av ammoniakk på Germanium ved 700-800°C. Germanium interagerer ikke med karbon. Germanium danner forbindelser med mange metaller - germanider.

Tallrike komplekse forbindelser fra Tyskland er kjent, som blir stadig viktigere både i den analytiske kjemien til germanium og i prosessene for fremstilling av det. Germanium danner komplekse forbindelser med organiske hydroksylholdige molekyler (flerverdige alkoholer, flerbasiske syrer og andre). Heteropolysyrer Tyskland ble oppnådd. Så vel som for andre elementer i gruppe IV, er Tyskland preget av dannelsen av organometalliske forbindelser, et eksempel på disse er tetraetylgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Får Tyskland. I industriell praksis oppnås germanium hovedsakelig fra biprodukter fra bearbeiding av ikke-jernholdige metallmalmer (sinkblanding, sink-kobber-bly polymetalliske konsentrater) som inneholder 0,001-0,1 % Tyskland. Aske fra kullforbrenning, støv fra gassgeneratorer og avfall fra koksverk brukes også som råstoff. Opprinnelig fra oppførte kilder forskjellige måter, avhengig av sammensetningen av råmaterialet, motta et germaniumkonsentrat (2-10% Tyskland). Utvinningen av Tyskland fra konsentratet inkluderer vanligvis følgende trinn: 1) klorering av konsentratet med saltsyre, dets blanding med klor i et vandig medium eller andre kloreringsmidler for å oppnå teknisk GeCl 4 . For å rense GeCl 4 brukes rektifisering og ekstraksjon av urenheter med konsentrert HCl. 2) Hydrolyse av GeCl 4 og kalsinering av hydrolyseprodukter for å oppnå GeO 2 . 3) Reduksjon av GeO 2 med hydrogen eller ammoniakk til metall. For å isolere veldig rent germanium, som brukes i halvlederenheter, smeltes metall etter sone. Enkeltkrystallgermanium, nødvendig for halvlederindustrien, oppnås vanligvis ved sonesmelting eller ved Czochralski-metoden.

Søknad Tyskland. Germanium er et av de mest verdifulle materialene i moderne halvlederteknologi. Den brukes til å lage dioder, trioder, krystalldetektorer og strømlikerettere. Enkeltkrystall germanium brukes også i dosimetriske instrumenter og instrumenter som måler intensiteten til konstante og vekslende magnetiske felt. Et viktig bruksområde i Tyskland er infrarød teknologi, spesielt produksjon av detektorer infrarød stråling arbeider i området 8-14 mikron. Mange legeringer som inneholder germanium, glass basert på GeO2 og andre germaniumforbindelser er lovende for praktisk bruk.

I 1870 ble D.I. Mendeleev, på grunnlag av den periodiske loven, forutså et ennå uoppdaget element i gruppe IV, kalte det ekasilicium, og beskrev dets hovedegenskaper. I 1886 oppdaget den tyske kjemikeren Clemens Winkler, under en kjemisk analyse av mineralet argyrodite, dette kjemiske elementet. I utgangspunktet ønsket Winkler å kalle det nye elementet "neptunium", men dette navnet hadde allerede blitt gitt til et av de foreslåtte elementene, så elementet ble oppkalt etter vitenskapsmannens hjemland - Tyskland.

Å være i naturen, få:

Germanium finnes i sulfidmalm, jernmalm, og finnes i nesten alle silikater. De viktigste mineralene som inneholder germanium: argyroditt Ag 8 GeS 6, konfielditt Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotitt FeGe(OH) 6, germanitt Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, rhenieritt Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Som et resultat av komplekse og tidkrevende operasjoner for anrikning av malm og dens konsentrasjon, isoleres germanium i form av GeO 2 oksid, som reduseres med hydrogen ved 600°C til et enkelt stoff.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanium renses ved sonesmelting, noe som gjør det til et av de mest kjemisk rene materialene.

Fysiske egenskaper:

Grå-hvitt fast stoff med metallisk glans (smp. 938°C, kokepunkt 2830°C)

Kjemiske egenskaper:

På normale forhold germanium er motstandsdyktig mot luft og vann, alkalier og syrer, oppløses i vannvann og i en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Oksydasjonstilstandene til germanium i dets forbindelser: 2, 4.

De viktigste forbindelsene:

Germanium(II)oksid, GeO, gråsvart, svakt sol. in-in, når det varmes opp, er det uforholdsmessig: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Germanium(II)hydroksid Ge(OH)2, rød-oransje. krystall,
germanium(II)jodid, GeI2, gul cr., sol. i vann, hydrol. Ha det.
Germanium(II)hydrid, GeH 2 , tv. hvit por., lett oksidert. og forfall.

Germanium(IV)oksid, GeO2, hvit krystaller, amfotere, oppnådd ved hydrolyse av klorid, sulfid, germaniumhydrid eller ved omsetning av germanium med salpetersyre.
Germanium(IV)hydroksid, (germansk syre), H 2 GeO 3 , svak. unst. biaksial to-ta, germanate salter, for eksempel. natriumgermanat, Na2GeO3, hvit krystall, sol. i vann; hygroskopisk. Det er også Na2-heksahydroksogermanater (ortogermanater) og polygermanater
Germanium(IV)sulfat, Ge(SO4)2, fargeløs. cr., hydrolysert av vann til GeO 2, oppnådd ved oppvarming av germanium (IV) klorid med svovelsyreanhydrid ved 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanium(IV)halogenider, fluorid GeF 4 - beste. gass, rå hydrol., reagerer med HF, og danner H 2 - germanofluorsyre: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
klorid GeCl4, fargeløs. væske, hydr., bromid GeBr4, ser. cr. eller fargeløs. væske, sol. i org. tilkobling,
jodid GeI 4, gul-oransje. cr., sakte. hydr., sol. i org. tilk.
Germanium(IV)sulfid, GeS2, hvit kr., dårlig sol. i vann, hydrol., reagerer med alkalier:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, og danner germanater og tiogermanater.
Germanium(IV)hydrid, "tysk", GeH4, fargeløs gass, organiske derivater av tetrametylgerman Ge(CH 3) 4 , tetraetylgerman Ge(C 2 H 5) 4 - fargeløs. væsker.

Applikasjon:

Det viktigste halvledermaterialet, de viktigste bruksområdene: optikk, radioelektronikk, kjernefysikk.

Germaniumforbindelser er lett giftige. Germanium er et mikroelement som i menneskekroppen øker effektiviteten til kroppens immunsystem, bekjemper kreft og reduserer smerte. Det bemerkes også at germanium fremmer overføringen av oksygen til kroppens vev og er en kraftig antioksidant - en blokkering av frie radikaler i kroppen.
Menneskekroppens daglige behov er 0,4–1,5 mg.
Hvitløk er mesteren i germaniuminnhold blant matvarer (750 mikrogram germanium per 1 g tørr masse hvitløksfedd).

Materialet ble utarbeidet av studenter ved Institute of Physics and Chemistry ved Tyumen State University
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Kilder:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (dato for tilgang: 13.06.2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (dato for tilgang: 06/13/2014).

Germanium

GERMANIUM-JEG; m. Kjemisk grunnstoff (Ge), et gråhvitt fast stoff med en metallisk glans (er det viktigste halvledermaterialet). Germanium plate.

◁ Germanium, th, th. G-te råstoff. G. ingot.

(lat. Germanium), et kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske systemet. Navnet fra det latinske Germania - Tyskland, til ære for hjemlandet til K. A. Winkler. Sølvgrå krystaller; tetthet 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Dispergert i naturen (egne mineraler er sjeldne); utvunnet fra malm av ikke-jernholdige metaller. Halvledermateriale for elektroniske enheter (dioder, transistorer, etc.), legeringskomponenter, materiale for linser i IR-enheter, detektorer for ioniserende stråling.

GERMANIUM (lat. Germanium), Ge (les "hertempmanium"), et kjemisk grunnstoff med atomnummer 32, atommasse 72,61. Naturlig germanium består av fem isotoper med massetall 70 (innholdet i den naturlige blandingen er 20,51 % i masse), 72 (27,43 %), 73 (7,76 %), 74 (36,54 %) og 76 ( 7,76 %). Konfigurasjon av ytre elektronlag 4 s 2 s 2 . Oksidasjonstilstander +4, +2 (valens IV, II). Det er lokalisert i IVA-gruppen, i den fjerde perioden i det periodiske systemet for elementene.
Oppdagelseshistorie
Ble oppdaget av K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(og oppkalt etter sitt hjemland - Tyskland) i 1886 da han analyserte mineralet argyroditt Ag 8 GeS 6 etter eksistensen av dette elementet og noen av dets egenskaper ble forutsagt av D. I. Mendeleev (cm. MENDELEV Dmitrij Ivanovich).
Å være i naturen
Innholdet i jordskorpen er 1,5 10 -4 vekt%. Refererer til spredte elementer. Det forekommer ikke i naturen i fri form. Inneholdt som en urenhet i silikater, sedimentært jern, polymetallisk, nikkel- og wolframmalm, kull, torv, oljer, termisk vann og alger. De viktigste mineralene: germanitt Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stotitt FeGe (OH) 6, plumbogermanitt (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argyrodite Ag 8GeS6, rhenieritt Cu3 (Fe, Ge, Zn) (S, As)4.
Får germanium
For å oppnå germanium brukes biprodukter fra bearbeiding av ikke-jernholdige metallmalmer, aske fra kullforbrenning og noen biprodukter fra kokskjemi. Råstoff som inneholder Ge anrikes ved flotasjon. Deretter omdannes konsentratet til GeO 2 oksid, som reduseres med hydrogen (cm. HYDROGEN):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Halvlederrenhet germanium med et urenhetsinnhold på 10 -3 -10 -4 % oppnås ved sonesmelting (cm. SONE SMELTING) krystallisering (cm. KRYSTALLISERING) eller termolyse av flyktig monogerman GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
som dannes under dekomponering av forbindelser av aktive metaller med ge-germanider av syrer:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Fysiske og kjemiske egenskaper
Germanium er et sølvaktig stoff med en metallisk glans. Krystallgitter stabil modifikasjon (Ge I), kubisk, ansiktssentrert diamanttype, en= 0,533 nm (tre andre modifikasjoner ble oppnådd ved høye trykk). Smeltepunkt 938,25 ° C, kokepunkt 2850 ° C, tetthet 5,33 kg / dm 3. Den har halvlederegenskaper, båndgapet er 0,66 eV (ved 300 K). Germanium er gjennomsiktig for infrarød stråling med en bølgelengde større enn 2 mikron.
De kjemiske egenskapene til Ge ligner de til silisium. (cm. SILICON). På normale forhold motstandsdyktig mot oksygen (cm. OKSYGEN), vanndamp, fortynnede syrer. I nærvær av sterke kompleksdannende midler eller oksidasjonsmidler, ved oppvarming, reagerer Ge med syrer:
Ge + H 2 SO 4 kons. \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 reagerer med aqua regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO + 8H2O.
Ge interagerer med alkaliske løsninger i nærvær av oksidasjonsmidler:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Ved oppvarming i luft til 700 °C antennes Ge. Ge interagerer lett med halogener (cm. HALOGENER) og grå (cm. SVOVEL):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Med hydrogen (cm. HYDROGEN), nitrogen (cm. NITROGEN), karbon (cm. KARBON) germanium går ikke direkte inn i reaksjonen; forbindelser med disse elementene oppnås indirekte. For eksempel dannes Ge 3 N 4 nitrid ved å løse germanium dijodid GeI 2 i flytende ammoniakk:
GeI 2 + NH 3 væske -> n -> Ge 3 N 4
Germaniumoksid (IV), GeO 2, er et hvitt krystallinsk stoff som finnes i to modifikasjoner. En av modifikasjonene er delvis løselig i vann med dannelse av komplekse germanske syrer. Viser amfotere egenskaper.
GeO 2 interagerer med alkalier som et surt oksid:
GeO 2 + 2 NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interagerer med syrer:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge-tetrahalogenider er ikke-polare forbindelser som lett hydrolyseres av vann.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalider oppnås ved direkte interaksjon:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
eller termisk dekomponering:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germaniumhydrider er kjemisk lik silisiumhydrider, men GeH 4 monogermane er mer stabil enn SiH 4 monosilan. Germanes danner homologe serier Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n og andre, men disse seriene er kortere enn de av silaner.
Monogermane GeH 4 er en gass som er stabil i luft og ikke reagerer med vann. Ved langtidslagring brytes det ned til H 2 og Ge. Monogerman oppnås ved reduksjon av germaniumdioksid GeO 2 med natriumborhydrid NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Det svært ustabile GeO-monoksidet dannes ved moderat oppvarming av en blanding av germanium og GeO 2-dioksid:
Ge + GeO2 = 2GeO.
Ge(II)-forbindelser er lett uforholdsmessige med frigjøring av Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germaniumdisulfid GeS 2 er en hvit amorf eller krystallinsk substans, oppnådd ved utfelling av H 2 S fra sure løsninger av GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 oppløses i alkalier og ammonium- eller alkalimetallsulfider:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge kan være en del av organiske forbindelser. Kjente er (CH3)4Ge, (C6H5)4Ge, (CH3)3GeBr, (C2H5)3GeOH og andre.
applikasjon
Germanium er et halvledermateriale som brukes i ingeniør- og radioelektronikk i produksjonen av transistorer og mikrokretser. Tynne filmer av Ge avsatt på glass brukes som motstand i radarinstallasjoner. Legeringer av Ge med metaller brukes i sensorer og detektorer. Germaniumdioksid brukes i produksjon av briller som overfører infrarød stråling.

encyklopedisk ordbok . 2009 .

Se hva "germanium" er i andre ordbøker:

Et kjemisk grunnstoff oppdaget i 1886 i det sjeldne mineralet argyroditt funnet i Sachsen. Ordbok med utenlandske ord inkludert i det russiske språket. Chudinov A.N., 1910. germanium (oppkalt til ære for moderlandet til forskeren som oppdaget grunnstoffet), chem. element, ... ... Ordbok for utenlandske ord i det russiske språket

- (Germanium), Ge, et kjemisk element av gruppe IV i det periodiske systemet, atomnummer 32, atommasse 72,59; ikke-metall; halvledermateriale. Germanium ble oppdaget av den tyske kjemikeren K. Winkler i 1886 ... Moderne leksikon

germanium- Ge Group IV element systemer; på. n. 32, kl. m. 72,59; TV. ting med metallic. glitter. Natural Ge er en blanding av fem stabile isotoper med massetall 70, 72, 73, 74 og 76. Eksistensen og egenskapene til Ge ble forutsagt i 1871 av D. I. ... ... Teknisk oversetterhåndbok

Germanium- (Germanium), Ge, et kjemisk element av gruppe IV i det periodiske systemet, atomnummer 32, atommasse 72,59; ikke-metall; halvledermateriale. Germanium ble oppdaget av den tyske kjemikeren K. Winkler i 1886. ... Illustrert encyklopedisk ordbok

- (lat. Germanium) Ge, et kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske systemet, atomnummer 32, atommasse 72,59. Oppkalt fra det latinske Germania Tyskland, til ære for hjemlandet til K. A. Winkler. Sølvgrå krystaller; tetthet 5,33 g/cm³, smp. 938,3 ... Stor encyklopedisk ordbok

- (symbol Ge), et hvitgrå metallisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske systemet til MENDELEEV, der egenskapene til ennå uoppdagede grunnstoffer, spesielt germanium (1871), ble forutsagt. Grunnstoffet ble oppdaget i 1886. Et biprodukt av sinksmelting ... ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok

Ge (fra lat. Germania Tyskland * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; og. germanio), chem. element IV gruppe periodisk. systemer til Mendeleev, at.s. 32, kl. m. 72,59. Natural G. består av 4 stabile isotoper 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Geologisk leksikon

- (Ge), syntetisk enkeltkrystall, PP, punktsymmetrigruppe m3m, tetthet 5,327 g/cm3, Tsmelte=936 °C, fast. på Mohs skala 6, kl. m. 72,60. Gjennomsiktig i IR-området l fra 1,5 til 20 mikron; optisk anisotropisk, for l=1,80 µm eff. brytning n=4,143.… … Fysisk leksikon

Eksisterer, antall synonymer: 3 halvledere (7) ecasilisium (1) element (159) ... Synonymordbok

GERMANIUM- kjemi. grunnstoff, symbol Ge (lat. Germanium), kl. n. 32, kl. m. 72,59; sprø sølvgrå krystallinsk substans, tetthet 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. spredt i naturen; det utvinnes hovedsakelig under bearbeiding av sinkblanding og ... ... Great Polytechnic Encyclopedia

Oppkalt etter Tyskland. En vitenskapsmann fra dette landet oppdaget og hadde rett til å kalle det hva han ville. Så i fikk germanium.

Det var imidlertid ikke Mendeleev som var heldig, men Clemens Winkler. Han fikk i oppdrag å studere argyrodite. Et nytt mineral, hovedsakelig bestående av, ble funnet ved Himmelfurst-gruven.

Winkler bestemte 93 % av steinens sammensetning og traff en blindvei med de resterende 7 %. Konklusjonen var at de inkluderte et ukjent element.

Mer nøye analyser har båret frukter. germanium oppdaget. Dette er metall. Hvordan er det nyttig for menneskeheten? Om dette, og ikke bare, vil vi fortelle videre.

germanium egenskaper

Germanium - 32 element i det periodiske systemet. Det viser seg at metallet er inkludert i 4. gruppe. Tallet tilsvarer valensen til elementene.

Det vil si at germanium har en tendens til å danne 4 kjemiske bindinger. Dette får elementet oppdaget av Winkler til å se ut som .

Derfor ønsket Mendeleev å navngi det fortsatt uoppdagede grunnstoffet ecosilicium, betegnet som Si. Dmitry Ivanovich beregnet egenskapene til det 32. metallet på forhånd.

Germanium ligner silisium i kjemiske egenskaper. Reagerer kun med syrer ved oppvarming. Med alkalier "kommuniserer" i nærvær av oksidasjonsmidler.

Motstandsdyktig mot vanndamp. Reagerer ikke med hydrogen, karbon,. Germanium lyser opp ved en temperatur på 700 grader Celsius. Reaksjonen er ledsaget av dannelsen av germaniumdioksid.

Det 32. elementet samhandler lett med halogener. Dette er saltdannende stoffer fra gruppe 17 i tabellen.

For ikke å bli forvirret indikerer vi at vi fokuserer på ny standard. I den gamle er dette den 7. gruppen i det periodiske systemet.

Uansett bordet, er metallene i det plassert til venstre for den trinnvise diagonale linjen. Det 32. elementet er et unntak.

Et annet unntak er. Hun kan også reagere. Antimon avsettes på underlaget.

Aktiv samhandling sikres med. Som de fleste metaller er germanium i stand til å brenne seg inn i dampene.

Eksternt germanium element, gråhvit, med en uttalt metallisk glans.

Ved å revidere intern struktur, metallet har en kubisk struktur. Det gjenspeiler arrangementet av atomer i elementære celler.

De er formet som kuber. Åtte atomer er lokalisert ved toppunktene. Strukturen er nær gitteret.

Element 32 har 5 stabile isotoper. Deres tilstedeværelse er en eiendom for alle elementer i germanium-undergruppen.

De er jevne, noe som bestemmer tilstedeværelsen av stabile isotoper. For eksempel er det 10 av dem.

Tettheten av germanium er 5,3-5,5 gram per kubikkcentimeter. Den første indikatoren er typisk for staten, den andre - for flytende metall.

I en myknet form er den ikke bare tettere, men også plastikk. Sprøtt ved romtemperatur blir stoffet ved 550 grader. Disse er egenskaper av germanium.

Hardheten til metallet ved romtemperatur er ca. 6 poeng.

I denne tilstanden er det 32. elementet en typisk halvleder. Men eiendommen blir "lysere" når temperaturen stiger. Bare ledere, til sammenligning, mister egenskapene sine når de varmes opp.

Germanium leder strøm ikke bare i sin standardform, men også i løsninger.

Når det gjelder halvlederegenskaper, er det 32. elementet også nært silisium og er like vanlig.

Imidlertid er bruksområdene for stoffer forskjellige. Silisium er en halvleder som brukes i solcellepaneler, inkludert tynnfilmtypen.

Elementet er også nødvendig for fotoceller. Vurder nå hvor germanium kommer godt med.

Påføring av germanium

Germanium brukes i gammaspektroskopi. Instrumentene gjør det for eksempel mulig å studere sammensetningen av tilsetningsstoffer i blandede katalysatoroksider.

Tidligere ble germanium tilsatt dioder og transistorer. I solceller kommer også egenskapene til en halvleder godt med.

Men hvis silisium legges til standardmodeller, blir germanium lagt til svært effektive, nye generasjonsmodeller.

Det viktigste er ikke å bruke germanium ved en temperatur nær absolutt null. Under slike forhold mister metallet sin evne til å overføre spenning.

For at germanium skal være en leder, bør urenheter i den ikke være mer enn 10%. Perfekt Ultra Clean kjemisk element.

Germanium laget ved denne metoden for sonesmelting. Den er basert på ulik løselighet av fremmedelementer i væske og faser.

formel germanium lar deg bruke det i praksis. Her snakker vi ikke lenger om halvlederegenskapene til elementet, men om dets evne til å herde.

Av samme grunn har germanium funnet anvendelse i tannproteser. Selv om kroner begynner å bli foreldet, er det fortsatt en liten etterspørsel etter dem.

Hvis du tilsetter silisium og aluminium til germanium, oppnås loddemetaller.

Deres smeltepunkt er alltid lavere enn for de sammenføyde metallene. Så du kan lage komplekse designdesign.

Selv Internett uten germanium ville være umulig. Det 32. elementet er tilstede i den optiske fiberen. I kjernen er kvarts med en blanding av helt.

Og dioksidet øker reflektiviteten til fiberen. Med tanke på etterspørselen etter det, er elektronikk, germanium nødvendig av industrifolk i store volumer. Hvilke, og hvordan de leveres, vil vi studere nedenfor.

utvinning av germanium

Germanium er ganske vanlig. I jordskorpen er det 32. grunnstoffet for eksempel mer enn antimon eller.

Utforskede reserver er på rundt 1000 tonn. Nesten halvparten av dem er gjemt i innvollene i USA. Ytterligere 410 tonn er eiendom.

Så resten av landene må i utgangspunktet kjøpe råvarer. samarbeider med Himmelriket. Dette er begrunnet både fra politisk hold og økonomisk.

Egenskaper til grunnstoffet germanium, assosiert med dets geokjemiske forhold til utbredte stoffer, tillater ikke metallet å danne sine egne mineraler.

Vanligvis blir metallet introdusert i gitteret til eksisterende. Gjesten vil selvfølgelig ikke ta mye plass.

Derfor må du trekke ut germanium bit for bit. I kan du finne noen kilo per tonn stein.

Enargit inneholder ikke mer enn 5 kilo germanium per 1000 kilo. I pyrargyritt 2 ganger mer.

Et tonn element 32 sulfanitt inneholder ikke mer enn 1 kilogram. Oftest utvinnes germanium som et biprodukt fra malmer av andre metaller, for eksempel, eller ikke-jernholdige, som kromitt, magnetitt, ruitt.

Årlig produksjon av germanium varierer fra 100-120 tonn, avhengig av etterspørsel.

I utgangspunktet kjøpes enkeltkrystallformen av stoffet. Dette er akkurat det som trengs for produksjon av spektrometre, optisk fiber, dyrebare. La oss finne ut prisene.

germanium pris

Monokrystallinsk germanium kjøpes hovedsakelig i tonn. For store industrier er dette gunstig.

1000 kilo av det 32. elementet koster omtrent 100 000 rubler. Du kan finne tilbud for 75 000 - 85 000.

Tar man polykrystallinsk, det vil si med mindre tilslag og økt styrke, kan man gi 2,5 ganger mer per kilo råstoff.

Standard lengde er ikke mindre enn 28 centimeter. Blokkene er beskyttet med en film, da de blekner i luften. Polykrystallinsk germanium - "jord" for dyrking av enkeltkrystaller.

Germanium (fra latin Germanium), betegnet "Ge", et element i den IV. gruppen av det periodiske systemet for kjemiske elementer til Dmitry Ivanovich Mendeleev; grunnstoff nummer 32, atommasse er 72,59. Germanium er et fast stoff med en metallisk glans, som har grå hvit farge. Selv om fargen på germanium er et ganske relativt konsept, avhenger alt av overflatebehandlingen av materialet. Noen ganger kan det være grått som stål, noen ganger sølvfarget, og noen ganger helt svart. Utad er germanium ganske nær silisium. Disse elementene ligner ikke bare hverandre, men har også stort sett de samme halvlederegenskapene. Deres vesentlige forskjell er det faktum at germanium er mer enn dobbelt så tungt som silisium.

Germanium, funnet i naturen, er en blanding av fem stabile isotoper med massetall 76, 74, 73, 32, 70. Tilbake i 1871 spådde den berømte kjemikeren, "faren" til det periodiske systemet, Dmitry Ivanovich Mendeleev egenskapene og eksistensen av germanium. Han kalte grunnstoffet ukjent på den tiden "ekasilicium", fordi. egenskapene til det nye stoffet var på mange måter likt silisium. I 1886, etter å ha studert mineralet argyrdite, oppdaget den tyske førtiåtte år gamle kjemikeren K. Winkler et helt nytt kjemisk grunnstoff i den naturlige blandingen.

Først ønsket kjemikeren å kalle grunnstoffet neptunium, fordi planeten Neptun også ble forutsagt mye tidligere enn den ble oppdaget, men så fikk han vite at et slikt navn allerede hadde blitt brukt i den falske oppdagelsen av et av grunnstoffene, så Winkler bestemte seg for å forlate dette navnet. Forskeren ble tilbudt å navngi elementet angular, som betyr "kontroversielt, kantet", men Winkler var heller ikke enig i dette navnet, selv om element nr. 32 virkelig forårsaket mye kontrovers. Forskeren var tysk av nasjonalitet, så han bestemte seg til slutt for å navngi elementet germanium, til ære for hjemlandet Tyskland.

Som det viste seg senere, viste det seg at germanium ikke var noe mer enn det tidligere oppdagede "ekasilicium". Fram til andre halvdel av det tjuende århundre var den praktiske nytten av germanium ganske smal og begrenset. Den industrielle produksjonen av metall begynte bare som et resultat av begynnelsen av den industrielle produksjonen av halvlederelektronikk.

Germanium er et halvledermateriale mye brukt i elektronikk og ingeniørfag, samt i produksjon av mikrokretser og transistorer. Radarinstallasjoner bruker tynne filmer av germanium, som påføres glass og brukes som motstand. Legeringer med germanium og metaller brukes i detektorer og sensorer.

Grunnstoffet har ikke en slik styrke som wolfram eller titan, det tjener ikke som en uuttømmelig energikilde som plutonium eller uran, den elektriske ledningsevnen til materialet er også langt fra den høyeste, og jern er hovedmetallet i industriell teknologi. Til tross for dette er germanium en av de viktigste komponentene i den tekniske utviklingen i samfunnet vårt, fordi. det enda tidligere enn silisium begynte å bli brukt som halvledermateriale.

I denne forbindelse vil det være på sin plass å spørre: Hva er halvledning og halvledere? Selv eksperter kan ikke svare nøyaktig på dette spørsmålet, fordi. vi kan snakke om den spesifikt vurderte egenskapen til halvledere. Det er også presis definisjon, men bare fra folklorefeltet: En halvleder er en leder for to biler.

En bar germanium koster nesten det samme som en gullbarre. Metallet er veldig skjørt, nesten som glass, så hvis du mister en slik barre, er det stor sannsynlighet for at metallet rett og slett går i stykker.

Germanium metall, egenskaper

Biologiske egenskaper

For medisinske behov var germanium mest brukt i Japan. Resultatene av tester av organogermaniumforbindelser på dyr og mennesker har vist at de er i stand til å ha en gunstig effekt på kroppen. I 1967 oppdaget den japanske legen K. Asai at organisk germanium har en bred biologisk effekt.

Blant alle hans biologiske egenskaper Det bør merkes:

• - sikre overføring av oksygen til kroppens vev;
• - øke immunstatusen til kroppen;
• - manifestasjon av antitumoraktivitet.

Deretter skapte japanske forskere verdens første medisinske produkt som inneholder germanium - "Germanium - 132".

I Russland dukket det første innenlandske stoffet som inneholder organisk germanium opp først i 2000.

Prosessene med biokjemisk utvikling av overflaten av jordskorpen hadde ikke den beste effekten på innholdet av germanium i den. Det meste av grunnstoffet har blitt vasket fra land og ut i havene, slik at innholdet i jorda forblir ganske lavt.

Blant planter som har evnen til å absorbere germanium fra jorda, er lederen ginseng (germanium opptil 0,2%). Germanium finnes også i hvitløk, kamfer og aloe, som tradisjonelt brukes i behandlingen av ulike menneskelige sykdommer. I vegetasjonen finnes germanium i form av karboksyetylsemioksid. Nå er det mulig å syntetisere seskvioksaner med et pyrimidinfragment - organiske forbindelser av germanium. Denne forbindelsen i sin struktur er nær naturlig, som i roten av ginseng.

Germanium kan tilskrives sjeldne sporstoffer. Det finnes i et stort antall forskjellige produkter, men i magre doser. Det daglige inntaket av organisk germanium er satt til 8-10 mg. En vurdering av 125 matvarer viste at ca. 1,5 mg germanium kommer inn i kroppen daglig med mat. Innholdet av sporstoffet i 1 g rå mat er ca. 0,1 - 1,0 μg. Germanium finnes i melk, tomatjuice, laks og bønner. Men for å dekke det daglige behovet for germanium bør du drikke 10 liter tomatjuice daglig eller spise ca 5 kilo laks. Fra et synspunkt av kostnadene for disse produktene, de fysiologiske egenskapene til en person og sunn fornuft, er bruken av en slik mengde germaniumholdige produkter heller ikke mulig. På Russlands territorium har omtrent 80-90% av befolkningen mangel på germanium, og det er grunnen til at spesielle preparater er utviklet.

Praktiske studier har vist at i kroppen er germanium mest av alt i dagens tarm, mage, milt, benmarg og blod. Det høye innholdet av mikroelementet i tarmene og magen indikerer en langvarig virkning av prosessen med absorpsjon av stoffet i blodet. Det er en antagelse om at organisk germanium oppfører seg i blodet på omtrent samme måte som hemoglobin, dvs. har en negativ ladning og er involvert i overføringen av oksygen til vevene. Dermed forhindrer det utviklingen av hypoksi på vevsnivå.

Som et resultat av gjentatte eksperimenter ble egenskapen til germanium å aktivere T-drepere og fremme induksjon av gamma-interferoner, som undertrykker prosessen med reproduksjon av raskt delende celler, bevist. Hovedvirkningsretningen til interferoner er antitumor og antiviral beskyttelse, strålebeskyttende og immunmodulerende funksjoner i lymfesystemet.

Germanium i form av seskvioksid har evnen til å virke på hydrogenioner H +, og jevner ut deres skadelige effekt på kroppsceller. Garantert utmerket ytelse for alle systemer Menneskekroppen er en uavbrutt tilførsel av oksygen til blodet og alt vev. Organisk germanium leverer ikke bare oksygen til alle punkter i kroppen, men fremmer også samspillet med hydrogenioner.

• – Germanium er et metall, men dets sprøhet kan sammenlignes med glass.
• – Noen oppslagsverk sier at germanium har en sølvfarget farge. Men dette kan ikke sies, fordi fargen på germanium direkte avhenger av metoden for å behandle overflaten av metallet. Noen ganger kan det virke nesten svart, andre ganger har det en stålfarge, og noen ganger kan det være sølvfarget.
• – Germanium ble funnet på overflaten av solen, samt i sammensetningen av meteoritter som falt fra verdensrommet.
• - For første gang ble en organoelementforbindelse av germanium oppnådd av oppdageren av grunnstoffet Clemens Winkler fra germaniumtetraklorid i 1887, det var tetraetylgermanium. Av alle mottatt nåværende stadium ingen av de organoelementforbindelsene av germanium er giftig. Samtidig er de fleste av tinn- og blyorganiske mikroelementer, som er analoger av germanium i deres fysiske egenskaper, giftige.
• - Dmitri Ivanovich Mendeleev forutså tre kjemiske grunnstoffer allerede før oppdagelsen deres, inkludert germanium, og kalte grunnstoffet ekasilicium på grunn av dets likhet med silisium. Forutsigelsen til den berømte russiske forskeren var så nøyaktig at den rett og slett forbløffet forskere, inkl. og Winkler, som oppdaget germanium. Atomvekt ifølge Mendeleev var lik 72, i virkeligheten var det 72,6; egenvekten ifølge Mendeleev var 5,5 i virkeligheten - 5,469; atomvolum ifølge Mendeleev var 13 i virkeligheten - 13.57; det høyeste oksidet ifølge Mendeleev er EsO2, i virkeligheten - GeO2, dens egenvekt ifølge Mendeleev var 4,7, i virkeligheten - 4,703; kloridforbindelse i henhold til Mendeleev EsCl4 - væske, kokepunkt omtrent 90 ° C, faktisk - kloridforbindelse GeCl4 - væske, kokepunkt 83 ° C, forbindelse med hydrogen i henhold til Mendeleev EsH4 er gassformig, forbindelse med hydrogen er faktisk GeH4 gassformig; metallorganisk forbindelse i henhold til Mendeleev Es(C2H5)4, kokepunkt 160 °C, organometallisk forbindelse i virkeligheten - Ge(C2H5)4 kokepunkt 163,5 °C. Som det fremgår av informasjonen som er gjennomgått ovenfor, var Mendeleevs spådom overraskende nøyaktig.
• – 26. februar 1886 begynte Clemens Winkler sitt brev til Mendeleev med ordene «Kjære herre». Han fortalte på en ganske høflig måte den russiske forskeren om oppdagelsen av et nytt grunnstoff, kalt germanium, som i sine egenskaper ikke var noe annet enn Mendeleevs tidligere forutsagte "ekasilicium". Dmitri Ivanovich Mendeleevs svar var ikke mindre høflig. Forskeren var enig i oppdagelsen av sin kollega, og kalte germanium "kronen på hans periodiske system", og Winkler "faren" til elementet som er verdig å bære denne "kronen".
• – Germanium som en klassisk halvleder har blitt nøkkelen til å løse problemet med å lage superledende materialer som opererer ved temperaturen til flytende hydrogen, men ikke flytende helium. Som du vet går hydrogen over i en flytende tilstand fra en gassformig tilstand når temperaturen når –252,6 °C, eller 20,5 °K. På 1970-tallet ble det utviklet en film av germanium og niob, hvis tykkelse bare var noen få tusen atomer. Denne filmen er i stand til å opprettholde superledning selv ved temperaturer på 23,2°K og lavere.
• - Når du dyrker en germanium-enkelkrystall, plasseres en germanium-krystall på overflaten av smeltet germanium - et "frø", som gradvis heves ved hjelp av en automatisk enhet, mens smeltetemperaturen litt overstiger smeltepunktet til germanium (937 ° C) . "Frøet" roterer slik at enkeltkrystallen, som de sier, "overgrodd med kjøtt" fra alle sider jevnt. Det skal bemerkes at under slik vekst skjer det samme som i prosessen med sonesmelting, dvs. praktisk talt bare germanium går inn i den faste fasen, og alle urenheter forblir i smelten.

Historie

Eksistensen av et slikt element som germanium ble spådd tilbake i 1871 av Dmitry Ivanovich Mendeleev, på grunn av dets likheter med silisium, ble elementet kalt ekasilicium. I 1886 oppdaget en professor ved Freiberg Mining Academy argyrodite, et nytt sølvmineral. Deretter ble dette mineralet studert ganske nøye av professoren i teknisk kjemi Clemens Winkler, og utførte en fullstendig analyse av mineralet. 48 år gamle Winkler ble med rette ansett som den beste analytikeren ved Freiberg Mining Academy, og det var grunnen til at han fikk muligheten til å studere argyrodite.

For ganske kort tid professoren var i stand til å gi en rapport om prosentandelen av forskjellige elementer i det opprinnelige mineralet: sølv i sammensetningen var 74,72%; svovel - 17,13%; jernholdig oksid - 0,66%; kvikksølv - 0,31%; sinkoksyd - 0,22%.Men nesten syv prosent - det var andelen av et uforståelig element, som det ser ut til, ennå ikke var oppdaget på det fjerne tidspunktet. I forbindelse med dette bestemte Winkler seg for å isolere den uidentifiserte komponenten av argyrodpt, for å studere dens egenskaper, og underveis i forskningen innså han at han faktisk hadde funnet et helt nytt grunnstoff – det var en forklaring spådd av D.I. Mendeleev.

Det ville imidlertid være feil å tro at Winklers arbeid gikk knirkefritt. Dmitry Ivanovich Mendeleev, i tillegg til det åttende kapittelet i sin bok Fundamentals of Chemistry, skriver: "Til å begynne med (februar 1886), mangelen på materiale, så vel som fraværet av et spekter i flammen og løseligheten til germaniumforbindelser, alvorlig hemmet Winklers forskning ...” Det er verdt å ta hensyn til ordene “no spectrum. Men hvordan så? I 1886 var det allerede en mye brukt metode for spektralanalyse. Ved å bruke denne metoden ble elementer som tallium, rubidium, indium, cesium på jorden og helium på solen oppdaget. Forskere visste allerede med sikkerhet at hvert kjemisk element uten unntak har et individuelt spektrum, og så er det plutselig ikke noe spektrum!

Forklaringen på dette fenomenet dukket opp litt senere. Germanium har karakteristiske spektrallinjer. Deres bølgelengde er 2651,18; 3039.06 Ǻ og noen flere. Imidlertid ligger de alle innenfor den ultrafiolette usynlige delen av spekteret, det kan betraktes som heldig at Winkler er en tilhenger av tradisjonelle analysemetoder, fordi det er disse metodene som førte ham til suksess.

Winklers metode for å få germanium fra mineralet er ganske nær en av de moderne industrielle metodene for å isolere det 32. elementet. Først ble germanium, som var inneholdt i argaroid, omdannet til dioksid. Deretter ble det resulterende hvite pulveret oppvarmet til en temperatur på 600-700 °C i en hydrogenatmosfære. I dette tilfellet viste reaksjonen seg å være åpenbar: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Det var ved denne metoden det relativt rene grunnstoff nr. 32, germanium, først ble oppnådd. Først hadde Winkler til hensikt å navngi vanadium neptunium, etter planeten med samme navn, fordi Neptun, som germanium, først ble forutsagt, og først da funnet. Men så viste det seg at et slikt navn allerede hadde blitt brukt en gang, et kjemisk grunnstoff, oppdaget feilaktig, ble kalt neptunium. Winkler valgte å ikke gå på akkord med navnet og oppdagelsen hans, og forlot neptunium. En fransk vitenskapsmann Rayon foreslo, men senere anerkjente han forslaget som en spøk, han foreslo å kalle elementet kantet, dvs. «kontroversielt, kantete», men Winkler likte heller ikke dette navnet. Som et resultat valgte forskeren uavhengig et navn for elementet sitt, og kalte det germanium, til ære for hjemlandet Tyskland, over tid ble dette navnet etablert.

Frem til 2. etasje. Det 20. århundre praktisk bruk av germanium forble ganske begrenset. Den industrielle produksjonen av metall oppsto kun i forbindelse med utviklingen av halvledere og halvlederelektronikk.

Å være i naturen

Germanium kan klassifiseres som et sporstoff. I naturen forekommer ikke elementet i sin frie form i det hele tatt. Det totale metallinnholdet i jordskorpen på planeten vår er 7 × 10 −4 % %. Dette er mer enn innholdet av slike kjemiske elementer som sølv, antimon eller vismut. Men germaniums egne mineraler er ganske knappe og svært sjeldne i naturen. Nesten alle disse mineralene er sulfosalter, for eksempel germanitt Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 og andre.

Hoveddelen av germanium spredt i jordskorpen er inneholdt i et stort antall bergarter, så vel som mange mineraler: sulfittmalm av ikke-jernholdige metaller, jernmalm, noen oksidmineraler (kromitt, magnetitt, rutil og andre), granitter , diabaser og basalter. I sammensetningen av noen sfaleritter kan innholdet av elementet nå flere kilo per tonn, for eksempel i frankeitt og sulvanitt 1 kg / t, i enargites er innholdet av germanium 5 kg / t, i pyrargyritt - opptil 10 kg / t, men i andre silikater og sulfider - titalls og hundrevis g/t. En liten andel germanium finnes i nesten alle silikater, samt i noen av olje- og kullforekomstene.

Grunnstoffets hovedmineral er germaniumsulfitt (formel GeS2). Mineralet finnes som en urenhet i sinksulfitter og andre metaller. De viktigste germaniummineralene er: germanitt Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanitt (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stotitt FeGe (OH) 6, rhenieritt Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 og argyrodite Ag 8 GeS 6 .

Germanium er til stede på territoriene til alle stater uten unntak. Men ingen av de industrialiserte landene i verden har industrielle forekomster av dette metallet. Germanium er veldig, veldig spredt. På jorden anses mineraler av dette metallet for å være svært sjeldne, og innholdet av germanium er minst 1%. Slike mineraler inkluderer germanitt, argyroditt, ultramafisk og andre, inkludert mineraler oppdaget de siste tiårene: schtotitt, renieritt, plumbogermanitt og konfielditt. Forekomstene av alle disse mineralene er ikke i stand til å møte behovene til moderne industri i dette sjeldne og viktige kjemiske elementet.

Hovedtyngden av germanium er spredt i mineraler av andre kjemiske elementer, og finnes også i naturlig vann, i kull, i levende organismer og i jord. For eksempel når innholdet av germanium i vanlig kull noen ganger mer enn 0,1%. Men en slik figur er ganske sjelden, vanligvis er andelen germanium lavere. Men det er nesten ikke germanium i antrasitt.

Kvittering

Under bearbeiding av germaniumsulfid oppnås oksid GeO 2, ved hjelp av hydrogen reduseres det for å få fritt germanium.

I industriell produksjon utvinnes germanium hovedsakelig som et biprodukt fra bearbeiding av ikke-jernholdige metallmalmer (sinkblanding, sink-kobber-bly polymetalliske konsentrater som inneholder 0,001-0,1% germanium), kullaske og noen koksprodukter.

Til å begynne med blir germaniumkonsentrat (fra 2% til 10% germanium) isolert fra kildene diskutert ovenfor på forskjellige måter, valget av disse avhenger av sammensetningen av råmaterialet. Ved bearbeiding av bokskull blir germanium delvis utfelt (fra 5% til 10%) til tjærevann og harpiks, derfra ekstraheres det i kombinasjon med tannin, hvoretter det tørkes og brennes ved en temperatur på 400-500 ° C. Resultatet er et konsentrat som inneholder ca. 30-40% germanium, germanium er isolert fra det i form av GeCl 4 . Prosessen med å utvinne germanium fra et slikt konsentrat inkluderer som regel de samme stadiene:

1) Konsentratet kloreres med saltsyre, en blanding av syre og klor i vandig medium, eller andre kloreringsmidler som kan resultere i teknisk GeCl 4 . For å rense GeCl 4 brukes rektifisering og ekstraksjon av urenheter av konsentrert saltsyre.

2) Hydrolyse av GeCl 4 utføres, hydrolyseproduktene kalsineres inntil GeO 2 oksid er oppnådd.

3) GeO reduseres med hydrogen eller ammoniakk til rent metall.

Når du får det reneste germanium, som brukes i halvledere tekniske midler, utføre sonesmelting av metall. Enkeltkrystallgermanium, nødvendig for halvlederproduksjon, oppnås vanligvis ved sonesmelting eller ved Czochralski-metoden.

Metoder for å isolere germanium fra tjærevann fra koksplanter ble utviklet av den sovjetiske forskeren V.A. Nazarenko. I dette råmaterialet er germanium ikke mer enn 0,0003%, men ved å bruke et eikeekstrakt fra dem er det lett å utfelle germanium i form av et tannidkompleks.

Hovedkomponenten i tannin er en ester av glukose, hvor meta-digallsyreradikalen er til stede, som binder germanium, selv om konsentrasjonen av grunnstoffet i løsningen er svært lav. Fra sedimentet kan du enkelt få et konsentrat, hvor innholdet av germaniumdioksid er opptil 45%.

Påfølgende transformasjoner vil allerede avhenge lite av typen råstoff. Germanium reduseres med hydrogen (som i tilfellet med Winkler på 1800-tallet), men germaniumoksid må først isoleres fra mange urenheter. Vellykket kombinasjon Kvalitetene til en germaniumforbindelse viste seg å være svært nyttige for å løse dette problemet.

Germaniumtetraklorid GeCl4. er en flyktig væske som koker ved bare 83,1°C. Derfor er det ganske praktisk renset ved destillasjon og rektifisering (i kvartskolonner med pakking).

GeCl4 er nesten uløselig i saltsyre. Dette betyr at oppløsningen av HCl-urenheter kan brukes til å rense den.

Renset germaniumtetraklorid behandles med vann, renses med ionebytterharpikser. Et tegn på ønsket renhet er en økning i resistiviteten til vann til 15-20 millioner ohm cm.

Hydrolyse av GeCl4 skjer under påvirkning av vann:

GeCl4 + 2H2O → Ge02 + 4HCl.

Det kan sees at vi har foran oss den "skrevne bakover" ligningen for reaksjonen for å oppnå germaniumtetraklorid.

Deretter kommer reduksjonen av GeO2 ved å bruke renset hydrogen:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Som et resultat oppnås pulverisert germanium, som legeres og deretter renses ved sonesmeltemetoden. Denne rensemetoden ble utviklet tilbake i 1952 spesielt for rensing av germanium.

Urenhetene som er nødvendige for å gi germanium en spesiell type ledningsevne, introduseres i sluttfasen av produksjonen, nemlig under sonesmelting, så vel som under veksten av en enkelt krystall.

applikasjon

Germanium er et halvledermateriale som brukes i elektronikk og teknologi i produksjon av mikrokretser og transistorer. De tynneste filmene av germanium påføres glass og brukes som motstand i radarinstallasjoner. Germanium legeringer med ulike metaller brukes i produksjon av detektorer og sensorer. Germaniumdioksid er mye brukt i produksjon av briller som har egenskapen til å overføre infrarød stråling.

Germanium telluride har fungert som et stabilt termoelektrisk materiale i svært lang tid, så vel som en komponent av termoelektriske legeringer (termisk middel emf med 50 μV/K). Germanium med ultrahøy renhet spiller en usedvanlig strategisk rolle i produksjonen av prismer og linser for infrarød optikk. Den største forbrukeren av germanium er nettopp infrarød optikk, som brukes i datateknologi, missilsikte- og styresystemer, nattsynsapparater, kartlegging og studiet av jordoverflaten fra satellitter. Germanium er også mye brukt i fiberoptiske systemer (tilsetning av germaniumtetrafluorid til glassfiber), så vel som i halvlederdioder.

Germanium som en klassisk halvleder har blitt nøkkelen til å løse problemet med å lage superledende materialer som opererer ved temperaturen til flytende hydrogen, men ikke flytende helium. Som du vet går hydrogen over i en flytende tilstand fra en gassformig tilstand når temperaturen når -252,6 °C, eller 20,5 °K. På 1970-tallet ble det utviklet en film av germanium og niob, hvis tykkelse bare var noen få tusen atomer. Denne filmen er i stand til å opprettholde superledning selv ved temperaturer på 23,2°K og lavere.

Ved å smelte indium inn i HES-platen, og dermed skape et område med såkalt hullledningsevne, får man en likeretteranordning, d.v.s. diode. Dioden har evnen til å passere elektrisitet i én retning: elektronområdet ut av området med hullledning. Etter at indium er smeltet sammen på begge sider av HES-platen, blir denne platen grunnlaget for transistoren. For første gang i verden ble en germanium-transistor skapt tilbake i 1948, og etter bare tjue år ble hundrevis av millioner av slike enheter produsert.

Dioder basert på germanium og trioder har blitt mye brukt i fjernsyn og radioer, i et bredt utvalg av måleutstyr og regneapparater.

Germanium brukes også i andre spesielt viktige områder av moderne teknologi: ved måling av lave temperaturer, ved detektering av infrarød stråling, etc.

Bruken av kosten i alle disse områdene krever germanium med svært høy kjemisk og fysisk renhet. Kjemisk renhet er en slik renhet hvor mengden av skadelige urenheter ikke bør være mer enn en ti-milliondel av en prosent (10-7%). Fysisk renhet betyr et minimum av dislokasjoner, et minimum av forstyrrelser i krystallstrukturen til et stoff. For å oppnå det, er enkrystall germanium spesielt dyrket. I dette tilfellet er hele metallblokken bare en krystall.

For å gjøre dette plasseres en germaniumkrystall på overflaten av smeltet germanium - et "frø", som gradvis stiger ved hjelp av en automatisk enhet, mens smeltetemperaturen litt overstiger smeltepunktet til germanium (937 ° C). "Frøet" roterer slik at enkeltkrystallen, som de sier, "overgrodd med kjøtt" fra alle sider jevnt. Det skal bemerkes at under slik vekst skjer det samme som i prosessen med sonesmelting, dvs. praktisk talt bare germanium går inn i den faste fasen, og alle urenheter forblir i smelten.

Fysiske egenskaper

Sannsynligvis var det få av leserne av denne artikkelen som måtte se vanadium visuelt. Grunnstoffet i seg selv er ganske lite og dyrt, de lager ikke forbruksvarer av det, og deres germaniumfylling, som skjer i elektriske apparater så liten at det er umulig å se metallet.

Noen oppslagsverk sier at germanium er sølvfarget. Men dette kan ikke sies, fordi fargen på germanium direkte avhenger av metoden for å behandle overflaten av metallet. Noen ganger kan det virke nesten svart, andre ganger har det en stålfarge, og noen ganger kan det være sølvfarget.

Germanium er et så sjeldent metall at prisen på barren kan sammenlignes med prisen på gull. Germanium er preget av økt sprøhet, som bare kan sammenlignes med glass. Utad er germanium ganske nær silisium. Disse to elementene er begge konkurrenter om tittelen på den viktigste halvlederen og analoger. Selv om noen av de tekniske egenskapene til grunnstoffet stort sett er like, når det gjelder materialenes utseende, er det veldig enkelt å skille germanium fra silisium, germanium er mer enn dobbelt så tungt. Tettheten til silisium er 2,33 g/cm3 og tettheten til germanium er 5,33 g/cm3.

Men det er umulig å snakke entydig om tettheten av germanium, fordi. tallet 5,33 g/cm3 refererer til germanium-1. Dette er en av de viktigste og vanligste modifikasjonene av de fem allotropiske modifikasjonene av det 32. elementet. Fire av dem er krystallinske og en er amorf. Germanium-1 er den letteste av de fire krystallinske modifikasjonene. Dens krystaller er bygget nøyaktig det samme som diamantkrystaller, a = 0,533 nm. Imidlertid, hvis denne strukturen er maksimalt tett for karbon, har germanium også tettere modifikasjoner. moderat varme og høytrykk(omtrent 30 tusen atmosfærer ved 100 ° C) konverterer germanium-1 til germanium-2, hvis krystallgitterstruktur er nøyaktig den samme som hvitt tinn. Vi bruker samme metode for å oppnå germanium-3 og germanium-4, som er enda tettere. Alle disse "ikke helt vanlige" modifikasjonene er overlegne germanium-1, ikke bare i tetthet, men også i elektrisk ledningsevne.

Tettheten av flytende germanium er 5,557 g/cm3 (ved 1000°C), smeltetemperaturen til metallet er 937,5°C; kokepunktet er ca. 2700°C; verdien av varmeledningskoeffisienten er omtrent 60 W / (m (K), eller 0,14 cal / (cm (sek (grader)) ved en temperatur på 25 ° C. Ved vanlige temperaturer er til og med rent germanium skjøre, men når den når 550 ° C, den begynner å bukke under På mineralogisk skala er hardheten til germanium fra 6 til 6,5, verdien av komprimerbarhetskoeffisienten (i trykkområdet fra 0 til 120 H / m 2, eller fra 0 til 12000 kgf / mm 2) er 1,4 10-7 m 2 /mn (eller 1,4 10-6 cm 2 /kgf), overflatespenningen er 0,6 n/m (eller 600 dyn/cm).

Germanium er en typisk halvleder med en båndgapstørrelse på 1,104·10 -19 eller 0,69 eV (ved 25°C); i høyrent germanium er den elektriske resistiviteten 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 ° C); elektronmobilitetsindeksen er 3900, og hullmobiliteten er 1900 cm 2 / in. sek (ved 25 ° C og ved innhold fra 8 % av urenheter.) For infrarøde stråler, hvis bølgelengde er mer enn 2 mikron, er metallet gjennomsiktig.

Germanium er ganske sprøtt, det kan ikke varme- eller kaldbearbeides ved trykk under 550 °C, men hvis temperaturen stiger, blir metallet duktilt. Hardheten til metallet på den mineralogiske skalaen er 6,0-6,5 (germanium sages til plater ved hjelp av en metall- eller diamantskive og et slipemiddel).

Kjemiske egenskaper

Germanium, som er i kjemiske forbindelser, viser vanligvis den andre og fjerde valensen, men forbindelser av tetravalent germanium er mer stabile. Germanium ved romtemperatur er motstandsdyktig mot virkningen av vann, luft, så vel som alkaliløsninger og fortynnede konsentrater av svovelsyre eller saltsyre, men elementet løses ganske lett i vannvann eller en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Grunnstoffet oksideres sakte ved virkningen av salpetersyre. Ved å nå en temperatur på 500-700 ° C i luft, begynner germanium å oksidere til GeO 2 og GeO oksider. (IV) germaniumoksid er et hvitt pulver med et smeltepunkt på 1116°C og en løselighet i vann på 4,3 g/l (ved 20°C). I henhold til dets kjemiske egenskaper er stoffet amfotert, løselig i alkali, med vanskeligheter i mineralsyre. Det oppnås ved penetrering av det hydratiserte bunnfallet GeO 3 nH 2 O, som frigjøres under hydrolyse Germaniumsyrederivater, for eksempel metallgermanater (Na 2 GeO 3 , Li 2 GeO 3, etc.) er faste stoffer med høye smeltepunkter , kan oppnås ved å smelte GeO 2 og andre oksider.

Som et resultat av samspillet mellom germanium og halogener kan de tilsvarende tetrahalogenidene dannes. Reaksjonen er lettest å fortsette med klor og fluor (selv ved romtemperatur), deretter med jod (temperatur 700-800 ° C, tilstedeværelse av CO) og brom (med lav oppvarming). En av de viktigste germaniumforbindelsene er tetraklorid (formel GeCl 4). Det er en fargeløs væske med et smeltepunkt på 49,5°C, et kokepunkt på 83,1°C og en tetthet på 1,84 g/cm3 (ved 20°C). Stoffet hydrolyseres sterkt av vann, og frigjør et bunnfall av hydratisert oksid (IV). Tetrakloridet oppnås ved klorering av metallisk germanium eller ved interaksjon av GeO 2 oksid og konsentrert saltsyre. Germaniumdihalogenider med den generelle formelen GeX 2 , hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 , GeCl monoklorid, samt germanium oxychlorides (for eksempel CeOCl 2) er også kjent.

Ved å nå 900-1000 ° C, samhandler svovel kraftig med germanium, og danner GeS 2 disulfid. Det er et hvitt fast stoff med et smeltepunkt på 825°C. Dannelsen av GeS monosulfid og lignende forbindelser av germanium med tellur og selen, som er halvledere, er også mulig. Ved en temperatur på 1000–1100 °C reagerer hydrogen litt med germanium, og danner kim (GeH) X, som er en ustabil og svært flyktig forbindelse. Germanske hydrogener av serien Ge n H 2n + 2 til Ge 9 H 20 kan dannes ved å reagere germanider med fortynnet HCl. Germylene er også kjent med sammensetningen GeH 2 . Germanium reagerer ikke direkte med nitrogen, men det er Ge 3 N 4 nitrid, som oppnås ved innvirkning av ammoniakk på germanium (700-800 ° C). Germanium interagerer ikke med karbon. Germanium dannes med mange metaller ulike forbindelser- Germanides.

Mange komplekse forbindelser av germanium er kjent, som blir stadig viktigere i den analytiske kjemien til grunnstoffet germanium, så vel som i prosessene for å oppnå kjemisk element. Germanium er i stand til å danne komplekse forbindelser med hydroksylholdige organiske molekyler ( flerverdige alkoholer, flerbasiske syrer, etc.). Det er også germanium heteropolysyrer. Som andre gruppe IV-elementer, danner germanium karakteristisk organometalliske forbindelser. Et eksempel er tetraetylgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3 .