Proprietăți fizice și chimice ale germaniului. element de germaniu

germaniu(lat. Germanium), Ge, un element chimic din grupa IV a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul de serie 32, masă atomică 72,59; solid gri-alb cu un luciu metalic. Germaniul natural este un amestec de cinci izotopi stabili cu numerele de masă 70, 72, 73, 74 și 76. Existența și proprietățile Germaniei au fost prezise în 1871 de D. I. Mendeleev și a numit acest element încă necunoscut ekasiliciu datorită asemănării proprietăților sale cu siliciu. În 1886, chimistul german K. Winkler a descoperit un nou element în mineralul argirodit, pe care l-a numit Germania în onoarea țării sale; Germaniul s-a dovedit a fi destul de identic cu ecasiliența. Până în a doua jumătate a secolului XX uz practic Germania a rămas foarte limitată. Producția industrială din Germania a apărut în legătură cu dezvoltarea electronicii semiconductoare.

Conținutul total de germaniu din scoarța terestră este de 7,10 -4% în masă, adică mai mult decât, de exemplu, antimoniu, argint, bismut. Cu toate acestea, mineralele proprii ale Germaniei sunt extrem de rare. Aproape toate sunt sulfosarți: germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argirodit Ag 8 GeS 6, confieldit Ag 8 (Sn, Ge)S 6 și altele. Cea mai mare parte a Germaniei este împrăștiată în scoarța terestră în număr mare. stânci si minerale: in minereuri sulfurate de metale neferoase, in minereuri de fier, in unele minerale oxizi (cromit, magnetit, rutil si altele), in granite, diabaze si bazalt. În plus, germaniul este prezent în aproape toți silicații, în unele zăcăminte de cărbune și petrol.

Proprietăți fizice Germania. Germaniul cristalizează într-o structură cubică de tip diamant, parametrul celulei unitare a = 5,6575Å. Densitatea germaniului solid este de 5,327 g/cm3 (25°C); lichid 5,557 (1000°C); tpl 937,5°C; bp aproximativ 2700°C; coeficient de conductivitate termică ~60 W/(m K), sau 0,14 cal/(cm sec deg) la 25°C. Chiar și germaniul foarte pur este fragil la temperaturi obișnuite, dar peste 550°C se pretează la deformare plastică. Duritate Germania la scară mineralogică 6-6,5; coeficient de compresibilitate (în domeniul de presiune 0-120 Gn/m2, sau 0-12000 kgf/mm2) 1,4 10 -7 m2/mn (1,4 10 -6 cm2/kgf); tensiune superficială 0,6 N/m (600 dine/cm). Germaniul este un semiconductor tipic cu o bandă interzisă de 1,104 10 -19 J sau 0,69 eV (25°C); rezistivitate electrică puritate ridicată Germania 0,60 ohm-m (60 ohm-cm) la 25°C; mobilitatea electronilor este de 3900 și mobilitatea găurilor este de 1900 cm 2 /v sec (25 ° C) (cu un conținut de impurități mai mic de 10 -8%). Transparent la razele infraroșii cu o lungime de undă mai mare de 2 microni.

Proprietăți chimice Germania.În compușii chimici, germaniul prezintă de obicei valențe de 2 și 4, compușii de germaniu 4-valent fiind mai stabili. La temperatura camerei, germaniul este rezistent la aer, apă, soluții alcaline și acizi clorhidric și sulfuric diluați, dar se dizolvă ușor în acva regia și într-o soluție alcalină de peroxid de hidrogen. Acidul azotic se oxidează încet. Când este încălzit în aer la 500-700°C, germaniul este oxidat la oxizi de GeO și GeO2. Germania oxid (IV) - pulbere albă cu t pl 1116°C; solubilitate în apă 4,3 g/l (20°C). După proprietățile sale chimice, este amfoter, solubil în alcali și cu dificultate în acizi minerali. Se obţine prin calcinarea precipitatului hidratat (GeO 3 nH 2 O) eliberat în timpul hidrolizei tetraclorurii de GeCl 4. Fuziunea GeO 2 cu alți oxizi se pot obține derivați ai acidului germanic - germanați de metal (Li 2 GeO 3 , Na 2 GeO 3 și alții) - solide cu puncte de topire ridicate.

Când germaniul reacţionează cu halogenii, se formează tetrahalogenurile corespunzătoare. Reacția se desfășoară cel mai ușor cu fluor și clor (deja la temperatura camerei), apoi cu brom (încălzire slabă) și iod (la 700-800°C în prezența CO). Unul dintre cei mai importanți compuși Germania GeCl 4 tetraclorura este un lichid incolor; tpl -49,5°C; bp 83,1°C; densitate 1,84 g/cm3 (20°C). Apa se hidrolizează puternic cu eliberarea unui precipitat de oxid hidratat (IV). Se obține prin clorurare a Germaniei metalice sau prin interacțiunea GeO 2 cu HCl concentrat. De asemenea, sunt cunoscute dihalogenurile din Germania cu formula generală GeX2, monoclorură de GeCl, hexaclorodigerman de Ge2CI6 şi oxiclorurile din Germania (de exemplu, CeOCl2).

Sulful reacționează energic cu Germania la 900-1000°C pentru a forma disulfură de GeS2, un solid alb, p.t. 825°C. Sunt descrise și monosulfura GeS și compuși similari din Germania cu seleniu și teluriu, care sunt semiconductori. Hidrogenul reacționează ușor cu germaniul la 1000-1100°C pentru a forma germina (GeH) X, un compus instabil și ușor volatil. Prin reacția germanidelor cu acid clorhidric diluat se pot obține germanohidrogeni din seria Ge n H 2n+2 până la Ge 9 H 20. Este de asemenea cunoscută compoziţia de germilenă GeH2. Germaniul nu reacționează direct cu azotul, însă există nitrură de Ge 3 N 4, care se obține prin acțiunea amoniacului asupra germaniului la 700-800°C. Germaniul nu interacționează cu carbonul. Germaniul formează compuși cu multe metale - germanide.

Sunt cunoscuți numeroși compuși complecși ai Germaniei, care devin din ce în ce mai importanți atât în ​​chimia analitică a germaniului, cât și în procesele de preparare a acestuia. Germaniul formează compuși complecși cu molecule organice care conțin hidroxil (alcooli polihidroxilici, acizi polibazici și altele). S-au obținut heteropoliacizi Germania. La fel ca și pentru alte elemente din grupa IV, Germania se caracterizează prin formarea de compuși organometalici, un exemplu dintre care este tetraetilgermanul (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Primirea Germaniei.În practica industrială, germaniul este obținut în principal din produse secundare ale prelucrării minereurilor de metale neferoase (blendă de zinc, concentrate polimetalice zinc-cupru-plumb) care conțin 0,001-0,1% Germania. Ca materii prime sunt de asemenea folosite cenușa de la arderea cărbunelui, praful de la generatoarele de gaz și deșeurile de la cocserii. Originar din surse enumerate căi diferite, în funcție de compoziția materiei prime, primesc un concentrat de germaniu (2-10% Germania). Extragerea Germaniei din concentrat include de obicei următoarele etape: 1) clorurarea concentratului cu acid clorhidric, amestecul acestuia cu clorul în mediu apos sau alți agenți de clorurare pentru obținerea GeCl 4 tehnic. Pentru purificarea GeCl 4 se utilizează rectificarea și extracția impurităților cu HCI concentrat. 2) Hidroliza GeCl 4 şi calcinarea produşilor de hidroliză pentru a obţine GeO 2 . 3) Reducerea GeO 2 cu hidrogen sau amoniac la metal. Pentru a izola germaniul foarte pur, care este utilizat în dispozitivele semiconductoare, metalul este topit pe zone. Germaniul monocristal, necesar pentru industria semiconductoarelor, se obține de obicei prin topire în zone sau prin metoda Czochralski.

Aplicație Germania. Germaniul este unul dintre cele mai valoroase materiale din tehnologia modernă a semiconductoarelor. Este folosit pentru a face diode, triode, detectoare cu cristale și redresoare de putere. Germaniul monocristal este folosit și în instrumentele dozimetrice și instrumentele care măsoară intensitatea câmpurilor magnetice constante și alternative. Un domeniu important de aplicare în Germania este tehnologia infraroșu, în special producția de detectoare Radiatii infrarosii lucrează în zona de 8-14 microni. Multe aliaje care conțin germaniu, sticle pe bază de GeO2 și alți compuși de germaniu sunt promițătoare pentru utilizare practică.

În 1870 D.I. Mendeleev, pe baza legii periodice, a prezis un element încă nedescoperit din grupa IV, numindu-l ekasiliciu, și a descris principalele sale proprietăți. În 1886, chimistul german Clemens Winkler, în timpul unei analize chimice a mineralului argirodit, a descoperit acest element chimic. Inițial, Winkler a vrut să numească noul element „neptunium”, dar acest nume fusese deja dat unuia dintre elementele propuse, așa că elementul a fost numit după patria savantului - Germania.

Fiind în natură, obțineți:

Germaniul se găsește în minereurile sulfurate, minereul de fier și se găsește în aproape toți silicații. Principalele minerale care conțin germaniu: argirodit Ag 8 GeS 6, confieldit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotita FeGe(OH) 6, germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renierit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4.
Ca rezultat al operațiunilor complexe și consumatoare de timp pentru îmbogățirea minereului și concentrarea acestuia, germaniul este izolat sub formă de oxid de GeO2, care este redus cu hidrogen la 600°C la o substanță simplă.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germaniul este purificat prin topirea zonei, ceea ce îl face unul dintre cele mai pure din punct de vedere chimic.

Proprietăți fizice:

Solid gri-alb cu un luciu metalic (p.t. 938°C, bp 2830°C)

Proprietăți chimice:

La conditii normale germaniul este rezistent la aer și apă, alcalii și acizi, se dizolvă în aqua regia și într-o soluție alcalină de peroxid de hidrogen. Stările de oxidare ale germaniului în compușii săi: 2, 4.

Cele mai importante conexiuni:

Oxid de germaniu (II)., GeO, gri-negru, ușor sol. înăuntru, când este încălzit, este disproporționat: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
hidroxid de germaniu (II). Ge(OH)2, roşu-portocaliu. cristal,
iodură de germaniu (II)., GeI 2 , galben cr., sol. în apă, hidrol. pa.
hidrură de germaniu (II)., GeH 2 , tv. alb por., ușor de oxidat. și decăderea.

Oxid de germaniu (IV)., GeO 2 , alb cristale, amfotere, obținute prin hidroliza clorurii, sulfurei, hidrurii de germaniu sau prin reacția germaniului cu acidul azotic.
hidroxid de germaniu (IV), (acid germanic), H2GeO3, slab. unst. biaxiale to-ta, sarurile germanate, de exemplu. germanat de sodiu, Na2Ge03, alb cristal, sol. in apa; higroscopic. Există, de asemenea, hexahidroxogermanați de Na2 (orto-germanați) și poligermanați
sulfat de germaniu (IV)., Ge(S04)2, incolor. cr., hidrolizat cu apă la GeO 2, obținut prin încălzirea clorurii de germaniu (IV) cu anhidridă sulfuric la 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Halogenuri de germaniu (IV), fluorură GeF 4 - cele mai bune. gaz, brut hidrol., reacționează cu HF, formând H 2 - acid germanofluoric: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
clorură GeCl4, incolor. lichid, hidr., bromură GeBr 4 , ser. cr. sau incolor. lichid, sol. în org. conn.,
iodură GeI 4, galben-portocaliu. cr., lent. hidr., sol. în org. conn.
sulfură de germaniu (IV)., GeS 2 , alb kr., prost sol. în apă, hidrol., reacționează cu alcalii:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formând germanați și tiogermanați.
Hidrură de germaniu (IV), „germană”, GeH 4 , incolor gaz, derivați organici de tetrametilgerman Ge(CH3)4, tetraetilgerman Ge(C2H5)4 - incolor. lichide.

Aplicație:

Cel mai important material semiconductor, principalele domenii de aplicare: optică, electronică radio, fizică nucleară.

Compușii de germaniu sunt ușor toxici. Germaniul este un microelement care în corpul uman crește eficiența sistemului imunitar al organismului, luptă împotriva cancerului și reduce durerea. De asemenea, se remarcă faptul că germaniul promovează transferul de oxigen către țesuturile corpului și este un puternic antioxidant - un blocant al radicalilor liberi din organism.
Necesarul zilnic al corpului uman este de 0,4-1,5 mg.
Usturoiul este campion în conținutul de germaniu în rândul produselor alimentare (750 micrograme de germaniu la 1 g de masă uscată de căței de usturoi).

Materialul a fost pregătit de studenții Institutului de Fizică și Chimie al Universității de Stat din Tyumen
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Surse:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (data accesului: 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (data accesării: 13/06/2014).

germaniu

GERMANIA-Eu; m. Element chimic (Ge), un solid alb-cenusiu cu un luciu metalic (este principalul material semiconductor). Placa de germaniu.

◁ Germanium, al th, al th. G-a materie primă. G. lingou.

(lat. Germaniu), un element chimic din grupa IV a sistemului periodic. Numele din latinescul Germania - Germania, în onoarea patriei lui K. A. Winkler. Cristale gri argintiu; densitate 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Dispersate în natură (mineralele proprii sunt rare); extras din minereuri de metale neferoase. Material semiconductor pentru dispozitive electronice (diode, tranzistoare etc.), componentă din aliaj, material pentru lentile în dispozitive IR, detectoare de radiații ionizante.

GERMANIUM (lat. Germanium), Ge (a se citi „hertempmanium”), un element chimic cu număr atomic 32, masă atomică 72,61. Germaniul natural este format din cinci izotopi cu numere de masă 70 (conținutul în amestecul natural este de 20,51% din masă), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) și 76 (7,76%). Configurația stratului de electroni exterior 4 s 2 p 2 . Stări de oxidare +4, +2 (valențe IV, II). Este situat în grupa IVA, în perioada a 4-a în Tabelul Periodic al Elementelor.
Istoria descoperirilor
A fost descoperit de K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(și numit după patria sa - Germania) în 1886 la analiza mineralului argirodit Ag 8 GeS 6 după existența acestui element și unele dintre proprietățile sale au fost prezise de D. I. Mendeleev (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovici).
Fiind în natură
Conținutul în scoarța terestră este de 1,5 10 -4% în greutate. Se referă la elemente împrăștiate. Nu apare în natură în formă liberă. Conținut ca impuritate în silicați, fier sedimentar, minereuri polimetalice, nichel și wolfram, cărbuni, turbă, uleiuri, ape termale și alge. Cele mai importante minerale: germanit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stotita FeGe (OH) 6, plumbogermanit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag 8 GeS6, renierit Cu3 (Fe, Ge, Zn) (S, As)4.
Obține germaniu
Pentru obținerea germaniului se folosesc produse secundare ale prelucrării minereurilor de metale neferoase, cenușă de la arderea cărbunelui și unele produse secundare ale chimiei cocsului. Materiile prime care conțin Ge sunt îmbogățite prin flotație. Apoi concentratul este transformat în GeO 2 oxid, care este redus cu hidrogen (cm. HIDROGEN):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germaniul de puritate semiconductor cu un conținut de impurități de 10 -3 -10 -4% este obținut prin topirea zonei (cm. ZONE DE TOPIRE), cristalizare (cm. CRISTALIZARE) sau termoliza GeH 4 monogerman volatil:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
care se formează în timpul descompunerii compușilor metalelor active cu Ge - germanide de către acizi:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Proprietati fizice si chimice
Germaniul este o substanță argintie cu un luciu metalic. Modificare stabilă a rețelei cristaline (Ge I), tip diamant cubic, centrat pe față, A= 0,533 nm (alte trei modificări au fost obținute la presiuni mari). Punct de topire 938,25 ° C, punct de fierbere 2850 ° C, densitate 5,33 kg / dm 3. Are proprietăți semiconductoare, banda interzisă este de 0,66 eV (la 300 K). Germaniul este transparent la radiația infraroșie cu o lungime de undă mai mare de 2 microni.
Proprietățile chimice ale Ge sunt similare cu cele ale siliciului. (cm. SILICIU). La conditii normale rezistent la oxigen (cm. OXIGEN), vapori de apă, acizi diluați. În prezența agenților puternici de complexare sau a agenților oxidanți, atunci când este încălzit, Ge reacționează cu acizii:
Ge + H 2 SO 4 conc \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 conc. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reactioneaza cu acva regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO + 8H2O.
Ge interacționează cu soluțiile alcaline în prezența agenților oxidanți:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Când este încălzit în aer la 700 °C, Ge se aprinde. Ge interacționează ușor cu halogenii (cm. HALOGENI)și gri (cm. SULF):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Cu hidrogen (cm. HIDROGEN), azot (cm. AZOT), carbon (cm. CARBON) germaniul nu intră direct în reacție; compușii cu aceste elemente se obțin indirect. De exemplu, nitrura de Ge 3 N 4 se formează prin dizolvarea diiodurei de germaniu GeI 2 în amoniac lichid:
GeI 2 + NH 3 lichid -> n -> Ge 3 N 4
Oxidul de germaniu (IV), GeO 2, este o substanță cristalină albă care există în două modificări. Una dintre modificări este parțial solubilă în apă cu formarea de acizi germanici complecși. Prezintă proprietăți amfotere.
GeO 2 interacționează cu alcalii ca oxid acid:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interacționează cu acizii:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Tetrahalogenurile Ge sunt compuși nepolari care sunt ușor hidrolizați de apă.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalogenurile sunt obținute prin interacțiune directă:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
sau descompunere termică:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Hidrururile de germaniu sunt similare din punct de vedere chimic cu hidrurile de siliciu, dar GeH 4 monogerman este mai stabil decât SiH 4 monosilan. Germanii formează serii omoloage Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n și altele, dar aceste serii sunt mai scurte decât cele ale silanilor.
Monogermane GeH 4 este un gaz care este stabil în aer și nu reacționează cu apa. În timpul depozitării pe termen lung, se descompune în H 2 și Ge. Monogermanul se obține prin reducerea dioxidului de germaniu GeO 2 cu borohidrură de sodiu NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Monoxidul GeO foarte instabil se formează prin încălzirea moderată a unui amestec de germaniu și dioxid de GeO2:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Compușii Ge(II) sunt ușor disproporționați cu eliberarea de Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Disulfura de germaniu GeS 2 este o substanță albă amorfă sau cristalină, obținută prin precipitarea H 2 S din soluții acide de GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 se dizolvă în alcalii și sulfuri de amoniu sau metale alcaline:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge poate face parte din compușii organici. Cunoscuți sunt (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH și alții.
Aplicație
Germaniul este un material semiconductor utilizat în inginerie și electronică radio în producția de tranzistori și microcircuite. Filmele subtiri de Ge depuse pe sticla sunt folosite ca rezistente in instalatiile radar. Aliajele de Ge cu metale sunt utilizate în senzori și detectoare. Dioxidul de germaniu este folosit la producerea ochelarilor care transmit radiații infraroșii.

Dicţionar enciclopedic . 2009 .

Vedeți ce este „germanium” în alte dicționare:

Un element chimic descoperit în 1886 în rarul mineral argirodit găsit în Saxonia. Dicționar de cuvinte străine incluse în limba rusă. Chudinov A.N., 1910. germaniu (numit în onoarea patriei mamei omului de știință care a descoperit elementul), chimic. element, ... ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

- (Germaniu), Ge, un element chimic din grupa IV a sistemului periodic, număr atomic 32, masă atomică 72,59; metaloid; material semiconductor. Germaniul a fost descoperit de chimistul german K. Winkler în 1886... Enciclopedia modernă

germaniu- Elementul Ge Group IV sisteme; la. n. 32, la. m. 72,59; televizor. chestia cu metalul. sclipici. Natural Ge este un amestec de cinci izotopi stabili cu numere de masă 70, 72, 73, 74 și 76. Existența și proprietățile lui Ge au fost prezise în 1871 de D. I. ... ... Manualul Traducătorului Tehnic

germaniu- (Germaniu), Ge, un element chimic din grupa IV a sistemului periodic, număr atomic 32, masă atomică 72,59; metaloid; material semiconductor. Germaniul a fost descoperit de chimistul german K. Winkler în 1886. ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

- (lat. Germaniu) Ge, un element chimic din grupa IV a sistemului periodic, număr atomic 32, masă atomică 72,59. Numit din latinescul Germania Germania, în onoarea patriei lui K. A. Winkler. Cristale gri argintiu; densitate 5,33 g/cm³, p.t. 938,3... Dicţionar enciclopedic mare

- (simbol Ge), un element metalic alb-gri din grupa IV a tabelului periodic al lui MENDELEEV, în care au fost prezise proprietățile elementelor încă nedescoperite, în special germaniul (1871). Elementul a fost descoperit în 1886. Un produs secundar al topirii zincului ... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Ge (din lat. Germania Germania * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; and. germanio), chim. elementul IV grupa periodică. sistemele lui Mendeleev, at.s. 32, la. m. 72,59. Natural G. constă din 4 izotopi stabili 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Enciclopedia Geologică

- (Ge), sintetic monocristal, PP, grupa de simetrie punctuală m3m, densitate 5,327 g/cm3, Ttopire=936 °C, solid. pe scara Mohs 6, la. m. 72,60. Transparent în regiunea IR l de la 1,5 la 20 microni; optic anizotrop, pentru l=1,80 µm eff. refracția n=4,143.… … Enciclopedia fizică

Există, număr de sinonime: 3 semiconductor (7) ecasilicon (1) element (159) ... Dicţionar de sinonime

GERMANIA- chimic. element, simbol Ge (lat. Germanium), la. n. 32, la. m. 72,59; substanță cristalină fragilă de culoare gri argintiu, densitate 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. Dispersat în natură; este extras în principal în timpul prelucrării blendei de zinc și ... ... Marea Enciclopedie Politehnică

Numit după Germania. Un om de știință din această țară a descoperit și a avut dreptul să-l numească cum voia. Deci in got germaniu.

Cu toate acestea, nu Mendeleev a fost norocos, ci Clemens Winkler. A fost desemnat să studieze argirodita. Un nou mineral, constând în principal din, a fost găsit la mina Himmelfurst.

Winkler a determinat 93% din compoziția pietrei și a ajuns într-o fundătură cu restul de 7%. Concluzia a fost că au inclus un element necunoscut.

O analiză mai atentă a dat roade. germaniu descoperit. Acesta este metal. Cum este de folos omenirii? Despre asta, și nu numai, vom povesti mai departe.

proprietăți ale germaniului

Germaniu - 32 de elemente ale tabelului periodic. Se pare că metalul este inclus în a 4-a grupă. Numărul corespunde valenței elementelor.

Adică, germaniul tinde să formeze 4 legături chimice. Acest lucru face ca elementul descoperit de Winkler să arate ca .

De aici și dorința lui Mendeleev de a numi elementul încă nedescoperit ecosiliciu, denumit Si. Dmitri Ivanovici a calculat în avans proprietățile celui de-al 32-lea metal.

Germaniul este similar cu siliciul în proprietăți chimice. Reacționează cu acizii numai când este încălzit. Cu alcalii „comună” în prezența agenților de oxidare.

Rezistent la vapori de apă. Nu reacționează cu hidrogenul, carbonul,. Germaniul se aprinde la o temperatură de 700 de grade Celsius. Reacția este însoțită de formarea dioxidului de germaniu.

Al 32-lea element interacționează ușor cu halogenii. Acestea sunt substanțe care formează sare din grupa 17 din tabel.

Pentru a nu ne confunda, indicăm că ne concentrăm asupra nou standard. În vechime, acesta este al 7-lea grup al tabelului periodic.

Indiferent de masă, metalele din ea sunt situate în stânga liniei diagonale în trepte. Al 32-lea element este o excepție.

O altă excepție este. Ea poate reacționa și ea. Pe substrat se depune antimoniul.

Interacțiunea activă este asigurată cu. La fel ca majoritatea metalelor, germaniul este capabil să ardă în vaporii săi.

Pe plan extern element de germaniu, alb-cenușiu, cu o strălucire metalică pronunțată.

Prin revizuire structura interna, metalul are o structură cubică. Ea reflectă aranjarea atomilor în celulele elementare.

Au formă de cuburi. Opt atomi sunt localizați la vârfuri. Structura este aproape de zăbrele.

Elementul 32 are 5 izotopi stabili. Prezența lor este o proprietate a tuturor elemente ale subgrupului germaniu.

Ele sunt egale, ceea ce determină prezența izotopilor stabili. De exemplu, sunt 10 dintre ele.

Densitatea germaniului este de 5,3-5,5 grame pe centimetru cub. Primul indicator este tipic pentru stare, al doilea - pentru metalul lichid.

Într-o formă înmuiată, nu este doar mai dens, ci și plastic. Casant la temperatura camerei, substanța devine la 550 de grade. Acestea sunt caracteristicile germaniului.

Duritatea metalului la temperatura camerei este de aproximativ 6 puncte.

În această stare, al 32-lea element este un semiconductor tipic. Dar, proprietatea devine „mai luminoasă” pe măsură ce temperatura crește. Doar conductoarele, spre comparație, își pierd proprietățile atunci când sunt încălzite.

Germaniul conduce curentul nu numai în forma sa standard, ci și în soluții.

În ceea ce privește proprietățile semiconductoarelor, al 32-lea element este, de asemenea, aproape de siliciu și este la fel de comun.

Cu toate acestea, domeniile de aplicare ale substanțelor diferă. Siliciul este un semiconductor folosit în panouri solare, inclusiv tipul cu peliculă subțire.

Elementul este necesar și pentru fotocelule. Acum, luați în considerare unde este util germaniul.

Aplicarea germaniului

Se folosește germaniulîn spectroscopie gamma. Instrumentele sale fac posibil, de exemplu, studiul compoziției aditivilor din oxizi de catalizator amestecați.

În trecut, germaniul a fost adăugat la diode și tranzistoare. În celulele solare, proprietățile unui semiconductor sunt, de asemenea, utile.

Dar, dacă la modelele standard se adaugă siliciu, atunci germaniul se adaugă celor de generație nouă, foarte eficiente.

Principalul lucru este să nu folosiți germaniu la o temperatură apropiată de zero absolut. În astfel de condiții, metalul își pierde capacitatea de a transmite tensiune.

Pentru ca germaniul să fie un conductor, impuritățile din acesta nu trebuie să depășească 10%. Perfect Ultra Clean element chimic.

germaniu realizat prin această metodă de topire a zonei. Se bazează pe solubilitatea diferită a elementelor străine în lichid și faze.

formula germaniului vă permite să o aplicați în practică. Aici nu mai vorbim despre proprietățile semiconductoare ale elementului, ci despre capacitatea acestuia de a se întări.

Din același motiv, germaniul și-a găsit aplicație în protetica dentară. Deși coroanele devin învechite, există încă o cerere mică pentru ele.

Dacă adăugați siliciu și aluminiu la germaniu, se obțin lipituri.

Punctul lor de topire este întotdeauna mai mic decât cel al metalelor îmbinate. Deci, puteți realiza modele complexe, de design.

Chiar și internetul fără germaniu ar fi imposibil. Cel de-al 32-lea element este prezent în fibra optică. În miezul său este cuarț cu un amestec de erou.

Și dioxidul său crește reflectivitatea fibrei. Având în vedere cererea pentru acesta, industria electronică are nevoie de germaniu volume mari. Pe care și cum sunt furnizate, le vom studia mai jos.

exploatarea germaniului

Germaniul este destul de comun. În scoarța terestră, al 32-lea element, de exemplu, este mai mult decât, antimoniu sau.

Rezervele explorate sunt de aproximativ 1.000 de tone. Aproape jumătate dintre ele sunt ascunse în măruntaiele Statelor Unite. Alte 410 de tone sunt proprietate.

Deci, restul țărilor, practic, trebuie să cumpere materii prime. cooperează cu Imperiul Celest. Acest lucru este justificat atât din punct de vedere politic, cât și din punct de vedere economic.

Proprietățile elementului germaniu, asociate cu relația sa geochimică cu substanțele larg răspândite, nu permit metalului să formeze propriile minerale.

De obicei, metalul este introdus în rețeaua celor existente. Oaspetele, desigur, nu va ocupa mult spațiu.

Prin urmare, trebuie să extrageți germaniul puțin câte puțin. În puteți găsi câteva kilograme pe tonă de rocă.

Enargitul nu conține mai mult de 5 kilograme de germaniu la 1000 de kilograme. În pirargirit de 2 ori mai mult.

O tonă de sulvanit element 32 nu conține mai mult de 1 kilogram. Cel mai adesea, germaniul este extras ca produs secundar din minereurile altor metale, de exemplu, sau neferoase, cum ar fi cromitul, magnetita, rutita.

Producția anuală de germaniu variază între 100-120 de tone, în funcție de cerere.

Practic, se achiziționează forma monocristalină a substanței. Este exact ceea ce este necesar pentru producerea de spectrometre, fibră optică, prețioasă. Să aflăm tarifele.

pretul germaniului

Germaniul monocristalin este achiziționat în principal la tonă. Pentru industriile mari, acest lucru este benefic.

1.000 de kilograme din al 32-lea element costă aproximativ 100.000 de ruble. Puteți găsi oferte pentru 75.000 - 85.000.

Dacă luați policristalin, adică cu agregate mai mici și rezistență crescută, puteți da de 2,5 ori mai mult pe kilogram de materii prime.

Lungimea standard nu este mai mică de 28 de centimetri. Blocurile sunt protejate cu o peliculă, deoarece se estompează în aer. Germaniu policristalin - „sol” pentru creșterea monocristalelor.

Germaniu (din latinescul Germanium), denumit „Ge”, un element din grupa a IV-a a tabelului periodic al elementelor chimice al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev; elementul cu numărul 32, masa atomică este 72,59. Germaniul este o substanță solidă cu un luciu metalic, având culoare alb gri. Deși culoarea germaniului este un concept relativ relativ, totul depinde de tratarea suprafeței materialului. Uneori poate fi gri ca oțelul, alteori argintiu și uneori complet negru. În exterior, germaniul este destul de aproape de siliciu. Aceste elemente nu numai că sunt similare între ele, dar au și în mare parte aceleași proprietăți semiconductoare. Diferența lor esențială este faptul că germaniul este de două ori mai greu decât siliciul.

Germaniul, găsit în natură, este un amestec de cinci izotopi stabili cu numere de masă 76, 74, 73, 32, 70. În 1871, celebrul chimist, „părintele” tabelului periodic, Dmitri Ivanovici Mendeleev a prezis proprietățile și existența de germaniu. El a numit elementul necunoscut la acea vreme „ekasilicium”, deoarece. proprietățile noii substanțe erau în multe privințe similare cu cele ale siliciului. În 1886, după ce a studiat argirdita minerală, chimistul german K. Winkler, în vârstă de patruzeci și opt de ani, a descoperit un element chimic complet nou în amestecul natural.

La început, chimistul a vrut să numească elementul neptunium, pentru că și planeta Neptun a fost prezisă mult mai devreme decât a fost descoperită, dar apoi a aflat că un astfel de nume fusese deja folosit în descoperirea falsă a unuia dintre elemente, așa că Winkler a decis să renunțe la acest nume. Omului de știință i s-a propus să numească elementul angularium, care înseamnă „controversat, unghiular”, dar nici Winkler nu a fost de acord cu această denumire, deși elementul nr. 32 a stârnit cu adevărat multe controverse. Omul de știință era german după naționalitate, așa că în cele din urmă a decis să numească elementul germaniu, în onoarea țării sale natale, Germania.

După cum s-a dovedit mai târziu, germaniul s-a dovedit a fi nimic mai mult decât „ekasilicium” descoperit anterior. Până în a doua jumătate a secolului al XX-lea, utilitatea practică a germaniului a fost destul de îngustă și limitată. Producția industrială de metal a început doar ca urmare a începerii producției industriale de electronice semiconductoare.

Germaniul este un material semiconductor utilizat pe scară largă în electronică și inginerie, precum și în producția de microcircuite și tranzistori. Instalațiile radar folosesc pelicule subțiri de germaniu, care sunt aplicate pe sticlă și utilizate ca rezistență. Aliajele cu germaniu și metale sunt utilizate în detectoare și senzori.

Elementul nu are o rezistență precum wolfram sau titan, nu servește ca o sursă inepuizabilă de energie precum plutoniul sau uraniul, conductivitatea electrică a materialului este, de asemenea, departe de cea mai mare, iar fierul este principalul metal în tehnologia industrială. Cu toate acestea, germaniul este una dintre cele mai importante componente ale progresului tehnic al societății noastre, deoarece. chiar mai devreme decât siliciul a început să fie folosit ca material semiconductor.

În acest sens, ar fi oportun să ne întrebăm: Ce este semiconductivitatea și semiconductorii? Nici măcar experții nu pot răspunde exact la această întrebare, deoarece. putem vorbi despre proprietatea special considerată a semiconductorilor. Există, de asemenea definiție precisă, dar numai din domeniul folclorului: Un semiconductor este un conductor pentru două mașini.

Un lingot de germaniu costă aproape la fel ca un lingot de aur. Metalul este foarte fragil, aproape ca sticla, așa că dacă scăpați un astfel de lingou, există o mare probabilitate ca metalul să se rupă pur și simplu.

Germaniu metal, proprietăți

Proprietăți biologice

Pentru nevoi medicale, germaniul a fost cel mai utilizat în Japonia. Rezultatele testelor compușilor organogermaniului pe animale și oameni au arătat că aceștia sunt capabili să aibă un efect benefic asupra organismului. În 1967, medicul japonez K. Asai a descoperit că germaniul organic are un efect biologic larg.

Dintre toate ale lui proprietăți biologice Ar trebui notat:

• - asigurarea transferului de oxigen către țesuturile organismului;
• - cresterea starii imunitare a organismului;
• - manifestarea activitatii antitumorale.

Ulterior, oamenii de știință japonezi au creat primul produs medical din lume care conține germaniu - „Germanium - 132”.

În Rusia, primul medicament intern care conține germaniu organic a apărut abia în 2000.

Procesele de evoluție biochimică a suprafeței scoarței terestre nu au avut cel mai bun efect asupra conținutului de germaniu din acesta. Majoritatea elementului a fost spălat de pe uscat în oceane, astfel încât conținutul său în sol rămâne destul de scăzut.

Printre plantele care au capacitatea de a absorbi germaniul din sol, liderul este ginsengul (germaniu până la 0,2%). Germaniul se găsește și în usturoi, camfor și aloe, care sunt folosite în mod tradițional în tratamentul diferitelor boli umane. În vegetație, germaniul se găsește sub formă de semioxid de carboxietil. Acum este posibil să sintetizați sesquioxani cu un fragment de pirimidină - compuși organici ai germaniului. Acest compus în structura sa este aproape de natural, ca și în rădăcina de ginseng.

Germaniul poate fi atribuit oligoelementelor rare. Este prezent într-un număr mare de produse diferite, dar în doze mici. Aportul zilnic de germaniu organic este stabilit la 8-10 mg. O evaluare a 125 de alimente a arătat că aproximativ 1,5 mg de germaniu intră zilnic în organism cu alimente. Conținutul de oligoelement în 1 g de alimente crude este de aproximativ 0,1 - 1,0 μg. Germaniul se găsește în lapte, sucul de roșii, somon și fasole. Dar pentru a satisface necesarul zilnic de germaniu, ar trebui să bei 10 litri de suc de roșii pe zi sau să mănânci aproximativ 5 kilograme de somon. Din punct de vedere al costului acestor produse, al proprietăților fiziologice ale unei persoane și al bunului simț, utilizarea unei astfel de cantități de produse care conțin germaniu nu este, de asemenea, posibilă. Pe teritoriul Rusiei, aproximativ 80-90% din populație are o lipsă de germaniu, motiv pentru care s-au dezvoltat preparate speciale.

Studiile practice au arătat că în organism germaniul se găsește mai ales în intestinul actual, stomac, splină, măduva osoasă și sânge. Conținutul ridicat de microelement în intestine și stomac indică o acțiune prelungită a procesului de absorbție a medicamentului în sânge. Există o presupunere că germaniul organic se comportă în sânge în același mod ca hemoglobina, adică. are o sarcină negativă și este implicată în transferul oxigenului către țesuturi. Astfel, previne dezvoltarea hipoxiei la nivel de țesut.

Ca rezultat al experimentelor repetate, s-a dovedit proprietatea germaniului de a activa T-killers și de a promova inducerea interferonilor gamma, care suprimă procesul de reproducere a celulelor cu diviziune rapidă. Direcția principală de acțiune a interferonilor este protecția antitumorală și antivirală, funcțiile radioprotectoare și imunomodulatoare ale sistemului limfatic.

Germaniul sub formă de sesquioxid are capacitatea de a acționa asupra ionilor de hidrogen H +, netezind efectul lor dăunător asupra celulelor corpului. Performanță excelentă garantată a tuturor sistemelor corpul uman este un aport neîntrerupt de oxigen a sângelui și a tuturor țesuturilor. Germaniul organic nu numai că furnizează oxigen în toate punctele corpului, dar promovează și interacțiunea acestuia cu ionii de hidrogen.

• - Germaniul este un metal, dar fragilitatea lui poate fi comparată cu sticla.
• - Unele cărți de referință afirmă că germaniul are o culoare argintie. Dar acest lucru nu se poate spune, deoarece culoarea germaniului depinde direct de metoda de prelucrare a suprafeței metalului. Uneori poate părea aproape negru, alteori are o culoare oțel, iar uneori poate fi argintiu.
• - Germaniul a fost găsit pe suprafața soarelui, precum și în compoziția meteoriților căzuți din spațiu.
• - Pentru prima dată, un compus organoelement al germaniului a fost obținut de către descoperitorul elementului Clemens Winkler din tetraclorura de germaniu în 1887, a fost tetraetilgermaniul. Dintre toate primite stadiul prezent niciunul dintre compușii organoelementali ai germaniului nu este otrăvitor. În același timp, majoritatea microelementelor de staniu și organoplumb, care sunt analogi ale germaniului în proprietățile lor fizice, sunt toxice.
• - Dmitri Ivanovich Mendeleev a prezis trei elemente chimice chiar înainte de descoperirea lor, inclusiv germaniul, numind elementul ekasiliciu din cauza asemănării sale cu siliciul. Predicția celebrului om de știință rus a fost atât de precisă încât i-a uimit pur și simplu pe oamenii de știință, inclusiv. și Winkler, care a descoperit germaniul. Greutate atomica după Mendeleev era egal cu 72, în realitate era 72,6; greutatea specifică conform lui Mendeleev a fost de 5,5 în realitate - 5,469; volumul atomic conform lui Mendeleev a fost 13 în realitate - 13,57; cel mai mare oxid după Mendeleev este EsO2, în realitate - GeO2, greutatea sa specifică conform Mendeleev a fost de 4,7, în realitate - 4,703; compus clorurat conform Mendeleev EsCl4 - lichid, punct de fierbere aproximativ 90 ° C, de fapt - compus clorurat GeCl4 - lichid, punct de fierbere 83 ° C, compus cu hidrogen conform Mendeleev EsH4 este gazos, compusul cu hidrogen este de fapt GeH4 gazos; compus organometalic conform Mendeleev Es(C2H5)4, punctul de fierbere 160 °C, compus organometalic în realitate - punctul de fierbere Ge(C2H5)4 163,5°C. După cum se poate vedea din informațiile analizate mai sus, predicția lui Mendeleev a fost surprinzător de exactă.
• - La 26 februarie 1886, Clemens Winkler și-a început scrisoarea către Mendeleev cu cuvintele „Stimate domnule”. El, într-o manieră destul de politicoasă, i-a spus omului de știință rus despre descoperirea unui nou element, numit germaniu, care, în proprietățile sale, nu era altceva decât „ekasiliciumul” prezis anterior de Mendeleev. Răspunsul lui Dmitri Ivanovici Mendeleev nu a fost mai puțin politicos. Omul de știință a fost de acord cu descoperirea colegului său, numind germaniul „coroana sistemului său periodic”, iar Winkler „părintele” elementului demn să poarte această „coroană”.
• - Germaniul ca semiconductor clasic a devenit cheia pentru rezolvarea problemei creării de materiale supraconductoare care funcționează la temperatura hidrogenului lichid, dar nu a heliului lichid. După cum știți, hidrogenul trece în stare lichidă din stare gazoasă atunci când temperatura atinge –252,6 ° C, sau 20,5 ° K. În anii 1970, a fost dezvoltat un film de germaniu și niobiu, a cărui grosime era de doar câteva mii de atomi. Acest film este capabil să mențină supraconductivitatea chiar și la temperaturi de 23,2 °K și mai jos.
• - La creșterea unui singur cristal de germaniu, un cristal de germaniu este plasat pe suprafața germaniului topit - o „sămânță”, care este ridicată treptat de un dispozitiv automat, în timp ce temperatura de topire depășește puțin punctul de topire al germaniului (937 ° C) . „Sămânța” se rotește astfel încât cristalul unic, așa cum se spune, „îngroșat cu carne” din toate părțile în mod egal. Trebuie remarcat faptul că în timpul unei astfel de creșteri, se întâmplă același lucru ca și în procesul de topire a zonei, adică. practic, doar germaniul trece în faza solidă, iar toate impuritățile rămân în topitură.

Poveste

Existența unui astfel de element precum germaniul a fost prezisă încă din 1871 de Dmitri Ivanovici Mendeleev, datorită asemănărilor sale cu siliciul, elementul a fost numit ekasiliciu. În 1886, un profesor de la Academia de Mine din Freiberg a descoperit argirodita, un nou mineral de argint. Apoi acest mineral a fost studiat cu destulă atenție de către profesorul de chimie tehnică Clemens Winkler, efectuând o analiză completă a mineralului. Winkler, în vârstă de patruzeci și opt de ani, era considerat pe bună dreptate cel mai bun analist de la Academia de Mine din Freiberg, motiv pentru care i s-a oferit ocazia să studieze argirodita.

Pentru destul timp scurt profesorul a putut furniza un raport cu privire la procentul diferitelor elemente din mineralul original: argintul în compoziția sa a fost de 74,72%; sulf - 17,13%; oxid feros - 0,66%; mercur - 0,31%; oxid de zinc - 0,22%.Dar aproape șapte la sută - era ponderea unui element de neînțeles, care, se pare, nu fusese încă descoperit la acel moment îndepărtat. În legătură cu aceasta, Winkler a decis să izoleze componenta neidentificată a argyrodptusului, să-i studieze proprietățile, iar în procesul cercetării și-a dat seama că a găsit de fapt un element complet nou - era o explicație prezisă de D.I. Mendeleev.

Cu toate acestea, ar fi greșit să credem că munca lui Winkler a mers fără probleme. Dmitri Ivanovici Mendeleev, pe lângă capitolul opt al cărții sale Fundamentals of Chemistry, scrie: „La început (februarie 1886), lipsa materialului, precum și absența unui spectru în flacără și solubilitatea compușilor de germaniu, a împiedicat serios cercetarea lui Winkler...” Merită să acordați atenție cuvintelor „fără spectru. Dar cum asa? În 1886 exista deja o metodă larg utilizată de analiză spectrală. Prin această metodă au fost descoperite elemente precum taliu, rubidiu, indiu, cesiu pe Pământ și heliu pe Soare. Oamenii de știință știau deja cu siguranță că fiecare element chimic, fără excepție, are un spectru individual și apoi dintr-o dată nu există spectru!

Explicația acestui fenomen a apărut puțin mai târziu. Germaniul are linii spectrale caracteristice. Lungimea lor de undă este 2651,18; 3039.06 Ǻ și încă câteva. Cu toate acestea, toate se află în partea invizibilă ultravioletă a spectrului, poate fi considerat norocos că Winkler este un adept al metodelor tradiționale de analiză, deoarece tocmai aceste metode l-au condus la succes.

Metoda lui Winkler de obținere a germaniului din mineral este destul de apropiată de una dintre metodele industriale moderne de izolare a celui de-al 32-lea element. În primul rând, germaniul, care era conținut în argaroid, a fost transformat în dioxid. Apoi, pulberea albă rezultată a fost încălzită la o temperatură de 600-700 °C într-o atmosferă de hidrogen. În acest caz, reacția s-a dovedit a fi evidentă: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Prin această metodă a fost obținut pentru prima dată elementul relativ pur nr. 32, germaniul. La început, Winkler a intenționat să numească vanadiu neptunium, după planeta cu același nume, deoarece Neptun, ca și germaniul, a fost mai întâi prezis și abia apoi găsit. Dar apoi s-a dovedit că un astfel de nume fusese deja folosit o dată, un element chimic, descoperit în mod fals, se numea neptuniu. Winkler a ales să nu-și compromită numele și descoperirea și a abandonat neptuniul. Un om de știință francez Rayon a sugerat, totuși, că mai târziu a recunoscut propunerea sa ca pe o glumă, el a sugerat să numească elementul unghiular, adică. „controversat, unghiular”, dar nici lui Winkler nu i-a plăcut acest nume. Drept urmare, omul de știință a ales în mod independent un nume pentru elementul său și l-a numit germaniu, în onoarea țării sale natale, Germania, de-a lungul timpului, acest nume a fost stabilit.

Până la etajul 2. Secolului 20 utilizarea practică a germaniului a rămas destul de limitată. Producția industrială de metal a apărut doar în legătură cu dezvoltarea semiconductorilor și a electronicii semiconductoare.

Fiind în natură

Germaniul poate fi clasificat ca oligoelement. În natură, elementul nu apare deloc în forma sa liberă. Conținutul total de metal din scoarța terestră a planetei noastre în masă este de 7 × 10 −4% %. Acesta este mai mult decât conținutul de elemente chimice precum argint, antimoniu sau bismut. Dar mineralele proprii ale germaniului sunt destul de rare și foarte rare în natură. Aproape toate aceste minerale sunt sulfosarți, de exemplu, germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldit Ag 8 (Sn, Ce) S 6, argirodit Ag8GeS6 și altele.

Partea principală a germaniului dispersat în scoarța terestră este conținută într-un număr imens de roci, precum și în multe minerale: minereuri sulfite de metale neferoase, minereuri de fier, unele minerale oxidice (cromit, magnetit, rutil și altele), granite. , diabaze și bazalt. În compoziția unor sfalerite, conținutul elementului poate ajunge la câteva kilograme pe tonă, de exemplu, în frankeit și sulvanit 1 kg / t, în enargite conținutul de germaniu este de 5 kg / t, în pirargirit - până la 10 kg / t, dar în alți silicați și sulfuri - zeci și sute g/t. O proporție mică de germaniu este prezentă în aproape toți silicații, precum și în unele dintre zăcămintele de petrol și cărbune.

Principalul mineral al elementului este sulfitul de germaniu (formula GeS2). Mineralul se găsește ca impuritate în sulfiții de zinc și alte metale. Cele mai importante minerale de germaniu sunt: ​​germanitul Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanitul (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stotita FeGe (OH) 6, renierit Cu3 (Fe, Ge, Zn) (S, As)4 şi argirodit Ag8GeS6.

Germaniul este prezent pe teritoriile tuturor statelor fără excepție. Dar niciuna dintre țările industrializate ale lumii nu are zăcăminte industriale din acest metal. Germaniul este foarte, foarte dispersat. Pe Pământ, mineralele acestui metal sunt considerate a fi foarte rare, conținutul de germaniu în care este de cel puțin 1%. Astfel de minerale includ germanit, argirodit, ultramafic și altele, inclusiv minerale descoperite în ultimele decenii: schtotita, renierita, plumbogermanit și confieldit. Depozitele tuturor acestor minerale nu sunt capabile să răspundă nevoilor industriei moderne în acest element chimic rar și important.

Cea mai mare parte a germaniului este dispersată în minerale ale altor elemente chimice și se găsește și în apele naturale, în cărbuni, în organismele vii și în sol. De exemplu, conținutul de germaniu din cărbunele obișnuit ajunge uneori la mai mult de 0,1%. Dar o astfel de cifră este destul de rară, de obicei, ponderea germaniului este mai mică. Dar aproape că nu există germaniu în antracit.

Chitanță

In timpul prelucrarii sulfurei de germaniu se obtine oxidul GeO 2, cu ajutorul hidrogenului se reduce pentru a obtine germaniu liber.

În producția industrială, germaniul este extras în principal ca produs secundar din prelucrarea minereurilor de metale neferoase (blendă de zinc, concentrate polimetalice zinc-cupru-plumb care conțin 0,001-0,1% germaniu), cenușă de la arderea cărbunelui și unele produse de cocs. .

Inițial, concentratul de germaniu (de la 2% la 10% germaniu) este izolat din sursele discutate mai sus în diferite moduri, a căror alegere depinde de compoziția materiei prime. La prelucrarea cărbunilor de box, germaniul este precipitat parțial (de la 5% la 10%) în apa de gudron și rășină, de acolo este extras în combinație cu tanin, după care este uscat și ars la o temperatură de 400-500°C. °C. Rezultă un concentrat care conține aproximativ 30-40% germaniu, germaniul este izolat din acesta sub formă de GeCl 4 . Procesul de extragere a germaniului dintr-un astfel de concentrat include, de regulă, aceleași etape:

1) Concentratul este clorurat cu acid clorhidric, un amestec de acid și clor într-un mediu apos, sau alți agenți de clorurare, care pot avea ca rezultat GeCl 4 tehnic. Pentru purificarea GeCl 4 se utilizează rectificarea și extracția impurităților de acid clorhidric concentrat.

2) Se efectuează hidroliza GeCl 4 , produșii de hidroliză se calcinează până se obține oxidul de GeO 2 .

3) GeO este redus cu hidrogen sau amoniac la metal pur.

La obținerea celui mai pur germaniu, care este folosit în semiconductor mijloace tehnice, efectuați topirea în zonă a metalului. Germaniul monocristal, necesar pentru producerea semiconductoarelor, se obține de obicei prin topire în zone sau prin metoda Czochralski.

Metodele de izolare a germaniului din apele de gudron ale plantelor de cocs au fost dezvoltate de omul de știință sovietic V.A. Nazarenko. În această materie primă, germaniul nu este mai mare de 0,0003%, cu toate acestea, folosind un extract de stejar din acestea, este ușor să precipitați germaniul sub formă de complex tanidic.

Componenta principală a taninului este un ester al glucozei, unde este prezent radicalul acid meta-digalic, care leagă germaniul, chiar dacă concentrația elementului în soluție este foarte scăzută. Din sediment, puteți obține cu ușurință un concentrat, conținutul de dioxid de germaniu în care este de până la 45%.

Transformările ulterioare vor depinde deja puțin de tipul de materie primă. Germaniul este redus cu hidrogen (ca și în cazul lui Winkler în secolul al XIX-lea), totuși, oxidul de germaniu trebuie mai întâi izolat din numeroase impurități. Combinație reușită Calitățile unui compus de germaniu s-au dovedit a fi foarte utile pentru rezolvarea acestei probleme.

tetraclorura de germaniu GeCl4. este un lichid volatil care fierbe la doar 83,1°C. Prin urmare, este destul de convenabil purificat prin distilare și rectificare (în coloane de cuarț cu ambalare).

GeCl4 este aproape insolubil în acid clorhidric. Aceasta înseamnă că dizolvarea impurităților de HCI poate fi folosită pentru a o purifica.

Tetraclorura de germaniu purificată este tratată cu apă, purificată cu rășini schimbătoare de ioni. Un semn al purității dorite este o creștere a rezistivității apei la 15-20 milioane ohm cm.

Hidroliza GeCl4 are loc sub acțiunea apei:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Se vede că avem în față ecuația „scrisă invers” pentru reacția de obținere a tetraclorurii de germaniu.

Apoi urmează reducerea GeO2 folosind hidrogen purificat:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Ca rezultat, se obține germaniu sub formă de pulbere, care este aliat și apoi purificat prin metoda de topire a zonei. Această metodă de purificare a fost dezvoltată în 1952 special pentru purificarea germaniului.

Impuritățile necesare pentru a da germaniului un anumit tip de conductivitate sunt introduse în etapele finale ale producției, și anume în timpul topirii zonei, precum și în timpul creșterii unui singur cristal.

Aplicație

Germaniul este un material semiconductor utilizat în electronică și tehnologie în producția de microcircuite și tranzistori. Cele mai subțiri pelicule de germaniu sunt aplicate pe sticlă și utilizate ca rezistență în instalațiile radar. Aliaje de germaniu cu diverse metale utilizate la fabricarea detectorilor și senzorilor. Dioxidul de germaniu este utilizat pe scară largă în producția de ochelari care au proprietatea de a transmite radiații infraroșii.

Telurura de germaniu servește de foarte mult timp ca material termoelectric stabil, precum și ca componentă a aliajelor termoelectrice (EMF termo-medie cu 50 μV/K). Germaniul de puritate ultra-înaltă joacă un rol excepțional de strategic în fabricarea de prisme și lentile pentru optică în infraroșu. Cel mai mare consumator de germaniu este tocmai optica în infraroșu, care este utilizată în tehnologia computerelor, sistemele de ochire și ghidare a rachetelor, dispozitive de vedere pe timp de noapte, cartografiere și studiul suprafeței pământului din sateliți. Germaniul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în sistemele cu fibră optică (adăugând tetrafluorură de germaniu la fibrele de sticlă), precum și în diodele semiconductoare.

Germaniul ca semiconductor clasic a devenit cheia pentru rezolvarea problemei creării de materiale supraconductoare care funcționează la temperatura hidrogenului lichid, dar nu a heliului lichid. După cum știți, hidrogenul trece în stare lichidă din stare gazoasă atunci când temperatura atinge -252,6 ° C, sau 20,5 ° K. În anii 1970, a fost dezvoltat un film de germaniu și niobiu, a cărui grosime era de doar câteva mii de atomi. Acest film este capabil să mențină supraconductivitatea chiar și la temperaturi de 23,2 °K și mai jos.

Prin topirea indiului în placa HES, creând astfel o regiune cu așa-numita conductivitate a găurii, se obține un dispozitiv de rectificare, adică. diodă. Dioda are capacitatea de a trece electricitateîntr-o singură direcție: regiunea electronilor în afara regiunii cu conducție de gaură. După ce indiul este fuzionat pe ambele părți ale plăcii HES, această placă devine baza tranzistorului. Pentru prima dată în lume, un tranzistor cu germaniu a fost creat în 1948 și, după numai douăzeci de ani, au fost produse sute de milioane de astfel de dispozitive.

Diodele pe bază de germaniu și triode au devenit utilizate pe scară largă în televizoare și radiouri, într-o mare varietate de echipamente de măsurare și dispozitive de calcul.

Germaniul este folosit și în alte domenii deosebit de importante ale tehnologiei moderne: în măsurarea temperaturilor scăzute, în detectarea radiațiilor infraroșii etc.

Folosirea măturii în toate aceste zone necesită germaniu de o foarte mare puritate chimică și fizică. Puritatea chimică este o astfel de puritate la care cantitatea de impurități dăunătoare nu trebuie să depășească o zece milioane de procente (10-7%). Puritatea fizică înseamnă un minim de dislocări, un minim de perturbări în structura cristalină a unei substanțe. Pentru a obține acest lucru, germaniul monocristal este cultivat special. În acest caz, întregul lingou de metal este doar un cristal.

Pentru a face acest lucru, pe suprafața germaniului topit este plasat un cristal de germaniu - o „sămânță”, care se ridică treptat folosind un dispozitiv automat, în timp ce temperatura de topire depășește puțin punctul de topire al germaniului (937 ° C). „Sămânța” se rotește astfel încât cristalul unic, așa cum se spune, „îngroșat cu carne” din toate părțile în mod egal. Trebuie remarcat faptul că în timpul unei astfel de creșteri, se întâmplă același lucru ca și în procesul de topire a zonei, adică. practic, doar germaniul trece în faza solidă, iar toate impuritățile rămân în topitură.

Proprietăți fizice

Probabil, puțini dintre cititorii acestui articol au fost nevoiți să vadă vizual vanadiul. Elementul în sine este destul de rar și scump, nu fac bunuri de larg consum din el și umplerea lor cu germaniu, care se întâmplă în electrocasnice atât de mic încât este imposibil să vezi metalul.

Unele cărți de referință afirmă că germaniul este de culoare argintie. Dar acest lucru nu se poate spune, deoarece culoarea germaniului depinde direct de metoda de prelucrare a suprafeței metalului. Uneori poate părea aproape negru, alteori are o culoare oțel, iar uneori poate fi argintiu.

Germaniul este un metal atât de rar încât costul lingoului său poate fi comparat cu costul aurului. Germaniul se caracterizează printr-o fragilitate crescută, care poate fi comparată doar cu sticla. În exterior, germaniul este destul de aproape de siliciu. Aceste două elemente sunt ambele concurente pentru titlul de cel mai important semiconductor și analogi. Deși unele dintre proprietățile tehnice ale elementului sunt în mare măsură similare, în ceea ce privește aspectul materialelor, este foarte ușor să distingem germaniul de siliciu, germaniul este de peste două ori mai greu. Densitatea siliciului este de 2,33 g/cm3, iar densitatea germaniului este de 5,33 g/cm3.

Dar este imposibil să vorbim fără ambiguitate despre densitatea germaniului, deoarece. cifra 5,33 g/cm3 se referă la germaniu-1. Aceasta este una dintre cele mai importante și mai comune modificări ale celor cinci modificări alotropice ale celui de-al 32-lea element. Patru dintre ele sunt cristaline și una este amorfă. Germaniul-1 este cea mai ușoară dintre cele patru modificări cristaline. Cristalele sale sunt construite exact la fel ca cristalele de diamant, a = 0,533 nm. Cu toate acestea, dacă această structură este maxim densă pentru carbon, atunci germaniul are și modificări mai dense. căldură moderată şi presiune ridicata(aproximativ 30 de mii de atmosfere la 100 ° C) transformă germaniul-1 în germaniu-2, a cărui structură a rețelei cristaline este exact aceeași cu cea a staniului alb. Folosim aceeași metodă pentru a obține germaniu-3 și germaniu-4, care sunt și mai dense. Toate aceste modificări „nu chiar obișnuite” sunt superioare germaniului-1 nu numai ca densitate, ci și ca conductivitate electrică.

Densitatea germaniului lichid este de 5,557 g/cm3 (la 1000°C), temperatura de topire a metalului este de 937,5°C; punctul de fierbere este de aproximativ 2700°C; valoarea coeficientului de conductivitate termică este de aproximativ 60 W / (m (K), sau 0,14 cal / (cm (sec (grade)) la o temperatură de 25 ° C. La temperaturi obișnuite, chiar și germaniul pur este fragil, dar atunci când ajunge la 550 ° C, începe să cedeze Pe scara mineralogică, duritatea germaniului este de la 6 la 6,5, valoarea coeficientului de compresibilitate (în intervalul de presiune de la 0 la 120 H / m 2 sau de la 0 la 12000). kgf / mm 2) este de 1,4 10-7 m 2 /mn (sau 1,4 10-6 cm 2 /kgf), tensiunea superficială este de 0,6 n/m (sau 600 dine/cm).

Germaniul este un semiconductor tipic cu o dimensiune a benzii interzise de 1,104·10 -19 sau 0,69 eV (la 25°C); în germaniu de înaltă puritate, rezistivitatea electrică este de 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 ° C); indicele de mobilitate a electronilor este de 3900, iar mobilitatea găurii este de 1900 cm 2 / in. sec (la 25 ° C și la conținut de 8% impurități.) Pentru razele infraroșii, a căror lungime de undă este mai mare de 2 microni, metalul este transparent.

Germaniul este destul de fragil, nu poate fi lucrat la cald sau la rece la presiune sub 550 °C, dar dacă temperatura crește, metalul devine ductil. Duritatea metalului pe scara mineralogică este de 6,0-6,5 (germaniul este tăiat în plăci folosind un disc de metal sau diamant și un abraziv).

Proprietăți chimice

Germaniul, fiind în compuși chimici, prezintă de obicei a doua și a patra valență, dar compușii germaniului tetravalent sunt mai stabili. Germaniul la temperatura camerei este rezistent la acțiunea apei, a aerului, precum și a soluțiilor alcaline și a concentratelor diluate de acid sulfuric sau clorhidric, dar elementul se dizolvă destul de ușor în acva regia sau o soluție alcalină de peroxid de hidrogen. Elementul se oxidează lent prin acțiunea acidului azotic. La atingerea unei temperaturi de 500-700 ° C în aer, germaniul începe să se oxideze la GeO 2 și GeO oxizi. (IV) oxidul de germaniu este o pulbere albă cu un punct de topire de 1116°C și o solubilitate în apă de 4,3 g/l (la 20°C). După proprietățile sale chimice, substanța este amfoteră, solubilă în alcali, cu dificultate în acid mineral. Se obține prin pătrunderea precipitatului hidratat GeO 3 nH 2 O, care este eliberat în timpul hidrolizei Derivații acidului germaniu, de exemplu, germanații de metal (Na 2 GeO 3 , Li 2 GeO 3 etc.) sunt solide cu puncte de topire ridicate, poate fi obținut prin fuziunea GeO 2 și alți oxizi.

Ca rezultat al interacțiunii germaniului și halogenilor, se pot forma tetrahalogenuri corespunzătoare. Reacția este cel mai ușor de continuat cu clor și fluor (chiar și la temperatura camerei), apoi cu iod (temperatura 700-800 ° C, prezența CO) și brom (cu încălzire scăzută). Unul dintre cei mai importanți compuși de germaniu este tetraclorura (formula GeCl 4). Este un lichid incolor cu un punct de topire de 49,5°C, un punct de fierbere de 83,1°C și o densitate de 1,84 g/cm3 (la 20°C). Substanța este puternic hidrolizată de apă, eliberând un precipitat de oxid hidratat (IV). Tetraclorura se obține prin clorurarea germaniului metalic sau prin interacțiunea oxidului de GeO 2 și acidului clorhidric concentrat. Sunt cunoscute, de asemenea, dihalogenuri de germaniu cu formula generală GeX2, hexaclorodigerman Ge2Cl6, monoclorură de GeCl, precum și oxicloruri de germaniu (de exemplu, CeOCl2).

La atingerea temperaturii de 900-1000°C, sulful interacționează puternic cu germaniul, formând disulfură de GeS 2. Este un solid alb cu un punct de topire de 825°C. De asemenea, este posibilă formarea monosulfurei de GeS și a compușilor similari ai germaniului cu telur și seleniu, care sunt semiconductori. La o temperatură de 1000–1100 °C, hidrogenul reacționează ușor cu germaniul, formând germina (GeH) X, care este un compus instabil și foarte volatil. Hidrogenii germanici din seria Ge n H 2n + 2 până la Ge 9 H 20 pot fi formați prin reacția germanidelor cu HCl diluat. Germilena este cunoscută și cu compoziția GeH2. Germaniul nu reacționează direct cu azotul, dar există nitrură de Ge 3 N 4, care se obține prin acțiunea amoniacului asupra germaniului (700-800 ° C). Germaniul nu interacționează cu carbonul. Germaniul se formează cu multe metale diverse conexiuni- Germanide.

Sunt cunoscuți mulți compuși complecși ai germaniului, care devin din ce în ce mai importanți în chimia analitică a elementului germaniu, precum și în procesele de obținere. element chimic. Germaniul este capabil să formeze compuși complecși cu molecule organice care conțin hidroxil ( alcooli polihidroxilici, acizi polibazici etc.). Există și acizi heteropoli de germaniu. Ca și alte elemente din Grupa IV, germaniul formează în mod caracteristic compuși organometalici. Un exemplu este tetraetilgermanul (C2H5)4Ge3.