germanijum

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

◁ Germanijum, th, th. G-ta sirovina. G. ingot.

germanijum

(lat. Germanium), hemijski element IV grupe periodnog sistema. Ime od latinske Germania - Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno sivi kristali; gustina 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Rasprostranjeni u prirodi (vlastiti minerali su rijetki); iskopane iz ruda obojenih metala. Poluprovodnički materijali za elektronske uređaje (diode, tranzistori, itd.), komponente od legure, materijali za sočiva u IC uređajima, detektori jonizujućeg zračenja.

GERMANIUM

GERMANIJUM (lat. Germanium), Ge (čitaj "hertempmanijum"), hemijski element sa atomskim brojem 32, atomske mase 72,61. Prirodni germanijum se sastoji od pet izotopa masenih brojeva 70 (sadržaj u prirodnoj mešavini je 20,51% po masi), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) i 76 (7,76%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 str 2 . Oksidacija +4, +2 (valencije IV, II). Nalazi se u IVA grupi, u 4. periodu periodnog sistema elemenata.
Istorija otkrića
Otkrio ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Aleksandar)(i nazvan po svojoj domovini - Njemačkoj) 1886. godine prilikom analize minerala argirodita Ag 8 GeS 6 nakon što je postojanje ovog elementa i neka njegova svojstva predvidio D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič).
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljine kore 1,5 10 -4% po težini. Odnosi se na rasute elemente. Ne javlja se u prirodi u slobodnom obliku. Sadrži kao nečistoću u silikatima, sedimentnom željezu, polimetalnoj rudi, rudama nikla i volframa, uglju, tresetu, uljima, termalnim vodama i algama. Najvažniji minerali: germanit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stotit FeGe (OH) 6, plumbogermanit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag 8 GeS 6 , renijerit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Dobivanje germanijuma
Za dobijanje germanijuma koriste se nusproizvodi prerade ruda obojenih metala, pepeo od sagorevanja uglja i neki nusproizvodi hemije koksa. Sirovina koja sadrži Ge obogaćuje se flotacijom. Zatim se koncentrat pretvara u GeO 2 oksid, koji se redukuje vodonikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanijum poluprovodničke čistoće sa sadržajem primesa od 10 -3 -10 -4% dobija se zonskim topljenjem (cm. ZONA TOPLJENJA), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ili termoliza isparljivog monogermana GeH 4:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
koji nastaje pri razgradnji jedinjenja aktivnih metala sa Ge - germanidima kiselinama:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Fizički i Hemijska svojstva
Germanijum je srebrnasta supstanca sa metalnim sjajem. Stabilna modifikacija kristalne rešetke (Ge I), kubni, licem centriran tip dijamanta, a= 0,533 nm (tri druge modifikacije su dobijene pri visokim pritiscima). Tačka topljenja 938,25 ° C, tačka ključanja 2850 ° C, gustina 5,33 kg / dm 3. Ima poluvodička svojstva, pojas je 0,66 eV (na 300 K). Germanijum je transparentan za infracrveno zračenje sa talasnom dužinom većom od 2 mikrona.
Hemijska svojstva Ge su slična onima silicijuma. (cm. SILIKON). Otporan na kiseonik u normalnim uslovima (cm. KISENIK), vodena para, razrijeđene kiseline. U prisustvu jakih agenasa za stvaranje kompleksa ili oksidacionih sredstava, kada se zagreje, Ge reaguje sa kiselinama:
Ge + H 2 SO 4 konc \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 konc. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reaguje sa carskom vodom (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge stupa u interakciju sa alkalnim rastvorima u prisustvu oksidacionih sredstava:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Kada se zagrije na zraku do 700 °C, Ge se zapali. Ge lako stupa u interakciju sa halogenima (cm. HALOGENI) i siva (cm. SUMPOR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Sa vodonikom (cm. VODIK), nitrogen (cm. NITROGEN), ugljenik (cm. UGLJENIK) germanij ne ulazi direktno u reakciju, spojevi sa ovim elementima se dobijaju indirektno. Na primjer, Ge 3 N 4 nitrid nastaje otapanjem germanij dijodida GeI 2 u tekućem amonijaku:
GeI 2 + NH 3 tečnost -> n -> Ge 3 N 4
Germanijum oksid (IV), GeO 2, - bijela kristalna supstanca, koji postoji u dvije verzije. Jedna od modifikacija je djelimično rastvorljiva u vodi uz formiranje kompleksnih germanskih kiselina. Pokazuje amfoterna svojstva.
GeO 2 stupa u interakciju sa alkalijama kao kiseli oksid:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 je u interakciji sa kiselinama:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi su nepolarna jedinjenja koja se lako hidroliziraju vodom.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalidi se dobijaju direktnom interakcijom:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ili termička razgradnja:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germanijum hidridi su hemijski slični silicijum hidridima, ali GeH 4 monogerman je stabilniji od SiH 4 monosilana. Germani formiraju homologne serije Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n i druge, ali su ti nizovi kraći od serijala silana.
Monogermane GeH 4 je gas koji je stabilan na vazduhu i ne reaguje sa vodom. Tokom dugotrajnog skladištenja, razlaže se na H 2 i Ge. Monogerman se dobija redukcijom germanijum dioksida GeO 2 sa natrijum borohidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Veoma nestabilan GeO monoksid nastaje umerenim zagrevanjem mešavine germanijuma i GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Jedinjenja Ge(II) lako su nesrazmjerna s oslobađanjem Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanij disulfid GeS 2 je bijela amorfna ili kristalna supstanca, dobijena taloženjem H 2 S iz kiselih rastvora GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Í̈ + 4HCl
GeS 2 se otapa u alkalijama i sulfidima amonijuma ili alkalnih metala:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge može biti dio organskih jedinjenja. Poznati su (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH i drugi.
Aplikacija
Germanijum je poluprovodnički materijal koji se koristi u inženjerstvu i radio elektronici u proizvodnji tranzistora i mikro kola. Tanki filmovi Ge naneseni na staklo koriste se kao otpori u radarskim instalacijama. Legure Ge sa metalima se koriste u senzorima i detektorima. Germanij dioksid se koristi u proizvodnji naočara koji prenose infracrveno zračenje.

enciklopedijski rječnik . 2009 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "germanijum" u drugim rečnicima:

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

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

germanijum- Ge grupa IV element sistemi; at. n. 32, at. m. 72,59; tv. stvar sa metalnim. glitter. Prirodni Ge je mješavina pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva Ge predvidio je 1871. godine D. I. ... ... Priručnik tehničkog prevodioca

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

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

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

Ge (od lat. Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), chem. element IV grupa periodično. sistemi Mendeljejeva, at.s. 32, at. m. 72,59. Prirodni G. sastoji se od 4 stabilna izotopa 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintetički monokristal, PP, grupa tačkaste simetrije m3m, gustina 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, čvrsta materija. na Mohsovoj skali 6, at. m. 72,60. Proziran u IR području l od 1,5 do 20 mikrona; optički anizotropan, za l=1,80 µm eff. refrakcija n=4.143.… … Physical Encyclopedia

Postoji, broj sinonima: 3 poluprovodnika (7) ekasilicij (1) element (159) ... Rečnik sinonima

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

Ime je dobio po Njemačkoj. Naučnik iz ove zemlje otkrio je i imao je pravo da ga nazove kako god je htio. Dakle, dobio sam germanijum.

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

Winkler je odredio 93% sastava kamena i zabio u ćorsokak sa preostalih 7%. Zaključak je bio da sadrže nepoznati element.

Pažljivija analiza je urodila plodom. otkriven germanijum. Ovo je metal. Koliko je to korisno za čovječanstvo? O tome, i ne samo, reći ćemo dalje.

svojstva germanijuma

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

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

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

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

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

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

Kako ne bismo bili zabune, ističemo da se fokusiramo na novi standard. U starom, ovo je 7. grupa periodnog sistema.

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

Drugi izuzetak je . Ona takođe može da reaguje. Antimon se nanosi na podlogu.

Aktivna interakcija osiguran i sa . Kao i većina metala, germanijum je sposoban da gori u svojim parama.

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

Kada se uzme u obzir unutrašnja struktura, metal ima kubičnu strukturu. Odražava raspored atoma u elementarnim ćelijama.

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

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

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

Gustina germanijuma je 5,3-5,5 grama po kubni centimetar. Prvi indikator je tipičan za stanje, drugi - za tečni metal.

U omekšanom obliku, nije samo gušći, već i plastični. Krhka na sobnoj temperaturi, supstanca postaje na 550 stepeni. Ovo su karakteristike germanijuma.

Tvrdoća metala na sobnoj temperaturi je oko 6 bodova.

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

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

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

Međutim, područja primjene tvari se razlikuju. Silicijum je poluvodič koji se koristi u solarnim ćelijama, uključujući i tip tankog filma.

Element je takođe potreban za fotoćelije. Sada razmislite gde germanijum može biti od koristi.

Primena germanijuma

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

U prošlosti je germanijum bio dodan diodama i tranzistorima. U solarnim ćelijama, svojstva poluprovodnika takođe dolaze od koristi.

Ali, ako se standardnim modelima doda silicijum, onda se visoko efikasnim modelima nove generacije dodaje germanijum.

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

Da bi germanijum bio provodnik, nečistoća u njemu ne bi trebalo da bude više od 10%. Savršeno ultra čisto hemijski element.

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

formula germanijum omogućava vam da ga primenite u praksi. Ovdje više ne govorimo o poluvodičkim svojstvima elementa, već o njegovoj sposobnosti stvrdnjavanja.

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

Ako germanijumu dodate silicijum i aluminijum, dobijaju se lemovi.

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

Čak i internet bez germanijuma bi bio nemoguć. 32. element je prisutan u optičkom vlaknu. U njegovoj jezgri je kvarc sa primjesom heroja.

A njegov dioksid povećava reflektivnost vlakana. S obzirom na potražnju za njim, elektronikom, industrijalcima je potreban germanijum u velikim količinama. Koje i kako se pružaju, proučit ćemo u nastavku.

rudarenje germanijuma

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

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

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

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

Obično se metal unosi u rešetku postojećih. Gost, naravno, neće zauzimati puno prostora.

Stoga, germanijum morate vaditi malo po malo. U njoj možete pronaći nekoliko kilograma po toni kamena.

Enargiti ne sadrže više od 5 kilograma germanijuma na 1000 kilograma. U pirargiritu 2 puta više.

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

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

U osnovi se kupuje monokristalni oblik supstance. To je upravo ono što je potrebno za proizvodnju spektrometara, optičkih vlakana, dragocjenih. Hajde da saznamo stope.

cijena germanija

Monokristalni germanijum se uglavnom kupuje na tone. Za velike produkcije isplativo je.

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

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

Standardna dužina nije manja od 28 centimetara. Blokovi su zaštićeni filmom, jer blijede u zraku. Polikristalni germanijum - "tlo" za uzgoj monokristala.

Napominjemo da germanijum uzimamo u bilo kojoj količini i obliku, uklj. oblik otpada. Germanijum možete prodati pozivom na gore navedeni telefonski broj u Moskvi.

Germanijum je krhki, srebrno-bijeli polumetal otkriven 1886. Ovaj mineral se ne nalazi u svom čistom obliku. Nalazi se u silikatima, željeznim i sulfidnim rudama. Neki od njegovih spojeva su toksični. Germanij je bio naširoko korišten u elektroindustriji, gdje su njegove poluvodičke osobine bile korisne. Neophodan je u proizvodnji infracrvenih i optičkih vlakana.

Koja su svojstva germanijuma

Ovaj mineral ima tačku topljenja od 938,25 stepeni Celzijusa. Pokazatelji njegovog toplotnog kapaciteta naučnici još uvijek ne mogu objasniti, što ga čini nezamjenjivim u mnogim oblastima. Germanijum ima sposobnost da poveća svoju gustinu kada se rastopi. Ima odlična električna svojstva, što ga čini odličnim indirektnim poluprovodnikom.

Ako govorimo o hemijskim svojstvima ovog polumetala, treba napomenuti da je otporan na kiseline i alkalije, vodu i zrak. Germanij se rastvara u otopini vodikovog peroksida i carske vode.

rudarenje germanijuma

Sada se iskopava ograničena količina ovog polumetala. Njegove naslage su mnogo manje u odnosu na naslage bizmuta, antimona i srebra.

Zbog činjenice da je udio sadržaja ovog minerala u zemljinoj kori prilično mali, on stvara svoje minerale zbog unošenja drugih metala u kristalne rešetke. Najveći sadržaj germanijuma uočen je u sfaleritu, pirargiritu, sulfanitu, u rudama obojenih i željeznih ruda. Javlja se, ali mnogo rjeđe, u nalazištima nafte i uglja.

Upotreba germanijuma

Unatoč činjenici da je germanij otkriven prilično davno, počeo se koristiti u industriji prije oko 80 godina. Polumetal je prvi put korišten u vojnoj proizvodnji za proizvodnju nekih elektroničkih uređaja. U ovom slučaju se koristi kao diode. Sada se situacija donekle promijenila.

Najpopularnija područja primjene germanija uključuju:

• proizvodnja optike. Polumetal je postao nezamjenjiv u proizvodnji optičkih elemenata, koji uključuju optičke prozore senzora, prizme i sočiva. Ovdje su dobro došla svojstva prozirnosti germanija u infracrvenom području. Polumetal se koristi u proizvodnji optike za termovizijske kamere, protivpožarne sisteme, uređaje za noćno osmatranje;
• proizvodnja radio elektronike. U ovoj oblasti polumetal se koristio u proizvodnji dioda i tranzistora. Međutim, 1970-ih, germanijumski uređaji zamijenjeni su silikonskim, jer je silicij omogućio značajno poboljšanje tehničkih i operativnih karakteristika proizvedenih proizvoda. Povećana otpornost na temperaturne efekte. Osim toga, germanijumski uređaji emituju mnogo buke tokom rada.

Trenutna situacija sa Njemačkom

Trenutno se polumetal koristi u proizvodnji mikrovalnih uređaja. Teleridni germanijum se dokazao kao termoelektrični materijal. Cijene germanijuma su sada prilično visoke. Jedan kilogram metalnog germanijuma košta 1.200 dolara.

Kupovina Njemačke

Srebrno sivi germanijum je rijedak. Krhki polumetal odlikuje se svojim poluvodičkim svojstvima i naširoko se koristi za izradu modernih električnih uređaja. Takođe se koristi za izradu visoko preciznih optičkih instrumenata i radio opreme. Germanij je od velike vrijednosti i u obliku čistog metala i u obliku dioksida.

Kompanija Goldform specijalizovana je za otkup germanijuma, raznog starog metala i radio komponenti. Nudimo pomoć oko procene materijala, oko prevoza. Možete poslati germanijum poštom i dobiti ceo novac nazad.

Hemijski element germanijum nalazi se u četvrtoj grupi (glavna podgrupa) u periodnom sistemu elemenata. Pripada porodici metala, njegova relativna atomska masa je 73. Po masi, sadržaj germanijuma u zemljinoj kori procjenjuje se na 0,00007 mas. posto.

Istorija otkrića

Hemijski element germanijum ustanovljen je zahvaljujući predviđanjima Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva. On je bio taj koji je predvidio postojanje ekasilikona i date su preporuke za njegovo traženje.

Vjerovao je da se ovaj metalni element nalazi u rudama titana, cirkonija. Mendeljejev je sam pokušao da pronađe ovaj hemijski element, ali njegovi pokušaji su bili neuspešni. Samo petnaest godina kasnije, u rudniku u Himelfurstu, pronađen je mineral, nazvan argirodit. Ovo jedinjenje duguje svoje ime srebru koje se nalazi u ovom mineralu.

Hemijski element germanij u sastavu otkriven je tek nakon što je grupa hemičara sa Akademije rudarstva u Freibergu započela istraživanje. Pod vodstvom K. Winklera, otkrili su da samo 93 posto minerala čine oksidi cinka, željeza, kao i sumpor, živa. Winkler je sugerirao da preostalih sedam posto dolazi od hemijskog elementa nepoznatog u to vrijeme. Nakon dodatnih hemijskih eksperimenata, otkriven je germanijum. Hemičar je objavio svoje otkriće u izvještaju, iznio primljene informacije o svojstvima novog elementa njemačkom kemijskom društvu.

Hemijski element germanijum je Winkler uveo kao nemetal, po analogiji sa antimonom i arsenom. Hemičar je htio da ga nazove neptunijumom, ali je to ime već korišteno. Tada se počeo zvati germanijum. Hemijski element koji je otkrio Winkler izazvao je ozbiljnu raspravu među vodećim hemičarima tog vremena. Njemački naučnik Rihter sugerisao je da je ovo isti eksasilikon o kojem je govorio Mendeljejev. Nešto kasnije, ova pretpostavka je potvrđena, što je dokazalo održivost periodičnog zakona koji je stvorio veliki ruski hemičar.

Physical Properties

Kako se može okarakterisati germanijum? Hemijski element ima 32 serijski broj u Mendeljejevu. Ovaj metal se topi na 937,4 °C. Tačka ključanja ove supstance je 2700 °C.

Germanij je element koji je prvi put korišten u Japanu u medicinske svrhe. Nakon brojnih istraživanja organogermanijumskih spojeva sprovedenih na životinjama, kao i tokom studija na ljudima, bilo je moguće utvrditi pozitivan efekat takvih ruda na žive organizme. Godine 1967. dr K. Asai je uspeo da otkrije činjenicu da organski germanijum ima ogroman spektar bioloških efekata.

Biološka aktivnost

Koja je karakteristika hemijski element Njemačka? U stanju je da prenosi kiseonik do svih tkiva živog organizma. Kada uđe u krv, ponaša se po analogiji sa hemoglobinom. Germanijum garantuje potpuno funkcionisanje svih sistema ljudskog tela.

Upravo ovaj metal stimulira reprodukciju imunoloških stanica. On, u obliku organskih jedinjenja, omogućava stvaranje gama-interferona, koji inhibiraju razmnožavanje mikroba.

Germanijum sprečava nastanak malignih tumora, sprečava razvoj metastaza. Organska jedinjenja ovog hemijskog elementa doprinose proizvodnji interferona, zaštitne proteinske molekule koju telo proizvodi kao zaštitnu reakciju na pojavu stranih tela.

Područja upotrebe

Antifungalna, antibakterijska, antivirusna svojstva germanijuma postala su osnova za njegovu primjenu. U Njemačkoj se ovaj element uglavnom dobivao kao nusproizvod preradom ruda obojenih metala. Koncentrat germanija izolovan je različitim metodama koje zavise od sastava sirovine. Nije sadržavao više od 10 posto metala.

Kako se zapravo germanij koristi u modernoj poluvodičkoj tehnologiji? Ranije navedena karakteristika elementa potvrđuje mogućnost njegove upotrebe za proizvodnju trioda, dioda, energetskih ispravljača i kristalnih detektora. Germanij se također koristi u izradi dozimetrijskih instrumenata, uređaja koji su neophodni za mjerenje jačine konstantnog i naizmjeničnog magnetnog polja.

Bitno područje primjene ovog metala je proizvodnja detektora infracrvenog zračenja.

Obećavajuće je korištenje ne samo samog germanija, već i nekih njegovih spojeva.

Hemijska svojstva

Germanij je na sobnoj temperaturi prilično otporan na vlagu i atmosferski kisik.

U seriji - germanij - kalaj) uočava se povećanje redukcijske sposobnosti.

Germanij je otporan na rastvore hlorovodonične i sumporne kiseline, ne reaguje sa rastvorima alkalija. Istovremeno, ovaj metal se prilično brzo otapa u aqua regia (sedam dušične i hlorovodonične kiseline), kao i u alkalnoj otopini vodikovog peroksida.

Kako dati potpuni opis hemijskog elementa? Germanij i njegove legure moraju se analizirati ne samo u pogledu fizičkih i hemijskih svojstava, već iu smislu primjene. Proces oksidacije germanija dušičnom kiselinom odvija se prilično sporo.

Biti u prirodi

Pokušajmo okarakterizirati kemijski element. Germanij se u prirodi nalazi samo u obliku jedinjenja. Među najčešćim mineralima koji sadrže germanij u prirodi izdvajamo germanit i argirodit. Osim toga, germanij je prisutan u cink sulfidima i silikatima, a prisutan je u malim količinama u razne vrste ugalj.

Šteta po zdravlje

Kakav uticaj germanijum ima na organizam? Hemijski element čija je elektronska formula 1e; 8 e; 18 e; 7 e, može negativno uticati na ljudski organizam. Na primjer, prilikom punjenja koncentrata germanija, mljevenja, kao i punjenja dioksida ovog metala, mogu se pojaviti profesionalne bolesti. Kao druge izvore koji su štetni po zdravlje možemo uzeti u obzir proces pretapanja praha germanijuma u šipke, čime se dobija ugljen monoksid.

Adsorbovani germanijum može se brzo izlučiti iz organizma, uglavnom urinom. Trenutno nema detaljnih informacija o tome koliko je otrovan organska jedinjenja Njemačka.

Germanijum tetrahlorid deluje iritativno na kožu. U kliničkim ispitivanjima, kao i pri dugotrajnoj oralnoj primjeni kumulativnih količina koje su dostizale 16 grama spirogermanija (organski antitumorski lijek), kao i drugih germanijevih spojeva, utvrđena je nefrotoksična i neurotoksična aktivnost ovog metala.

Takve doze uglavnom nisu tipične za industrijska preduzeća. Ti eksperimenti koji su izvedeni na životinjama imali su za cilj proučavanje utjecaja germanija i njegovih spojeva na živi organizam. Kao rezultat toga, bilo je moguće utvrditi pogoršanje zdravlja prilikom udisanja značajne količine prašine metalnog germanija, kao i njegovog dioksida.

Naučnici su otkrili ozbiljne morfološke promjene u plućima životinja, koje su slične proliferativnim procesima. Na primjer, otkriveno je značajno zadebljanje alveolarnih presjeka, kao i hiperplazija limfnih žila oko bronhija, zadebljanje krvnih sudova.

Germanijum dioksid ne iritira kožu, ali direktan kontakt ovog jedinjenja sa membranom oka dovodi do stvaranja germanske kiseline, koja je ozbiljan iritans oka. Kod produženih intraperitonealnih injekcija nađene su ozbiljne promjene u perifernoj krvi.

Važne činjenice

Najštetnija jedinjenja germanijuma su germanijum hlorid i germanijum hidrid. Posljednja tvar izaziva ozbiljno trovanje. Kao rezultat morfološkog pregleda organa životinja koje su uginule u akutnoj fazi, uočene su značajne smetnje u cirkulatornom sistemu, kao i ćelijske modifikacije u parenhimskim organima. Naučnici su zaključili da je hidrid višenamjenski otrov koji djeluje nervni sistem, depresira periferni cirkulatorni sistem.

germanijum tetrahlorid

Snažan je iritant za respiratorni sistem, oči i kožu. U koncentraciji od 13 mg/m 3 sposoban je da potisne plućni odgovor na ćelijskom nivou. S povećanjem koncentracije ove tvari dolazi do ozbiljne iritacije gornjih dišnih puteva, značajnih promjena u ritmu i učestalosti disanja.

Trovanje ovom supstancom dovodi do kataralno-deskvamativnog bronhitisa, intersticijske pneumonije.

Potvrda

Budući da je u prirodi germanij prisutan kao nečistoća u rudama nikla, polimetala, volframa, u industriji se provodi nekoliko radno intenzivnih procesa povezanih s obogaćivanjem rude kako bi se izolirao čisti metal. Prvo se iz njega izoluje germanijum oksid, zatim se redukuje vodonikom na povišenoj temperaturi da bi se dobio jednostavan metal:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronska svojstva i izotopi

Germanij se smatra tipičnim poluprovodnikom s indirektnim razmakom. Vrijednost njegove permitivnosti je 16, a vrijednost afiniteta elektrona 4 eV.

U tankom filmu dopiranom galijumom, moguće je germanijumu dati stanje supravodljivosti.

U prirodi postoji pet izotopa ovog metala. Od toga su četiri stabilna, a peti prolazi kroz dvostruki beta raspad, sa poluživotom od 1,58×10 21 godinu.

Zaključak

Trenutno se organska jedinjenja ovog metala koriste u raznim industrijama. Transparentnost u infracrvenom spektralnom području metalnog germanijuma ultra-visoke čistoće važna je za proizvodnju optičkih elemenata infracrvene optike: prizme, sočiva, optički prozori savremenih senzora. Najčešća upotreba germanijuma je stvaranje optike za termovizijske kamere koje rade u opsegu talasnih dužina od 8 do 14 mikrona.

Takvi uređaji se koriste u vojnoj opremi za infracrvene sisteme za navođenje, noćni vid, pasivno termalno snimanje i sisteme za gašenje požara. Takođe, germanijum ima visok indeks prelamanja koji je neophodan za antirefleksni premaz.

U radiotehnici, tranzistori na bazi germanijuma imaju karakteristike koje u mnogim aspektima prevazilaze karakteristike silicijumskih elemenata. Reverzne struje germanijumskih ćelija su znatno veće od onih kod njihovih silikonskih kolega, što omogućava značajno povećanje efikasnosti takvih radio uređaja. S obzirom na to da germanijum nije tako čest u prirodi kao silicijum, silicijumski poluvodički elementi se uglavnom koriste u radio uređajima.

Germanijum (od latinskog Germanium), označen sa "Ge", elementom IV grupa periodični sistem hemijskih elemenata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva; element broj 32, atomska masa je 72,59. Germanijum je sivo-bela čvrsta supstanca sa metalnim sjajem. Iako je boja germanija prilično relativan pojam, sve ovisi o površinskoj obradi materijala. Ponekad može biti siva kao čelik, ponekad srebrnasta, a ponekad potpuno crna. Spolja, germanijum je prilično blizak silicijumu. Ovi elementi ne samo da su slični jedni drugima, već imaju i uglavnom ista svojstva poluvodiča. Njihova suštinska razlika je činjenica da je germanijum više nego dvostruko teži od silicijuma.

Germanijum, pronađen u prirodi, je mešavina pet stabilnih izotopa sa masenim brojevima 76, 74, 73, 32, 70. Davne 1871. godine, čuveni hemičar, "otac" periodnog sistema, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je predvideo svojstva i postojanje germanijuma. Tada nepoznati element nazvao je "ekasilicijum", jer. svojstva nove supstance bila su u mnogo čemu slična onima silicijuma. Godine 1886, nakon proučavanja minerala argirdita, njemački četrdesetosmogodišnji hemičar K. Winkler otkrio je potpuno novi hemijski element u prirodnoj mješavini.

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

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

Germanijum je poluprovodnički materijal koji se široko koristi u elektronici i inženjerstvu, kao iu proizvodnji mikro kola i tranzistora. Radarske instalacije koriste tanke filmove germanija, koji se nanose na staklo i koriste kao otpor. Legure sa germanijumom i metalima se koriste u detektorima i senzorima.

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

S tim u vezi, bilo bi prikladno zapitati se: Šta je to poluprovodljivost i poluprovodnici? Na ovo pitanječak ni stručnjaci ne mogu sa sigurnošću odgovoriti, tk. možemo govoriti o posebno razmatranom svojstvu poluprovodnika. Postoje također precizna definicija, ali samo iz oblasti folklora: Poluprovodnik je provodnik za dva automobila.

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

Metalni germanijum, svojstva

Biološka svojstva

Za medicinske potrebe germanij je bio najšire korišten u Japanu. Rezultati ispitivanja organogermanijumskih jedinjenja na životinjama i ljudima pokazali su da mogu da imaju blagotvorno dejstvo na organizam. Japanski doktor K. Asai je 1967. godine otkrio da organski germanijum ima široko biološko dejstvo.

Od svih njegovih bioloških svojstava treba napomenuti:

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

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

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

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

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

Germanij se može pripisati rijetkim elementima u tragovima. On je prisutan u u velikom broju raznih proizvoda, ali u oskudnim dozama. Dnevni unos organskog germanijuma je postavljen na 8-10 mg. Procjena 125 namirnica je pokazala da oko 1,5 mg germanijuma dnevno uđe u organizam s hranom. Sadržaj elementa u tragovima u 1 g sirove hrane je oko 0,1 - 1,0 μg. Germanijum se nalazi u mleku, soku od paradajza, lososu i pasulju. Ali da biste zadovoljili dnevnu potrebu za germanijumom, trebalo bi da popijete 10 litara soka od paradajza dnevno ili pojedete oko 5 kilograma lososa. S gledišta cijene ovih proizvoda, fizioloških svojstava osobe i zdravog razuma, upotreba takve količine proizvoda koji sadrže germanij također nije moguća. Na teritoriji Rusije oko 80-90% stanovništva ima nedostatak germanijuma, zbog čega su razvijeni posebni preparati.

Praktične studije su pokazale da se u organizmu germanija najviše nalazi u trenutnom crijevu, želucu, slezeni, koštanoj srži i krvi. Visok sadržaj mikroelementa u crijevima i želucu ukazuje na produženo djelovanje procesa apsorpcije lijeka u krv. Postoji pretpostavka da se organski germanijum u krvi ponaša na isti način kao i hemoglobin, tj. ima negativan naboj i učestvuje u prenosu kiseonika do tkiva. Na taj način sprečava razvoj hipoksije na nivou tkiva.

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

Germanij u obliku seskvioksida ima sposobnost djelovanja na vodikove ione H+, izglađujući njihov štetan učinak na tjelesne ćelije. Garancija odličnog rada svih sistema ljudskog organizma je nesmetano snabdevanje krvi i svih tkiva kiseonikom. Organski germanijum ne samo da isporučuje kiseonik do svih tačaka tela, već i podstiče njegovu interakciju sa vodoničnim jonima.

• - Germanijum je metal, ali se njegova krhkost može uporediti sa staklom.
• - Neki priručniki navode da germanijum ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija direktno ovisi o načinu obrade površine metala. Ponekad može izgledati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnasto.
• - Germanijum je pronađen na površini sunca, kao i u sastavu meteorita koji su pali iz svemira.
• - Prvi put organoelementno jedinjenje germanijuma je 1887. godine dobio pronalazač elementa Klemens Vinkler iz germanijum tetrahlorida, to je bio tetraetilgermanijum. Od svih organoelementnih jedinjenja germanijuma dobijenih u sadašnjoj fazi, nijedno nije otrovno. Istovremeno, većina kositra i olova organskih mikroelemenata, koji su fizičkih kvaliteta analozi germanijuma, otrovni.
• - Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je predvideo tri hemijska elementa još pre njihovog otkrića, uključujući germanijum, nazivajući element ekasilicijum zbog njegove sličnosti sa silicijumom. Predviđanje poznatog ruskog naučnika bilo je toliko tačno da je jednostavno zadivilo naučnike, uklj. i Winkler, koji je otkrio germanijum. Atomska težina prema Mendeljejevu bila je 72, u stvarnosti je bila 72,6; specifična težina prema Mendeljejevu bila je 5,5 u stvarnosti - 5,469; atomska zapremina prema Mendeljejevu bila je 13 u stvarnosti - 13,57; najviši oksid po Mendeljejevu je EsO2, u stvarnosti - GeO2, njegova specifična težina po Mendeljejevu je bila 4,7, u stvarnosti - 4,703; hloridno jedinjenje prema Mendeljejevu EsCl4 - tečnost, tačka ključanja oko 90°C, u stvari - hloridno jedinjenje GeCl4 - tečnost, tačka ključanja 83°C, jedinjenje sa vodonikom prema Mendeljejevu EsH4 je gasovito, jedinjenje sa vodonikom je zapravo GeH4 gasovito; organometalno jedinjenje prema Mendeljejevu Es(C2H5)4, tačka ključanja 160°C, organometalno jedinjenje u stvarnosti - Ge(C2H5)4 tačka ključanja 163,5°C. Kao što se može vidjeti iz gore navedenih informacija, Mendeljejevljevo predviđanje je bilo iznenađujuće tačno.
• - 26. februara 1886. Klemens Vinkler je svoje pismo Mendeljejevu započeo rečima "Poštovani gospodine." On je, na prilično ljubazan način, ispričao ruskom naučniku o otkriću novog elementa, zvanog germanijum, koji po svojim svojstvima nije ništa drugo do prethodno predviđeni Mendeljejevljev "ekasilicijum". Odgovor Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva nije bio ništa manje ljubazan. Naučnik se složio sa otkrićem svog kolege, nazvavši germanijum "krunom svog periodnog sistema", a Winkler "ocem" elementa dostojnog nošenja ove "krune".
• - Germanijum kao klasični poluprovodnik postao je ključ za rešavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tečnog vodonika, ali ne i tečnog helijuma. Kao što je poznato, vodonik se pretvara u tečno stanje iz gasovitog kada temperatura dostigne –252,6°C ili 20,5°K. Sedamdesetih godina prošlog veka razvijen je film od germanijuma i niobija čija je debljina bila samo nekoliko hiljada atoma. Ovaj film je sposoban da održi supravodljivost čak i na temperaturama od 23,2°K i niže.
• - Prilikom uzgoja monokristala germanijuma, na površinu rastopljenog germanijuma postavlja se kristal germanijuma - "seme", koje se postepeno podiže automatskim uređajem, dok temperatura taljenja neznatno prelazi tačku topljenja germanijuma (937°C) . "Sjeme" se okreće tako da je monokristal, kako kažu, "obrastao mesom" sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se prilikom takvog rasta dešava isto što i u procesu zonskog topljenja, tj. praktično samo germanijum prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Priča

Postojanje takvog elementa kao što je germanijum je još 1871. godine predvidio Dmitrij Ivanovič Mendeljejev, zbog sličnosti sa silicijumom, element je nazvan ekasilicijum. Godine 1886., profesor na Akademiji rudarstva u Freibergu otkrio je argirodit, novi mineral srebra. Zatim je ovaj mineral prilično pažljivo proučavao profesor tehničke hemije Clemens Winkler, dirigujući kompletna analiza mineral. Četrdesetosmogodišnji Winkler s pravom je važio za najboljeg analitičara na Rudarskoj akademiji u Freibergu, zbog čega je dobio priliku da proučava argirodit.

Profesor je u prilično kratkom vremenu uspio dati izvještaj o postotku različitih elemenata u originalnom mineralu: srebra u njegovom sastavu bilo je 74,72%; sumpor - 17,13%; željezni oksid - 0,66%; živa - 0,31%; cink oksid - 0,22%.Ali skoro sedam posto - to je bio udio nekog neshvatljivog elementa, koji, čini se, još nije bio otkriven u to daleko vrijeme. U vezi s tim, Winkler je odlučio da izoluje neidentifikovanu komponentu argyrodptusa, da prouči njena svojstva, a u procesu istraživanja shvatio je da je zapravo pronašao potpuno novi element - bila je to eksplikacija koju je predvideo D.I. Mendeljejev.

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

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

Winklerov metod dobijanja germanijuma iz minerala prilično je blizak jednoj od savremenih industrijskih metoda za izolovanje 32. elementa. Prvo je germanij, koji je bio sadržan u argaroidu, pretvoren u dioksid. Zatim je nastali bijeli prah zagrijan na temperaturu od 600-700 °C u atmosferi vodika. U ovom slučaju, reakcija se pokazala očiglednom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ovom metodom je prvi put dobijen relativno čisti element br. 32, germanijum. U početku je Winkler namjeravao vanadijum nazvati neptunijum, po istoimenoj planeti, jer je Neptun, kao i germanijum, prvo bio predviđen, pa tek onda pronađen. Ali onda se pokazalo da je takvo ime već jednom korišteno, jedan hemijski element, lažno otkriven, zvao se neptunijum. Winkler je odlučio da ne kompromituje svoje ime i otkriće, te je napustio neptunijum. Jedan francuski naučnik Rayon je predložio, međutim, kasnije je ovaj njegov prijedlog prepoznao kao šalu, predložio je da se element nazove ugaonim, tj. "kontroverzan, ugao", ali Winkleru se ni ovo ime nije svidjelo. Kao rezultat toga, naučnik je samostalno odabrao ime za svoj element i nazvao ga germanijum, u čast svoje rodne zemlje Njemačke, s vremenom je ovo ime uspostavljeno.

Do 2. kata. 20ti vijek praktična upotreba Njemačka je ostala prilično ograničena. Industrijska proizvodnja metala nastala je tek u vezi s razvojem poluvodiča i poluvodičke elektronike.

Biti u prirodi

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

Glavni dio germanija raspršenog u zemljinoj kori sadržan je u ogromnom broju stijena, kao i u mnogim mineralima: sulfitne rude obojenih metala, željezne rude, neki oksidni minerali (kromit, magnetit, rutil i drugi), graniti , dijabaze i bazalte. U sastavu nekih sfalerita sadržaj elementa može doseći nekoliko kilograma po toni, na primjer, u frankeitu i sulvanitu 1 kg / t, u enargitima sadržaj germanija je 5 kg / t, u pirargiritu - do 10 kg / t, ali u drugim silikatima i sulfidima - desetine i stotine g/t. Mali udio germanija je prisutan u gotovo svim silikatima, kao iu nekim nalazištima nafte i uglja.

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

Germanijum je prisutan na teritoriji svih država bez izuzetka. Ali nijedna od industrijski razvijenih zemalja svijeta nema industrijska nalazišta ovog metala. Germanijum je veoma, veoma raspršen. Na Zemlji se minerali ovog metala smatraju veoma retkim, u kojima je sadržaj germanijuma najmanje 1%. Takvi minerali uključuju germanit, argirodit, ultramafit i druge, uključujući minerale otkrivene posljednjih desetljeća: štotit, renijerit, plumbogermanit i konfilit. Ležišta svih ovih minerala nisu u stanju da zadovolje potražnju moderna industrija u ovom retkom i važnom hemijskom elementu.

Najveći deo germanijuma je raspršen u mineralima drugih hemijskih elemenata, a nalazi se iu prirodnim vodama, ugljevlju, živim organizmima i tlu. Na primjer, sadržaj germanija u običnom uglju ponekad doseže više od 0,1%. Ali takva brojka je prilično rijetka, obično je udio germanija manji. Ali u antracitu gotovo da nema germanijuma.

Potvrda

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

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

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

1) Koncentrat se hloriše hlorovodoničnom kiselinom, mješavinom kiseline i hlora u vodenom mediju ili drugim sredstvima za hlorisanje, što može rezultirati tehničkim GeCl 4 . Za prečišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentrirane hlorovodonične kiseline.

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

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

Po prijemu najčistijeg germanijuma, koji se koristi u poluprovodničkim tehničkim sredstvima, vrši se zonsko topljenje metala. Monokristalni germanijum, neophodan za proizvodnju poluprovodnika, obično se dobija zonskim topljenjem ili metodom Czochralskog.

Metode za izolaciju germanija iz katranske vode koksara razvio je sovjetski naučnik V.A. Nazarenko. U ovoj sirovini nema više od 0,0003%, međutim, koristeći ekstrakt hrasta iz njih, lako je precipitirati germanij u obliku kompleksa tanida.

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

Naknadne transformacije će već malo ovisiti o vrsti sirovine. Germanijum se redukuje vodonikom (kao u slučaju Winklera u 19. veku), međutim, germanijum oksid se prvo mora izolovati od brojnih nečistoća. Uspješna kombinacija kvaliteta jednog jedinjenja germanija pokazala se vrlo korisnom za rješavanje ovog problema.

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

GeCl4 je gotovo nerastvorljiv u hlorovodoničkoj kiselini. To znači da se rastvaranje HCl nečistoća može koristiti za njegovo pročišćavanje.

Prečišćeni germanijum tetrahlorid se tretira vodom, prečišćava jonoizmenjivačkim smolama. Znak željene čistoće - povećanje indikatora otpornost vode do 15-20 miliona ohm cm.

Hidroliza GeCl4 nastaje pod dejstvom vode:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Vidi se da je pred nama „nazad napisana“ jednačina za reakciju dobijanja germanijum tetrahlorida.

Zatim slijedi redukcija GeO2 korištenjem pročišćenog vodika:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Kao rezultat, dobija se praškasti germanijum koji se legira, a zatim prečišćava metodom zonskog topljenja. Ova metoda prečišćavanje je razvijeno davne 1952. godine posebno za prečišćavanje germanija.

Nečistoće neophodne da bi germanijum dao određenu vrstu provodljivosti uvode se u završnim fazama proizvodnje, odnosno tokom zonskog topljenja, kao i tokom rasta jednog kristala.

Aplikacija

Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u elektronici i tehnologiji u proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Najtanji filmovi germanijuma nanose se na staklo i koriste kao otpornost u radarskim instalacijama. Legure germanijuma sa raznim metalima koriste se u proizvodnji detektora i senzora. Germanij dioksid se široko koristi u proizvodnji stakala koja imaju svojstvo prenosa infracrvenog zračenja.

Germanijum telurid već dugo vremena služi kao stabilan termoelektrični materijal, kao i komponenta termoelektričnih legura (termo-srednja emf sa 50 μV/K). Germanijum ultra visoke čistoće igra izuzetnu stratešku ulogu u proizvodnji prizme i sočiva za infracrvenu optiku. Najveći potrošač germanijuma je upravo infracrvena optika, koja se koristi u kompjuterskoj tehnici, sistemima za nišanje i navođenje raketa, uređajima za noćno osmatranje, mapiranju i proučavanju zemljine površine sa satelita. Germanijum se takođe široko koristi u sistemima optičkih vlakana (dodavanje germanijum tetrafluorida staklenim vlaknima), kao iu poluprovodničkim diodama.

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

Tapljenjem indija u HES ploču, stvarajući tako područje sa takozvanom provodljivošću rupa, dobija se uređaj za ispravljanje, tj. dioda. Dioda ima sposobnost prolaska struja u jednom pravcu: elektronsko područje iz regiona sa provodljivošću rupa. Nakon što se indijum stopi na obje strane HES ploče, ova ploča postaje osnova tranzistora. Po prvi put u svijetu germanijumski tranzistor je stvoren davne 1948. godine, a nakon samo dvadeset godina proizvedeno je stotine miliona takvih uređaja.

Diode na bazi germanijuma i trioda su postale široke upotrebe u televizorima i radijima, u širokom spektru merne opreme i računskih uređaja.

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

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

Da bi se to postiglo, na površinu rastopljenog germanijuma postavlja se kristal germanija - "sjeme", koje se postepeno uzdiže pomoću automatskog uređaja, dok temperatura taljenja malo prelazi tačku topljenja germanija (937 ° C). "Sjeme" se okreće tako da je monokristal, kako kažu, "obrastao mesom" sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se prilikom takvog rasta dešava isto što i u procesu zonskog topljenja, tj. praktično samo germanijum prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Physical Properties

Vjerovatno je malo čitatelja ovog članka moralo vizualno vidjeti vanadijum. Sam element je dosta oskudan i skup, od njega ne prave robu široke potrošnje, a njihovo germanijsko punjenje, koje se dešava u električnim aparatima, toliko je malo da se metal ne vidi.

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

Germanij je toliko rijedak metal da se cijena njegovog ingota može uporediti sa cijenom zlata. Germanij karakterizira povećana krhkost, koja se može porediti samo sa staklom. Spolja, germanijum je prilično blizak silicijumu. Ova dva elementa su i konkurenti za titulu najvažnijeg poluprovodnika i analoga. Iako su neka od tehničkih svojstava elementa u velikoj mjeri slična, što se tiče izgleda materijala, vrlo je lako razlikovati germanij od silicija, germanij je više nego dvostruko teži. Gustina silicijuma je 2,33 g/cm3, a gustina germanijuma je 5,33 g/cm3.

Ali nemoguće je nedvosmisleno govoriti o gustini germanijuma, jer. broj 5,33 g/cm3 odnosi se na germanijum-1. Ovo je jedna od najvažnijih i najčešćih modifikacija pet alotropskih modifikacija 32. elementa. Četiri od njih su kristalna, a jedna je amorfna. Germanij-1 je najlakša od četiri kristalne modifikacije. Njegovi kristali su građeni potpuno isto kao i kristali dijamanata, a = 0,533 nm. Međutim, ako je ova struktura maksimalno gusta za ugljik, onda germanij ima i gušće modifikacije. Umjerena toplota i visok pritisak (oko 30 hiljada atmosfera na 100 °C) pretvara germanij-1 u germanij-2, struktura kristalna rešetka koji je potpuno isti kao onaj od bijelog kalaja. Isti metod koristimo za dobijanje germanijuma-3 i germanijum-4, koji su još gušći. Sve ove "ne sasvim obične" modifikacije su superiornije od germanija-1 ne samo po gustoći, već i po električnoj provodljivosti.

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

Germanijum je tipičan poluprovodnik sa veličinom pojasa od 1,104·10 -19 ili 0,69 eV (na 25°C); u germanijumu visoke čistoće, električna otpornost je 0,60 oma (m (60 oma (cm) (25°C); indeks pokretljivosti elektrona je 3900), a pokretljivost rupa je 1900 cm 2 / in. sec (na 25°C i sa sadržajem od 8% nečistoća). infracrvene zrake, čija je talasna dužina veća od 2 mikrona, metal je proziran.

Germanij je prilično krhak, ne može se toplo ili hladno obrađivati ​​pod pritiskom ispod 550 °C, ali ako temperatura poraste, metal postaje duktilan. Tvrdoća metala na mineraloškoj skali je 6,0-6,5 (germanijum se pili na ploče pomoću metalnog ili dijamantskog diska i abraziva).

Hemijska svojstva

Germanijum, u hemijska jedinjenja obično pokazuje drugu i četvrtu valenciju, ali jedinjenja četvorovalentnog germanijuma su stabilnija. Germanij je na sobnoj temperaturi otporan na djelovanje vode, zraka, kao i alkalnih otopina i razrijeđenih koncentrata sumporne ili klorovodične kiseline, ali se element prilično lako otapa u aqua regia ili alkalnoj otopini vodikovog peroksida. Element se polako oksidira djelovanjem dušične kiseline. Po dostizanju temperature od 500-700 °C u zraku, germanij počinje oksidirati u GeO 2 i GeO okside. (IV) germanijum oksid je beli prah sa tačkom topljenja od 1116°C i rastvorljivosti u vodi od 4,3 g/l (na 20°C). Prema svojim hemijskim svojstvima, supstanca je amfoterna, rastvorljiva u alkalijama, teško u mineralnoj kiselini. Dobija se prodiranjem hidratisanog taloga GeO 3 nH 2 O, koji se oslobađa tokom hidrolize. visoke temperature topljenje, može se dobiti spajanjem GeO 2 i drugih oksida.

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

Kada dostigne 900-1000 ° C, sumpor snažno stupa u interakciju sa germanijumom, formirajući GeS 2 disulfid. To je bela čvrsta supstanca sa tačkom topljenja od 825°C. Moguće je i stvaranje GeS monosulfida i sličnih jedinjenja germanijuma sa telurom i selenom, koji su poluprovodnici. Na temperaturi od 1000-1100 °C, vodonik blago reaguje sa germanijumom, formirajući germin (GeH) X, koji je nestabilno i veoma isparljivo jedinjenje. Germanski vodonici iz serije Ge n H 2n + 2 do Ge 9 H 20 mogu nastati reakcijom germanida sa razrijeđenim HCl. Germilen je poznat i po sastavu GeH 2 . Germanijum ne reaguje direktno sa azotom, ali postoji Ge 3 N 4 nitrid koji se dobija delovanjem amonijaka na germanijum (700-800°C). Germanijum ne stupa u interakciju sa ugljenikom. S mnogim metalima, germanij formira različite spojeve - germanide.

Poznata su mnoga kompleksna jedinjenja germanijuma, koja postaju sve važnija u analitička hemija element germanijum, kao i u procesima dobijanja hemijskog elementa. Germanij može formirati kompleksna jedinjenja koja sadrže hidroksil organskih molekula(polihidrični alkoholi, polibazne kiseline i dr.). Postoje i germanijumske heteropoli kiseline. Kao i drugi elementi Grupe IV, germanijum karakteristično formira organometalna jedinjenja. Primjer je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3 .