Germánium

GERMÁNIUM-ÉN; m. Kémiai elem (Ge), szürkésfehér, fémes fényű szilárd anyag (a fő félvezető anyag). Germánium lemez.

◁ Germánium, th, th. G-edik alapanyag. G. ingot.

germánium

(lat. germánium), a IV. csoport kémiai eleme periodikus rendszer. A név a latin Germania - Németországból származik, K. A. Winkler szülőföldjének tiszteletére. Ezüstszürke kristályok; sűrűsége 5,33 g/cm3, t pl 938,3 °C. A természetben szétszórt (saját ásványok ritkák); színesfémek ércéből bányászott. Félvezető anyag elektronikai eszközökhöz (diódák, tranzisztorok stb.), ötvözet alkatrész, IR eszközök lencséinek anyaga, ionizáló sugárzás detektorok.

GERMÁNIUM

GERMÁNIUM (lat. Germánium), Ge (értsd: "hertempmánium"), kémiai elem 32-es rendszámmal, atomtömege 72,61. A természetes germánium öt izotópból áll, amelyek tömegszáma 70 (a természetes keverék tartalma 20,51 tömeg%), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) és 76 (7,76%). A külső elektronréteg konfigurációja 4 s 2 p 2 . Oxidációs állapotok +4, +2 (IV, II vegyérték). Az IVA csoportban, az elemek periódusos rendszerében a 4. periódusban található.
A felfedezés története
K. A. Winkler fedezte fel (cm. WINKLER Klemens Alexander)(és szülőföldjéről - Németországról nevezték el) 1886-ban az Ag 8 GeS 6 argirodit ásvány elemzésekor, miután D. I. Mengyelejev megjósolta ennek az elemnek a létezését és egyes tulajdonságait. (cm. MENDELEJEV Dmitrij Ivanovics).
A természetben lenni
A földkéreg tartalma 1,5 10 -4 tömeg%. Szórt elemekre utal. A természetben szabad formában nem fordul elő. Szennyezőként szilikátokban, üledékes vasban, polifémben, nikkel- és volfrámércekben, szénben, tőzegben, olajokban, termálvizekben és algákban található. A legfontosabb ásványok: germanit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, sztottit FeGe (OH) 6, plumbogermanit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag 8 GeS 6, renierit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Germánium beszerzése
A germánium előállításához a színesfém-ércek feldolgozásának melléktermékeit, a szénégetésből származó hamut és a kokszkémia egyes melléktermékeit használják fel. A Ge-t tartalmazó alapanyagot flotációval dúsítják. Ezután a koncentrátumot GeO 2 -oxiddá alakítják, amelyet hidrogénnel redukálnak (cm. HIDROGÉN):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
A 10 -3 -10 -4% szennyezőanyag-tartalmú félvezető tisztaságú germániumot zónaolvasztással állítják elő (cm. ZÓNA OLVADÁS), kristályosodás (cm. KRISTÁLYOSODÁS) vagy illékony monogermán GeH 4 termolízise:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
amely az aktív fémek vegyületeinek germanidokkal történő savakkal történő bomlásakor keletkezik:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Fizikai és Kémiai tulajdonságok
A germánium ezüstös anyag, fémes fényű. Kristályrács-stabil módosítás (Ge I), köbös, homlokközpontú gyémánt típusú, de= 0,533 nm (nagy nyomáson három másik módosítást kaptunk). Olvadáspont 938,25 ° C, forráspont 2850 ° C, sűrűség 5,33 kg / dm 3. Félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, a sávszélesség 0,66 eV (300 K-en). A germánium átlátja a 2 mikronnál nagyobb hullámhosszú infravörös sugárzást.
A Ge kémiai tulajdonságai hasonlóak a szilíciuméhoz. (cm. SZILÍCIUM). Normál körülmények között ellenáll az oxigénnek (cm. OXIGÉN), vízgőz, híg savak. Erős komplexképző szerek vagy oxidálószerek jelenlétében hevítéskor a Ge reakcióba lép savakkal:
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 reagál aqua regiával (cm. KRISTÁLYVÍZ):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
A Ge kölcsönhatásba lép lúgos oldatokkal oxidálószerek jelenlétében:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Levegőn 700 °C-ra melegítve a Ge meggyullad. A Ge könnyen kölcsönhatásba lép a halogénekkel (cm. HALOGÉNEK)és szürke (cm. KÉN):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Hidrogénnel (cm. HIDROGÉN), nitrogén (cm. NITROGÉN), szén (cm. SZÉN) A germánium közvetlenül nem lép be a reakcióba, az ezekkel az elemekkel rendelkező vegyületeket közvetetten kapják. Például a Ge 3 N 4 nitrid a germánium-dijodid GeI 2 folyékony ammóniában való feloldásával képződik:
GeI 2 + NH 3 folyadék -> n -> Ge 3 N 4
A germánium-oxid (IV), a GeO 2, egy fehér kristályos anyag, amely kétféle változatban létezik. Az egyik módosulat részlegesen oldódik vízben, komplex germánsavak képződésével. Amfoter tulajdonságokat mutat.
A GeO 2 savas oxidként lép kölcsönhatásba a lúgokkal:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
A GeO 2 kölcsönhatásba lép savakkal:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
A Ge-tetrahalogenidek nem poláris vegyületek, amelyeket víz könnyen hidrolizál.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
A tetrahalogenideket közvetlen kölcsönhatás útján állítják elő:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
vagy termikus bomlás:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
A germánium-hidridek kémiailag hasonlóak a szilícium-hidridekhez, de a GeH 4 monogermán stabilabb, mint a SiH 4 monoszilán. A germanok homológ sorozatokat alkotnak Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n és mások, de ezek a sorozatok rövidebbek, mint a szilánoké.
A Monogermane GeH 4 levegőben stabil és vízzel nem reagáló gáz. Hosszú távú tárolás során H 2 -re és Ge-re bomlik. A monogermánt a germánium-dioxid GeO 2 nátrium-bór-hidrid NaBH 4 redukálásával állítják elő:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
A nagyon instabil GeO-monoxid germánium és GeO 2 -dioxid keverékének mérsékelt melegítésével jön létre:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
A Ge(II) vegyületek könnyen aránytalanok a Ge felszabadulásával:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
A germánium-diszulfid GeS 2 egy fehér, amorf vagy kristályos anyag, amelyet a GeCl 4 savas oldatából H 2 S kicsapásával nyernek:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
A GeS2 lúgokban és ammónium- vagy alkálifém-szulfidokban oldódik:
GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
A Ge szerves vegyületek része lehet. Ismeretesek a (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH és mások.
Alkalmazás
A germánium egy félvezető anyag, amelyet a mérnöki iparban és a rádióelektronikában tranzisztorok és mikroáramkörök gyártásában használnak. Az üvegre felvitt vékony Ge filmeket ellenállásként használják radarberendezésekben. A Ge fémekkel készült ötvözeteit érzékelőkben és detektorokban használják. A germánium-dioxidot infravörös sugárzást áteresztő üvegek gyártásához használják.

enciklopédikus szótár . 2009 .

Szinonimák:

Nézze meg, mi a „germánium” más szótárakban:

Egy kémiai elem, amelyet 1886-ban fedeztek fel a Szászországban talált ritka ásványi argyroditban. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Chudinov A.N., 1910. germánium (az elemet felfedező tudós szülőföldjének tiszteletére nevezték el), chem. elem, ...... Orosz nyelv idegen szavak szótára

- (germánium), Ge, a periódusos rendszer IV. csoportjába tartozó kémiai elem, 32 rendszám, 72,59 atomtömeg; nem fém; félvezető anyag. A germániumot K. Winkler német kémikus fedezte fel 1886-ban... Modern Enciklopédia

germánium- Ge Group IV elem rendszerek; nál nél. n. 32, at. olvadáspont: 72,59; tévé. valami fémes. csillám. A természetes Ge öt, 70, 72, 73, 74 és 76 tömegszámú stabil izotóp keveréke. A Ge létezését és tulajdonságait 1871-ben jósolta meg D. I. ... ... Műszaki fordítói kézikönyv

Germánium- (germánium), Ge, a periódusos rendszer IV. csoportjába tartozó kémiai elem, 32 rendszám, 72,59 atomtömeg; nem fém; félvezető anyag. A germániumot K. Winkler német kémikus fedezte fel 1886-ban. Illusztrált enciklopédikus szótár

- (lat. germánium) Ge, a periódusos rendszer IV. csoportjába tartozó kémiai elem, rendszáma 32, atomtömege 72,59. Nevét a latin Germania Németországból kapta, K. A. Winkler szülőföldjének tiszteletére. Ezüstszürke kristályok; sűrűsége 5,33 g/cm³, olvadáspont: 938,3 ... Nagy enciklopédikus szótár

- (Ge szimbólum), MENDELEEV periódusos rendszerének IV. csoportjába tartozó fehérszürke fémelem, amelyben a még fel nem fedezett elemek, különösen a germánium (1871) tulajdonságait jósolták. Az elemet 1886-ban fedezték fel. A cink olvasztásának mellékterméke ... ... Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár

Ge (a lat. Germania Németországból * a. germanium; n. germánium; f. germanium; és. germanio), chem. elem IV csoport periodikus. Mengyelejev rendszerei, at.s. 32, at. m 72,59. A Natural G. 4 stabil izotópból áll: 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Földtani Enciklopédia

- (Ge), szintetikus egykristály, PP, m3m pontszimmetria csoport, sűrűsége 5,327 g/cm3, olvadáspont=936 °C, szilárd anyag. a Mohs-skálán 6, at. m 72,60. Átlátszó az IR tartományban 1,5-20 mikron; optikailag anizotróp, l=1,80 µm eff. fénytörés n=4,143.… … Fizikai Enciklopédia

Létezik., szinonimák száma: 3 félvezető (7) ecasilicon (1) elem (159) ... Szinonima szótár

GERMÁNIUM- chem. elem, szimbólum Ge (lat. germánium), at. n. 32, at. olvadáspont: 72,59; rideg ezüstszürke kristályos anyag, sűrűsége 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. A természetben szétszórt; főként a cinkkeverék feldolgozása során bányászják és ... ... Nagy Politechnikai Enciklopédia

Németországról nevezték el. Egy tudós ebből az országból fedezte fel, és joga volt annak nevezni, ahogy akarja. Szóval bejött germánium.

Azonban nem Mengyelejevnek volt szerencséje, hanem Clemens Winklernek. Argyrodit tanulmányozására bízták. A Himmelfurst bányában egy új ásványt találtak, amely főként a következőkből áll.

Winkler meghatározta a kő összetételének 93%-át, a maradék 7%-kal pedig zsákutcába jutott. A következtetés az volt, hogy egy ismeretlen elemet tartalmaztak.

Az alaposabb elemzés meghozta a gyümölcsét. germániumot fedeztek fel. Ez fém. Mennyire hasznos az emberiség számára? Erről, és nem csak, tovább fogunk mesélni.

germánium tulajdonságai

Germánium - a periódusos rendszer 32 eleme. Kiderül, hogy a fém a 4. csoportba tartozik. A szám az elemek vegyértékének felel meg.

Vagyis a germánium hajlamos 4-et képezni kémiai kötés. Így a Winkler által felfedezett elem így néz ki.

Innen ered Mengyelejev vágya, hogy a még fel nem fedezett elemet ecosiliciumnak nevezze el, amelyet Si-nek jelölnek. Dmitrij Ivanovics előre kiszámította a 32. fém tulajdonságait.

A germánium kémiai tulajdonságaiban hasonló a szilíciumhoz. Savval csak hevítés közben reagál. A lúgokkal "kommunikál" oxidálószerek jelenlétében.

Ellenáll a vízgőznek. Nem lép reakcióba hidrogénnel, szénnel,. A germánium 700 Celsius fokos hőmérsékleten világít. A reakciót germánium-dioxid képződése kíséri.

A 32. elem könnyen kölcsönhatásba lép a halogénekkel. Ezek a táblázat 17. csoportjába tartozó sóképző anyagok.

A megzavarás elkerülése érdekében felhívjuk a figyelmet arra, hogy az új szabványra koncentrálunk. A régiben ez a periódusos rendszer 7. csoportja.

Bármi is legyen az asztal, a benne lévő fémek a lépcsős átlós vonaltól balra helyezkednek el. A 32. elem kivétel.

Egy másik kivétel a . Ő is reagálhat. Az antimon lerakódik az aljzatra.

Aktív interakció biztosított és -val. A legtöbb fémhez hasonlóan a germánium is képes gőzeiben égni.

Külsőleg germánium elem, szürkésfehér, markáns fémes fényű.

A belső szerkezetet tekintve a fém köbös szerkezetű. Ez tükrözi az atomok elrendezését az elemi sejtekben.

Kocka alakúak. Nyolc atom található a csúcsokban. A szerkezet közel van a rácshoz.

A 32-es elemnek 5 stabil izotópja van. Jelenlétük mindenki sajátja a germánium alcsoport elemei.

Egyenletesek, ami meghatározza a stabil izotópok jelenlétét. Például 10 van belőlük.

A germánium sűrűsége 5,3-5,5 gramm köbcentiméterenként. Az első mutató az államra jellemző, a második a folyékony fémre.

Lágyított formában nem csak sűrűbb, hanem műanyag is. Szobahőmérsékleten törékeny, az anyag 550 fokos lesz. Ezek A germánium jellemzői.

A fém keménysége szobahőmérsékleten körülbelül 6 pont.

Ebben az állapotban a 32. elem tipikus félvezető. De az ingatlan a hőmérséklet emelkedésével "világosabbá válik". Csak a vezetők, összehasonlításképpen, elveszítik tulajdonságaikat melegítéskor.

A germánium nem csak szabványos formájában vezet áramot, hanem oldatokban is.

A félvezető tulajdonságait tekintve a 32. elem is közel áll a szilíciumhoz, és ugyanolyan gyakori.

Az anyagok alkalmazási területei azonban eltérőek. A szilícium egy félvezető, amelyet napelemekben használnak, beleértve a vékonyfilmes típusokat is.

Az elem a fotocellákhoz is szükséges. Most fontolja meg, hol jön jól a germánium.

Germánium alkalmazása

Germániumot használnak gamma-spektroszkópiában. Műszerei lehetővé teszik például a vegyes katalizátor-oxidok adalékanyag-összetételének tanulmányozását.

A múltban a germániumot diódákhoz és tranzisztorokhoz adták. A napelemeknél a félvezető tulajdonságai is jól jönnek.

De ha szilíciumot adnak a szabványos modellekhez, akkor germániumot adnak a rendkívül hatékony, új generációs modellekhez.

A lényeg az, hogy ne használjunk germániumot abszolút nullához közeli hőmérsékleten. Ilyen körülmények között a fém elveszíti feszültségátviteli képességét.

Annak érdekében, hogy a germánium vezető legyen, a benne lévő szennyeződések nem haladhatják meg a 10% -ot. Tökéletes Ultra Clean kémiai elem.

Germánium a zónaolvasztás ezen módszerével készült. Az idegen elemek folyadékban és fázisban való eltérő oldhatóságán alapul.

formula germánium lehetővé teszi a gyakorlatban történő alkalmazását. Itt már nem az elem félvezető tulajdonságairól beszélünk, hanem a keményedési képességéről.

Ugyanezen okból a germánium alkalmazásra talált a fogprotézisben. Bár a koronák elavulnak, még mindig kicsi a kereslet rájuk.

Ha szilíciumot és alumíniumot adunk a germániumhoz, forrasztóanyagokat kapunk.

Olvadáspontjuk mindig alacsonyabb, mint az összekapcsolt fémeké. Így összetett, tervezési terveket készíthet.

Germánium nélkül még az internet is lehetetlen lenne. A 32. elem jelen van az optikai szálban. Magjában kvarc található hős keverékével.

A dioxidja pedig növeli a szál fényvisszaverő képességét. Figyelembe véve a keresletet, az elektronikában, az iparosoknak nagy mennyiségben kell a germánium. Az alábbiakban megvizsgáljuk, hogy melyek és hogyan állnak rendelkezésre.

germánium bányászata

A germánium meglehetősen gyakori. A földkéregben a 32. elem például több mint, antimon, ill.

A feltárt készletek körülbelül 1000 tonna. Közel felük az Egyesült Államok gyomrában rejtőzik. További 410 tonna ingatlan.

Tehát a többi országnak alapvetően nyersanyagot kell vásárolnia. együttműködik a Mennyei Birodalommal. Ez mind politikai, mind gazdasági szempontból indokolt.

A germánium elem tulajdonságai, amely a széles körben elterjedt anyagokkal való geokémiai kapcsolatához kapcsolódik, nem engedik, hogy a fém saját ásványokat képezzen.

Általában a fémet a meglévők rácsába vezetik be. A vendég természetesen nem fog sok helyet foglalni.

Ezért a germániumot apránként kell kivonnia. Egy tonnánként néhány kilót találhatunk.

Az enargitok legfeljebb 5 kiló germániumot tartalmaznak 1000 kilogrammonként. Pirargiritban 2-szer többet.

Egy tonna 32-es elem szulvanit legfeljebb 1 kilogrammot tartalmaz. Leggyakrabban a germániumot melléktermékként vonják ki más fémek ércéből, például nem vasból, például kromitból, magnetitból, rutitból.

Az éves germánium termelés igénytől függően 100-120 tonna között mozog.

Alapvetően az anyag egykristályos formáját vásárolják meg. Pontosan erre van szükség a spektrométerek, optikai szálak előállításához, értékes. Nézzük az árakat.

germánium ár

A monokristályos germániumot főként tonnánként vásárolják. Mert nagy produkciók ez nyereséges.

A 32. elem 1000 kilogrammja körülbelül 100 000 rubelbe kerül. 75 000 - 85 000 közötti ajánlatokat találhat.

Ha polikristályos, azaz kisebb aggregátumokat és megnövelt szilárdságúakat veszünk, 2,5-szer többet adhatunk kiló nyersanyagonként.

A szabványos hosszúság nem kevesebb, mint 28 centiméter. A blokkokat fólia védi, mivel a levegőben kifakulnak. Polikristályos germánium - "talaj" az egykristályok termesztésére.

Felhívjuk figyelmét, hogy a germániumot bármilyen mennyiségben és formában szállítjuk, beleértve a a selejt formája. A germániumot a fent jelzett moszkvai telefonszám felhívásával értékesítheti.

A germánium egy törékeny, ezüstös-fehér félfém, amelyet 1886-ban fedeztek fel. Ez az ásvány tiszta formában nem található meg. Szilikátokban, vas- és szulfidércekben található. Egyes vegyületei mérgezőek. A germániumot széles körben használták az elektromos iparban, ahol a félvezető tulajdonságai jól jöttek. Nélkülözhetetlen az infravörös és száloptika gyártásában.

Milyen tulajdonságai vannak a germániumnak

Ennek az ásványnak az olvadáspontja 938,25 Celsius fok. Hőkapacitásának mutatóit a tudósok még mindig nem tudják megmagyarázni, ami sok területen nélkülözhetetlenné teszi. A germánium képes megolvadva növelni a sűrűségét. Kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, így kiváló közvetett hézagú félvezető.

Ha ennek a félfémnek a kémiai tulajdonságairól beszélünk, meg kell jegyezni, hogy ellenáll a savaknak és lúgoknak, víznek és levegőnek. A germánium hidrogén-peroxid és aqua regia oldatában oldódik.

germánium bányászata

Jelenleg korlátozott mennyiségben bányásznak ebből a félfémből. Lerakódásai sokkal kisebbek, mint a bizmut, az antimon és az ezüst lerakódásai.

Tekintettel arra, hogy a földkéregben ennek az ásványnak az aránya meglehetősen kicsi, a kristályrácsokba más fémek bejutása miatt saját ásványokat képez. A legmagasabb germániumtartalom a szfaleritben, pirargiritban, szulfanitban, színesfém- és vasércekben figyelhető meg. Előfordul, de sokkal ritkábban, olaj- és szénlelőhelyeken.

Germánium használata

Annak ellenére, hogy a germániumot meglehetősen régen fedezték fel, az iparban körülbelül 80 évvel ezelőtt kezdték használni. A félfémet először katonai termelésben használták egyes elektronikai eszközök gyártásához. Ebben az esetben diódaként használták. Most a helyzet némileg megváltozott.

A germánium legnépszerűbb felhasználási területei a következők:

• optika gyártás. A félfém nélkülözhetetlenné vált az optikai elemek gyártásában, ideértve az érzékelők, prizmák és lencsék optikai ablakait. Itt jól jöttek a germánium átlátszósági tulajdonságai az infravörös tartományban. A félfémet hőkamerák, tűzoltó rendszerek, éjjellátó eszközök optikájának gyártásában használják;
• rádióelektronika gyártása. Ezen a területen félfémet használtak diódák és tranzisztorok gyártásához. Az 1970-es években azonban a germánium eszközöket szilíciumos eszközök váltották fel, mivel a szilícium lehetővé tette a gyártott termékek műszaki és működési jellemzőinek jelentős javítását. Megnövelt ellenállás a hőmérsékleti hatásokkal szemben. Ezenkívül a germánium eszközök működés közben sok zajt bocsátottak ki.

A jelenlegi helyzet Németországgal

Jelenleg a félfémet a mikrohullámú készülékek gyártásához használják. A Telleride germánium termoelektromos anyagként bizonyult. A germániumárak most meglehetősen magasak. Egy kilogramm fém germánium 1200 dollárba kerül.

Németország felvásárlása

Az ezüstszürke germánium ritka. A törékeny félfémet félvezető tulajdonságai különböztetik meg, és széles körben használják modern elektromos készülékek létrehozására. Nagy pontosságú optikai műszerek és rádióberendezések készítésére is használják. A germánium nagy értékű tiszta fém és dioxid formájában is.

A Goldform cég germánium, különféle fémhulladék és rádióalkatrészek beszerzésére specializálódott. Segítséget nyújtunk az anyag értékelésében, a szállításban. Postázhatja a germániumot, és teljes egészében visszakaphatja a pénzét.

A germánium kémiai elem az elemek periódusos rendszerében a negyedik csoportban (fő alcsoportban) található. A fémek családjába tartozik, relatív atomtömege 73. Tömeg szerint a földkéreg germániumtartalmát 0,00007 tömegszázalékra becsülik.

A felfedezés története

A germánium kémiai elemet Dmitrij Ivanovics Mengyelejev előrejelzésének köszönhetően hozták létre. Ő volt az, aki megjósolta az ecasilicon létezését, és ajánlásokat fogalmazott meg a kutatására.

Úgy vélte, hogy ez a fémelem a titán-, cirkóniumércekben található. Mengyelejev egyedül próbálta megtalálni ezt a kémiai elemet, de próbálkozásai nem jártak sikerrel. Csak tizenöt évvel később egy Himmelfurstban található bányában találtak egy ásványt, az úgynevezett argyroditot. Ez a vegyület az ásványban található ezüstnek köszönheti a nevét.

A készítményben található germánium kémiai elemet csak azután fedezték fel, hogy a Freibergi Bányászati ​​Akadémia kémikusainak egy csoportja megkezdte a kutatást. K. Winkler irányításával kiderítették, hogy az ásványnak csupán 93 százalékát teszik ki a cink-, vas-, valamint a kén-, higany-oxidok. Winkler szerint a fennmaradó hét százalék egy akkor még ismeretlen kémiai elemből származott. További kémiai kísérletek után felfedezték a germániumot. A kémikus jelentésben jelentette be felfedezését, bemutatta az új elem tulajdonságairól kapott információkat a Német Kémiai Társaságnak.

A germánium kémiai elemet Winkler nemfémként vezette be, az antimonnal és az arzénnel analóg módon. A vegyész neptuniumnak akarta nevezni, de ezt a nevet már használták. Aztán germániumnak kezdték hívni. A Winkler által felfedezett kémiai elem komoly vitát váltott ki a kor vezető kémikusai között. A német tudós, Richter azt javasolta, hogy ez ugyanaz az exasilicon, amelyről Mengyelejev beszélt. Valamivel később ez a feltevés beigazolódott, ami bebizonyította a nagy orosz kémikus által megalkotott periodikus törvény életképességét.

Fizikai tulajdonságok

Hogyan jellemezhető a germánium? A kémiai elem 32-es sorozatszámú Mengyelejevben. Ez a fém 937,4 °C-on olvad. Ennek az anyagnak a forráspontja 2700 °C.

A germánium olyan elem, amelyet először Japánban használtak gyógyászati ​​célokra. Számos, a szerves germániumvegyületekkel végzett állatkísérletek, valamint az embereken végzett vizsgálatok után sikerült kimutatni az ilyen ércek élő szervezetekre gyakorolt ​​pozitív hatását. 1967-ben Dr. K. Asainak sikerült felfedeznie azt a tényt, hogy a szerves germániumnak hatalmas biológiai hatásai vannak.

Biológiai aktivitás

Mi a jellemző kémiai elem Németország? Képes oxigént szállítani az élő szervezet minden szövetébe. A vérbe kerülve a hemoglobinnal analóg módon viselkedik. A germánium garantálja az emberi test összes rendszerének teljes körű működését.

Ez a fém serkenti az immunsejtek szaporodását. Szerves vegyületek formájában lehetővé teszi gamma-interferonok képződését, amelyek gátolják a mikrobák szaporodását.

A germánium megakadályozza a rosszindulatú daganatok kialakulását, megakadályozza az áttétek kialakulását. Ennek a kémiai elemnek a szerves vegyületei hozzájárulnak az interferon termeléséhez, egy védő fehérjemolekulához, amelyet a szervezet az idegen testek megjelenése elleni védekező reakcióként termel.

Felhasználási területek

A germánium gombaellenes, antibakteriális, vírusellenes tulajdonsága vált alkalmazási területeinek alapjává. Németországban ezt az elemet főként a színesfém-ércek feldolgozásának melléktermékeként nyerték. A germániumkoncentrátumot különféle módszerekkel izolálták, amelyek az alapanyag összetételétől függenek. Legfeljebb 10 százalék fémet tartalmazott.

Hogyan használják pontosan a germániumot a modern félvezető technológiában? Az elem korábban megadott jellemzője megerősíti annak lehetőségét, hogy triódák, diódák, teljesítmény-egyenirányítók, kristálydetektorok gyártására is használható. A germániumot olyan dozimetriai műszerek készítésénél is használják, amelyek az állandó és váltakozó mágneses tér erősségének méréséhez szükségesek.

Ennek a fémnek lényeges alkalmazási területe az infravörös sugárzás detektorok gyártása.

Ígéretes, hogy nemcsak magát a germániumot, hanem egyes vegyületeit is felhasználják.

Kémiai tulajdonságok

A germánium szobahőmérsékleten meglehetősen ellenáll a nedvességnek és a légköri oxigénnek.

A - germánium - ón sorozatban a redukálóképesség növekedése figyelhető meg.

A germánium ellenáll a sósav és a kénsav oldatainak, nem lép kölcsönhatásba lúgos oldatokkal. Ugyanakkor ez a fém meglehetősen gyorsan oldódik aqua regiában (hét salétromsav és sósav), valamint hidrogén-peroxid lúgos oldatában.

Hogyan adjunk teljes leírást egy kémiai elemről? A germániumot és ötvözeteit nemcsak a fizikai és kémiai tulajdonságok, hanem az alkalmazások szempontjából is elemezni kell. A germánium salétromsavval történő oxidációja meglehetősen lassan megy végbe.

A természetben lenni

Próbáljuk meg jellemezni a kémiai elemet. A germánium a természetben csak vegyületek formájában található meg. A természetben leggyakrabban előforduló germániumtartalmú ásványok közül a germanitot és az argyroditot emeljük ki. Ezenkívül a germánium cink-szulfidokban és -szilikátokban, valamint kis mennyiségben különféle szénfajtákban is megtalálható.

Egészségkárosodás

Milyen hatással van a germánium a szervezetre? Kémiai elem, amelynek elektronképlete 1e; 8 e; 18 e; 7 e, káros hatással lehet az emberi szervezetre. Például germánium koncentrátum betöltésekor, őrlésekor, valamint ennek a fémnek a dioxidjának betöltésekor előfordulhatnak foglalkozási megbetegedések. Egyéb egészségkárosító forrásként a germániumpor rúdká való átolvasztását, szén-monoxid kinyerését tekinthetjük.

Az adszorbeált germánium gyorsan kiürülhet a szervezetből, többnyire a vizelettel. Jelenleg nincs részletes információ arról, hogy mennyire mérgező szerves vegyületek Németország.

A germánium-tetraklorid irritáló hatással van a bőrre. A klinikai vizsgálatok során, valamint a spirogermánium (szerves daganatellenes gyógyszer) és más germániumvegyületek kumulatív mennyiségének hosszú távú orális adagolása esetén ennek a fémnek a nefrotoxikus és neurotoxikus aktivitását találták.

Az ilyen adagok általában nem jellemzőek az ipari vállalkozásokra. Az állatokon végzett kísérletek célja a germánium és vegyületeinek élő szervezetre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata volt. Ennek eredményeként jelentős mennyiségű fémgermániumpor, valamint annak dioxidja belélegzése esetén egészségromlást lehetett megállapítani.

A tudósok komoly morfológiai elváltozásokat találtak az állatok tüdejében, amelyek hasonlóak a proliferációs folyamatokhoz. Kiderült például az alveoláris szakaszok jelentős megvastagodása, valamint a hörgők körüli nyirokerek hiperpláziája, az erek megvastagodása.

A germánium-dioxid nem irritálja a bőrt, de ennek a vegyületnek a szem membránjával való közvetlen érintkezése germánsav képződéséhez vezet, amely súlyos szemirritáló hatású. Hosszan tartó intraperitoneális injekciók esetén súlyos változásokat észleltek a perifériás vérben.

Fontos tények

A legkárosabb germániumvegyületek a germánium-klorid és a germánium-hidrid. Ez utóbbi anyag súlyos mérgezést vált ki. Az akut fázisban elhullott állatok szerveinek morfológiai vizsgálata eredményeként jelentős keringési rendellenességeket, valamint a parenchymás szervekben sejtelváltozásokat mutattak ki. A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a hidrid egy többcélú méreg, amely hatással van idegrendszer, elnyomja a perifériás keringési rendszert.

germánium-tetraklorid

Erősen irritálja a légutakat, a szemet és a bőrt. 13 mg/m 3 koncentrációban sejtszinten képes elnyomni a pulmonalis választ. Ennek az anyagnak a koncentrációjának növekedésével a felső légutak súlyos irritációja, jelentős változások a légzés ritmusában és gyakoriságában.

Az ezzel az anyaggal való mérgezés hurutos-hámlásos hörghuruthoz, intersticiális tüdőgyulladáshoz vezet.

Nyugta

Mivel a természetben a germánium nikkel-, polifémes-, volfrámércek szennyeződéseként van jelen, az iparban számos, az ércdúsításhoz kapcsolódó munkaigényes eljárást végeznek a tiszta fém izolálására. Először germánium-oxidot izolálnak belőle, majd emelt hőmérsékleten hidrogénnel redukálják, hogy egyszerű fémet kapjanak:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronikus tulajdonságok és izotópok

A germániumot közvetett hézagú tipikus félvezetőnek tekintik. Permittivitásának értéke 16, az elektronaffinitásé pedig 4 eV.

A galliummal adalékolt vékony filmben lehetséges a germánium szupravezető állapotot adni.

Ennek a fémnek öt izotópja van a természetben. Ebből négy stabil, az ötödik pedig kétszeres béta-bomláson megy keresztül, felezési ideje 1,58×10 21 év.

Következtetés

Jelenleg ennek a fémnek a szerves vegyületeit különféle iparágakban használják. A fémes ultra-nagy tisztaságú germánium infravörös spektrális tartományában az átlátszóság fontos az infravörös optika optikai elemeinek gyártásához: prizmák, lencsék, modern érzékelők optikai ablakai. A germánium legáltalánosabb felhasználási módja a 8-14 mikron közötti hullámhossz-tartományban működő hőkamerák optikájának létrehozása.

Az ilyen eszközöket katonai felszerelésekben használják infravörös irányító rendszerekben, éjszakai látásban, passzív hőképalkotásban és tűzoltó rendszerekben. Ezenkívül a germánium magas törésmutatóval rendelkezik, amely szükséges a tükröződésmentes bevonathoz.

A rádiótechnikában a germánium alapú tranzisztorok jellemzői sok tekintetben meghaladják a szilícium elemekét. A germánium cellák fordított árama lényegesen nagyobb, mint a szilícium társaiké, ami lehetővé teszi az ilyen rádiókészülékek hatékonyságának jelentős növelését. Tekintettel arra, hogy a germánium nem olyan elterjedt a természetben, mint a szilícium, a szilícium félvezető elemeket főként rádiókészülékekben használják.

Germánium (a latin Germanium szóból), „Ge” néven, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev kémiai elemek periódusos rendszerének IV. csoportjának eleme; 32-es számú elem, atomtömege 72,59. A germánium szürkésfehér szilárd anyag, fémes fényű. Bár a germánium színe meglehetősen relatív fogalom, minden az anyag felületkezelésétől függ. Néha lehet szürke, mint az acél, néha ezüstös, néha pedig teljesen fekete. Külsőleg a germánium nagyon közel áll a szilíciumhoz. Ezek az elemek nemcsak hasonlóak egymáshoz, hanem nagyrészt azonos félvezető tulajdonságokkal is rendelkeznek. Lényeges különbségük az a tény, hogy a germánium több mint kétszer olyan nehéz, mint a szilícium.

A természetben megtalálható germánium öt, 76, 74, 73, 32, 70 tömegszámú stabil izotóp keveréke. Még 1871-ben a híres vegyész, a periódusos rendszer "atyja", Dmitrij Ivanovics Mengyelejev megjósolta a tulajdonságait és létezését. germániumból. Az akkor még ismeretlen elemet „ekasiliciumnak” nevezte, mert. az új anyag tulajdonságai sok tekintetben hasonlóak voltak a szilíciuméhoz. 1886-ban a negyvennyolc éves német kémikus, K. Winkler az argirdit ásványi anyag tanulmányozása után egy teljesen új kémiai elemet fedezett fel a természetes keverékben.

A vegyész először neptuniumnak akarta nevezni az elemet, mert a Neptunusz bolygót is jóval korábban jósolták, mint ahogy felfedezték, de aztán megtudta, hogy az egyik elem hamis felfedezésekor már használtak ilyen nevet, így Winkler úgy döntött, hogy elhagyja ezt a nevet. A tudósnak felajánlották, hogy nevezze el az elemet szögletesnek, ami azt jelenti, hogy „ellentmondásos, szögletes”, de Winkler sem értett egyet ezzel az elnevezéssel, pedig a 32. számú elem valóban sok vitát váltott ki. A tudós nemzetisége szerint német volt, így végül úgy döntött, hogy az elemet germániumnak nevezi el, szülőhazája, Németország tiszteletére.

Mint később kiderült, a germániumról kiderült, hogy nem más, mint a korábban felfedezett „ekasilicium”. A XX. század második feléig a germánium gyakorlati hasznossága meglehetősen szűk és korlátozott volt. A fém ipari gyártása csak a félvezető elektronika ipari gyártásának kezdete eredményeként indult meg.

A germánium egy félvezető anyag, amelyet széles körben használnak az elektronikában és a mérnöki munkákban, valamint mikroáramkörök és tranzisztorok gyártásában. A radarberendezések vékony germániumfilmeket használnak, amelyeket üvegre visznek fel és ellenállásként használnak. A germániumot és fémeket tartalmazó ötvözetek detektorokban és érzékelőkben használatosak.

Az elem nem olyan szilárdságú, mint a volfrám vagy a titán, nem szolgál kimeríthetetlen energiaforrásként, mint a plutónium vagy az urán, az anyag elektromos vezetőképessége is messze van a legmagasabbtól, és a vas az ipari technológia fő féme. Ennek ellenére a germánium az egyik legfontosabb összetevő technikai haladás társadalmunk, mert még a szilíciumnál korábban kezdték használni félvezető anyagként.

Ezzel kapcsolatban helyénvaló lenne megkérdezni: Mi a félvezetőképesség és a félvezetők? Erre a kérdésre még a szakértők sem tudnak pontosan válaszolni, mert. beszélhetünk a félvezetők konkrétan figyelembe vett tulajdonságáról. Vannak még pontos meghatározás, de csak a folklór területéről: A félvezető két autó karmestere.

Egy germánium rúd majdnem ugyanannyiba kerül, mint egy aranyrúd. A fém nagyon törékeny, majdnem olyan, mint az üveg, így ha leejtünk egy ilyen tuskót, nagy a valószínűsége annak, hogy a fém egyszerűen eltörik.

Germánium fém, tulajdonságai

Biológiai tulajdonságok

Orvosi szükségletekre a germániumot leginkább Japánban használták. A szerves germánium vegyületek állatokon és embereken végzett tesztjei azt mutatták, hogy képesek jótékony hatást gyakorolni a szervezetre. 1967-ben K. Asai japán orvos felfedezte, hogy a szerves germániumnak széleskörű biológiai hatása van.

Minden biológiai tulajdonsága közül meg kell jegyezni:

• - az oxigén szállításának biztosítása a szervezet szöveteibe;
• - a szervezet immunállapotának növelése;
• - a daganatellenes aktivitás megnyilvánulása.

Ezt követően a japán tudósok megalkották a világ első germániumot tartalmazó gyógyászati ​​terméket - "Germanium - 132".

Oroszországban az első hazai, szerves germániumot tartalmazó gyógyszer csak 2000-ben jelent meg.

A földkéreg felszínének biokémiai evolúciós folyamatai nem voltak a legjobb hatással a benne lévő germániumtartalomra. Az elem nagy részét a szárazföldről az óceánokba mosták, így a talaj tartalma meglehetősen alacsony maradt.

Azok a növények, amelyek képesek felszívni a germániumot a talajból, a vezető a ginzeng (germánium legfeljebb 0,2%). A germánium megtalálható a fokhagymában, a kámforban és az aloéban is, amelyeket hagyományosan különféle emberi betegségek kezelésére használnak. A növényzetben a germánium karboxi-etil-szemioxid formájában található. Mostantól lehetőség van a szeszkvioxánok pirimidin-fragmenssel - a germánium szerves vegyületeivel - szintetizálni. Ez a vegyület szerkezetében közel áll a természeteshez, mint a ginzeng gyökerében.

A germánium ritka nyomelemeknek tulajdonítható. Benne van jelen nagy számban különféle termékek, de csekély adagban. A szerves germánium napi bevitelét 8-10 mg-ban határozzák meg. 125 élelmiszer vizsgálata azt mutatta, hogy körülbelül 1,5 mg germánium naponta élelmiszerrel kerül a szervezetbe. A nyomelem tartalma 1 g nyers élelmiszerben körülbelül 0,1-1,0 μg. A germánium megtalálható a tejben, a paradicsomlében, a lazacban és a babban. De a napi germániumszükséglet kielégítése érdekében naponta 10 liter paradicsomlevet kell inni, vagy körülbelül 5 kilogramm lazacot kell megenni. E termékek költsége, az ember élettani tulajdonságai és a józan ész szempontjából sem lehetséges ekkora mennyiségű germánium tartalmú termék alkalmazása. Oroszország területén a lakosság mintegy 80-90%-a germániumhiányos, ezért speciális készítményeket fejlesztettek ki.

Gyakorlati vizsgálatok kimutatták, hogy a szervezetben a germánium leginkább a bélrendszerben, a gyomorban, a lépben, a csontvelőben és a vérben található. A belekben és a gyomorban a mikroelem magas tartalma a gyógyszer vérbe való felszívódásának folyamatának elhúzódó hatását jelzi. Van egy feltételezés, hogy a szerves germánium nagyjából ugyanúgy viselkedik a vérben, mint a hemoglobin, azaz. negatív töltésű, és részt vesz az oxigén szövetekbe történő átvitelében. Így szöveti szinten megakadályozza a hipoxia kialakulását.

Ismételt kísérletek eredményeként bebizonyosodott a germánium azon tulajdonsága, hogy aktiválja a T-gyilkosokat és elősegíti a gamma-interferonok indukcióját, amelyek elnyomják a gyorsan osztódó sejtek szaporodását. Az interferonok fő hatásiránya a daganatellenes és vírusellenes védelem, a nyirokrendszer radioprotektív és immunmoduláló funkciói.

A germánium szeszkvioxid formájában képes a H + hidrogénionokra hatni, kisimítva azok káros hatását a testsejtekre. Az emberi test összes rendszerének kiváló működésének garanciája a vér és minden szövet zavartalan oxigénellátása. A szerves germánium nemcsak oxigént szállít a test minden pontjára, hanem elősegíti a hidrogénionokkal való kölcsönhatását is.

• - A germánium fém, de törékenysége az üveghez hasonlítható.
• - Egyes kézikönyvek azt állítják, hogy a germánium ezüstös színű. De ez nem mondható el, mert a germánium színe közvetlenül függ a fém felületének feldolgozásának módjától. Néha szinte feketének tűnhet, máskor acélos színű, néha ezüstös is lehet.
• - Germániumot találtak a nap felszínén, valamint az űrből lehullott meteoritok összetételében.
• - A germánium szerves elem vegyületét először Clemens Winkler találta meg germánium-tetrakloridból 1887-ben, ez a tetraetil-germánium volt. A germánium jelenlegi szerves elemei közül egyik sem mérgező. Ugyanakkor az ón és ólomszerves mikroelemek többsége, amelyek fizikai tulajdonságaikban a germánium analógjai, mérgezőek.
• - Dmitrij Ivanovics Mengyelejev három kémiai elemet jósolt már a felfedezésük előtt, köztük a germániumot, és az elemet ekasiliciumnak nevezte a szilíciummal való hasonlósága miatt. A híres orosz tudós jóslata annyira pontos volt, hogy egyszerűen lenyűgözte a tudósokat, beleértve a és Winkler, aki felfedezte a germániumot. Az atomtömeg Mengyelejev szerint 72, a valóságban 72,6 volt; a fajsúly ​​Mengyelejev szerint a valóságban 5,5 volt - 5,469; az atomtérfogat Mengyelejev szerint a valóságban 13 volt - 13,57; a legmagasabb oxid Mengyelejev szerint az EsO2, a valóságban - GeO2, fajsúlya Mengyelejev szerint 4,7, a valóságban - 4,703; klorid vegyület Mendeleev EsCl4 szerint - folyékony, forráspontja körülbelül 90 ° C, valójában - klorid vegyület GeCl4 - folyékony, forráspont 83 ° C, hidrogénnel rendelkező vegyület Mendeleev szerint EsH4 gáz halmazállapotú, a hidrogénnel rendelkező vegyület valójában GeH4 gáznemű; fémorganikus vegyület Mendeleev Es(C2H5)4 szerint, forráspontja 160 °C, fémorganikus vegyület a valóságban - Ge(C2H5)4 forráspontja 163,5 °C. Amint az a fent áttekintett információkból látható, Mengyelejev jóslata meglepően pontos volt.
• - 1886. február 26-án Clemens Winkler Mengyelejevnek írt levelét a „Tisztelt Uram” szavakkal kezdte. Meglehetősen udvariasan beszámolt az orosz tudósnak egy új elem, a germánium felfedezéséről, amely tulajdonságait tekintve nem más, mint a korábban megjósolt Mengyelejev „ekasilicium”. Dmitrij Ivanovics Mengyelejev válasza nem volt kevésbé udvarias. A tudós egyetértett kollégája felfedezésével, aki a germániumot "periodikus rendszere koronájának", Winklert pedig a "korona" viselésére méltó elem "atyjának" nevezte.
• - A germánium, mint klasszikus félvezető a folyékony hidrogén, de nem a folyékony hélium hőmérsékletén működő szupravezető anyagok létrehozásának problémája megoldásának kulcsává vált. Mint ismeretes, a hidrogén átalakul folyékony halmazállapot gáz halmazállapotúvá válik, ha a hőmérséklet eléri a –252,6°C-ot vagy a 20,5°K-t. Az 1970-es években germánium és nióbium filmet fejlesztettek ki, amelynek vastagsága mindössze néhány ezer atom volt. Ez a film képes fenntartani a szupravezetést még 23,2°K és az alatti hőmérsékleten is.
• - Germánium egykristály termesztése során egy germánium kristályt helyeznek az olvadt germánium felületére - egy „mag”, amelyet egy automata eszközzel fokozatosan emelnek, miközben az olvadáspont kissé meghaladja a germánium olvadáspontját (937 ° C). . A "mag" úgy forog, hogy az egykristály, ahogy mondani szokás, minden oldalról egyenletesen "benőtte a húst". Megjegyzendő, hogy az ilyen növekedés során ugyanaz történik, mint a zónaolvadás folyamatában, pl. gyakorlatilag csak a germánium jut át ​​a szilárd fázisba, és minden szennyeződés az olvadékban marad.

Történelem

Egy ilyen elem, például a germánium létezését Dmitrij Ivanovics Mengyelejev jósolta 1871-ben, a szilíciummal való hasonlósága miatt az elemet ekasiliciumnak nevezték el. 1886-ban a Freibergi Bányászati ​​Akadémia egyik professzora felfedezte az argyroditot, egy új ezüst ásványt. Aztán ezt az ásványt alaposan tanulmányozta a műszaki kémia professzora, Clemens Winkler karmester teljes elemzésásványi. A negyvennyolc éves Winklert joggal tartották a Freibergi Bányászati ​​Akadémia legjobb elemzőjének, ezért kapott lehetőséget az argyrodit tanulmányozására.

A professzor meglehetősen rövid időn belül jelentést tudott adni az eredeti ásvány különböző elemeinek százalékos arányáról: összetételében az ezüst 74,72% volt; kén - 17,13%; vas-oxid - 0,66%; higany - 0,31%; cink-oxid - 0,22%, de csaknem hét százalék - ez valami érthetetlen elem részesedése volt, amelyet, úgy tűnik, abban a távoli időben még nem fedeztek fel. Ezzel kapcsolatban Winkler úgy döntött, hogy elkülöníti az argyrodpt azonosítatlan komponensét, megvizsgálja tulajdonságait, és a kutatás során rájött, hogy valójában egy teljesen új elemet talált - ez egy D. I. megjósolt magyarázat. Mengyelejev.

Téves volna azonban azt gondolni, hogy Winkler munkája zökkenőmentesen ment. Dmitrij Ivanovics Mengyelejev a Kémia alapjai című könyvének nyolcadik fejezete mellett ezt írja: „Először (1886 februárjában) az anyaghiány, valamint a láng spektrumának hiánya és a germániumvegyületek oldhatósága, súlyosan hátráltatta Winkler kutatásait...” Érdemes odafigyelni a „nincs spektrum” szavakra. De hogyan? 1886-ban már létezett egy széles körben alkalmazott spektrális elemzési módszer. Ezzel a módszerrel olyan elemeket fedeztek fel, mint a tallium, a rubídium, az indium, a cézium a Földön és a hélium a Napon. A tudósok már biztosan tudták, hogy kivétel nélkül minden kémiai elemnek egyedi spektruma van, aztán hirtelen nincs spektrum!

A jelenség magyarázata valamivel később jelent meg. A germániumnak jellegzetes spektrális vonalai vannak. Hullámhosszuk 2651,18; 3039.06 Ǻ és még néhány. Mindazonáltal mindegyik a spektrum ultraibolya láthatatlan részén belül van, szerencsésnek mondható, hogy Winkler a hagyományos elemzési módszerek híve, mert ezek a módszerek vezették sikerre.

Winkler módszere, amellyel az ásványból germániumot nyernek, meglehetősen közel áll a 32. elem izolálására szolgáló modern ipari módszerek egyikéhez. Először is, az argaroidban található germániumot dioxiddá alakították át. Ezután a kapott fehér port 600-700 °C hőmérsékletre melegítjük hidrogénatmoszférában. Ebben az esetben a reakció nyilvánvalónak bizonyult: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ezzel a módszerrel nyerték először a viszonylag tiszta 32-es elemet, a germániumot. Winkler eleinte a vanádium neptuniumot szándékozta elnevezni az azonos nevű bolygóról, mivel a Neptunust, a germániumhoz hasonlóan, először megjósolták, és csak azután találták meg. De aztán kiderült, hogy ezt a nevet már egyszer használták, az egyik hamisan felfedezett kémiai elemet neptuniumnak nevezték. Winkler úgy döntött, hogy nem veszélyezteti nevét és felfedezését, és elhagyta a neptúniumot. Egy francia tudós, Rayon javasolta, azonban később viccnek ismerte fel javaslatát, azt javasolta, hogy az elemet szögletesnek, azaz szögletesnek nevezzék. "ellentmondásos, szögletes", de Winklernek ez a név sem tetszett. Ennek eredményeként a tudós önállóan választott nevet elemének, és germániumnak nevezte el, szülőhazája, Németország tiszteletére, idővel ez a név alakult ki.

Egészen a 2. emeletig. 20. század gyakorlati használat Németország meglehetősen korlátozott maradt. A fém ipari gyártása csak a félvezetők és a félvezető elektronika fejlesztése kapcsán merült fel.

A természetben lenni

A germánium a nyomelemek közé sorolható. A természetben az elem szabad formájában egyáltalán nem fordul elő. Bolygónk földkéregének összes fémtartalma tömeg szerint 7 × 10 −4 %. Ez több, mint az olyan kémiai elemek tartalma, mint az ezüst, az antimon vagy a bizmut. A germánium saját ásványai azonban meglehetősen ritkák és nagyon ritkák a természetben. Ezen ásványok szinte mindegyike szulfosó, például germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfieldit Ag 8 (Sn, Ce)S 6, argirodit Ag8GeS6 és mások.

A földkéregben szétszórt germánium nagy részét rengeteg kőzet, valamint számos ásvány tartalmazza: színesfém-szulfit ércek, vasércek, néhány oxidásvány (kromit, magnetit, rutil és mások), gránit , diabázok és bazaltok. Egyes szfaleritek összetételében az elemtartalom elérheti a több kilogrammot tonnánként, például a frankeite-ban és a szulvanitban 1 kg / t, az enargitokban a germániumtartalom 5 kg / t, a pirargiritban - akár 10 kg / t, de más szilikátokban és szulfidokban - több tíz és száz g/t. A germánium kis hányada szinte minden szilikátban, valamint egyes olaj- és szénlelőhelyekben megtalálható.

Az elem fő ásványa a germánium-szulfit (GeS2 képlet). Az ásvány cink-szulfitokban és más fémekben szennyeződésként található. A legfontosabb germánium ásványok: germanit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, sztottit FeGe (OH) 6, rhenierit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 és argirodit Ag 8 GeS 6 .

A germánium kivétel nélkül minden állam területén jelen van. De a világ egyik iparosodott országában sincsenek ipari lelőhelyek ebből a fémből. A germánium nagyon-nagyon szétszórt. A Földön ennek a fémnek az ásványait nagyon ritkanak tekintik, amelyek germániumtartalma legalább 1%. Ilyen ásványok a germanit, argirodit, ultramafikus és mások, köztük az elmúlt évtizedekben felfedezett ásványok: a schtotit, a renierit, a plumbogermanit és a konfieldit. Mindezen ásványok lelőhelyei nem képesek kielégíteni a modern ipar igényeit ebben a ritka és fontos kémiai elemben.

A germánium nagy része más kémiai elemek ásványi anyagaiban diszpergálódik, és megtalálható a természetes vizekben, a szénben, az élő szervezetekben és a talajban is. Például a közönséges szén germániumtartalma néha meghaladja a 0,1%-ot. De ez a szám meglehetősen ritka, általában a germánium részesedése alacsonyabb. De az antracitban szinte nincs germánium.

Nyugta

A germánium-szulfid feldolgozása során GeO 2 oxidot kapunk, amelyet hidrogén segítségével redukálva szabad germániumot kapunk.

Az ipari termelésben a germániumot főként színesfémércek (cink keverék, 0,001-0,1% germániumot tartalmazó cink-réz-ólom polifém koncentrátumok), szénégetésből származó hamu és némi melléktermékként bányászják. kokszkémiai termékek.

Kezdetben a germánium-koncentrátumot a fent tárgyalt forrásokból izolálják (2-10% germánium) különböző utak, melynek kiválasztása az alapanyag összetételétől függ. A bokszszén feldolgozása során a germániumot részben (5-10%) kátrányvízzé és gyantává választják ki, onnan tanninnal kombinálva extrahálják, majd szárítják és 400-500 °C-on égetik. C. Az eredmény egy körülbelül 30-40% germániumot tartalmazó koncentrátum, amelyből a germániumot GeCl 4 formájában izolálják. A germánium ilyen koncentrátumból történő extrakciójának folyamata általában ugyanazokat a szakaszokat tartalmazza:

1) A koncentrátumot sósavval, sav és klór vizes közegben elegyével vagy más klórozószerrel klórozzák, ami technikai GeCl 4-et eredményezhet. A GeCl 4 tisztítására tömény sósav szennyeződéseinek rektifikálását és extrakcióját alkalmazzák.

2) A GeCl 4 hidrolízisét végrehajtják, a hidrolízistermékeket addig kalcinálják, amíg GeO 2 -oxidot nem kapnak.

3) A GeO hidrogénnel vagy ammóniával redukálódik tiszta fémmé.

A félvezető-technikai eszközökben használt legtisztább germánium kézhezvétele után a fém zónaolvasztását hajtják végre. A félvezetőgyártáshoz szükséges egykristályos germániumot általában zónaolvasztással vagy Czochralski-módszerrel állítják elő.

A germánium koksznövények kátrányvizéből való izolálására szolgáló módszereket a szovjet tudós, V.A. Nazarenko. Ebben a nyersanyagban a germánium nem több, mint 0,0003%, azonban a belőlük készült tölgyfa kivonat felhasználásával a germánium könnyen kicsapható csersavas komplex formájában.

A tannin fő komponense egy glükóz-észter, ahol van egy meta-digallinsav gyök, amely megköti a germániumot, még akkor is, ha az elem koncentrációja az oldatban nagyon alacsony. Az üledékből könnyen beszerezhető egy koncentrátum, amelyben akár 45% is lehet a germánium-dioxid.

A későbbi átalakítások már kevéssé függnek az alapanyag típusától. A germániumot hidrogénnel redukálják (mint Winkler esetében a 19. században), azonban a germánium-oxidot először el kell különíteni számos szennyeződéstől. Egy germániumvegyület tulajdonságainak sikeres kombinációja nagyon hasznosnak bizonyult a probléma megoldásában.

Germánium-tetraklorid GeCl4. egy illékony folyadék, amely mindössze 83,1 °C-on forr. Ezért meglehetősen kényelmesen tisztítható desztillációval és rektifikálással (kvarc oszlopokban, töltéssel).

A GeCl4 szinte oldhatatlan sósavban. Ez azt jelenti, hogy a HCl-szennyeződések feloldása felhasználható a tisztításra.

A tisztított germánium-tetrakloridot vízzel kezelik, ioncserélő gyantákkal tisztítják. A kívánt tisztaság jele a víz ellenállásának 15-20 millió ohm cm-re való növekedése.

A GeCl4 hidrolízise víz hatására megy végbe:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Látható, hogy előttünk van a germánium-tetraklorid előállítási reakciójának "visszafelé írt" egyenlete.

Ezután következik a GeO2 redukciója tisztított hidrogénnel:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Ennek eredményeként por alakú germániumot kapunk, amelyet ötvözünk, majd zóna olvasztási módszerrel tisztítunk. Ez a módszer A tisztítást még 1952-ben fejlesztették ki kifejezetten a germánium tisztítására.

A germánium bizonyos típusú vezetőképességének biztosításához szükséges szennyeződéseket a gyártás utolsó szakaszaiban, nevezetesen a zónaolvadáskor, valamint az egykristály növekedése során vezetik be.

Alkalmazás

A germánium egy félvezető anyag, amelyet az elektronikában és a technológiában használnak mikroáramkörök és tranzisztorok gyártásában. A legvékonyabb germániumfilmeket üvegre hordják fel, és radarberendezésekben használják ellenállásként. A germánium és a különböző fémek ötvözeteit detektorok és érzékelők gyártásához használják. A germánium-dioxidot széles körben használják olyan üvegek gyártásában, amelyek infravörös sugárzást továbbítanak.

A germánium-tellurid nagyon régóta stabil termoelektromos anyagként, valamint termoelektromos ötvözetek alkotóelemeként szolgál (termo-mean emf 50 μV/K) Az ultranagy tisztaságú germánium kivételesen stratégiai szerepet tölt be a gyártásban. prizmák és lencsék infravörös optikához. A germánium legnagyobb fogyasztója éppen az infravörös optika, amelyet számítástechnikában, rakétairányító és -irányító rendszerekben, éjjellátó eszközökben, térképezésben és a földfelszín műholdakról történő tanulmányozásában használnak. A germániumot széles körben használják száloptikai rendszerekben (germánium-tetrafluorid hozzáadása üvegszálakhoz), valamint félvezető diódákban.

A germánium, mint klasszikus félvezető a folyékony hidrogén, de nem a folyékony hélium hőmérsékletén működő szupravezető anyagok létrehozásának problémája megoldásának kulcsává vált. Mint ismeretes, a hidrogén gáz halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerül, ha a hőmérséklet eléri a -252,6°C-ot vagy a 20,5°K-ot. Az 1970-es években germánium és nióbium filmet fejlesztettek ki, amelynek vastagsága mindössze néhány ezer atom volt. Ez a film képes fenntartani a szupravezetést még 23,2°K és az alatti hőmérsékleten is.

Az indiumot a HES lemezbe olvasztva, így egy úgynevezett lyukvezető képességű tartományt hozunk létre, egy egyenirányító berendezést kapunk, pl. dióda. A diódának megvan az a tulajdonsága, hogy az elektromos áramot egy irányba vezeti át: az elektronterületet a lyukvezetésű tartományból. Miután az indium a HES lemez mindkét oldalán megolvad, ez a lemez lesz a tranzisztor alapja. A világon először még 1948-ban készítettek germánium tranzisztort, és mindössze húsz év elteltével több százmillió ilyen készüléket gyártottak.

A germánium alapú diódákat és a triódákat széles körben alkalmazzák televíziókban és rádiókban, a legkülönfélébb mérőberendezésekben és számolóeszközökben.

A germániumot a modern technika más, különösen fontos területein is használják: alacsony hőmérséklet mérésében, infravörös sugárzás észlelésében stb.

A seprű használatához ezeken a területeken nagyon magas kémiai és fizikai tisztaságú germánium szükséges. A kémiai tisztaság olyan tisztaság, amelynél a káros szennyeződések mennyisége nem haladhatja meg az egytízmillió százalékot (10-7%). A fizikai tisztaság minimális diszlokációt, minimális zavart jelent egy anyag kristályszerkezetében. Ennek eléréséhez speciálisan egykristály germániumot termesztenek. Ebben az esetben a teljes fémrúd csak egy kristály.

Ehhez egy germánium kristályt helyeznek az olvadt germánium felületére - egy „mag”, amely egy automata eszközzel fokozatosan emelkedik, miközben az olvadáspont kissé meghaladja a germánium olvadáspontját (937 ° C). A "mag" úgy forog, hogy az egykristály, ahogy mondani szokás, minden oldalról egyenletesen "benőtte a húst". Megjegyzendő, hogy az ilyen növekedés során ugyanaz történik, mint a zónaolvadás folyamatában, pl. gyakorlatilag csak a germánium jut át ​​a szilárd fázisba, és minden szennyeződés az olvadékban marad.

Fizikai tulajdonságok

Valószínűleg a cikk olvasói közül keveseknek kellett vizuálisan látniuk a vanádiumot. Maga az elem meglehetősen szűkös és drága, fogyasztási cikkeket nem készítenek belőle, az elektromos készülékekben előforduló germániumuk töltete pedig olyan kicsi, hogy nem lehet látni a fémet.

Egyes referenciakönyvek szerint a germánium ezüst színű. De ez nem mondható el, mert a germánium színe közvetlenül függ a fém felületének feldolgozásának módjától. Néha szinte feketének tűnhet, máskor acélos színű, néha ezüstös is lehet.

A germánium olyan ritka fém, hogy a tuskó ára összehasonlítható az arany árával. A germániumot fokozott ridegség jellemzi, amely csak az üveghez hasonlítható. Külsőleg a germánium nagyon közel áll a szilíciumhoz. Ez a két elem versenytársa a legfontosabb félvezető és az analógok címének. Bár az elem egyes műszaki tulajdonságai nagyrészt hasonlóak, az anyagok megjelenését tekintve nagyon könnyű megkülönböztetni a germániumot a szilíciumtól, a germánium több mint kétszer nehezebb. A szilícium sűrűsége 2,33 g/cm3, a germániumé pedig 5,33 g/cm3.

De nem lehet egyértelműen beszélni a germánium sűrűségéről, mert. az 5,33 g/cm3 érték a germánium-1-re vonatkozik. Ez az egyik legfontosabb és leggyakoribb módosítás a 32. elem öt allotróp módosítása közül. Ezek közül négy kristályos, egy pedig amorf. A germánium-1 a legkönnyebb a négy kristálymódosulat közül. Kristályai pontosan ugyanúgy épülnek fel, mint a gyémántkristályok, a = 0,533 nm. Ha azonban ez a szerkezet a szén számára maximálisan sűrű, akkor a germániumnak is vannak sűrűbb módosulatai. Mérsékelt hő és nagy nyomás (körülbelül 30 ezer atmoszféra 100 ° C-on) a germánium-1-et germánium-2-vé alakítja, amelynek kristályrácsszerkezete pontosan megegyezik a fehér ónéval. Ugyanezzel a módszerrel állítjuk elő a germánium-3-at és a germánium-4-et is, amelyek még sűrűbbek. Mindezek a „nem egészen hétköznapi” módosítások nemcsak sűrűségükben, hanem elektromos vezetőképességükben is felülmúlják a germánium-1-et.

A folyékony germánium sűrűsége 5,557 g/cm3 (1000°C-on), a fém olvadáspontja 937,5°C; a forráspont körülbelül 2700 °C; a hővezetési együttható értéke körülbelül 60 W / (m (K), vagy 0,14 cal / (cm (sec (deg))) 25 ° C-os hőmérsékleten. Normál hőmérsékleten még a tiszta germánium is törékeny, de amikor eléri az 550 °C-ot, elkezd lemerülni. Ásványtani skálán a germánium keménysége 6-6,5, az összenyomhatósági együttható értéke (0-120 H / m 2 nyomástartományban vagy 0-12000 kgf / mm 2) 1,4 10-7 m 2 /mn (vagy 1,4 10-6 cm 2 /kgf), a felületi feszültség 0,6 n/m (vagy 600 dyn/cm).

A germánium egy tipikus félvezető, amelynek sávszélessége 1,104·10-19 vagy 0,69 eV (25 °C-on); nagy tisztaságú germániumnak sajátos elektromos ellenállás 0,60 ohm (m (60 ohm (cm)) (25 °C); az elektronmobilitási index 3900, a lyuk mobilitása pedig 1900 cm 2/in. sec (25 °C-on és 8% szennyeződés tartalommal) Mert infravörös sugarak, amelynek hullámhossza 2 mikronnál nagyobb, a fém átlátszó.

A germánium meglehetősen törékeny, 550 °C alatti nyomással nem melegen vagy hidegen megmunkálható, de ha a hőmérséklet emelkedik, a fém képlékeny lesz. A fém keménysége ásványtani skálán 6,0-6,5 (a germániumot fém- vagy gyémántkoronggal és csiszolóanyaggal lemezekre fűrészeljük).

Kémiai tulajdonságok

Germánium, bent van kémiai vegyületekáltalában második és negyedik vegyértéket mutat, de a négyértékű germániumvegyületek stabilabbak. A germánium szobahőmérsékleten ellenáll a víz, a levegő, valamint a lúgos oldatok és a híg kén- vagy sósavkoncentrátumok hatásának, de az elem meglehetősen könnyen oldódik vízben vagy hidrogén-peroxid lúgos oldatában. Az elem a salétromsav hatására lassan oxidálódik. Amikor a levegőben eléri az 500-700 °C hőmérsékletet, a germánium elkezd oxidálódni GeO 2 és GeO oxidokká. A (IV) germánium-oxid fehér por, olvadáspontja 1116 °C, vízben való oldhatósága 4,3 g/l (20 °C-on). Kémiai tulajdonságai szerint az anyag amfoter, lúgban oldódik, ásványi savban nehezen oldódik. A hidrolízis során felszabaduló hidratált GeO 3 nH 2 O csapadék behatolásával nyerik. A germániumsav-származékok, például a fémgermanátok (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 stb.) olyan szilárd anyagok, amelyek magas hőmérsékletek olvadás, GeO 2 és más oxidok olvasztásával nyerhető.

A germánium és a halogének kölcsönhatása eredményeként a megfelelő tetrahalogenidek keletkezhetnek. A reakciót legegyszerűbb klórral és fluorral (szobahőmérsékleten is), majd jóddal (700-800 °C hőmérséklet, CO jelenléte) és brómmal (alacsony melegítéssel) végrehajtani. Az egyik legfontosabb germániumvegyület a tetraklorid (GeCl 4 képlet). Színtelen folyadék, olvadáspontja 49,5 °C, forráspontja 83,1 °C, sűrűsége 1,84 g/cm3 (20 °C-on). Az anyag víz hatására erősen hidrolizál, oxidált oxid (IV) csapadék szabadul fel. A tetrakloridot fémgermánium klórozásával vagy GeO 2 -oxid és tömény sósav kölcsönhatásával nyerik. Ismeretesek a GeX 2 általános képletű germánium-dihalogenidek, a hexaklór-digermán Ge 2 Cl 6, a GeCl-monoklorid, valamint a germánium-oxi-kloridok (például CeOCl 2).

Amikor eléri a 900-1000 ° C-ot, a kén erőteljesen kölcsönhatásba lép a germániummal, és GeS 2 diszulfidot képez. Fehér szilárd anyag, olvadáspontja 825 °C. GeS-monoszulfid és hasonló germánium-vegyületek képződése tellúrral és szelénnel, amelyek félvezetők, szintén lehetségesek. 1000–1100 °C hőmérsékleten a hidrogén enyhén reagál a germániummal, és germinum (GeH) X keletkezik, amely instabil és erősen illékony vegyület. A Ge n H 2n + 2 - Ge 9 H 20 sorozatú germán hidrogének germanidok híg sósavval való reagáltatásával állíthatók elő. A germilén GeH 2 összetétellel is ismert. A germánium nem reagál közvetlenül a nitrogénnel, de van Ge 3 N 4 nitrid, amelyet ammónia germániumon történő hatására (700-800 ° C) nyernek. A germánium nem lép kölcsönhatásba a szénnel. Sok fémmel a germánium különféle vegyületeket - germanidokat - képez.

A germániumnak számos összetett vegyülete ismert, amelyek egyre fontosabbá válnak analitikai kémia elem germánium, valamint a kémiai elem megszerzésének folyamataiban. A germánium képes komplex vegyületeket képezni hidroxil-tartalmú szerves molekulák(többértékű alkoholok, többbázisú savak és mások). Vannak germánium heteropoli savak is. A többi IV. csoportba tartozó elemhez hasonlóan a germánium is jellegzetesen fémorganikus vegyületeket képez. Ilyen például a tetraetil-germán (C 2 H 5) 4 Ge 3 .