Το γερμάνιο βρίσκεται στη φύση. Χαρακτηριστικά του χημικού στοιχείου γερμάνιο

Το χημικό στοιχείο γερμάνιο βρίσκεται στην τέταρτη ομάδα (κύρια υποομάδα) στον περιοδικό πίνακα στοιχείων. Ανήκει στην οικογένεια των μετάλλων και έχει σχετική ατομική μάζα 73. Κατά μάζα, η περιεκτικότητα σε γερμάνιο στον φλοιό της γης υπολογίζεται σε 0,00007 τοις εκατό κατά μάζα.

Ιστορία της ανακάλυψης

Το χημικό στοιχείο γερμάνιο δημιουργήθηκε χάρη στις προβλέψεις του Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ. Ήταν αυτοί που προέβλεψαν την ύπαρξη του eca-silicon και έδωσαν συστάσεις για την αναζήτησή του.

Πίστευα ότι αυτό το μεταλλικό στοιχείο βρίσκεται στα μεταλλεύματα τιτανίου και ζιρκονίου. Ο Mendeleev προσπάθησε να βρει αυτό το χημικό στοιχείο μόνος του, αλλά οι προσπάθειές του ήταν ανεπιτυχείς. Μόλις δεκαπέντε χρόνια αργότερα, ένα ορυκτό που ονομάζεται αργυροδίτης βρέθηκε σε ένα ορυχείο που βρίσκεται στο Himmelfürst. Αυτή η ένωση οφείλει το όνομά της στο ασήμι που βρίσκεται σε αυτό το ορυκτό.

Το χημικό στοιχείο γερμάνιο στη σύνθεση ανακαλύφθηκε μόνο αφού μια ομάδα χημικών από την Ακαδημία Μεταλλείων Freiberg ξεκίνησε την έρευνα. Υπό την ηγεσία του K. Winkler, διαπίστωσαν ότι το μερίδιο των οξειδίων του ψευδαργύρου, του σιδήρου, καθώς και του θείου και του υδραργύρου αντιπροσώπευε μόνο το 93 τοις εκατό του ορυκτού. Ο Winkler πρότεινε ότι το υπόλοιπο επτά τοις εκατό προήλθε από ένα χημικό στοιχείο άγνωστο εκείνη την εποχή. Μετά από περαιτέρω χημικά πειράματα, ανακαλύφθηκε γερμάνιο. Ο χημικός ανέφερε την ανακάλυψή του σε μια έκθεση και παρουσίασε τις πληροφορίες που ελήφθησαν σχετικά με τις ιδιότητες του νέου στοιχείου στη Γερμανική Χημική Εταιρεία.

Το χημικό στοιχείο γερμάνιο παρουσιάστηκε από τον Winkler ως αμέταλλο, κατ' αναλογία με το αντιμόνιο και το αρσενικό. Ο χημικός ήθελε να το ονομάσει Neptunium, αλλά αυτό το όνομα ήταν ήδη σε χρήση. Μετά άρχισαν να το λένε γερμάνιο. Το χημικό στοιχείο που ανακάλυψε ο Winkler πυροδότησε σοβαρές συζητήσεις μεταξύ των κορυφαίων χημικών της εποχής. Ο Γερμανός επιστήμονας Ρίχτερ πρότεινε ότι πρόκειται για το ίδιο εκασίλιο για το οποίο μίλησε ο Μεντελέγιεφ. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, αυτή η υπόθεση επιβεβαιώθηκε, γεγονός που απέδειξε τη βιωσιμότητα του περιοδικού νόμου που δημιούργησε ο μεγάλος Ρώσος χημικός.

Φυσικές ιδιότητες

Πώς μπορεί να χαρακτηριστεί το γερμάνιο; Το χημικό στοιχείο έχει ατομικό αριθμό 32 στο Mendeleev. Αυτό το μέταλλο λιώνει στους 937,4 °C. Το σημείο βρασμού αυτής της ουσίας είναι 2700 °C.

Το γερμάνιο είναι ένα στοιχείο που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Ιαπωνία για ιατρικούς σκοπούς. Μετά από πολυάριθμες μελέτες των οργανογερμανικών ενώσεων που πραγματοποιήθηκαν σε ζώα, καθώς και σε μελέτες σε ανθρώπους, κατέστη δυνατό να ανακαλυφθούν οι θετικές επιδράσεις τέτοιων μεταλλευμάτων στους ζωντανούς οργανισμούς. Το 1967, ο Δρ K. Asai ανακάλυψε το γεγονός ότι το οργανικό γερμάνιο έχει ένα τεράστιο φάσμα βιολογικών επιδράσεων.

Βιολογική δραστηριότητα

Ποιο είναι το χαρακτηριστικό του χημικού στοιχείου γερμάνιο; Είναι ικανό να μεταφέρει οξυγόνο σε όλους τους ιστούς ενός ζωντανού οργανισμού. Μόλις εισέλθει στο αίμα, συμπεριφέρεται με παρόμοιο τρόπο με την αιμοσφαιρίνη. Το Germanium εγγυάται την πλήρη λειτουργία όλων των συστημάτων του ανθρώπινου σώματος.

Αυτό το μέταλλο είναι που διεγείρει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων του ανοσοποιητικού. Με τη μορφή οργανικών ενώσεων, επιτρέπει τον σχηματισμό ιντερφερονών γάμμα, οι οποίες καταστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των μικροβίων.

Το γερμάνιο εμποδίζει το σχηματισμό κακοήθων όγκων και εμποδίζει την ανάπτυξη μεταστάσεων. Οι οργανικές ενώσεις αυτού του χημικού στοιχείου συμβάλλουν στην παραγωγή ιντερφερόνης, ενός προστατευτικού μορίου πρωτεΐνης που παράγεται από τον οργανισμό ως προστατευτική αντίδραση στην εμφάνιση ξένων σωμάτων.

Τομείς χρήσης

Οι αντιμυκητιακές, αντιβακτηριακές και αντιικές ιδιότητες του γερμανίου έχουν γίνει η βάση για τους τομείς εφαρμογής του. Στη Γερμανία, το στοιχείο αυτό ελήφθη κυρίως ως υποπροϊόν της επεξεργασίας μη σιδηρούχων μεταλλευμάτων. Το συμπύκνωμα γερμανίου απομονώθηκε με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με τη σύνθεση της πρώτης ύλης. Η σύνθεσή του δεν περιείχε περισσότερο από 10 τοις εκατό μέταλλο.

Πώς ακριβώς χρησιμοποιείται το γερμάνιο στη σύγχρονη τεχνολογία ημιαγωγών; Τα χαρακτηριστικά του στοιχείου που αναφέρθηκαν προηγουμένως επιβεβαιώνουν τη δυνατότητα χρήσης του για την παραγωγή τριοδίων, διόδων, ανορθωτών ισχύος και ανιχνευτών κρυστάλλων. Το γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης στη δημιουργία δοσομετρικών οργάνων, συσκευών που είναι απαραίτητες για τη μέτρηση της ισχύος σταθερών και εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων.

Ένας σημαντικός τομέας εφαρμογής αυτού του μετάλλου είναι η κατασκευή ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Ελπιδοφόρα είναι η χρήση όχι μόνο του ίδιου του γερμανίου, αλλά και ορισμένων από τις ενώσεις του.

Χημικές ιδιότητες

Το γερμάνιο σε θερμοκρασία δωματίου είναι αρκετά ανθεκτικό στην υγρασία και το ατμοσφαιρικό οξυγόνο.

Στη σειρά - γερμάνιο - κασσίτερο) παρατηρείται αύξηση της αναγωγικής ικανότητας.

Το γερμάνιο είναι ανθεκτικό σε διαλύματα υδροχλωρικού και θειικού οξέος, δεν αλληλεπιδρά με αλκαλικά διαλύματα. Επιπλέον, αυτό το μέταλλο διαλύεται αρκετά γρήγορα σε aqua regia (επτά νιτρικά και υδροχλωρικά οξέα), καθώς και σε αλκαλικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου.

Πώς να χαρακτηρίσετε πλήρως ένα χημικό στοιχείο; Το γερμάνιο και τα κράματά του πρέπει να αναλύονται όχι μόνο για φυσικές και χημικές ιδιότητες, αλλά και για τομείς εφαρμογής. Η διαδικασία της οξείδωσης του γερμανίου με νιτρικό οξύ προχωρά αρκετά αργά.

Όντας στη φύση

Ας προσπαθήσουμε να χαρακτηρίσουμε το χημικό στοιχείο. Το γερμάνιο βρίσκεται στη φύση μόνο με τη μορφή ενώσεων. Από τα πιο κοινά ορυκτά που περιέχουν γερμάνιο στη φύση, ξεχωρίζουμε τον γερμανίτη και τον αργυροδίτη. Επιπλέον, το γερμάνιο υπάρχει σε θειούχα ψευδάργυρο και πυριτικά άλατα και σε μικρές ποσότητες βρίσκεται σε διάφορους τύπους άνθρακα.

Βλάβη για την υγεία

Τι επίδραση έχει το γερμάνιο στον οργανισμό; Ένα χημικό στοιχείο του οποίου ο ηλεκτρονικός τύπος είναι 1e. 8 e; 18η; 7 ε, μπορεί να έχει αρνητική επίδραση στο ανθρώπινο σώμα. Για παράδειγμα, κατά τη φόρτωση συμπυκνώματος γερμανίου, την άλεση, καθώς και τη φόρτωση του διοξειδίου αυτού του μετάλλου, μπορεί να εμφανιστούν επαγγελματικές ασθένειες. Άλλες πηγές επιβλαβείς για την υγεία περιλαμβάνουν τη διαδικασία τήξης της σκόνης γερμανίου σε ράβδους και την παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα.

Το προσροφημένο γερμάνιο μπορεί να αποβληθεί γρήγορα από το σώμα, κυρίως μέσω των ούρων. Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το πόσο τοξικές είναι οι ανόργανες ενώσεις γερμανίου.

Το τετραχλωριούχο γερμάνιο έχει ερεθιστική δράση στο δέρμα. Σε κλινικές δοκιμές, καθώς και με μακροχρόνια από του στόματος χορήγηση αθροιστικών ποσοτήτων που έφτασαν τα 16 γραμμάρια σπειρογερμανίου (οργανικό αντικαρκινικό φάρμακο), καθώς και άλλων ενώσεων γερμανίου, ανακαλύφθηκε νεφροτοξική και νευροτοξική δράση αυτού του μετάλλου.

Τέτοιες δόσεις γενικά δεν είναι τυπικές για βιομηχανικές επιχειρήσεις. Αυτά τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε ζώα είχαν ως στόχο τη μελέτη της επίδρασης του γερμανίου και των ενώσεων του σε έναν ζωντανό οργανισμό. Ως αποτέλεσμα, κατέστη δυνατό να διαπιστωθεί επιδείνωση της υγείας λόγω εισπνοής σημαντικής ποσότητας σκόνης μετάλλου γερμανίου, καθώς και του διοξειδίου του.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν σοβαρές μορφολογικές αλλαγές στους πνεύμονες των ζώων που είναι παρόμοιες με τις διαδικασίες πολλαπλασιασμού. Για παράδειγμα, ανιχνεύθηκε σημαντική πάχυνση των κυψελιδικών τομών, καθώς και υπερπλασία των λεμφικών αγγείων γύρω από τους βρόγχους και πάχυνση των αιμοφόρων αγγείων.

Το διοξείδιο του γερμανίου δεν είναι ερεθιστικό για το δέρμα, αλλά η άμεση επαφή αυτής της ένωσης με τη μεμβράνη του ματιού οδηγεί στο σχηματισμό γερμανικού οξέος, το οποίο είναι σοβαρό ερεθιστικό για τα μάτια. Με παρατεταμένες ενδοπεριτοναϊκές ενέσεις, ανιχνεύθηκαν σοβαρές αλλαγές στο περιφερικό αίμα.

Σημαντικά γεγονότα

Οι πιο επιβλαβείς ενώσεις του γερμανίου είναι το χλωριούχο γερμάνιο και το υδρίδιο. Η τελευταία ουσία προκαλεί σοβαρή δηλητηρίαση. Ως αποτέλεσμα της μορφολογικής εξέτασης των οργάνων των ζώων που πέθαναν κατά την οξεία φάση, παρουσιάστηκαν σημαντικές διαταραχές στο κυκλοφορικό σύστημα, καθώς και κυτταρικές τροποποιήσεις στα παρεγχυματικά όργανα. Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το υδρίδιο είναι ένα δηλητήριο πολλαπλών χρήσεων που επηρεάζει το νευρικό σύστημα και αναστέλλει το περιφερικό κυκλοφορικό σύστημα.

Τετραχλωριούχο γερμάνιο

Είναι ισχυρό ερεθιστικό για το αναπνευστικό σύστημα, τα μάτια και το δέρμα. Σε συγκέντρωση 13 mg/m3, είναι ικανό να καταστέλλει την πνευμονική απόκριση σε κυτταρικό επίπεδο. Καθώς η συγκέντρωση αυτής της ουσίας αυξάνεται, παρατηρείται σοβαρός ερεθισμός της ανώτερης αναπνευστικής οδού και σημαντικές αλλαγές στο ρυθμό και τη συχνότητα της αναπνοής.

Η δηλητηρίαση με αυτή την ουσία οδηγεί σε καταρροϊκή-αποκαθαριστική βρογχίτιδα και διάμεση πνευμονία.

Παραλαβή

Δεδομένου ότι στη φύση το γερμάνιο υπάρχει ως πρόσμειξη σε μεταλλεύματα νικελίου, πολυμεταλλικών και βολφραμίου, πολλές διαδικασίες έντασης εργασίας που σχετίζονται με τον εμπλουτισμό μεταλλεύματος πραγματοποιούνται στη βιομηχανία για την απομόνωση καθαρού μετάλλου. Το οξείδιο του γερμανίου αρχικά απομονώνεται από αυτό και στη συνέχεια ανάγεται με υδρογόνο σε υψηλή θερμοκρασία για να ληφθεί ένα απλό μέταλλο:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Ηλεκτρονικές ιδιότητες και ισότοπα

Το γερμάνιο θεωρείται ένας τυπικός ημιαγωγός έμμεσου διακένου. Η τιμή της διηλεκτρικής του στατιστικής σταθεράς είναι 16 και η τιμή της συγγένειας ηλεκτρονίων είναι 4 eV.

Σε ένα λεπτό φιλμ εμποτισμένου γαλλίου, το γερμάνιο μπορεί να αποκτήσει υπεραγώγιμη κατάσταση.

Υπάρχουν πέντε ισότοπα αυτού του μετάλλου που υπάρχουν στη φύση. Από αυτά, τα τέσσερα είναι σταθερά και το πέμπτο υφίσταται διπλή αποσύνθεση βήτα, ο χρόνος ημιζωής είναι 1,58 × 10 21 χρόνια.

συμπέρασμα

Επί του παρόντος, οι οργανικές ενώσεις αυτού του μετάλλου χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες. Η διαφάνεια στην υπέρυθρη φασματική περιοχή του μεταλλικού γερμανίου εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας είναι σημαντική για την κατασκευή οπτικών στοιχείων υπέρυθρης οπτικής: πρίσματα, φακοί, οπτικά παράθυρα σύγχρονων αισθητήρων. Ο πιο κοινός τομέας χρήσης του γερμανίου είναι η δημιουργία οπτικών για κάμερες θερμικής απεικόνισης, οι οποίες λειτουργούν στο εύρος μήκους κύματος από 8 έως 14 μικρά.

Παρόμοιες συσκευές χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικό εξοπλισμό για συστήματα καθοδήγησης υπερύθρων, νυχτερινή όραση, παθητική θερμική απεικόνιση και συστήματα πυροπροστασίας. Το γερμάνιο έχει επίσης υψηλό δείκτη διάθλασης, ο οποίος είναι απαραίτητος για την αντιανακλαστική επίστρωση.

Στη ραδιομηχανική, τα τρανζίστορ με βάση το γερμάνιο έχουν χαρακτηριστικά που από πολλές απόψεις υπερβαίνουν εκείνα των στοιχείων πυριτίου. Τα αντίστροφα ρεύματα των στοιχείων γερμανίου είναι σημαντικά υψηλότερα από αυτά των αντίστοιχων πυριτίου, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική αύξηση της απόδοσης τέτοιων ραδιοφωνικών συσκευών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το γερμάνιο δεν είναι τόσο κοινό στη φύση όσο το πυρίτιο, τα στοιχεία ημιαγωγών πυριτίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε συσκευές ραδιοφώνου.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Γερμάνιο- τριάντα δεύτερο στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα. Ονομασία - Ge από το λατινικό "germanium". Βρίσκεται στην τέταρτη περίοδο, ο όμιλος IVA. Αναφέρεται σε ημιμέταλλα. Το πυρηνικό φορτίο είναι 32.

Στη συμπαγή του κατάσταση, το γερμάνιο έχει ασημί χρώμα (Εικ. 1) και μοιάζει στην εμφάνιση με το μέταλλο. Σε θερμοκρασία δωματίου είναι ανθεκτικό στον αέρα, το οξυγόνο, το νερό, το υδροχλωρικό και αραιά θειικά οξέα.

Ρύζι. 1. Γερμάνιο. Εμφάνιση.

Ατομική και μοριακή μάζα γερμανίου

ΟΡΙΣΜΟΣ

Σχετική μοριακή μάζα της ουσίας (Mr)είναι ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός δεδομένου μορίου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα, και σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου (A r)— πόσες φορές η μέση μάζα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.

Δεδομένου ότι το γερμάνιο υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση με τη μορφή μονοατομικών μορίων Ge, οι τιμές της ατομικής και μοριακής του μάζας συμπίπτουν. Είναι ίσα με 72.630.

Ισότοπα γερμανίου

Είναι γνωστό ότι στη φύση το γερμάνιο μπορεί να βρεθεί με τη μορφή πέντε σταθερών ισοτόπων 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) και 76 Ge (7,67%) ). Οι μάζες τους είναι 70, 72, 73, 74 και 76, αντίστοιχα. Ο πυρήνας ενός ατόμου του ισοτόπου γερμανίου 70 Ge περιέχει τριάντα δύο πρωτόνια και τριάντα οκτώ νετρόνια διαφέρουν από αυτόν μόνο ως προς τον αριθμό των νετρονίων.

Υπάρχουν τεχνητά ασταθή ραδιενεργά ισότοπα γερμανίου με μαζικούς αριθμούς από 58 έως 86, μεταξύ των οποίων το μακροβιότερο ισότοπο 68 Ge με χρόνο ημιζωής 270,95 ημέρες.

Ιόντα γερμανίου

Το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας του ατόμου του γερμανίου έχει τέσσερα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι ηλεκτρόνια σθένους:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .

Ως αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης, το γερμάνιο εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια του σθένους, δηλ. είναι ο δότης τους και μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν:

Ge 0 -2e → Ge 2+ ;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Μόριο και άτομο γερμανίου

Στην ελεύθερη κατάσταση, το γερμάνιο υπάρχει με τη μορφή μονατομικών μορίων Ge. Ακολουθούν ορισμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν το άτομο και το μόριο του γερμανίου:

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

GERMANIUM, Ge (από το λατινικό Germania - Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), είναι χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού συστήματος του Mendeleev, ατομικός αριθμός 32, ατομική μάζα 72,59. Το φυσικό γερμάνιο αποτελείται από 4 σταθερά ισότοπα 70 Ge (20,55%), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) και ένα ραδιενεργό 76 Ge (7, 67%) με χρόνο ημιζωής του 2,10 6 χρόνια. Ανακαλύφθηκε το 1886 από τον Γερμανό χημικό K. Winkler στο ορυκτό αργυρόδιτη. προβλέφθηκε το 1871 από τον D. N. Mendeleev (εξασιρίτιο).

Γερμάνιο στη φύση

Το γερμάνιο ανήκει. Η αφθονία του γερμανίου είναι (1-2).10 -4%. Βρίσκεται ως πρόσμειξη σε ορυκτά πυριτίου, και σε μικρότερο βαθμό σε ορυκτά και. Τα ορυκτά του γερμανίου είναι πολύ σπάνια: σουλφοάλατα - αργυροδίτης, γερμανίτης, ρενερίτης και μερικά άλλα. Διπλό ενυδατωμένο οξείδιο γερμανίου και σιδήρου - σκοτίτη. θειικά άλατα - ιτοΐτη, φλεισερίτη και μερικά άλλα Δεν έχουν πρακτικά καμία βιομηχανική σημασία. Το γερμάνιο συσσωρεύεται σε υδροθερμικές και ιζηματογενείς διεργασίες, όπου πραγματοποιείται η δυνατότητα διαχωρισμού του από το πυρίτιο. Βρίσκεται σε αυξημένες ποσότητες (0,001-0,1%) σε, και. Οι πηγές γερμανίου περιλαμβάνουν πολυμεταλλικά μεταλλεύματα, απολιθωμένα κάρβουνα και ορισμένους τύπους ηφαιστειακών-ιζηματογενών κοιτασμάτων. Η κύρια ποσότητα γερμανίου λαμβάνεται ως υποπροϊόν από νερά πίσσας κατά την οπτανθρακοποίηση των κάρβουνων, από την τέφρα των θερμικών ανθράκων, του φαλερίτη και του μαγνητίτη. Το γερμάνιο εκχυλίζεται με οξύ, εξάχνωση σε αναγωγικό περιβάλλον, σύντηξη με καυστική σόδα κ.λπ. Τα συμπυκνώματα γερμανίου υποβάλλονται σε επεξεργασία με υδροχλωρικό οξύ όταν θερμαίνονται, το συμπύκνωμα καθαρίζεται και υφίσταται υδρολυτική αποσύνθεση για να σχηματίσει διοξείδιο. Το τελευταίο ανάγεται με υδρογόνο σε μεταλλικό γερμάνιο, το οποίο καθαρίζεται με μεθόδους κλασματικής και κατευθυντικής κρυστάλλωσης και τήξης ζώνης.

Εφαρμογή γερμανίου

Το γερμάνιο χρησιμοποιείται στη ραδιοηλεκτρονική και στην ηλεκτρική μηχανική ως υλικό ημιαγωγών για την κατασκευή διόδων και τρανζίστορ. Φακοί για οπτικά υπερύθρων, φωτοδίοδοι, φωτοαντιστάσεις, δοσίμετρα πυρηνικής ακτινοβολίας, αναλυτές φασματοσκοπίας ακτίνων Χ, μετατροπείς ενέργειας ραδιενεργής διάσπασης σε ηλεκτρική ενέργεια κ.λπ. κατασκευάζονται από γερμάνιο. Κράματα γερμανίου με ορισμένα μέταλλα, που χαρακτηρίζονται από αυξημένη αντοχή σε όξινα επιθετικά περιβάλλοντα, χρησιμοποιούνται στην κατασκευή οργάνων, τη μηχανολογία και τη μεταλλουργία. Ορισμένα κράματα γερμανίου με άλλα χημικά στοιχεία είναι υπεραγωγοί.

Γερμάνιο(Λατινικό Germanium), Ge, χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού συστήματος του Mendeleev; αύξων αριθμός 32, ατομική μάζα 72,59; γκρι-λευκό συμπαγές με μεταλλική γυαλάδα. Το φυσικό γερμάνιο είναι ένα μείγμα πέντε σταθερών ισοτόπων με αριθμούς μάζας 70, 72, 73, 74 και 76. Η ύπαρξη και οι ιδιότητες του Γερμανίου προβλέφθηκαν το 1871 από τον D.I Mendeleev και ονόμασαν αυτό το άγνωστο στοιχείο εκα-πυρίτιο λόγω της ομοιότητάς του ιδιότητες με πυρίτιο. Το 1886, ο Γερμανός χημικός K. Winkler ανακάλυψε ένα νέο στοιχείο στο ορυκτό αργυροδίτη, το οποίο ονόμασε Germanium προς τιμήν της χώρας του. Το γερμάνιο αποδείχθηκε ότι ήταν πανομοιότυπο με το εκα-πυρίτιο. Μέχρι το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, η πρακτική εφαρμογή της Γερμανίας παρέμενε πολύ περιορισμένη. Η βιομηχανική παραγωγή στη Γερμανία προέκυψε σε σχέση με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ημιαγωγών.

Η συνολική περιεκτικότητα του γερμανίου στον φλοιό της γης είναι 7·10 -4% κατά μάζα, δηλαδή περισσότερο από, για παράδειγμα, αντιμόνιο, άργυρο, βισμούθιο. Ωστόσο, τα ορυκτά της ίδιας της Γερμανίας είναι εξαιρετικά σπάνια. Σχεδόν όλα είναι σουλφοάλατα: γερμανίτης Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, αργυροδίτης Ag 8 GeS 6, κονφιλιδίτης Ag 8 (Sn, Ge) S 6 και άλλοι. Το μεγαλύτερο μέρος της Γερμανίας είναι διάσπαρτο στον φλοιό της γης σε μεγάλο αριθμό πετρωμάτων και ορυκτών: σε θειούχα μεταλλεύματα μη σιδηρούχων μετάλλων, σε μεταλλεύματα σιδήρου, σε ορισμένα ορυκτά οξειδίων (χρωμίτη, μαγνητίτης, ρουτίλιο και άλλα), σε γρανίτες, διαβάσεις και βασάλτες. Επιπλέον, το γερμάνιο υπάρχει σχεδόν σε όλα τα πυριτικά άλατα, σε ορισμένα κοιτάσματα άνθρακα και πετρελαίου.

Φυσικές ιδιότητες Γερμανία.Το γερμάνιο κρυσταλλώνεται σε δομή κυβικού τύπου διαμαντιού, η παράμετρος μονάδας κυψέλης a = 5,6575 Å. Η πυκνότητα του στερεού γερμανίου είναι 5,327 g/cm 3 (25°C). υγρό 5.557 (1000°C); t pl 937,5°C; σημείο βρασμού περίπου 2700°C. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ~60 W/(m K), ή 0,14 cal/(cm sec deg) στους 25°C. Ακόμη και το πολύ καθαρό γερμάνιο είναι εύθραυστο σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, αλλά πάνω από 550°C είναι ευαίσθητο σε πλαστική παραμόρφωση. Σκληρότητα Γερμανία στην ορυκτολογική κλίμακα 6-6,5; συντελεστής συμπιεστότητας (στο εύρος πίεσης 0-120 H/m 2, ή 0-12000 kgf/mm 2) 1,4·10 -7 m 2 /mn (1,4·10 -6 cm 2 /kgf); επιφανειακή τάση 0,6 n/m (600 dynes/cm). Το γερμάνιο είναι ένας τυπικός ημιαγωγός με διάκενο ζώνης 1,104·10 -19 J ή 0,69 eV (25°C). ηλεκτρική ειδική αντίσταση Γερμανία υψηλής καθαρότητας 0,60 ohm m (60 ohm cm) στους 25°C; κινητικότητα ηλεκτρονίων 3900 και κινητικότητα οπής 1900 cm 2 /v sec (25°C) (με περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες μικρότερη από 10 -8%). Διαφανές σε υπέρυθρες ακτίνες με μήκος κύματος μεγαλύτερο από 2 μικρά.

Χημικές ιδιότητες Γερμανία.Στις χημικές ενώσεις, το γερμάνιο εμφανίζει συνήθως σθένη 2 και 4, με τις ενώσεις του 4-σθενούς γερμανίου να είναι πιο σταθερές. Σε θερμοκρασία δωματίου, το γερμάνιο είναι ανθεκτικό στον αέρα, το νερό, τα διαλύματα αλκαλίων και τα αραιά υδροχλωρικά και θειικά οξέα, αλλά διαλύεται εύκολα σε aqua regia και σε αλκαλικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου. Οξειδώνεται αργά από το νιτρικό οξύ. Όταν θερμαίνεται στον αέρα στους 500-700°C, το γερμάνιο οξειδώνεται στα οξείδια GeO και GeO 2. Γερμανία (IV) οξείδιο - λευκή σκόνη με σημείο τήξης 1116°C; διαλυτότητα στο νερό 4,3 g/l (20°C). Σύμφωνα με τις χημικές του ιδιότητες, είναι αμφοτερικό, διαλυτό στα αλκάλια και με δυσκολία σε ορυκτά οξέα. Λαμβάνεται με φρύξη του ένυδρου ιζήματος (GeO 3 ·nH 2 O) που απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση του τετραχλωριούχου GeCl 4. Με τη σύντηξη του GeO 2 με άλλα οξείδια, μπορούν να ληφθούν παράγωγα του γερμανικού οξέος - βλαστικά μεταλλικά άλατα (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 και άλλα) - στερεές ουσίες με υψηλά σημεία τήξης.

Όταν το γερμάνιο αντιδρά με αλογόνα, σχηματίζονται τα αντίστοιχα τετρααλογονίδια. Η αντίδραση προχωρά πιο εύκολα με φθόριο και χλώριο (ήδη σε θερμοκρασία δωματίου), μετά με βρώμιο (χαμηλή θέρμανση) και με ιώδιο (στους 700-800°C παρουσία CO). Μία από τις πιο σημαντικές ενώσεις Το τετραχλωρίδιο της Γερμανίας GeCl 4 είναι ένα άχρωμο υγρό. t pl -49,5°C; Σημείο βρασμού 83,1°C; πυκνότητα 1,84 g/cm3 (20°C). Υδρολύεται έντονα με νερό, απελευθερώνοντας ένα ίζημα ενυδατωμένου οξειδίου (IV). Λαμβάνεται με χλωρίωση μεταλλικού γερμανίου ή αντίδραση GeO 2 με πυκνό HCl. Επίσης γνωστά είναι τα διαλογονίδια γερμανίου του γενικού τύπου GeX 2, μονοχλωριούχο GeCl, εξαχλωροδιγερμάνιο Ge 2Cl 6 και οξυχλωριούχα γερμάνιο (για παράδειγμα, CeOCl 2).

Το θείο αντιδρά έντονα με το γερμάνιο στους 900-1000°C για να σχηματίσει το δισουλφίδιο GeS 2 - ένα λευκό στερεό, σημείο τήξης 825°C. Περιγράφονται επίσης το μονοσουλφίδιο GeS και παρόμοιες ενώσεις της Γερμανίας με σελήνιο και τελλούριο, που είναι ημιαγωγοί. Το υδρογόνο αντιδρά ελαφρώς με το γερμάνιο στους 1000-1100°C για να σχηματίσει το βλαστικό (GeH) X, μια ασταθή και εξαιρετικά πτητική ένωση. Με την αντίδραση γερμανιδίων με αραιό υδροχλωρικό οξύ, μπορούν να ληφθούν γερμανιδικά υδρογόνα της σειράς Ge n H 2n+2 έως Ge 9 H 20. Το γερμυλένιο της σύνθεσης GeH 2 είναι επίσης γνωστό. Το γερμάνιο δεν αντιδρά απευθείας με το άζωτο, αλλά υπάρχει ένα νιτρίδιο Ge 3 N 4, που λαμβάνεται από τη δράση της αμμωνίας στο γερμάνιο στους 700-800°C. Το γερμάνιο δεν αλληλεπιδρά με τον άνθρακα. Το γερμάνιο σχηματίζει ενώσεις με πολλά μέταλλα - γερμανίδες.

Είναι γνωστές πολυάριθμες πολύπλοκες ενώσεις του γερμανίου, οι οποίες γίνονται όλο και πιο σημαντικές τόσο στην αναλυτική χημεία του γερμανίου όσο και στις διαδικασίες παρασκευής του. Το γερμάνιο σχηματίζει σύνθετες ενώσεις με οργανικά μόρια που περιέχουν υδροξύλιο (πολυϋδρικές αλκοόλες, πολυβασικά οξέα και άλλα). Ελήφθησαν ετεροπολυοξέα Γερμανίας. Όπως και άλλα στοιχεία της ομάδας IV, το γερμάνιο χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό οργανομεταλλικών ενώσεων, ένα παράδειγμα των οποίων είναι το τετρααιθυλογερμάνιο (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Παραλαβή Γερμανία.Στη βιομηχανική πρακτική, το γερμάνιο λαμβάνεται κυρίως από υποπροϊόντα επεξεργασίας μεταλλευμάτων μη σιδηρούχων μετάλλων (μίγμα ψευδαργύρου, πολυμεταλλικά συμπυκνώματα ψευδαργύρου-χαλκού-μόλυβδου) που περιέχουν 0,001-0,1% γερμάνιο. Ως πρώτες ύλες χρησιμοποιούνται επίσης στάχτες από την καύση άνθρακα, σκόνη από γεννήτριες αερίου και απόβλητα από μονάδες οπτάνθρακα. Αρχικά, το συμπύκνωμα γερμανίου (2-10% Γερμανία) λαμβάνεται από τις αναγραφόμενες πηγές με διάφορους τρόπους, ανάλογα με τη σύσταση των πρώτων υλών. Η εκχύλιση της Γερμανίας από το συμπύκνωμα συνήθως περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: 1) χλωρίωση του συμπυκνώματος με υδροχλωρικό οξύ, ένα μείγμα αυτού με χλώριο σε υδατικό μέσο ή άλλους παράγοντες χλωρίωσης για τη λήψη τεχνικού GeCl 4 . Για τον καθαρισμό του GeCl 4, χρησιμοποιείται διόρθωση και εκχύλιση προσμίξεων με πυκνό HCl. 2) Υδρόλυση του GeCl 4 και πύρωση προϊόντων υδρόλυσης για τη λήψη GeO 2. 3) Αναγωγή του GeO 2 με υδρογόνο ή αμμωνία σε μέταλλο. Για να απομονωθεί πολύ καθαρό γερμάνιο, που χρησιμοποιείται σε συσκευές ημιαγωγών, πραγματοποιείται τήξη ζώνης του μετάλλου. Το μονοκρυσταλλικό γερμάνιο, που απαιτείται για τη βιομηχανία ημιαγωγών, λαμβάνεται συνήθως με τήξη ζώνης ή με τη μέθοδο Czochralski.

Αίτηση Γερμανία.Το γερμάνιο είναι ένα από τα πιο πολύτιμα υλικά στη σύγχρονη τεχνολογία ημιαγωγών. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή διόδων, τριόδων, ανιχνευτών κρυστάλλων και ανορθωτών ισχύος. Το μονοκρυσταλλικό γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης σε δοσιμετρικά όργανα και όργανα που μετρούν την ισχύ σταθερών και εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων. Ένας σημαντικός τομέας εφαρμογής στη Γερμανία είναι η υπέρυθρη τεχνολογία, ιδίως η παραγωγή ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας που λειτουργούν στην περιοχή των 8-14 microns. Πολλά κράματα που περιέχουν γερμάνιο, γυαλιά με βάση το GeO 2 και άλλες ενώσεις γερμανίου είναι πολλά υποσχόμενα για πρακτική χρήση.

Το 1870 ο D.I. Με βάση τον περιοδικό νόμο, ο Mendeleev προέβλεψε ένα στοιχείο της ομάδας IV που δεν είχε ακόμη ανακαλυφθεί, το ονόμασε eca-silicon και περιέγραψε τις κύριες ιδιότητές του. Το 1886, ο Γερμανός χημικός Clemens Winkler ανακάλυψε αυτό το χημικό στοιχείο κατά τη διάρκεια μιας χημικής ανάλυσης του ορυκτού αργυροδίτη. Αρχικά, ο Winkler ήθελε να ονομάσει το νέο στοιχείο "neptunium", αλλά αυτό το όνομα είχε ήδη δοθεί σε ένα από τα προτεινόμενα στοιχεία, έτσι το στοιχείο ονομάστηκε προς τιμήν της πατρίδας του επιστήμονα, τη Γερμανία.

Όντας στη φύση, λαμβάνοντας:

Το γερμάνιο βρίσκεται στα θειούχα μεταλλεύματα, το σιδηρομετάλλευμα και βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα πυριτικά άλατα. Τα κύρια ορυκτά που περιέχουν γερμάνιο είναι: αργυροδίτης Ag 8 GeS 6, κονφιλιδίτης Ag 8 (Sn,Ce)S 6, στοττίτης FeGe(OH) 6, γερμανίτης Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, ρενιερίτης Cu 3 ( Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Ως αποτέλεσμα πολύπλοκων και εντατικών εργασιών για εμπλουτισμό και συμπύκνωση μεταλλεύματος, το γερμάνιο απομονώνεται με τη μορφή οξειδίου GeO 2, το οποίο ανάγεται με υδρογόνο στους 600°C σε μια απλή ουσία.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
Το γερμάνιο καθαρίζεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο τήξης ζώνης, η οποία το καθιστά ένα από τα πιο καθαρά χημικά υλικά.

Φυσικές ιδιότητες:

Γκρι-λευκό στερεό με μεταλλική γυαλάδα (mp 938°C, bp 2830°C)

Χημικές ιδιότητες:

Υπό κανονικές συνθήκες, το γερμάνιο είναι ανθεκτικό στον αέρα και το νερό, τα αλκάλια και τα οξέα και διαλύεται σε aqua regia και σε αλκαλικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου. Καταστάσεις οξείδωσης του γερμανίου στις ενώσεις του: 2, 4.

Οι πιο σημαντικές συνδέσεις:

Οξείδιο του γερμανίου (II)., GeO, γκρι-μαύρο, ελαφρώς διαλυτό. b-in, όταν θερμαίνεται δυσανάλογα: 2GeO = Ge + GeO 2
Υδροξείδιο του γερμανίου (II). Ge(OH) 2, κόκκινο-πορτοκαλί. Χριστός.,
Ιωδιούχο γερμάνιο (II)., GeI 2, κίτρινο. κρ., σολ. σε νερό, υδρολ. αντίο.
Υδρίδιο γερμανίου(II)., GeH 2, tv. άσπρο πόρους, οξειδώνονται εύκολα. και φθορά.

Οξείδιο του γερμανίου (IV)., GeO 2 , λευκό κρύσταλλο, αμφοτερικό, που λαμβάνεται με υδρόλυση χλωριούχου, σουλφιδίου, υδριδίου γερμανίου ή με αντίδραση γερμανίου με νιτρικό οξύ.
Υδροξείδιο του γερμανίου (IV) (γερμανικό οξύ), H 2 GeO 3 , ασθενής. undef. διαξονική για παράδειγμα, άλατα βλάστησης, για παράδειγμα. γερμανικό νάτριο, Na 2 GeO 3 , λευκό κρύσταλλο, σολ. στο νερό; υγροσκοπικός. Υπάρχουν επίσης εξαϋδρογερμανικά Na 2 (ορθο-γερμανικά) και πολυγερμανικά
Θειικό γερμάνιο(IV)., Ge(SO 4) 2, άχρωμο. κρύσταλλοι, υδρολυμένοι με νερό σε GeO 2, που λαμβάνονται με θέρμανση χλωριούχου γερμανίου(IV) με θειικό ανυδρίτη στους 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Αλογονίδια γερμανίου(IV), φθόριο GeF 4 - τα καλύτερα. αέριο, αργό υδρολ., αντιδρά με HF, σχηματίζοντας Η 2 - υδροφθορικό οξύ: GeF 4 + 2HF = H 2,
χλωριούχο GeCl 4, άχρωμο. υγρό, υδρ., βρωμιούχο GeBr 4, γκρι cr. ή άχρωμο υγρό, κολλ. σε οργ. συν.,
ιωδιούχο GeI 4, κίτρινο-πορτοκαλί. κρ., αργός. υδρ., σολ. σε οργ. συν.
Θειούχο γερμάνιο(IV)., GeS 2, λευκό κρ., κακώς διαλυτό. σε νερό, υδρολ., αντιδρά με αλκάλια:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, σχηματίζοντας γερμανικά και θειογερμανικά.
Υδρίδιο γερμανίου (IV), "γερμανικό", GeH 4, άχρωμο. αέριο, οργανικά παράγωγα τετραμεθυλγερμάνιο Ge(CH3) 4, τετρααιθυλογερμάνιο Ge(C2H5)4 - άχρωμο. υγρά.

Εφαρμογή:

Το πιο σημαντικό υλικό ημιαγωγών, κύριοι τομείς εφαρμογής: οπτική, ραδιοηλεκτρονική, πυρηνική φυσική.

Οι ενώσεις του γερμανίου είναι ελαφρώς τοξικές. Το γερμάνιο είναι ένα ιχνοστοιχείο που στο ανθρώπινο σώμα αυξάνει την αποτελεσματικότητα του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού, καταπολεμά τον καρκίνο και μειώνει τον πόνο. Σημειώνεται επίσης ότι το γερμάνιο προάγει τη μεταφορά οξυγόνου στους ιστούς του σώματος και είναι ένα ισχυρό αντιοξειδωτικό – αναστολέας των ελεύθερων ριζών στο σώμα.
Οι ημερήσιες ανάγκες του ανθρώπινου σώματος είναι 0,4–1,5 mg.
Ο πρωταθλητής στην περιεκτικότητα σε γερμάνιο μεταξύ των προϊόντων διατροφής είναι το σκόρδο (750 mcg γερμανίου ανά 1 g ξηρού βάρους σκελίδων σκόρδου).

Το υλικό προετοιμάστηκε από φοιτητές του Ινστιτούτου Φυσικής και Χημείας του Tyumen State University
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Πηγές:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (ημερομηνία πρόσβασης: 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (ημερομηνία πρόσβασης: 13/06/2014).