Germanij (od latinskog Germanium), označen kao "Ge", element grupe IV periodni sustav kemijski elementi Dmitrij Ivanovič Mendeljejev; element serijski broj 32, atomska masa iznosi 72,59. Germanij je čvrsta tvar metalnog sjaja i sivo-bijele boje. Iako je boja germanija prilično relativan pojam, sve ovisi o površinskoj obradi materijala. Ponekad može biti siva poput čelika, ponekad srebrna, a ponekad potpuno crna. Izvana, germanij je vrlo blizak siliciju. Ovi elementi ne samo da su međusobno slični, već imaju i uglavnom ista svojstva poluvodiča. Njihova značajna razlika je činjenica da je germanij više nego dvostruko teži od silicija.

Germanij, koji se nalazi u prirodi, mješavina je pet stabilnih izotopa masenih brojeva 76, 74, 73, 32, 70. Davne 1871. godine slavni kemičar, "otac" periodni sustav, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev predvidio je svojstva i postojanje germanija. Tada nepoznati element nazvao je "exasilicon", jer. svojstva nove tvari bila su na mnogo načina slična siliciju. Godine 1886., nakon proučavanja minerala argirdita, četrdesetosmogodišnji njemački kemičar K. Winkler otkrio je potpuno novi kemijski element u prirodnoj smjesi.

Najprije je kemičar želio element nazvati neptunijem, jer je planet Neptun također bio predviđen mnogo ranije nego što je otkriven, no onda je saznao da je to ime već korišteno u lažnom otkriću jednog od elemenata, pa je Winkler odlučio odbiti ovog imena. Znanstvenika su zamolili da element nazove angularium, što u prijevodu znači "kontroverzan, uglat", no Winkler se ni s tim nazivom nije složio, iako je element broj 32 doista izazvao mnogo kontroverzi. Znanstvenik je bio Nijemac po nacionalnosti, pa je na kraju odlučio nazvati element germanij, u njegovu čast domovina Njemačka.

Kako se kasnije pokazalo, pokazalo se da germanij nije ništa više od ranije otkrivenog "exasilicija". Sve do druge polovice dvadesetog stoljeća praktična upotrebljivost germanija bila je prilično uska i ograničena. Industrijska proizvodnja metala započela je tek kao rezultat početka industrijske proizvodnje poluvodičke elektronike.

Germanij je poluvodički materijal koji se široko koristi u elektronici i tehnologiji, kao iu proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Radarski sustavi koriste tanke filmove germanija, koji se nanose na staklo i koriste kao otpornici. U detektorima i senzorima koriste se legure s germanijem i metalima.

Element nema takvu snagu kao volfram ili titan, ne služi kao neiscrpan izvor energije poput plutonija ili urana, električna vodljivost materijala također je daleko od najviše, au industrijskoj tehnologiji glavni metal je željezo. Unatoč tome, germanij je jedna od najvažnijih komponenti tehnički napredak naše društvo, jer čak i prije nego što se silicij počeo koristiti kao poluvodički materijal.

S tim u vezi bilo bi umjesno upitati se: Što su poluvodljivost i poluvodiči? Ni stručnjaci ne mogu točno odgovoriti na ovo pitanje, jer... možemo govoriti o posebno razmatranom svojstvu poluvodiča. Postoji i točna definicija, ali samo iz narodne predaje: Poluvodič je vodič za dva automobila.

Poluga germanija košta gotovo jednako kao poluga zlata. Metal je vrlo krhak, gotovo poput stakla, pa ako ispustite takav ingot, velika je vjerojatnost da će se metal jednostavno slomiti.

Metalni germanij, svojstva

Biološka svojstva

Germanij se najviše koristio za medicinske potrebe u Japanu. Rezultati ispitivanja organogermanijevih spojeva na životinjama i ljudima pokazali su da mogu imati blagotvoran učinak na organizam. Godine 1967. japanski dr. K. Asai otkrio je da organski germanij ima široke biološke učinke.

Među svim njegovim biološkim svojstvima treba istaknuti:

• - osiguranje prijenosa kisika u tjelesna tkiva;
• - povećanje imunološkog statusa tijela;
• - manifestacija antitumorske aktivnosti.

Nakon toga, japanski znanstvenici stvorili su prvi svjetski medicinski proizvod koji sadrži germanij - "Germanium - 132".

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

Procesi biokemijske evolucije površine zemljine kore nisu utjecali na najbolji mogući način sadrži germanij. Većina elementa isprana je s kopna u oceane, pa je njegov sadržaj u tlu i dalje prilično nizak.

Među biljkama koje imaju sposobnost apsorpcije germanija iz tla prednjači ginseng (germanija do 0,2%). Germanij se također nalazi u češnjaku, 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 - organske spojeve germanija. Ovaj spoj je po strukturi blizak prirodnom, poput korijena ginsenga.

Germanij se može klasificirati kao rijedak element u tragovima. Prisutan je u velikom broju različitih proizvoda, ali u malim dozama. Dnevna doza potrošnje organski germanij postaviti na 8-10 mg. Procjena 125 prehrambenih proizvoda pokazala je da oko 1,5 mg germanija dnevno ulazi u tijelo hranom. Sadržaj mikroelemenata u 1 g sirove hrane je oko 0,1 – 1,0 mcg. Germanij se nalazi u mlijeku, soku od rajčice, lososu i grahu. No, da biste zadovoljili dnevne potrebe za germanijem, trebali biste dnevno popiti 10 litara soka od rajčice ili pojesti oko 5 kilograma lososa. S gledišta cijene ovih proizvoda, ljudskih fizioloških svojstava i zdravog razuma, također je nemoguće konzumirati takve količine proizvoda koji sadrže germanij. U Rusiji oko 80-90% stanovništva ima nedostatak germanija, zbog čega su razvijeni posebni pripravci.

Praktična istraživanja su pokazala da germanija u tijelu ima najviše u crijevima, želucu, slezeni, koštanoj srži i krvi. Visoki sadržaj mikroelementa u crijevima i želucu ukazuje na produženi učinak apsorpcije lijeka u krv. Postoji pretpostavka da se organski germanij u krvi ponaša otprilike isto kao i hemoglobin, tj. ima negativan naboj i sudjeluje u prijenosu kisika do tkiva. Dakle, sprječava razvoj hipoksije na razini tkiva.

Kao rezultat ponovljenih eksperimenata, dokazana je sposobnost germanija da aktivira T-stanice ubojice i potiče indukciju gama interferona, koji suzbijaju proces reprodukcije stanica koje se brzo dijele. Glavni smjer djelovanja interferona je antitumorska i antivirusna zaštita, radioprotektivna i imunomodulacijska funkcija limfnog sustava.

Germanij u obliku seskvioksida ima sposobnost djelovanja na vodikove ione H+, ublažavajući njihov destruktivni učinak na tjelesne stanice. Zajamčen izvrstan rad svih sustava ljudsko tijelo je nesmetana opskrba krvi i svih tkiva kisikom. Organski germanij ne samo da dostavlja kisik u sve točke tijela, već također potiče njegovu interakciju s ionima vodika.

• - Germanij je metal, ali se po krhkosti može usporediti sa staklom.
• - Neki priručnici tvrde da germanij ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija izravno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može djelovati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnast.
• - Germanij je otkriven na površini sunca, kao iu meteoritima koji su pali iz svemira.
• - Prvi organoelementni spoj germanija dobio je pronalazač elementa Clemens Winkler iz germanijevog tetraklorida 1887. godine, bio je to tetraetilgermanij. Od svih primljenih na moderna pozornica Nijedan od organoelementarnih spojeva germanija nije otrovan. Istodobno, većina mikroelemenata organokositra i olova, koji su po svojim fizičkim svojstvima analogni germaniju, otrovni su.
• - Dmitrij Ivanovič Mendeljejev predvidio je tri kemijska elementa i prije njihova otkrića, uključujući i germanij, nazvavši element ekasilicij zbog sličnosti sa silicijem. Predviđanje slavnog ruskog znanstvenika bilo je toliko točno da je jednostavno zadivilo znanstvenike, uklj. i Winkler, koji je otkrio germanij. Atomska težina prema Mendeljejevu bila je 72, u stvarnosti je bila 72,6; specifična težina prema Mendelejevu bila je 5,5 u stvarnosti - 5,469; atomski volumen prema Mendeljejevu bio je 13 u stvarnosti - 13,57; najveći oksid prema Mendelejevu je EsO2, u stvarnosti - GeO2, njegova specifična težina prema Mendelejevu bila je 4,7, u stvarnosti - 4,703; kloridni spoj po Mendelejevu EsCl4 - tekućina, vrelište približno 90°C, u stvarnosti - kloridni spoj GeCl4 - tekućina, vrelište 83°C, spoj s vodikom po Mendelejevu EsH4 je plinovit, spoj s vodikom u stvarnosti - GeH4 plinovit; Organometalni spoj prema Mendelejevu Es(C2H5)4, vrelište 160 °C, pravi organometalni spoj Ge(C2H5)4 vrelište 163,5 °C. Kao što se može vidjeti iz gore navedenih informacija, Mendeljejevo predviđanje bilo je iznenađujuće točno.
• - Dana 26. veljače 1886. Clemens Winkler započeo je pismo Mendelejevu riječima "Poštovani gospodine." Na prilično ljubazan način ispričao je ruskom znanstveniku o otkriću novog elementa zvanog germanij, koji po svojim svojstvima nije ništa drugo do Mendeljejevljev prethodno predviđeni "ekazilicij". Odgovor Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva nije bio ništa manje pristojan. Znanstvenik se složio s otkrićem svog kolege, nazivajući germanij "krunom svog periodnog sustava", a Winklera "ocem" elementa, dostojnim da nosi ovu "krunu".
• - Germanij, kao klasični poluvodič, postao je ključ za rješavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodika, ali ne i tekućeg helija. Kao što znate, vodik prelazi u tekuće stanje iz plinovitog stanja kada dosegne temperaturu od –252,6°C, odnosno 20,5°K. U 70-ima je razvijen film germanija i niobija, čija je debljina bila samo nekoliko tisuća atoma. Ovaj film može zadržati supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.
• - Kod uzgoja monokristala germanija, na površinu rastaljenog germanija postavlja se kristal germanija – “sjeme” – koji se automatskim uređajem postupno podiže, a temperatura taline je nešto viša od tališta germanija (937° C). “Sjeme” se okreće tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se tijekom takvog rasta događa ista stvar kao i tijekom zonskog taljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Priča

Postojanje takvog elementa kao što je germanij predvidio je još 1871. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev; zbog sličnosti sa silicijem element je nazvan eka-silicij. Godine 1886. profesor na rudarskoj akademiji u Freibergu otkrio je argirodit, novi mineral srebra. Zatim je ovaj mineral prilično pažljivo ispitao profesor tehničke kemije Clemens Winkler, vodeći puna analiza mineral. Četrdesetosmogodišnji Winkler s pravom je smatran najboljim analitičarom na rudarskoj akademiji u Freibergu, zbog čega je dobio priliku proučavati argirodit.

Profesor je u relativno kratkom vremenu uspio dati izvješće o postotku raznih elemenata u izvornom mineralu: srebro u svom sastavu bilo je 74,72%; sumpor - 17,13%; željezni oksid – 0,66%; živa – 0,31%; cinkov oksid - 0,22%, ali gotovo sedam posto - to je bio udio nekog nepoznatog elementa, koji, čini se, još nije bio otkriven u to daleko vrijeme. S tim u vezi, Winkler je odlučio izolirati neidentificiranu komponentu argyrodpta, proučiti njegova svojstva, au procesu istraživanja shvatio je da je zapravo pronašao potpuno novi element - to je bio eskaplicij, koji je predvidio D.I. Mendeljejev.

Međutim, bilo bi pogrešno misliti da je Winklerov posao tekao glatko. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev, uz osmo poglavlje svoje knjige “Osnove kemije”, piše: “U početku (veljača 1886.), nedostatak materijala, kao i nedostatak spektra u plamenu i topljivost germanija. spojeva, ozbiljno ometao Winklerova istraživanja...” Vrijedno je obratiti pozornost na riječi “nedostatak spektra”. Ali kako to? Godine 1886. već je postojala široko korištena metoda spektralna analiza. Ovom metodom otkriveni su elementi kao što su talij, rubidij, indij, cezij na Zemlji i helij na Suncu. Znanstvenici su već pouzdano znali da svaki kemijski element, bez iznimke, ima individualni spektar, ali odjednom spektra nema!

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

Metoda dobivanja germanija iz minerala koju je koristio Winkler prilično je bliska jednoj od suvremenih. industrijske metode ističući 32. element. Prvo je germanij, koji je bio sadržan u argarodnitu, pretvoren u dioksid. Zatim je dobiveni bijeli prah zagrijan na temperaturu od 600-700 °C u atmosferi vodika. U ovom slučaju, reakcija se pokazala očitom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ovom metodom je prvi put dobiven relativno čisti element br. 32, germanij. Isprva je Winkler namjeravao vanadij nazvati neptunijem, u čast istoimenog planeta, jer je Neptun, kao i germanij, prvo predviđen, a tek onda pronađen. Ali tada se pokazalo da je to ime već jednom korišteno; jedan lažno otkriveni kemijski element nazvan je neptunij. Winkler je odlučio ne kompromitirati svoje ime i otkriće i odbio je neptunij. Jedan francuski znanstvenik Rayon predložio je, međutim, tada je priznao da je njegov prijedlog bio šala, predložio je da se element nazove angularium, tj. “kontroverzan, uglat”, ali Winkleru se ni ovo ime nije svidjelo. Kao rezultat toga, znanstvenik je samostalno odabrao ime za svoj element i nazvao ga germanij, u čast svoje domovine Njemačke, s vremenom se to ime ustalilo.

Do 2.pol. XX. stoljeća Praktična uporaba germanija ostala je prilično ograničena. Industrijska proizvodnja metala nastala je tek u vezi s razvojem poluvodiča i poluvodičke elektronike.

Biti u prirodi

Germanij se može klasificirati kao element u tragovima. U prirodi se element uopće ne pojavljuje u slobodnom obliku. Ukupni sadržaj metala u zemljinoj kori našeg planeta po masi je 7 × 10 −4%%. To je više od sadržaja kemijskih elemenata kao što su srebro, antimon ili bizmut. No vlastiti minerali germanija prilično su rijetki i vrlo se rijetko nalaze u prirodi. Gotovo svi ovi minerali su sulfosoli, na primjer, germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfildit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argirodit Ag8GeS6 i drugi.

Glavnina germanija rasutog u zemljinoj kori sadržana je u ogroman broj stijene, kao i mnogi minerali: sulfitne rude obojenih metala, željezne rude, neki oksidni minerali (kromit, magnetit, rutil i drugi), graniti, dijabazi i bazalti. U nekim sfaleritima sadržaj elementa može doseći nekoliko kilograma po toni, na primjer, u frankeitu i sulvanitu 1 kg/t, u enargitu sadržaj germanija je 5 kg/t, u pirargiritu - do 10 kg/t, a u ostalim silikatima i sulfidima - deseci i stotine g/t. Mali udio germanija prisutan je u gotovo svim silikatima, kao iu nekim naslagama nafte i ugljena.

Glavni mineral elementa je germanij sulfit (formula GeS2). Mineral se nalazi kao nečistoća u cink sulfitima i drugim metalima. Najvažniji minerali germanija 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 .

Njemačka je prisutna na teritorijima svih država bez iznimke. Ali niti jedna industrijalizirana zemlja svijeta nema industrijska nalazišta ovog metala. Germanij je vrlo, vrlo difuzan. Na Zemlji se minerali ovog metala smatraju vrlo rijetkima ako sadrže više od najmanje 1% germanija. Takvi minerali uključuju germanit, argirodit, ultrabazit itd., uključujući minerale otkrivene u posljednjim desetljećima: štotit, renerit, plumbogermanit i konfildit. Ležišta svih ovih minerala nisu u stanju pokriti potrebe moderne industrije za ovim rijetkim i važnim kemijskim elementom.

Glavnina germanija je raspršena u mineralima drugih kemijskih elemenata, a nalazi se iu prirodnim vodama, ugljenu, živim organizmima i tlu. Na primjer, sadržaj germanija u običnom ugljenu ponekad doseže više od 0,1%. Ali takva je brojka prilično rijetka; obično je udio germanija manji. Ali u antracitu gotovo da nema germanija.

Potvrda o primitku

Pri preradi germanij sulfida dobiva se GeO 2 oksid koji se reducira uz pomoć vodika da bi se dobio slobodni germanij.

U industrijskoj proizvodnji, germanij se ekstrahira uglavnom kao nusproizvod pri preradi ruda obojenih metala (cinkova smjesa, polimetalni koncentrati cink-bakar-olovo koji sadrže 0,001-0,1% germanija), pepeo od izgaranja ugljena i neke koksne kemikalije proizvoda.

U početku se koncentrat germanija (od 2% do 10% germanija) izolira iz gore navedenih izvora na različite načine, čiji izbor ovisi o sastavu sirovine. Tijekom prerade ugljena, germanij se djelomično taloži (od 5% do 10%) u katransku vodu i smolu, odatle se ekstrahira u kombinaciji s taninom, nakon čega se suši i peče na temperaturi od 400-500°C. . Rezultat je koncentrat koji sadrži oko 30-40% germanija, iz kojeg se izdvaja germanij u obliku GeCl 4 . Proces ekstrakcije germanija iz takvog koncentrata u pravilu uključuje iste faze:

1) Koncentrat se klorira klorovodičnom kiselinom, mješavinom kiseline i klora u vodenom mediju ili drugim klorirajućim sredstvima, što može rezultirati tehničkim GeCl 4 . Za pročišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentriranom solnom kiselinom.

2) Provodi se hidroliza GeCl 4, produkti hidrolize se kalciniraju da se dobije GeO 2 oksid.

3) GeO se reducira vodikom ili amonijakom u čisti metal.

Pri dobivanju najčišćeg germanija, koji se koristi u poluvodičkoj tehničkoj opremi, provodi se zonsko taljenje metala. Monokristalni germanij potreban za proizvodnju poluvodiča obično se dobiva zonskim taljenjem ili Czochralskijevom metodom.

Metode za izolaciju germanija iz katranske vode koksara razvio je sovjetski znanstvenik V.A. Nazarenko. Ova sirovina ne sadrži više od 0,0003% germanija, međutim, koristeći hrastov ekstrakt, lako je istaložiti germanij u obliku kompleksa tanida.

Glavna komponenta tanina je ester glukoze, koji sadrži radikal meta-digalične kiseline, koji veže germanij, čak i ako je koncentracija elementa u otopini vrlo niska. Iz sedimenta se lako može dobiti koncentrat koji sadrži do 45% germanijevog dioksida.

Naknadne transformacije malo će ovisiti o vrsti sirovine. Germanij se reducira vodikom (kao kod Winklera u 19. stoljeću), međutim, germanijev oksid se prethodno mora izolirati od brojnih nečistoća. Uspješna kombinacija svojstava jednog germanijevog spoja pokazala se vrlo korisnom za rješavanje ovog problema.

Germanijev tetraklorid GeCl4. je hlapljiva tekućina koja vrije na samo 83,1°C. Stoga se vrlo povoljno pročišćava destilacijom i rektifikacijom (u kvarcnim kolonama s punjenjem).

GeCl4 je gotovo netopljiv u klorovodičnoj kiselini. To znači da za čišćenje možete koristiti otapanje nečistoća s HCl.

Pročišćeni germanijev tetraklorid tretira se vodom i pročišćava smolama za ionsku izmjenu. Znak potrebne čistoće je povećanje otpora vode na 15-20 milijuna Ohm cm.

Hidroliza GeCl4 odvija se pod utjecajem vode:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Možda ćete primijetiti da pred sobom imamo "unatrag napisanu" jednadžbu za reakciju proizvodnje germanijevog tetraklorida.

Nakon toga slijedi redukcija GeO2 pomoću pročišćenog vodika:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Rezultat je germanij u prahu, koji se spaja i zatim pročišćava zonskim taljenjem. Ova metoda pročišćavanje je razvijeno još 1952. posebno za pročišćavanje germanija.

Nečistoće potrebne za postizanje jedne ili druge vrste vodljivosti germanija uvode se u završnim fazama proizvodnje, naime tijekom taljenja zone, kao i tijekom rasta pojedinačnog kristala.

Primjena

Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u elektronici i tehnologiji u proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Najtanji slojevi germanija talože se na staklo i koriste kao otpor u radarskim instalacijama. U proizvodnji detektora i senzora koriste se legure germanija s raznim metalima. Germanijev dioksid ima široku primjenu u proizvodnji stakala koja propuštaju infracrveno zračenje.

Germanijev telurid dugo je služio kao stabilan termoelektrični materijal, a također i kao komponenta termoelektričnih legura (termo-značenje emf s 50 μV/K) germanij ultra-visoke čistoće igra izuzetno stratešku ulogu u proizvodnji prizmi i leća infracrvena optika. Najveći potrošač germanija je infracrvena optika koja se koristi u računalnoj tehnologiji, sustavima za nišanjenje i navođenje projektila, uređajima za noćno gledanje, kartografiranju i proučavanju zemljine površine putem satelita. Germanij se također široko koristi u sustavima optičkih vlakana (dodatak germanijevog tetrafluorida staklenim vlaknima), kao iu poluvodičkim diodama.

Germanij, kao klasični poluvodič, postao je ključ za rješavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodika, ali ne i tekućeg helija. Kao što znate, vodik iz plinovitog prelazi u tekuće stanje kada dosegne temperaturu od -252,6°C, odnosno 20,5°K. U 70-ima je razvijen film germanija i niobija, čija je debljina bila samo nekoliko tisuća atoma. Ovaj film može zadržati supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.

Utapanjem indija u HES ploču, stvaranjem područja s tzv. hole vodljivošću, dobiva se ispravljački uređaj, tj. dioda. Dioda ima svojstvo propuštanja električna struja u jednom smjeru: elektroničko područje iz područja s šupljinom vodljivosti. Nakon spajanja indija s obje strane hidroelektrične ploče, ova se ploča pretvara u bazu tranzistora. Prvi put u svijetu tranzistor od germanija napravljen je davne 1948. godine, a samo dvadesetak godina kasnije slični uređaji proizvedeni su u stotinama milijuna primjeraka.

Diode i triode na bazi germanija postale su naširoko korištene u televizorima i radijima, u širokoj paleti mjerne opreme i računala.

Njemačka se također koristi u drugim posebno važnim područjima moderne tehnologije: kod mjerenja niskih temperatura, kod detekcije infracrveno zračenje itd.

Za korištenje metle u svim ovim primjenama potreban je germanij vrlo visoke kemijske i fizičke čistoće. Kemijska čistoća je takva čistoća pri kojoj količina štetnih primjesa ne smije biti veća od desetmilijuntog dijela postotka (10–7%). Fizikalna čistoća podrazumijeva minimum dislokacija, minimum poremećaja u kristalnoj strukturi tvari. Da bi se to postiglo, posebno se uzgaja monokristalni germanij. U ovom slučaju, cijeli metalni ingot je samo jedan kristal.

Za to se na površinu rastaljenog germanija postavlja kristal germanija, “sjeme”, koji se automatskim uređajem postupno podiže, dok je temperatura taline nešto viša od tališta germanija (937 °C). “Sjeme” se okreće tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se tijekom takvog rasta događa ista stvar kao i tijekom zonskog taljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Fizička svojstva

Vjerojatno je nekoliko čitatelja ovog članka moralo vizualno vidjeti vanadij. Sam element je prilično rijedak i skup, od njega se ne proizvodi roba široke potrošnje, a njihovo punjenje od germanija, koje se može naći u električnim uređajima, toliko je malo da se metal ne vidi.

Neke referentne knjige navode da germanij ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija izravno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može djelovati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnast.

Germanij je toliko rijedak metal da se cijena njegovih poluga može usporediti s cijenom zlata. Germanij karakterizira povećana krhkost, koja se može usporediti samo sa staklom. Izvana, germanij je vrlo blizak siliciju. Ova dva elementa su i konkurenti za titulu najvažnijeg poluvodiča i analoga. Iako su neka tehnička svojstva elemenata uvelike slična, uključujući vanjski izgled materijala, vrlo je lako razlikovati germanij od silicija; germanij je više nego dvostruko teži. Gustoća silicija je 2,33 g/cm3, a gustoća germanija 5,33 g/cm3.

Ali ne možemo nedvosmisleno govoriti o gustoći germanija, jer brojka 5,33 g/cm3 odnosi se na germanij-1. To je jedna od najvažnijih i najčešćih modifikacija pet alotropskih modifikacija elementa 32. Četiri od njih su kristalne, a jedna je amorfna. Germanij-1 je najlakša modifikacija od četiri kristalne. Njegovi kristali su građeni potpuno isto kao kristali dijamanta, a = 0,533 nm. Međutim, ako je za ugljik ova struktura što je moguće gušća, onda za germanij postoje i gušće modifikacije. Umjereno zagrijavanje i visoki tlak (oko 30 tisuća atmosfera na 100 °C) pretvaraju germanij-1 u germanij-2, čija je struktura kristalne rešetke potpuno ista kao kod bijelog kositra. Slična se metoda koristi za dobivanje germanija-3 i germanija-4, koji su još gušći. Sve ove "ne sasvim obične" modifikacije su superiornije od germanija-1 ne samo u gustoći, već iu električnoj vodljivosti.

Gustoća tekućeg germanija je 5,557 g/cm3 (pri 1000°C), talište metala je 937,5°C; vrelište je oko 2700°C; vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti je približno 60 W / (m (K) ili 0,14 cal / (cm (sec (deg)) na temperaturi od 25 ° C. Na običnim temperaturama, čak i čisti germanij je krhak, ali kada dostiže 550 °C počinje popuštati u plastičnoj ljestvici, tvrdoća germanija je od 6 do 6,5 (u području tlaka od 0 do 120 GN/m2, odnosno od 0; do 12000 kgf/mm2) je 1,4 10-7 m 2 /mn (ili 1,4·10-6 cm 2 /kgf);

Germanij je tipičan poluvodič s veličinom zabranjenog pojasa od 1,104·10 -19 ili 0,69 eV (na temperaturi od 25 °C); germanij visoke čistoće ima specifičan električni otpor jednak 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 °C); pokretljivost elektrona je 3900, a pokretljivost šupljina je 1900 cm 2 /v. s (na 25 °C i sa sadržajem od 8% nečistoća). Za infracrvene zrake, čija je valna duljina veća od 2 mikrona, metal je proziran.

Germanij je prilično krhak; ne može se obraditi toplim ili hladnim pritiskom do temperatura ispod 550 °C, ali ako temperatura postane viša, metal je duktilan. Tvrdoća metala na mineraloškoj ljestvici je 6,0-6,5 (germanij se pili u ploče pomoću metalnog ili dijamantnog diska i abraziva).

Kemijska svojstva

Germanij, biti u kemijski spojevi obično pokazuje drugu i četvrtu valenciju, ali spojevi četverovalentnog germanija su stabilniji. Germanij je na sobnoj temperaturi otporan na vodu, zrak, kao i na otopine lužina i razrijeđene koncentrate sumporne ili klorovodične kiseline, ali se element prilično lako otapa u aqua regia ili lužnatoj otopini vodikovog peroksida. Element se polagano oksidira djelovanjem dušične kiseline. Kad temperatura u zraku dosegne 500-700 °C, germanij počinje oksidirati u okside GeO 2 i GeO. (IV) germanijev oksid je bijeli prah s talištem od 1116 °C i topljivošću u vodi od 4,3 g/l (na 20 °C). Prema svojim kemijskim svojstvima tvar je amfoterna, topiva u lužinama, a teško u mineralnim kiselinama. Dobiva se prodiranjem hidratacijskog taloga GeO 3 nH 2 O, koji se oslobađa tijekom hidrolize. Derivati ​​germanijeve kiseline, na primjer, metalni germanati (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 itd.) su krutine s visokim talištem. , može se dobiti spajanjem GeO 2 i drugih oksida.

Kao rezultat međudjelovanja germanija i halogena mogu nastati odgovarajući tetrahalogenidi. Reakcija se najlakše može odvijati s klorom i fluorom (čak i na sobnoj temperaturi), zatim s jodom (temperatura 700-800 °C, prisutnost CO) i bromom (na niskoj temperaturi). Jedan od najvažnijih spojeva germanija je tetraklorid (formula GeCl 4). To je bezbojna tekućina s talištem 49,5 °C, vrelištem 83,1 °C i gustoćom 1,84 g/cm3 (na 20 °C). Tvar se snažno hidrolizira vodom, oslobađajući talog hidratiziranog oksida (IV). Tetraklorid se dobiva kloriranjem metalnog germanija ili reakcijom GeO 2 oksida i koncentrirane klorovodične kiseline. Germanijevi dihalidi sa opća formula GeX 2, heksaklorodigerman Ge 2 Cl 6, GeCl monoklorid, kao i germanijevi oksikloridi (na primjer, CeOCl 2).

Kada se postigne 900-1000 °C, sumpor snažno reagira s germanijem, stvarajući GeS 2 disulfid. To je bijela krutina s talištem od 825 °C. Moguće je i stvaranje GeS monosulfida i sličnih spojeva germanija s telurijem i selenom koji su poluvodiči. Na temperaturi od 1000-1100 °C, vodik lagano reagira s germanijem, stvarajući germin (GeH) X, koji je nestabilan i vrlo hlapljiv spoj. Vodikovi germanidi niza Ge n H 2n + 2 do Ge 9 H 20 mogu nastati reakcijom germanida s razrijeđenom HCl. Poznat je i germilen sastava GeH 2 . Germanij ne reagira izravno s dušikom, ali postoji nitrid Ge 3 N 4, koji se dobiva kada se germanij izloži amonijaku (700-800 ° C). Germanij ne reagira s ugljikom. S mnogim metalima germanij stvara različite spojeve – germanide.

Poznati su mnogi kompleksni spojevi germanija koji postaju sve važniji u analitičkoj kemiji elementa germanija, kao iu procesima dobivanja kemijskog elementa. Germanij je sposoban za stvaranje kompleksni spojevi s organskim molekulama koje sadrže hidroksil (polihidrični alkoholi, polibazične kiseline i drugi). Postoje i germanijeve heteropolikiseline. Kao i drugi elementi skupine IV, germanij tipično tvori organometalne spojeve. Primjer je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

germanij

GERMANIJ-ja; m. Kemijski element (Ge), sivkasta krutina bijela s metalnim sjajem (glavni je poluvodički materijal). Germanijska ploča.

◁ Germanij, oh, oh. G-te sirovine. G. poluga.

(lat. Germanium), kemijski element IV skupine periodnog sustava elemenata. Ime je od latinske Germania - Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno-sivi kristali; gustoća 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Rasprostranjen u prirodi (vlastiti minerali su rijetki); ekstrahiran iz ruda obojenih metala. Poluvodički materijal za elektroničke uređaje (diode, tranzistori i dr.), komponente legura, materijal za leće u IR uređajima, detektori ionizirajućeg zračenja.

GERMANIJ (lat. Germanium), Ge (čitaj “hertempmanium”), kemijski element s atomskim brojem 32, atomske mase 72,61. Prirodni germanij sastoji se od pet izotopa s masenim brojevima 70 (sadržaj u prirodnoj smjesi 20,51% po težini), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) i 76 (7,76%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 str 2 . Oksidacijska stanja +4, +2 (valencija IV, II). Nalazi se u skupini IVA, u periodu 4 periodnog sustava elemenata.
Povijest otkrića
Otkrio ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemens Alexander)(i nazvan po svojoj domovini - Njemačkoj) 1886. godine tijekom 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 zemljinoj kori iznosi 1,5·10 -4% mase. Odnosi se na raspršene elemente. Ne nalazi se u prirodi u slobodnom obliku. Sadržano kao nečistoća u silikatima, sedimentnom željezu, polimetalnim rudama, rudama nikla i volframa, ugljenu, 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 germanija
Za dobivanje germanija koriste se nusproizvodi prerade ruda obojenih metala, pepeo od izgaranja ugljena i neki kemijski proizvodi koksa. Sirovine koje sadrže Ge obogaćuju se flotacijom. Zatim se koncentrat pretvara u GeO 2 oksid, koji se reducira vodikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Zonskim taljenjem dobiva se germanij poluvodičke čistoće sa sadržajem nečistoća 10 -3 -10 -4%. (cm. ZONA TOPLJENJA), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ili termoliza hlapljivog monogermana GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
koji nastaje pri razgradnji aktivnih metalnih spojeva s Ge - germanidima kiselinama:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Fizikalna i kemijska svojstva
Germanij je srebrnasta tvar metalnog sjaja. Kristalna rešetka stabilne modifikacije (Ge I), kubna, plošno centrirana, tipa dijamanta, A= 0,533 nm (tri druge modifikacije dobivene su pri visokim tlakovima). Talište 938,25 °C, vrelište 2850 °C, gustoća 5,33 kg/dm3. Ima svojstva poluvodiča, zabranjeni pojas je 0,66 eV (pri 300 K). Germanij je proziran za infracrveno zračenje s valnim duljinama većim od 2 mikrona.
Kemijska svojstva Ge slična su siliciju. (cm. SILIKON). U normalnim uvjetima, otporan na kisik (cm. KISIK), vodena para, razrijeđene kiseline. U prisutnosti jakih kompleksirajućih sredstava ili oksidacijskih sredstava, Ge reagira s kiselinama kada se zagrijava:
Ge + H 2 SO 4 konc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H2 + 2H2,
Ge + 4HNO 3 konc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reagira s aqua regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO + 8H2O.
Ge stupa u interakciju s otopinama alkalija u prisutnosti oksidirajućih sredstava:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Kad se u zraku zagrije na 700 °C, Ge se zapali. Ge lako stupa u interakciju s halogenima (cm. HALOGEN) i siva (cm. SUMPOR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
S vodikom (cm. VODIK), dušik (cm. DUŠIK), ugljik (cm. UGLJIK) germanij ne reagira izravno; spojevi s tim elementima se dobivaju neizravno. Na primjer, nitrid Ge 3 N 4 nastaje otapanjem germanij dijodida GeI 2 u tekućem amonijaku:
GeI 2 + NH 3 tekućina -> n -> Ge 3 N 4
Germanij (IV) oksid, GeO 2, - bijeli kristalna tvar, postoji u dvije modifikacije. Jedna od modifikacija je djelomično topljiva u vodi uz stvaranje složenih germanskih kiselina. Pokazuje amfoterna svojstva.
GeO 2 reagira s alkalijama kao kiseli oksid:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 u interakciji s kiselinama:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi su nepolarni spojevi koji se lako hidroliziraju vodom.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalogenidi se dobivaju izravnom reakcijom:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ili toplinska razgradnja:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Germanijevi hidridi su po kemijskim svojstvima slični silicijevim hidridima, ali je monogerman GeH 4 stabilniji od monosilana SiH 4 . Germani tvore homologne nizove Gen H 2n+2, Gen H 2n i druge, ali ti su nizovi kraći od onih kod silana.
Monogerman GeH 4 je plin koji je stabilan na zraku i ne reagira s vodom. Tijekom dugotrajnog skladištenja razlaže se na H 2 i Ge. Monogerman se dobiva redukcijom germanijevog dioksida GeO 2 s natrijevim borhidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Vrlo nestabilan GeO monoksid nastaje umjerenim zagrijavanjem smjese germanija i GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) spojevi su lako disproporcionalni za oslobađanje Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanijev disulfid GeS 2 je bijela amorfna ili kristalna tvar, dobivena taloženjem H 2 S iz kiselih otopina GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Í + 4HCl
GeS 2 se otapa u alkalijama i amonijevim ili sulfidima alkalnih metala:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge može biti dio organskih spojeva. Poznati su (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH i drugi.
Primjena
Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u tehnici i radioelektronici u proizvodnji tranzistora i mikrosklopova. Tanki filmovi Ge naneseni na staklo koriste se kao otpornici u radarskim instalacijama. Legure Ge s metalima koriste se u senzorima i detektorima. Germanijev dioksid koristi se u proizvodnji stakala koja propuštaju infracrveno zračenje.

Enciklopedijski rječnik . 2009 .

Pogledajte što je "germanij" u drugim rječnicima:

Kemijski element otkriven 1886. u rijetkom mineralu argiroditu, pronađenom u Saskoj. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. germanij (nazvan u čast domovine znanstvenika koji je otkrio element) kemijski. element..... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava elemenata, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. godine... Moderna enciklopedija

germanij- Ge Element grupe IV Periodični. sustavi; na. n. 32, na. m. 72,59; televizor predmet s metalik sjaj. Prirodni Ge je mješavina pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva Ge predvidio je 1871. D.I.... ... Vodič za tehničke prevoditelje

germanij- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

- (latinski Germanium) Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59. Ime je dobio od latinske Germania Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrnasto sivi kristali; gustoća 5,33 g/cm³, talište 938,3 ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (simbol Ge), bijelo-sivi metalni element IV grupe MENDELEJEVA periodnog sustava, u kojem su (1871.) predviđena svojstva još neotkrivenih elemenata, posebice germanija. Element je otkriven 1886. Nusprodukt taljenja cinka... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

Ge (od lat. Germania Njemačka * a. germanij; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), kemijski. element grupe IV periodic. Mendeljejevljev sustav, at.sci. 32, na. m. 72,59. Prirodni plin se sastoji od 4 stabilna izotopa 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintet monokristal, PP, točkasta grupa simetrije m3m, gustoća 5,327 g/cm3, Ttal.=936 °C, čvrsta. na Mohsovoj ljestvici 6, at. m. 72,60. Transparentan u IR području l od 1,5 do 20 mikrona; optički anizotropan, za koeficijent l=1,80 µm. refrakcija n=4,143.… … Fizička enciklopedija

Imenica, broj sinonima: 3 poluvodič (7) eca-silicij (1) element (159) ... Rječnik sinonima

GERMANIJ- kem. element, simbol Ge (lat. Germanium), at. n. 32, na. m. 72,59; krta srebrnosiva kristalna tvar, gustoća 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Razbacani u prirodi; vadi se uglavnom preradom cinkove mješavine i... ... Velika politehnička enciklopedija

Germanij su otkrili znanstvenici krajem 19. stoljeća, odvojivši ga tijekom pročišćavanja bakra i cinka. U svom čistom obliku, germanij sadrži mineral germanit, koji se nalazi tijekom rudarenja fosilnog ugljena; njegova boja može biti tamno siva ili svijetla srebrni sjaj. Germanij ima krhku strukturu i može se razbiti poput stakla jakim udarcem, ali ne mijenja svoja svojstva pod utjecajem vode, zraka i većine lužina i kiselina. Sve do sredine 20. stoljeća germanij se koristio u industrijske svrhe – u tvornicama, za izradu optičkih leća, poluvodiča i detektora iona.

Otkriće organskog germanija u tijelu životinja i ljudi dovelo je do detaljnijeg proučavanja ovog mikroelementa od strane medicinskih znanstvenika. Tijekom brojnih ispitivanja dokazano je da mikroelement germanij blagotvorno djeluje na ljudski organizam, uz hemoglobin djeluje kao prijenosnik kisika i ne nakuplja se u koštanom tkivu poput olova.

Uloga germanija u ljudskom organizmu

Ljudski mikroelement ima nekoliko uloga: branitelj imunološkog sustava (sudjeluje u borbi protiv mikroba), pomoćnik hemoglobina (poboljšava kretanje kisika u krvožilnom sustavu) i ima inhibicijski učinak na rast stanica raka (razvoj metastaza). Germanij u tijelu potiče proizvodnju interferona za borbu protiv štetnih mikroba, bakterije i virusne infekcije koje prodiru u tijelo.

Veliki postotak germanija zadržavaju želudac i slezena, djelomično ga apsorbiraju stijenke tankog crijeva, nakon čega ulazi u krv i isporučuje se u koštanu srž. Germanij u tijelu aktivno sudjeluje u procesima kretanja tekućine - u želucu i crijevima, a također poboljšava kretanje krvi kroz venski sustav. Germanij, koji se kreće u međustaničnom prostoru, gotovo potpuno apsorbira stanice tijela, ali nakon nekog vremena oko 90% ovog elementa u tragovima izlučuje se iz tijela putem bubrega zajedno s urinom. To objašnjava zašto ljudsko tijelo uz hranu stalno treba unos organskog germanija.

Hipoksija je bolno stanje kada se količina hemoglobina u krvi naglo smanjuje (gubitak krvi, izloženost zračenju), a kisik se ne širi po tijelu, što uzrokuje gladovanje kisikom. Prije svega, nedostatak kisika oštećuje mozak i živčani sustav, kao i glavne unutarnje organe - srčani mišić, jetru i bubrege. germanij(organsko porijeklo) u tijelučovjek je u stanju komunicirati s kisikom i distribuirati ga po tijelu, privremeno preuzimajući funkcije hemoglobina.

Još jedna prednost koju ima germanij je njegova sposobnost da utječe na gašenje boli (koja nije povezana s ozljedama) zbog elektronskih impulsa koji nastaju u vlaknima živčani sustav u vrijeme velikog stresa. Njihovo kaotično kretanje uzrokuje ovu bolnu napetost.

Proizvodi koji sadrže germanij

Organski germanij se nalazi u dobro poznatim proizvodima, kao što su: češnjak, jestive gljive, sjemenke suncokreta i bundeve, povrće - mrkva, krumpir i cikla, pšenične mekinje, grah (soja, grah), rajčica, riba.

Nedostatak germanija u tijelu

Svaki dan čovjek treba od 0,5 mg do 1,5 mg germanija. Mikroelement germanij u cijelom je svijetu priznat kao siguran i netoksičan za ljude. Trenutno nema podataka o predoziranju germanijem, ali nedostatak germanija povećava rizik od nastanka i razvoja stanica raka u maligne tumore. Osteoporoza je također povezana s nedostatkom germanija u tijelu.

(Germanium; od lat. Germania - Njemačka), Ge - kemijski. element IV skupine periodnog sustava elemenata; na. n. 32, na. m. 72,59. Srebrnasto-siva tvar s metalnim sjajem. U kem. spojevi pokazuju oksidacijska stanja + 2 i +4. Spojevi s oksidacijskim stupnjem +4 su stabilniji. Prirodni germanij sastoji se od četiri stabilna izotopa masenih brojeva 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73 (7,67%) i 74 (36,74%) i jednog radioaktivnog izotopa s maseni broj 76 (7,67%) i poluživotom od 2106 godina. Mnogi radioaktivni izotopi proizvedeni su umjetno (različitim nuklearnim reakcijama); najveća vrijednost ima izotop 71 Ge s vremenom poluraspada od 11,4 dana.

Postojanje svetog germanija (pod imenom “ekazilikon”) predvidio je 1871. godine ruski znanstvenik D.I.Mendeleev. Međutim, tek 1886. god Kemičar K. Winkler otkrio je nepoznati element u mineralu argiroditu, čija su se svojstva podudarala sa svojstvima "eksasilikona". Početak maturalne večeri. Proizvodnja germanija datira iz 40-ih godina prošlog stoljeća. 20. stoljeća, kada se koristio kao poluvodički materijal. Sadržaj germanija u zemljinoj kori je (1-2) 10~4%. Germanij je element u tragovima i rijetko se nalazi u obliku vlastitih minerala. Poznato je sedam minerala u kojima je njegova koncentracija veća od 1%, među njima: Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn)2 (S, As)4X X (6,2-10,2% Ge), renijerit (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 X X (S, As)4 (5,46-7,80% Ge) i argirodit Ag8GeS6 (3/55-6,93% Ge) . G. se nakuplja i u kaustobiolitima (humusni ugljen, uljni škriljevac, nafta). Kristalna modifikacija G., koja je stabilna u normalnim uvjetima, ima kubičnu strukturu poput dijamanta, s periodom a = 5,65753 A (Gel).

Gustoća germanija (temperatura 25° C) 5,3234 g/cm3, talište 937,2° C; vrelište 2852° C; toplina taljenja 104,7 cal/g, toplina sublimacije 1251 cal/g, toplinski kapacitet (temperatura 25° C) 0,077 cal/g deg; koeficijent toplinska vodljivost, (temperatura 0°C) 0,145 cal/cm sec deg, temperaturni koef. linearna ekspanzija (temperatura 0-260° C), 5,8 x 10-6 deg-1. Pri taljenju, germanij smanjuje volumen (za oko 5,6%), gustoća mu se povećava za 4% h Pri visokom tlaku modifikacija slična dijamantu. Germanij prolazi kroz polimorfne transformacije, tvoreći kristalne modifikacije: tetragonalnu strukturu tipa B-Sn (GeII), tjelesno centriranu tetragonalnu strukturu s periodima a = 5,93 A, c = 6,98 A (GeIII) i tjelesno centriranu kubičnu strukturu s period a = 6, 92 A(GeIV). Ove se modifikacije odlikuju većom gustoćom i električnom vodljivošću u usporedbi s GeI.

Amorfni germanij može se dobiti u obliku filmova (debljine oko 10-3 cm) kondenzacijom pare. Njegova gustoća manja je od gustoće energetskih vrpci u kristalnom kristalu i određuje njegova svojstva poluvodiča. Širina zabranjenog pojasa je 0,785 eV (temperatura 0 K), električni otpor (temperatura 20° C) je 60 ohm cm, a s porastom temperature značajno opada po eksponencijalnom zakonu. Nečistoće daju G. tzv. nečistoće elektroničkog tipa (nečistoće arsena, antimona, fosfora) ili šupljine (nečistoće galija, aluminija, indija). Pokretljivost nositelja naboja u gravitaciji (temperatura 25 ° C) za elektrone je oko 3600 cm2 / po sekundi, za rupe - 1700 cm2 / po sekundi, vlastita koncentracija nositelja naboja (temperatura 20 ° C) je 2,5. 10 13 cm-3. G. dijamagnetski. Kada se topi, prelazi u metalno stanje. Germanij je vrlo krt, Mohsova tvrdoća mu je 6,0, mikrotvrdoća 385 kgf/mm2, tlačna čvrstoća (temperatura 20°C) 690 kgf/cm2. Kako se temperatura povećava, tvrdoća se smanjuje iznad temperature od 650° C, postaje plastična i ustupa mjesto krznu. obrada. Germanij je praktički inertan na zrak, kisik i neoksidirajuće elektrolite (ako nema otopljenog kisika) na temperaturama do 100° C. Otporan na djelovanje klorovodične i razrijeđene sumporne kiseline; zagrijavanjem se sporo otapa u koncentriranim sumpornim i dušikovim spojevima (nastali film dioksida usporava otapanje), dobro se otapa u carskoj vodici, u otopinama hipoklorita ili hidroksida alkalijskih metala (u prisutnosti vodikovog peroksida), u alkalnim talinama, peroksidima , nitrati i karbonati alkalnih metala.

Iznad temperatura od 600° C oksidira se na zraku i u struji kisika, stvarajući s kisikom GeO oksid i dioksid (Ge02). Germanijev oksid je tamno sivi prah koji sublimira na temperaturi od 710° C, slabo se otapa u vodi uz stvaranje slabog germanitnog spoja (H2Ge02), soli (germaniti) nisu stabilne. GeO se lako otapa u spojevima i stvara dvovalentne G soli. Germanijev dioksid je bijeli prah koji postoji u nekoliko polimorfnih modifikacija koje se uvelike razlikuju po kemijskim svojstvima. Sveci: heksagonalna modifikacija dioksida relativno je dobro topljiva u vodi (4,53 zU na temperaturi od 25 ° C), otopinama alkalija itd., tetragonalna modifikacija je praktički netopljiva u vodi i inertna je na njih. Otapanjem u lužinama, dioksid i njegov hidrat stvaraju metagermanatne (H2Ge03) i ortogermanatne (H4Ge04) soli - germanate. Germanati alkalnih metala topljivi su u vodi, dok su ostali germanati praktički netopljivi; svježe istaloženi otapaju se u mineralnim spojevima. G. se lako spaja s halogenima, tvoreći pri zagrijavanju (oko 250 ° C) odgovarajuće tetrahalogenide - spojeve koji nisu nalik soli koji se lako hidroliziraju vodom. Poznati g. - tamno smeđa (GeS) i bijela (GeS2).

Germanij karakteriziraju spojevi s dušikom - smeđi nitrid (Ge3N4) i crni nitrid (Ge3N2), karakteriziran nižim kemijskim sastavom. ustrajnost. S fosforom G. stvara niskootporni fosfid (GeP) crne boje. Ne stupa u interakciju s ugljikom i ne stapa se sa silicijem, već tvori kontinuirani niz čvrstih otopina. Germanij, kao analog ugljika i silicija, karakteriziran je sposobnošću stvaranja germanijevih vodika tipa GenH2n + 2 (germani), kao i čvrstih spojeva tipa GeH i GeH2 (germenij tvori metalne spojeve () i s mnogim drugima. metali. Ekstrakcija germanija iz sirovina uključuje dobivanje bogatog koncentrata germanija, a iz njega visoke čistoće. U maturalnoj. U velikoj mjeri, germanij se dobiva iz tetraklorida, koristeći tijekom pročišćavanja njegovu visoku hlapljivost (za izolaciju iz koncentrata), nizak udio koncentrirane klorovodične kiseline i visok udio organskih otapala (za pročišćavanje od nečistoća). Često se za obogaćivanje koristi visoka hlapljivost nižih sulfida i oksida koji se lako sublimiraju.

Za dobivanje poluvodičkog germanija koristi se usmjerena kristalizacija i zonska rekristalizacija. Monokristalni germanij dobiva se izvlačenjem iz taline. Tijekom procesa uzgoja G. se dopira posebnim. aditivi, koji reguliraju određena svojstva monokristala. G. se isporučuje u obliku ingota duljine 380-660 mm i presjeka do 6,5 cm2. Germanij se koristi u radioelektronici i elektrotehnici kao poluvodički materijal za izradu dioda i tranzistora. Od njega se izrađuju leće za infracrvene optičke uređaje, dozimetre nuklearnog zračenja, analizatore rendgenske spektroskopije, senzore koji koriste Hallov efekt i pretvarače energije radioaktivnog raspada u električnu energiju. Germanij se koristi u mikrovalnim prigušivačima i otpornim termometrima koji rade na temperaturi tekućeg helija. G. film nanesen na reflektor odlikuje se visokom refleksijom i dobrom otpornošću na koroziju. germanij s nekim metalima, karakteriziran povećanom otpornošću na kiseline agresivne sredine, koristi se u izradi instrumenata, strojarstvu i metalurgiji. Hemanij i zlato tvore eutektik s niskim talištem i šire se hlađenjem. G. dioksid se koristi za izradu posebnih proizvoda. stakla karakterizirana visokim koeficijentom. refrakcije i prozirnosti u infracrvenom dijelu spektra, staklene elektrode i termistori, te emajli i dekorativne glazure. Germanati se koriste kao aktivatori fosfora i fosfora.

germanij — kemijski element periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. Označen simbolom Ge, germanij je jednostavna tvar sivo-bijele boje i ima čvrsta svojstva metala.

Sadržaj u zemljinoj kori je 7,10-4% po težini. odnosi se na raspršene elemente, zbog hrpe reaktivnost ne javlja se u slobodnom stanju kao čisti metal da oksidira.

Pronalaženje germanija u prirodi

Germanij je jedan od tri kemijska elementa koje je predvidio D.I. Mendeljejev na temelju njihova položaja u periodnom sustavu (1871.).

Spada u rijetke elemente u tragovima.

Trenutno glavni izvori industrijska proizvodnja germanij je otpad iz proizvodnje cinka, koksiranja ugljena, pepeo nekih vrsta ugljena, u silikatnim nečistoćama, sedimentnim stijenama željeza, u rudama nikla i volframa, tresetu, nafti, geotermalnim vodama iu nekim algama.

Glavni minerali koji sadrže germanij

Plumbogermatit (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 +H 2 O sadržaj do 8,18%

jargirodit AgGeS6 sadrži od 3,65 do 6,93% Njemačka

renijerit Cu 3 (FeGeZn)(SAs) 4 sadrži od 5,5 do 7,8% germanija.

U nekim se zemljama germanij dobiva kao nusproizvod prerade određenih ruda poput cink-olovo-bakar. Germanij se također dobiva u proizvodnji koksa, kao iu pepelu mrkog ugljena s udjelom od 0,0005 do 0,3% te u pepelu kamenog ugljena s udjelom od 0,001 do 1-2%.

Germanij je kao metal vrlo otporan na atmosferski kisik, kisik, vodu, neke kiseline, razrijeđenu sumpornu i solnu kiselinu. Ali vrlo sporo reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom.

Germanij reagira sa dušična kiselina HNO 3 i aqua regia, sporo reagira s kaustičnim alkalijama i stvara germanatnu sol, ali uz dodatak vodikovog peroksida H 2 O 2 reakcija se odvija vrlo brzo.

Kada je izložen visokim temperaturama iznad 700 °C, germanij se lako oksidira na zraku u GeO 2 , lako reagira s halogenima, stvarajući tetrahalogenite.

Ne reagira s vodikom, silicijem, dušikom i ugljikom.

Poznati su hlapljivi spojevi germanija sa sljedećim karakteristikama:

Njemačka heksahidrid -digerman, Ge 2 H 6 - zapaljivi plin, kada se dugo drži na svjetlu, raspada se, postaje žut, a zatim smeđi, pretvarajući se u tamnosmeđu krutinu, razgrađenu vodom i alkalijama.

Njemačka tetrahidrid, monogerman - GeH 4 .

Primjena germanija

Germanij, kao i neki drugi, ima svojstva poluvodiča tzv. Na temelju električne vodljivosti sve se dijeli u tri skupine: vodiče, poluvodiče i izolatore (dielektrike). Specifična električna vodljivost metala je u rasponu 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1, navedena podjela je proizvoljna. Međutim, možete odrediti temeljna razlika u električna svojstva vodiča i poluvodiča. Kod prvih se električna vodljivost smanjuje s porastom temperature, dok kod poluvodiča raste. Na temperaturama blizu apsolutne nule poluvodiči se pretvaraju u izolatore. Kao što je poznato, metalni vodiči u takvim uvjetima pokazuju svojstva supravodljivosti.

Poluvodiči mogu biti različite tvari. To uključuje: bor, (ili

U vrijeme nastanka periodnog sustava germanij još nije bio otkriven, ali je Mendeljejev predvidio njegovo postojanje. I 15 godina nakon izvješća, nepoznati mineral otkriven je u jednom od rudnika u Freibergu, a 1886. iz njega je izoliran novi element. Zasluga pripada njemačkom kemičaru Winkleru, koji je elementu dao ime svoje domovine. I pored brojnih blagotvornih svojstava germanija, među kojima je bilo i ljekovitog mjesta, on se počeo koristiti tek početkom Drugog svjetskog rata, i to ne baš aktivno. Stoga se čak i sada ne može reći da je element dobro proučen, ali neke od njegovih sposobnosti već su dokazane i uspješno se koriste.

Ljekovita svojstva germanija

Element se ne nalazi u čistom obliku, njegova izolacija je zahtjevna, pa je prvom prilikom zamijenjen jeftinijim komponentama. Isprva se koristio u diodama i tranzistorima, ali silicij se pokazao praktičnijim i pristupačnijim, pa je studija kemijska svojstva Njemačka je nastavila. Sada je dio termoelektričnih legura i koristi se u mikrovalnim uređajima i infracrvenoj tehnologiji.

Za novi element zainteresirala se i medicina, no značajni rezultati dobiveni su tek kasnih 70-ih godina prošlog stoljeća. Japanski stručnjaci uspjeli su otkriti ljekovita svojstva germanija i nacrtati načine njihove upotrebe. Nakon testiranja na životinjama i kliničkih promatranja učinka na ljude, pokazalo se da je element sposoban:

• stimulirati;
• dostaviti kisik u tkiva;
• boriti se protiv tumora;
• povećati vodljivost živčanih impulsa.

Poteškoća primjene leži u toksičnosti germanija u velikim dozama, pa je bio potreban lijek koji bi uz minimalnu štetu mogao pozitivno djelovati na određene procese u tijelu. Prvi je bio Germanij-132, koji pomaže u poboljšanju imunološkog statusa osobe i pomaže u izbjegavanju nedostatka kisika u slučaju pada razine hemoglobina. Eksperimenti su također pokazali učinak elementa na proizvodnju interferona koji se odupiru stanicama koje se brzo dijele (tumorskim). Korist se primjećuje samo pri oralnoj primjeni; nošenje nakita s germanijem neće dati nikakav učinak.

Nedostatak germanija smanjuje prirodnu sposobnost organizma da se odupre vanjskim utjecajima, što dovodi do raznih poremećaja. Preporučena dnevna doza je 0,8-1,5 mg. Potreban element možete dobiti redovitim konzumiranjem mlijeka, lososa, gljiva, češnjaka i graha.