Isang elemento ng kemikal na natuklasan noong 1886 sa pambihirang mineral na argyrodite, na natagpuan sa Saxony. Diksyunaryo ng mga banyagang salita na kasama sa wikang Ruso. Chudinov A.N., 1910. germanium (pinangalanan bilang parangal sa tinubuang-bayan ng siyentipiko na natuklasan ang elemento) kemikal. elemento... ... Diksyunaryo ng mga banyagang salita ng wikang Ruso
- (Germanium), Ge, elemento ng kemikal ng pangkat IV ng periodic table, atomic number 32, atomic mass 72.59; di-metal; materyal na semiconductor. Ang Germanium ay natuklasan ng German chemist na si K. Winkler noong 1886... Makabagong encyclopedia
germanyum- Ge Elemento ng pangkat IV Periodic. mga sistema; sa. n. 32, sa. m. 72.59; TV bagay na may metal sumikat. Ang Natural Ge ay pinaghalong limang stable isotopes na may mass number na 70, 72, 73, 74 at 76. Ang pag-iral at mga katangian ng Ge ay hinulaan noong 1871 ng D.I.... ... Gabay ng Teknikal na Tagasalin
Germanium- (Germanium), Ge, elemento ng kemikal ng pangkat IV ng periodic table, atomic number 32, atomic mass 72.59; di-metal; materyal na semiconductor. Ang Germanium ay natuklasan ng German chemist na si K. Winkler noong 1886. ... Illustrated Encyclopedic Dictionary
- (Latin Germanium) Ge, elemento ng kemikal ng pangkat IV ng periodic system, atomic number 32, atomic mass 72.59. Pinangalanan mula sa Latin Germania Germany, bilang parangal sa tinubuang-bayan ng K. A. Winkler. Pilak na kulay abong kristal; density 5.33 g/cm³, punto ng pagkatunaw 938.3 ... Malaking Encyclopedic Dictionary
- (simbulo Ge), isang puting-kulay-abong metal na elemento ng pangkat IV ng periodic table ng MENDELEEV, kung saan ang mga katangian ng hindi pa natutuklasang mga elemento, sa partikular na germanium, ay hinulaang (1871). Ang elemento ay natuklasan noong 1886. Isang by-product ng zinc smelting... ... Pang-agham at teknikal na encyclopedic na diksyunaryo
Ge (mula sa Latin Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), kemikal. elemento ng pangkat IV na pana-panahon. Ang sistema ni Mendeleev, at.sci. 32, sa. m. 72.59. Ang natural na gas ay binubuo ng 4 na matatag na isotopes 70Ge (20.55%), 72Ge... ... Geological encyclopedia
- (Ge), gawa ng tao single crystal, PP, point symmetry group m3m, density 5.327 g/cm3, Tmelt=936 °C, solid. sa Mohs scale 6, sa. m. 72.60. Transparent sa IR region l mula 1.5 hanggang 20 microns; optically anisotropic, para sa l=1.80 µm coefficient. repraksyon n=4,143.… … Pisikal na encyclopedia
Pangngalan, bilang ng mga kasingkahulugan: 3 semiconductor (7) eca-silicon (1) elemento (159) ... diksyunaryo ng kasingkahulugan
GERMANIUM- chem. elemento, simbolo Ge (lat. Germanium), at. n. 32, sa. m. 72.59; malutong na silver-gray na mala-kristal na substance, density 5327 kg/m3, bil = 937.5°C. Nakakalat sa kalikasan; ito ay mina pangunahin sa pamamagitan ng pagproseso ng zinc blende at... ... Malaking Polytechnic Encyclopedia
Mga libro
- Ion doping ng semiconductors (silicon at germanium), J. Meyer, L. Erickson, J. Davis. Ang aklat ay nakatuon sa paraan ng pagpapasok ng mga elemento ng karumihan sa mga semiconductor sa anyo ng mga pinabilis na ions, na lumitaw sa mga nakaraang taon. Ang pamamaraan ay nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang density ng impurity atoms at ang kanilang lalim...
- Buhay sa labas ng Earth, V. Firsov. Ang mga tagumpay sa paggalugad sa kalawakan ay nagpipilit sa atin na bigyan ng higit at higit na pansin ang problema ng buhay sa labas ng Earth: mula sa larangan ng science fiction, ang problemang ito ay lumilipat sa larangan ng siyentipikong pananaliksik. Mag-book…
DEPINISYON
Germanium- tatlumpu't dalawang elemento ng Periodic Table. Pagtatalaga - Ge mula sa Latin na "germanium". Matatagpuan sa ikaapat na yugto, pangkat ng IVA. Tumutukoy sa semimetal. Ang nuclear charge ay 32.
Sa isang compact na estado, ang germanium ay may kulay-pilak na kulay (Larawan 1) at hitsura parang metal. Sa temperatura ng silid ito ay lumalaban sa hangin, oxygen, tubig, hydrochloric at dilute sulfuric acids.
kanin. 1. Germanium. Hitsura.
Atomic at molekular na masa ng germanium
DEPINISYON
Relatibong molecular mass ng substance (Mr) ay isang numero na nagpapakita kung gaano karaming beses ang mass ng isang partikular na molekula ay mas malaki kaysa sa 1/12 ng mass ng isang carbon atom, at relatibong atomic mass ng isang elemento (A r)— kung gaano karaming beses ang average na masa ng mga atom ng isang elemento ng kemikal ay mas malaki kaysa sa 1/12 ng masa ng isang carbon atom.
Dahil ang germanium ay umiiral sa malayang estado sa anyo ng mga molekula ng monatomic Ge, ang mga halaga ng atomic at molekular na masa nito ay nag-tutugma. Ang mga ito ay katumbas ng 72.630.
Isotopes ng germanium
Alam na sa kalikasan ang germanium ay matatagpuan sa anyo ng limang matatag na isotopes 70 Ge (20.55%), 72 Ge (20.55%), 73 Ge (7.67%), 74 Ge (36.74%) at 76 Ge (7.67%). ). Ang kanilang mga mass number ay 70, 72, 73, 74 at 76, ayon sa pagkakabanggit. Ang nucleus ng isang atom ng germanium isotope 70 Ge ay naglalaman ng tatlumpu't dalawang proton at tatlumpu't walong neutron; ang ibang isotopes ay naiiba lamang dito sa bilang ng mga neutron.
May mga artipisyal na hindi matatag na radioactive isotopes ng germanium na may mass number mula 58 hanggang 86, kung saan ang pinakamahabang buhay na isotope na 68 Ge na may kalahating buhay na 270.95 araw.
Mga ion ng Germanium
Ang panlabas na antas ng enerhiya ng germanium atom ay may apat na electron, na mga valence electron:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .
Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng kemikal, ibinibigay ng germanium ang mga valence electron nito, i.e. ang kanilang donor, at nagiging isang positibong sisingilin na ion:
Ge 0 -2e → Ge 2+ ;
Ge 0 -4e → Ge 4+ .
Molekyul at atom ng Germanium
Sa malayang estado, umiiral ang germanium sa anyo ng mga molekulang monatomic na Ge. Narito ang ilang katangian ng germanium atom at molecule:
Mga halimbawa ng paglutas ng problema
HALIMBAWA 1
HALIMBAWA 2
| Mag-ehersisyo | Kalkulahin ang mga mass fraction ng mga elemento na bumubuo sa germanium (IV) oxide kung ang molecular formula nito ay GeO 2. |
| Solusyon | Ang mass fraction ng isang elemento sa komposisyon ng anumang molekula ay tinutukoy ng formula: ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. |
Ang Germanium (mula sa Latin Germanium), na itinalagang "Ge", ay isang elemento ng pangkat IV ng periodic table ng mga elemento ng kemikal ni Dmitry Ivanovich Mendeleev; ang atomic number ng elemento ay 32, ang atomic mass ay 72.59. Ang Germanium ay isang solidong sangkap na may metal na kinang at kulay abo-puting kulay. Bagaman ang kulay ng germanium ay medyo kamag-anak na konsepto, ang lahat ay nakasalalay sa paggamot sa ibabaw ng materyal. Minsan maaari itong maging kulay abo bilang bakal, minsan pilak, at kung minsan ay ganap na itim. Sa panlabas, ang germanium ay medyo malapit sa silikon. Ang mga elementong ito ay hindi lamang magkapareho sa isa't isa, ngunit mayroon ding halos parehong mga katangian ng semiconductor. Ang kanilang makabuluhang pagkakaiba ay ang katotohanan na ang germanium ay higit sa dalawang beses na mas mabigat kaysa sa silikon.
Ang Germanium, na matatagpuan sa kalikasan, ay isang pinaghalong limang matatag na isotopes na may mass number na 76, 74, 73, 32, 70. Noong 1871, ang sikat na chemist, ang "ama" ng periodic table, si Dmitri Ivanovich Mendeleev ay hinulaang ang mga katangian at pagkakaroon ng germanium. Tinawag niyang "exasilicon" ang elementong hindi kilala noong panahong iyon, dahil. ang mga katangian ng bagong sangkap ay sa maraming paraan katulad ng silikon. Noong 1886, pagkatapos pag-aralan ang mineral argirdite, natuklasan ng apatnapu't walong taong gulang na Aleman na chemist na si K. Winkler ang isang ganap na bagong elemento ng kemikal sa natural na pinaghalong.
Noong una, nais ng chemist na tawagan ang elementong neptunium, dahil ang planetang Neptune ay hinulaan din nang mas maaga kaysa sa natuklasan, ngunit pagkatapos ay nalaman niya na ang pangalang ito ay ginamit na sa maling pagtuklas ng isa sa mga elemento, kaya nagpasya si Winkler upang iwanan ang pangalang ito. Hiniling sa siyentipiko na pangalanan ang elementong angularium, na isinalin ay nangangahulugang "kontrobersyal, angular," ngunit hindi rin sumang-ayon si Winkler sa pangalang ito, bagaman ang elementong Blg. 32 ay talagang nagdulot ng maraming kontrobersya. Ang siyentipiko ay Aleman ayon sa nasyonalidad, kaya kalaunan ay nagpasya siyang pangalanan ang elementong germanium, bilang parangal sa kanyang sariling bansang Germany.
Nang maglaon, ang germanium ay naging walang iba kundi ang naunang natuklasang "exasilicon." Hanggang sa ikalawang kalahati ng ikadalawampu siglo, ang praktikal na pagiging kapaki-pakinabang ng germanium ay medyo makitid at limitado. Ang pang-industriya na produksyon ng metal ay nagsimula lamang bilang isang resulta ng pagsisimula ng pang-industriya na produksyon ng semiconductor electronics.
Ang Germanium ay isang materyal na semiconductor na malawakang ginagamit sa electronics at teknolohiya, pati na rin sa paggawa ng mga microcircuits at transistors. Ang mga sistema ng radar ay gumagamit ng mga manipis na pelikula ng germanium, na idineposito sa salamin at ginagamit bilang mga resistor. Ang mga haluang metal na may germanium at metal ay ginagamit sa mga detektor at sensor.
Ang elemento ay walang lakas tulad ng tungsten o titanium, hindi ito nagsisilbing isang hindi mauubos na mapagkukunan ng enerhiya tulad ng plutonium o uranium, ang electrical conductivity ng materyal ay malayo rin sa pinakamataas, at sa pang-industriyang teknolohiya ang pangunahing metal ay bakal. Sa kabila nito, ang germanium ay isa sa pinakamahalagang bahagi ng teknikal na pag-unlad ng ating lipunan, dahil ito kahit na mas maaga kaysa sa silikon ay nagsimulang gamitin bilang isang semiconductor na materyal.
Sa bagay na ito, angkop na itanong: Ano ang semiconductivity at semiconductors? Kahit na ang mga eksperto ay hindi makasagot sa tanong na ito nang tumpak, dahil... maaari nating pag-usapan ang partikular na itinuturing na pag-aari ng semiconductors. Mayroon ding eksaktong kahulugan, ngunit mula lamang sa larangan ng alamat: Ang semiconductor ay isang konduktor para sa dalawang sasakyan.
Ang isang bar ng germanium ay halos kapareho ng isang bar ng ginto. Ang metal ay napakarupok, halos tulad ng salamin, kaya kung ihulog mo ang gayong ingot, malaki ang posibilidad na ang metal ay masisira lamang.
Germanium metal, mga katangian
Mga katangian ng biyolohikal
Ang Germanium ay pinakamalawak na ginagamit para sa mga layuning medikal sa Japan. Ang mga resulta ng pagsubok ng mga organogermanium compound sa mga hayop at tao ay nagpakita na maaari silang magkaroon ng isang kapaki-pakinabang na epekto sa katawan. Noong 1967, natuklasan ng Japanese na si Dr. K. Asai na ang organic germanium ay may malawak na biological effect.
Sa lahat ng mga biological na katangian nito, dapat itong tandaan:
- - tinitiyak ang paglipat ng oxygen sa mga tisyu ng katawan;
- - pagtaas ng immune status ng katawan;
- - pagpapakita ng aktibidad ng antitumor.
Kasunod nito, nilikha ng mga siyentipikong Hapones ang unang produktong medikal sa mundo na naglalaman ng germanium - "Germanium - 132".
Sa Russia, ang unang domestic na gamot na naglalaman ng organic germanium ay lumitaw lamang noong 2000.
Ang mga proseso ng biochemical evolution ng ibabaw ng crust ng lupa ay walang pinakamagandang epekto sa nilalaman ng germanium dito. Karamihan sa mga elemento ay nahugasan mula sa lupa patungo sa mga karagatan, kaya ang nilalaman nito sa lupa ay nananatiling medyo mababa.
Kabilang sa mga halaman na may kakayahang sumipsip ng germanium mula sa lupa, ang pinuno ay ginseng (germanium hanggang 0.2%). Ang Germanium ay matatagpuan din sa bawang, camphor at aloe, na tradisyonal na ginagamit sa paggamot ng iba't ibang sakit ng tao. Sa mga halaman, ang germanium ay matatagpuan sa anyo ng carboxyethyl semioxide. Ngayon ay posible na i-synthesize ang sesquioxanes na may pyrimidine fragment - mga organic compound ng germanium. Ang tambalang ito ay malapit sa istraktura sa natural, tulad ng ginseng root.
Ang Germanium ay maaaring uriin bilang isang bihirang elemento ng bakas. Ito ay naroroon sa isang malaking bilang ng iba't ibang mga produkto, ngunit sa mga minutong dosis. Ang pang-araw-araw na paggamit ng organic germanium ay nakatakda sa 8-10 mg. Ang isang pagtatasa ng 125 mga produktong pagkain ay nagpakita na ang tungkol sa 1.5 mg ng germanium ay pumapasok sa katawan araw-araw kasama ng pagkain. Ang nilalaman ng microelement sa 1 g ng hilaw na pagkain ay humigit-kumulang 0.1 – 1.0 mcg. Ang Germanium ay matatagpuan sa gatas, tomato juice, salmon, at beans. Ngunit upang matugunan ang pang-araw-araw na pangangailangan para sa germanium, dapat kang uminom ng 10 litro ng tomato juice araw-araw o kumain ng mga 5 kilo ng salmon. Mula sa punto ng view ng halaga ng mga produktong ito, mga katangian ng pisyolohikal ng tao, at sentido komun, imposible ring ubusin ang gayong dami ng mga produktong naglalaman ng germanium. Sa Russia, humigit-kumulang 80-90% ng populasyon ay may kakulangan sa germanium, kaya naman ang mga espesyal na paghahanda ay binuo.
Ipinakita ng mga praktikal na pag-aaral na ang germanium sa katawan ay pinaka-sagana sa bituka, tiyan, pali, bone marrow at dugo. Mataas na nilalaman Ang microelement sa mga bituka at tiyan ay nagpapahiwatig ng isang matagal na epekto ng pagsipsip ng gamot sa dugo. Mayroong isang palagay na ang organikong germanium ay kumikilos sa dugo sa humigit-kumulang sa parehong paraan tulad ng hemoglobin, i.e. ay may negatibong singil at kasangkot sa paglipat ng oxygen sa mga tisyu. Kaya, pinipigilan nito ang pagbuo ng hypoxia sa antas ng tissue.
Bilang resulta ng paulit-ulit na mga eksperimento, napatunayan na ang kakayahan ng germanium na i-activate ang T-killer cells at isulong ang induction ng gamma interferon, na pumipigil sa proseso ng pagpaparami ng mabilis na paghahati ng mga cell. Ang pangunahing direksyon ng pagkilos ng interferon ay antitumor at antiviral na proteksyon, radioprotective at immunomodulatory function ng lymphatic system.
Ang Germanium sa anyo ng sesquioxide ay may kakayahang kumilos sa mga hydrogen ions H+, na pinapawi ang kanilang mapanirang epekto sa mga selula ng katawan. Ang isang garantiya ng mahusay na operasyon ng lahat ng mga sistema ng katawan ng tao ay ang walang patid na supply ng oxygen sa dugo at lahat ng mga tisyu. Ang organikong germanium ay hindi lamang naghahatid ng oxygen sa lahat ng mga punto ng katawan, ngunit nagtataguyod din ng pakikipag-ugnayan nito sa mga hydrogen ions.
- - Ang Germanium ay isang metal, ngunit ang hina nito ay maihahambing sa salamin.
- - Sinasabi ng ilang sangguniang libro na ang germanium ay may kulay pilak. Ngunit hindi ito masasabi, dahil ang kulay ng germanium ay direktang nakasalalay sa paraan ng paggamot sa ibabaw ng metal. Minsan maaari itong lumitaw halos itim, sa ibang pagkakataon ay may kulay na bakal, at kung minsan ay kulay-pilak.
- - Natuklasan ang Germanium sa ibabaw ng araw, gayundin sa mga meteorite na nahulog mula sa kalawakan.
- - Ang unang organoelement compound ng germanium ay nakuha ng nakatuklas ng elementong Clemens Winkler mula sa germanium tetrachloride noong 1887, ito ay tetraethylgermanium. Sa lahat ng organoelement compound ng germanium na nakuha sa kasalukuyang yugto, wala ni isa ang nakakalason. Kasabay nito, ang karamihan sa mga organotin at lead microelement, na mga analogue ng germanium sa kanilang mga pisikal na katangian, ay nakakalason.
- - Hinulaan ni Dmitry Ivanovich Mendeleev ang tatlong elemento ng kemikal bago pa man ang kanilang pagtuklas, kabilang ang germanium, na tinawag ang elementong ekasilicon dahil sa pagkakapareho nito sa silikon. Ang hula ng sikat na siyentipikong Ruso ay napakatumpak na ito ay namangha lamang sa mga siyentipiko, kasama. at Winkler, na nakatuklas ng germanium. Ang atomic weight ayon kay Mendeleev ay 72, sa katotohanan ito ay 72.6; ang tiyak na gravity ayon kay Mendeleev ay 5.5 sa katotohanan - 5.469; atomic volume ayon kay Mendeleev ay 13 sa katotohanan - 13.57; ang pinakamataas na oksido ayon kay Mendeleev ay EsO2, sa katotohanan - GeO2, ang tiyak na gravity nito ayon kay Mendeleev ay 4.7, sa katotohanan - 4.703; chloride compound ayon sa Mendeleev EsCl4 - likido, kumukulo na punto humigit-kumulang 90°C, sa katotohanan - chloride compound GeCl4 - likido, kumukulo na punto 83°C, compound na may hydrogen ayon sa Mendeleev EsH4 ay gaseous, compound na may hydrogen sa katotohanan - GeH4 gaseous; Organometallic compound ayon sa Mendeleev Es(C2H5)4, boiling point 160 °C, real organometallic compound Ge(C2H5)4 boiling point 163.5 °C. Tulad ng makikita mula sa impormasyong tinalakay sa itaas, ang hula ni Mendeleev ay nakakagulat na tumpak.
- - Noong Pebrero 26, 1886, sinimulan ni Clemens Winkler ang isang liham kay Mendeleev na may mga salitang "Mahal na Sir." Sa medyo magalang na paraan, sinabi niya sa siyentipikong Ruso ang tungkol sa pagtuklas ng isang bagong elemento na tinatawag na germanium, na sa mga pag-aari nito ay walang iba kundi ang dating hinulaang "ecasilicon" ni Mendeleev. Ang sagot ni Dmitry Ivanovich Mendeleev ay hindi gaanong magalang. Sumang-ayon ang siyentipiko sa pagtuklas ng kanyang kasamahan, na tinawag ang germanium na "ang korona ng kanyang pana-panahong sistema," at si Winkler ang "ama" ng elemento, na karapat-dapat na suotin ang "korona."
- - Ang Germanium, bilang isang klasikal na semiconductor, ay naging susi sa paglutas ng problema sa paglikha ng mga superconducting na materyales na gumagana sa temperatura ng likidong hydrogen, ngunit hindi likidong helium. Gaya ng nalalaman, ang hydrogen ay nagbabago sa isang likidong estado mula sa isang gas na estado kapag umabot ito sa temperatura na -252.6°C, o 20.5°K. Noong dekada 70, nabuo ang isang pelikula ng germanium at niobium, ang kapal nito ay ilang libong atomo lamang. Ang pelikulang ito ay may kakayahang mapanatili ang superconductivity kahit na ang temperatura ay umabot sa 23.2°K at mas mababa.
- - Kapag lumalaki ang isang germanium single crystal, isang germanium crystal - isang "binhi" - ay inilalagay sa ibabaw ng molten germanium, na unti-unting itinataas gamit ang isang awtomatikong aparato, at ang temperatura ng pagkatunaw ay bahagyang mas mataas kaysa sa natutunaw na punto ng germanium (937). °C). Ang "binhi" ay umiikot upang ang nag-iisang kristal, tulad ng sinasabi nila, "lumalaki kasama ng karne" mula sa lahat ng panig nang pantay-pantay. Dapat tandaan na sa panahon ng naturang paglago ang parehong bagay ay nangyayari tulad ng sa panahon ng pagtunaw ng zone, i.e. Halos germanium lamang ang pumapasok sa solid phase, at lahat ng impurities ay nananatili sa pagkatunaw.
Kwento
Ang pagkakaroon ng naturang elemento bilang germanium ay hinulaan noong 1871 ni Dmitry Ivanovich Mendeleev; dahil sa pagkakapareho nito sa silikon, ang elemento ay pinangalanang eca-silicon. Noong 1886, natuklasan ng isang propesor sa Freiberg Mining Academy ang argyrodite, isang bagong mineral na pilak. Pagkatapos ang mineral na ito ay sinuri nang mabuti ng propesor ng teknikal na kimika na si Clemens Winkler, na nagsasagawa ng kumpletong pagsusuri ng mineral. Ang apatnapu't walong taong gulang na si Winkler ay nararapat na itinuturing na pinakamahusay na analyst sa Freiberg Mining Academy, kaya naman binigyan siya ng pagkakataong mag-aral ng argyrodite.
Sa medyo maikling panahon, nakapagbigay ang propesor ng isang ulat sa porsyento ng iba't ibang elemento sa orihinal na mineral: ang pilak sa komposisyon nito ay 74.72%; asupre - 17.13%; ferrous oxide - 0.66%; mercury - 0.31%; zinc oxide - 0.22%. Ngunit halos pitong porsyento - ito ang bahagi ng ilang hindi kilalang elemento, na, tila, ay hindi pa natuklasan sa malayong oras na iyon. Kaugnay nito, nagpasya si Winkler na ihiwalay ang isang hindi kilalang sangkap ng argyrodpt, pag-aralan ang mga katangian nito, at sa proseso ng pananaliksik napagtanto niya na talagang natagpuan niya ang isang ganap na bagong elemento - ito ay escaplicium, hinulaan ni D.I. Mendeleev.
Gayunpaman, mali na isipin na naging maayos ang trabaho ni Winkler. Si Dmitry Ivanovich Mendeleev, bilang karagdagan sa ikawalong kabanata ng kanyang aklat na "Fundamentals of Chemistry," ay sumulat: "Sa una (Pebrero 1886), ang kakulangan ng materyal, pati na rin ang kakulangan ng spectrum sa apoy at ang solubility ng germanium compounds, seryosong humadlang sa pananaliksik ni Winkler..." Ito ay nagkakahalaga ng pagbibigay pansin sa mga salitang " kakulangan ng spectrum." Ngunit paano kaya? Noong 1886, umiral na ang isang malawakang ginagamit na paraan ng spectral analysis. Gamit ang pamamaraang ito, natuklasan ang mga elemento tulad ng thallium, rubidium, indium, cesium sa Earth at helium sa Araw. Alam na ng mga siyentipiko na tiyak na ang bawat elemento ng kemikal, nang walang pagbubukod, ay may indibidwal na spectrum, ngunit biglang walang spectrum!
Ang isang paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay lumitaw nang kaunti mamaya. Ang Germanium ay may mga katangiang parang multo na linya. Ang kanilang wavelength ay 2651.18; 3039.06 Ǻ at ilan pa. Gayunpaman, lahat sila ay nasa loob ng ultraviolet invisible na bahagi ng spectrum; maaari itong ituring na masuwerte na si Winkler ay isang sumusunod sa mga tradisyonal na pamamaraan ng pagsusuri, dahil ang mga pamamaraang ito ang humantong sa kanya sa tagumpay.
Ang pamamaraan ni Winkler sa pagkuha ng germanium mula sa mineral ay medyo malapit sa isa sa mga modernong pang-industriya na pamamaraan para sa paghihiwalay ng elemento 32. Una, ang germanium, na nakapaloob sa argarodnite, ay na-convert sa dioxide. Pagkatapos ang nagresultang puting pulbos ay pinainit sa temperatura na 600-700 °C sa isang hydrogen na kapaligiran. Sa kasong ito, naging halata ang reaksyon: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.
Sa paraang ito unang nakuha ang medyo purong elemento No. 32, germanium. Sa una, nilayon ni Winkler na pangalanan ang vanadium neptunium, bilang parangal sa planeta ng parehong pangalan, dahil ang Neptune, tulad ng germanium, ay unang hinulaang at pagkatapos lamang natagpuan. Ngunit pagkatapos ay lumabas na ang pangalang ito ay ginamit nang isang beses; ang isang elemento ng kemikal na natuklasan nang mali ay tinatawag na neptunium. Pinili ni Winkler na huwag ikompromiso ang kanyang pangalan at pagtuklas, at tumanggi sa neptunium. Isang Pranses na siyentipiko na si Rayon ang nagmungkahi, gayunpaman, pagkatapos ay inamin niya na ang kanyang panukala ay isang biro, iminungkahi niyang tawagan ang elementong angularium, i.e. "kontrobersyal, angular," ngunit hindi rin nagustuhan ni Winkler ang pangalang ito. Bilang isang resulta, ang siyentipiko ay nakapag-iisa na pumili ng isang pangalan para sa kanyang elemento, at tinawag itong germanium, bilang parangal sa kanyang sariling bansang Alemanya, sa paglipas ng panahon ang pangalang ito ay naitatag.
Hanggang 2nd half. XX siglo Ang praktikal na paggamit ng germanium ay nanatiling limitado. Ang produksyon ng pang-industriya na metal ay lumitaw lamang na may kaugnayan sa pag-unlad ng semiconductors at semiconductor electronics.
Ang pagiging likas
Ang Germanium ay maaaring uriin bilang isang elemento ng bakas. Sa kalikasan, ang elemento ay hindi nangyayari sa libreng anyo. Ang kabuuang nilalaman ng metal sa crust ng mundo ng ating planeta ayon sa masa ay 7 × 10 −4%%. Ito ay higit pa sa nilalaman ng mga elemento ng kemikal tulad ng pilak, antimony o bismuth. Ngunit ang sariling mineral ng germanium ay medyo mahirap makuha at napakabihirang matatagpuan sa kalikasan. Halos lahat ng mineral na ito ay sulfosalts, halimbawa, germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 at iba pa.
Ang karamihan ng germanium na nakakalat sa crust ng lupa ay nakapaloob sa isang malaking bilang ng mga bato, pati na rin ang maraming mga mineral: sulfite ores ng mga non-ferrous na metal, iron ores, ilang mga mineral na oxide (chromite, magnetite, rutile at iba pa), granite, diabase at basalts. Sa ilang mga sphalerite, ang nilalaman ng elemento ay maaaring umabot ng ilang kilo bawat tonelada, halimbawa, sa frankeite at sulvanite 1 kg/t, sa enargites ang nilalaman ng germanium ay 5 kg/t, sa pyrargyrite - hanggang 10 kg/t, at sa iba pang silicates at sulfide - sampu at daan-daang g/t. Ang isang maliit na proporsyon ng germanium ay naroroon sa halos lahat ng silicates, gayundin sa ilan sa mga deposito ng langis at karbon.
Ang pangunahing mineral ng elemento ay germanium sulfite (formula GeS2). Ang mineral ay matatagpuan bilang isang karumihan sa zinc sulfites at iba pang mga metal. Ang pinakamahalagang mineral na germanium ay: germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottite FeGe(OH) 6, renierite Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 at argyrodite Ag 8 GeS 6 .
Ang Alemanya ay naroroon sa mga teritoryo ng lahat ng estado nang walang pagbubukod. Ngunit wala sa mga industriyalisadong bansa sa mundo ang may pang-industriyang deposito ng metal na ito. Ang Germanium ay napaka, napakakalat. Sa Earth, ang mga mineral ng metal na ito ay itinuturing na napakabihirang kung naglalaman ang mga ito ng higit sa 1% germanium. Kabilang sa mga naturang mineral ang germanite, argyrodite, ultrabasite, atbp., kabilang ang mga mineral na natuklasan sa mga nakaraang dekada: schtotite, renerite, plumbogermanite at confildite. Ang mga deposito ng lahat ng mga mineral na ito ay hindi kayang masakop ang mga pangangailangan ng modernong industriya para sa bihira at mahalagang elementong kemikal na ito.
Ang karamihan ng germanium ay nakakalat sa mga mineral ng iba pang mga elemento ng kemikal, at matatagpuan din sa natural na tubig, uling, buhay na organismo at lupa. Halimbawa, ang nilalaman ng germanium sa ordinaryong karbon kung minsan ay umaabot ng higit sa 0.1%. Ngunit ang gayong figure ay medyo bihira; kadalasan ang bahagi ng germanium ay mas mababa. Ngunit halos walang germanium sa anthracite.
Resibo
Kapag nagpoproseso ng germanium sulfide, nakuha ang GeO 2 oxide, na nababawasan sa tulong ng hydrogen upang makakuha ng libreng germanium.
Sa industriyal na produksyon, ang germanium ay pangunahing kinukuha bilang isang by-product mula sa pagproseso ng non-ferrous metal ores (zinc blende, zinc-copper-lead polymetallic concentrates na naglalaman ng 0.001-0.1% germanium), abo mula sa coal combustion, at ilang kemikal na coke. mga produkto.
Sa una, ang germanium concentrate ay nakahiwalay sa mga pinagmumulan na tinalakay sa itaas (mula 2% hanggang 10% germanium) iba't ibang paraan, ang pagpili kung saan ay depende sa komposisyon ng mga hilaw na materyales. Sa panahon ng pagproseso ng mga boxing coal, ang germanium ay bahagyang namuo (mula sa 5% hanggang 10%) sa tar na tubig at dagta, mula doon ay nakuha ito kasama ng tannin, pagkatapos nito ay pinatuyo at pinaputok sa temperatura na 400-500 ° C . Ang resulta ay isang concentrate na naglalaman ng humigit-kumulang 30-40% germanium, kung saan ang germanium ay nakahiwalay sa anyo ng GeCl 4 . Ang proseso ng pagkuha ng germanium mula sa naturang concentrate, bilang panuntunan, ay kinabibilangan ng parehong mga yugto:
1) Ang concentrate ay chlorinated gamit ang hydrochloric acid, isang pinaghalong acid at chlorine in kapaligirang pantubig o iba pang chlorinating agent, na maaaring magresulta sa teknikal na GeCl 4 . Upang linisin ang GeCl 4, ang pagwawasto at pagkuha ng mga impurities na may puro hydrochloric acid ay ginagamit.
2) Ang hydrolysis ng GeCl 4 ay isinasagawa, ang mga produkto ng hydrolysis ay na-calcined upang makakuha ng GeO 2 oxide.
3) Ang GeO ay binabawasan ng hydrogen o ammonia sa purong metal.
Sa pamamagitan ng pagkuha ng purest germanium, na ginagamit sa semiconductor teknikal na paraan, isagawa ang zone melting ng metal. Ang single-crystalline germanium na kinakailangan para sa produksyon ng semiconductor ay kadalasang nakukuha sa pamamagitan ng zone melting o sa pamamaraang Czochralski.
Ang mga pamamaraan para sa paghihiwalay ng germanium mula sa tubig ng tar ng mga halaman ng coke ay binuo ng siyentipikong Sobyet na si V.A. Nasarenko. Ang hilaw na materyal na ito ay naglalaman ng hindi hihigit sa 0.0003% germanium, gayunpaman, gamit ang oak extract, madali itong ma-precipitate ang germanium sa anyo ng isang tannide complex.
Ang pangunahing bahagi ng tannin ay isang glucose ester, na naglalaman ng isang meta-digallic acid radical, na nagbubuklod sa germanium, kahit na ang konsentrasyon ng elemento sa solusyon ay napakababa. Mula sa sediment, madali kang makakuha ng concentrate na naglalaman ng hanggang 45% germanium dioxide.
Ang mga kasunod na pagbabagong-anyo ay bahagyang nakasalalay sa uri ng hilaw na materyal. Ang Germanium ay nababawasan ng hydrogen (tulad ng sa Winkler noong ika-19 na siglo), gayunpaman, ang germanium oxide ay dapat munang ihiwalay sa maraming dumi. Ang matagumpay na kumbinasyon ng mga katangian ng isang germanium compound ay naging lubhang kapaki-pakinabang para sa paglutas ng problemang ito.
Germanium tetrachloride GeCl4. ay isang pabagu-bago ng isip na likido na kumukulo sa 83.1°C lamang. Samakatuwid, ito ay medyo maginhawang nalinis sa pamamagitan ng distillation at rectification (sa mga haligi ng kuwarts na may isang packing).
Ang GeCl4 ay halos hindi matutunaw sa hydrochloric acid. Nangangahulugan ito na upang linisin ito, maaari mong gamitin ang paglusaw ng mga impurities na may HCl.
Ang purified germanium tetrachloride ay ginagamot ng tubig at dinadalisay gamit ang ion exchange resins. Ang isang tanda ng kinakailangang kadalisayan ay isang pagtaas sa resistivity ng tubig sa 15-20 milyong Ohm cm.
Ang hydrolysis ng GeCl4 ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng tubig:
GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.
Maaari mong mapansin na nasa harap namin ang equation para sa reaksyon ng paggawa ng germanium tetrachloride na "nakasulat pabalik".
Pagkatapos ay darating ang pagbawas ng GeO2 gamit ang purified hydrogen:
GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.
Ang resulta ay pulbos na germanium, na pinagsama at pagkatapos ay dinadalisay ng zone melting. Ang pamamaraang ito ang purification ay binuo noong 1952 partikular para sa purification ng germanium.
Ang mga impurities na kinakailangan upang magbigay ng isang uri ng conductivity sa germanium ay ipinakilala sa mga huling yugto ng produksyon, lalo na sa panahon ng pagtunaw ng zone, pati na rin sa panahon ng paglago ng isang solong kristal.
Aplikasyon
Ang Germanium ay isang semiconductor na materyal na ginagamit sa electronics at teknolohiya sa paggawa ng microcircuits at transistors. Ang mga manipis na pelikula ng germanium ay idineposito sa salamin at ginagamit bilang panlaban sa mga pag-install ng radar. Ang mga haluang metal ng germanium na may iba't ibang mga metal ay ginagamit sa paggawa ng mga detektor at sensor. Ang Germanium dioxide ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga baso na nagpapadala ng infrared radiation.
Matagal nang nagsisilbi ang Germanium telluride bilang isang stable na thermoelectric na materyal, at bilang isang bahagi din ng mga thermoelectric alloys (thermo-meaning emf na may 50 μV/K). mataas na kadalisayan sa paggawa ng prisms at lens para sa infrared optics. Ang pinakamalaking consumer ng germanium ay infrared optics, na ginagamit sa teknolohiya ng computer, sighting at missile guidance system, night vision device, pagmamapa at pag-aaral sa ibabaw ng mundo mula sa mga satellite. Ang Germanium ay malawakang ginagamit din sa mga fiber optic system (ang pagdaragdag ng germanium tetrafluoride sa mga glass fibers), pati na rin sa mga semiconductor diodes.
Ang Germanium, bilang isang klasikal na semiconductor, ay naging susi sa paglutas ng problema ng paglikha ng mga superconducting na materyales na gumagana sa temperatura ng likidong hydrogen, ngunit hindi likidong helium. Tulad ng alam mo, ang hydrogen ay nagiging likido mula sa isang gas kapag umabot ito sa temperatura na -252.6°C, o 20.5°K. Noong dekada 70, nabuo ang isang pelikula ng germanium at niobium, ang kapal nito ay ilang libong atomo lamang. Ang pelikulang ito ay may kakayahang mapanatili ang superconductivity kahit na ang temperatura ay umabot sa 23.2°K at mas mababa.
Sa pamamagitan ng pagsasama ng indium sa HES plate, kaya lumilikha ng isang lugar na may tinatawag na hole conductivity, ang isang rectifying device ay nakuha, i.e. diode. Ang isang diode ay may ari-arian ng pagpasa ng electric current sa isang direksyon: ang elektronikong rehiyon mula sa rehiyon na may butas na conductivity. Pagkatapos ng pagsasanib ng indium sa magkabilang panig ng hydroelectric plate, ang plate na ito ay nagiging base ng isang transistor. Sa unang pagkakataon sa mundo, ang isang transistor na gawa sa germanium ay nilikha noong 1948, at dalawampung taon lamang ang lumipas ang mga katulad na aparato ay ginawa sa daan-daang milyon.
Ang mga diode at triode na nakabatay sa Germanium ay naging malawakang ginagamit sa mga telebisyon at radyo, sa iba't ibang uri ng kagamitan at kompyuter sa pagsukat.
Ginagamit din ang Germanium sa iba pang partikular na mahalagang mga lugar ng modernong teknolohiya: kapag sinusukat ang mababang temperatura, kapag nakita ang infrared radiation, atbp.
Upang magamit ang walis sa lahat ng mga application na ito, kinakailangan ang germanium ng napakataas na kemikal at pisikal na kadalisayan. Ang kadalisayan ng kemikal ay ang kadalisayan kung saan ang halaga ng mga nakakapinsalang dumi ay hindi dapat higit sa isang sampung-milyong bahagi ng isang porsyento (10–7%). Ang pisikal na kadalisayan ay nangangahulugan ng isang minimum na mga dislokasyon, isang minimum na mga kaguluhan sa kristal na istraktura ng isang sangkap. Upang makamit ito, ang single-crystal germanium ay espesyal na lumaki. Sa kasong ito, ang buong metal ingot ay isang kristal lamang.
Upang gawin ito, isang germanium crystal, isang "binhi," ay inilalagay sa ibabaw ng molten germanium, na unti-unting itinataas gamit ang isang awtomatikong aparato, habang ang temperatura ng pagkatunaw ay bahagyang mas mataas kaysa sa natutunaw na punto ng germanium (937 °C). Ang "binhi" ay umiikot upang ang nag-iisang kristal, tulad ng sinasabi nila, "lumalaki kasama ng karne" mula sa lahat ng panig nang pantay-pantay. Dapat tandaan na sa panahon ng naturang paglago ang parehong bagay ay nangyayari tulad ng sa panahon ng pagtunaw ng zone, i.e. Halos germanium lamang ang pumapasok sa solid phase, at lahat ng impurities ay nananatili sa pagkatunaw.
Mga katangiang pisikal
Marahil, iilan sa mga mambabasa ng artikulong ito ang nagkaroon ng pagkakataong makita ang vanadium. Ang elemento mismo ay medyo mahirap makuha at mahal; ang mga kalakal ng consumer ay hindi ginawa mula dito, at ang kanilang germanium filling, na matatagpuan sa mga electrical appliances, ay napakaliit na imposibleng makita ang metal.
Ang ilang mga sangguniang libro ay nagsasaad na ang germanium ay may kulay-pilak na kulay. Ngunit hindi ito masasabi, dahil ang kulay ng germanium ay direktang nakasalalay sa paraan ng paggamot sa ibabaw ng metal. Minsan maaari itong lumitaw halos itim, sa ibang pagkakataon ay may kulay na bakal, at kung minsan ay kulay-pilak.
Ang Germanium ay isang bihirang metal na ang halaga ng bullion nito ay maihahambing sa halaga ng ginto. Ang Germanium ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng hina, na maihahambing lamang sa salamin. Sa panlabas, ang germanium ay medyo malapit sa silikon. Ang dalawang elementong ito ay parehong kakumpitensya para sa pamagat ng pinakamahalagang semiconductor at analogues. Bagaman ang ilan sa mga teknikal na katangian ng mga elemento ay halos magkapareho, kabilang ang panlabas na hitsura ng mga materyales, napakadaling makilala ang germanium mula sa silikon; ang germanium ay higit sa dalawang beses na mas mabigat. Ang density ng silicon ay 2.33 g/cm3, at ang density ng germanium ay 5.33 g/cm3.
Ngunit hindi tayo maaaring magsalita nang walang pag-aalinlangan tungkol sa density ng germanium, dahil ang figure na 5.33 g/cm3 ay tumutukoy sa germanium-1. Ito ay isa sa pinakamahalaga at pinakakaraniwang pagbabago ng limang allotropic modification ng elemento 32. Apat sa kanila ay mala-kristal at ang isa ay walang hugis. Ang Germanium-1 ay ang pinakamagaan na pagbabago ng apat na mala-kristal. Ang mga kristal nito ay eksaktong kapareho ng mga kristal na brilyante, a = 0.533 nm. Gayunpaman, kung para sa carbon ang istrakturang ito ay kasing siksik hangga't maaari, kung gayon para sa germanium mayroon ding mga mas siksik na pagbabago. Katamtamang init at mataas na presyon(humigit-kumulang 30 libong atmospheres sa 100 °C) ang nagpapalit ng germanium-1 sa germanium-2, ang istraktura ng kristal na sala-sala na eksaktong kapareho ng sa puting lata. Ang isang katulad na paraan ay ginagamit upang makakuha ng germanium-3 at germanium-4, na mas siksik. Ang lahat ng mga "hindi pangkaraniwang" pagbabagong ito ay higit na mataas sa germanium-1 hindi lamang sa density, kundi pati na rin sa electrical conductivity.
Ang density ng likidong germanium ay 5.557 g/cm3 (sa 1000°C), ang natutunaw na punto ng metal ay 937.5°C; ang punto ng kumukulo ay humigit-kumulang 2700°C; ang halaga ng thermal conductivity coefficient ay humigit-kumulang 60 W / (m (K), o 0.14 cal / (cm (sec (deg)) sa temperatura na 25 ° C. Sa ordinaryong temperatura, kahit na ang purong germanium ay marupok, ngunit kapag umabot ito sa 550 ° C nagsisimula itong magbigay sa plastic deformation. Ayon sa mineralogical scale, ang tigas ng germanium ay mula 6 hanggang 6.5; ang halaga ng compressibility coefficient (sa hanay ng presyon mula 0 hanggang 120 GN/m 2, o mula 0 hanggang 12000 kgf/mm 2) ay 1.4 10-7 m 2 /mn (o 1.4·10-6 cm 2 /kgf); ang surface tension ay 0.6 n/m (o 600 dynes/cm).
Ang Germanium ay isang tipikal na semiconductor na may sukat ng bandgap na 1.104·10 -19, o 0.69 eV (sa temperaturang 25 °C); high purity germanium ay may partikular na electrical resistivity na 0.60 ohm (m (60 ohm (cm)) (25 °C); electron mobility ay 3900, at hole mobility ay 1900 cm 2 /v. sec (sa 25 °C at sa nilalaman ng 8% impurities) Para sa mga infrared ray, ang wavelength na higit sa 2 microns, ang metal ay transparent.
Ang Germanium ay medyo marupok; hindi ito magagawa sa pamamagitan ng mainit o malamig na presyon sa mga temperatura sa ibaba 550 °C, ngunit kung ang temperatura ay tumaas, ang metal ay ductile. Ang katigasan ng metal sa mineralogical scale ay 6.0-6.5 (ang germanium ay nilagari sa mga plato gamit ang isang metal o brilyante na disk at isang nakasasakit).
Mga katangian ng kemikal
Ang Germanium, kapag natagpuan sa mga kemikal na compound, ay karaniwang nagpapakita ng pangalawa at ikaapat na valency, ngunit ang mga compound ng tetravalent germanium ay mas matatag. Ang Germanium sa temperatura ng silid ay lumalaban sa tubig, hangin, pati na rin ang mga solusyon sa alkali at dilute concentrates ng sulfuric o hydrochloric acid, ngunit ang elemento ay madaling natutunaw sa aqua regia o isang alkaline na solusyon ng hydrogen peroxide. Ang elemento ay dahan-dahang na-oxidized sa pamamagitan ng pagkilos ng nitric acid. Kapag ang temperatura sa hangin ay umabot sa 500-700 °C, ang germanium ay nagsisimulang mag-oxidize sa mga oxide na GeO 2 at GeO. Ang (IV) germanium oxide ay isang puting pulbos na may melting point na 1116 ° C at isang solubility sa tubig na 4.3 g/l (sa 20 ° C). Ayon sa mga kemikal na katangian nito, ang sangkap ay amphoteric, natutunaw sa alkali, at may kahirapan sa mineral acid. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagtagos ng hydration precipitate GeO 3 nH 2 O, na inilabas sa panahon ng hydrolysis. Ang mga derivatives ng Germanium acid, halimbawa, metal germanates (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, atbp.) ay mga solido na may mataas na mga punto ng pagkatunaw. , ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsasama ng GeO 2 at iba pang mga oxide.
Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng germanium at halogens, maaaring mabuo ang kaukulang tetrahalide. Ang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang mas madali sa klorin at fluorine (kahit sa temperatura ng silid), pagkatapos ay sa yodo (temperatura 700-800 °C, pagkakaroon ng CO) at bromine (sa mababang init). Ang isa sa pinakamahalagang compound ng germanium ay tetrachloride (formula GeCl 4). Ito ay isang walang kulay na likido na may punto ng pagkatunaw na 49.5 °C, isang punto ng kumukulo na 83.1 °C at isang density na 1.84 g/cm3 (sa 20 °C). Ang substansiya ay malakas na na-hydrolyzed ng tubig, na naglalabas ng precipitate ng hydrated oxide (IV). Nakukuha ang tetrachloride sa pamamagitan ng pag-chlorinate ng germanium metal o sa pamamagitan ng pag-react sa GeO 2 ooxide at concentrated hydrochloric acid. Ang Germanium dihalides na may pangkalahatang formula na GeX 2, hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6, GeCl monochloride, pati na rin ang germanium oxychlorides (halimbawa, CeOCl 2) ay kilala rin.
Kapag naabot ang 900-1000 °C, ang sulfur ay masiglang nakikipag-ugnayan sa germanium, na bumubuo ng GeS 2 disulfide. Ito ay isang puting solid na may punto ng pagkatunaw na 825 °C. Posible rin ang pagbuo ng monosulfide GeS at mga katulad na compound ng germanium na may tellurium at selenium, na mga semiconductor. Sa temperatura na 1000-1100 °C, bahagyang tumutugon ang hydrogen sa germanium, na bumubuo ng germine (GeH) X, na isang hindi matatag at lubhang pabagu-bagong tambalan. Ang hydrogen germanides ng seryeng Ge n H 2n + 2 hanggang Ge 9 H 20 ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pagtugon sa germanides na may dilute na HCl. Ang Germylene na may komposisyon na GeH 2 ay kilala rin. Ang Germanium ay hindi direktang tumutugon sa nitrogen, ngunit mayroong isang nitride Ge 3 N 4, na nakukuha kapag ang germanium ay nalantad sa ammonia (700-800 ° C). Ang Germanium ay hindi tumutugon sa carbon. Sa maraming mga metal, ang germanium ay bumubuo ng iba't ibang mga compound - germanides.
Mayroong maraming mga kumplikadong compound ng germanium na kilala, na nagiging lalong mahalaga sa analytical chemistry ng elementong germanium, gayundin sa mga proseso ng pagkuha ng kemikal na elemento. Ang Germanium ay may kakayahang bumuo ng mga kumplikadong compound na may hydroxyl-containing organic molecules (polyhydric alcohols, polybasic acids, atbp.). Mayroon ding germanium heteropolyacids. Tulad ng ibang mga elemento ng pangkat IV, ang germanium ay karaniwang bumubuo ng mga organometallic compound. Ang isang halimbawa ay tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3.
Ang kemikal na elementong germanium ay nasa ikaapat na pangkat (pangunahing subgroup) sa periodic table ng mga elemento. Ito ay kabilang sa pamilya ng mga metal at may relatibong atomic na mass na 73. Ayon sa masa, ang nilalaman ng germanium sa crust ng lupa ay tinatayang 0.00007 porsiyento ng masa.
Kasaysayan ng pagtuklas
Ang kemikal na elemento ng germanium ay itinatag salamat sa mga hula ni Dmitry Ivanovich Mendeleev. Sila ang naghula ng pagkakaroon ng eca-silicon at nagbigay ng mga rekomendasyon para sa paghahanap nito.
Naniniwala ako na ang elementong metal na ito ay matatagpuan sa titanium at zirconium ores. Sinubukan ni Mendeleev na hanapin ang kemikal na elementong ito sa kanyang sarili, ngunit ang kanyang mga pagtatangka ay hindi nagtagumpay. Pagkalipas lamang ng labinlimang taon, natagpuan ang isang mineral na tinatawag na argyrodite sa isang minahan na matatagpuan sa Himmelfürst. Ang tambalang ito ay may utang na pangalan sa pilak na matatagpuan sa mineral na ito.
Ang kemikal na elementong germanium sa komposisyon ay natuklasan lamang pagkatapos magsimula ng pananaliksik ang isang grupo ng mga chemist mula sa Freiberg Mining Academy. Sa ilalim ng pamumuno ni K. Winkler, nalaman nila na ang bahagi ng oxides ng zinc, iron, gayundin ang sulfur at mercury ay umabot lamang sa 93 porsiyento ng mineral. Iminungkahi ni Winkler na ang natitirang pitong porsyento ay nagmula sa isang kemikal na elemento na hindi alam noong panahong iyon. Pagkatapos ng karagdagang mga eksperimento sa kemikal, natuklasan ang germanium. Iniulat ng chemist ang kanyang pagtuklas sa isang ulat at ipinakita ang impormasyong nakuha tungkol sa mga katangian ng bagong elemento sa German Chemical Society.
Ang kemikal na elementong germanium ay ipinakita ni Winkler bilang isang non-metal, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa antimony at arsenic. Nais ng chemist na tawagan itong neptunium, ngunit ginagamit na ang pangalang ito. Pagkatapos ay sinimulan nilang tawagan itong germanium. Ang kemikal na elemento na natuklasan ni Winkler ay nagdulot ng seryosong debate sa mga nangungunang chemist noong panahong iyon. Iminungkahi ng Aleman na siyentipiko na si Richter na ito ang parehong ecasilicium na binanggit ni Mendeleev. Pagkaraan ng ilang oras, ang palagay na ito ay nakumpirma, na pinatunayan ang posibilidad na mabuhay ng pana-panahong batas na nilikha ng mahusay na chemist ng Russia.
Mga katangiang pisikal
Paano mailalarawan ang germanium? Ang kemikal na elemento ay may atomic number 32 sa Mendeleev. Ang metal na ito ay natutunaw sa 937.4 °C. Ang punto ng kumukulo ng sangkap na ito ay 2700 °C.
Ang Germanium ay isang elemento na unang ginamit sa Japan para sa mga layuning medikal. Matapos ang maraming pag-aaral ng mga organogermanium compound na isinagawa sa mga hayop, gayundin sa mga pag-aaral ng tao, posible na matuklasan ang mga positibong epekto ng naturang mga ores sa mga buhay na organismo. Noong 1967, natuklasan ni Dr. K. Asai ang katotohanan na ang organic germanium ay may malaking hanay ng mga biological effect.
Biyolohikal na aktibidad
Ano ang katangian ng kemikal na elementong germanium? Ito ay may kakayahang maghatid ng oxygen sa lahat ng mga tisyu ng isang buhay na organismo. Kapag nasa dugo, ito ay kumikilos sa katulad na paraan sa hemoglobin. Ginagarantiyahan ng Germanium ang buong paggana ng lahat ng sistema ng katawan ng tao.
Ang metal na ito ang nagpapasigla sa paglaganap ng mga immune cell. Ito, sa anyo ng mga organikong compound, ay nagpapahintulot sa pagbuo ng gamma interferon, na pinipigilan ang paglaganap ng mga mikrobyo.
Pinipigilan ng Germanium ang pagbuo ng mga malignant na tumor at pinipigilan ang pag-unlad ng metastases. Ang mga organikong compound ng elementong kemikal na ito ay nag-aambag sa paggawa ng interferon, isang proteksiyon na molekula ng protina na ginawa ng katawan bilang isang proteksiyon na reaksyon sa hitsura ng mga dayuhang katawan.
Mga lugar ng paggamit
Ang antifungal, antibacterial, at antiviral properties ng germanium ay naging batayan para sa mga lugar ng aplikasyon nito. Sa Alemanya, ang elementong ito ay pangunahing nakuha bilang isang by-product ng pagproseso ng mga non-ferrous ores. Ang Germanium concentrate ay ibinukod sa iba't ibang paraan, depende sa komposisyon ng feedstock. Ang komposisyon nito ay naglalaman ng hindi hihigit sa 10 porsiyentong metal.
Paano eksaktong ginagamit ang germanium sa modernong teknolohiya ng semiconductor? Ang mga katangian ng elementong ibinigay kanina ay nagpapatunay sa posibilidad ng paggamit nito para sa paggawa ng mga triode, diode, power rectifier, at crystal detector. Ginagamit din ang Germanium sa paglikha ng mga dosimetric na instrumento, mga aparato na kinakailangan para sa pagsukat ng lakas ng pare-pareho at alternating magnetic field.
Ang isang makabuluhang lugar ng aplikasyon ng metal na ito ay ang paggawa ng mga infrared radiation detector.
Ang promising ay ang paggamit ng hindi lamang germanium mismo, kundi pati na rin ang ilan sa mga compound nito.
Mga katangian ng kemikal
Ang Germanium sa temperatura ng silid ay medyo lumalaban sa kahalumigmigan at oxygen sa atmospera.
Sa serye - germanium - lata) mayroong isang pagtaas sa pagbabawas ng kakayahan.
Ang Germanium ay lumalaban sa mga solusyon ng hydrochloric at sulfuric acid; hindi ito nakikipag-ugnayan sa mga solusyon sa alkali. Bukod dito, ang metal na ito ay mabilis na natutunaw sa aqua regia (pitong nitric at hydrochloric acid), pati na rin sa isang alkaline na solusyon ng hydrogen peroxide.
Paano magbigay buong paglalarawan elemento ng kemikal? Dapat suriin ang Germanium at ang mga haluang metal nito hindi lamang para sa pisikal at kemikal na mga katangian, kundi pati na rin para sa mga lugar ng aplikasyon. Ang proseso ng germanium oxidation na may nitric acid ay nagpapatuloy nang mabagal.
Ang pagiging likas
Subukan nating kilalanin ang elemento ng kemikal. Ang Germanium ay matatagpuan sa kalikasan lamang sa anyo ng mga compound. Kabilang sa mga pinakakaraniwang mineral na naglalaman ng germanium sa kalikasan, itinatampok namin ang germanite at argyrodite. Bilang karagdagan, ang germanium ay naroroon sa zinc sulfides at silicates, at sa maliit na dami ay matatagpuan ito sa iba't ibang uri ng karbon.
Nakakapinsala sa kalusugan
Ano ang epekto ng germanium sa katawan? Isang kemikal na elemento na ang electronic formula ay 1e; 8 e; ika-18; 7 e, maaaring magkaroon ng negatibong epekto sa katawan ng tao. Halimbawa, kapag naglo-load ng germanium concentrate, paggiling, pati na rin ang paglo-load ng dioxide ng metal na ito, mga sakit sa trabaho. Kasama sa iba pang mga mapagkukunan na nakakapinsala sa kalusugan ang proseso ng pagtunaw ng germanium powder sa mga bar at paggawa ng carbon monoxide.
Ang adsorbed germanium ay maaaring mabilis na maalis mula sa katawan, karamihan sa pamamagitan ng ihi. Sa kasalukuyan, walang detalyadong impormasyon kung gaano nakakalason ang mga inorganikong germanium compound.
Ang Germanium tetrachloride ay may nakakainis na epekto sa balat. Sa mga klinikal na pagsubok, pati na rin sa pangmatagalang oral administration ng pinagsama-samang dami na umabot sa 16 gramo ng spirogermanium (isang organic na antitumor na gamot), pati na rin ang iba pang germanium compounds, nephrotoxic at neurotoxic na aktibidad ng metal na ito ay natuklasan.
Ang ganitong mga dosis ay karaniwang hindi tipikal para sa mga pang-industriya na negosyo. Ang mga eksperimento na isinagawa sa mga hayop ay naglalayong pag-aralan ang epekto ng germanium at mga compound nito sa isang buhay na organismo. Bilang isang resulta, posible na magtatag ng isang pagkasira sa kalusugan dahil sa paglanghap ng isang malaking halaga ng germanium metal dust, pati na rin ang dioxide nito.
Natuklasan ng mga siyentipiko ang malubhang pagbabago sa morphological sa mga baga ng mga hayop na katulad ng mga proliferative na proseso. Halimbawa, ang makabuluhang pampalapot ng mga seksyon ng alveolar ay napansin, pati na rin ang hyperplasia ng mga lymphatic vessel sa paligid ng bronchi, at pampalapot ng mga daluyan ng dugo.
Ang Germanium dioxide ay hindi nakakainis sa balat, ngunit ang direktang pakikipag-ugnay ng tambalang ito sa lamad ng mata ay humahantong sa pagbuo ng germanic acid, na isang malubhang nakakainis sa mata. Sa matagal na intraperitoneal injection, nakita ang mga seryosong pagbabago sa peripheral blood.
Mahahalagang katotohanan
Ang pinaka-mapanganib na compound ng germanium ay germanium chloride at hydride. Ang huling sangkap ay naghihikayat ng malubhang pagkalason. Bilang resulta ng isang morphological na pagsusuri ng mga organo ng mga hayop na namatay sa panahon ng talamak na yugto, ang mga makabuluhang kaguluhan sa sistema ng sirkulasyon ay ipinakita, pati na rin ang mga pagbabago sa cellular sa mga organo ng parenchymal. Napagpasyahan ng mga siyentipiko na ang hydride ay isang multi-purpose poison na nakakaapekto sistema ng nerbiyos, pinipigilan ang peripheral circulatory system.
Germanium tetrachloride
Siya ay isang malakas na iritasyon sistema ng paghinga, mata, balat. Sa isang konsentrasyon ng 13 mg / m3 ito ay may kakayahang sugpuin antas ng cellular tugon sa baga. Habang tumataas ang konsentrasyon ng sangkap na ito, malubhang pangangati ng itaas respiratory tract, makabuluhang pagbabago sa ritmo at dalas ng paghinga.
Ang pagkalason sa sangkap na ito ay humahantong sa catarrhal-desquamative bronchitis at interstitial pneumonia.
Resibo
Dahil sa likas na katangian ang germanium ay naroroon bilang isang karumihan sa nickel, polymetallic, at tungsten ores, maraming mga labor-intensive na proseso na may kaugnayan sa ore enrichment ay isinasagawa sa industriya upang ihiwalay ang purong metal. Ang Germanium oxide ay unang nahiwalay mula dito, pagkatapos ay binabawasan ito ng hydrogen sa isang mataas na temperatura upang makakuha ng isang simpleng metal:
GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.
Mga elektronikong katangian at isotopes
Ang Germanium ay itinuturing na isang hindi direktang puwang na tipikal na semiconductor. Ang value ng dielectric statistical constant nito ay 16, at ang value ng electron affinity nito ay 4 eV.
Sa isang manipis na pelikula ng doped gallium, ang germanium ay maaaring bigyan ng superconducting state.
Mayroong limang isotopes ng metal na ito na naroroon sa kalikasan. Sa mga ito, apat ang stable, at ang ikalima ay sumasailalim sa double beta decay, ang kalahating buhay ay 1.58 × 10 21 taon.
Konklusyon
Sa kasalukuyan, ang mga organikong compound ng metal na ito ay ginagamit sa iba't ibang industriya. Ang transparency sa infrared spectral na rehiyon ng metallic germanium ng ultra-high purity ay mahalaga para sa paggawa ng mga optical elements ng infrared optics: prisms, lenses, optical windows ng mga modernong sensor. Ang pinakakaraniwang lugar ng paggamit ng germanium ay ang paglikha ng mga optika para sa mga thermal imaging camera, na nagpapatakbo sa hanay ng wavelength mula 8 hanggang 14 microns.
Ang mga katulad na device ay ginagamit sa mga kagamitang pangmilitar para sa infrared guidance system, night vision, passive thermal imaging, at fire protection system. Ang Germanium ay mayroon ding mataas na refractive index, na kinakailangan para sa anti-reflective coating.
Sa radio engineering, ang mga transistor batay sa germanium ay may mga katangian na sa maraming aspeto ay lumalampas sa mga elemento ng silikon. Ang mga baligtad na agos ng mga elemento ng germanium ay mas mataas kaysa sa kanilang mga katapat na silikon, na ginagawang posible na makabuluhang taasan ang kahusayan ng naturang mga aparato sa radyo. Isinasaalang-alang na ang germanium ay hindi karaniwan sa kalikasan gaya ng silikon, ang mga elemento ng silikon na semiconductor ay pangunahing ginagamit sa mga aparatong radyo.
Ang Germanium ay isang kemikal na elemento na may atomic number na 32 sa periodic table, na sinasagisag ng simbolong Ge (German). Germanium).
Kasaysayan ng pagtuklas ng germanium
Ang pagkakaroon ng elementong eca-silicon, isang analogue ng silikon, ay hinulaan ni D.I. Mendeleev noong 1871. At noong 1886, natuklasan ng isa sa mga propesor ng Freiberg Mining Academy ang isang bagong mineral na pilak - argyrodite. Ang mineral na ito ay pagkatapos ay ipinasa sa Propesor ng Teknikal Chemistry Clemens Winkler para sa kumpletong pagsusuri.
Hindi ito ginawa ng pagkakataon: ang 48-taong-gulang na si Winkler ay itinuturing na pinakamahusay na analyst sa akademya.
Mabilis, nalaman niya na ang mineral ay naglalaman ng 74.72% pilak, 17.13% sulfur, 0.31% mercury, 0.66% ferrous oxide, at 0.22% zinc oxide. At halos 7% ng bigat ng bagong mineral ay isinasaalang-alang ng ilang hindi maintindihan na elemento, malamang na hindi pa rin alam. Ibinukod ni Winkler ang hindi kilalang sangkap na argyrodpt, pinag-aralan ang mga katangian nito at napagtanto na nakahanap nga siya ng bagong elemento - escaplicium na hinulaang ni Mendeleev. Ito ang maikling kasaysayan ng elementong may atomic number na 32.
Gayunpaman, mali na isipin na ang gawain ni Winkler ay naging maayos, nang walang sagabal. Narito kung ano ang isinulat ni Mendeleev tungkol dito sa mga karagdagan sa ikawalong kabanata ng "Mga Pundamental ng Chemistry": "Sa una (Pebrero 1886) ang kakulangan ng materyal, ang kakulangan ng spectrum sa apoy ng burner at ang solubility ng maraming germanium compound ay ginawa ito. mahirap para sa pananaliksik ni Winkler...” Bigyang-pansin ang “kakulangan ng spectrum sa apoy." Paano kaya? Pagkatapos ng lahat, noong 1886 ay umiral na ang paraan ng spectral analysis; Sa pamamaraang ito, ang rubidium, cesium, thallium, at indium ay natuklasan na sa Earth, at helium sa Araw. Tiyak na alam ng mga siyentipiko na ang bawat elemento ng kemikal ay may ganap na indibidwal na spectrum, at biglang walang spectrum!
Maya-maya pa ay dumating na ang paliwanag. Ang Germanium ay may katangiang parang multo na mga linya - na may mga wavelength na 2651.18, 3039.06 Ǻ at marami pa. Ngunit lahat sila ay namamalagi sa hindi nakikitang ultraviolet na bahagi ng spectrum, at maaari itong ituring na masuwerte na ang pagsunod ni Winkler sa mga tradisyonal na pamamaraan ng pagsusuri - humantong sila sa tagumpay.
Ang paraan na ginamit ni Winkler para sa paghihiwalay ng germanium ay katulad ng isa sa mga kasalukuyang pang-industriyang pamamaraan para sa pagkuha ng elemento No. 32. Una, ang germanium na nilalaman sa argarodnite ay na-convert sa dioxide, at pagkatapos ang puting pulbos na ito ay pinainit sa 600 ... 700 ° C sa isang hydrogen na kapaligiran. Ang reaksyon ay halata: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.
Ito ay kung paano nakuha ang medyo purong germanium sa unang pagkakataon. Sinadya ni Winkler na pangalanan ang bagong elementong neptunium, pagkatapos ng planetang Neptune. (Tulad ng elemento 32, ang planetang ito ay hinulaang bago ito natuklasan.) Ngunit pagkatapos ay lumabas na ang ganoong pangalan ay dati nang itinalaga sa isang maling natuklasang elemento, at, dahil hindi nais na ikompromiso ang kanyang pagtuklas, tinalikuran ni Winkler ang kanyang unang intensyon. Hindi rin niya tinanggap ang panukalang pangalanan ang bagong elementong angularium, i.e. "angular, kontrobersyal" (at ang pagtuklas na ito ay talagang nagdulot ng maraming kontrobersya). Totoo, ang Pranses na chemist na si Rayon, na naglagay ng gayong ideya, ay nagsabi nang maglaon na ang kanyang panukala ay walang iba kundi isang biro. Pinangalanan ni Winkler ang bagong elementong germanium pagkatapos ng kanyang bansa, at ang pangalan ay natigil.
Paghahanap ng germanium sa kalikasanDapat pansinin na sa panahon ng geochemical evolution ng crust ng lupa, ang isang malaking halaga ng germanium ay nahugasan mula sa karamihan ng ibabaw ng lupa patungo sa mga karagatan, kaya sa kasalukuyan ang halaga ng microelement na ito na nakapaloob sa lupa ay lubhang hindi gaanong mahalaga.
Ang kabuuang nilalaman ng germanium sa crust ng lupa ay 7 × 10 −4% sa pamamagitan ng masa, iyon ay, higit sa, halimbawa, antimony, pilak, bismuth. Dahil sa hindi gaanong kabuluhan na nilalaman nito sa crust ng lupa at geochemical affinity na may ilang malawak na elemento, ang germanium ay nagpapakita ng isang limitadong kakayahan upang bumuo ng sarili nitong mga mineral, na nawawala sa mga sala-sala ng iba pang mga mineral. Samakatuwid, ang sariling mineral ng germanium ay napakabihirang. Halos lahat ng mga ito ay sulfosalts: germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), argyrodite Ag 8 GeS 6 (3.6 - 7% Ge), confieldite Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (hanggang 2% Ge), atbp. Ang bulto ng germanium ay nakakalat sa crust ng lupa sa malaking bilang ng mga bato at mineral. Halimbawa, sa ilang mga sphalerite, ang nilalaman ng germanium ay umabot sa kilo bawat tonelada, sa enargites hanggang 5 kg/t, sa pyrargyrite hanggang 10 kg/t, sa sulvanite at frankeite 1 kg/t, sa iba pang sulfide at silicates - daan-daan at sampu. ng g/t. T. Ang Germanium ay puro sa mga deposito ng maraming mga metal - sa sulfide ores ng mga non-ferrous na metal, sa iron ores, sa ilang mga mineral na oxide (chromite, magnetite, rutile, atbp.), Sa granite, diabases at basalts. Bilang karagdagan, ang germanium ay naroroon sa halos lahat ng silicates, sa ilang mga deposito ng karbon at langis.
Resibo AlemanyaAng Germanium ay pangunahing nakuha mula sa by-products pagproseso ng mga non-ferrous metal ores (zinc blende, zinc-copper-lead polymetallic concentrates) na naglalaman ng 0.001-0.1% Germany. Ang mga abo mula sa pagkasunog ng karbon, alikabok mula sa mga generator ng gas at basura mula sa mga halaman ng coke ay ginagamit din bilang hilaw na materyales. Sa una, ang germanium concentrate (2-10% Germany) ay nakuha mula sa mga nakalistang mapagkukunan sa iba't ibang paraan, depende sa komposisyon ng mga hilaw na materyales. Ang pagkuha ng germanium mula sa concentrate ay kadalasang kinabibilangan ng mga sumusunod na hakbang:
1) chlorination ng concentrate na may hydrochloric acid, isang halo nito sa chlorine sa isang aqueous medium o iba pang chlorinating agent upang makakuha ng teknikal na GeCl 4 . Upang linisin ang GeCl 4, ang pagwawasto at pagkuha ng mga impurities na may puro HCl ay ginagamit.
2) Hydrolysis ng GeCl 4 at calcination ng mga produktong hydrolysis para makuha ang GeO 2.
3) Pagbawas ng GeO 2 na may hydrogen o ammonia sa metal. Upang ihiwalay ang napakadalisay na germanium, na ginagamit sa mga aparatong semiconductor, ang pagtunaw ng zone ng metal ay isinasagawa. Ang single-crystalline Germanium, na kinakailangan para sa industriya ng semiconductor, ay karaniwang nakukuha sa pamamagitan ng zone melting o sa pamamaraang Czochralski.
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Ang Germanium ng semiconductor purity na may impurity content na 10 -3 -10 -4% ay nakuha sa pamamagitan ng zone melting, crystallization o thermolysis ng volatile monogermane GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
na nabuo sa panahon ng agnas ng mga aktibong metal compound na may Ge - germanides sa pamamagitan ng mga acid:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Ang Germanium ay matatagpuan bilang isang impurity sa polymetallic, nickel, at tungsten ores, pati na rin sa silicates. Bilang resulta ng kumplikado at masinsinang paggawa na mga operasyon para sa pagpapayaman at konsentrasyon ng ore, ang germanium ay nakahiwalay sa anyo ng GeO 2 oxide, na nababawasan ng hydrogen sa 600 °C sa isang simpleng sangkap:
GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O.
Ang Germanium single crystals ay dinadalisay at pinalaki gamit ang zone melting method.
Ang purong germanium dioxide ay unang nakuha sa USSR noong unang bahagi ng 1941. Ang Germanium glass na may napakataas na refractive index ng liwanag ay ginawa mula dito. Ang pananaliksik sa elemento No. 32 at mga pamamaraan para sa posibleng produksyon nito ay nagpatuloy pagkatapos ng digmaan, noong 1947. Ngayon, ang germanium ay interesado sa mga siyentipikong Sobyet bilang isang semiconductor.
Mga katangiang pisikal AlemanyaSa hitsura, ang germanium ay madaling malito sa silikon.
Nag-crystallize ang Germanium sa isang cubic na uri ng diamante na istraktura, ang parameter ng unit cell a = 5.6575 Å.
Ang elementong ito ay hindi kasing lakas ng titanium o tungsten. Ang density ng solid germanium ay 5.327 g/cm 3 (25°C); likido 5.557 (1000°C); t pl 937.5°C; punto ng kumukulo tungkol sa 2700°C; thermal conductivity coefficient ~60 W/(m K), o 0.14 cal/(cm sec deg) sa 25°C.
Ang Germanium ay halos kasing malutong ng salamin at maaaring kumilos nang naaayon. Kahit na sa mga ordinaryong temperatura, ngunit sa itaas ng 550°C, ito ay madaling kapitan sa plastic deformation. Hardness Germany sa mineralogical scale 6-6.5; compressibility coefficient (sa hanay ng presyon 0-120 H/m 2, o 0-12000 kgf/mm 2) 1.4·10 -7 m 2 /mn (1.4·10 -6 cm 2 /kgf); pag-igting sa ibabaw 0.6 n/m (600 dynes/cm). Ang Germanium ay isang tipikal na semiconductor na may band gap na 1.104·10 -19 J o 0.69 eV (25°C); electrical resistivity Germany mataas na kadalisayan 0.60 ohm m (60 ohm cm) sa 25°C; electron mobility 3900 at hole mobility 1900 cm 2 /v sec (25°C) (na may impurity content na mas mababa sa 10 -8%).
Ang lahat ng "hindi pangkaraniwang" pagbabago ng crystalline germanium ay higit sa Ge-I sa electrical conductivity. Ang pagbanggit sa partikular na ari-arian na ito ay hindi sinasadya: ang halaga ng electrical conductivity (o ang kabaligtaran na halaga nito - resistivity) ay lalong mahalaga para sa isang elemento ng semiconductor.
Mga katangian ng kemikal AlemanyaSa mga kemikal na compound, ang germanium ay karaniwang nagpapakita ng valency 4 o 2. Ang mga compound na may valency 4 ay mas matatag. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay lumalaban sa hangin at tubig, alkalis at acids, natutunaw sa aqua regia at sa isang alkaline na solusyon ng hydrogen peroxide. Ginagamit ang mga haluang metal ng Germanium at salamin batay sa germanium dioxide.
SA mga kemikal na compound Ang Germanium ay karaniwang nagpapakita ng mga valence ng 2 at 4, na may mga compound ng 4-valent germanium na mas matatag. Sa temperatura ng silid, ang Germanium ay lumalaban sa hangin, tubig, mga solusyon sa alkali at maghalo ng mga hydrochloric at sulfuric acid, ngunit madaling natutunaw sa aqua regia at isang alkaline na solusyon ng hydrogen peroxide. Dahan-dahan itong na-oxidized ng nitric acid. Kapag pinainit sa hangin sa 500-700°C, ang germanium ay na-oxidize sa mga oxide na GeO at GeO 2. Germany (IV) oxide - puting pulbos na may punto ng pagkatunaw 1116°C; solubility sa tubig 4.3 g/l (20°C). Ayon sa mga kemikal na katangian nito, ito ay amphoteric, natutunaw sa alkalis at may kahirapan sa mga mineral na acid. Nakukuha ito sa pamamagitan ng calcination ng hydrate precipitate (GeO 3 ·nH 2 O) na inilabas sa panahon ng hydrolysis ng GeCl 4 tetrachloride. Sa pamamagitan ng pagsasama ng GeO 2 sa iba pang mga oxide, maaaring makuha ang mga derivatives ng germanic acid - metal germanates (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 at iba pa) - mga solidong sangkap na may mataas na mga punto ng pagkatunaw.
Kapag ang germanium ay tumutugon sa mga halogens, ang kaukulang tetrahalide ay nabuo. Ang reaksyon ay nagpapatuloy nang pinakamadaling sa fluorine at chlorine (nasa temperatura ng silid), pagkatapos ay sa bromine (mababang pag-init) at sa yodo (sa 700-800 ° C sa pagkakaroon ng CO). Ang isa sa pinakamahalagang compound ng Germany tetrachloride GeCl 4 ay isang walang kulay na likido; t pl -49.5°C; punto ng kumukulo 83.1°C; density 1.84 g/cm 3 (20°C). Ito ay malakas na na-hydrolyzed sa tubig, na naglalabas ng precipitate ng hydrated oxide (IV). Nakukuha ito sa pamamagitan ng pag-chlorinate ng metal na germanium o pag-react sa GeO 2 na may puro HCl. Kilala rin ang Germanium dihalides ng pangkalahatang formula na GeX 2, GeCl monochloride, hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 at Germanium oxychlorides (halimbawa, CeOCl 2).
Masiglang tumutugon ang sulfur sa Germanium sa 900-1000°C upang bumuo ng disulfide GeS 2 - isang puting solid, melting point na 825°C. Inilalarawan din ang GeS monosulfide at mga katulad na compound ng Germany na may selenium at tellurium, na mga semiconductor. Ang hydrogen ay bahagyang tumutugon sa Germanium sa 1000-1100°C upang bumuo ng germine (GeH) X, isang hindi matatag at lubhang pabagu-bagong tambalan. Sa pamamagitan ng pagtugon sa germanides na may dilute hydrochloric acid, ang germanide hydrogens ng seryeng Ge n H 2n+2 hanggang Ge 9 H 20 ay maaaring makuha. Ang Germylene ng komposisyon na GeH 2 ay kilala rin. Ang Germanium ay hindi direktang tumutugon sa nitrogen, gayunpaman, mayroong isang nitride Ge 3 N 4, na nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng ammonia sa Germanium sa 700-800°C. Ang Germanium ay hindi nakikipag-ugnayan sa carbon. Ang Germanium ay bumubuo ng mga compound na may maraming mga metal - germanides.
Maraming mga kumplikadong compound ng Germanium ang kilala, na nagiging lalong mahalaga kapwa sa analytical chemistry ng Germanium at sa mga proseso ng paghahanda nito. Ang Germanium ay bumubuo ng mga kumplikadong compound na may mga organikong molekulang naglalaman ng hydroxyl (polyhydric alcohol, polybasic acid at iba pa). Ang mga heteropolyacid ng Alemanya ay nakuha. Tulad ng iba pang mga elemento ng pangkat IV, ang germanium ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga organometallic compound, isang halimbawa nito ay tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3.
Mga compound ng divalent germanium.Germanium (II) hydride GeH 2. Puting hindi matatag na pulbos (sa hangin o oxygen ay nabubulok ito nang paputok). Tumutugon sa alkalis at bromine.
Germanium(II) monohydride polymer (polygermine) (GeH2)n. kayumanggi-itim na pulbos. Ito ay mahinang natutunaw sa tubig, agad na nabubulok sa hangin at sumasabog kapag pinainit hanggang 160 o C sa isang vacuum o sa isang kapaligiran ng inert gas. Ito ay nabuo sa panahon ng electrolysis ng sodium germanide NaGe.
Germanium(II) oxide GeO. Mga itim na kristal na may mga pangunahing katangian. Nabubulok sa 500°C sa GeO 2 at Ge. Dahan-dahang nag-oxidize sa tubig. Bahagyang natutunaw sa hydrochloric acid. Nagpapakita ng mga katangian ng pagpapanumbalik. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng CO 2 sa germanium metal na pinainit hanggang 700-900 o C, sa pamamagitan ng alkalis sa germanium (II) chloride, sa pamamagitan ng calcination ng Ge(OH) 2 o sa pamamagitan ng pagbawas ng GeO 2 .
Germanium (II) hydroxide Ge(OH) 2 . Mga kristal na pula-kahel. Kapag pinainit, ito ay nagiging GeO. Nagpapakita ng amphoteric character. Ito ay nakukuha sa pamamagitan ng paggamot sa germanium (II) salts na may alkalis at hydrolysis ng germanium (II) salts.
Germanium (II) fluoride GeF 2 . Mga walang kulay na hygroscopic na kristal, natutunaw na punto =111°C. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng GeF 4 na singaw sa germanium metal kapag pinainit.
Germanium (II) chloride GeCl 2 . Mga kristal na walang kulay. t pl =76.4°C, t pigsa =450°C. Sa 460°C ito ay nabubulok sa GeCl 4 at metalikong germanium. Hydrolyzed sa pamamagitan ng tubig, bahagyang natutunaw sa alkohol. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng GeCl 4 vapor sa germanium metal kapag pinainit.
Germanium (II) bromide GeBr 2 . Mga transparent na kristal na hugis karayom. t pl =122°C. Hydrolyzes sa tubig. Bahagyang natutunaw sa benzene. Natutunaw sa alkohol, acetone. Inihanda sa pamamagitan ng pagtugon sa germanium (II) hydroxide na may hydrobromic acid. Kapag pinainit, ito ay nagiging metal na germanium at germanium(IV) bromide.
Germanium (II) iodide GeI 2. Yellow hexagonal plates, diamagnetic. t pl =460 o C. Bahagyang natutunaw sa chloroform at carbon tetrachloride. Kapag pinainit sa itaas 210°C, nabubulok ito sa metal na germanium at germanium tetraiodide. Nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng germanium (II) iodide na may hypophosphoric acid o thermal decomposition ng germanium tetraiodide.
Germanium (II) sulfide GeS. Nakuha ang tuyo - kulay-abo-itim na makintab na rhombic opaque na mga kristal. t pl =615°C, ang density ay 4.01 g/cm 3. Bahagyang natutunaw sa tubig at ammonia. Natutunaw sa potassium hydroxide. Nakuha sa pamamagitan ng wet means ay isang red-brown amorphous sediment, ang density ay 3.31 g/cm 3 . Natutunaw sa mga mineral acid at ammonium polysulfide. Ito ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpainit ng germanium na may sulfur o pagpasa ng hydrogen sulfide sa pamamagitan ng solusyon ng germanium (II) na asin.
Mga compound ng tetravalent germanium.Germanium(IV) hydride GeH4. Walang kulay na gas (density 3.43 g/cm 3 ). Ito ay nakakalason, hindi kanais-nais ang amoy, kumukulo sa -88 o C, natutunaw sa humigit-kumulang -166 o C, at humihiwalay sa thermally sa itaas ng 280 o C. Sa pamamagitan ng pagpasa sa GeH 4 sa isang heated tube, ang isang makintab na salamin ng metalikong germanium ay nakuha sa mga pader. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagkilos ng LiAlH 4 sa germanium (IV) chloride sa eter o sa pamamagitan ng paggamot sa solusyon ng germanium (IV) chloride na may zinc at sulfuric acid.
Germanium (IV) oxide GeO 2 . Ito ay umiiral sa anyo ng dalawang mala-kristal na pagbabago (heksagonal na may density na 4.703 g/cm 3 at tetrahedral na may density na 6.24 g/cm 3). Parehong air stable. Bahagyang natutunaw sa tubig. t pl =1116 o C, t pigsa =1200 o C. Nagpapakita ng amphoteric character. Ito ay nababawasan ng aluminyo, magnesiyo, at carbon sa metal na germanium kapag pinainit. Nakukuha ito sa pamamagitan ng synthesis mula sa mga elemento, calcination ng germanium salts na may volatile acids, oxidation of sulfides, hydrolysis ng germanium tetrahalides, paggamot ng alkali metal germanites na may acids, at metallic germanium na may concentrated sulfuric o nitric acids.
Germanium(IV) fluoride GeF4. Isang walang kulay na gas na umuusok sa hangin. t pl =-15 o C, t pigsa =-37°C. Hydrolyzes sa tubig. Nakuha sa pamamagitan ng agnas ng barium tetrafluorogermanate.
Germanium (IV) chloride GeCl 4 . Walang kulay na likido. t pl = -50 o C, t pigsa = 86 o C, ang density ay 1.874 g/cm 3. Hydrolyzes sa tubig, natutunaw sa alkohol, eter, carbon disulfide, carbon tetrachloride. Inihahanda ito sa pamamagitan ng pag-init ng germanium na may chlorine at pagpasa ng hydrogen chloride sa pamamagitan ng suspensyon ng germanium(IV) oxide.
Germanium (IV) bromide GeBr 4 . Octahedral na walang kulay na mga kristal. t pl =26 o C, t pigsa =187 o C, ang density ay 3.13 g/cm 3. Hydrolyzes sa tubig. Natutunaw sa benzene, carbon disulfide. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagpasa ng singaw ng bromine sa pinainit na metal na germanium o sa pagkilos ng hydrobromic acid sa germanium(IV) oxide.
Germanium (IV) iodide GeI 4. Dilaw-orange na octahedral na kristal, t pl =146 o C, t bp =377 o C, ang density ay 4.32 g/cm 3. Sa 445 o C ito ay nabubulok. Natutunaw ito sa benzene, carbon disulfide, at na-hydrolyzed ng tubig. Sa hangin ito ay unti-unting nabubulok sa germanium (II) iodide at iodine. Nagdaragdag ng ammonia. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagpasa ng singaw ng iodine sa pinainit na germanium o sa pagkilos ng hydroiodic acid sa germanium (IV) oxide.
Germanium (IV) sulfide GeS 2. Puting mala-kristal na pulbos, t pl =800 o C, ang density ay 3.03 g/cm 3. Ito ay bahagyang natutunaw sa tubig at dahan-dahang nag-hydrolyze sa loob nito. Natutunaw sa ammonia, ammonium sulfide at alkali metal sulfide. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pag-init ng germanium (IV) oxide sa isang stream ng sulfur dioxide na may sulfur o pagpasa ng hydrogen sulfide sa pamamagitan ng solusyon ng germanium (IV) salt.
Germanium (IV) sulfate Ge(SO 4) 2. Mga walang kulay na kristal, density 3.92 g/cm 3 . Nabubulok sa 200 o C. Nababawasan ng karbon o asupre sa sulfide. Tumutugon sa mga solusyon sa tubig at alkali. Inihanda sa pamamagitan ng pagpainit ng germanium (IV) chloride na may sulfur (VI) oxide.
Isotopes ng germaniumLimang isotopes ang matatagpuan sa kalikasan: 70 Ge (20.55% wt), 72 Ge (27.37%), 73 Ge (7.67%), 74 Ge (36.74%), 76 Ge (7.67%). Ang unang apat ay stable, ang panglima (76 Ge) ay sumasailalim sa double beta decay na may kalahating buhay na 1.58×10 21 taon. Bilang karagdagan, mayroong dalawang "mahabang buhay" na artipisyal: 68 Ge (kalahating buhay 270.8 araw) at 71 Ge (kalahating buhay 11.26 araw).
Paglalapat ng germanium
Ginagamit ang Germanium sa paggawa ng mga optika. Dahil sa transparency nito sa infrared na rehiyon ng spectrum, ang ultra-high purity metal germanium ay may estratehikong kahalagahan sa paggawa ng mga optical elements para sa infrared optics. Sa radio engineering, ang germanium transistors at detector diodes ay may mga katangian na naiiba sa mga silicon, dahil sa mas mababang turn-on na boltahe ng pn junction sa germanium - 0.4V kumpara sa 0.6V para sa mga aparatong silikon.
Para sa higit pang mga detalye, tingnan ang artikulo sa paggamit ng germanium.
Biological na papel ng germaniumAng Germanium ay matatagpuan sa mga organismo ng hayop at halaman. Ang maliit na halaga ng germanium ay walang pisyolohikal na epekto sa mga halaman, ngunit nakakalason sa malalaking dami. Ang Germanium ay hindi nakakalason sa mga amag.
Ang Germanium ay may mababang toxicity para sa mga hayop. Ang mga compound ng Germanium ay walang epekto sa parmasyutiko. Ang pinahihintulutang konsentrasyon ng germanium at ang oxide nito sa hangin ay 2 mg/m³, iyon ay, kapareho ng para sa asbestos dust.
Ang mga compound ng divalent germanium ay mas nakakalason.
Sa mga eksperimento na tinutukoy ang pamamahagi ng organic germanium sa katawan 1.5 oras pagkatapos ng oral administration nito, ang mga sumusunod na resulta ay nakuha: malaking bilang ng Ang organikong germanium ay matatagpuan sa tiyan, maliit na bituka, utak ng buto, pali at dugo. Bukod dito, ang mataas na nilalaman nito sa tiyan at bituka ay nagpapakita na ang proseso ng pagsipsip nito sa dugo ay may matagal na epekto.
Ang mataas na nilalaman ng organic germanium sa dugo ay nagpapahintulot kay Dr. Asai na isulong ang sumusunod na teorya ng mekanismo ng pagkilos nito sa katawan ng tao. Ipinapalagay na ang organikong germanium sa dugo ay kumikilos na katulad ng hemoglobin, na nagdadala din ng negatibong singil at, tulad ng hemoglobin, ay kasangkot sa proseso ng paglipat ng oxygen sa mga tisyu ng katawan. Pinipigilan nito ang pagbuo ng kakulangan sa oxygen (hypoxia) sa antas ng tissue. Pinipigilan ng organikong germanium ang pag-unlad ng tinatawag na hypoxia ng dugo, na nangyayari kapag bumababa ang dami ng hemoglobin na may kakayahang mag-attach ng oxygen (pagbaba ng kapasidad ng oxygen ng dugo), at nabubuo dahil sa pagkawala ng dugo, pagkalason sa carbon monoxide, at pagkakalantad sa radiation. . Ang gitnang sistema ng nerbiyos, kalamnan ng puso, tisyu ng bato, at atay ay pinaka-sensitibo sa kakulangan ng oxygen.
Bilang resulta ng mga eksperimento, natagpuan din na ang organikong germanium ay nagtataguyod ng induction ng gamma interferon, na pinipigilan ang mga proseso ng pagpaparami ng mabilis na paghahati ng mga cell at i-activate ang mga partikular na selula (T-killers). Ang pangunahing direksyon ng pagkilos ng mga interferon sa antas ng katawan ay antiviral at antitumor na proteksyon, immunomodulatory at radioprotective function ng lymphatic system
Sa proseso ng pag-aaral ng mga pathological na tisyu at mga tisyu na may pangunahing mga palatandaan ng mga sakit, natagpuan na sila ay palaging nailalarawan sa pamamagitan ng kakulangan ng oxygen at ang pagkakaroon ng positibong sisingilin na mga radikal na hydrogen H +. Ang mga H+ ions ay may labis na negatibong epekto sa mga selula ng katawan ng tao, kahit na sa punto ng kanilang kamatayan. Ang mga oxygen ions, na may kakayahang pagsamahin sa mga hydrogen ions, ay ginagawang posible na piliin at lokal na mabayaran ang pinsala sa mga cell at tissue na dulot ng mga hydrogen ions. Ang epekto ng germanium sa mga hydrogen ions ay dahil sa organikong anyo nito - ang sesquioxide form. Sa paghahanda ng artikulo, ginamit ang mga materyales mula sa A. N. Suponenko.
