Keemilise elemendi germaaniumi omadused. germaaniumi element

Germaanium |32 | Ge| — Hind

Germaanium (Ge) - haruldane metall, aatomnumber - 32, aatommass-72,6, tihedus:
tahke aine temperatuuril 25 °C - 5,323 g/cm3;
vedelik 100°C juures - 5,557g/cm3;
Sulamistemperatuur - 958,5 ° C, lineaarpaisumise koefitsient α,106, temperatuuril, KO:
273-573— 6.1
573-923— 6.6
Kõvadus mineraloogilisel skaalal - 6-6,5.
Ühekristallilise kõrge puhtusastmega germaaniumi elektritakistus (298 OK juures), Ohm.m-0,55-0,6 ..
Germaanium avastati 1885. aastal ja seda saadi algselt sulfiidina. Seda metalli ennustas D. I. Mendelejev 1871. aastal, märkides täpselt selle omadused, ja nimetas seda ökosilitsiumiks. Teadlased on nimetanud germaaniumi riigi järgi, kus see avastati.
Germaanium on hõbevalge metall, peal välimus tina sarnane, rabe normaalsetes tingimustes. Vastupidav plastilisele deformatsioonile temperatuuril üle 550°C. Germaaniumil on pooljuhtomadused. Germaaniumi elektritakistus sõltub puhtusest – lisandid vähendavad seda järsult. Germaanium on optiliselt läbipaistev spektri infrapunapiirkonnas, sellel on kõrge murdumisnäitaja, mis võimaldab seda kasutada erinevate optiliste süsteemide valmistamiseks.
Germaanium on õhus stabiilne temperatuuril kuni 700°C, kõrgemal oksüdeerub ja sulamistemperatuurist kõrgemal põleb, moodustades germaaniumdioksiidi. Vesinik ei interakteeru germaaniumiga ja sulamistemperatuuril absorbeerib germaaniumi sulam hapnikku. Germaanium ei reageeri lämmastikuga. Klooriga moodustub toatemperatuuril germaaniumkloriid.
Germaanium ei interakteeru süsinikuga, on vees stabiilne, suhtleb aeglaselt hapetega ja lahustub kergesti vees. Leeliselahused mõjutavad germaaniumi vähe. Germaaniumi sulamid kõigi metallidega.
Hoolimata asjaolust, et germaanium on looduses suurem kui plii, on selle tootmine piiratud tänu tugevale levikule maapõues ja germaaniumi maksumus on üsna kõrge. Germaanium moodustab mineraalid argürodiidi ja germaniidi, kuid neid kasutatakse selle saamiseks vähe. Germaaniumi ekstraheeritakse teel polümetalliliste sulfiidmaakide töötlemisel, mõned rauamaagid, mis sisaldavad kuni 0,001% germaaniumi, tõrvaveest kivisöe koksimisel.

VASTUVÕTT.

Germaaniumi saamine erinevatest toorainetest toimub keeruliste meetoditega, mille puhul lõpptooteks on germaaniumtetrakloriid või germaaniumdioksiid, millest saadakse metalliline germaanium. See puhastatakse ja seejärel kasvatatakse tsoonisulatusmeetodil soovitud elektrofüüsikaliste omadustega germaaniumi monokristalle. Tööstuses saadakse ühe- ja polükristallilist germaaniumi.
Mineraalide töötlemisel saadud pooltooted sisaldavad vähesel määral germaaniumi ning nende rikastamiseks kasutatakse erinevaid püro- ja hüdrometallurgilise töötlemise meetodeid. Pürometallurgilised meetodid põhinevad germaaniumi sisaldavate lenduvate ühendite sublimatsioonil, hüdrometallurgilised meetodid põhinevad germaaniumiühendite selektiivsel lahustamisel.
Germaaniumikontsentraatide saamiseks töödeldakse pürometallurgilise rikastamise saadusi (sublimaadid, tuhk) hapetega ja germaanium viiakse lahusesse, millest saadakse erinevatel meetoditel (sadestamine, kaassadestamine ja sorptsioon, elektrokeemilised meetodid) kontsentraat. Kontsentraat sisaldab 2–20% germaaniumi, millest eraldatakse puhas germaaniumdioksiid. Germaaniumdioksiid redutseeritakse vesinikuga, kuid tekkiv metall pole pooljuhtseadmete jaoks piisavalt puhas ja seetõttu puhastatakse seda kristallograafiliste meetoditega (sihitud kristallisatsioon-tsooni puhastamine-ükskristalli saamine). Suunatud kristallisatsioon kombineeritakse germaaniumdioksiidi redutseerimisega vesinikuga. Sulametall lükatakse järk-järgult kuumast tsoonist välja külmkappi. Metall kristalliseerub järk-järgult valuploki pikkuses. Lisandid kogutakse valuploki viimasesse ossa ja eemaldatakse. Ülejäänud valuplokk lõigatakse tükkideks, mis laaditakse tsoonipuhastusse.
Tsoonide puhastamise tulemusena saadakse valuplokk, milles metalli puhtus on selle pikkuses erinev. Samuti lõigatakse valuplokk ja selle üksikud osad eemaldatakse protsessist. Seega, saades ühekristallilise germaaniumi tsoonipuhastusest, ei ole otsene saagis suurem kui 25%.
Pooljuhtseadmete saamiseks lõigatakse germaaniumi monokristall plaatideks, millest lõigatakse välja miniatuursed osad, mis seejärel lihvitakse ja poleeritakse. Need osad on pooljuhtseadmete loomise lõpptoode.

RAKENDUS.

• Oma pooljuhtomaduste tõttu kasutatakse germaaniumi laialdaselt raadioelektroonikas kristallalaldi (dioodid) ja kristallivõimendite (trioodid) tootmiseks, arvutitehnoloogia, kaugjuhtimispuldi, radari jms jaoks.

• Germaaniumi trioode kasutatakse elektriliste võnkumiste võimendamiseks, genereerimiseks ja muundamiseks.

• Raadiotehnikas kasutatakse germaaniumkile takistusi.

• Germaaniumi kasutatakse fotodioodides ja fototakistites, termistoride valmistamiseks.

• Tuumatehnoloogias kasutatakse germaaniumist gammakiirguse detektoreid, infrapunatehnoloogia seadmetes aga kullaga legeeritud germaaniumist läätsi.

• Väga tundlike termopaaride sulamitele lisatakse germaaniumi.

• Germaaniumi kasutatakse kunstkiudude tootmisel katalüsaatorina.

• Meditsiinis uuritakse mõningaid germaaniumi orgaanilisi ühendeid, mis viitab sellele, et need võivad olla bioloogiliselt aktiivsed ja aidata edasi lükata pahaloomuliste kasvajate teket, alandada vererõhku ja leevendada valu.

Germaanium(lat. germaanium), Ge, IV rühma keemiline element perioodiline süsteem Mendelejev; seerianumber 32, aatommass 72,59; hallikasvalge tahke metallilise läikega. Looduslik germaanium on segu viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 70, 72, 73, 74 ja 76. Saksamaa olemasolu ja omadusi ennustas 1871. aastal D. I. Mendelejev ja nimetas seda seni tundmatut elementi ekasiliitsiumiks selle omaduste sarnasuse tõttu räni. 1886. aastal avastas saksa keemik K. Winkler mineraalses argirodiidis uue elemendi, mille ta nimetas oma riigi auks Saksamaaks; Germaanium osutus ecasilience'iga üsna identseks. Kuni 20. sajandi teise pooleni praktiline kasutamine Saksamaa jäi väga piiratuks. tööstuslik tootmine Saksamaa tekkis seoses pooljuhtelektroonika arendamisega.

Germaaniumi kogusisaldus maakoores on 7·10 -4 massiprotsenti ehk rohkem kui näiteks antimonis, hõbedas, vismutis. Saksamaa enda maavarad on aga äärmiselt haruldased. Peaaegu kõik need on sulfosoolad: germaniit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argürodiit Ag 8 GeS 6, konfieldiit Ag 8 (Sn, Ge)S 6 jt. Suurem osa Saksamaast on suurel hulgal maapõues laiali. kivid ja mineraalid: värviliste metallide sulfiidmaakides, rauamaagides, mõnedes oksiidmineraalides (kromiit, magnetiit, rutiil jt), graniitides, diabaasides ja basaltides. Lisaks leidub germaaniumi peaaegu kõigis silikaatides, mõnes ladestuses kivisüsi ja õli.

Füüsikalised omadused Saksamaa. Germaanium kristalliseerub teemant-tüüpi kuupstruktuuris, ühikelemendi parameeter a = 5,6575Å. Tahke germaaniumi tihedus on 5,327 g/cm 3 (25 °C); vedel 5,557 (1000 °C); tpl 937,5 °C; st umbes 2700 °C; soojusjuhtivuse koefitsient ~60 W/(m K) ehk 0,14 cal/(cm sek deg) 25°C juures. Isegi väga puhas germaanium on tavatemperatuuril rabe, kuid üle 550°C võib see plastiliselt deformeeruda. Kõvadus Saksamaa mineraloogilisel skaalal 6-6,5; kokkusurutavuse koefitsient (rõhuvahemikus 0-120 Gn/m 2 või 0-12000 kgf/mm 2) 1,4 10 -7 m 2 /mn (1,4 10 -6 cm 2 /kgf); pindpinevus 0,6 N/m (600 dynes/cm). Germaanium on tüüpiline pooljuht, mille ribavahemik on 1,104 10 -19 J või 0,69 eV (25 °C); elektritakistus kõrge puhtusastmega Saksamaa 0,60 oomi-m (60 oomi-cm) temperatuuril 25 °C; elektronide liikuvus on 3900 ja aukude liikuvus 1900 cm 2 /v sek (25 ° C) (lisandite sisaldusega alla 10 -8%). Läbipaistev infrapunakiirtele lainepikkusega üle 2 mikroni.

Keemilised omadused Saksamaa. Keemilistes ühendites on germaaniumi valents tavaliselt 2 ja 4, kusjuures 4-valentse germaaniumi ühendid on stabiilsemad. Toatemperatuuril on germaanium vastupidav õhule, veele, leeliselahustele ning lahjendatud vesinikkloriid- ja väävelhapetele, kuid lahustub kergesti veekogus ja vesinikperoksiidi leeliselises lahuses. Lämmastikhape oksüdeerub aeglaselt. Õhus temperatuurini 500-700°C kuumutamisel germaanium oksüdeerub GeO ja GeO 2 oksiidideks. Saksamaa oksiid (IV) - valge pulber t pl 1116°C; lahustuvus vees 4,3 g/l (20°C). Keemiliste omaduste järgi on see amfoteerne, lahustub leelistes ja raskesti mineraalhapetes. See saadakse GeCl 4 tetrakloriidi hüdrolüüsi käigus vabanenud hüdraatunud sademe (GeO 3 nH 2 O) kaltsineerimisel. GeO 2 sulatamisel teiste oksiididega saab saada germaanhappe derivaate - metalligermanaate (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 jt) - tahkeid aineid kõrged temperatuurid sulamine.

Germaaniumi reageerimisel halogeenidega tekivad vastavad tetrahalogeniidid. Reaktsioon kulgeb kõige kergemini fluori ja klooriga (juba toatemperatuuril), seejärel broomiga (nõrk kuumutamine) ja joodiga (700-800 °C juures CO juuresolekul). Üks tähtsamaid ühendeid Saksamaa GeCl 4 tetrakloriid on värvitu vedelik; tpl -49,5 °C; st 83,1 °C; tihedus 1,84 g/cm3 (20°C). Vesi hüdrolüüsib tugevalt hüdraatoksiidi (IV) sademe vabanemisega. See saadakse metallilise Saksamaa kloorimisel või GeO 2 interaktsioonil kontsentreeritud HCl-ga. Tuntud on ka Saksamaa dihalogeniidid üldvalemiga GeX2, GeCl monokloriid, Ge2Cl6 heksaklorodigermaan ja Saksamaa oksükloriidid (näiteks CeOCl 2).

Väävel reageerib intensiivselt Saksamaaga temperatuuril 900-1000 °C, moodustades GeS2 disulfiidi, valge tahke aine, st 825 °C. Samuti kirjeldatakse GeS monosulfiidi ja Saksamaa sarnaseid ühendeid seleeni ja telluuriga, mis on pooljuhid. Vesinik reageerib kergelt germaaniumiga temperatuuril 1000–1100 °C, moodustades idu (GeH) X, ebastabiilse ja kergesti lenduva ühendi. Germaniidide reageerimisel lahjendatud vesinikkloriidhappega võib saada germaanilisi vesinikke seeriast Ge n H 2n+2 kuni Ge 9 H 20. Samuti on teada germüleeni koostis GeH 2. Germaanium lämmastikuga otseselt ei reageeri, küll aga on Ge 3 N 4 nitriid, mis saadakse ammoniaagi toimel germaaniumile temperatuuril 700-800°C. Germaanium ei suhtle süsinikuga. Germaanium moodustab paljude metallidega ühendeid – germaniide.

Teada on arvukalt Saksamaa kompleksühendeid, mis muutuvad üha olulisemaks nii germaaniumi analüütilises keemias kui ka selle valmistamise protsessides. Germaanium moodustab kompleksseid ühendeid orgaaniliste hüdroksüülrühma sisaldavate molekulidega (mitmehüdroksüülsed alkoholid, mitmealuselised happed jt). Heteropolyacids Saksamaa saadi. Nagu ka teiste IV rühma elementide puhul, iseloomustab Saksamaad metallorgaaniliste ühendite moodustumine, mille näiteks on tetraetüülgermaan (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Saksamaa saamine. Tööstuspraktikas saadakse germaaniumi peamiselt värviliste metallide maakide töötlemise kõrvalsaadustest (tsingi segu, tsingi-vase-plii polümetallikontsentraadid), mis sisaldavad 0,001-0,1% Saksamaad. Toorainena kasutatakse ka kivisöe põletamisel tekkivat tuhka, gaasigeneraatorite tolmu ja koksitehaste jäätmeid. Algselt loetletud allikatest erinevatel viisidel, olenevalt tooraine koostisest saada germaaniumikontsentraati (2-10% Saksamaa). Saksamaa ekstraheerimine kontsentraadist hõlmab tavaliselt järgmisi etappe: 1) kontsentraadi kloorimine vesinikkloriidhappega, selle segamine klooriga veekeskkond või muud kloorivad ained tehnilise GeCl 4 saamiseks. GeCl4 puhastamiseks kasutatakse rektifikatsiooni ja lisandite ekstraheerimist kontsentreeritud HCl-ga. 2) GeCl 4 hüdrolüüs ja hüdrolüüsiproduktide kaltsineerimine GeO 2 saamiseks. 3) GeO 2 redutseerimine vesiniku või ammoniaagiga metalliks. Väga puhta germaaniumi eraldamiseks, mida kasutatakse pooljuhtseadmetes, sulatatakse metall tsoonide kaupa. Pooljuhtide tööstuses vajalikku ühekristallilist germaaniumi saadakse tavaliselt tsoonisulatamise teel või Czochralski meetodil.

Taotlus Saksamaal. Germaanium on üks kõige enam väärtuslikke materjale kaasaegses pooljuhttehnoloogias. Seda kasutatakse dioodide, trioodide, kristalldetektorite ja toitealaldi valmistamiseks. Ühekristallilist germaaniumi kasutatakse ka dosimeetrilistes instrumentides ja instrumentides, mis mõõdavad konstantse ja vahelduva magnetvälja intensiivsust. Saksamaal on oluliseks kasutusvaldkonnaks infrapunatehnoloogia, eelkõige detektorite tootmine infrapunakiirgus töötab 8-14 mikroni suuruses piirkonnas. Paljud germaaniumi sisaldavad sulamid, GeO2-l põhinevad klaasid ja muud germaaniumiühendid on praktiliseks kasutamiseks paljutõotavad.

Keemiline element germaanium on elementide perioodilises tabelis neljandas rühmas (peamine alarühm). Kuulub metallide perekonda, tema suhteline aatommass on 73. Massi järgi on germaaniumi sisaldus maakoores hinnanguliselt 0,00007 massiprotsenti.

Avastamise ajalugu

Keemiline element germaanium loodi tänu Dmitri Ivanovitš Mendelejevi ennustustele. Just tema ennustas ecasiliconi olemasolu ja anti soovitusi selle otsimiseks.

Ta uskus, et seda metallielementi leidub titaani- ja tsirkooniumimaakides. Mendelejev üritas seda keemilist elementi ise leida, kuid tema katsed ebaõnnestusid. Vaid viisteist aastat hiljem leiti Himmelfurstis asuvast kaevandusest mineraal, mida nimetatakse argyrodiidiks. Sinu nimele see ühend selles mineraalis leiduva hõbeda tõttu.

Kompositsioonis sisalduv keemiline element germaanium avastati alles pärast seda, kui grupp Freibergi kaevandusakadeemia keemikuid alustas uurimistööd. K. Winkleri juhendamisel said nad teada, et ainult 93 protsenti mineraalist moodustavad tsingi, raua, aga ka väävli, elavhõbeda oksiidid. Winkler pakkus, et ülejäänud seitse protsenti pärinesid tol ajal tundmatust keemilisest elemendist. Pärast täiendavaid keemilisi katseid avastati germaanium. Keemik teatas oma avastusest raportis, esitas saadud teabe uue elemendi omaduste kohta Saksa Keemiaühingule.

Keemilise elemendi germaaniumi võttis Winkler kasutusele mittemetallina analoogselt antimoni ja arseeniga. Keemik tahtis seda nimetada neptuuniumiks, kuid seda nime oli juba kasutatud. Siis hakati seda nimetama germaaniumiks. Winkleri avastatud keemiline element tekitas tolle aja juhtivate keemikute seas tõsise diskussiooni. Saksa teadlane Richter oletas, et see on sama eksasilikoon, millest Mendelejev rääkis. Mõni aeg hiljem sai see oletus kinnitust, mis tõestas suure vene keemiku loodud perioodilise seaduse elujõulisust.

Füüsikalised omadused

Kuidas germaaniumi iseloomustada? Keemilise elemendi seerianumber on Mendelejevis 32. See metall sulab temperatuuril 937,4 °C. Selle aine keemistemperatuur on 2700 °C.

Germaanium on element, mida esmakordselt kasutati Jaapanis meditsiinilistel eesmärkidel. Pärast arvukaid uuringuid germaaniumorgaaniliste ühendite kohta loomadel ja ka inimestega tehtud uuringute käigus õnnestus leida selliste maakide positiivne mõju elusorganismidele. 1967. aastal õnnestus dr K. Asail avastada tõsiasi, et orgaanilisel germaaniumil on tohutu hulk bioloogilisi toimeid.

Bioloogiline aktiivsus

Mis on iseloomulik keemiline element Saksamaale? See on võimeline kandma hapnikku elusorganismi kõikidesse kudedesse. Verre sattudes käitub see analoogselt hemoglobiiniga. Germaanium tagab inimkeha kõigi süsteemide täieliku toimimise.

Just see metall stimuleerib immuunrakkude paljunemist. See orgaaniliste ühendite kujul võimaldab moodustada gamma-interferoone, mis pärsivad mikroobide paljunemist.

Germaanium segab teket pahaloomulised kasvajad takistab metastaaside teket. Selle keemilise elemendi orgaanilised ühendid aitavad kaasa interferooni tootmisele, kaitsva valgu molekulile, mida organism toodab kaitsva reaktsioonina võõrkehade ilmnemisel.

Kasutusvaldkonnad

Germaaniumi seenevastane, antibakteriaalne ja viirusevastane omadus on saanud selle kasutusvaldkondade aluseks. Saksamaal saadi seda elementi peamiselt värviliste metallide maakide töötlemise kõrvalsaadusena. Erinevad viisid, mis sõltuvad lähteaine koostisest, eraldati germaaniumikontsentraat. See ei sisaldanud metalli rohkem kui 10 protsenti.

Kuidas täpselt pooljuhis moodne tehnoloogia kas germaaniumi kasutatakse? Eelnevalt antud elemendi omadus kinnitab selle kasutamise võimalust trioodide, dioodide, võimsusalaldite ja kristallidetektorite tootmiseks. Germaaniumi kasutatakse ka dosimeetriliste instrumentide loomisel, seadmetes, mis on vajalikud konstantse ja vahelduva magnetvälja tugevuse mõõtmiseks.

Selle metalli oluline kasutusvaldkond on infrapunakiirguse detektorite tootmine.

Paljutõotav on kasutada mitte ainult germaaniumi ennast, vaid ka mõningaid selle ühendeid.

Keemilised omadused

Germaanium toatemperatuuril on niiskuse ja õhuhapniku suhtes üsna vastupidav.

Seerias - germaanium - tina) täheldatakse redutseerimisvõime suurenemist.

Germaanium on vastupidav vesinikkloriid- ja väävelhappe lahustele, see ei suhtle leeliselahustega. Samal ajal lahustub see metall üsna kiiresti regialas (seitse lämmastik- ja vesinikkloriidhapet), samuti vesinikperoksiidi leeliselises lahuses.

Kuidas anda täielik kirjeldus keemiline element? Germaaniumi ja selle sulameid tuleb analüüsida mitte ainult füüsikaliste, keemilised omadused vaid ka rakendusvaldkondades. Germaaniumi oksüdeerimine lämmastikhappega kulgeb üsna aeglaselt.

Looduses olemine

Proovime keemilist elementi iseloomustada. Germaaniumi leidub looduses ainult ühendite kujul. Looduses levinuimatest germaaniumi sisaldavatest mineraalidest toome välja germaniidi ja argürodiidi. Lisaks leidub germaaniumi tsinksulfiidides ja silikaatides ning väikestes kogustes erinevat tüüpi kivisöes.

Kahju tervisele

Millist mõju avaldab germaanium kehale? Keemiline element, mille elektrooniline valem on 1e; 8 e; 18 e; 7 e, võib kahjustada inimkeha. Näiteks germaaniumikontsentraadi laadimisel, jahvatamisel, aga ka selle metalli dioksiidi laadimisel võivad ilmneda kutsehaigused. Teiste tervistkahjustavate allikatena võime käsitleda germaaniumipulbri kangideks ümbersulatamist, saades süsinikmonooksiidi.

Adsorbeeritud germaanium võib organismist kiiresti erituda, enamasti uriiniga. Praegu puudub üksikasjalik teave selle kohta, kui mürgine on anorgaanilised ühendid Saksamaa.

Germaaniumtetrakloriidil on nahka ärritav toime. Kliinilistes uuringutes, samuti spirogermaaniumi (orgaaniline kasvajavastane ravim) ja teiste germaaniumiühendite kumulatiivsete koguste pikaajalisel suukaudsel manustamisel leiti selle metalli nefrotoksiline ja neurotoksiline toime.

Sellised annused ei ole tavaliselt tööstusettevõtetele tüüpilised. Loomadega läbiviidud katsed olid suunatud germaaniumi ja selle ühendite mõju uurimisele elusorganismile. Selle tulemusena oli võimalik tuvastada tervise halvenemine, kui sisse hingati märkimisväärses koguses metallilise germaaniumi tolmu ja ka selle dioksiidi.

Teadlased on leidnud loomade kopsudes tõsiseid morfoloogilisi muutusi, mis on sarnased proliferatsiooniprotsessidega. Näiteks ilmnes alveolaarlõikude märkimisväärne paksenemine, samuti lümfisoonte hüperplaasia bronhide ümber, veresoonte paksenemine.

Germaaniumdioksiid ei ärrita nahka, kuid selle ühendi otsene kokkupuude silmamembraaniga põhjustab germaanhappe moodustumist, mis on tõsine silmaärritaja. Pikaajaliste intraperitoneaalsete süstidega leiti perifeerses veres tõsiseid muutusi.

Olulised faktid

Kõige kahjulikumad germaaniumiühendid on germaaniumkloriid ja germaaniumhüdriid. Viimane aine kutsub esile tõsise mürgistuse. Ägeda faasi ajal surnud loomade organite morfoloogilise uuringu tulemusena ilmnesid neil vereringesüsteemis olulised häired, samuti rakulised modifikatsioonid parenhüümiorganites. Teadlased on jõudnud järeldusele, et hüdriid on mitmeotstarbeline mürk, mis mõjutab närvisüsteem, pärsib perifeerset vereringesüsteemi.

germaaniumtetrakloriid

Ta on tugev ärritaja hingamissüsteem, silmad, nahk. Kontsentratsioonil 13 mg/m 3 on see võimeline pärssima kopsureaktsiooni rakutasandil. Suureneva kontsentratsiooniga antud aine esineb ülemise tugevat ärritust hingamisteed, olulised muutused hingamise rütmis ja sageduses.

Selle ainega mürgitamine põhjustab katarraalset-desquamatiivset bronhiiti, interstitsiaalset kopsupõletikku.

Kviitung

Kuna looduses esineb germaaniumi lisandina nikli-, polümetalli- ja volframimaakides, viiakse tööstuses puhta metalli eraldamiseks läbi mitmeid maagi rikastamisega seotud töömahukaid protsesse. Esiteks eraldatakse sellest germaaniumoksiid, seejärel redutseeritakse see vesinikuga kõrgendatud temperatuuril, et saada lihtne metall:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektroonilised omadused ja isotoobid

Germaaniumi peetakse tüüpiliseks kaudse vahega pooljuhiks. Selle läbilaskvuse väärtus on 16 ja elektronide afiinsuse väärtus 4 eV.

Galliumiga legeeritud õhukeses kiles on võimalik anda germaaniumile ülijuhtivus.

Looduses on selle metalli viis isotoopi. Neist neli on stabiilsed ja viies läbib kahekordse beeta-lagunemise, poolväärtusajaga 1,58 × 10 21 aastat.

Järeldus

Praegu kasutatakse selle metalli orgaanilisi ühendeid erinevates tööstusharudes. Metallilise ülikõrge puhtusastmega germaaniumi infrapunaspektripiirkonna läbipaistvus on oluline infrapunaoptika optiliste elementide valmistamisel: prismad, läätsed, kaasaegsete andurite optilised aknad. Germaaniumi levinuim kasutusala on optika loomine termokaameratele, mis töötavad lainepikkuste vahemikus 8–14 mikronit.

Sarnaseid seadmeid kasutatakse sõjavarustus infrapuna juhtimissüsteemide, öise nägemise, passiivse termopildistamise, tulekaitsesüsteemide jaoks. Samuti on germaaniumil kõrge murdumisnäitaja, mis on vajalik peegeldusvastase katte jaoks.

Raadiotehnikas on germaaniumipõhistel transistoridel omadused, mis paljuski ületavad ränielementide omad. Germaaniumielementide pöördvoolud on oluliselt suuremad kui nende räni kolleegidel, mis võimaldab selliste raadioseadmete efektiivsust oluliselt tõsta. Arvestades, et germaanium ei ole looduses nii levinud kui räni, kasutatakse raadioseadmetes peamiselt räni pooljuhtelemente.

Germaanium

SAKSAMAA- mina; m. Keemiline element (Ge), hallikasvalge metallilise läikega tahke aine (peamine pooljuhtmaterjal). Germaaniumi plaat.

◁ Germaanium, th, th. G-nda tooraine. G. valuplokk.

(lat. Germaanium), perioodilisuse süsteemi IV rühma keemiline element. Nimi ladina keelest Germania - Saksamaa, K. A. Winkleri kodumaa auks. Hõbehallid kristallid; tihedus 5,33 g / cm3, t pl 938,3 °C. Looduses hajutatud (oma mineraalid on haruldased); kaevandatakse värviliste metallide maakidest. Pooljuhtmaterjal elektroonikaseadmetele (dioodid, transistorid jne), sulamikomponent, IR-seadmete läätsede materjal, ioniseeriva kiirguse detektorid.

GERMANIUM (lat. Germaanium), Ge (loe "hertempmaanium"), keemiline element aatomnumbriga 32, aatommass 72,61. Looduslik germaanium koosneb viiest isotoobist massinumbritega 70 (sisaldus looduslikus segus on 20,51 massiprotsenti), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) ja 76 (7,76%). Välise elektronkihi konfiguratsioon 4 s 2 lk 2 . Oksüdatsiooniastmed +4, +2 (valentsid IV, II). See asub IVA rühmas, elementide perioodilises tabelis 4. perioodil.
Avastamise ajalugu
Selle avastas K. A. Winkler (cm. WINKLER Klemens Alexander)(ja sai nime oma kodumaa - Saksamaa järgi) 1886. aastal mineraali argürodiiti Ag 8 GeS 6 analüüsides ennustas D. I. Mendelejev selle elemendi olemasolu ja mõningaid selle omadusi. (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovitš).
Looduses olemine
Maakoore sisaldus on 1,5 10 -4 massiprotsenti. Viitab hajutatud elementidele. Looduses sisse vaba vorm ei esine. Sisaldub lisandina silikaatides, setterauas, polümetallis, nikli- ja volframimaakides, söes, turbas, õlides, termaalvees ja vetikates. Olulisemad mineraalid: germaniit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, stottiit FeGe (OH) 6, plumbogermaniit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argürodiit Ag 8 GeS 6, renieriit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Germaaniumi saamine
Germaaniumi saamiseks kasutatakse värviliste metallide maakide töötlemise kõrvalsaadusi, kivisöe põletamisel tekkivat tuhka ja mõningaid koksi keemia kõrvalsaadusi. Ge-d sisaldavat lähteainet rikastatakse flotatsiooni teel. Seejärel muundatakse kontsentraat GeO 2 oksiidiks, mis redutseeritakse vesinikuga (cm. VESINIK):
GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Pooljuhtide puhtusastmega germaanium lisandisisaldusega 10 -3 -10 -4% saadakse tsoonisulatamise teel (cm. TSOON SULAMAS), kristalliseerumine (cm. KRISTALLISEMINE) või lenduva monogermaani GeH 4 termolüüs:
GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,
mis tekib ühendite lagunemisel hapetega aktiivsed metallid koos Ge - germaniididega:
Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2
Füüsilised ja keemilised omadused
Germaanium on metallilise läikega hõbedane aine. Kristallrakk stabiilne modifikatsioon (Ge I), kuupkujuline, näokeskne teemanttüüp, a= 0,533 nm (at kõrged rõhud saadi kolm muud muudatust). Sulamistemperatuur 938,25 ° C, keemistemperatuur 2850 ° C, tihedus 5,33 kg / dm 3. Sellel on pooljuhtomadused, ribavahemik on 0,66 eV (300 K juures). Germaanium on infrapunakiirgusele läbipaistev lainepikkusega üle 2 mikroni.
Ge keemilised omadused on sarnased räni omadega. (cm. RÄNI). Kell normaalsetes tingimustes hapniku suhtes vastupidav (cm. HAPNIKU), veeaur, lahjendatud happed. Tugevate kompleksimoodustajate või oksüdeerivate ainete juuresolekul reageerib Ge kuumutamisel hapetega:
Ge + H 2 SO 4 konts \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF \u003d H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO3 konts. \u003d H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reageerib aqua regiaga (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge interakteerub leeliselahustega oksüdeerivate ainete juuresolekul:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 \u003d Na 2.
Õhus temperatuurini 700 °C kuumutamisel Ge süttib. Ge suhtleb kergesti halogeenidega (cm. HALOGEENID) ja hall (cm. VÄÄVEL):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Vesinikuga (cm. VESINIK), lämmastik (cm. LÄMMASTIK), süsinik (cm. CARBON) germaanium ei osale otseselt reaktsioonis, nende elementidega ühendeid saadakse kaudselt. Näiteks Ge 3 N 4 nitriid moodustub germaaniumdijodiidi GeI 2 lahustamisel vedelas ammoniaagis:
GeI 2 + NH 3 vedelik -> n -> Ge 3 N 4
Germaaniumoksiid (IV), GeO 2, - valge kristalne aine, mis on olemas kahes versioonis. Üks modifikatsioone lahustub osaliselt vees, moodustades kompleksseid germaanhappeid. Näitab amfoteerseid omadusi.
GeO 2 interakteerub leelistega happeoksiidina:
GeO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO2 interakteerub hapetega:
GeO 2 + 4HCl \u003d GeCl 4 + 2H 2 O
Ge-tetrahalogeniidid on mittepolaarsed ühendid, mida vesi kergesti hüdrolüüsib.
3GeF 4 + 2H 2 O \u003d GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahaliidid saadakse otsese interaktsiooni teel:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
või termiline lagunemine:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2
Germaaniumhüdriidid on keemiliselt sarnased ränihüdriididega, kuid GeH 4 monogermaan on stabiilsem kui SiH 4 monosilaan. Germaanlased moodustavad homoloogseid seeriaid Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n jt, kuid need seeriad on lühemad kui silaanidel.
Monogermane GeH 4 on gaas, mis on õhus stabiilne ja ei reageeri veega. Pikaajalisel säilitamisel laguneb see H 2-ks ja Ge-ks. Monogermaan saadakse germaaniumdioksiidi GeO 2 redutseerimisel naatriumboorhüdriidiga NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 \u003d GeH 4 + NaBO 2.
Väga ebastabiilne GeO monooksiid tekib germaaniumi ja GeO 2 dioksiidi segu mõõdukal kuumutamisel:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) ühendid on kergesti ebaproportsionaalsed Ge vabanemisega:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germaaniumdisulfiid GeS 2 on valge amorfne või kristalne aine, mis saadakse H 2 S sadestamisel GeCl 4 happelistest lahustest:
GeCl 4 + 2H 2 S \u003d GeS 2 Ї + 4HCl
GeS2 lahustub leelistes ja ammooniumi või leelismetallide sulfiidides:
GeS2 + 6NaOH \u003d Na2 + 2Na2S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S \u003d (NH 4) 2 GeS 3
Ge võib olla orgaaniliste ühendite osa. Tuntud on (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH jt.
Rakendus
Germaanium on pooljuhtmaterjal, mida kasutatakse inseneri- ja raadioelektroonikas transistoride ja mikroskeemide tootmisel. Klaasile sadestunud õhukesi Ge kilesid kasutatakse radariseadmetes takistustena. Ge sulameid metallidega kasutatakse andurites ja detektorites. Germaaniumdioksiidi kasutatakse infrapunakiirgust edasi kandvate klaaside tootmisel.

entsüklopeediline sõnaraamat . 2009 .

Vaadake, mis on "germaanium" teistes sõnaraamatutes:

Keemiline element, mis avastati 1886. aastal Saksimaalt leitud haruldasest mineraalsest argirodiidist. Sõnastik võõrsõnad sisaldub vene keeles. Chudinov A.N., 1910. germaanium (nimetatud elemendi avastanud teadlase kodumaa auks), keemia. element, ...... Vene keele võõrsõnade sõnastik

- (germaanium), Ge, perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element, aatomnumber 32, aatommass 72,59; mittemetallist; pooljuhtmaterjal. Germaaniumi avastas saksa keemik K. Winkler 1886. aastal ... Kaasaegne entsüklopeedia

germaanium- Ge rühma IV element süsteemid; juures. n. 32, kl. m 72,59; TV. asi metalliga. sära. Looduslik Ge on segu viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 70, 72, 73, 74 ja 76. Ge olemasolu ja omadusi ennustas 1871. aastal D. I. ... ... Tehnilise tõlkija käsiraamat

Germaanium- (germaanium), Ge, perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element, aatomnumber 32, aatommass 72,59; mittemetallist; pooljuhtmaterjal. Germaaniumi avastas saksa keemik K. Winkler 1886. aastal. ... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

- (lat. germaanium) Ge, perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element, aatomnumber 32, aatommass 72,59. Nimetatud ladina keelest Germania Germany, K. A. Winkleri kodumaa auks. Hõbehallid kristallid; tihedus 5,33 g/cm³, st 938,3 ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

- (sümbol Ge), IV rühma valge-hall metallelement perioodilisustabel MENDELEEV, mille omadusi veel ei ennustatud. avatud elemendid, eriti germaanium (1871). Element avastati 1886. aastal. Tsingi sulatamise kõrvalsaadus ... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

Ge (lad. Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; ja. germanio), chem. element IV rühm perioodiline. süsteemid Mendelejev, at.s. 32, kl. m 72,59. Looduslik G. koosneb 4 stabiilsest isotoobist 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... Geoloogiline entsüklopeedia

- (Ge), sünteetiline monokristall, PP, punkti sümmeetria rühm m3m, tihedus 5,327 g/cm3, T sulamistemperatuur = 936 °C, tahke aine. Mohsi skaalal 6, kl. m 72,60. Läbipaistev IR piirkonnas l 1,5 kuni 20 mikronit; optiliselt anisotroopne, l = 1,80 µm eff. murdumine n = 4,143.… … Füüsiline entsüklopeedia

Olemas., sünonüümide arv: 3 pooljuht (7) ecasilicon (1) element (159) ... Sünonüümide sõnastik

SAKSAMAA- keemia. element, sümbol Ge (lat. germaanium), at. n. 32, kl. m 72,59; rabe hõbehall kristalne aine, tihedus 5327 kg/m3, vil = 937,5°C. Looduses hajutatud; seda kaevandatakse peamiselt tsingi segu töötlemisel ja ... ... Suur polütehniline entsüklopeedia

Germaanium(lat. germaanium), ge, Mendelejevi perioodilisuse süsteemi IV rühma keemiline element; seerianumber 32, aatommass 72,59; hallikasvalge tahke metallilise läikega. Looduslik vesinik on segu viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 70, 72, 73, 74 ja 76. Vesiniku olemasolu ja omadusi ennustas 1871. aastal D.I. räniga. 1886. aastal avastas saksa keemik C. Winkler mineraalses argirodiidis uue elemendi, mille ta nimetas oma riigi auks G.-ks; G. osutus üsna identseks "ecasilience'ga". Kuni 20. sajandi 2. pooleni. G. praktiline rakendus jäi väga piiratuks. G. tööstuslik tootmine tekkis seoses pooljuhtelektroonika arenguga.

G. kogusisaldus maakoores 7 . 10-4 massiprotsenti, s.o rohkem kui näiteks antimon, hõbe, vismut. G. enda mineraalid on aga üliharuldased. Peaaegu kõik need on sulfosoolad: germaniit cu 2 (cu, fe, ge, zn) 2 (s, as) 4, argirodiit ag 8 ges 6, konfieldiit ag 8 (sn, ce) s 6 jne. Suurem osa G-st hajutatud maapõues paljudes kivimites ja mineraalides: värviliste metallide sulfiidmaakides, rauamaagides, mõnedes oksiidmineraalides (kromiit, magnetiit, rutiil jne), graniitides, diabaasides ja basaltides. Lisaks leidub vesinikku peaaegu kõigis silikaatides, mõnedes söe- ja naftamaardlates.

Füüsilised ja keemilised omadused. G. kristalliseerub kuupstruktuuris nagu teemant, ühikraku parameeter a = 5, 6575 å. Tahke aine tihedus G. 5,327 g/cm3(25 °C); vedel 5,557 (1000 °C); t pl 937,5 °C; t kip umbes 2700 °C; soojusjuhtivuse koefitsient ~60 teisipäev/(m(To) või 0,14 cal/(cm(sek(rahe) 25°C juures. Isegi väga puhas hüdrogeel on tavatemperatuuril rabe, kuid üle 550°C talub plastilist deformatsiooni. G. kõvadus mineraloogilisel skaalal on 6-6,5; kokkusurutavuse koefitsient (rõhuvahemikus 0-120 Gn/m2 või 0-12000 kgf/mm 2) 1,4 10 -7 m 2 /mn(1,4 10-6 cm 2 / kgf); pindpinevus 0,6 n/m (600 dynes/cm). G. - tüüpiline pooljuht, mille ribalaius on 1,104 10 -19 või 0,69 ev(25 °C); elektritakistus G. kõrge puhtusastmega 0,60 ohm(m(60 ohm(cm) temperatuuril 25°С; elektronide liikuvus 3900 ja aukude liikuvus 1900 cm 2 /in. sek(25°C) (kui lisandite sisaldus on alla 10-8%). Läbipaistev infrapunakiirtele, mille lainepikkus on suurem kui 2 mikronit.

AT keemilised ühendid G. valents on tavaliselt 2 ja 4 ning 4-valentse G. ühendid on stabiilsemad. Toatemperatuuril on G. vastupidav õhule, veele, leeliselahustele ning lahjendatud vesinikkloriid- ja väävelhapetele, kuid lahustub kergesti vees regia ja leeliselises peroksiidilahuses.vesinik. Lämmastikhape oksüdeerub aeglaselt. Õhus kuumutamisel temperatuurini 500–700 °C oksüdeerub hüdroksiid geooksiidiks ja geo2-dioksiidiks. Dioksiid G. - valge pulber koos t pl 1116 °C; lahustuvus vees 4.3 g/l(20 °C). Amfoteerse keemiliste omaduste kohaselt lahustub see leelistes ja raskesti mineraalhapetes. Saadakse hüdraatunud sademe kaltsineerimisel (geo 2 . n h 2 o), mis vabaneb gecl 4 tetrakloriidi hüdrolüüsil. Geo 2 sulatamisel teiste oksiididega saab saada germaanhappe derivaate - metalligermanaate (in 2 ceo 3, na 2 ge O 3 jne) - kõrge sulamistemperatuuriga tahkeid aineid.

Süsivesinikud interakteeruvad halogeenidega, moodustades vastavad tetrahalogeniidid. Reaktsioon kulgeb kõige kergemini fluori ja klooriga (juba toatemperatuuril), seejärel broomiga (nõrk kuumutamine) ja joodiga (700-800 °C juures co juuresolekul). Üks tähtsamaid G. gecl 4 tetrakloriidi ühendeid on värvitu vedelik; t pl-49,5 °C; t kip 83,1 °C; tihedus 1,84 g/cm3(20 °C). Vesi hüdrolüüsib tugevalt hüdraatunud dioksiidi sademe vabanemisega. See saadakse metallhüdroksiidi kloorimisel või geo 2 interaktsioonil kontsentreeritud HC1-ga. Tuntud on ka G. dihalogeniidid üldvalemiga gex 2, gecl monokloriid, heksaklorodigermaan ge 2 cl 6 ja G. oksükloriidid (näiteks geocl 2).

Väävel reageerib intensiivselt vesinikuga temperatuuril 900–1000 °C, moodustades ges 2 disulfiidi, valge tahke aine t pl 825°C. Kirjeldatud on ka monosulfiide ja vesiniku analoogilisi ühendeid seleeni ja telluuriga, mis on pooljuhid. Vesinik reageerib kergelt vesinikuga temperatuuril 1000–1100 °C, moodustades idu (geh) x, ebastabiilse ja kergesti lenduva ühendi. Germaniidide reageerimisel lahjendatud vesinikkloriidhappega võib saada germaanilisi vesinikke seeriast ge n h 2n+2 kuni ge 9 h 20. Tuntud on ka germüleen koostisega geh 2. G. ei reageeri otseselt lämmastikuga, küll aga on ge 3 n 4 nitriid, mis saadakse ammoniaagi toimel G. temperatuuril 700-800 °C. G. ei suhtle süsinikuga. G. moodustab paljude metallidega ühendeid – germaniide.

Tuntakse arvukalt vesiniku kompleksühendeid, mis muutuvad üha olulisemaks nii vesiniku analüütilises keemias kui ka selle valmistamise protsessides. G. moodustab orgaanilisi hüdroksüülrühmi sisaldavate molekulidega kompleksühendeid (mitmehüdroksüülsed alkoholid, mitmealuselised happed jne). Saadi vesiniku heteropolühapped Nii nagu teistele IV rühma elementidele, on ka vesinikule iseloomulik metallorgaaniliste ühendite teke, mille näiteks on tetraetüülgermaan (c 2 h 5) 4 ge 3 .

Hankimine ja kasutamine . Tööstuspraktikas saadakse G. peamiselt värviliste metallide maakide töötlemise kõrvalsaadustest (tsingi segu, tsingi-vase-plii polümetallikontsentraadid), mis sisaldavad 0,001-0,1% G. Söe põletamisel tekkiv tuhk, gaasigeneraatorite tolm ja jäätmed kasutatakse ka toorainena.koksitehased. Esialgu saadakse germaaniumi kontsentraati (2-10% G.) loetletud allikatest erineval viisil, olenevalt tooraine koostisest. Vesinikkloriidhappe ekstraheerimine kontsentraadist sisaldab tavaliselt järgmisi etappe: 1) kontsentraadi kloorimine vesinikkloriidhappega, selle segamine klooriga vesikeskkonnas või muude kloorimisvahenditega tehnilise gecl 4 saamiseks. Gecl 4 puhastamiseks kasutatakse puhastamist ja lisandite ekstraheerimist kontsentreeritud hcl-ga. 2) Gecl 4 hüdrolüüs ja hüdrolüüsiproduktide kaltsineerimine geo 2 saamiseks. 3) Geo taastamine vesiniku või ammoniaagiga metalliks. Väga puhta vesiniku eraldamiseks, mida kasutatakse pooljuhtseadmetes, tsooni sulamine metallist. Pooljuhtide tööstuses vajalik ühekristalliline hüdrogeenimine saavutatakse tavaliselt tsoonisulatamise või Czochralski meetodiga.

G. - üks väärtuslikumaid materjale kaasaegses pooljuhttehnoloogias. Seda kasutatakse dioodide, trioodide, kristalldetektorite ja toitealaldi valmistamiseks. Ühekristallvesinikkloriidi kasutatakse ka dosimeetrilistes instrumentides ja instrumentides, mis mõõdavad konstantse ja vahelduva magnetvälja intensiivsust. Infrapunatehnoloogia oluline rakendusvaldkond on infrapunatehnoloogia, eelkõige infrapunakiirguse detektorite tootmine, mis töötavad 8.-14. mk. Paljutõotavad praktiliseks kasutamiseks on paljud sulamid, mis hõlmavad tsingitud klaasi, geo 2-põhiseid klaase ja muid tsingitud ühendeid.

Lit.: Tananaev I. V., Shpirt M. Ya., Germanium Chemistry, M., 1967; Ugay Ya. A., Sissejuhatus pooljuhtide keemiasse, M., 1965; Davõdov V. I., Saksamaa, M., 1964; Zelikman A. N., Kerin O. E., Samsonov G. V., Haruldaste metallide metallurgia, 2. väljaanne, M., 1964; Samsonov G. V., Bondarev V. N., Germanides, M., 1968.

B. A. Popovkin.

laadige alla abstraktne