Élément germanium. Propriétés, extraction et application du germanium

Germanium- un élément extrêmement précieux du tableau périodique pour l'homme. Ses propriétés uniques en tant que semi-conducteur ont permis de créer des diodes largement utilisées dans divers instruments de mesure et récepteurs radio. Il est nécessaire à la production de lentilles et de fibres optiques.

Toutefois, les avancées techniques ne représentent qu’une partie des mérites de cet élément. Les composés organiques du germanium ont des propriétés thérapeutiques rares, ayant un large effet biologique sur la santé et le bien-être humains, et cette caractéristique est plus coûteuse que n'importe quel métal précieux.

Histoire de la découverte du germanium

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, analysant son tableau périodique des éléments, suggéra en 1871 qu'il manquait un autre élément appartenant au groupe IV. Il en décrit les propriétés, souligne ses similitudes avec le silicium et le nomme eca-silicon.

Quelques années plus tard, en février 1886, un professeur de l'Académie des Mines de Freiberg découvre l'argyrodite, un nouveau composé d'argent. Son analyse complète a été confié à Clemens Winkler, professeur de chimie technique et meilleur analyste de l'académie. Après avoir étudié le nouveau minéral, il a isolé 7 % de son poids en tant que substance distincte non identifiée. Une étude approfondie de ses propriétés a montré qu'il s'agit bien de l'eca-silicium prédit par Mendeleïev. Il est important que la méthode d'isolement du silicium eca utilisée par Winkler soit toujours utilisée dans sa production industrielle.

Histoire du nom Allemagne

L'écasilicon occupe la position 32 dans le tableau périodique. Au début, Clemens Winkler voulait lui donner le nom de Neptune, en l'honneur de la planète, qui avait également été prédite et découverte plus tard. Cependant, il s’est avéré qu’un composant faussement découvert portait déjà ce nom, ce qui pourrait entraîner une confusion et une controverse inutiles.

En conséquence, Winkler a choisi pour lui le nom de Germanium en l'honneur de son pays, afin d'éliminer toutes les différences. Dmitri Ivanovitch a soutenu cette décision, attribuant ce nom à son « idée originale ».

A quoi ressemble le germanium ?

Cet élément cher et rare, comme le verre, est fragile. Un lingot de germanium standard ressemble à un cylindre d'un diamètre de 10 à 35 mm. La couleur du germanium dépend de son traitement de surface et peut être noire, semblable à celle de l'acier ou argentée. Son apparence peut facilement être confondue avec le silicium, son plus proche parent et concurrent.

Pour voir de petites pièces en germanium dans les appareils, vous avez besoin d'outils de grossissement spéciaux.

Application du germanium organique en médecine

Le composé organique germanium a été synthétisé par le Japonais Dr. K. Asai en 1967. Il a prouvé qu’il possède des propriétés antitumorales. Des recherches continues ont prouvé que divers composés du germanium possèdent des propriétés aussi importantes pour l'homme que le soulagement de la douleur, l'abaissement de la tension artérielle, la réduction du risque d'anémie, le renforcement du système immunitaire et la destruction des bactéries nocives.

Directions d'influence du germanium dans l'organisme :

• Favorise la saturation des tissus en oxygène et,
• Accélère la cicatrisation des plaies,
• Aide à nettoyer les cellules et les tissus des toxines et des poisons,
• Améliore l'état de la centrale système nerveux et son fonctionnement,
• Accélère la récupération après une grave activité physique,
• Augmente la performance humaine globale,
• Renforce les réactions défensives tout au long système immunitaire.

Le rôle du germanium organique dans le système immunitaire et le transport de l'oxygène

La capacité du germanium à transporter l'oxygène au niveau des tissus corporels est particulièrement précieuse pour prévenir l'hypoxie ( manque d'oxygène). Cela réduit également le risque de développer une hypoxie sanguine, qui se produit lorsque la quantité d'hémoglobine dans les globules rouges diminue. L’apport d’oxygène à n’importe quelle cellule peut réduire le risque de manque d’oxygène et sauver de la mort les cellules les plus sensibles au manque d’oxygène : le cerveau, les tissus rénaux et hépatiques et les muscles cardiaques.

En 1870, D.I. Sur la base de la loi périodique, Mendeleïev a prédit un élément encore inconnu du groupe IV, l'appelant eca-silicium, et a décrit ses principales propriétés. En 1886, le chimiste allemand Clemens Winkler découvrit cet élément chimique lors d'une analyse chimique du minéral argyrodite. Initialement, Winkler voulait appeler le nouvel élément « neptunium », mais ce nom avait déjà été donné à l'un des éléments proposés. L'élément a donc été nommé en l'honneur de la patrie du scientifique, l'Allemagne.

Être dans la nature, recevoir :

Le germanium se trouve dans les minerais sulfurés, minerai de fer, trouvé dans presque tous les silicates. Les principaux minéraux contenant du germanium sont : l'argyrodite Ag 8 GeS 6 , la confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , la stottite FeGe(OH) 6 , la germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , la rénierite Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
À la suite d'opérations complexes et laborieuses d'enrichissement et de concentration du minerai, le germanium est isolé sous forme d'oxyde de GeO 2, qui est réduit avec de l'hydrogène à 600°C en une substance simple.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
Le germanium est purifié selon la méthode de fusion de zone, ce qui en fait l'un des matériaux les plus chimiquement purs.

Propriétés physiques:

Solide gris-blanc avec un éclat métallique (point de fusion 938°C, point d'ébullition 2830°C)

Propriétés chimiques:

À conditions normales Le germanium est résistant à l'air et à l'eau, aux alcalis et aux acides, soluble dans l'eau régale et dans une solution alcaline de peroxyde d'hydrogène. États d'oxydation du germanium dans ses composés : 2, 4.

Les connexions les plus importantes :

Oxyde de germanium(II), GeO, gris-noir, légèrement soluble. b-in, lorsqu'il est chauffé il est disproportionné : 2GeO = Ge + GeO 2
Hydroxyde de germanium(II) Ge(OH) 2, rouge-orange. Christ.,
Iodure de germanium (II), GeI 2, jaune. cr., sol. dans l'eau, hydrol. au revoir.
Hydrure de germanium(II), GeH 2, télé. blanc pores, facilement oxydés. et la pourriture.

Oxyde de germanium(IV), GeO 2 , blanc cristal, amphotère, obtenu par hydrolyse du chlorure, du sulfure, de l'hydrure de germanium ou par réaction du germanium avec l'acide nitrique.
Hydroxyde de germanium (IV) (acide germanique), H 2 GeO 3 , faible. indéf. biaxial par exemple, les sels germanates, par exemple. germanate de sodium, Na 2 GeO 3 , blanc cristal, sol. dans l'eau; hygroscopique. Il existe également des hexahydroxogermanates de Na 2 (ortho-germanates) et des polygermanates
Sulfate de Germanium(IV), Ge(SO 4) 2, incolore. cristaux hydrolysés par l'eau en GeO 2, obtenus en chauffant du chlorure de germanium(IV) avec de l'anhydride sulfurique à 160°C : GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Halogénures de germanium(IV), fluorure FEM 4 - meilleurs. gaz, brut hydrol., réagit avec HF pour former H 2 - acide fluorhydrique : GeF 4 + 2HF = H 2,
chlorure GeCl 4, incolore. liquide, hydr., bromure GeBr 4, gris cr. ou incolore liquide, sol. dans l'org. Connecticut.,
iodure GeI 4, jaune-orange cr., lent. hydr., sol. dans l'org. Connecticut.
Sulfure de germanium (IV), GeS 2, blanc cr., peu soluble. dans l'eau, hydrol., réagit avec les alcalis :
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formant des germanates et des thiogermanates.
Hydrure de germanium (IV), "germane", GeH 4 , incolore gaz, dérivés organiques tétraméthylgermane Ge(CH 3) 4, tétraéthylgermane Ge(C 2 H 5) 4 - incolore. liquides.

Application:

Matériau semi-conducteur le plus important, principaux domaines d'application : optique, radioélectronique, physique nucléaire.

Les composés du germanium sont légèrement toxiques. Le germanium est un oligoélément qui, dans le corps humain, augmente l’efficacité du système immunitaire, combat le cancer et réduit la douleur. Il est également à noter que le germanium favorise le transfert d’oxygène vers les tissus corporels et est un puissant antioxydant – un bloqueur des radicaux libres dans l’organisme.
Les besoins quotidiens du corps humain sont de 0,4 à 1,5 mg.
Champion de la teneur en germanium parmi produits alimentaires est de l'ail (750 mcg de germanium pour 1 g de poids sec de gousses d'ail).

Le matériel a été préparé par des étudiants de l'Institut de physique et de chimie de l'Université d'État de Tioumen.
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Sources:
Germanium//Wikipedia./ URL : http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (date d'accès : 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL : http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (date d'accès : 13/06/2014).

Mini-résumé

"Élément Germanium"

Cible:

Décrire l'élément Ge

Décrire les propriétés de l'élément Ge

Parlez-nous de l'application et de l'utilisation de cet élément

Histoire de l'élément……….………………………………….……. 1

Propriétés des éléments…..……………………………………..…… 2

Candidature……………….….…………………………………….. 3

Risque pour la santé………..………………………....… 4

Sources………………………….……………………….……………5

De l’histoire de l’élément..

ggermanium(lat. Germanium) - un élément chimique du groupe IV, le sous-groupe principal tableau périodique DI. Mendeleïev, désigné par le symbole Ge, appartient à la famille des métaux, numéro d'ordre 32, masse atomique 72.59. C'est un solide gris-blanc avec un éclat métallique.

L'existence et les propriétés de l'Allemagne ont été prédites par Mendeleïev en 1871 et il a nommé cet élément encore inconnu « Ecasilicon » en raison de la similitude de ses propriétés avec le silicium.

En 1886, le chimiste allemand K. Winkler, en étudiant le minéral, découvrit qu'il contenait un élément inconnu qui n'était pas détectable par analyse. Après un travail acharné, il découvrit les sels du nouvel élément et isola une partie de l'élément lui-même sous sa forme pure. Dans le premier rapport de découverte, Winkler a suggéré que le nouvel élément était un analogue de l'antimoine et de l'arsenic. Winkler avait l'intention de nommer l'élément Neptunium, mais ce nom avait déjà été donné à un élément faussement découvert. Winkler a renommé l'élément qu'il a découvert en germanium (Germainium) en l'honneur de sa patrie. Et même Mendeleev, dans une lettre à Winkler, a fortement soutenu le nom de l'élément.

Mais jusqu’à la seconde moitié du XXe siècle, l’application pratique de l’Allemagne est restée très limitée. La production industrielle de cet élément est née du développement de l'électronique à semi-conducteurs.

Propriétés des élémentsGe

L'Allemagne a été la première à être utilisée le plus largement à des fins médicales au Japon. Des tests effectués sur divers composés organogermaniens lors d'expérimentations animales et d'essais cliniques sur des humains ont montré qu'ils ont un effet positif sur le corps humain à des degrés divers. La percée a eu lieu en 1967 lorsque le Dr K. Asai a découvert que le germanium organique avait un large éventail d'effets biologiques.

Propriétés:

Transporte l'oxygène dans les tissus corporels - le germanium présent dans le sang se comporte de la même manière que l'hémoglobine. Il participe au processus de transport de l'oxygène vers les tissus du corps, ce qui garantit le fonctionnement normal de tous les systèmes du corps.

stimule le système immunitaire - le germanium sous forme de composés organiques favorise la production d'interférons gamma, qui suppriment les processus de prolifération des cellules microbiennes à division rapide et active des cellules immunitaires spécifiques (cellules T)

antitumoral - le germanium retarde le développement des tumeurs malignes et prévient l'apparition de métastases, et possède également des propriétés protectrices contre l'exposition aux radiations.

biocide (antifongique, antiviral, antibactérien) - les composés organiques du germanium stimulent la production d'interféron - protéine protectrice, produit par l’organisme en réponse à l’introduction de corps étrangers.

Application et utilisation de l'élément Germanium dans la vie

Dans la pratique industrielle, le germanium est obtenu principalement à partir de sous-produits du traitement des minerais de métaux non ferreux. Le concentré de germanium (2-10 % Allemagne) est obtenu par différentes méthodes, en fonction de la composition des matières premières. Pour isoler le germanium très pur, utilisé dans les dispositifs semi-conducteurs, une fusion zonale du métal est réalisée. Le germanium monocristallin, nécessaire à l'industrie des semi-conducteurs, est généralement obtenu par fusion de zone.

C'est l'un des plus matériaux précieux dans la technologie moderne des semi-conducteurs. Il est utilisé pour fabriquer des diodes, des triodes, des détecteurs à cristal et des redresseurs de puissance. Le germanium est également utilisé dans les instruments dosimétriques et les instruments qui mesurent la force des champs magnétiques constants et alternatifs. Un domaine d'application important de l'élément est la technologie infrarouge, en particulier la production de détecteurs rayonnement infrarouge. De nombreux alliages contenant du germanium sont prometteurs pour une utilisation pratique. Par exemple, des verres à base de GeO 2 et d'autres composés de Ge. À température ambiante, le germanium résiste à l'air, à l'eau, aux solutions alcalines et aux acides chlorhydrique et sulfurique dilués, mais se dissout facilement dans l'eau régale et une solution alcaline de peroxyde d'hydrogène. Et il s'oxyde lentement avec l'acide nitrique.

Les alliages de germanium, qui ont une dureté et une résistance élevées, sont utilisés dans la bijouterie et la technologie dentaire pour des moulages de précision. Le germanium n'est présent dans la nature que dans état lié et jamais gratuit. Les minéraux contenant du germanium les plus courants sont l'argyrodite et la germanite. Les grandes réserves de minéraux de germanium sont rares, mais l'élément lui-même est largement présent dans d'autres minéraux, en particulier dans les sulfures (le plus souvent les sulfures et silicates de zinc). De petites quantités se trouvent également dans différents types de charbon.

La production mondiale en Allemagne est de 65 kg par an.

Danger pour la santé

Des problèmes de santé au travail peuvent être causés par la dispersion de poussières lors du chargement du concentré de germanium, du broyage et du chargement du dioxyde pour séparer le germanium métallique, ainsi que du chargement du germanium en poudre destiné à être fondu en barres. D'autres sources de risques pour la santé comprennent le rayonnement thermique des fours tubulaires et le processus de fusion du germanium en poudre en barres, ainsi que la formation de monoxyde de carbone.

Le germanium absorbé est rapidement excrété par l’organisme, principalement dans l’urine. Il existe peu d’informations sur la toxicité des composés inorganiques du germanium pour l’homme. Le tétrachlorure de germanium est un irritant cutané. Une activité neurotoxique et néphrotoxique a été observée dans des essais cliniques et dans d'autres cas d'administration orale à long terme de doses cumulatives allant jusqu'à 16 g de spirogermanium, un médicament antitumoral organique au germanium ou d'autres composés du germanium. De telles doses ne sont généralement pas exposées à des conditions industrielles. Des expériences sur des animaux visant à déterminer les effets du germanium et de ses composés sur l'organisme ont montré que la poussière métallique de germanium et le dioxyde de germanium, lorsqu'ils sont inhalés à des concentrations élevées, entraînent une mauvaise santé générale (prise de poids limitée). Dans les poumons des animaux, des changements morphologiques similaires à des réactions prolifératives ont été constatés, tels qu'un épaississement des sections alvéolaires et une hyperplasie des vaisseaux lymphatiques autour des bronches et des vaisseaux sanguins. Le dioxyde de germanium n'est pas un irritant cutané, mais au contact de la membrane muqueuse humide de l'œil, il forme de l'acide germanique, qui agit comme un irritant oculaire. Les injections intrapéritonéales à long terme à des doses de 10 mg/kg entraînent des modifications du sang périphérique .

Les composés du germanium les plus nocifs sont l’hydrure de germanium et le chlorure de germanium. L'hydrure peut provoquer une intoxication aiguë. Les examens morphologiques des organes d'animaux morts pendant la phase aiguë ont révélé des troubles du système circulatoire et des modifications cellulaires dégénératives des organes parenchymateux. Ainsi, l'hydrure est un poison polyvalent qui affecte le système nerveux et le système circulatoire périphérique.

Le tétrachlorure de germanium est un puissant irritant pour le système respiratoire, la peau et les yeux. Concentration seuil – 13 mg/m3. À cette concentration, il supprime la réponse pulmonaire au niveau cellulaire chez les animaux de laboratoire. À des concentrations élevées, il entraîne une irritation des voies respiratoires supérieures et une conjonctivite, ainsi que des modifications de la fréquence et du rythme respiratoire. Les animaux qui ont survécu à une intoxication aiguë ont développé une bronchite catarrhale-desquamative et une pneumonie interstitielle quelques jours plus tard. Le chlorure de germanium a également un effet toxique général. Des changements morphologiques ont été observés dans le foie, les reins et d’autres organes des animaux.

Sources de toutes les informations présentées

Germanium |32 | Ge| - Prix

Le germanium (Ge) est un métal rare dispersé, numéro atomique - 32, masse atomique - 72,6, densité :
solide à 25°C - 5,323 g/cm3 ;
liquide à 100°C - 5,557 g/cm3 ;
Point de fusion - 958,5°C, coefficient de dilatation linéaire α.106, à température, KO :
273-573— 6.1
573-923— 6.6
La dureté sur l'échelle minéralogique est de 6 à 6,5.
Résistivité électrique du germanium monocristallin de haute pureté (à 298OK), Ohm.m-0,55-0,6.
Le germanium a été découvert en 1885 et initialement obtenu sous forme de sulfure. Ce métal a été prédit par D.I. Mendeleïev en 1871, avec une indication précise de ses propriétés, et il l'a baptisé écosilicium. Le germanium a été nommé par les scientifiques en l'honneur du pays dans lequel il a été découvert.
Le germanium est un métal blanc argenté, Par apparence semblable à l’étain, cassant dans des conditions normales. Se prête à la déformation plastique à des températures supérieures à 550°C. Le germanium a des propriétés semi-conductrices. La résistivité électrique du germanium dépend de sa pureté : les impuretés la réduisent fortement. Le germanium est optiquement transparent dans la région infrarouge du spectre et possède un indice de réfraction élevé, ce qui permet de l'utiliser pour la fabrication de divers systèmes optiques.
Le germanium est stable dans l'air à des températures allant jusqu'à 700°C, à des températures plus élevées, il s'oxyde et au-dessus du point de fusion, il brûle, formant du dioxyde de germanium. L'hydrogène n'interagit pas avec le germanium et, à la température de fusion, le germanium fondu absorbe l'oxygène. Le germanium ne réagit pas avec l'azote. Avec le chlore, il forme du chlorure de germanium à température ambiante.
Le germanium n'interagit pas avec le carbone, est stable dans l'eau, réagit lentement avec les acides et se dissout facilement dans l'eau régale. Les solutions alcalines ont peu d'effet sur le germanium. Le germanium est allié à tous les métaux.
Malgré le fait que le germanium soit plus abondant dans la nature que le plomb, sa production est limitée en raison de sa forte dispersion dans la croûte terrestre et le coût du germanium est assez élevé. Le germanium forme les minéraux argyrodite et germanite, mais ils sont peu utilisés pour sa production. Le germanium est extrait comme sous-produit lors du traitement des minerais polymétalliques sulfurés, certains minerais de fer, qui contiennent jusqu'à 0,001 % de germanium, des eaux de goudron lors de la cokéfaction du charbon.

REÇU.

La production de germanium à partir de diverses matières premières est réalisée par des méthodes complexes, dans lesquelles le produit final est du tétrachlorure de germanium ou du dioxyde de germanium, à partir duquel le germanium métallique est obtenu. Il est purifié et, en outre, des monocristaux de germanium dotés de propriétés électriques spécifiées sont cultivés à l'aide de la méthode de fusion de zone. Le germanium monocristallin et polycristallin est produit dans l'industrie.
Les produits intermédiaires obtenus par le traitement des minéraux contiennent une petite quantité de germanium et diverses méthodes de traitement pyro- et hydrométallurgique sont utilisées pour les enrichir. Les méthodes pyrométallurgiques reposent sur la sublimation de composés volatils contenant du germanium, tandis que les méthodes hydrométallurgiques reposent sur la dissolution sélective des composés du germanium.
Pour obtenir des concentrés de germanium, les produits d'enrichissement pyrométallurgiques (sublimats, cendres) sont traités avec des acides et le germanium est transféré dans une solution à partir de laquelle le concentré est obtenu diverses méthodes(précipitation, coprécipitation et sorption, méthodes électrochimiques). Le concentré contient de 2 à 20 % de germanium, à partir duquel du dioxyde de germanium pur est isolé. Le dioxyde de germanium est réduit avec de l'hydrogène, cependant, le métal résultant n'est pas assez pur pour les dispositifs semi-conducteurs et il est donc purifié par des méthodes cristallographiques (cristallisation dirigée-purification zonale-production de monocristaux). La cristallisation directionnelle est combinée à la réduction du dioxyde de germanium avec de l'hydrogène. Le métal en fusion est progressivement poussé hors de la zone chaude vers le réfrigérateur. Le métal cristallise progressivement sur toute la longueur du lingot. Les impuretés s'accumulent dans la partie finale du lingot et sont éliminées. Le lingot restant est coupé en morceaux qui sont chargés dans la zone de nettoyage.
Grâce au nettoyage de zone, on obtient un lingot dans lequel la pureté du métal varie sur toute sa longueur. Le lingot est également découpé et ses différentes parties sont retirées du processus. Ainsi, lors de l'obtention de germanium monocristallin à partir de germanium purifié par zone, le rendement direct ne dépasse pas 25 %.
Pour produire des dispositifs semi-conducteurs, un monocristal de germanium est découpé en tranches, à partir desquelles des pièces miniatures sont découpées, qui sont ensuite meulées et polies. Ces pièces constituent le produit final pour la création de dispositifs semi-conducteurs.

APPLICATION.

• En raison de ses propriétés semi-conductrices, le germanium est largement utilisé en radioélectronique pour la fabrication de redresseurs cristallins (diodes) et d'amplificateurs cristallins (triodes), pour l'informatique, la télémécanique, les radars, etc.

• Les triodes de germanium sont utilisées pour amplifier, générer et convertir les oscillations électriques.

• En ingénierie radio, des résistances à film de germanium sont utilisées.

• Le germanium est utilisé dans les photodiodes et les photorésistances, ainsi que pour la fabrication de thermistances.

• Dans la technologie nucléaire, on utilise des détecteurs de rayonnement gamma au germanium et dans les appareils à technologie infrarouge, des lentilles en germanium dopées à l'or.

• Le germanium est ajouté aux alliages pour thermocouples très sensibles.

• Le germanium est utilisé comme catalyseur dans la production de fibres synthétiques.

• En médecine, certains composés organiques du germanium sont étudiés, ce qui suggère qu'ils peuvent être biologiquement actifs et aider à retarder le développement de tumeurs malignes, à abaisser la tension artérielle et à soulager la douleur.

Le germanium (du latin Germanium), désigné « Ge », est un élément du groupe IV du tableau périodique des éléments chimiques de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev ; le numéro atomique de l'élément est 32, la masse atomique est 72,59. Le germanium est une substance solide avec un éclat métallique et une couleur gris-blanc. Bien que la couleur du germanium soit une notion plutôt relative, tout dépend du traitement de surface du matériau. Parfois, il peut être gris comme l'acier, parfois argenté et parfois complètement noir. Extérieurement, le germanium est assez proche du silicium. Ces éléments sont non seulement similaires les uns aux autres, mais possèdent également en grande partie les mêmes propriétés semi-conductrices. Leur différence significative réside dans le fait que le germanium est plus de deux fois plus lourd que le silicium.

Le germanium, trouvé dans la nature, est un mélange de cinq isotopes stables ayant des numéros de masse 76, 74, 73, 32, 70. En 1871, le célèbre chimiste, "père" tableau périodique, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev a prédit les propriétés et l'existence du germanium. Il a appelé l'élément inconnu à cette époque « exasilicon », car. les propriétés de la nouvelle substance étaient à bien des égards similaires à celles du silicium. En 1886, après avoir étudié le minéral argirdite, le chimiste allemand K. Winkler, âgé de quarante-huit ans, découvrit un élément chimique complètement nouveau dans le mélange naturel.

Au début, le chimiste voulait appeler l'élément neptunium, car la planète Neptune avait également été prédite bien avant sa découverte, mais il a ensuite appris que ce nom avait déjà été utilisé dans la fausse découverte de l'un des éléments, alors Winkler a décidé refuser de ce nom. On a demandé au scientifique de nommer l'élément angulaire, ce qui signifie « controversé, angulaire », mais Winkler n'était pas non plus d'accord avec ce nom, bien que l'élément n° 32 ait vraiment suscité beaucoup de controverses. Le scientifique était de nationalité allemande, c'est pourquoi il a finalement décidé de nommer l'élément germanium, en l'honneur de son pays natal, l'Allemagne.

Comme il s’est avéré plus tard, le germanium s’est avéré n’être rien d’autre que « l’exasilicium » découvert précédemment. Jusqu’à la seconde moitié du XXe siècle, l’utilité pratique du germanium était plutôt étroite et limitée. La production industrielle de métal n’a commencé qu’à la suite du démarrage de la production industrielle de produits électroniques à semi-conducteurs.

Le germanium est un matériau semi-conducteur largement utilisé en électronique et en technologie, ainsi que dans la production de microcircuits et de transistors. Les systèmes radar utilisent de fines couches de germanium déposées sur du verre et utilisées comme résistances. Les alliages avec du germanium et des métaux sont utilisés dans les détecteurs et les capteurs.

L'élément n'a pas une résistance aussi forte que le tungstène ou le titane, il ne sert pas de source d'énergie inépuisable comme le plutonium ou l'uranium, la conductivité électrique du matériau est également loin d'être la plus élevée et, dans la technologie industrielle, le métal principal est le fer. Malgré cela, le germanium est l'un des éléments les plus importants du progrès technique de notre société, car avant même que le silicium ne commence à être utilisé comme matériau semi-conducteur.

À cet égard, il conviendrait de se demander : que sont la semi-conductivité et les semi-conducteurs ? Sur cette question Même les experts ne peuvent pas répondre avec précision, car... nous pouvons parler de la propriété spécifiquement considérée des semi-conducteurs. Il existe également une définition exacte, mais uniquement issue du folklore : un semi-conducteur est un conducteur pour deux voitures.

Un lingot de germanium coûte presque le même prix qu’un lingot d’or. Le métal est très fragile, presque comme du verre, donc si vous laissez tomber un tel lingot, il y a une forte probabilité que le métal se brise tout simplement.

Germanium métal, propriétés

Propriétés biologiques

Le germanium était le plus largement utilisé à des fins médicales au Japon. Les résultats des tests des composés organogermaniens sur les animaux et les humains ont montré qu'ils peuvent avoir un effet bénéfique sur l'organisme. En 1967, le Dr K. Asai, japonais, a découvert que le germanium organique avait de vastes effets biologiques.

Parmi toutes ses propriétés biologiques, il convient de noter :

• - assurer le transfert de l'oxygène vers les tissus corporels ;
• - augmenter le statut immunitaire du corps ;
• - manifestation d'une activité antitumorale.

Par la suite, des scientifiques japonais ont créé le premier médicament médical contenant du germanium - « Germanium - 132 ».

En Russie, le premier médicament domestique contenant du germanium organique n'est apparu qu'en 2000.

Les processus d'évolution biochimique de la surface de la croûte terrestre n'ont pas affecté de la meilleure façon possible il contient du germanium. La majeure partie de l’élément a été emportée de la terre vers les océans, sa teneur dans le sol reste donc assez faible.

Parmi les plantes qui ont la capacité d'absorber le germanium du sol, le leader est le ginseng (germanium jusqu'à 0,2%). Le germanium se trouve également dans l’ail, le camphre et l’aloès, traditionnellement utilisés dans le traitement de diverses maladies humaines. Dans la végétation, le germanium se trouve sous forme de semioxyde de carboxyéthyle. Il est désormais possible de synthétiser des sesquioxanes avec un fragment de pyrimidine, des composés organiques du germanium. Cette connexion sa structure est proche du naturel, comme la racine de ginseng.

Le germanium peut être classé parmi les oligo-éléments rares. Il est présent dans grandes quantités divers produits, mais à petites doses. L'apport quotidien en germanium bio est fixé à 8-10 mg. Une évaluation de 125 produits alimentaires a montré qu'environ 1,5 mg de germanium pénètrent quotidiennement dans l'organisme avec la nourriture. La teneur en microéléments dans 1 g d’aliment cru est d’environ 0,1 à 1,0 mcg. Le germanium se trouve dans le lait, le jus de tomate, le saumon et les haricots. Mais pour satisfaire besoin quotidien En Allemagne, vous devriez boire 10 litres de jus de tomate par jour ou manger environ 5 kilogrammes de saumon. Du point de vue du coût de ces produits, des propriétés physiologiques de l'homme, et bon sens Il est également impossible de consommer de telles quantités de produits contenant du germanium. En Russie, environ 80 à 90 % de la population souffre d'une carence en germanium, c'est pourquoi des préparations spéciales ont été développées.

Des études pratiques ont montré que le germanium dans l’organisme est plus abondant dans les intestins, l’estomac, la rate, la moelle osseuse et le sang. La teneur élevée en microélément dans les intestins et l'estomac indique un effet prolongé de l'absorption du médicament dans le sang. On suppose que le germanium organique se comporte dans le sang à peu près de la même manière que l'hémoglobine, c'est-à-dire Il a charge négative et participe au transport de l'oxygène vers les tissus. Ainsi, il empêche le développement de l’hypoxie au niveau tissulaire.

À la suite d'expériences répétées, la capacité du germanium à activer les cellules T tueuses et à favoriser l'induction d'interférons gamma, qui suppriment le processus de reproduction des cellules à division rapide, a été prouvée. La principale direction d'action des interférons est la protection antitumorale et antivirale, les fonctions radioprotectrices et immunomodulatrices du système lymphatique.

Le germanium sous forme de sesquioxyde a la capacité d'agir sur les ions hydrogène H+, atténuant ainsi leur effet destructeur sur les cellules du corps. La garantie d'un excellent fonctionnement de tous les systèmes du corps humain est l'apport ininterrompu d'oxygène au sang et à tous les tissus. Le germanium organique fournit non seulement de l'oxygène à tous les points du corps, mais favorise également son interaction avec les ions hydrogène.

• - Le germanium est un métal, mais sa fragilité peut être comparée à celle du verre.
• - Certains ouvrages de référence affirment que le germanium a une couleur argentée. Mais cela ne peut pas être dit, car la couleur du germanium dépend directement de la méthode de traitement de la surface métallique. Parfois, il peut paraître presque noir, d’autres fois, il a une couleur acier et parfois il peut être argenté.
• - Du germanium a été découvert à la surface du soleil, ainsi que dans des météorites tombées de l'espace.
• - Le premier composé organoélémentaire du germanium a été obtenu par le découvreur de l'élément Clemens Winkler à partir du tétrachlorure de germanium en 1887, il s'agissait du tétraéthylgermanium. De tous reçus le scène moderne Aucun des composés organo-éléments du germanium n’est toxique. Dans le même temps la plupart de les microéléments organostanniques et plomb, qui sont des analogues du germanium dans leurs propriétés physiques, sont toxiques.
• - Dmitri Ivanovitch Mendeleev a prédit trois éléments chimiques avant même leur découverte, dont le germanium, appelant l'élément ekasilicium en raison de sa similitude avec le silicium. La prédiction du célèbre scientifique russe était si précise qu'elle a tout simplement étonné les scientifiques, notamment. et Winkler, qui a découvert le germanium. Le poids atomique selon Mendeleïev était de 72, en réalité il était de 72,6 ; densité spécifique selon Mendeleev, il était en réalité de 5,5 - 5,469 ; le volume atomique selon Mendeleev était de 13 en réalité - 13,57 ; l'oxyde le plus élevé selon Mendeleev est EsO2, en réalité - GeO2, sa densité selon Mendeleev était de 4,7, en réalité - 4,703 ; composé de chlorure selon Mendeleïev EsCl4 - liquide, point d'ébullition environ 90°C, en réalité - composé de chlorure GeCl4 - liquide, point d'ébullition 83°C, le composé avec l'hydrogène selon Mendeleïev EsH4 est gazeux, le composé avec l'hydrogène en réalité - GeH4 gazeux ; Composé organométallique selon Mendeleïev Es(C2H5)4, point d'ébullition 160 °C, véritable composé organométallique Ge(C2H5)4 point d'ébullition 163,5 °C. Comme le montrent les informations discutées ci-dessus, la prédiction de Mendeleïev était étonnamment exacte.
• - Le 26 février 1886, Clemens Winkler commençait une lettre à Mendeleïev par les mots « Cher Monsieur ». D’une manière plutôt polie, il a informé le scientifique russe de la découverte d’un nouvel élément appelé germanium, qui, dans ses propriétés, n’était rien d’autre que « l’écasilicium » prédit précédemment par Mendeleïev. La réponse de Dmitri Ivanovitch Mendeleev n'a pas été moins polie. Le scientifique était d’accord avec la découverte de son collègue, qualifiant le germanium de « couronne de son système périodique » et Winkler de « père » de l’élément, digne de porter cette « couronne ».
• - Le germanium, en tant que semi-conducteur classique, est devenu la clé pour résoudre le problème de la création de matériaux supraconducteurs fonctionnant à la température de l'hydrogène liquide, mais pas de l'hélium liquide. Comme on le sait, l’hydrogène passe de l’état gazeux à l’état liquide lorsqu’il atteint une température de –252,6°C, ou 20,5°K. Dans les années 70, un film de germanium et de niobium a été développé, dont l'épaisseur n'était que de quelques milliers d'atomes. Ce film est capable de maintenir la supraconductivité même lorsque les températures atteignent 23,2°K et moins.
• - Lors de la croissance d'un monocristal de germanium, un cristal de germanium – une « graine » – est placé à la surface du germanium fondu, qui est progressivement élevé à l'aide d'un appareil automatique, et la température de fusion est légèrement supérieure au point de fusion du germanium (937 °C). La « graine » tourne de telle sorte que le monocristal, comme on dit, « pousse avec la viande » de tous les côtés de manière uniforme. Il convient de noter que lors d'une telle croissance, la même chose se produit que lors de la fusion d'une zone, c'est-à-dire Presque seul le germanium passe dans la phase solide et toutes les impuretés restent dans la masse fondue.

Histoire

L'existence d'un élément tel que le germanium a été prédite en 1871 par Dmitri Ivanovitch Mendeleev ; en raison de ses similitudes avec le silicium, l'élément a été nommé eca-silicium. En 1886, un professeur de l'Académie des Mines de Freiberg découvre l'argyrodite, un nouveau minéral argenté. Alors ce minéral Le professeur de chimie technique Clemens Winkler l'a examiné avec beaucoup d'attention et a procédé à une analyse complète du minéral. Winkler, 48 ans, était à juste titre considéré comme le meilleur analyste de l'Académie des mines de Freiberg. C'est pourquoi il a eu l'opportunité d'étudier l'argyrodite.

Pour tout à fait court instant le professeur a pu fournir un rapport sur le pourcentage divers éléments dans le minéral d'origine : l'argent dans sa composition était de 74,72 % ; soufre - 17,13%; oxyde ferreux – 0,66 % ; mercure – 0,31%; oxyde de zinc - 0,22% Mais près de sept pour cent - c'était la part d'un élément inconnu qui, semble-t-il, n'avait pas encore été découvert à cette époque lointaine. À cet égard, Winkler a décidé d'isoler un composant non identifié de l'argyrodpt, d'étudier ses propriétés et, au cours de ses recherches, il s'est rendu compte qu'il avait en fait découvert un élément complètement nouveau - il s'agissait de l'escaplicium, prédit par D.I. Mendeleïev.

Cependant, il serait faux de croire que le travail de Winkler s'est déroulé sans problème. Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, en plus du huitième chapitre de son livre « Fondements de la chimie », écrit : « Au début (février 1886), le manque de matière, ainsi que l'absence de spectre dans la flamme et la solubilité du germanium composés, ont sérieusement gêné les recherches de Winkler... » Il convient de prêter attention aux mots « manque de spectre ». Mais comment ça ? En 1886, une méthode d’analyse spectrale largement utilisée existait déjà. Grâce à cette méthode, des éléments tels que le thallium, le rubidium, l'indium, le césium sur Terre et l'hélium sur le Soleil ont été découverts. Les scientifiques savaient déjà avec certitude que chaque élément chimique, sans exception, possède un spectre individuel, mais du coup il n'y a plus de spectre !

Une explication de ce phénomène est apparue un peu plus tard. Le germanium possède des raies spectrales caractéristiques. Leur longueur d'onde est de 2651,18 ; 3039.06 Ǻ et quelques autres. Cependant, ils se situent tous dans la partie ultraviolette invisible du spectre, on peut donc considérer comme une chance que Winkler soit un adepte. méthodes traditionnelles analyse, car ce sont ces méthodes qui l’ont conduit au succès.

La méthode d'obtention du germanium à partir du minéral utilisé par Winkler est assez proche de celle moderne. méthodes industrielles mettant en évidence le 32ème élément. Premièrement, le germanium, contenu dans l’argarodnite, a été transformé en dioxyde. Ensuite, la poudre blanche résultante a été chauffée à une température de 600 à 700 °C dans une atmosphère d'hydrogène. Dans ce cas, la réaction s'est avérée évidente : GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

C’est par cette méthode que l’élément relativement pur n° 32, le germanium, a été obtenu pour la première fois. Au début, Winkler avait l'intention de nommer Vanadium Neptunium, en l'honneur de la planète du même nom, car Neptune, comme le germanium, avait d'abord été prédit et découvert ensuite seulement. Mais il s’est ensuite avéré que ce nom avait déjà été utilisé une fois : un élément chimique faussement découvert s’appelait neptunium. Winkler a choisi de ne pas compromettre son nom et sa découverte et a refusé le neptunium. Cependant, un scientifique français Rayon a proposé, puis il a admis que sa proposition était une blague, il a suggéré d'appeler l'élément angulaire, c'est-à-dire « controversé, anguleux », mais Winkler n'aimait pas non plus ce nom. En conséquence, le scientifique a choisi indépendamment un nom pour son élément et l'a appelé germanium, en l'honneur de son pays natal, l'Allemagne. Au fil du temps, ce nom s'est imposé.

Jusqu'à la 2ème mi-temps. XXe siècle L'utilisation pratique du germanium reste plutôt limitée. La production industrielle de métaux n'est née qu'en relation avec le développement des semi-conducteurs et de l'électronique à semi-conducteurs.

Être dans la nature

Le germanium peut être classé parmi les oligo-éléments. L’élément ne se trouve pas du tout dans la nature. forme libre. La teneur totale en métaux de la croûte terrestre de notre planète en masse est de 7 × 10 −4 % %. C'est plus que la teneur en éléments chimiques comme l'argent, l'antimoine ou le bismuth. Mais les minéraux du germanium sont assez rares et très rarement trouvés dans la nature. Presque tous ces minéraux sont des sulfosels, par exemple la germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, la confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, l'argyrodite Ag8GeS6 et autres.

L'essentiel du germanium dispersé dans la croûte terrestre est contenu dans un grand nombre de roches, ainsi que dans de nombreux minéraux : minerais sulfites de métaux non ferreux, minerais de fer, certains minéraux oxydés (chromite, magnétite, rutile et autres), granites, diabases et basaltes. Dans certaines sphalérites, la teneur en élément peut atteindre plusieurs kilogrammes par tonne, par exemple dans la frankeite et la sulvanite 1 kg/t, dans les énargites la teneur en germanium est de 5 kg/t, dans la pyrargyrite - jusqu'à 10 kg/t, et dans d'autres silicates et sulfures - des dizaines et des centaines de g/t. Une petite proportion de germanium est présente dans presque tous les silicates, ainsi que dans certains gisements de pétrole et de charbon.

Le principal minéral de l'élément est le sulfite de germanium (formule GeS2). Le minéral se trouve comme impureté dans les sulfites de zinc et d’autres métaux. Les minéraux de germanium les plus importants sont : la germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, la plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, la stottite FeGe(OH) 6, rénierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn)(S, As) 4 et argyrodite Ag 8 GeS 6 .

L'Allemagne est présente sur le territoire de tous les États sans exception. Mais dans les gisements industriels de ce métal, aucun des pays développés le monde n'en a pas. Le germanium est très, très diffus. Sur Terre, les minéraux de ce métal sont considérés comme très rares s'ils contiennent plus d'au moins 1 % de germanium. Ces minéraux comprennent la germanite, l'argyrodite, l'ultrabasite, etc., y compris les minéraux découverts dans dernières décennies: shtotite, rénérite, plumbogermanite et confieldite. Les gisements de tous ces minéraux ne sont pas en mesure de couvrir la demande industrie moderne dans cet élément chimique rare et important.

La majeure partie du germanium est dispersée dans les minéraux d’autres éléments chimiques et se trouve également dans les eaux naturelles, les charbons, les organismes vivants et le sol. Par exemple, la teneur en germanium du charbon ordinaire atteint parfois plus de 0,1 %. Mais un tel chiffre est assez rare : la part du germanium est généralement inférieure. Mais il n'y a quasiment pas de germanium dans l'anthracite.

Reçu

Lors du traitement du sulfure de germanium, on obtient de l'oxyde GeO 2, qui est réduit à l'aide d'hydrogène pour obtenir du germanium libre.

DANS production industrielle Le germanium est extrait principalement comme sous-produit du traitement des minerais de métaux non ferreux (mélange de zinc, concentrés polymétalliques zinc-cuivre-plomb contenant 0,001 à 0,1 % de germanium), des cendres provenant de la combustion du charbon et de certains produits chimiques de coke.

Dans un premier temps, le concentré de germanium (de 2 % à 10 % de germanium) est isolé des sources évoquées ci-dessus de différentes manières, dont le choix dépend de la composition de la matière première. Lors du traitement du charbon de boxe, le germanium précipite partiellement (de 5 à 10 %) dans l'eau de goudron et la résine, de là il est extrait en combinaison avec le tanin, après quoi il est séché et cuit à une température de 400-500°C. . Le résultat est un concentré contenant environ 30 à 40 % de germanium, à partir duquel le germanium est isolé sous forme de GeCl 4 . Le processus d'extraction du germanium à partir d'un tel concentré comprend généralement les mêmes étapes :

1) Le concentré est chloré à l'aide d'acide chlorhydrique, un mélange d'acide et de chlore dans Environnement aquatique ou d'autres agents de chloration, qui peuvent donner lieu à du GeCl 4 technique. Pour purifier GeCl 4, on utilise la rectification et l'extraction des impuretés avec de l'acide chlorhydrique concentré.

2) L'hydrolyse de GeCl 4 est réalisée, les produits d'hydrolyse sont calcinés pour obtenir l'oxyde de GeO 2.

3) GeO est réduit par l'hydrogène ou l'ammoniac en métal pur.

En obtenant le germanium le plus pur, utilisé dans les semi-conducteurs moyens techniques, effectuer une fusion zonale du métal. Le germanium monocristallin nécessaire à la production de semi-conducteurs est généralement obtenu par fusion de zone ou par la méthode Czochralski.

Les méthodes permettant d'isoler le germanium des eaux goudronneuses des cokeries ont été développées par le scientifique soviétique V.A. Nazarenko. Cette matière première ne contient pas plus de 0,0003 % de germanium, cependant, à l'aide d'extrait de chêne, il est facile de précipiter le germanium sous forme de complexe tannique.

Le composant principal du tanin est un ester de glucose, qui contient un radical acide méta-digallique, qui lie le germanium, même si la concentration de l'élément dans la solution est très faible. A partir des sédiments, vous pouvez facilement obtenir un concentré contenant jusqu'à 45 % de dioxyde de germanium.

Les transformations ultérieures dépendront peu du type de matière première. Le germanium est réduit par l'hydrogène (comme chez Winkler au 19ème siècle), mais l'oxyde de germanium doit d'abord être isolé de nombreuses impuretés. La combinaison réussie des qualités d’un composé du germanium s’est avérée très utile pour résoudre ce problème.

Tétrachlorure de germanium GeCl4. est un liquide volatil qui bout à seulement 83,1°C. Par conséquent, il est tout à fait pratique de le purifier par distillation et rectification (dans des colonnes de quartz avec garnissage).

GeCl4 est presque insoluble dans l'acide chlorhydrique. Cela signifie que pour le nettoyer, vous pouvez utiliser la dissolution des impuretés avec du HCl.

Le tétrachlorure de germanium purifié est traité avec de l'eau et purifié à l'aide de résines échangeuses d'ions. Un signe de la pureté requise est une augmentation de la résistivité de l'eau jusqu'à 15-20 millions d'Ohm cm.

L'hydrolyse de GeCl4 se produit sous l'influence de l'eau :

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Vous remarquerez peut-être que nous avons devant nous l’équation « écrite à l’envers » pour la réaction de production du tétrachlorure de germanium.

Vient ensuite la réduction du GeO2 à l’aide d’hydrogène purifié :

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Le résultat est du germanium en poudre, qui est fondu puis purifié par fusion de zone. Cette méthode La purification a été développée en 1952 spécifiquement pour la purification du germanium.

Les impuretés nécessaires pour conférer un type de conductivité au germanium sont introduites aux étapes finales de la production, à savoir lors de la fusion de zone, ainsi que lors de la croissance d'un monocristal.

Application

Le germanium est un matériau semi-conducteur utilisé en électronique et en technologie dans la fabrication de microcircuits et de transistors. Les films de germanium les plus fins sont déposés sur du verre et utilisés comme résistance dans les installations radar. Alliages de germanium divers métaux utilisé dans la production de détecteurs et de capteurs. Le dioxyde de germanium est largement utilisé dans la production de verres transmettant le rayonnement infrarouge.

Le tellurure de germanium a longtemps servi de matériau thermoélectrique stable, ainsi que de composant d'alliages thermoélectriques (fém thermoélectrique de 50 μV/K). rôle stratégique Le germanium d'ultra haute pureté joue un rôle dans la fabrication de prismes et de lentilles pour l'optique infrarouge. Le plus gros consommateur de germanium est l’optique infrarouge, utilisée dans la technologie informatique, systèmes de visée et de guidage de missiles, dispositifs de vision nocturne, cartographie et exploration de la surface terrestre à partir de satellites. Le germanium est également largement utilisé dans les systèmes à fibres optiques (ajout de tétrafluorure de germanium aux fibres de verre), ainsi que dans les diodes semi-conductrices.

Le germanium, en tant que semi-conducteur classique, est devenu la clé pour résoudre le problème de la création de matériaux supraconducteurs fonctionnant à la température de l'hydrogène liquide, mais pas de l'hélium liquide. Comme vous le savez, l’hydrogène passe de l’état gazeux à l’état liquide lorsqu’il atteint une température de -252,6°C, ou 20,5°K. Dans les années 70, un film de germanium et de niobium a été développé, dont l'épaisseur n'était que de quelques milliers d'atomes. Ce film est capable de maintenir la supraconductivité même lorsque les températures atteignent 23,2°K et moins.

En fusionnant l'indium dans la plaque HES, créant ainsi une zone avec ce que l'on appelle la conductivité des trous, on obtient un dispositif de redressement, c'est-à-dire diode. Une diode a la propriété de faire passer le courant électrique dans une direction : la région électronique de la région avec conductivité des trous. Après avoir fusionné l'indium des deux côtés de la plaque hydroélectrique, cette plaque se transforme en base d'un transistor. Pour la première fois au monde, un transistor en germanium a été créé en 1948, et vingt ans plus tard, des dispositifs similaires ont été produits par centaines de millions.

Les diodes et triodes à base de germanium sont devenues largement utilisées dans les téléviseurs et les radios, ainsi que dans une grande variété d'équipements de mesure et d'ordinateurs.

L'Allemagne est également utilisée dans d'autres domaines particulièrement importants technologie moderne: lors de la mesure basses températures, lors de la détection d'un rayonnement infrarouge, etc.

Pour utiliser le balai dans toutes ces applications, il faut du germanium d’une très haute pureté chimique et physique. La pureté chimique est une pureté telle que la quantité d'impuretés nocives ne doit pas dépasser un dix millionième de pour cent (10 à 7 %). La pureté physique signifie un minimum de dislocations, un minimum de perturbations dans la structure cristalline d'une substance. Pour y parvenir, le germanium monocristallin est spécialement cultivé. Dans ce cas, le lingot de métal entier n’est qu’un seul cristal.

Pour ce faire, un cristal de germanium, un « germe », est placé à la surface du germanium fondu, qui est progressivement soulevé à l'aide d'un appareil automatique, tandis que la température de fusion est légèrement supérieure au point de fusion du germanium (937 °C). La « graine » tourne de telle sorte que le monocristal, comme on dit, « pousse avec la viande » de tous les côtés de manière uniforme. Il convient de noter que lors d'une telle croissance, la même chose se produit que lors de la fusion d'une zone, c'est-à-dire Presque seul le germanium passe dans la phase solide et toutes les impuretés restent dans la masse fondue.

Propriétés physiques

Probablement, peu de lecteurs de cet article ont eu l'occasion de voir visuellement le vanadium. L'élément lui-même est assez rare et coûteux ; les biens de consommation n'en sont pas fabriqués et leur remplissage en germanium, que l'on retrouve dans les appareils électriques, est si petit qu'il est impossible de voir le métal.

Certains ouvrages de référence affirment que le germanium a une couleur argentée. Mais cela ne peut pas être dit, car la couleur du germanium dépend directement de la méthode de traitement de la surface métallique. Parfois, il peut paraître presque noir, d’autres fois, il a une couleur acier et parfois il peut être argenté.

Le germanium est un métal si rare que le prix de son lingot peut être comparé à celui de l’or. Le germanium se caractérise par une fragilité accrue, qui ne peut être comparée qu'au verre. Extérieurement, le germanium est assez proche du silicium. Ces deux éléments sont tous deux en compétition pour le titre de semi-conducteur et analogues les plus importants. Bien que certaines propriétés techniques des éléments soient largement similaires, notamment l’aspect extérieur des matériaux, il est très facile de distinguer le germanium du silicium ; le germanium est plus de deux fois plus lourd. La densité du silicium est de 2,33 g/cm3 et celle du germanium est de 5,33 g/cm3.

Mais on ne peut pas parler sans équivoque de la densité du germanium, car le chiffre 5,33 g/cm3 se réfère au germanium-1. C'est l'une des modifications les plus importantes et les plus courantes des cinq modifications allotropiques de l'élément 32. Quatre d'entre eux sont cristallins et un est amorphe. Le Germanium-1 est la modification la plus légère des quatre cristallins. Ses cristaux sont construits exactement de la même manière que les cristaux de diamant, a = 0,533 nm. Cependant, si pour le carbone cette structure est aussi dense que possible, alors pour le germanium il existe également des modifications plus denses. Chaleur modérée et haute pression(environ 30 000 atmosphères à 100 °C) convertit le germanium-1 en germanium-2, structure réseau cristallin qui a exactement la même chose que l'étain blanc. Une méthode similaire est utilisée pour obtenir le germanium-3 et le germanium-4, qui sont encore plus denses. Toutes ces modifications « pas tout à fait ordinaires » sont supérieures au germanium-1 non seulement en densité, mais aussi en conductivité électrique.

La densité du germanium liquide est de 5,557 g/cm3 (à 1000°C), le point de fusion du métal est de 937,5°C ; le point d'ébullition est d'environ 2 700 °C ; la valeur du coefficient de conductivité thermique est d'environ 60 W/(m (K), soit 0,14 cal/(cm (sec (deg)) à une température de 25°C. Aux températures ordinaires, même le germanium pur est fragile, mais quand il atteint 550°C il commence à céder en déformation plastique. Selon l'échelle minéralogique, la dureté du germanium est de 6 à 6,5 ; la valeur du coefficient de compressibilité (dans la plage de pression de 0 à 120 GN/m 2, ou de 0 à 12000 kgf/mm 2) est de 1,4 10-7 m 2 /mn (ou 1,4.10-6 cm 2 /kgf) ; la tension superficielle est de 0,6 n/m (ou 600 dynes/cm).

Le germanium est un semi-conducteur typique avec une taille de bande interdite de 1,104·10 -19, ou 0,69 eV (à une température de 25 °C) ; le germanium de haute pureté a une résistivité électrique spécifique de 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 °C)); la mobilité des électrons est de 3 900 et la mobilité des trous est de 1 900 cm 2 /v. sec (à 25 °C et à une teneur en 8% d'impuretés) Pour les rayons infrarouges dont la longueur d'onde est supérieure à 2 microns, le métal est transparent.

Le germanium est assez fragile ; il ne peut pas être travaillé par pression chaude ou froide à des températures inférieures à 550 °C, mais si la température augmente, le métal est ductile. La dureté du métal sur l'échelle minéralogique est de 6,0 à 6,5 (le germanium est scié en plaques à l'aide d'un disque métallique ou diamanté et d'un abrasif).

Propriétés chimiques

Germanium, étant dans composants chimiques présente généralement des deuxième et quatrième valences, mais les composés tétravalents du germanium sont plus stables. Le germanium à température ambiante résiste à l'eau, à l'air, ainsi qu'aux solutions alcalines et aux concentrés dilués d'acide sulfurique ou chlorhydrique, mais l'élément se dissout assez facilement dans l'eau régale ou une solution alcaline de peroxyde d'hydrogène. L'élément s'oxyde lentement lorsqu'il est exposé à acide nitrique. Lorsque la température de l'air atteint 500-700 °C, le germanium commence à s'oxyder en oxydes GeO 2 et GeO. (IV) l'oxyde de germanium est une poudre blanche ayant un point de fusion de 1116°C et une solubilité dans l'eau de 4,3 g/l (à 20°C). Selon leur propre propriétés chimiques la substance est amphotère, soluble dans les alcalis et difficilement dans l'acide minéral. Il est obtenu par pénétration du précipité d'hydratation GeO 3 nH 2 O, qui est libéré lors de l'hydrolyse. Les dérivés de l'acide germanium, par exemple les germanates métalliques (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, etc.) sont des substances solides qui ont hautes températures fusion, peut être obtenu en fusionnant GeO 2 et d'autres oxydes.

À la suite de l'interaction du germanium et des halogènes, les tétrahalogénures correspondants peuvent se former. La réaction peut se dérouler plus facilement avec le chlore et le fluor (même à température ambiante), puis avec l'iode (température 700-800 °C, présence de CO) et le brome (à basse température). L'un des composés les plus importants du germanium est le tétrachlorure (formule GeCl 4). C'est un liquide incolore avec un point de fusion de 49,5 °C, un point d'ébullition de 83,1 °C et une densité de 1,84 g/cm3 (à 20 °C). La substance est fortement hydrolysée par l'eau, libérant un précipité d'oxyde hydraté (IV). Le tétrachlorure est obtenu par chloration du germanium métallique ou par réaction de l'oxyde de GeO 2 et de l'acide chlorhydrique concentré. Dihalogénures de germanium avec formule générale GeX 2, l'hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6, le monochlorure GeCl, ainsi que les oxychlorures de germanium (par exemple, CeOCl 2).

Lorsque la température de 900 à 1 000 °C est atteinte, le soufre interagit vigoureusement avec le germanium, formant du disulfure de GeS 2. C'est un solide blanc avec un point de fusion de 825 °C. La formation de monosulfure GeS et de composés similaires de germanium avec du tellure et du sélénium, qui sont des semi-conducteurs, est également possible. À une température de 1 000 à 1 100 °C, l’hydrogène réagit légèrement avec le germanium, formant de la germine (GeH) X, qui est un composé instable et très volatil. Les germanides d'hydrogène de la série Ge n H 2n + 2 à Ge 9 H 20 peuvent être formés en faisant réagir des germanures avec du HCl dilué. Le germylène de composition GeH 2 est également connu. Le germanium ne réagit pas directement avec l'azote, mais il existe un nitrure Ge 3 N 4, qui est obtenu lorsque le germanium est exposé à l'ammoniac (700-800°C). Le germanium ne réagit pas avec le carbone. Avec de nombreux métaux, le germanium forme divers composés - les germanides.

Il existe de nombreux composés complexes connus du germanium, qui deviennent de plus en plus importants dans la chimie analytique de l'élément germanium, ainsi que dans les processus d'obtention. élément chimique. Le germanium est capable de former des composés complexes avec des molécules organiques contenant des hydroxyles (alcools polyhydriques, acides polybasiques, etc.). Il existe également des hétéropolyacides de germanium. Comme d’autres éléments du groupe IV, le germanium forme généralement des composés organométalliques. Un exemple est le tétraéthylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3.