Caractéristiques de l'élément chimique germanium. Élément germanium

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 ressemble à de l'étain, cassant 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, dont certains minerais de fer, qui contiennent jusqu'à 0,001 % de germanium, provenant de l'eau 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.

Germanium(lat. Germanium), Ge, élément chimique du groupe IV tableau périodique Mendeleïev ; numéro de série 32, masse atomique 72,59 ; solide gris-blanc avec un éclat métallique. Le germanium naturel est un mélange de cinq isotopes stables ayant des numéros de masse 70, 72, 73, 74 et 76. L'existence et les propriétés du germanium ont été prédites en 1871 par D.I. Mendeleïev et a nommé cet élément encore inconnu eca-silicium en raison de la similitude de ses éléments. propriétés avec le silicium. En 1886, le chimiste allemand K. Winkler découvrit un nouvel élément dans le minéral argyrodite, qu'il nomma Germanium en l'honneur de son pays ; Le germanium s'est avéré être tout à fait identique à l'eca-silicium. Jusqu'à la seconde moitié du XXe siècle utilisation pratique L'Allemagne est restée très limitée. Production industrielle L'Allemagne est née du développement de l'électronique à semi-conducteurs.

La teneur totale en germanium de la croûte terrestre est de 7,10 -4 % en masse, soit plus que, par exemple, l'antimoine, l'argent et le bismuth. Cependant, les minéraux allemands sont extrêmement rares. Presque tous sont des sulfosels : germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argyrodite Ag 8 GeS 6, confieldite Ag 8 (Sn, Ge) S 6 et autres. La majeure partie de l'Allemagne est dispersée en grand nombre dans la croûte terrestre rochers et minéraux : dans les minerais sulfurés de métaux non ferreux, dans les minerais de fer, dans certains minéraux oxydés (chromite, magnétite, rutile et autres), dans les granites, les diabases et les basaltes. De plus, le Germanium est présent dans presque tous les silicates, dans certains gisements charbon et du pétrole.

Propriétés physiques Allemagne. Le germanium cristallise dans une structure cubique de type diamant, le paramètre de cellule unitaire a = 5,6575 Å. La densité du germanium solide est de 5,327 g/cm 3 (25°C) ; liquide 5,557 (1000°C) ; tpl 937,5°C ; point d'ébullition d'environ 2 700°C ; coefficient de conductivité thermique ~60 W/(m K), ou 0,14 cal/(cm sec deg) à 25°C. Même le germanium très pur est fragile aux températures ordinaires, mais au-dessus de 550°C, il est sensible à la déformation plastique. Dureté Allemagne sur l'échelle minéralogique 6-6,5 ; coefficient de compressibilité (dans la plage de pression 0-120 H/m 2 ou 0-12 000 kgf/mm 2) 1,4.10 -7 m 2 /mn (1,4.10 -6 cm 2 /kgf) ; tension superficielle 0,6 n/m (600 dynes/cm). Le germanium est un semi-conducteur typique avec une bande interdite de 1,104·10 -19 J ou 0,69 eV (25°C) ; résistivité électrique Allemagne haute pureté 0,60 ohm m (60 ohm cm) à 25°C ; mobilité des électrons 3900 et mobilité des trous 1900 cm 2 /v sec (25°C) (avec une teneur en impuretés inférieure à 10 -8 %). Transparent aux rayons infrarouges d'une longueur d'onde supérieure à 2 microns.

Propriétés chimiques Allemagne. Dans les composés chimiques, le germanium présente généralement des valences de 2 et 4, les composés du germanium 4-valent étant plus stables. 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. Acide nitrique s'oxyde lentement. Lorsqu'il est chauffé dans l'air à 500-700°C, le germanium est oxydé en oxydes GeO et GeO 2. Oxyde d'Allemagne (IV) - poudre blanche avec point de fusion 1116°C ; solubilité dans l'eau 4,3 g/l (20°C). Selon ses propriétés chimiques, il est amphotère, soluble dans les alcalis et difficilement dans les acides minéraux. Il est obtenu par calcination du précipité d'hydrate (GeO 3 ·nH 2 O) libéré lors de l'hydrolyse du tétrachlorure de GeCl 4. En fusionnant GeO 2 avec d'autres oxydes, des dérivés de l'acide germanique peuvent être obtenus - germanates métalliques (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 et autres) - solides avec hautes températures fusion.

Lorsque le germanium réagit avec les halogènes, les tétrahalogénures correspondants se forment. La réaction se déroule plus facilement avec le fluor et le chlore (déjà à température ambiante), puis avec le brome (faible chauffage) et avec l'iode (à 700-800°C en présence de CO). L'un des composés les plus importants d'Allemagne, le tétrachlorure GeCl 4, est un liquide incolore ; tpl -49,5°C ; point d'ébullition 83,1°C ; densité 1,84 g/cm 3 (20°C). Il est fortement hydrolysé avec de l'eau, libérant un précipité d'oxyde hydraté (IV). Il est obtenu en chlorant du germanium métallique ou en faisant réagir GeO 2 avec du HCl concentré. Les dihalogénures d'Allemagne sont également connus formule générale GeX 2, monochlorure GeCl, hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 et oxychlorures allemands (par exemple, CeOCl 2).

Le soufre réagit vigoureusement avec le germanium à 900-1 000°C pour former du disulfure GeS 2 - un solide blanc, point de fusion 825°C. Le monosulfure de GeS et des composés similaires d'Allemagne avec le sélénium et le tellure, qui sont des semi-conducteurs, sont également décrits. L'hydrogène réagit légèrement avec le germanium à 1 000-1 100 °C pour former la germine (GeH) X, un composé instable et hautement volatil. En faisant réagir des germanides avec de l'acide chlorhydrique dilué, des hydrogènes germanides de la série Ge n H 2n+2 jusqu'à Ge 9 H 20 peuvent être obtenus. On connaît également du germylène de composition GeH 2 . Le germanium ne réagit pas directement avec l'azote, cependant, il existe un nitrure Ge 3 N 4, obtenu par action de l'ammoniac sur le germanium à 700-800°C. Le germanium n'interagit pas avec le carbone. Le germanium forme des composés avec de nombreux métaux - les germanides.

On connaît de nombreux composés complexes du germanium, qui deviennent de plus en plus importants tant dans la chimie analytique du germanium que dans les processus de préparation. Le germanium forme des composés complexes avec des molécules organiques contenant des hydroxyles (alcools polyhydriques, acides polybasiques et autres). Des hétéropolyacides allemands ont été obtenus. Tout comme les autres éléments du groupe IV, l'Allemagne se caractérise par la formation de métaux composés organiques, dont un exemple est le tétraéthylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Réception Allemagne. Dans la pratique industrielle, le germanium est obtenu principalement à partir de sous-produits du traitement des minerais de métaux non ferreux (mélange de zinc, concentrés polymétalliques zinc-cuivre-plomb) contenant 0,001 à 0,1 % de germanium. Les cendres issues de la combustion du charbon, les poussières des générateurs de gaz et les déchets des cokeries sont également utilisés comme matières premières. Initialement, le concentré de germanium (2 à 10 % d'Allemagne) est obtenu à partir des sources répertoriées de différentes manières, en fonction de la composition des matières premières. L'extraction de l'Allemagne à partir du concentré comprend généralement les étapes suivantes : 1) chloration du concentré avec de l'acide chlorhydrique, un mélange de celui-ci avec du chlore dans Environnement aquatique ou d'autres agents de chloration pour obtenir du GeCl 4 technique. Pour purifier GeCl 4, on utilise la rectification et l'extraction des impuretés avec du HCl concentré. 2) Hydrolyse de GeCl 4 et calcination des produits d'hydrolyse pour obtenir GeO 2. 3) Réduction de GeO 2 avec de l'hydrogène ou de l'ammoniac en métal. 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 ou par la méthode Czochralski.

Demande Allemagne. Le germanium 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 monocristallin 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 en Allemagne est la technologie infrarouge, en particulier la production de détecteurs rayonnement infrarouge, opérant dans la région de 8 à 14 microns. De nombreux alliages contenant du germanium, des verres à base de GeO 2 et d'autres composés du germanium sont prometteurs pour une utilisation pratique.

L'élément chimique germanium appartient au quatrième groupe (sous-groupe principal) du tableau périodique des éléments. Il appartient à la famille des métaux et a une masse atomique relative de 73. En masse, la teneur en germanium de la croûte terrestre est estimée à 0,00007 % en masse.

Histoire de la découverte

L'élément chimique germanium a été créé grâce aux prédictions de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev. Ce sont eux qui ont prédit l'existence de l'eca-silicium et donné des recommandations pour sa recherche.

Je croyais que cet élément métallique se trouvait dans les minerais de titane et de zirconium. Mendeleev a tenté de trouver cet élément chimique par lui-même, mais ses tentatives ont échoué. Quinze ans plus tard seulement, un minéral appelé argyrodite a été découvert dans une mine située à Himmelfürst. À son nom cette connexion doit à l'argent trouvé dans ce minéral.

L'élément chimique germanium dans la composition n'a été découvert qu'après qu'un groupe de chimistes de l'Académie des Mines de Freiberg a commencé ses recherches. Sous la direction de K. Winkler, ils ont constaté que la part des oxydes de zinc, de fer, ainsi que de soufre et de mercure ne représentait que 93 pour cent du minéral. Winkler a suggéré que les sept pour cent restants provenaient d’un élément chimique inconnu à l’époque. Après d'autres expériences chimiques, le germanium a été découvert. Le chimiste a rapporté sa découverte dans un rapport et a présenté les informations obtenues sur les propriétés du nouvel élément à la Société chimique allemande.

L'élément chimique germanium a été présenté par Winkler comme un non-métal, par analogie avec l'antimoine et l'arsenic. Le chimiste voulait l’appeler neptunium, mais ce nom était déjà utilisé. Puis ils ont commencé à l’appeler germanium. L’élément chimique découvert par Winkler a suscité de sérieux débats parmi les plus grands chimistes de l’époque. Le scientifique allemand Richter a suggéré qu'il s'agissait du même écasilicium dont parlait Mendeleïev. Après un certain temps, cette hypothèse s'est confirmée, ce qui a prouvé la viabilité de la loi périodique créée par le grand chimiste russe.

Propriétés physiques

Comment caractériser le germanium ? L’élément chimique porte le numéro atomique 32 chez Mendeleïev. Ce métal fond à 937,4 °C. Le point d’ébullition de cette substance est de 2 700 °C.

Le germanium est un élément qui a été utilisé pour la première fois au Japon à des fins médicales. Après de nombreuses études sur les composés organogermaniens réalisées sur des animaux, ainsi que sur des humains, il a été possible de découvrir les effets positifs de ces minerais sur les organismes vivants. En 1967, le Dr K. Asai a découvert que le germanium organique avait une vaste gamme d'effets biologiques.

Activité biologique

Quelle est la caractéristique élément chimique Allemagne? Il est capable de transporter l’oxygène dans tous les tissus d’un organisme vivant. Une fois dans le sang, il se comporte de la même manière que l’hémoglobine. Le germanium garantit le plein fonctionnement de tous les systèmes du corps humain.

C'est ce métal qui stimule la prolifération des cellules immunitaires. Sous forme de composés organiques, il permet la formation d'interférons gamma, qui suppriment la prolifération des microbes.

Le germanium entrave l'éducation tumeurs malignes, ne permet pas le développement de métastases. Les composés organiques de cet élément chimique contribuent à la production d'interféron, une molécule protéique protectrice produite par l'organisme en réaction protectrice face à l'apparition de corps étrangers.

Domaines d'utilisation

Les propriétés antifongiques, antibactériennes et antivirales du germanium sont devenues la base de ses domaines d'application. En Allemagne, cet élément était principalement obtenu comme sous-produit du traitement des minerais non ferreux. Différentes façons, qui dépendent de la composition de la matière première, concentré de germanium isolé. Sa composition ne contenait pas plus de 10 pour cent de métal.

Comment exactement dans les semi-conducteurs technologie moderne est-ce que le germanium est utilisé ? Les caractéristiques de l'élément données précédemment confirment la possibilité de son utilisation pour la fabrication de triodes, diodes, redresseurs de puissance et détecteurs à cristal. Le germanium est également utilisé dans la création d'instruments dosimétriques, appareils nécessaires pour mesurer la force des champs magnétiques constants et alternatifs.

Un domaine d'application important de ce métal est la fabrication de détecteurs de rayonnement infrarouge.

L’utilisation non seulement du germanium lui-même, mais également de certains de ses composés, est prometteuse.

Propriétés chimiques

Le germanium à température ambiante est assez résistant à l’humidité et à l’oxygène atmosphérique.

Dans la série - germanium - étain), il y a une augmentation de la capacité réductrice.

Le germanium résiste aux solutions d'acides chlorhydrique et sulfurique, il n'interagit pas avec les solutions alcalines. De plus, ce métal se dissout assez rapidement dans l'eau régale (sept acides nitrique et chlorhydrique), ainsi que dans une solution alcaline de peroxyde d'hydrogène.

Comment donner description complèteélément chimique ? Le germanium et ses alliages doivent être analysés non seulement selon des critères physiques, propriétés chimiques, mais aussi des domaines d'application. Le processus d'oxydation du germanium avec l'acide nitrique se déroule assez lentement.

Être dans la nature

Essayons de caractériser l'élément chimique. Le germanium se trouve dans la nature uniquement sous forme de composés. Parmi les minéraux contenant du germanium les plus courants dans la nature, nous soulignons la germanite et l'argyrodite. De plus, le germanium est présent dans les sulfures et silicates de zinc, et en petites quantités on le trouve dans divers types charbon.

Dommage pour la santé

Quel effet le germanium a-t-il sur le corps ? Un élément chimique dont la formule électronique est 1e ; 8 e ; 18e ; 7 e, peut avoir un effet négatif sur le corps humain. Par exemple, lors du chargement de concentré de germanium, du broyage, ainsi que du chargement de dioxyde de ce métal, des maladies professionnelles peuvent apparaître. D'autres sources nocives pour la santé comprennent le processus de fusion de la poudre de germanium en barres et la production de monoxyde de carbone.

Le germanium adsorbé peut être rapidement éliminé du corps, principalement par l’urine. Il n'existe actuellement aucune information détaillée sur la toxicité composés inorganiques Allemagne.

Le tétrachlorure de germanium a un effet irritant sur la peau. Lors d'essais cliniques, ainsi que lors d'une administration orale à long terme de quantités cumulatives atteignant 16 grammes de spirogermanium (un médicament antitumoral organique), ainsi que d'autres composés du germanium, une activité néphrotoxique et neurotoxique de ce métal a été découverte.

De tels dosages ne sont généralement pas typiques des entreprises industrielles. Les expériences menées sur des animaux visaient à étudier l'effet du germanium et de ses composés sur un organisme vivant. En conséquence, il a été possible d'établir une détérioration de la santé due à l'inhalation d'une quantité importante de poussière métallique de germanium, ainsi que de son dioxyde.

Les scientifiques ont découvert de graves changements morphologiques dans les poumons des animaux, similaires à des processus prolifératifs. Par exemple, un épaississement important des sections alvéolaires a été détecté, ainsi qu'une hyperplasie des vaisseaux lymphatiques autour des bronches et un épaississement des vaisseaux sanguins.

Le dioxyde de germanium n'est pas irritant pour la peau, mais le contact direct de ce composé avec la membrane de l'œil entraîne la formation d'acide germanique, qui est un irritant oculaire grave. Avec des injections intrapéritonéales prolongées, de graves modifications du sang périphérique ont été détectées.

Faits importants

Les composés les plus nocifs du germanium sont le chlorure et l’hydrure de germanium. Cette dernière substance provoque de graves intoxications. À la suite d'un examen morphologique des organes d'animaux morts pendant la phase aiguë, des perturbations significatives du système circulatoire ont été mises en évidence, ainsi que des modifications cellulaires des organes parenchymateux. Les scientifiques ont conclu que l'hydrure est un poison polyvalent qui affecte système nerveux, inhibe le système circulatoire périphérique.

Tétrachlorure de germanium

C'est un puissant irritant système respiratoire, les yeux, la peau. À une concentration de 13 mg/m3, il est capable de supprimer la réponse pulmonaire au niveau cellulaire. Avec une concentration croissante de cette substance il y a une grave irritation de la partie supérieure voies respiratoires, des changements importants dans le rythme et la fréquence de la respiration.

L'empoisonnement par cette substance entraîne une bronchite catarrhale-desquamative et une pneumonie interstitielle.

Reçu

Étant donné que dans la nature, le germanium est présent comme impureté dans les minerais de nickel, polymétalliques et de tungstène, plusieurs processus à forte intensité de main-d'œuvre liés à l'enrichissement du minerai sont réalisés dans l'industrie pour isoler le métal pur. L'oxyde de germanium en est d'abord isolé, puis il est réduit avec de l'hydrogène à température élevée pour obtenir un métal simple :

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Propriétés électroniques et isotopes

Le germanium est considéré comme un semi-conducteur typique à espacement indirect. La valeur de sa constante statistique diélectrique est de 16 et la valeur de son affinité électronique est de 4 eV.

Dans un film mince de gallium dopé, le germanium peut acquérir un état supraconducteur.

Il existe cinq isotopes de ce métal présents dans la nature. Parmi ceux-ci, quatre sont stables et le cinquième subit une double désintégration bêta, la demi-vie est de 1,58 × 10 21 ans.

Conclusion

Actuellement, les composés organiques de ce métal sont utilisés dans diverses industries. La transparence dans la région spectrale infrarouge du germanium métallique d'ultra haute pureté est importante pour la fabrication d'éléments optiques d'optique infrarouge : prismes, lentilles, fenêtres optiques de capteurs modernes. Le domaine d'utilisation le plus courant du germanium est la création d'optiques pour caméras thermiques, qui fonctionnent dans la gamme de longueurs d'onde de 8 à 14 microns.

Des appareils similaires sont utilisés dans équipement militaire pour les systèmes de guidage infrarouge, la vision nocturne, l'imagerie thermique passive, les systèmes de protection incendie. Le germanium possède également un indice de réfraction élevé, nécessaire au revêtement antireflet.

En ingénierie radio, les transistors à base de germanium présentent des caractéristiques qui dépassent à bien des égards celles des éléments en silicium. Les courants inverses des éléments en germanium sont nettement supérieurs à ceux de leurs homologues en silicium, ce qui permet d'augmenter considérablement l'efficacité de tels dispositifs radio. Étant donné que le germanium n’est pas aussi courant que le silicium, les éléments semi-conducteurs en silicium sont principalement utilisés dans les appareils radio.

Germanium

GERMANIUM-JE; m.Élément chimique (Ge), un solide blanc grisâtre avec un éclat métallique (c'est le principal matériau semi-conducteur). Plaque de germanium.

◁ Germanium, oh, oh. G-ème matières premières. G. lingot.

(Latin Germanium), élément chimique du groupe IV du tableau périodique. Le nom vient du latin Germania - Allemagne, en l'honneur de la patrie de K. A. Winkler. Cristaux gris argenté ; densité 5,33 g/cm 3, t température ambiante : 938,3ºC. Disséminé dans la nature (les propres minéraux sont rares); extraits de minerais de métaux non ferreux. Matériau semi-conducteur pour appareils électroniques (diodes, transistors, etc.), composant d'alliages, matériau pour lentilles d'appareils IR, détecteurs de rayonnements ionisants.

GERMANIUM (lat. Germanium), Ge (lire « hertempmanium »), élément chimique de numéro atomique 32, masse atomique 72,61. Le germanium naturel est constitué de cinq isotopes de masse 70 (teneur dans le mélange naturel 20,51 % en poids), 72 (27,43 %), 73 (7,76 %), 74 (36,54 %) et 76 (7,76 %). Configuration de la couche électronique externe 4 s 2 p 2 . États d'oxydation +4, +2 (valence IV, II). Situé dans le groupe IVA, en période 4 du tableau périodique des éléments.
Histoire de la découverte
A été découvert par K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemens Alexandre)(et nommé d'après son pays natal - l'Allemagne) en 1886 lors de l'analyse du minéral argyrodite Ag 8 GeS 6 après que l'existence de cet élément et certaines de ses propriétés aient été prédites par D. I. Mendeleev (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovitch).
Être dans la nature
La teneur dans la croûte terrestre est de 1,5·10 -4% en poids. Fait référence à des éléments dispersés. Dans la nature forme libre ne se produit pas. Contenu comme impureté dans les silicates, le fer sédimentaire, les minerais polymétalliques, de nickel et de tungstène, les charbons, la tourbe, les huiles, les eaux thermales et les algues. Les minéraux les plus importants : germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, stottite FeGe(OH) 6, plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argyrodite Ag 8 GeS 6, rhénierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn)(S, As) 4.
Obtention du germanium
Pour obtenir du germanium, des sous-produits du traitement des minerais de métaux non ferreux, des cendres provenant de la combustion du charbon et certains produits chimiques du coke sont utilisés. Les matières premières contenant du Ge sont enrichies par flottation. Ensuite, le concentré est converti en oxyde GeO 2, qui est réduit avec de l'hydrogène (cm. HYDROGÈNE):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Le germanium de pureté semi-conductrice avec une teneur en impuretés de 10 -3 -10 -4 % est obtenu par fusion de zone (cm. ZONE DE FUSION), cristallisation (cm. CRISTALLISATION) ou thermolyse du monogermane volatil GeH 4 :
GeH 4 = Ge + 2H 2,
qui se forme lors de la décomposition des composés par les acides métaux actifs avec Ge-germanides :
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Proprietes physiques et chimiques
Le germanium est une substance argentée avec un éclat métallique. Cellule de cristal modification stable (Ge I), type diamant cubique, face centrée, UN= 0,533 nm (à hautes pressions trois autres modifications ont été obtenues). Point de fusion 938,25 °C, point d'ébullition 2850 °C, densité 5,33 kg/dm3. Il a des propriétés semi-conductrices, la bande interdite est de 0,66 eV (à 300 K). Le germanium est transparent au rayonnement infrarouge de longueurs d'onde supérieures à 2 microns.
Les propriétés chimiques du Ge sont similaires à celles du silicium. (cm. SILICIUM). À conditions normales résistant à l'oxygène (cm. OXYGÈNE), vapeur d'eau, acides dilués. En présence d'agents complexants forts ou d'agents oxydants, le Ge réagit avec les acides lorsqu'il est chauffé :
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 conc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge réagit avec de l'eau régale (cm. EAU RÉGALE):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge interagit avec des solutions alcalines en présence d'agents oxydants :
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Lorsqu'il est chauffé dans l'air à 700 °C, le Ge s'enflamme. Ge interagit facilement avec les halogènes (cm. HALOGÈNE) et gris (cm. SOUFRE):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Avec de l'hydrogène (cm. HYDROGÈNE), azote (cm. AZOTE), carbone (cm. CARBONE) le germanium ne réagit pas directement, les composés avec ces éléments sont obtenus indirectement. Par exemple, le nitrure Ge 3 N 4 est formé en dissolvant le diiodure de germanium GeI 2 dans de l'ammoniac liquide :
GeI 2 + NH 3 liquide -> n -> Ge 3 N 4
L'oxyde de germanium (IV), GeO 2, est une substance cristalline blanche qui existe sous deux modifications. L'une des modifications est partiellement soluble dans l'eau avec formation d'acides germaniques complexes. Présente des propriétés amphotères.
GeO 2 réagit avec les alcalis comme un oxyde d'acide :
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interagit avec les acides :
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Les tétrahalogénures sont des composés non polaires qui sont facilement hydrolysés par l'eau.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Les tétrahalogénures sont obtenus par réaction directe :
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ou décomposition thermique :
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Les hydrures de germanium ont des propriétés chimiques similaires aux hydrures de silicium, mais le monogermane GeH 4 est plus stable que le monosilane SiH 4 . Les germanes forment des séries homologues Gen H 2n+2, Gen H 2n et autres, mais ces séries sont plus courtes que celles des silanes.
Le Monogerman GeH 4 est un gaz stable dans l'air et ne réagit pas avec l'eau. Lors d'un stockage à long terme, il se décompose en H 2 et Ge. Le monogermane est obtenu en réduisant le dioxyde de germanium GeO 2 avec du borohydrure de sodium NaBH 4 :
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Un monoxyde de GeO très instable se forme par chauffage modéré d'un mélange de germanium et de dioxyde de GeO 2 :
Ge + GeO2 = 2GeO.
Les composés Ge(II) sont facilement disproportionnés pour libérer du Ge :
2GeCl2 -> Ge + GeCl4
Le disulfure de germanium GeS 2 est une substance blanche amorphe ou cristalline, obtenue par précipitation de H 2 S à partir de solutions acides de GeCl 4 :
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 + 4HCl
GeS 2 se dissout dans les alcalis et les sulfures d'ammonium ou de métaux alcalins :
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge peut faire partie de composés organiques. Les connus sont (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH et autres.
Application
Le germanium est un matériau semi-conducteur utilisé en technologie et en radioélectronique dans la production de transistors et de microcircuits. Des films minces de Ge déposés sur du verre sont utilisés comme résistances dans les installations radar. Les alliages de Ge avec des métaux sont utilisés dans les capteurs et détecteurs. Le dioxyde de germanium est utilisé dans la fabrication de verres transmettant le rayonnement infrarouge.

Dictionnaire encyclopédique . 2009 .

Voyez ce qu'est « germanium » dans d'autres dictionnaires :

Un élément chimique découvert en 1886 dans le minéral rare argyrodite, trouvé en Saxe. Dictionnaire mots étrangers, inclus dans la langue russe. Chudinov A.N., 1910. germanium (nommé en l'honneur de la patrie du scientifique qui a découvert l'élément) chimique. élément... ... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe

- (Germainium), Ge, élément chimique du groupe IV du tableau périodique, numéro atomique 32, masse atomique 72,59 ; non métalliques; matériau semi-conducteur. Le germanium a été découvert par le chimiste allemand K. Winkler en 1886... Encyclopédie moderne

germanium- Ge Élément du groupe IV Périodique. systèmes; à. n. 32, à. m.72.59; la télé article avec du métal briller. Le Ge naturel est un mélange de cinq isotopes stables ayant des numéros de masse 70, 72, 73, 74 et 76. L'existence et les propriétés du Ge ont été prédites en 1871 par D.I.... ... Guide du traducteur technique

Germanium- (Germainium), Ge, élément chimique du groupe IV du tableau périodique, numéro atomique 32, masse atomique 72,59 ; non métalliques; matériau semi-conducteur. Le germanium a été découvert par le chimiste allemand K. Winkler en 1886. ... Dictionnaire encyclopédique illustré

- (Latin Germanium) Ge, élément chimique du groupe IV du système périodique, numéro atomique 32, masse atomique 72,59. Nommé du latin Germania Allemagne, en l'honneur de la patrie de K. A. Winkler. Cristaux gris argentés ; densité 5,33 g/cm³, point de fusion 938,3 ... Grand dictionnaire encyclopédique

- (symbole Ge), élément métallique blanc-gris du groupe IV tableau périodique MENDELEEV, dans lequel les propriétés de pas encore éléments ouverts, notamment l'Allemagne (1871). L'élément a été découvert en 1886. Un sous-produit de la fusion du zinc... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

Ge (du latin Germania Allemagne * a. germanium ; n. Germanium ; f. germanium ; i. germanio), chimique. élément du groupe IV périodique. Le système de Mendeleïev, at.sci. 32, à. M. 72.59. Le gaz naturel est constitué de 4 isotopes stables 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Encyclopédie géologique

- (Ge), synthétique monocristal, PP, groupe de symétrie ponctuelle m3m, densité 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, solide. sur l'échelle de Mohs 6, à. M. 72.60. Transparent dans la région IR l de 1,5 à 20 microns ; optiquement anisotrope, pour un coefficient l=1,80 µm. réfraction n=4 143.… … Encyclopédie physique

Nom, nombre de synonymes : 3 semi-conducteur (7) eca-silicium (1) élément (159)... Dictionnaire de synonymes

GERMANIUM- chimie. élément, symbole Ge (lat. Germanium), at. n. 32, à. m.72.59; substance cristalline gris argenté fragile, densité 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Dispersé dans la nature ; il est extrait principalement par le traitement de la blende de zinc et... ... Grande encyclopédie polytechnique

Germanium(lat. germanium), ge, élément chimique du groupe IV du système périodique de Mendeleev ; numéro de série 32, masse atomique 72,59 ; un solide gris-blanc avec un éclat métallique. L'hydroxyde naturel est un mélange de cinq isotopes stables ayant des numéros de masse 70, 72, 73, 74 et 76. L'existence et les propriétés de l'hydroxyde ont été prédites par D. I. Mendeleev en 1871 et a appelé cet élément encore inconnu « exasilicon » en raison de la similitude de ses propriétés avec le silicium. En 1886, le chimiste allemand K. Winkler découvre un nouvel élément dans le minéral argyrodite, qu'il nomme G. en l'honneur de son pays ; G. s’est avéré être tout à fait identique à « ekasilicium ». Jusqu'à la 2ème moitié du 20ème siècle. L'application pratique de G. reste très limitée. La production industrielle de gaz est née du développement de l’électronique à semi-conducteurs.

La teneur totale en hydrogène de la croûte terrestre 7. 10 à 4 % en poids, soit plus que par exemple l'antimoine, l'argent, le bismuth. Cependant, les minéraux de G. sont extrêmement rares. Presque tous sont des sulfosels : germanite cu 2 (cu, fe, ge, zn) 2 (s, as) 4, argyrodite ag 8 ges 6, confieldite ag 8 (sn, ce) s 6, etc. ... dispersés dans la croûte terrestre dans un grand nombre de roches et de minéraux : dans les minerais sulfurés de métaux non ferreux, dans les minerais de fer, dans certains minéraux oxydés (chromite, magnétite, rutile, etc.), dans les granites, les diabases et les basaltes. De plus, l’hydrogène est présent dans presque tous les silicates et dans certains gisements de charbon et de pétrole.

Proprietes physiques et chimiques. G. cristallise dans une structure cubique de type diamant, paramètre de cellule unitaire une = 5.6575 å. Densité du solide g. 5,327 g/cm3(25°C); liquide 5,557 (1000°C) ; s'il vous plait 937,5 °C ; t kip environ 2 700 °C ; coefficient de conductivité thermique ~60 Mar/(m(À), soit 0,14 cal/(cm(seconde(grêle) à 25°C. Même le dioxyde de carbone très pur est fragile aux températures ordinaires, mais au-dessus de 550°C, il est sensible à la déformation plastique. La dureté de G. sur une échelle minéralogique est de 6 à 6,5 ; coefficient de compressibilité (dans la plage de pression 0-120 Gn/m2 ou 0-12000 kgf/mm2) 1,4·10 -7 m 2 /mn(1,4·10 -6 cm 2 /kgf); tension superficielle 0,6 n/m (600 dyn/cm). G. - un semi-conducteur typique avec une bande interdite de 1,104·10 -19, ou 0,69 ev(25°C); résistivité électrique de haute pureté G. 0,60 ohm(m(60 ohm(cm) à 25°C; mobilité des électrons 3900 et mobilité des trous 1900 cm 2 /po. seconde(25°C) (avec une teneur en impuretés inférieure à 10 -8 %). Transparent aux rayons infrarouges de longueurs d'onde supérieures à 2 µm.

Dans les composés chimiques, l'hydrogène présente généralement des valences de 2 et 4, et les composés d'hydrogène 4-valent sont plus stables. À température ambiante, l'hydrogène résiste à l'air, à l'eau, aux solutions alcalines et aux acides chlorhydrique et sulfurique dilués, mais se dissout facilement dans eau régale et dans une solution alcaline de peroxyde d'hydrogène. Il est lentement oxydé par l'acide nitrique. Lorsqu'il est chauffé dans l'air à 500-700°C, le gaz est oxydé en géooxyde et géodioxyde 2. Dioxyde G. - poudre blanche avec s'il vous plait 1116 °C ; solubilité dans l'eau 4,3 g/l(20°C). Selon ses propriétés chimiques, il est amphotère, soluble dans les alcalis et difficilement soluble dans les acides minéraux. Il est obtenu par calcination du sédiment hydraté (géo 2. n h 2 o), libéré lors de l'hydrolyse du tétrachlorure gecl 4. En fusionnant géo 2 avec d'autres oxydes, des dérivés de l'acide germanique peuvent être obtenus - germanates métalliques (en 2 ceo 3, na 2 ge O 3, etc.) - solides à points de fusion élevés.

Lorsque le gaz interagit avec les halogènes, les tétrahalogénures correspondants se forment. La réaction se déroule plus facilement avec le fluor et le chlore (déjà à température ambiante), puis avec le brome (faible chauffage) et avec l'iode (à 700-800°C en présence de co). L'un des composés les plus importants G. tétrachlorure gecl 4 est un liquide incolore ; s'il vous plait-49,5 °C ; t kip 83,1 °C ; densité 1,84 g/cm3(20°C). Il est fortement hydrolysé avec de l'eau, libérant un précipité de dioxyde hydraté. Il est obtenu par chloration de gaz métallique ou par réaction du géo 2 avec du HC1 concentré. G. dihalogénures de formule générale gex 2, monochlorure gecl, hexachlorodigermane ge 2 cl 6 et G. oxychlorures (par exemple géocl 2) sont également connus.

Le soufre réagit vigoureusement avec l'hydroxyde à 900-1 000°C pour former le disulfure ges 2, un solide blanc. t 825°C. Le monosulfure de Ges et des composés gazeux similaires avec du sélénium et du tellure, qui sont des semi-conducteurs, ont également été décrits. L'hydrogène réagit légèrement avec l'hydrogène à 1 000-1 100 °C pour former la germine (geh) x, un composé instable et facilement volatil. En faisant réagir des germanides avec de l'acide chlorhydrique dilué, des hydrogènes germanides de la série gen h 2n+2 jusqu'à ge 9 h 20 peuvent être obtenus. On connaît également du germylène de composition geh 2. G. ne réagit pas directement avec l'azote, mais il existe du nitrure ge 3 n 4, qui est obtenu par action de l'ammoniac sur G. à 700-800°C. G. n'interagit pas avec le carbone. G. forme des composés avec de nombreux métaux - les germanides.

On connaît de nombreux composés complexes d'hydrocarbures, qui deviennent de plus en plus importants tant dans la chimie analytique des hydrocarbures que dans les processus de préparation. G. forme des composés complexes avec des molécules organiques contenant des hydroxyles (alcools polyhydriques, acides polybasiques, etc.). Des hétéropolyacides ont été obtenus.Tout comme d'autres éléments du groupe IV, l'hydrogène se caractérise par la formation de composés organométalliques dont un exemple est le tétraéthylgermane (c 2 h 5) 4 ge 3.

Réception et utilisation . Dans la pratique industrielle, le gaz est obtenu principalement à partir de sous-produits du traitement des minerais de métaux non ferreux (mélange de zinc, concentrés polymétalliques zinc-cuivre-plomb) contenant 0,001 à 0,1 % de gaz. Cendres provenant de la combustion du charbon, poussières des générateurs de gaz et déchets sont également utilisés comme matières premières dans les cokeries. Initialement, le concentré de germanium (2-10 % G) est obtenu à partir des sources répertoriées de différentes manières, en fonction de la composition des matières premières. L'extraction du gel à partir d'un concentré comprend généralement les étapes suivantes : 1) chloration du concentré avec de l'acide chlorhydrique, un mélange de celui-ci avec du chlore en milieu aqueux, ou d'autres agents de chloration pour obtenir du gecl 4 technique. Pour purifier gecl 4, on utilise la rectification et l'extraction des impuretés avec de l'hcl concentré. 2) Hydrolyse du gecl 4 et calcination des produits d'hydrolyse pour obtenir le geo 2. 3) Réduction du géo avec de l'hydrogène ou de l'ammoniac en métal. Pour isoler le gaz très pur utilisé dans les dispositifs semi-conducteurs, fusion de zone métal Le cristal monocristallin nécessaire à l'industrie des semi-conducteurs est généralement obtenu par fusion de zone ou par la méthode Czochralski.

G. est l’un des matériaux les plus précieux de la technologie moderne des semi-conducteurs. Il est utilisé pour fabriquer des diodes, des triodes, des détecteurs à cristal et des redresseurs de puissance. Les champs magnétiques monocristallins sont également utilisés dans les instruments et dispositifs dosimétriques qui mesurent l'intensité des champs magnétiques constants et alternatifs. Un domaine d'application important de G. est la technologie infrarouge, en particulier la production de détecteurs de rayonnement infrarouge fonctionnant dans la plage 8-14. mk. De nombreux alliages contenant du gypse, des verres à base de géo 2 et d'autres composés d'hydroxyde sont prometteurs pour une utilisation pratique.

Lit. : Tananaev I.V., Shpirt M.Ya., Khimiya Allemagne, M., 1967 ; Ugai Ya. A., Introduction à la chimie des semi-conducteurs, M., 1965 ; Davydov V.I., Germanium, M., 1964 ; Zelikman A. N., Kerin O. E., Samsonov G. V., Métallurgie des métaux rares, 2e éd., M., 1964 ; Samsonov G.V., Bondarev V.N., Germanides, M., 1968.

B.A. Popovkine.

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