Osobine, ekstrakcija i primena germanijuma. element germanijuma. Osobine, ekstrakcija i primena germanijuma Hemijski element germanijum Zanimljive činjenice

DEFINICIJA

germanijum je trideset drugi element periodnog sistema. Oznaka - Ge od latinskog "germanium". Smješten u četvrtom periodu, IVA grupa. Odnosi se na polumetale. Nuklearni naboj je 32.

U kompaktnom stanju, germanijum ima srebrnastu boju (slika 1) i izgleda kao metal. Na sobnoj temperaturi otporan je na zrak, kisik, vodu, hlorovodoničnu i razrijeđenu sumpornu kiselinu.

Rice. 1. Germanijum. Izgled.

Atomska i molekulska težina germanijuma

DEFINICIJA

Relativna molekulska težina supstance (M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, i relativna atomska masa elementa (A r)- koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da germanij postoji u slobodnom stanju u obliku monoatomskih Ge molekula, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 72.630.

Izotopi germanijuma

Poznato je da se germanijum može pojaviti u prirodi u obliku pet stabilnih izotopa 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) i 76 Ge (7,67%) . Njihovi maseni brojevi su 70, 72, 73, 74 i 76, redom. Jezgro izotopa germanija 70 Ge sadrži trideset dva protona i trideset osam neutrona, preostali izotopi se od njega razlikuju samo po broju neutrona.

Postoje umjetni nestabilni radioaktivni izotopi germanija s masenim brojevima od 58 do 86, među kojima je najdugovječniji izotop 68 Ge sa poluživotom od 270,95 dana.

joni germanijuma

Na vanjskom energetskom nivou atoma germanija postoje četiri elektrona koji su valentni:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .

Kao rezultat hemijske interakcije, germanijum odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Molekul i atom germanijuma

U slobodnom stanju germanijum postoji u obliku jednoatomskih Ge molekula. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu germanija:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Godine 1870. D.I. Mendeljejev je, na osnovu periodičnog zakona, predvidio još neotkriveni element grupe IV, nazvavši ga ekasilicijumom, i opisao njegova glavna svojstva. 1886. godine, njemački hemičar Klemens Winkler, tokom hemijske analize minerala argirodita, otkrio je ovaj hemijski element. U početku je Winkler želio da novi element nazove "neptunijum", ali ovo ime je već bilo dato jednom od predloženih elemenata, pa je element dobio ime po domovini naučnika - Njemačkoj.

Biti u prirodi, dobiti:

Germanij se nalazi u sulfidnim rudama, željeznoj rudi, a nalazi se u gotovo svim silikatima. Glavni minerali koji sadrže germanijum: argirodit Ag 8 GeS 6, konfilit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotit FeGe(OH) 6, germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Kao rezultat složenih i dugotrajnih operacija obogaćivanja rude i njene koncentracije, germanij se izoluje u obliku GeO 2 oksida, koji se redukuje vodonikom na 600°C u jednostavnu supstancu.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germanijum se prečišćava zonskim topljenjem, što ga čini jednim od hemijski najčistijih materijala.

Fizička svojstva:

Sivo-bijela čvrsta supstanca s metalnim sjajem (t.t. 938°C, bp 2830°C)

Hemijska svojstva:

U normalnim uslovima germanijum je otporan na vazduh i vodu, alkalije i kiseline, rastvara se u carskoj vodi i u alkalnom rastvoru vodikovog peroksida. Stanja oksidacije germanijuma u njegovim jedinjenjima: 2, 4.

Najvažnije veze:

Germanijum(II) oksid, GeO, sivo-crna, blago sol. unutar-u, kada se zagrije, nesrazmjeran je: 2GeO = Ge + GeO 2
Germanijum(II) hidroksid Ge(OH) 2 , crveno-narandžasta. kristal,
germanijum(II) jodid, GeI 2 , žuta kr., sol. u vodi, hidrol. ćao.
Germanijum(II) hidrid, GeH 2 , tv. bijela por., lako oksidira. i propadanje.

Germanijum(IV) oksid, GeO 2 , bijela kristali, amfoterni, dobijeni hidrolizom hlorida, sulfida, germanijum-hidrida ili reakcijom germanijuma sa azotnom kiselinom.
Germanijum(IV) hidroksid, (germanska kiselina), H 2 GeO 3 , slab. unst. biaxial to-ta, germanske soli, na primjer. natrijum germanat, Na 2 GeO 3 , bijela kristal, sol. u vodi; higroskopna. Tu su i Na 2 heksahidroksogermanati (ortogermanati) i poligermanati
Germanijum(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2 , bezbojan. cr., hidroliziran vodom do GeO 2, dobiven zagrijavanjem germanij (IV) hlorida sa sumpornim anhidridom na 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanijum(IV) halogenidi, fluorid GeF 4 - najbolji. gas, sirov hidrol., reagira s HF, formirajući H 2 - germanofluornu kiselinu: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
hlorid GeCl 4 , bezbojan. tečnost, hidr., bromid GeBr 4 , ser. cr. ili bezbojno. tečnost, sol. u org. spoj,
jodid GeI 4, žuto-narandžasta. kr., spor. hydr., sol. u org. conn.
Germanijum(IV) sulfid, GeS 2 , bijela kr., slabo sol. u vodi, hidrol., reagira sa alkalijama:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formirajući germanate i tiogermanate.
Germanijum(IV) hidrid, "njemački", GeH 4 , bezbojan gas, organski derivati ​​tetrametilgermana Ge(CH 3) 4 , tetraetilgermana Ge(C 2 H 5) 4 - bezbojan. tečnosti.

primjena:

Najvažniji poluvodički materijal, glavna područja primjene: optika, radio elektronika, nuklearna fizika.

Jedinjenja germanija su blago toksična. Germanijum je mikroelement koji u ljudskom organizmu povećava efikasnost imunološkog sistema organizma, bori se protiv raka i smanjuje bol. Također se napominje da germanij pospješuje prijenos kisika u tkiva tijela i snažan je antioksidans - blokator slobodnih radikala u tijelu.
Dnevne potrebe ljudskog organizma su 0,4-1,5 mg.
Beli luk je šampion po sadržaju germanijuma među prehrambenim proizvodima (750 mikrograma germanijuma na 1 g suve mase čena belog luka).

Materijal su pripremili studenti Instituta za fiziku i hemiju Tjumenskog državnog univerziteta
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Izvori:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (datum pristupa: 13.06.2014.).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (datum pristupa: 13.06.2014.).

(Germanijum; od lat. Germania - Nemačka), Ge - hemikalija. element IV grupe periodnog sistema elemenata; at. n. 32, at. m. 72,59. Srebrno-siva supstanca sa metalnim sjajem. In chem. spojevi pokazuju oksidacijska stanja + 2 i +4. Jedinjenja s oksidacijskim stanjem +4 su stabilnija. Prirodni germanijum se sastoji od četiri stabilna izotopa masenih brojeva 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73(7,67%) i 74 (36,74%) i jednog radioaktivnog izotopa masenog broja 76 (7,67%) i poluraspada od 2.106 godina. Umjetno (uz pomoć raznih nuklearnih reakcija) su dobiveni mnogi radioaktivni izotopi; najvažniji je izotop 71 Ge sa vremenom poluraspada od 11,4 dana.

Postojanje svetog germanijuma (pod nazivom "ekasilitsiy") je 1871. godine predvideo ruski naučnik D. I. Mendeljejev. Međutim, tek 1886. godine. hemičar K. Winkler otkrio je nepoznati element u mineralu argiroditu, čija se svojstva poklapaju sa svojstvima "ekasilicijuma". Početak mature. proizvodnja germanijuma datira iz 40-ih godina. 20. vijeka, kada se koristio kao poluprovodnički materijal. Sadržaj germanijuma u zemljinoj kori (1-2) je 10~4%. Germanij je element u tragovima i rijetko se nalazi kao vlastiti mineral. Poznato je sedam minerala u kojima je njegova koncentracija veća od 1%, među kojima su: Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn) 2 (S, As) 4X X (6,2-10,2% Ge), renijerit (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 XX (S, As)4 (5,46-7,80% Ge) i argirodit Ag8GeS6 (3/55-6,93% Ge) . G. se takođe akumulira u kaustobiolitima (humusni ugljevi, uljni škriljci, nafta). Kristalna modifikacija dijamanta, stabilna u normalnim uslovima, ima kubičnu strukturu poput dijamanta, sa periodom a = 5,65753 A (gel).

Germanijum je

Gustoća germanija (t-ra 25°C) 5,3234 g/cm3, tmelt 937,2°C; tbp 2852°C; toplota fuzije 104,7 cal/g, toplota sublimacije 1251 cal/g, toplotni kapacitet (temperatura 25°C) 0,077 cal/g deg; koeficijent toplotna provodljivost, (t-ra 0°C) 0,145 cal/cm sec deg, temperaturni koeficijent. linearno širenje (t-ra 0-260°C), 5,8 x 10-6 deg-1. Tokom topljenja germanijum se smanjuje u zapremini (za oko 5,6%), njegova gustina se povećava za 4% h. Pri visokom pritisku, modifikacija nalik dijamantu. Germanij prolazi kroz polimorfne transformacije, formirajući kristalne modifikacije: tetragonalnu strukturu tipa B-Sn (GeII), tetragonalnu strukturu usredsređenu na tijelo s periodima a = 5,93 A, c = 6,98 A (GeIII) i kubičnu strukturu usredsređenu na tijelo sa a period a = 6, 92A(GeIV). Ove modifikacije karakteriše veća gustoća i električna provodljivost u poređenju sa GeI.

Amorfni germanijum se može dobiti u obliku filmova (debljine oko 10-3 cm) kondenzacijom pare. Njegova gustina je manja od gustine kristalnog G. Struktura energetskih zona u kristalu G. određuje njegove poluprovodničke osobine. Širina pojasa G. je jednaka 0,785 eV (t-ra 0 K), električna otpornost (t-ra 20 °C) je 60 ohm cm, a sa povećanjem temperature značajno opada prema eksponencijalnom zakonu. Nečistoće daju G. t. provodljivost nečistoća elektronskog (nečistoće arsena, antimona, fosfora) ili rupe (nečistoće galija, aluminijuma, indija) tipa. Mobilnost nosača naboja u G. (t-ra 25°C) za elektrone je oko 3600 cm2/v sec, za rupe - 1700 cm2/v sec, intrinzična koncentracija nosilaca naboja (t-ra 20°C) je 2.5. 10 13 cm-3. G. je dijamagnetna. Nakon topljenja, prelazi u metalno stanje. Germanijum je veoma krhak, njegova tvrdoća po Mohsu je 6,0, mikrotvrdoća je 385 kgf/mm2, čvrstoća na pritisak (temperatura 20°C) je 690 kgf/cm2. S povećanjem t-ry, tvrdoća se smanjuje, iznad t-ry 650 ° C, postaje plastična, podložna krznu. obrada. Germanij je praktično inertan na zrak, kisik i neoksidirajuće elektrolite (ako nema otopljenog kisika) na temperaturama do 100°C. Otporan na djelovanje hlorovodonične i razrijeđene sumporne kiseline; polako se otapa u koncentrovanoj sumpornoj i dušičnoj kiselini kada se zagrije (nastali film dioksida usporava otapanje), dobro se otapa u aqua regia, u rastvorima hipohlorita ili alkalnih hidroksida (u prisustvu vodikovog peroksida), u alkalnim topljenjima, peroksidima, nitratima i karbonati alkalnih metala.

Iznad t-ry 600 °C oksidira se u zraku i u struji kisika, stvarajući oksid GeO i dioksid (Ge02) s kisikom. Germanijev oksid je tamno sivi prah koji sublimira na t-re 710 °C, slabo rastvorljiv u vodi sa stvaranjem slabog germanita to-you (H2Ge02), slanog roja (germanita) niske otpornosti. U to-takhu GeO se lako otapa sa formiranjem soli dvovalentnog H. Germanijum dioksid je beli prah, postoji u nekoliko polimorfnih modifikacija koje se u velikoj meri razlikuju po hemijskom sastavu. St. you: heksagonalna modifikacija dioksida je relativno dobro rastvorljiva u vodi (4,53 zU na t-re 25°C), alkalnim rastvorima i to-t, tetragonalna modifikacija je praktično nerastvorljiva u vodi i inertna na kiseline. Rastvarajući se u lužinama, dioksid i njegov hidrat formiraju soli metagermanata (H2Ge03) i ortogermanata (H4Ge04) to-t - germanata. Germanati alkalnih metala se rastvaraju u vodi, preostali germanati su praktično nerastvorljivi; svježe istaloženo otopiti u mineralnim to-tah. G. se lako kombinuje sa halogenima, formirajući pri zagrevanju (oko t-ry 250 °C) odgovarajuće tetrahalogenide - jedinjenja koja nisu nalik solima koja se lako hidroliziraju vodom. Poznati su G. - tamnosmeđi (GeS) i bijeli (GeS2).

Germanijum karakterišu jedinjenja sa azotom - smeđi nitrid (Ge3N4) i crni nitrid (Ge3N2), koji karakteriše manja hemikalija. upornost. Sa fosforom G. formira niskootporni fosfid (GeP) crne boje. Ne stupa u interakciju s ugljikom i ne legira; sa silicijumom stvara neprekidan niz čvrstih otopina. Germanij, kao analog ugljika i silicijuma, odlikuje se sposobnošću stvaranja germanovodika tipa GenH2n + 2 (germani), kao i čvrstih jedinjenja tipa GeH i GeH2 (germeni). sa mnogim drugima. metali. G. ekstrakcija iz sirovina sastoji se u dobijanju bogatog koncentrata germanijuma, a iz njega - visoke čistoće. Na maturalnoj večeri. na skali, germanijum se dobija iz tetrahlorida, koristeći njegovu visoku isparljivost tokom prečišćavanja (za izolaciju iz koncentrata), nisku koncentrovanu hlorovodoničnu kiselinu i visok sadržaj organskih rastvarača (za prečišćavanje od nečistoća). Često se za obogaćivanje koristi visoka isparljivost nižeg sulfida i oksida G., koji se lako sublimiraju.

Za dobivanje poluvodičkog germanija koriste se usmjerena kristalizacija i zonska rekristalizacija. Monokristalni germanijum se dobija izvlačenjem iz taline. U procesu uzgoja G. dodaju se posebne legure. aditiva, prilagođavajući određena svojstva monokristala. G. se isporučuje u obliku ingota dužine 380-660 mm i poprečnog presjeka do 6,5 cm2. Germanij se koristi u radio elektronici i elektrotehnici kao poluvodički materijal za proizvodnju dioda i tranzistora. Od njega se izrađuju leće za infracrvene optičke uređaje, dozimetri za nuklearno zračenje, analizatori rendgenske spektroskopije, senzori koji koriste Hallov efekat i pretvarači energije radioaktivnog raspada u električnu energiju. Germanijum se koristi u mikrotalasnim atenuatorima, otpornim termometrima, koji rade na temperaturi tečnog helijuma. G. film nanesen na reflektor odlikuje se visokom refleksijom i dobrom otpornošću na koroziju. germanijum sa nekim metalima, koji se odlikuje povećanom otpornošću na kisele agresivne sredine, koristi se u izradi instrumenata, mašinstvu i metalurgiji. gemanijum sa zlatom formiraju eutektiku niskog taljenja i šire se pri hlađenju. G.-ov dioksid se koristi za proizvodnju specijal. staklo, karakterizirano visokim koeficijentom. prelamanja i prozirnosti u infracrvenom dijelu spektra, staklenih elektroda i termistora, kao i emajla i dekorativnih glazura. Germanati se koriste kao aktivatori fosfora i fosfora.

- hemijski element periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. I označen simbolom Ge, germanij je jednostavna supstanca sivo-bijele boje i ima čvrste karakteristike poput metala.

Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 7,10-4% po težini. odnosi se na elemente u tragovima, zbog svoje reaktivnosti na oksidaciju u slobodnom stanju, ne javlja se kao čisti metal.

Pronalaženje germanijuma u prirodi

Germanijum je jedan od tri hemijska elementa koje je predvideo D.I. Mendeljejeva na osnovu njihovog položaja u periodičnom sistemu (1871).

Spada u retke elemente u tragovima.

Trenutno su glavni izvori industrijske proizvodnje germanija otpadni proizvodi proizvodnje cinka, koksovanje uglja, pepeo određenih vrsta uglja, silikatne nečistoće, sedimentne željezne stijene, rude nikla i volframa, treset, nafta, geotermalne vode i neke alge. .

Glavni minerali koji sadrže germanijum

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

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

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

U nekim zemljama, dobijanje germanijuma je nusproizvod prerade određenih ruda kao što su cink-olovo-bakar. Germanijum se dobija i u proizvodnji koksa, kao iu pepelu mrkog uglja sa sadržajem od 0,0005 do 0,3% i u pepelu kamenog uglja sa sadržajem od 0,001 do 1-2%.

Germanij je kao metal vrlo otporan na djelovanje atmosferskog kisika, kisika, vode, nekih kiselina, razrijeđenih sumpornih i hlorovodoničnih kiselina. Ali koncentrirana sumporna kiselina reagira vrlo sporo.

Germanijum reaguje sa azotnom kiselinom HNO 3 i aqua regia, polako reaguje sa kaustičnim alkalijama da formira germanatnu so, ali uz dodatak vodikovog peroksida H 2O2 reakcija je veoma brza.

Kada je izložen visokim temperaturama iznad 700 °C, germanij se lako oksidira na zraku i formira GeO 2 , lako reaguje sa halogenima i formira tetrahalide.

Ne reaguje sa vodonikom, silicijumom, azotom i ugljenikom.

Hlapljiva jedinjenja germanija su poznata sa sljedećim karakteristikama:

Njemačka heksahidrid-digerman, Ge 2 H 6 - zapaljivi gas, razgrađuje se tokom dugotrajnog skladištenja na svetlu, žuti pa smeđi pretvarajući se u tamno smeđu čvrstu supstancu, razloženu vodom i alkalijama.

Njemački tetrahidrid, monogerman - GeH 4 .

Primena germanijuma

Germanijum, kao i neki drugi, ima svojstva takozvanih poluprovodnika. Svi se prema njihovoj električnoj provodljivosti dijele u tri grupe: provodnici, poluvodiči i izolatori (dielektrici). Specifična električna provodljivost metala je u opsegu 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1, data podjela je uslovna. Međutim, može se ukazati na fundamentalnu razliku u elektrofizičkim svojstvima provodnika i poluprovodnika. Za prve, električna provodljivost opada s povećanjem temperature, za poluvodiče raste. Na temperaturama blizu apsolutne nule, poluvodiči se pretvaraju u izolatore. Kao što je poznato, metalni provodnici pokazuju svojstva supravodljivosti u takvim uslovima.

Poluprovodnici mogu biti različite supstance. To uključuje: bor, (

Napominjemo da germanijum uzimamo u bilo kojoj količini i obliku, uklj. oblik otpada. Germanijum možete prodati pozivom na gore navedeni telefonski broj u Moskvi.

Germanijum je krhki, srebrno-bijeli polumetal otkriven 1886. Ovaj mineral se ne nalazi u svom čistom obliku. Nalazi se u silikatima, željeznim i sulfidnim rudama. Neki od njegovih spojeva su toksični. Germanij je bio naširoko korišten u elektroindustriji, gdje su njegove poluvodičke osobine bile korisne. Neophodan je u proizvodnji infracrvenih i optičkih vlakana.

Koja su svojstva germanijuma

Ovaj mineral ima tačku topljenja od 938,25 stepeni Celzijusa. Pokazatelji njegovog toplotnog kapaciteta naučnici još uvijek ne mogu objasniti, što ga čini nezamjenjivim u mnogim oblastima. Germanijum ima sposobnost da poveća svoju gustinu kada se rastopi. Ima odlična električna svojstva, što ga čini odličnim indirektnim poluprovodnikom.

Ako govorimo o hemijskim svojstvima ovog polumetala, treba napomenuti da je otporan na kiseline i alkalije, vodu i zrak. Germanij se rastvara u otopini vodikovog peroksida i carske vode.

rudarenje germanijuma

Sada se iskopava ograničena količina ovog polumetala. Njegove naslage su mnogo manje u odnosu na naslage bizmuta, antimona i srebra.

Zbog činjenice da je udio sadržaja ovog minerala u zemljinoj kori prilično mali, on formira svoje minerale zbog unošenja drugih metala u kristalne rešetke. Najveći sadržaj germanijuma primećen je u sfaleritu, pirargiritu, sulfanitu, u rudama obojenog i gvožđa. Javlja se, ali mnogo rjeđe, u nalazištima nafte i uglja.

Upotreba germanijuma

Unatoč činjenici da je germanij otkriven dosta davno, počeo se koristiti u industriji prije oko 80 godina. Polumetal je prvi put korišten u vojnoj proizvodnji za proizvodnju nekih elektroničkih uređaja. U ovom slučaju se koristi kao diode. Sada se situacija donekle promijenila.

Najpopularnija područja primjene germanija uključuju:

• proizvodnja optike. Polumetal je postao nezamjenjiv u proizvodnji optičkih elemenata, koji uključuju optičke prozore senzora, prizme i sočiva. Ovdje su dobro došla svojstva prozirnosti germanija u infracrvenom području. Polumetal se koristi u proizvodnji optike za termovizijske kamere, protivpožarne sisteme, uređaje za noćno osmatranje;
• proizvodnja radio elektronike. U ovoj oblasti polumetal se koristio u proizvodnji dioda i tranzistora. Međutim, 1970-ih, germanijumski uređaji zamijenjeni su silikonskim, jer je silicij omogućio značajno poboljšanje tehničkih i operativnih karakteristika proizvedenih proizvoda. Povećana otpornost na temperaturne efekte. Osim toga, germanijumski uređaji emituju mnogo buke tokom rada.

Trenutna situacija sa Njemačkom

Trenutno se polumetal koristi u proizvodnji mikrovalnih uređaja. Teleridni germanijum se dokazao kao termoelektrični materijal. Cijene germanijuma su sada prilično visoke. Jedan kilogram metalnog germanijuma košta 1.200 dolara.

Kupovina Njemačke

Srebrno sivi germanijum je rijedak. Krhki polumetal odlikuje se svojim poluvodičkim svojstvima i naširoko se koristi za izradu modernih električnih uređaja. Također se koristi za izradu visoko preciznih optičkih instrumenata i radio opreme. Germanij je od velike vrijednosti kako u obliku čistog metala tako i u obliku dioksida.

Kompanija Goldform specijalizovana je za otkup germanijuma, raznog starog metala i radio komponenti. Nudimo pomoć oko procene materijala, oko prevoza. Možete poslati germanijum poštom i dobiti ceo novac nazad.

Hemijski element germanijum nalazi se u četvrtoj grupi (glavna podgrupa) u periodnom sistemu elemenata. Pripada porodici metala, njegova relativna atomska masa je 73. Po masi, sadržaj germanijuma u zemljinoj kori se procjenjuje na 0,00007 mas. posto.

Istorija otkrića

Hemijski element germanijum ustanovljen je zahvaljujući predviđanjima Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva. On je bio taj koji je predvidio postojanje ekasilikona i date su preporuke za njegovo traženje.

Vjerovao je da se ovaj metalni element nalazi u rudama titana, cirkonija. Mendeljejev je sam pokušao da pronađe ovaj hemijski element, ali njegovi pokušaji su bili neuspešni. Samo petnaest godina kasnije, u rudniku u Himelfurstu, pronađen je mineral, nazvan argirodit. Ovo jedinjenje duguje svoje ime srebru koje se nalazi u ovom mineralu.

Hemijski element germanij u sastavu otkriven je tek nakon što je grupa hemičara sa Akademije rudarstva u Freibergu započela istraživanje. Pod vodstvom K. Winklera, otkrili su da samo 93 posto minerala čine oksidi cinka, željeza, kao i sumpor, živa. Winkler je sugerirao da preostalih sedam posto dolazi od hemijskog elementa nepoznatog u to vrijeme. Nakon dodatnih hemijskih eksperimenata, otkriven je germanijum. Hemičar je svoje otkriće najavio u izvještaju, predočivši primljene informacije o svojstvima novog elementa njemačkom kemijskom društvu.

Hemijski element germanijum je Winkler uveo kao nemetal, po analogiji sa antimonom i arsenom. Hemičar je htio da ga nazove neptunijumom, ali je to ime već korišteno. Tada se počeo zvati germanijum. Hemijski element koji je otkrio Winkler izazvao je ozbiljnu raspravu među vodećim hemičarima tog vremena. Njemački naučnik Rihter je sugerisao da je ovo isti eksasilikon o kojem je govorio Mendeljejev. Nešto kasnije, ova pretpostavka je potvrđena, što je dokazalo održivost periodičnog zakona koji je stvorio veliki ruski hemičar.

Fizička svojstva

Kako se može okarakterisati germanijum? Hemijski element ima 32 serijski broj u Mendeljejevu. Ovaj metal se topi na 937,4 °C. Tačka ključanja ove supstance je 2700 °C.

Germanij je element koji je prvi put korišten u Japanu u medicinske svrhe. Nakon brojnih istraživanja organogermanijumskih jedinjenja na životinjama, kao i tokom studija na ljudima, bilo je moguće utvrditi pozitivan efekat takvih ruda na žive organizme. Dr. K. Asai je 1967. godine uspio otkriti činjenicu da organski germanij ima ogroman spektar bioloških efekata.

Biološka aktivnost

Koja je karakteristika hemijskog elementa germanijuma? U stanju je da prenosi kiseonik do svih tkiva živog organizma. Kada uđe u krv, ponaša se po analogiji sa hemoglobinom. Germanijum garantuje potpuno funkcionisanje svih sistema ljudskog tela.

Upravo ovaj metal stimulira reprodukciju imunoloških stanica. On, u obliku organskih jedinjenja, omogućava stvaranje gama-interferona, koji inhibiraju razmnožavanje mikroba.

Germanijum sprečava nastanak malignih tumora, sprečava razvoj metastaza. Organska jedinjenja ovog hemijskog elementa doprinose stvaranju interferona, zaštitne proteinske molekule koju telo proizvodi kao zaštitnu reakciju na pojavu stranih tela.

Područja upotrebe

Antifungalna, antibakterijska, antivirusna svojstva germanijuma postala su osnova za njegovu primjenu. U Njemačkoj se ovaj element uglavnom dobivao kao nusproizvod preradom ruda obojenih metala. Koncentrat germanija izolovan je različitim metodama koje zavise od sastava sirovine. Nije sadržavao više od 10 posto metala.

Kako se zapravo germanij koristi u modernoj poluvodičkoj tehnologiji? Ranije navedena karakteristika elementa potvrđuje mogućnost njegove upotrebe za proizvodnju trioda, dioda, energetskih ispravljača i kristalnih detektora. Germanijum se takođe koristi u izradi dozimetrijskih instrumenata, uređaja koji su neophodni za merenje jačine konstantnog i naizmeničnog magnetnog polja.

Bitno područje primjene ovog metala je proizvodnja detektora infracrvenog zračenja.

Obećavajuće je korištenje ne samo samog germanija, već i nekih njegovih spojeva.

Hemijska svojstva

Germanij je na sobnoj temperaturi prilično otporan na vlagu i atmosferski kisik.

U seriji - germanij - kalaj) uočava se povećanje redukcijske sposobnosti.

Germanij je otporan na rastvore hlorovodonične i sumporne kiseline, ne reaguje sa rastvorima alkalija. Istovremeno, ovaj metal se prilično brzo otapa u aqua regia (sedam dušične i hlorovodonične kiseline), kao i u alkalnoj otopini vodikovog peroksida.

Kako dati potpuni opis hemijskog elementa? Germanij i njegove legure moraju se analizirati ne samo u smislu fizičkih i hemijskih svojstava, već iu smislu primjene. Proces oksidacije germanija dušičnom kiselinom odvija se prilično sporo.

Biti u prirodi

Pokušajmo okarakterizirati kemijski element. Germanij se u prirodi nalazi samo u obliku jedinjenja. Među najčešćim mineralima koji sadrže germanij u prirodi izdvajamo germanit i argirodit. Osim toga, germanij je prisutan u cink sulfidima i silikatima, te u malim količinama u raznim vrstama uglja.

Šteta po zdravlje

Kakav uticaj germanijum ima na organizam? Hemijski element čija je elektronska formula 1e; 8 e; 18 e; 7 e, može negativno uticati na ljudski organizam. Na primjer, prilikom punjenja koncentrata germanija, mljevenja, kao i punjenja dioksida ovog metala, mogu se pojaviti profesionalne bolesti. Kao druge izvore koji su štetni po zdravlje možemo uzeti u obzir proces pretapanja praha germanijuma u šipke, čime se dobija ugljen monoksid.

Adsorbovani germanijum se može brzo izlučiti iz organizma, uglavnom urinom. Trenutno ne postoje detaljne informacije o tome koliko su toksična neorganska jedinjenja germanija.

Germanijum tetrahlorid deluje iritativno na kožu. U kliničkim ispitivanjima, kao i pri dugotrajnoj oralnoj primjeni kumulativnih količina koje su dostizale 16 grama spirogermanija (organski antitumorski lijek), kao i drugih spojeva germanija, utvrđena je nefrotoksična i neurotoksična aktivnost ovog metala.

Takve doze uglavnom nisu tipične za industrijska preduzeća. Ti eksperimenti koji su izvedeni na životinjama imali su za cilj proučavanje utjecaja germanija i njegovih spojeva na živi organizam. Kao rezultat toga, bilo je moguće utvrditi pogoršanje zdravlja prilikom udisanja značajne količine prašine metalnog germanija, kao i njegovog dioksida.

Naučnici su otkrili ozbiljne morfološke promjene u plućima životinja, koje su slične proliferativnim procesima. Na primjer, otkriveno je značajno zadebljanje alveolarnih presjeka, kao i hiperplazija limfnih žila oko bronhija, zadebljanje krvnih sudova.

Germanijum dioksid ne iritira kožu, ali direktan kontakt ovog jedinjenja sa membranom oka dovodi do stvaranja germanske kiseline, koja je ozbiljan iritans oka. Kod produženih intraperitonealnih injekcija nađene su ozbiljne promjene u perifernoj krvi.

Važne činjenice

Najštetnija jedinjenja germanijuma su germanijum hlorid i germanijum hidrid. Posljednja tvar izaziva ozbiljno trovanje. Kao rezultat morfološkog pregleda organa životinja koje su uginule u akutnoj fazi, uočeni su značajni poremećaji u cirkulatornom sistemu, kao i ćelijske modifikacije u parenhimskim organima. Naučnici su došli do zaključka da je hidrid višenamenski otrov koji utiče na nervni sistem i depresira periferni cirkulatorni sistem.

germanijum tetrahlorid

Snažan je iritant za respiratorni sistem, oči i kožu. U koncentraciji od 13 mg/m 3 sposoban je suzbiti plućni odgovor na ćelijskom nivou. S povećanjem koncentracije ove tvari dolazi do ozbiljne iritacije gornjih dišnih puteva, značajnih promjena u ritmu i učestalosti disanja.

Trovanje ovom tvari dovodi do kataralno-deskvamativnog bronhitisa, intersticijske upale pluća.

Potvrda

Budući da je u prirodi germanij prisutan kao nečistoća u rudama nikla, polimetala, volframa, u industriji se provodi nekoliko radno intenzivnih procesa povezanih s obogaćivanjem rude kako bi se izolirao čisti metal. Prvo se iz njega izoluje germanijum oksid, zatim se redukuje vodonikom na povišenoj temperaturi da se dobije jednostavan metal:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronska svojstva i izotopi

Germanij se smatra tipičnim poluprovodnikom s indirektnim razmakom. Vrijednost njegove permitivnosti je 16, a vrijednost afiniteta elektrona 4 eV.

U tankom filmu dopiranom galijumom, moguće je germanijumu dati stanje supravodljivosti.

U prirodi postoji pet izotopa ovog metala. Od toga su četiri stabilna, a peti prolazi kroz dvostruki beta raspad, poluživot je 1,58×10 21 godina.

Zaključak

Trenutno se organska jedinjenja ovog metala koriste u raznim industrijama. Transparentnost u infracrvenom spektralnom području metalnog germanijuma ultra-visoke čistoće važna je za proizvodnju optičkih elemenata infracrvene optike: prizme, sočiva, optički prozori savremenih senzora. Najčešća oblast upotrebe germanijuma je stvaranje optike za termovizijske kamere koje rade u opsegu talasnih dužina od 8 do 14 mikrona.

Takvi uređaji se koriste u vojnoj opremi za infracrvene sisteme za navođenje, noćni vid, pasivno termalno snimanje i sisteme za gašenje požara. Takođe, germanijum ima visok indeks prelamanja koji je neophodan za antirefleksni premaz.

U radiotehnici, tranzistori na bazi germanijuma imaju karakteristike koje u mnogim aspektima prevazilaze karakteristike silicijumskih elemenata. Reverzne struje germanijumskih ćelija su znatno veće od onih kod njihovih silikonskih kolega, što omogućava značajno povećanje efikasnosti takvih radio uređaja. S obzirom da germanijum u prirodi nije tako čest kao silicijum, silicijumski poluvodički elementi se uglavnom koriste u radio uređajima.