Proprietăți, extracția și aplicarea germaniului. element de germaniu. Proprietăți, extragerea și aplicarea germaniului Elementul chimic germaniu fapte interesante

DEFINIȚIE

germaniu este al treizeci și al doilea element al tabelului periodic. Denumirea - Ge din latinescul „germanium”. Situat în a patra perioadă, grupul IVA. Se referă la semimetale. Sarcina nucleară este 32.

În stare compactă, germaniul are o culoare argintie (Fig. 1) și arată ca un metal în aspect. La temperatura camerei, este rezistent la aer, oxigen, apa, acizi clorhidric si sulfuric diluat.

Orez. 1. Germaniu. Aspect.

Greutatea atomică și moleculară a germaniului

DEFINIȚIE

Greutatea moleculară relativă a unei substanțe (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (A r)- de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece germaniul există în stare liberă sub formă de molecule monoatomice de Ge, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 72.630.

Izotopi ai germaniului

Se știe că germaniul poate apărea în natură sub formă de cinci izotopi stabili 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) și 76 Ge (7,67%). . Numerele lor de masă sunt 70, 72, 73, 74 și, respectiv, 76. Nucleul izotopului de germaniu 70 Ge conține treizeci și doi de protoni și treizeci și opt de neutroni, izotopii rămași diferă de acesta doar prin numărul de neutroni.

Există izotopi radioactivi artificiali instabili ai germaniului cu numere de masă de la 58 la 86, dintre care izotopul 68 Ge cu un timp de înjumătățire de 270,95 zile este cel mai longeviv.

ionii de germaniu

La nivelul energetic exterior al atomului de germaniu, există patru electroni care sunt de valență:

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

Ca rezultat al interacțiunii chimice, germaniul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Moleculă și atom de germaniu

În stare liberă, germaniul există sub formă de molecule monoatomice de Ge. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de germaniu:

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

În 1870 D.I. Mendeleev, pe baza legii periodice, a prezis un element încă nedescoperit din grupa IV, numindu-l ekasiliciu, și a descris principalele sale proprietăți. În 1886, chimistul german Clemens Winkler, în timpul unei analize chimice a mineralului argirodit, a descoperit acest element chimic. Inițial, Winkler a vrut să numească noul element „neptunium”, dar acest nume fusese deja dat unuia dintre elementele propuse, așa că elementul a fost numit după patria savantului - Germania.

Fiind în natură, obțineți:

Germaniul se găsește în minereurile sulfurate, minereul de fier și se găsește în aproape toți silicații. Principalele minerale care conțin germaniu: argirodit Ag 8 GeS 6, confieldit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stotita FeGe(OH) 6, germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renierit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4.
Ca urmare a operațiunilor complexe și consumatoare de timp pentru îmbogățirea minereului și concentrarea acestuia, germaniul este izolat sub formă de oxid de GeO 2, care este redus cu hidrogen la 600°C la o substanță simplă.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Germaniul este purificat prin topirea zonei, ceea ce îl face unul dintre cele mai pure din punct de vedere chimic.

Proprietăți fizice:

Solid gri-alb cu un luciu metalic (p.t. 938°C, bp 2830°C)

Proprietăți chimice:

În condiții normale, germaniul este rezistent la aer și apă, alcalii și acizi, se dizolvă în aqua regia și într-o soluție alcalină de peroxid de hidrogen. Stările de oxidare ale germaniului în compușii săi: 2, 4.

Cele mai importante conexiuni:

Oxid de germaniu (II)., GeO, gri-negru, ușor sol. înăuntru, când este încălzit, este disproporționat: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
hidroxid de germaniu (II). Ge(OH)2, roşu-portocaliu. cristal,
iodură de germaniu (II)., GeI 2 , galben cr., sol. în apă, hidrol. pa.
hidrură de germaniu (II)., GeH 2 , tv. alb por., ușor de oxidat. și decăderea.

Oxid de germaniu (IV)., GeO 2 , alb cristale, amfotere, obținute prin hidroliza clorurii, sulfurei, hidrurii de germaniu, sau prin reacția germaniului cu acidul azotic.
hidroxid de germaniu (IV), (acid germanic), H2GeO3, slab. unst. biaxiale to-ta, sarurile germanate, de exemplu. germanat de sodiu, Na2Ge03, alb cristal, sol. in apa; higroscopic. Există, de asemenea, hexahidroxogermanați de Na2 (orto-germanați) și poligermanați
sulfat de germaniu (IV)., Ge(SO4)2, incolor. cr., hidrolizat cu apă la GeO 2, obținut prin încălzirea clorurii de germaniu (IV) cu anhidridă sulfuric la 160 ° C: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Halogenuri de germaniu (IV), fluorură GeF 4 - cele mai bune. gaz, brut hidrol., reacționează cu HF, formând H 2 - acid germanofluoric: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
clorură GeCl4, incolor. lichid, hidr., bromură GeBr 4 , ser. cr. sau incolor. lichid, sol. în org. conn.,
iodură GeI 4, galben-portocaliu. cr., lent. hidr., sol. în org. conn.
sulfură de germaniu (IV)., GeS 2 , alb kr., prost sol. în apă, hidrol., reacţionează cu alcalii:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formând germanați și tiogermanați.
Hidrură de germaniu (IV), „germană”, GeH 4 , incolor gaz, derivați organici ai tetrametilgermanului Ge(CH 3) 4 , tetraetilgermanului Ge(C 2 H 5) 4 - incolor. lichide.

Aplicație:

Cel mai important material semiconductor, principalele domenii de aplicare: optică, electronică radio, fizică nucleară.

Compușii de germaniu sunt ușor toxici. Germaniul este un microelement care în corpul uman crește eficiența sistemului imunitar al organismului, luptă împotriva cancerului și reduce durerea. De asemenea, se remarcă faptul că germaniul promovează transferul de oxigen către țesuturile corpului și este un puternic antioxidant - un blocant al radicalilor liberi din organism.
Necesarul zilnic al corpului uman este de 0,4-1,5 mg.
Usturoiul este campion în conținutul de germaniu în rândul produselor alimentare (750 micrograme de germaniu la 1 g de masă uscată de căței de usturoi).

Materialul a fost pregătit de studenții Institutului de Fizică și Chimie al Universității de Stat din Tyumen
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Surse:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (data accesării: 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (data accesării: 13/06/2014).

(Germanium; din lat. Germania - Germania), Ge - chimic. element din grupa IV a sistemului periodic de elemente; la. n. 32, la. m. 72,59. Substanță gri-argintie cu o strălucire metalică. În chimie. compușii prezintă stări de oxidare + 2 și +4. Compușii cu o stare de oxidare de +4 sunt mai stabili. Germaniul natural este format din patru izotopi stabili cu numere de masă 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73 (7,67%) și 74 (36,74%) și un izotop radioactiv cu număr de masă 76 (7,67%) și un timp de înjumătățire. de 2.106 ani. Artificial (cu ajutorul diferitelor reacții nucleare) s-au obținut mulți izotopi radioactivi; cel mai important este izotopul 71 Ge cu un timp de înjumătățire de 11,4 zile.

Existența germaniului sfânt (sub numele „ekasilitsiy”) a fost prezisă în 1871 de omul de știință rus D. I. Mendeleev. Cu toate acestea, abia în 1886 ea. chimistul K. Winkler a descoperit un element necunoscut în mineralul argirodit, ale cărui proprietăți coincid cu proprietățile „ecasiliconului”. Începutul balului de absolvire. producția de germaniu datează din anii 40. al XX-lea, când a fost folosit ca material semiconductor. Conținutul de germaniu din scoarța terestră (1-2) este de 10~4%. Germaniul este un oligoelement și se găsește rar ca minerale proprii. Sunt cunoscute șapte minerale, la care concentrația sa este mai mare de 1%, printre care: Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn) 2 (S, As) 4X X (6,2-10,2% Ge), renierit (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 XX (S, As)4 (5,46-7,80% Ge) și argirodit Ag8GeS6 (3/55-6,93% Ge). G. se acumulează și în caustobioliți (cărbuni humici, șisturi bituminoase, petrol). Modificarea cristalină a diamantului, stabilă în condiții obișnuite, are o structură cubică asemănătoare diamantului, cu o perioadă a = 5,65753 A (Gel).

Germaniul este

Densitatea germaniului (t-ra 25 ° C) 5,3234 g / cm3, topitură 937,2 ° C; tbp 2852°C; căldură de fuziune 104,7 cal/g, căldură de sublimare 1251 cal/g, capacitate termică (temperatura 25°C) 0,077 cal/g deg; coeficient conductivitate termică, (t-ra 0 ° C) 0,145 cal / cm sec deg, coeficient de temperatură. dilatare liniară (t-ra 0-260 ° C), 5,8 x 10-6 deg-1. În timpul topirii, germaniul scade în volum (cu aproximativ 5,6%), densitatea acestuia crește cu 4% h. La presiune mare, o modificare asemănătoare diamantului. Germaniul suferă transformări polimorfe, formând modificări cristaline: o structură tetragonală de tip B-Sn (GeII), o structură tetragonală centrată pe corp cu perioade a = 5,93 A, c = 6,98 A (GeIII) și o structură cubică centrată pe corp cu o perioadă a = 6, 92A(GeIV). Aceste modificări sunt caracterizate de o densitate mai mare și o conductivitate electrică în comparație cu GeI.

Germaniul amorf se poate obține sub formă de pelicule (de aproximativ 10-3 cm grosime) prin condensare cu abur. Densitatea sa este mai mică decât densitatea cristalinului G. Structura zonelor de energie din cristalul G. determină proprietățile semiconductoare ale acestuia. Lățimea benzii interzise G. este egală cu 0,785 eV (t-ra 0 K), rezistivitatea electrică (t-ra 20 ° C) este de 60 ohm cm, iar odată cu creșterea temperaturii scade semnificativ conform unei legi exponențiale. Impuritățile dau G. t. conductivitate a impurităților de tip electronic (impurități de arsen, antimoniu, fosfor) sau orificiu (impurități de galiu, aluminiu, indiu). Mobilitatea purtătorilor de sarcină în G. (t-ra 25 ° C) pentru electroni este de aproximativ 3600 cm2 / v sec, pentru găuri - 1700 cm2 / v sec, concentrația intrinsecă a purtătorilor de sarcină (t-ra 20 ° C) este 2.5. 10 13 cm-3. G. este diamagnetic. La topire, se transformă într-o stare metalică. Germaniul este foarte fragil, duritatea lui Mohs este de 6,0, microduritatea este de 385 kgf/mm2, rezistența la compresiune (temperatura 20°C) este de 690 kgf/cm2. Odată cu creșterea t-ry, duritatea scade, peste t-ry 650 ° C, devine plastic, susceptibil de blană. prelucrare. Germaniul este practic inert la aer, oxigen și la electroliții neoxidanți (dacă nu există oxigen dizolvat) la temperaturi de până la 100 ° C. Rezistent la acțiunea acidului clorhidric și sulfuric diluat; se dizolvă lent în acizi sulfuric și azotic concentrați când este încălzit (filmul de dioxid rezultat încetinește dizolvarea), se dizolvă bine în acva regia, în soluții de hipocloriți sau hidroxizi alcalini (în prezența peroxidului de hidrogen), în topituri alcaline, peroxizi, nitrați și carbonați ai metalelor alcaline.

Peste t-ry 600 ° C se oxidează în aer și într-un curent de oxigen, formând oxid GeO și dioxid (Ge02) cu oxigenul. Oxidul de germaniu este o pulbere cenușie închisă sublimată la t-re 710 ° C, ușor solubilă în apă cu formarea unui germanit slab to-you (H2Ge02), un roi de sare (germaniți) de rezistență scăzută. În to-takh GeO se dizolvă cu ușurință cu formarea de săruri de H divalent. Dioxidul de germaniu este o pulbere albă, există în mai multe modificări polimorfe care diferă foarte mult în ceea ce privește substanțele chimice. St. tu: modificarea hexagonală a dioxidului este relativ bine solubilă în apă (4,53 zU la t-re 25 ° C), soluții alcaline și to-t, modificarea tetragonală este practic insolubilă în apă și inertă la acizi. Dizolvându-se în alcalii, dioxidul și hidratul său formează săruri de metagermanat (H2Ge03) și ortogermanat (H4Ge04) to-t - germanați. Germanații de metale alcaline se dizolvă în apă, germanații rămași sunt practic insolubili; proaspăt precipitat se dizolvă în to-tah mineral. G. se combină cu ușurință cu halogenii, formând atunci când este încălzit (aproximativ t-ry 250 ° C) tetrahalogenurile corespunzătoare - compuși care nu sunt asemănătoare sărurilor care sunt ușor hidrolizați de apă. G. sunt cunoscute – maro închis (GeS) și alb (GeS2).

Germaniul se caracterizează prin compuși cu azot - nitrură maro (Ge3N4) și nitrură neagră (Ge3N2), caracterizați printr-o substanță chimică mai mică. tenacitate. Cu fosforul G. formează o fosfură cu rezistență scăzută (GeP) de culoare neagră. Nu interacționează cu carbonul și nu se aliază; formează o serie continuă de soluții solide cu siliciu. Germaniul, ca analog al carbonului și siliciului, se caracterizează prin capacitatea de a forma germanohidrogeni de tip GenH2n + 2 (germani), precum și compuși solizi de tip GeH și GeH2 (germeni). Germaniul formează compuși metalici () și cu multe altele. metale. Extracția lui G. din materii prime constă în primirea unui concentrat bogat de germaniu, iar din acesta - puritate ridicată. La balul de absolvire. la scară, germaniul este obținut din tetraclorură, folosind volatilitatea sa ridicată în timpul purificării (pentru izolarea din concentrat), sărac în acid clorhidric concentrat și bogat în solvenți organici (pentru purificarea de impurități). Adesea, pentru îmbogățire se utilizează o volatilitate ridicată a sulfurei și oxidului inferior G., la secară se sublimează ușor.

Pentru a obține germaniu semiconductor, se utilizează cristalizarea direcțională și recristalizarea zonei. Germaniul monocristalin se obține prin tragere din topitură. În procesul de creștere a G. se adaugă aliaje speciale. aditivi, ajustând anumite proprietăți ale monocristalului. G. se livreaza sub forma de lingouri cu lungimea de 380-660 mm si sectiunea transversala de pana la 6,5 ​​cm2. Germaniul este utilizat în radio-electronica și inginerie electrică ca material semiconductor pentru fabricarea de diode și tranzistoare. Din el sunt realizate lentile pentru dispozitive optice cu infraroșu, dozimetre pentru radiații nucleare, analizoare de spectroscopie cu raze X, senzori care utilizează efectul Hall și convertoare de energie de dezintegrare radioactivă în energie electrică. Germaniul este folosit în atenuatoarele cu microunde, termometrele de rezistență, care funcționează la o temperatură de heliu lichid. Filmul G. depus pe reflector se distinge prin reflectivitate mare și rezistență bună la coroziune. germaniul cu unele metale, caracterizat prin rezistență crescută la medii agresive acide, este utilizat în fabricarea de instrumente, inginerie mecanică și metalurgie. gemaniul cu aur formează un eutectic cu punct de topire scăzut și se extind la răcire. Dioxidul lui G. este folosit pentru fabricarea de produse speciale. sticla, caracterizata printr-un coeficient ridicat. refracție și transparență în partea infraroșie a spectrului, electrozi de sticlă și termistori, precum și emailuri și glazuri decorative. Germanații sunt folosiți ca activatori ai fosforilor și fosforilor.

- un element chimic al sistemului periodic de elemente chimice D.I. Mendeleev. Și notat cu simbolul Ge, germaniul este o substanță simplă de culoare gri-alb și are caracteristici solide ca un metal.

Conținutul din scoarța terestră este de 7,10-4% din greutate. se referă la oligoelemente, datorită reactivității sale la oxidare în stare liberă, nu apare ca metal pur.

Găsirea germaniului în natură

Germaniul este unul dintre cele trei elemente chimice prezise de D.I. Mendeleev pe baza poziției lor în sistemul periodic (1871).

Aparține unor oligoelemente rare.

În prezent, principalele surse de producție industrială de germaniu sunt deșeurile din producția de zinc, cocsificarea cărbunelui, cenușa din anumite tipuri de cărbune, impuritățile de silicat, rocile sedimentare de fier, minereurile de nichel și wolfram, turba, petrolul, apele geotermale și unele alge. .

Principalele minerale care conțin germaniu

Plumbohermatit (PbGeGa) 2S04(OH)2 + H2 Conținut de O până la 8,18%

yargyrodite AgGeS6 conține de la 3,65 la 6,93% Germania.

renierit Cu 3 (FeGeZn)(SAs) 4 conține de la 5,5 la 7,8% germaniu.

În unele țări, obținerea germaniului este un produs secundar al prelucrării anumitor minereuri precum zinc-plumb-cuprul. Germaniul se obține și în producția de cocs, precum și în cenușă de cărbune brun cu un conținut de 0,0005 până la 0,3% și în cenușă de cărbune tare cu un conținut de 0,001 până la 1 -2%.

Germaniul ca metal este foarte rezistent la acțiunea oxigenului atmosferic, oxigenului, apei, unor acizi, acizilor sulfuric și clorhidric diluați. Dar acidul sulfuric concentrat reacționează foarte lent.

Germaniul reacţionează cu acidul azotic HNO 3 și aqua regia, reacționează lent cu alcalii caustici pentru a forma o sare germanat, dar cu adaos de peroxid de hidrogen H 2O2 reactia este foarte rapida.

Când este expus la temperaturi ridicate peste 700 °C, germaniul este ușor oxidat în aer pentru a forma GeO 2 , reacționează ușor cu halogenii pentru a forma tetrahalogenuri.

Nu reacționează cu hidrogenul, siliciul, azotul și carbonul.

Compușii volatili de germaniu sunt cunoscuți cu următoarele caracteristici:

Germania hexahidrură-digermană, Ge 2H6 - gaz combustibil, se descompune în timpul depozitării îndelungate la lumină, devenind galben apoi maro transformându-se într-un solid maro închis, descompus de apă și alcalii.

Germania tetrahidrură, monogermană - GeH 4 .

Aplicarea germaniului

Germaniul, ca și alții, are proprietățile așa-numiților semiconductori. Toate în funcție de conductibilitatea lor electrică sunt împărțite în trei grupe: conductori, semiconductori și izolatori (dielectrici). Conductivitatea electrică specifică a metalelor este în intervalul 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1, diviziunea dată este condiționată. Cu toate acestea, se poate sublinia o diferență fundamentală în proprietățile electrofizice ale conductorilor și semiconductorilor. Pentru cei dintâi, conductivitatea electrică scade odată cu creșterea temperaturii, pentru semiconductori crește. La temperaturi apropiate de zero absolut, semiconductorii se transformă în izolatori. După cum se știe, conductorii metalici prezintă proprietățile supraconductivității în astfel de condiții.

Semiconductorii pot fi diferite substanțe. Acestea includ: bor, (

Vă rugăm să rețineți că germaniul este luat de noi în orice cantitate și formă, inclusiv. forma de resturi. Puteți vinde germaniu sunând la numărul de telefon din Moscova indicat mai sus.

Germaniul este un semimetal fragil, alb-argintiu, descoperit în 1886. Acest mineral nu se găsește în forma sa pură. Se găsește în silicați, minereuri de fier și sulfuri. Unii dintre compușii săi sunt toxici. Germaniul a fost utilizat pe scară largă în industria electrică, unde proprietățile sale semiconductoare au fost utile. Este indispensabil în producția de infraroșu și fibre optice.

Care sunt proprietățile germaniului

Acest mineral are un punct de topire de 938,25 grade Celsius. Indicatorii capacității sale de căldură încă nu pot fi explicați de oamenii de știință, ceea ce îl face indispensabil în multe domenii. Germaniul are capacitatea de a-și crește densitatea atunci când este topit. Are proprietăți electrice excelente, ceea ce îl face un semiconductor excelent cu gol indirect.

Dacă vorbim despre proprietățile chimice ale acestui semimetal, trebuie remarcat faptul că este rezistent la acizi și alcalii, apă și aer. Germaniul se dizolvă într-o soluție de peroxid de hidrogen și aqua regia.

exploatarea germaniului

Acum o cantitate limitată din acest semi-metal este extrasă. Depozitele sale sunt mult mai mici în comparație cu cele de bismut, antimoniu și argint.

Datorită faptului că proporția din conținutul acestui mineral în scoarța terestră este destul de mică, își formează propriile minerale datorită introducerii altor metale în rețelele cristaline. Cel mai mare conținut de germaniu se observă în sfalerit, pirargirit, sulfanit, în minereurile neferoase și de fier. Apare, dar mult mai rar, în zăcămintele de petrol și cărbune.

Utilizarea germaniului

În ciuda faptului că germaniul a fost descoperit cu destul de mult timp în urmă, acesta a început să fie folosit în industrie în urmă cu aproximativ 80 de ani. Semi-metalul a fost folosit pentru prima dată în producția militară pentru fabricarea unor dispozitive electronice. În acest caz, a găsit utilizare ca diode. Acum situația s-a schimbat oarecum.

Cele mai populare domenii de aplicare ale germaniului includ:

• producție de optică. Semimetalul a devenit indispensabil în fabricarea elementelor optice, care includ ferestre optice ale senzorilor, prismelor și lentilelor. Aici, proprietățile de transparență ale germaniului în regiunea infraroșu au fost utile. Semimetalul este folosit la producerea de optice pentru camere termice, sisteme de incendiu, dispozitive de vedere pe timp de noapte;
• producție de electronice radio. În acest domeniu, semimetalul a fost folosit la fabricarea diodelor și tranzistoarelor. Cu toate acestea, în anii 1970, dispozitivele cu germaniu au fost înlocuite cu cele din siliciu, deoarece siliciul a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a caracteristicilor tehnice și operaționale ale produselor fabricate. Rezistență crescută la efectele temperaturii. În plus, dispozitivele cu germaniu au emis mult zgomot în timpul funcționării.

Situația actuală cu Germania

În prezent, semimetalul este utilizat în producția de dispozitive cu microunde. Telleride germaniul sa dovedit a fi un material termoelectric. Prețurile germaniului sunt acum destul de mari. Un kilogram de germaniu metalic costă 1.200 de dolari.

Cumpărând Germania

Germaniul gri argintiu este rar. Semimetalul fragil se distinge prin proprietățile sale semiconductoare și este utilizat pe scară largă pentru a crea aparate electrice moderne. De asemenea, este folosit pentru a crea instrumente optice de înaltă precizie și echipamente radio. Germaniul este de mare valoare atât sub formă de metal pur, cât și sub formă de dioxid.

Compania Goldform este specializată în achiziționarea de germaniu, diverse fier vechi și componente radio. Oferim asistenta la evaluarea materialului, la transport. Puteți trimite germanium și puteți primi banii înapoi în totalitate.

Elementul chimic germaniu se află în a patra grupă (subgrupa principală) din tabelul periodic al elementelor. Aparține familiei metalelor, masa sa atomică relativă este de 73. În masă, conținutul de germaniu din scoarța terestră este estimat la 0,00007 la sută în masă.

Istoria descoperirilor

Elementul chimic germaniu a fost stabilit datorită predicțiilor lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. El a fost cel care a prezis existența ecasiliconului și au fost date recomandări pentru căutarea acestuia.

El credea că acest element metalic se găsește în minereurile de titan, zirconiu. Mendeleev a încercat singur să găsească acest element chimic, dar încercările sale au fost fără succes. Abia cincisprezece ani mai târziu, la o mină situată în Himmelfurst, a fost găsit un mineral, numit argirodit. Acest compus își datorează numele argintului găsit în acest mineral.

Elementul chimic germaniu din compoziție a fost descoperit abia după ce un grup de chimiști de la Academia de Mine din Freiberg a început cercetările. Sub îndrumarea lui K. Winkler, ei au aflat că doar 93 la sută din mineral este reprezentat de oxizi de zinc, fier, precum și de sulf și mercur. Winkler a sugerat că restul de șapte procente provin de la un element chimic necunoscut la acea vreme. După experimente chimice suplimentare, a fost descoperit germaniul. Chimistul și-a anunțat descoperirea într-un raport, a prezentat societății germane de chimie informațiile primite cu privire la proprietățile noului element.

Elementul chimic germaniu a fost introdus de Winkler ca nemetal, prin analogie cu antimoniul și arsenul. Chimistul a vrut să-i spună neptuniu, dar acel nume fusese deja folosit. Apoi a început să se numească germaniu. Elementul chimic descoperit de Winkler a stârnit o discuție serioasă în rândul chimiștilor de frunte ai vremii. Omul de știință german Richter a sugerat că acesta este același exasilicon despre care a vorbit Mendeleev. Un timp mai târziu, a fost confirmată această presupunere, ceea ce a dovedit viabilitatea legii periodice create de marele chimist rus.

Proprietăți fizice

Cum poate fi caracterizat germaniul? Elementul chimic are un număr de serie 32 în Mendeleev. Acest metal se topește la 937,4 °C. Punctul de fierbere al acestei substanțe este de 2700 °C.

Germaniul este un element care a fost folosit pentru prima dată în Japonia în scopuri medicale. După numeroase studii ale compușilor organogermaniului efectuate pe animale, precum și în cursul studiilor asupra oamenilor, a fost posibil să se constate un efect pozitiv al unor astfel de minereuri asupra organismelor vii. În 1967, Dr. K. Asai a reușit să descopere faptul că germaniul organic are un spectru imens de efecte biologice.

Activitate biologică

Care este caracteristica elementului chimic germaniu? Este capabil să transporte oxigen în toate țesuturile unui organism viu. Odată ajuns în sânge, se comportă prin analogie cu hemoglobina. Germaniul garantează funcționarea deplină a tuturor sistemelor corpului uman.

Acest metal este cel care stimulează reproducerea celulelor imune. Acesta, sub formă de compuși organici, permite formarea de interferoni gamma, care inhibă reproducerea microbilor.

Germaniul previne formarea tumorilor maligne, previne dezvoltarea metastazelor. Compușii organici ai acestui element chimic contribuie la producerea interferonului, o moleculă de proteină protectoare care este produsă de organism ca reacție de protecție la apariția corpurilor străine.

Domenii de utilizare

Proprietatea antifungică, antibacteriană, antivirală a germaniului a devenit baza pentru domeniile sale de aplicare. În Germania, acest element a fost obținut în principal ca produs secundar al prelucrării minereurilor neferoase. Concentratul de germaniu a fost izolat prin diferite metode, care depind de compoziția materiei prime. Nu conținea mai mult de 10 la sută din metal.

Cum este utilizat germaniul în tehnologia modernă a semiconductoarelor? Caracteristica elementului prezentat mai devreme confirmă posibilitatea utilizării sale pentru producerea de triode, diode, redresoare de putere și detectoare cu cristale. Germaniul este, de asemenea, folosit la crearea instrumentelor dozimetrice, dispozitive care sunt necesare pentru a măsura puterea unui câmp magnetic constant și alternativ.

Un domeniu esențial de aplicare a acestui metal este fabricarea detectorilor de radiații infraroșii.

Promite să folosească nu numai germaniul în sine, ci și unii dintre compușii săi.

Proprietăți chimice

Germaniul la temperatura camerei este destul de rezistent la umiditate și oxigenul atmosferic.

În seria - germaniu - staniu), se observă o creștere a capacității de reducere.

Germaniul este rezistent la soluțiile de acizi clorhidric și sulfuric, nu interacționează cu soluțiile alcaline. În același timp, acest metal se dizolvă destul de repede în acva regia (șapte acizi azotic și clorhidric), precum și într-o soluție alcalină de peroxid de hidrogen.

Cum se oferă o descriere completă a unui element chimic? Germaniul și aliajele sale trebuie analizate nu numai din punct de vedere al proprietăților fizice și chimice, ci și din punct de vedere al aplicațiilor. Procesul de oxidare a germaniului cu acid azotic decurge destul de lent.

Fiind în natură

Să încercăm să caracterizăm elementul chimic. Germaniul se găsește în natură numai sub formă de compuși. Printre cele mai comune minerale care conțin germaniu din natură, evidențiem germanitul și argirodita. În plus, germaniul este prezent în sulfuri și silicați de zinc și în cantități mici în diferite tipuri de cărbune.

Daune pentru sănătate

Ce efect are germaniul asupra organismului? Un element chimic a cărui formulă electronică este 1e; 8 e; 18 e; 7 e, poate afecta negativ corpul uman. De exemplu, la încărcarea unui concentrat de germaniu, la măcinare, precum și la încărcarea dioxidului acestui metal, pot apărea boli profesionale. Ca și alte surse dăunătoare sănătății, putem lua în considerare procesul de retopire a pulberii de germaniu în batoane, obținând monoxid de carbon.

Germaniul adsorbit poate fi excretat rapid din organism, mai ales cu urina. În prezent, nu există informații detaliate despre cât de toxici sunt compușii anorganici de germaniu.

Tetraclorura de germaniu are un efect iritant asupra pielii. În studiile clinice, precum și în cazul administrării orale pe termen lung a cantităților cumulate care au ajuns la 16 grame de spirogermaniu (un medicament organic antitumoral), precum și alți compuși de germaniu, s-a constatat activitatea nefrotoxică și neurotoxică a acestui metal.

Astfel de doze nu sunt, în general, tipice pentru întreprinderile industriale. Acele experimente care au fost efectuate pe animale au avut ca scop studierea efectului germaniului și compușilor săi asupra unui organism viu. Ca urmare, s-a putut stabili o deteriorare a sănătății la inhalarea unei cantități semnificative de praf de germaniu metalic, precum și a dioxidului acestuia.

Oamenii de știință au descoperit modificări morfologice grave în plămânii animalelor, care sunt similare cu procesele proliferative. De exemplu, a fost evidențiată o îngroșare semnificativă a secțiunilor alveolare, precum și hiperplazia vaselor limfatice din jurul bronhiilor, îngroșarea vaselor de sânge.

Dioxidul de germaniu nu irită pielea, dar contactul direct al acestui compus cu membrana ochiului duce la formarea acidului germanic, care este un iritant ocular grav. În cazul injecțiilor intraperitoneale prelungite, s-au constatat modificări grave ale sângelui periferic.

Fapte importante

Cei mai nocivi compuși de germaniu sunt clorura de germaniu și hidrura de germaniu. Această din urmă substanță provoacă otrăvire gravă. Ca urmare a unei examinări morfologice a organelor animalelor care au murit în faza acută, acestea au evidențiat tulburări semnificative în sistemul circulator, precum și modificări celulare în organele parenchimatoase. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că hidrura este o otravă multifuncțională care afectează sistemul nervos și deprimă sistemul circulator periferic.

tetraclorura de germaniu

Este un iritant puternic pentru sistemul respirator, ochi și piele. La o concentraţie de 13 mg/m 3 este capabil să suprime răspunsul pulmonar la nivel celular. Odată cu creșterea concentrației acestei substanțe, există o iritare gravă a tractului respirator superior, modificări semnificative ale ritmului și frecvenței respirației.

Otrăvirea cu această substanță duce la bronșită cataral-desquamativă, pneumonie interstițială.

chitanta

Deoarece în natură germaniul este prezent ca o impuritate în minereurile de nichel, polimetalice și tungsten, în industrie se desfășoară mai multe procese care necesită multă muncă asociate cu îmbogățirea minereurilor pentru a izola metalul pur. Mai întâi, oxidul de germaniu este izolat din acesta, apoi este redus cu hidrogen la o temperatură ridicată pentru a obține un metal simplu:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Proprietăți electronice și izotopi

Germaniul este considerat un semiconductor tipic cu gol indirect. Valoarea permitivității sale este 16, iar valoarea afinității electronice este de 4 eV.

Într-o peliculă subțire dopată cu galiu, este posibil să se dea germaniului o stare de supraconductivitate.

Există cinci izotopi ai acestui metal în natură. Dintre acestea, patru sunt stabile, iar al cincilea suferă dezintegrare beta dublă, cu un timp de înjumătățire de 1,58×10 21 de ani.

Concluzie

În prezent, compușii organici ai acestui metal sunt utilizați în diverse industrii. Transparența în regiunea spectrală infraroșu a germaniului metalic de puritate ultra-înaltă este importantă pentru fabricarea elementelor optice ale opticii în infraroșu: prisme, lentile, ferestre optice ale senzorilor moderni. Cea mai obișnuită utilizare a germaniului este crearea de optice pentru camerele termice care funcționează în intervalul de lungimi de undă de la 8 la 14 microni.

Astfel de dispozitive sunt utilizate în echipamentele militare pentru sistemele de ghidare în infraroșu, viziunea pe timp de noapte, imagistica termică pasivă și sistemele de stingere a incendiilor. De asemenea, germaniul are un indice de refracție ridicat, care este necesar pentru acoperirea antireflex.

În ingineria radio, tranzistoarele pe bază de germaniu au caracteristici care, în multe privințe, le depășesc pe cele ale elementelor de siliciu. Curenții inversi ai celulelor cu germaniu sunt semnificativ mai mari decât cei ai omologilor lor din siliciu, ceea ce face posibilă creșterea semnificativă a eficienței unor astfel de dispozitive radio. Având în vedere că germaniul nu este la fel de comun în natură ca siliciul, elementele semiconductoare de siliciu sunt utilizate în principal în dispozitivele radio.