El germanio es un semimetal raro y útil. ¿Tiene tu cuerpo suficiente germanio: cuál es el beneficio del microelemento, cómo identificar una deficiencia o exceso de germanio, obtención de propiedades y aplicación?

El germanio es un semimetal raro y útil. ¿Tiene tu cuerpo suficiente germanio: cuál es el beneficio del microelemento, cómo identificar una deficiencia o exceso de germanio, obtención de propiedades y aplicación?

09.10.2023 Hipertensión

En 1870 D.I. Basándose en la ley periódica, Mendeleev predijo un elemento aún no descubierto del grupo IV, lo llamó eca-silicio y describió sus principales propiedades. En 1886, el químico alemán Clemens Winkler descubrió este elemento químico durante un análisis químico del mineral argirodita. Inicialmente, Winkler quería llamar al nuevo elemento "neptunio", pero este nombre ya se le había dado a uno de los elementos propuestos, por lo que el elemento recibió su nombre en honor a la patria del científico: Alemania.

Estar en la naturaleza, recibir:

El germanio se encuentra en minerales de sulfuro, mineral de hierro y se encuentra en casi todos los silicatos. Los principales minerales que contienen germanio son: argirodita Ag 8 GeS 6 , confieldita Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , estotita FeGe(OH) 6 , germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , renierita Cu 3 ( Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Como resultado de operaciones complejas y laboriosas de enriquecimiento y concentración del mineral, se aísla el germanio en forma de óxido de GeO 2, que se reduce con hidrógeno a 600°C hasta obtener una sustancia simple.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
El germanio se purifica mediante el método de fusión por zonas, lo que lo convierte en uno de los materiales químicamente más puros.

Propiedades físicas:

Sólido blanco grisáceo con brillo metálico (pf 938°C, pb 2830°C)

Propiedades químicas:

En condiciones normales, el germanio es resistente al aire y al agua, a los álcalis y a los ácidos, y se disuelve en agua regia y en una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. Estados de oxidación del germanio en sus compuestos: 2, 4.

Las conexiones más importantes:

Óxido de germanio (II), GeO, gris negruzco, poco soluble. b-in, cuando se calienta se desproporciona: 2GeO = Ge + GeO 2
Hidróxido de germanio (II) Ge(OH)2, rojo anaranjado. Cristo.,
Yoduro de germanio (II), GeI 2, amarillo. cr., sol. en agua, hidrol. adiós.
Hidruro de germanio (II), GeH 2, televisión. blanco poros, se oxida fácilmente. y decadencia.

Óxido de germanio (IV), GeO 2 , blanco cristal, anfótero, obtenido por hidrólisis de cloruro, sulfuro, hidruro de germanio o por reacción del germanio con ácido nítrico.
Hidróxido de germanio (IV) (ácido germánico), H 2 GeO 3 , débil. indef. biaxial por ejemplo, sales de germanato, por ejemplo. germanato de sodio, Na 2 GeO 3 , blanco cristal, sol. en agua; higroscópico. También hay hexahidroxogermanatos de Na 2 (ortogermanatos) y poligermanatos.
Sulfato de germanio (IV), Ge(SO 4) 2, incoloro. cristales, hidrolizados por agua a GeO 2, obtenidos calentando cloruro de germanio (IV) con anhídrido sulfúrico a 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Halogenuros de germanio (IV), fluoruro GeF 4 - mejores. gas, crudo hidrol., reacciona con HF, formando H 2 - ácido fluorhídrico: GeF 4 + 2HF = H 2,
cloruro GeCl 4, incoloro. líquido, hidr., bromuro GeBr 4, gris cr. o incoloro líquido, sol. en org. conexión,
yoduro GeI 4, amarillo-naranja. cr., lento. hidr., sol. en org. conexión.
Sulfuro de germanio (IV), GeS 2, blanco cr., poco soluble. en agua, hidrol., reacciona con álcalis:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formando germanatos y tiogermanatos.
Hidruro de germanio (IV), "germano", GeH 4, incoloro. gas, derivados orgánicos tetrametilgermano Ge(CH 3) 4, tetraetilgermano Ge(C 2 H 5) 4 - incoloro. líquidos.

Solicitud:

El material semiconductor más importante, principales áreas de aplicación: óptica, radioelectrónica, física nuclear.

Los compuestos de germanio son ligeramente tóxicos. El germanio es un microelemento que aumenta la eficiencia del cuerpo humano. sistema inmunitario cuerpo, combate el cáncer, reduce el dolor. También se observa que el germanio favorece la transferencia de oxígeno a los tejidos del cuerpo y es un poderoso antioxidante, un bloqueador de los radicales libres en el cuerpo.
El requerimiento diario del cuerpo humano es de 0,4 a 1,5 mg.
Campeón en contenido de germanio entre productos alimenticios es el ajo (750 mcg de germanio por 1 g de peso seco de dientes de ajo).

El material fue preparado por estudiantes del Instituto de Física y Química de la Universidad Estatal de Tyumen.
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Fuentes:
Germanio//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (fecha de acceso: 13/06/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (fecha de acceso: 13/06/2014).

Germanio

GERMANIO-I; metro. Elemento químico (Ge), un sólido de color blanco grisáceo con brillo metálico (es el principal material semiconductor). Placa de germanio.

◁ Germanio, oh, oh. G-ésima materia prima. G. lingote.

germanio

(del latín germanio), elemento químico del grupo IV de la tabla periódica. El nombre proviene del latín Germania - Alemania, en honor a la tierra natal de K. A. Winkler. Cristales de color gris plateado; densidad 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Difundido en la naturaleza (los minerales propios son raros); extraído de minerales de metales no ferrosos. Material semiconductor para dispositivos electrónicos (diodos, transistores, etc.), componente de aleaciones, material para lentes en dispositivos IR, detectores de radiaciones ionizantes.

GERMANIO

GERMANIO (lat. Germanio), Ge (léase “hertempmanio”), elemento químico con número atómico 32, masa atómica 72,61. El germanio natural consta de cinco isótopos con números másicos 70 (contenido en la mezcla natural 20,51% en peso), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) y 76 (7,76%). Configuración de la capa 4 de electrones externos s 2 pag 2 . Estados de oxidación +4, +2 (valencia IV, II). Ubicado en el grupo IVA, en el periodo 4 de la tabla periódica de elementos.
Historia del descubrimiento
Fue descubierto por K. A. Winkler. (cm. WINKLER Clemens Alejandro)(y lleva el nombre de su tierra natal, Alemania) en 1886 durante el análisis del mineral argirodita Ag 8 GeS 6 después de que D. I. Mendeleev predijera la existencia de este elemento y algunas de sus propiedades. (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovich).
Estar en la naturaleza
El contenido en la corteza terrestre es de 1,5·10 -4% en peso. Se refiere a elementos dispersos. No se encuentra en la naturaleza en forma libre. Contenido como impureza en silicatos, hierro sedimentario, minerales polimetálicos, de níquel y tungsteno, carbones, turba, aceites, aguas termales y algas. Los minerales más importantes: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, estotita FeGe(OH) 6, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodita Ag 8 GeS 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Obteniendo germanio
Para obtener germanio se utilizan subproductos del procesamiento de minerales metálicos no ferrosos, cenizas de la combustión del carbón y algunos productos químicos de coque. Las materias primas que contienen Ge se enriquecen mediante flotación. Luego el concentrado se convierte en óxido de GeO 2, que se reduce con hidrógeno. (cm. HIDRÓGENO):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
El germanio de pureza semiconductora con un contenido de impurezas del 10 -3 -10 -4% se obtiene mediante fusión por zonas. (cm. ZONA DE FUSIÓN), cristalización (cm. CRISTALIZACIÓN) o termólisis de GeH 4 monogermano volátil:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
que se forma durante la descomposición de compuestos por ácidos metales activos con Ge-germanides:
Mg2Ge + 4HCl = GeH4 – + 2MgCl2
Propiedades físicas y químicas
El germanio es una sustancia plateada con brillo metálico. Red cristalina de modificación estable (Ge I), cúbica, centrada en las caras, tipo diamante, A= 0,533 nm (se obtuvieron otras tres modificaciones a altas presiones). Punto de fusión 938,25 °C, punto de ebullición 2850 °C, densidad 5,33 kg/dm3. Tiene propiedades semiconductoras, la banda prohibida es de 0,66 eV (a 300 K). El germanio es transparente a la radiación infrarroja con longitudes de onda superiores a 2 micras.
Por propiedades químicas Ge se parece al silicio (cm. SILICIO). En condiciones normales, resistente al oxígeno. (cm. OXÍGENO), vapor de agua, ácidos diluidos. En presencia de agentes complejantes fuertes o agentes oxidantes, el Ge reacciona con ácidos cuando se calienta:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO3 conc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reacciona con agua regia (cm. AGUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge interactúa con soluciones alcalinas en presencia de agentes oxidantes:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Cuando se calienta en el aire a 700 °C, el Ge se enciende. Ge interactúa fácilmente con los halógenos. (cm. HALÓGENO) y gris (cm. AZUFRE):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Con hidrógeno (cm. HIDRÓGENO), nitrógeno (cm. NITRÓGENO), carbón (cm. CARBÓN) el germanio no reacciona directamente; los compuestos con estos elementos se obtienen indirectamente. Por ejemplo, el nitruro Ge 3 N 4 se forma disolviendo diyoduro de germanio GeI 2 en amoníaco líquido:
GeI 2 + NH 3 líquido -> n -> Ge 3 N 4
El óxido de germanio (IV), GeO 2, es una sustancia cristalina blanca que existe en dos modificaciones. Una de las modificaciones es parcialmente soluble en agua con la formación de ácidos germánicos complejos. Exhibe propiedades anfóteras.
GeO 2 interactúa con los álcalis como un óxido ácido:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interactúa con los ácidos:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Los tetrahaluros son compuestos no polares que se hidrolizan fácilmente con agua.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Los tetrahaluros se obtienen por reacción directa:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
o descomposición térmica:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Los hidruros de germanio son similares en propiedades químicas a los hidruros de silicio, pero el GeH 4 monogermano es más estable que el SiH 4 monosilano. Los germanos forman series homólogas Gen H 2n+2, Gen H 2n y otras, pero estas series son más cortas que las de los silanos.
Monogerman GeH 4 es un gas estable en el aire y no reacciona con el agua. Durante el almacenamiento prolongado, se descompone en H 2 y Ge. El monogermano se obtiene reduciendo dióxido de germanio GeO 2 con borohidruro de sodio NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Se forma un monóxido de GeO muy inestable mediante el calentamiento moderado de una mezcla de germanio y dióxido de GeO 2:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Los compuestos de Ge (II) son fácilmente desproporcionados para liberar Ge:
2GeCl2 -> Ge + GeCl4
El disulfuro de germanio GeS 2 es una sustancia blanca amorfa o cristalina, obtenida por precipitación de H 2 S a partir de soluciones ácidas de GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 se disuelve en álcalis y sulfuros de amonio o metales alcalinos:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge puede formar parte de compuestos orgánicos. Se conocen (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH y otros.
Solicitud
El germanio es un material semiconductor utilizado en tecnología y radioelectrónica en la producción de transistores y microcircuitos. Las finas películas de Ge depositadas sobre vidrio se utilizan como resistencias en instalaciones de radar. Las aleaciones de Ge con metales se utilizan en sensores y detectores. El dióxido de germanio se utiliza en la producción de vasos que transmiten radiación infrarroja.

diccionario enciclopédico. 2009 .

Sinónimos:

Vea qué es “germanio” en otros diccionarios:

Elemento químico descubierto en 1886 en el raro mineral argirodita, encontrado en Sajonia. Diccionario palabras extranjeras, incluido en el idioma ruso. Chudinov A.N., 1910. germanio (llamado así en honor a la patria del científico que descubrió el elemento) químico. elemento... ... Diccionario de palabras extranjeras de la lengua rusa.

- (germanio), Ge, elemento químico del grupo IV del sistema periódico, número atómico 32, masa atómica 72,59; no metal; material semiconductor. El germanio fue descubierto por el químico alemán K. Winkler en 1886... enciclopedia moderna

germanio- Ge Elemento del grupo IV Periódico. sistemas; en. norte. 32, en. 72,59; TELEVISOR artículo con metálico brillar. El Ge natural es una mezcla de cinco isótopos estables con números de masa 70, 72, 73, 74 y 76. La existencia y las propiedades del Ge fueron predichas en 1871 por D.I.... ... Guía del traductor técnico

Germanio- (germanio), Ge, elemento químico del grupo IV del sistema periódico, número atómico 32, masa atómica 72,59; no metal; material semiconductor. El germanio fue descubierto por el químico alemán K. Winkler en 1886. ... Diccionario enciclopédico ilustrado

- (latín germanio) Ge, elemento químico del grupo IV del sistema periódico, número atómico 32, masa atómica 72,59. Nombrado del latín Germania Alemania, en honor a la tierra natal de K. A. Winkler. Cristales de color gris plateado; densidad 5,33 g/cm3, punto de fusión 938,3 ... Gran diccionario enciclopédico

- (símbolo Ge), elemento metálico de color blanco grisáceo del grupo IV de la tabla periódica de MENDELEEV, en el que se predijeron las propiedades de elementos aún no descubiertos, en particular el germanio (1871). El elemento fue descubierto en 1886. Un subproducto de la fundición del zinc... ... Diccionario enciclopédico científico y técnico.

Ge (del latín Germania Alemania * a. germanio; n. germanio; f. germanio; i. germanio), químico. elemento del grupo IV periódico. Sistema Mendeleev, en.sci. 32, en. 72,59. El gas natural se compone de 4 isótopos estables 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Enciclopedia geológica

- (Ge), sintético monocristal, PP, grupo de simetría puntual m3m, densidad 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, sólido. en la escala de Mohs 6, en. 72,60. Transparente en la región IR de 1,5 a 20 micrones; ópticamente anisotrópico, para coeficiente l=1,80 µm. refracción n=4,143.… … Enciclopedia física

Sustantivo, número de sinónimos: 3 semiconductor (7) eca-silicio (1) elemento (159) ... Diccionario de sinónimos

GERMANIO- química. elemento, símbolo Ge (lat. Germanio), en. norte. 32, en. 72,59; Sustancia cristalina frágil de color gris plateado, densidad 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Dispersos en la naturaleza; se extrae principalmente procesando blenda de zinc y... ... Gran Enciclopedia Politécnica

El germanio es un elemento químico con número atómico 32 en la tabla periódica, simbolizado por el símbolo Ge (alemán). Germanio).

Historia del descubrimiento del germanio.

La existencia del elemento eca-silicio, un análogo del silicio, fue predicha por D.I. Mendeleev allá por 1871. Y en 1886, uno de los profesores de la Academia de Minería de Freiberg descubrió un nuevo mineral de plata: la argirodita. Luego, este mineral fue entregado al profesor de química técnica Clemens Winkler para su análisis completo.

Esto no fue casualidad: Winkler, de 48 años, fue considerado mejor analista academia.

Muy rápidamente descubrió que el mineral contenía 74,72% de plata, 17,13% de azufre, 0,31% de mercurio, 0,66% de óxido ferroso y 0,22% de óxido de zinc. Y casi el 7% del peso del nuevo mineral correspondía a algún elemento incomprensible, probablemente aún desconocido. Winkler aisló el componente no identificado argyrodpt, estudió sus propiedades y se dio cuenta de que efectivamente había encontrado un nuevo elemento: el escaplicium predicho por Mendeleev. Esta es la breve historia del elemento con número atómico 32.

Sin embargo, sería un error pensar que el trabajo de Winkler se desarrolló sin contratiempos y sin problemas. Esto es lo que Mendeleev escribe sobre esto en las adiciones al octavo capítulo de "Fundamentos de química": "Al principio (febrero de 1886), la falta de material, la falta de espectro en la llama del quemador y la solubilidad de muchos compuestos de germanio hicieron que fuera difícil para la investigación de Winkler...” Preste atención al “espectro de falta en la llama”. ¿Cómo es eso? Al fin y al cabo, en 1886 ya existía el método de análisis espectral; Con este método ya se descubrieron rubidio, cesio, talio e indio en la Tierra y helio en el Sol. Los científicos sabían con certeza que cada elemento químico tiene un espectro completamente individual y, de repente, ¡no hay espectro!

La explicación vino después. El germanio tiene líneas espectrales características, con longitudes de onda de 2651,18, 3039,06 Ǻ y varias más. Pero todos se encuentran en la parte invisible ultravioleta del espectro, y se puede considerar afortunado que la adhesión de Winkler a los métodos tradicionales de análisis condujeran al éxito.

El método utilizado por Winkler para aislar el germanio es similar a uno de los métodos industriales actuales para obtener el elemento número 32. Primero, el germanio contenido en la argarodnita se convirtió en dióxido y luego este polvo blanco se calentó a 600...700°C en una atmósfera de hidrógeno. La reacción es obvia: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Así se obtuvo por primera vez germanio relativamente puro. Inicialmente, Winkler tenía la intención de nombrar al nuevo elemento neptunio, en honor al planeta Neptuno. (Al igual que el elemento 32, este planeta fue predicho antes de ser descubierto). Pero luego resultó que ese nombre ya había sido asignado a un elemento descubierto falsamente y, no queriendo comprometer su descubrimiento, Winkler abandonó su primera intención. Tampoco aceptó la propuesta de nombrar el nuevo elemento angularium, es decir. “angular, controvertido” (y este descubrimiento realmente causó mucha controversia). Es cierto que el químico francés Rayon, que propuso tal idea, dijo más tarde que su propuesta no era más que una broma. Winkler nombró al nuevo elemento germanio en honor a su país, y el nombre permaneció.

Encontrar germanio en la naturaleza

Cabe señalar que durante la evolución geoquímica de la corteza terrestre, una cantidad significativa de germanio fue arrastrada desde la mayor parte de la superficie terrestre hacia los océanos, por lo que en la actualidad la cantidad de este oligoelemento contenida en el suelo es extremadamente insignificante.

El contenido total de germanio en la corteza terrestre es 7 × 10 −4% en masa, es decir, más que, por ejemplo, el antimonio, la plata y el bismuto. Debido a su contenido insignificante en la corteza terrestre y a su afinidad geoquímica con algunos elementos muy extendidos, el germanio muestra una capacidad limitada para formar sus propios minerales, disipándose en las redes de otros minerales. Por lo tanto, los minerales propios del germanio son extremadamente raros. Casi todas son sulfosales: germanita Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), argirodita Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), confieldita Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (hasta 2% Ge), etc. La mayor parte del germanio se encuentra disperso en la corteza terrestre en una gran cantidad de rocas y minerales. Por ejemplo, en algunas esfaleritas el contenido de germanio alcanza kilogramos por tonelada, en enargitas hasta 5 kg/t, en piragirita hasta 10 kg/t, en sulvanita y frankeita 1 kg/t, en otros sulfuros y silicatos - cientos y decenas. de g/t. El germanio se concentra en depósitos de muchos metales: en minerales de sulfuro de metales no ferrosos, en minerales de hierro, en algunos minerales de óxido (cromita, magnetita, rutilo, etc.), en granitos, diabasas y basaltos. Además, el germanio está presente en casi todos los silicatos, en algunos depósitos de carbón y petróleo.

Recibo Alemania

El germanio se obtiene principalmente de subproductos del procesamiento de minerales metálicos no ferrosos (blenda de zinc, concentrados polimetálicos de zinc, cobre y plomo) que contienen entre un 0,001 y un 0,1% de germanio. También se utilizan como materias primas las cenizas de la combustión del carbón, el polvo de los generadores de gas y los residuos de las plantas de coque. Inicialmente, el concentrado de germanio (2-10% Alemania) se obtiene de las fuentes enumeradas de diversas maneras, dependiendo de la composición de las materias primas. La extracción de germanio del concentrado suele implicar los siguientes pasos:

1) cloración del concentrado con ácido clorhídrico, mezcla del mismo con cloro en medio acuoso u otros agentes clorantes para obtener GeCl 4 técnico. Para purificar GeCl 4 se utiliza la rectificación y extracción de impurezas con HCl concentrado.

2) Hidrólisis de GeCl 4 y calcinación de productos de hidrólisis para obtener GeO 2.

3) Reducción de GeO 2 con hidrógeno o amoniaco a metal. Para aislar el germanio muy puro, utilizado en dispositivos semiconductores, se lleva a cabo la fusión zonal del metal. El germanio monocristalino, necesario para la industria de los semiconductores, se obtiene normalmente mediante fusión por zonas o mediante el método de Czochralski.

GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O

El germanio de pureza semiconductora con un contenido de impurezas del 10 -3 -10 -4% se obtiene mediante fusión zonal, cristalización o termólisis de monogermano volátil GeH 4:

GeH 4 = Ge + 2H 2,

que se forma durante la descomposición de compuestos metálicos activos con Ge - germanidas por ácidos:

Mg2Ge + 4HCl = GeH4 – + 2MgCl2

El germanio se encuentra como impureza en minerales polimetálicos, de níquel y de tungsteno, así como en silicatos. Como resultado de operaciones complejas y laboriosas para el enriquecimiento y concentración del mineral, se aísla el germanio en forma de óxido de GeO 2, que se reduce con hidrógeno a 600 °C a una sustancia simple:

GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O.

Los monocristales de germanio se purifican y cultivan mediante el método de fusión por zonas.

El dióxido de germanio puro se obtuvo por primera vez en la URSS a principios de 1941. A partir de él se fabricaba vidrio de germanio con un índice de refracción de la luz muy alto. La investigación sobre el elemento número 32 y los métodos para su posible producción se reanudó después de la guerra, en 1947. Ahora, el germanio interesaba a los científicos soviéticos precisamente como semiconductor.

Propiedades físicas Alemania

En apariencia, el germanio puede confundirse fácilmente con el silicio.

El germanio cristaliza en una estructura cúbica tipo diamante, el parámetro de celda unitaria a = 5,6575 Å.

Este elemento no es tan fuerte como el titanio o el tungsteno. La densidad del germanio sólido es 5,327 g/cm 3 (25°C); líquido 5,557 (1000°C); tpl 937,5°C; punto de ebullición aproximadamente 2700°C; coeficiente de conductividad térmica ~60 W/(m K), o 0,14 cal/(cm seg deg) a 25 °C.

El germanio es casi tan frágil como el vidrio y puede comportarse en consecuencia. Incluso a temperaturas normales, pero por encima de 550°C, es susceptible a la deformación plástica. Dureza Alemania en la escala mineralógica 6-6,5; coeficiente de compresibilidad (en el rango de presión 0-120 H/m2, o 0-12000 kgf/mm2) 1,4·10-7 m2/mn (1,4·10-6 cm2/kgf); tensión superficial 0,6 n/m (600 dinas/cm). El germanio es un semiconductor típico con una banda prohibida de 1,104 · 10 -19 J o 0,69 eV (25°C); resistividad eléctrica Alemania alta pureza 0,60 ohm m (60 ohm cm) a 25°C; movilidad de electrones 3900 y movilidad de huecos 1900 cm 2 /v seg (25°C) (con un contenido de impurezas inferior al 10-8%).

Todas las modificaciones "inusuales" del germanio cristalino son superiores al Ge-I en conductividad eléctrica. La mención de esta propiedad en particular no es accidental: el valor de la conductividad eléctrica (o su valor inverso, la resistividad) es especialmente importante para un elemento semiconductor.

Propiedades químicas Alemania

En los compuestos químicos, el germanio suele presentar valencia 4 o 2. Los compuestos con valencia 4 son más estables. En condiciones normales, es resistente al aire y al agua, a los álcalis y ácidos, soluble en agua regia y en una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. Se utilizan aleaciones de germanio y vidrio a base de dióxido de germanio.

En los compuestos químicos, el germanio suele exhibir valencias de 2 y 4, siendo los compuestos de germanio de 4 valencias más estables. A temperatura ambiente, el germanio es resistente al aire, al agua, a las soluciones alcalinas y a los ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos, pero se disuelve fácilmente en agua regia y una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. Se oxida lentamente con ácido nítrico. Cuando se calienta en aire a 500-700°C, el germanio se oxida a los óxidos GeO y GeO 2. Óxido de Alemania (IV) - polvo blanco con punto de fusión 1116°C; solubilidad en agua 4,3 g/l (20°C). Según sus propiedades químicas, es anfótero, soluble en álcalis y difícilmente en ácidos minerales. Se obtiene por calcinación del precipitado de hidrato (GeO 3 ·nH 2 O) liberado durante la hidrólisis del tetracloruro de GeCl 4. Al fusionar GeO 2 con otros óxidos, se pueden obtener derivados del ácido germánico: germanatos metálicos (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 y otros), sustancias sólidas con altos puntos de fusión.

Cuando el germanio reacciona con los halógenos, se forman los correspondientes tetrahaluros. La reacción se desarrolla más fácilmente con flúor y cloro (ya a temperatura ambiente), luego con bromo (bajo calentamiento) y con yodo (a 700-800°C en presencia de CO). Uno de los compuestos más importantes de Alemania, el tetracloruro GeCl 4, es un líquido incoloro; t pl -49,5°C; punto de ebullición 83,1°C; densidad 1,84 g/cm 3 (20°C). Se hidroliza fuertemente con agua, liberando un precipitado de óxido hidratado (IV). Se obtiene clorando germanio metálico o haciendo reaccionar GeO 2 con HCl concentrado. También se conocen dihaluros de germanio de fórmula general GeX 2, monocloruro de GeCl, hexaclorodigermano Ge 2 Cl 6 y oxicloruros de germanio (por ejemplo, CeOCl 2).

El azufre reacciona vigorosamente con el germanio a 900-1000°C para formar disulfuro GeS 2, un sólido blanco con punto de fusión de 825°C. También se describen el monosulfuro de GeS y compuestos similares de Alemania con selenio y telurio, que son semiconductores. El hidrógeno reacciona ligeramente con el germanio a 1000-1100 °C para formar germine (GeH) X, un compuesto inestable y muy volátil. Haciendo reaccionar germanuros con ácido clorhídrico diluido se pueden obtener hidrógenos de germanuros de la serie Ge n H 2n+2 hasta Ge 9 H 20. También se conoce el germileno de la composición GeH2. El germanio no reacciona directamente con el nitrógeno, sin embargo, existe un nitruro Ge 3 N 4, que se obtiene por acción del amoníaco sobre el germanio a 700-800°C. El germanio no interactúa con el carbono. El germanio forma compuestos con muchos metales: las germanidas.

Se conocen numerosos compuestos complejos de germanio, que adquieren cada vez más importancia tanto en la química analítica del germanio como en los procesos de su preparación. El germanio forma compuestos complejos con moléculas orgánicas que contienen hidroxilo (alcoholes polihídricos, ácidos polibásicos y otros). Se obtuvieron heteropoliácidos de Alemania. Al igual que otros elementos del grupo IV, el germanio se caracteriza por la formación de compuestos organometálicos, un ejemplo de los cuales es el tetraetilgermano (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Compuestos de germanio divalente.

Hidruro de germanio (II) GeH 2. Polvo blanco inestable (en el aire o en el oxígeno se descompone explosivamente). Reacciona con álcalis y bromo.

Polímero de monohidruro de germanio (II) (poligermina) (GeH2) n. Polvo de color negro pardusco. Es poco soluble en agua, se descompone instantáneamente en el aire y explota cuando se calienta a 160 o C al vacío o en una atmósfera de gas inerte. Se forma durante la electrólisis del germanuro de sodio NaGe.

Óxido de germanio (II) GeO. Cristales negros con propiedades básicas. Se descompone a 500°C en GeO 2 y Ge. Se oxida lentamente en agua. Ligeramente soluble en ácido clorhídrico. Muestra propiedades reparadoras. Se obtiene por acción del CO 2 sobre germanio metálico calentado a 700-900 o C, por álcalis sobre cloruro de germanio (II), por calcinación de Ge(OH) 2 o por reducción de GeO 2 .

Hidróxido de germanio (II) Ge(OH)2. Cristales de color rojo anaranjado. Cuando se calienta, se convierte en GeO. Muestra carácter anfótero. Se obtiene tratando sales de germanio (II) con álcalis e hidrólisis de sales de germanio (II).

Fluoruro de germanio (II) GeF 2 . Cristales higroscópicos incoloros, punto de fusión =111°C. Se obtiene por la acción del vapor de GeF 4 sobre el germanio metálico cuando se calienta.

Cloruro de germanio (II) GeCl 2 . Cristales incoloros. t pl = 76,4°C, t ebullición = 450°C. A 460°C se descompone en GeCl 4 y germanio metálico. Hidrolizado en agua, ligeramente soluble en alcohol. Se obtiene por la acción del vapor de GeCl 4 sobre el germanio metálico cuando se calienta.

Bromuro de germanio (II) GeBr 2 . Cristales transparentes en forma de aguja. t pl = 122°C. Se hidroliza con agua. Ligeramente soluble en benceno. Se disuelve en alcohol, acetona. Se obtiene haciendo reaccionar hidróxido de germanio (II) con ácido bromhídrico. Cuando se calienta, se desproporciona en germanio metálico y bromuro de germanio (IV).

Yoduro de germanio (II) GeI 2. Placas hexagonales amarillas, diamagnéticas. t pl =460 o C. Ligeramente soluble en cloroformo y tetracloruro de carbono. Cuando se calienta por encima de 210°C, se descompone en germanio metálico y tetrayoduro de germanio. Se obtiene por reducción del yoduro de germanio (II) con ácido hipofosfórico o descomposición térmica del tetrayoduro de germanio.

Sulfuro de germanio (II) GeS. Obtenido seco: cristales opacos rómbicos brillantes de color negro grisáceo. t pl = 615°C, la densidad es 4,01 g/cm 3. Ligeramente soluble en agua y amoniaco. Se disuelve en hidróxido de potasio. Se obtiene por método húmedo un sedimento amorfo de color marrón rojizo, con una densidad de 3,31 g/cm 3. Se disuelve en ácidos minerales y polisulfuro de amonio. Se obtiene calentando germanio con azufre o haciendo pasar sulfuro de hidrógeno a través de una solución de sal de germanio (II).

Compuestos de germanio tetravalente.

Hidruro de germanio (IV) GeH 4 . Gas incoloro (densidad 3,43 g/cm 3 ). Es venenoso, huele muy desagradable, hierve a -88 o C, se funde a unos -166 o C y se disocia térmicamente por encima de 280 o C. Al pasar GeH 4 a través de un tubo calentado, se obtiene un espejo brillante de germanio metálico en su superficie. paredes. Se obtiene por acción del LiAlH 4 sobre cloruro de germanio (IV) en éter o tratando una solución de cloruro de germanio (IV) con zinc y ácido sulfúrico.

Óxido de germanio (IV) GeO 2 . Existe en forma de dos modificaciones cristalinas (hexagonal con una densidad de 4,703 g/cm 3 y tetraédrica con una densidad de 6,24 g/cm 3 ). Ambos son estables al aire. Ligeramente soluble en agua. t pl =1116 o C, t hervir =1200 o C. Muestra carácter anfótero. El aluminio, el magnesio y el carbono lo reducen a germanio metálico cuando se calienta. Se obtiene por síntesis a partir de elementos, calcinación de sales de germanio con ácidos volátiles, oxidación de sulfuros, hidrólisis de tetrahaluros de germanio, tratamiento de germanitas de metales alcalinos con ácidos y germanio metálico con ácidos sulfúrico o nítrico concentrados.

Fluoruro de germanio (IV) GeF4. Gas incoloro que humea en el aire. t pl =-15 o C, t hervir =-37°C. Se hidroliza con agua. Obtenido por descomposición del tetrafluorogermanato de bario.

Cloruro de germanio (IV) GeCl 4 . Líquido incoloro. t pl = -50 o C, t hervir = 86 o C, la densidad es 1,874 g/cm 3. Se hidroliza con agua, se disuelve en alcohol, éter, disulfuro de carbono, tetracloruro de carbono. Se prepara calentando germanio con cloro y haciendo pasar cloruro de hidrógeno a través de una suspensión de óxido de germanio (IV).

Bromuro de germanio (IV) GeBr 4 . Cristales octaédricos incoloros. t pl =26 o C, t hervir =187 o C, la densidad es 3,13 g/cm 3. Se hidroliza con agua. Se disuelve en benceno, disulfuro de carbono. Se obtiene haciendo pasar vapor de bromo sobre germanio metálico calentado o por la acción del ácido bromhídrico sobre óxido de germanio (IV).

Yoduro de germanio (IV) GeI 4 . Cristales octaédricos de color amarillo anaranjado, t pl =146 o C, t pb =377 o C, densidad 4,32 g/cm 3 . A 445 o C se descompone. Se disuelve en benceno, disulfuro de carbono y se hidroliza con agua. En el aire se descompone gradualmente en yoduro de germanio (II) y yodo. Agrega amoníaco. Se obtiene haciendo pasar vapor de yodo sobre germanio calentado o por la acción del ácido yodhídrico sobre óxido de germanio (IV).

Sulfuro de germanio (IV) GeS 2. Polvo cristalino blanco, t pl =800 o C, densidad 3,03 g/cm 3. Es ligeramente soluble en agua y se hidroliza lentamente en ella. Se disuelve en amoníaco, sulfuro de amonio y sulfuros de metales alcalinos. Se obtiene calentando óxido de germanio (IV) en una corriente de dióxido de azufre con azufre o haciendo pasar sulfuro de hidrógeno a través de una solución de sal de germanio (IV).

Sulfato de germanio (IV) Ge(SO 4) 2. Cristales incoloros, densidad 3,92 g/cm 3 . Se descompone a 200 o C. Reducido por carbón o azufre a sulfuro. Reacciona con agua y soluciones alcalinas. Se prepara calentando cloruro de germanio (IV) con óxido de azufre (VI).

Isótopos de germanio

En la naturaleza se encuentran cinco isótopos: 70 Ge (20,55% en peso), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67%). Los primeros cuatro son estables, el quinto (76 Ge) sufre una doble desintegración beta con una vida media de 1,58×10 21 años. Además, existen dos artificiales de “larga vida”: 68 Ge (vida media 270,8 días) y 71 Ge (vida media 11,26 días).

Aplicación de germanio

El germanio se utiliza en la producción de óptica. Debido a su transparencia en la región infrarroja del espectro, el germanio metálico de pureza ultraalta tiene una importancia estratégica en la producción de elementos ópticos para la óptica infrarroja. En ingeniería de radio, los transistores de germanio y los diodos detectores tienen características diferentes a las de silicio, debido al menor voltaje de encendido de la unión pn del germanio: 0,4 V frente a 0,6 V para los dispositivos de silicio.

Para más detalles, consulte el artículo sobre el uso del germanio.

Papel biológico del germanio.

El germanio se encuentra en organismos animales y vegetales. Pequeñas cantidades de germanio no tienen ningún efecto fisiológico en las plantas, pero son tóxicas en grandes cantidades. El germanio no es tóxico para los mohos.

El germanio tiene baja toxicidad para los animales. Los compuestos de germanio no tienen efectos farmacológicos. La concentración permitida de germanio y su óxido en el aire es de 2 mg/m³, es decir, la misma que para el polvo de amianto.

Los compuestos de germanio divalente son mucho más tóxicos.

En experimentos que determinaron la distribución del germanio orgánico en el cuerpo 1,5 horas después de su administración oral, se obtuvieron los siguientes resultados: grandes cantidades de germanio orgánico están contenidas en el estómago, el intestino delgado, la médula ósea, el bazo y la sangre. Además, su alto contenido en el estómago y los intestinos demuestra que el proceso de absorción en la sangre tiene un efecto prolongado.

El alto contenido de germanio orgánico en la sangre permitió al Dr. Asai proponer la siguiente teoría sobre el mecanismo de su acción en el cuerpo humano. Se supone que en la sangre el germanio orgánico se comporta de manera similar a la hemoglobina, que también lleva una carga negativa y, como la hemoglobina, participa en el proceso de transferencia de oxígeno en los tejidos del cuerpo. Esto previene el desarrollo de deficiencia de oxígeno (hipoxia) a nivel de tejido. El germanio orgánico previene el desarrollo de la llamada hipoxia sanguínea, que ocurre cuando disminuye la cantidad de hemoglobina capaz de unir oxígeno (una disminución en la capacidad de oxígeno de la sangre) y se desarrolla durante la pérdida de sangre, la intoxicación por monóxido de carbono y la exposición a la radiación. El sistema nervioso central, el músculo cardíaco, el tejido renal y el hígado son los más sensibles a la deficiencia de oxígeno.

Como resultado de los experimentos, también se encontró que el germanio orgánico promueve la inducción de interferones gamma, que suprimen los procesos de reproducción de células que se dividen rápidamente y activan células específicas (T-killers). Las principales direcciones de acción de los interferones a nivel corporal son la protección antiviral y antitumoral, las funciones inmunomoduladoras y radioprotectoras del sistema linfático.

En el proceso de estudio de tejidos patológicos y tejidos con signos primarios de enfermedades, se encontró que siempre se caracterizan por una falta de oxígeno y la presencia de radicales de hidrógeno H + cargados positivamente. Los iones H+ tienen un efecto extremadamente negativo en las células del cuerpo humano, incluso hasta el punto de causarles la muerte. Los iones de oxígeno, al tener la capacidad de combinarse con iones de hidrógeno, permiten compensar selectiva y localmente el daño a las células y tejidos causado por los iones de hidrógeno. El efecto del germanio sobre los iones de hidrógeno se debe a su forma orgánica: la forma sesquióxido. En la preparación del artículo se utilizaron materiales de A. N. Suponenko.

El germanio (del latín germanio), denominado “Ge”, es un elemento del grupo IV del sistema periódico de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev; el número atómico del elemento es 32, la masa atómica es 72,59. El germanio es una sustancia sólida con brillo metálico y color blanco grisáceo. Aunque el color del germanio es un concepto bastante relativo, todo depende del tratamiento superficial del material. A veces puede ser gris como el acero, a veces plateado y a veces completamente negro. Externamente, el germanio está bastante cerca del silicio. Estos elementos no sólo son similares entre sí, sino que también tienen en gran medida las mismas propiedades semiconductoras. Su principal diferencia es que el germanio pesa más del doble que el silicio.

El germanio, que se encuentra en la naturaleza, es una mezcla de cinco isótopos estables con números másicos 76, 74, 73, 32, 70. En 1871, el famoso químico, el "padre" de la tabla periódica, Dmitri Ivanovich Mendeleev, predijo las propiedades y existencia del germanio. Llamó al elemento desconocido en ese momento “exasilicio”, porque. las propiedades de la nueva sustancia eran en muchos aspectos similares a las del silicio. En 1886, después de estudiar el mineral argirdita, el químico alemán K. Winkler, de cuarenta y ocho años, descubrió un elemento químico completamente nuevo en la mezcla natural.

Al principio, el químico quiso llamar al elemento neptunio, porque el planeta Neptuno también fue predicho mucho antes de su descubrimiento, pero luego se enteró de que este nombre ya se había utilizado en el falso descubrimiento de uno de los elementos, por lo que Winkler decidió abandonar este nombre. Se le pidió al científico que nombrara el elemento angularium, que significa "controvertido, angular", pero Winkler no estuvo de acuerdo con este nombre, aunque el elemento número 32 realmente causó mucha controversia. El científico era de nacionalidad alemana, por lo que finalmente decidió llamar al elemento germanio, en honor a su país natal, Alemania.

Como resultó más tarde, el germanio resultó ser nada más que el "exasilicio" descubierto anteriormente. Hasta la segunda mitad del siglo XX, la utilidad práctica del germanio era bastante estrecha y limitada. La producción industrial de metal comenzó sólo como resultado del inicio de la producción industrial de electrónica semiconductora.

El germanio es un material semiconductor muy utilizado en electrónica y tecnología, así como en la producción de microcircuitos y transistores. Los sistemas de radar utilizan películas delgadas de germanio, que se depositan sobre vidrio y se utilizan como resistencias. En detectores y sensores se utilizan aleaciones con germanio y metales.

El elemento no tiene tanta resistencia como el tungsteno o el titanio, no sirve como una fuente inagotable de energía como el plutonio o el uranio, la conductividad eléctrica del material también está lejos de ser la más alta y, en la tecnología industrial, el metal principal es el hierro. A pesar de esto, el germanio es uno de los componentes más importantes del progreso técnico de nuestra sociedad, porque incluso antes de que el silicio comenzara a utilizarse como material semiconductor.

Al respecto cabría preguntarse: ¿Qué son la semiconductora y los semiconductores? Incluso los expertos no pueden responder a esta pregunta con precisión, porque... podemos hablar de la propiedad específicamente considerada de los semiconductores. También existe una definición exacta, pero sólo procedente del ámbito del folclore: un semiconductor es un conductor para dos coches.

Una barra de germanio cuesta casi lo mismo que una barra de oro. El metal es muy frágil, casi como el vidrio, por lo que si se le cae un lingote de este tipo, existe una alta probabilidad de que el metal simplemente se rompa.

Germanio metal, propiedades.

Propiedades biológicas

El germanio fue el más utilizado para necesidades médicas en Japón. Los resultados de las pruebas de compuestos de organogermanio en animales y humanos han demostrado que pueden tener un efecto beneficioso en el organismo. En 1967, el Dr. japonés K. Asai descubrió que el germanio orgánico tiene amplios efectos biológicos.

Entre todas sus propiedades biológicas cabe destacar:

- asegurar la transferencia de oxígeno a los tejidos del cuerpo;
- aumentar el estado inmunológico del cuerpo;
- manifestación de actividad antitumoral.

Posteriormente, los científicos japoneses crearon el primer producto médico del mundo que contiene germanio: "germanio - 132".

En Rusia, el primer fármaco nacional que contenía germanio orgánico apareció recién en el año 2000.

Los procesos de evolución bioquímica de la superficie de la corteza terrestre no afectaron De la mejor manera posible contiene germanio. La mayor parte del elemento ha sido arrastrado desde la tierra a los océanos, por lo que su contenido en el suelo sigue siendo bastante bajo.

Entre las plantas que tienen la capacidad de absorber germanio del suelo, el líder es el ginseng (germanio hasta un 0,2%). El germanio también se encuentra en el ajo, el alcanfor y el aloe, que se utilizan tradicionalmente en el tratamiento de diversas enfermedades humanas. En la vegetación, el germanio se encuentra en forma de semióxido de carboxietilo. Ahora es posible sintetizar sesquioxanos con un fragmento de pirimidina, compuestos orgánicos de germanio. Este compuesto tiene una estructura similar al natural, como la raíz de ginseng.

El germanio puede clasificarse como un oligoelemento raro. Está presente en una gran cantidad de productos diferentes, pero en dosis mínimas. La ingesta diaria de germanio orgánico se fija en 8-10 mg. Una evaluación de 125 productos alimenticios mostró que alrededor de 1,5 mg de germanio ingresan al cuerpo diariamente con los alimentos. El contenido de microelementos en 1 g de alimento crudo es de aproximadamente 0,1 a 1,0 mcg. El germanio se encuentra en la leche, el jugo de tomate, el salmón y los frijoles. Pero para satisfacer las necesidades diarias de germanio, conviene beber 10 litros de jugo de tomate al día o comer unos 5 kilogramos de salmón. Desde el punto de vista del coste de estos productos, de las propiedades fisiológicas humanas y del sentido común, tampoco es posible consumir tales cantidades de productos que contengan germanio. En Rusia, alrededor del 80-90% de la población tiene deficiencia de germanio, por lo que se han desarrollado preparados especiales.

Los estudios prácticos han demostrado que el germanio en el cuerpo es más abundante en los intestinos, el estómago, el bazo, la médula ósea y la sangre. El alto contenido del microelemento en los intestinos y el estómago indica un efecto prolongado de la absorción del fármaco en la sangre. Se supone que el germanio orgánico se comporta en la sangre aproximadamente de la misma manera que la hemoglobina, es decir, Tiene carga negativa y participa en la transferencia de oxígeno a los tejidos. Así, previene el desarrollo de hipoxia a nivel tisular.

Como resultado de repetidos experimentos, se ha demostrado la capacidad del germanio para activar las células T asesinas y promover la inducción de interferones gamma, que inhiben el proceso de reproducción de las células que se dividen rápidamente. La principal dirección de acción de los interferones es antitumoral y protección antivirus, funciones radioprotectoras e inmunomoduladoras del sistema linfático.

El germanio en forma de sesquióxido tiene la capacidad de actuar sobre los iones de hidrógeno H+, suavizando su efecto destructivo sobre las células del cuerpo. Una garantía del excelente funcionamiento de todos los sistemas del cuerpo humano es el suministro ininterrumpido de oxígeno a la sangre y a todos los tejidos. El germanio orgánico no sólo suministra oxígeno a todos los puntos del cuerpo, sino que también favorece su interacción con los iones de hidrógeno.

- El germanio es un metal, pero su fragilidad se puede comparar con la del vidrio.
- Algunos libros de referencia afirman que el germanio tiene un color plateado. Pero esto no se puede decir, porque el color del germanio depende directamente del método de tratamiento de la superficie del metal. A veces puede aparecer casi negro, otras veces tiene un color acero y en ocasiones puede ser plateado.
- El germanio fue descubierto en la superficie del sol, así como en meteoritos caídos del espacio.
- El primer compuesto organoelemental del germanio lo obtuvo el descubridor del elemento Clemens Winkler a partir del tetracloruro de germanio en 1887, fue el tetraetilgermanio. De todos los compuestos organoelementales de germanio obtenidos en la etapa actual, ninguno es venenoso. Al mismo tiempo, la mayoría de los microelementos organoestaño y plomo, que son análogos del germanio en sus propiedades físicas, son tóxicos.
- Dmitry Ivanovich Mendeleev predijo tres elementos químicos incluso antes de su descubrimiento, incluido el germanio, y llamó al elemento ekasilicio debido a su similitud con el silicio. La predicción del famoso científico ruso fue tan precisa que simplemente asombró a los científicos, incl. y Winkler, quien descubrió el germanio. El peso atómico según Mendeleev era 72, en realidad era 72,6; el peso específico según Mendeleev era 5,5; en realidad, 5,469; el volumen atómico según Mendeleev era 13, en realidad 13,57; el óxido más alto según Mendeleev es EsO2, en realidad - GeO2, su peso específico según Mendeleev era 4,7, en realidad - 4,703; compuesto de cloruro según Mendeleev EsCl4 - líquido, punto de ebullición aproximadamente 90°C, en realidad - compuesto de cloruro GeCl4 - líquido, punto de ebullición 83°C, compuesto con hidrógeno según Mendeleev EsH4 es gaseoso, compuesto con hidrógeno en realidad - GeH4 gaseoso; Compuesto organometálico según Mendeleev Es(C2H5)4, punto de ebullición 160 °C, compuesto organometálico real Ge(C2H5)4 punto de ebullición 163,5 °C. Como puede verse en la información analizada anteriormente, la predicción de Mendeleev fue sorprendentemente precisa.
- El 26 de febrero de 1886, Clemens Winkler comenzaba una carta a Mendeleev con las palabras "Estimado señor". De manera bastante educada, le contó al científico ruso sobre el descubrimiento de un nuevo elemento llamado germanio, que en sus propiedades no era otra cosa que el “ecasilicio” previamente predicho por Mendeleev. La respuesta de Dmitry Ivanovich Mendeleev no fue menos educada. El científico estuvo de acuerdo con el descubrimiento de su colega y llamó al germanio "la corona de su sistema periódico" y a Winkler el "padre" del elemento digno de llevar esta "corona".
- El germanio, como semiconductor clásico, se ha convertido en la clave para resolver el problema de crear materiales superconductores que funcionen a la temperatura del hidrógeno líquido, pero no del helio líquido. Como sabes, el hidrógeno se transforma de un estado gaseoso a un estado líquido cuando alcanza una temperatura de –252,6°C o 20,5°K. En los años 70 se desarrolló una película de germanio y niobio, cuyo espesor era de sólo unos pocos miles de átomos. Esta película es capaz de mantener la superconductividad incluso cuando las temperaturas alcanzan los 23,2°K o menos.
- Cuando se cultiva un monocristal de germanio, se coloca un cristal de germanio – una “semilla” – sobre la superficie del germanio fundido, que se eleva gradualmente usando un dispositivo automático, y la temperatura de fusión es ligeramente superior al punto de fusión del germanio (937 °C). La "semilla" gira de modo que el monocristal, como dicen, "crece con carne" de manera uniforme por todos lados. Cabe señalar que durante dicho crecimiento sucede lo mismo que durante la zona de fusión, es decir. Casi solo el germanio pasa a la fase sólida y todas las impurezas permanecen en la masa fundida.

Historia

La existencia de un elemento como el germanio fue predicha en 1871 por Dmitry Ivanovich Mendeleev, debido a su similitud con el silicio, el elemento recibió el nombre de eca-silicio. En 1886, un profesor de la Academia de Minería de Freiberg descubrió la argirodita, un nuevo mineral de plata. Luego, este mineral fue examinado con bastante atención por el profesor de química técnica Clemens Winkler, realizando un análisis completo del mineral. Winkler, de 48 años, era considerado, con razón, el mejor analista de la Academia de Minería de Freiberg, por lo que tuvo la oportunidad de estudiar la argirodita.

En bastante poco tiempo, el profesor pudo brindar un informe sobre el porcentaje de diversos elementos en el mineral original: la plata en su composición era del 74,72%; azufre - 17,13%; óxido ferroso – 0,66%; mercurio – 0,31%; óxido de zinc (0,22%), pero casi el siete por ciento era parte de algún elemento desconocido que, al parecer, aún no había sido descubierto en ese momento lejano. En este sentido, Winkler decidió aislar un componente no identificado del argyrodpt, estudiar sus propiedades y, en el proceso de investigación, se dio cuenta de que en realidad había encontrado un elemento completamente nuevo: el escaplicium, predicho por D.I. Mendeleev.

Sin embargo, sería un error pensar que el trabajo de Winkler transcurrió sin contratiempos. Dmitry Ivanovich Mendeleev, además del octavo capítulo de su libro "Fundamentos de la química", escribe: "Al principio (febrero de 1886), la falta de material, así como la falta de espectro en la llama y la solubilidad del germanio compuestos, obstaculizaron seriamente la investigación de Winkler...” Vale la pena prestar atención a las palabras “falta de espectro”. ¿Pero cómo es eso? En 1886 ya existía un método de análisis espectral ampliamente utilizado. Con este método se descubrieron elementos como el talio, el rubidio, el indio, el cesio en la Tierra y el helio en el Sol. Los científicos ya sabían con certeza que cada elemento químico, sin excepción, tiene un espectro individual, ¡pero de repente ya no hay espectro!

La explicación de este fenómeno apareció un poco más tarde. El germanio tiene líneas espectrales características. Su longitud de onda es 2651,18; 3039.06 Ǻ y algunos más. Sin embargo, todos se encuentran dentro de la parte invisible ultravioleta del espectro; se puede considerar afortunado que Winkler sea partidario de los métodos de análisis tradicionales, porque fueron estos métodos los que lo llevaron al éxito.

El método de Winkler para obtener germanio a partir del mineral se acerca bastante a uno de los métodos industriales modernos para aislar el elemento 32. En primer lugar, el germanio, contenido en la argarodnita, se convirtió en dióxido. Luego, el polvo blanco resultante se calentó a una temperatura de 600-700 °C en una atmósfera de hidrógeno. En este caso, la reacción resultó obvia: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Fue mediante este método que se obtuvo por primera vez el elemento relativamente puro número 32, el germanio. Al principio, Winkler tenía la intención de llamar vanadio neptunio, en honor al planeta del mismo nombre, porque Neptuno, como el germanio, fue predicho por primera vez y solo luego encontrado. Pero luego resultó que este nombre ya se había utilizado una vez; un elemento químico que se descubrió falsamente se llamó neptunio. Winkler decidió no comprometer su nombre ni su descubrimiento y rechazó el neptunio. Un científico francés Rayon propuso, sin embargo, luego admitió que su propuesta era una broma, sugirió llamar al elemento angularium, es decir. “Controvertido, angular”, pero a Winkler tampoco le gustó este nombre. Como resultado, el científico eligió de forma independiente un nombre para su elemento y lo llamó germanio, en honor a su país natal, Alemania, y con el tiempo este nombre se estableció.

Hasta el 2do tiempo. Siglo XX El uso práctico del germanio siguió siendo bastante limitado. La producción industrial de metales surgió sólo en relación con el desarrollo de los semiconductores y la electrónica de semiconductores.

Estar en la naturaleza

El germanio se puede clasificar como oligoelemento. En la naturaleza, el elemento no se encuentra en forma libre. El contenido total de metales en la corteza terrestre de nuestro planeta en masa es 7 × 10 −4%%. Esto es más que el contenido de elementos químicos como la plata, el antimonio o el bismuto. Pero los propios minerales del germanio son bastante escasos y rara vez se encuentran en la naturaleza. Casi todos estos minerales son sulfosales, por ejemplo, germanita Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldita Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argirodita Ag8GeS6 y otros.

La mayor parte del germanio esparcido en la corteza terrestre se encuentra en una gran cantidad de rocas, así como en muchos minerales: minerales de sulfito de metales no ferrosos, minerales de hierro, algunos minerales oxidados (cromita, magnetita, rutilo y otros), granitos, diabasas y basaltos. En algunas esfaleritas, el contenido del elemento puede alcanzar varios kilogramos por tonelada, por ejemplo, en frankeita y sulvanita 1 kg/t, en enargitas el contenido de germanio es de 5 kg/t, en piragirita hasta 10 kg/t, y en otros silicatos y sulfuros, decenas y centenas de g/t. Una pequeña proporción de germanio está presente en casi todos los silicatos, así como en algunos depósitos de petróleo y carbón.

El principal mineral del elemento es el sulfito de germanio (fórmula GeS2). El mineral se encuentra como impureza en los sulfitos de zinc y otros metales. Los minerales de germanio más importantes son: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, estotita FeGe(OH) 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 y argirodita Ag 8 GeS 6 .

Alemania está presente en los territorios de todos los estados sin excepción. Pero ninguno de los países industrializados del mundo tiene depósitos industriales de este metal. El germanio es muy, muy difuso. En la Tierra, los minerales de este metal se consideran muy raros si contienen más de al menos un 1% de germanio. Estos minerales incluyen germanita, argirodita, ultrabasita, etc., incluidos los minerales descubiertos en las últimas décadas: esctotita, renerita, plumbogermanita y confildita. Los depósitos de todos estos minerales no pueden cubrir las necesidades de la industria moderna de este elemento químico raro e importante.

La mayor parte del germanio se encuentra disperso en minerales de otros elementos químicos y también se encuentra en aguas naturales, carbones, organismos vivos y suelo. Por ejemplo, el contenido de germanio en ordinario carbón a veces alcanza más del 0,1%. Pero esta cifra es bastante rara; normalmente la proporción de germanio es menor. Pero la antracita casi no contiene germanio.

Recibo

Al procesar sulfuro de germanio se obtiene óxido de GeO 2, que se reduce con ayuda de hidrógeno para obtener germanio libre.

En la producción industrial, el germanio se extrae principalmente como subproducto del procesamiento de minerales metálicos no ferrosos (blenda de zinc, concentrados polimetálicos de zinc, cobre y plomo que contienen entre 0,001 y 0,1% de germanio), cenizas de la combustión de carbón y algunos productos químicos de coque. productos.

Inicialmente, el concentrado de germanio (del 2% al 10% de germanio) se aísla de las fuentes discutidas anteriormente de varias maneras, cuya elección depende de la composición de la materia prima. Durante el procesamiento de carbones de boxeo, el germanio precipita parcialmente (del 5% al 10%) en agua de alquitrán y resina, de allí se extrae en combinación con tanino, después de lo cual se seca y se cuece a una temperatura de 400-500°C. . El resultado es un concentrado que contiene aproximadamente entre un 30 y un 40 % de germanio, del que se aísla el germanio en forma de GeCl 4 . El proceso de extracción de germanio de dicho concentrado, por regla general, incluye las mismas etapas:

1) El concentrado se clora utilizando de ácido clorhídrico, una mezcla de ácido y cloro en medio acuoso u otros agentes clorantes, que pueden dar lugar a GeCl 4 técnico. Para purificar GeCl 4 se utiliza la rectificación y extracción de impurezas con ácido clorhídrico concentrado.

2) Se lleva a cabo la hidrólisis de GeCl 4, los productos de la hidrólisis se calcinan para obtener óxido de GeO 2.

3) El GeO se reduce con hidrógeno o amoníaco hasta obtener metal puro.

Para obtener el germanio más puro, que se utiliza en equipos técnicos de semiconductores, se lleva a cabo la fusión zonal del metal. El germanio monocristalino necesario para la producción de semiconductores se obtiene normalmente mediante fusión por zonas o mediante el método de Czochralski.

El científico soviético V.A. desarrolló métodos para aislar el germanio de las aguas de alquitrán de las plantas de coque. Nazarenko. Esta materia prima no contiene más del 0,0003% de germanio; sin embargo, con la ayuda de extracto de roble, es fácil precipitar el germanio en forma de un complejo de tanido.

El componente principal del tanino es un éster de glucosa, que contiene un radical de ácido metadigálico, que se une al germanio, incluso si la concentración del elemento en la solución es muy baja. Del sedimento se puede obtener fácilmente un concentrado que contiene hasta un 45% de dióxido de germanio.

Las transformaciones posteriores dependerán poco del tipo de materia prima. El germanio se reduce con hidrógeno (como hizo Winkler en el siglo XIX), pero primero hay que aislar el óxido de germanio de numerosas impurezas. La exitosa combinación de cualidades de un compuesto de germanio resultó muy útil para resolver este problema.

Tetracloruro de germanio GeCl4. Es un líquido volátil que hierve a sólo 83,1°C. Por tanto, es muy conveniente purificarlo mediante destilación y rectificación (en columnas de cuarzo con relleno).

GeCl4 es casi insoluble en ácido clorhídrico. Esto significa que para limpiarlo se puede utilizar la disolución de impurezas con HCl.

El tetracloruro de germanio purificado se trata con agua y se purifica utilizando resinas de intercambio iónico. Un signo de la pureza requerida es un aumento de la resistividad del agua a 15-20 millones de ohmios cm.

La hidrólisis de GeCl4 se produce bajo la influencia del agua:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Puede notar que tenemos ante nosotros la ecuación de la reacción de producción de tetracloruro de germanio “escrita al revés”.

Luego viene la reducción de GeO2 utilizando hidrógeno purificado:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

El resultado es germanio en polvo, que se funde y luego se purifica mediante fusión zonal. Este método de purificación fue desarrollado en 1952 específicamente para la purificación de germanio.

Las impurezas necesarias para dar al germanio uno u otro tipo de conductividad se introducen en las etapas finales de producción, es decir, durante la fusión zonal, así como durante el crecimiento de un monocristal.

Solicitud

El germanio es un material semiconductor utilizado en electrónica y tecnología en la producción de microcircuitos y transistores. Las películas más finas de germanio se depositan sobre el vidrio y se utilizan como resistencia en instalaciones de radar. En la producción de detectores y sensores se utilizan aleaciones de germanio con diversos metales. El dióxido de germanio se utiliza ampliamente en la producción de vasos que transmiten radiación infrarroja.

El telururo de germanio ha servido durante mucho tiempo como material termoeléctrico estable y también como componente de aleaciones termoeléctricas (termo-fem con 50 μV/K). El germanio de pureza ultraalta desempeña un papel excepcionalmente estratégico en la fabricación de prismas y lentes para. óptica infrarroja. El mayor consumidor de germanio es la óptica infrarroja, que se utiliza en tecnología informática, sistemas de observación y guía de misiles, dispositivos de visión nocturna, cartografía y estudio de la superficie terrestre desde satélites. El germanio también se usa ampliamente en sistemas de fibra óptica (la adición de tetrafluoruro de germanio a las fibras de vidrio), así como en diodos semiconductores.

El germanio, como semiconductor clásico, se ha convertido en la clave para resolver el problema de crear materiales superconductores que funcionen a la temperatura del hidrógeno líquido, pero no del helio líquido. Como sabes, el hidrógeno se transforma de un estado gaseoso a un estado líquido cuando alcanza una temperatura de -252,6°C o 20,5°K. En los años 70 se desarrolló una película de germanio y niobio, cuyo espesor era de sólo unos pocos miles de átomos. Esta película es capaz de mantener la superconductividad incluso cuando las temperaturas alcanzan los 23,2°K o menos.

Fusionando indio en la placa de HES, creando así un área con la llamada conductividad de orificio, se obtiene un dispositivo rectificador, es decir. diodo. Un diodo tiene la propiedad de hacer pasar corriente eléctrica en una dirección: la región electrónica desde la región con conductividad de huecos. Después de fusionar indio en ambos lados de la placa hidroeléctrica, esta placa se convierte en la base de un transistor. Por primera vez en el mundo se creó un transistor de germanio en 1948, y apenas veinte años después se produjeron dispositivos similares por cientos de millones.

Los diodos y triodos a base de germanio se han utilizado ampliamente en televisores y radios, en una amplia variedad de equipos de medición y computadoras.

El germanio también se utiliza en otros ámbitos especialmente importantes de la tecnología moderna: en la medición de bajas temperaturas, en la detección de radiación infrarroja, etc.

Para utilizar la escoba en todas estas aplicaciones, se requiere germanio de muy alta pureza química y física. La pureza química es tal pureza en la que la cantidad de impurezas nocivas no debe ser más de una diezmillonésima de porcentaje (10-7%). La pureza física significa un mínimo de dislocaciones, un mínimo de perturbaciones en la estructura cristalina de una sustancia. Para lograrlo, se cultiva especialmente el germanio monocristalino. En este caso, todo el lingote de metal es sólo un cristal.

Para ello, se coloca un cristal de germanio, una “semilla”, sobre la superficie del germanio fundido, que se eleva gradualmente mediante un dispositivo automático, mientras que la temperatura de fusión es ligeramente superior al punto de fusión del germanio (937 °C). La "semilla" gira de modo que el monocristal, como dicen, "crece con carne" de manera uniforme por todos lados. Cabe señalar que durante dicho crecimiento sucede lo mismo que durante la zona de fusión, es decir. Casi solo el germanio pasa a la fase sólida y todas las impurezas permanecen en la masa fundida.

Propiedades físicas

Probablemente, pocos de los lectores de este artículo tuvieron la oportunidad de ver visualmente el vanadio. El elemento en sí es bastante escaso y caro; no se fabrican bienes de consumo con él y su relleno de germanio, que se encuentra en los aparatos eléctricos, es tan pequeño que es imposible ver el metal.

Algunos libros de referencia afirman que el germanio tiene un color plateado. Pero esto no se puede decir, porque el color del germanio depende directamente del método de tratamiento de la superficie del metal. A veces puede aparecer casi negro, otras veces tiene un color acero y en ocasiones puede ser plateado.

El germanio es un metal tan raro que el coste de sus lingotes se puede comparar con el coste del oro. El germanio se caracteriza por una mayor fragilidad, que sólo puede compararse con el vidrio. Externamente, el germanio está bastante cerca del silicio. Estos dos elementos compiten por el título de semiconductores y análogos más importantes. Aunque algunas de las propiedades técnicas de los elementos son muy similares, incluida la apariencia externa de los materiales, es muy fácil distinguir el germanio del silicio. El germanio pesa más del doble; La densidad del silicio es 2,33 g/cm3 y la densidad del germanio es 5,33 g/cm3.

Pero no podemos hablar inequívocamente sobre la densidad del germanio, porque la cifra 5,33 g/cm3 se refiere al germanio-1. Es una de las modificaciones más importantes y más comunes de las cinco modificaciones alotrópicas del elemento 32. Cuatro de ellos son cristalinos y uno es amorfo. El germanio-1 es la modificación más ligera de las cuatro cristalinas. Sus cristales están construidos exactamente igual que los cristales de diamante, a = 0,533 nm. Sin embargo, si para el carbono esta estructura es lo más densa posible, para el germanio también existen modificaciones más densas. Un calentamiento moderado y una presión alta (alrededor de 30 mil atmósferas a 100 °C) convierten el germanio-1 en germanio-2, cuya estructura de red cristalina es exactamente la misma que la del estaño blanco. Se utiliza un método similar para obtener germanio-3 y germanio-4, que son aún más densos. Todas estas modificaciones "no del todo comunes" son superiores al germanio-1 no solo en densidad, sino también en conductividad eléctrica.

La densidad del germanio líquido es de 5,557 g/cm3 (a 1000°C), el punto de fusión del metal es de 937,5°C; el punto de ebullición es de aproximadamente 2700°C; el valor del coeficiente de conductividad térmica es de aproximadamente 60 W / (m (K), o 0,14 cal / (cm (seg (grados)) a una temperatura de 25 ° C. A temperaturas normales, incluso el germanio puro es frágil, pero cuando cuando alcanza los 550 °C comienza a ceder en deformación plástica. En la escala mineralógica, la dureza del germanio es de 6 a 6,5, el valor del coeficiente de compresibilidad (en el rango de presión de 0 a 120 GN/m2, o de 0); a 12000 kgf/mm2) es 1,4·10-7 m2/mn (o 1,4·10-6 cm2/kgf) es 0,6 n/m (o 600 dinas/cm).

El germanio es un semiconductor típico con un tamaño de banda prohibida de 1,104·10 -19, o 0,69 eV (a una temperatura de 25 °C); El germanio de alta pureza tiene una resistividad eléctrica específica de 0,60 ohmios (m (60 ohmios (cm) (25 °C); la movilidad de los electrones es 3900 y la movilidad de los huecos es 1900 cm 2 /v. seg (a 25 °C y con un contenido de 8% de impurezas). Para los rayos infrarrojos, cuya longitud de onda es superior a 2 micrones, el metal es transparente.

El germanio es bastante frágil; no se puede trabajar mediante presión fría o caliente a temperaturas inferiores a 550 °C, pero si la temperatura aumenta, el metal es dúctil. La dureza del metal en la escala mineralógica es 6,0-6,5 (el germanio se corta en placas utilizando un disco de metal o diamante y un abrasivo).

Propiedades químicas

El germanio, cuando se encuentra en compuestos químicos, suele exhibir valencias segunda y cuarta, pero los compuestos de germanio tetravalente son más estables. El germanio a temperatura ambiente es resistente al agua, al aire, así como a soluciones alcalinas y concentrados diluidos de ácido sulfúrico o clorhídrico, pero el elemento se disuelve con bastante facilidad en agua regia o una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. El elemento se oxida lentamente por la acción del ácido nítrico. Cuando la temperatura del aire alcanza los 500-700 °C, el germanio comienza a oxidarse formando óxidos GeO 2 y GeO. (IV) el óxido de germanio es un polvo blanco con un punto de fusión de 1116 °C y una solubilidad en agua de 4,3 g/l (a 20 °C). Según sus propiedades químicas, la sustancia es anfótera, soluble en álcalis y difícilmente en ácidos minerales. Se obtiene por penetración del precipitado de hidratación GeO 3 nH 2 O, que se libera durante la hidrólisis. Los derivados del ácido de germanio, por ejemplo, los germanatos metálicos (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, etc.) son sólidos con altos puntos de fusión. , se puede obtener fusionando GeO 2 y otros óxidos.

Como resultado de la interacción entre germanio y halógenos, se pueden formar los correspondientes tetrahaluros. La reacción puede realizarse más fácilmente con cloro y flúor (incluso a temperatura ambiente), luego con yodo (temperatura 700-800 °C, presencia de CO) y bromo (a baja temperatura). Uno de los compuestos más importantes del germanio es el tetracloruro (fórmula GeCl 4). Es un líquido incoloro con un punto de fusión de 49,5 °C, un punto de ebullición de 83,1 °C y una densidad de 1,84 g/cm3 (a 20 °C). La sustancia es fuertemente hidrolizada por agua, liberando un precipitado de óxido hidratado (IV). El tetracloruro se obtiene clorando germanio metálico o haciendo reaccionar óxido de GeO 2 y ácido clorhídrico concentrado. Dihaluros de germanio con formula general GeX 2, hexaclorodigermano Ge 2 Cl 6, monocloruro de GeCl, así como oxicloruros de germanio (por ejemplo, CeOCl 2).

Cuando se alcanzan los 900-1000 °C, el azufre interactúa vigorosamente con el germanio, formando disulfuro de GeS 2. Es un sólido blanco con un punto de fusión de 825 °C. También es posible la formación de monosulfuro de GeS y compuestos similares de germanio con teluro y selenio, que son semiconductores. A una temperatura de 1000-1100 °C, el hidrógeno reacciona ligeramente con el germanio, formando germen (GeH) X, que es un compuesto inestable y muy volátil. Las germanuros de hidrógeno de la serie Ge n H 2n + 2 a Ge 9 H 20 se pueden formar haciendo reaccionar germanuros con HCl diluido. También se conoce el germileno con la composición GeH 2. El germanio no reacciona directamente con el nitrógeno, pero existe un nitruro Ge 3 N 4, que se obtiene cuando el germanio se expone a amoníaco (700-800 ° C). El germanio no reacciona con el carbono. Con muchos metales, el germanio forma varios compuestos: germanidas.

Se conocen muchos compuestos complejos de germanio, que están adquiriendo cada vez más importancia en la química analítica del elemento germanio, así como en los procesos de obtención. elemento químico. El germanio es capaz de formar compuestos complejos con moléculas orgánicas que contienen hidroxilos (alcoholes polihídricos, ácidos polibásicos, etc.). También existen heteropoliácidos de germanio. Como otros elementos del grupo IV, el germanio suele formar compuestos organometálicos. Un ejemplo es el tetraetilgermano (C 2 H 5) 4 Ge 3.