Godine 1870. D.I. Na temelju periodičnog zakona Mendeljejev je predvidio još neotkriveni element IV skupine, nazvavši ga eka-silicij, te opisao njegova glavna svojstva. Godine 1886. njemački kemičar Clemens Winkler otkrio je ovaj kemijski element tijekom kemijske analize minerala argirodita. U početku je Winkler želio nazvati novi element "neptunij", ali to je ime već dano jednom od predloženih elemenata, pa je element nazvan u čast domovine znanstvenika, Njemačke.

Boravak u prirodi, primanje:

Germanij se nalazi u sulfidnim rudama, željeznoj rudi, a nalazi se u gotovo svim silikatima. Glavni minerali koji sadrže germanij su: argirodit Ag 8 GeS 6 , konfildit Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , stotit FeGe(OH) 6 , germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , renijerit Cu 3 ( Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Kao rezultat složenih i radno intenzivnih operacija obogaćivanja i koncentracije rude, germanij se izolira u obliku GeO 2 oksida, koji se reducira vodikom na 600°C u jednostavnu tvar.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
Germanij se pročišćava metodom zonskog taljenja, što ga čini jednim od kemijski najčišćih materijala.

Fizička svojstva:

Sivo-bijela krutina s metalnim sjajem (t.t. 938°C, t.t. 2830°C)

Kemijska svojstva:

U normalnim uvjetima germanij je otporan na zrak i vodu, lužine i kiseline, a otapa se u carskoj vodi i u lužnatoj otopini vodikovog peroksida. Oksidacijska stanja germanija u njegovim spojevima: 2, 4.

Najvažnije veze:

Germanijev(II) oksid, GeO, sivocrna, slabo topljiva. b-in, zagrijavanjem disproporcionira: 2GeO = Ge + GeO 2
Germanij(II) hidroksid Ge(OH) 2, crveno-narančasta. Krist.,
Germanij(II) jodid, GeI 2, žuta. cr., sol. u vodi, hidrol. Pozdrav.
Germanij(II) hidrid, GeH 2, tv. bijela pore, lako oksidira. i propadanje.

Germanijev(IV) oksid, GeO 2 , bijela kristalni, amfoterni, dobiva se hidrolizom germanijevog klorida, sulfida, hidrida ili reakcijom germanija s dušičnom kiselinom.
Germanij(IV) hidroksid (germanska kiselina), H 2 GeO 3 , slab. undef. dvoosni na primjer, soli germanata, na primjer. natrijev germanat, Na 2 GeO 3 , bijela kristal, sol. u vodi; higroskopan. Postoje i Na 2 heksahidroksogermanati (ortogermanati), te poligermanati
Germanij(IV) sulfat, Ge(SO 4) 2, bezbojan. kristali, hidrolizirani vodom do GeO 2, dobiveni zagrijavanjem germanij(IV) klorida sa sumpornim anhidridom na 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Germanij(IV) halogenidi, fluorid GeF 4 - najbolji. plin, sirovi hidrol., reagira s HF, pri čemu nastaje H 2 - fluorovodična kiselina: GeF 4 + 2HF = H 2,
klorid GeCl 4, bezbojan. tekućina, hidr., bromid GeBr 4, siva kr. ili bezbojan tekućina, sol. u org. veza,
jodid GeI 4, žuto-narančasta cr., sporo. hid., sol. u org. veza
Germanij(IV) sulfid, GeS 2, bijela cr., slabo topljiv. u vodi, hidrol., reagira s alkalijama:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, tvoreći germanate i tiogermanate.
Germanij(IV) hidrid, "germane", GeH 4, bezbojan. plin, organski derivati ​​tetrametilgerman Ge(CH 3) 4, tetraetilgerman Ge(C 2 H 5) 4 - bezbojan. tekućine.

Primjena:

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

Spojevi germanija su slabo otrovni. Germanij je mikroelement koji povećava učinkovitost u ljudskom organizmu. imunološki sustav tijelo, bori se protiv raka, smanjuje bol. Također se napominje da germanij pospješuje prijenos kisika u tjelesna tkiva i snažan je antioksidans – blokator slobodnih radikala u tijelu.
Dnevne potrebe ljudskog tijela su 0,4-1,5 mg.
Prvak u sadržaju germanija među prehrambeni proizvodi je češnjak (750 mcg germanija na 1 g suhe mase režnjeva češnjaka).

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

germanij

GERMANIJ-ja; m. Kemijski element (Ge), sivkastobijela krutina metalnog sjaja (glavni je poluvodički materijal). Germanijska ploča.

◁ Germanij, oh, oh. G-te sirovine. G. poluga.

(lat. Germanium), kemijski element IV skupine periodnog sustava elemenata. Ime je od latinske Germania - Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrno-sivi kristali; gustoća 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Rasprostranjen u prirodi (vlastiti minerali su rijetki); ekstrahiran iz ruda obojenih metala. Poluvodički materijal za elektroničke uređaje (diode, tranzistori i dr.), komponente legura, materijal za leće u IR uređajima, detektori ionizirajućeg zračenja.

GERMANIJ (lat. Germanium), Ge (čitaj “hertempmanium”), kemijski element s atomskim brojem 32, atomske mase 72,61. Prirodni germanij sastoji se od pet izotopa s masenim brojevima 70 (sadržaj u prirodnoj smjesi 20,51% po težini), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) i 76 (7,76%). Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja 4 s 2 str 2 . Oksidacijska stanja +4, +2 (valencija IV, II). Nalazi se u skupini IVA, u periodu 4 periodnog sustava elemenata.
Povijest otkrića
Otkrio ga je K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemens Alexander)(i nazvan po svojoj domovini - Njemačkoj) 1886. godine tijekom analize minerala argirodita Ag 8 GeS 6 nakon što je postojanje ovog elementa i neka njegova svojstva predvidio D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič).
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 1,5·10 -4% mase. Odnosi se na raspršene elemente. Ne nalazi se u prirodi u slobodnom obliku. Sadržano kao nečistoća u silikatima, sedimentnom željezu, polimetalnim rudama, rudama nikla i volframa, ugljenu, tresetu, uljima, termalnim vodama i algama. Najvažniji minerali: germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, stotit FeGe(OH) 6, plumbogermanit (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodit Ag. 8 GeS 6, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Dobivanje germanija
Za dobivanje germanija koriste se nusproizvodi prerade ruda obojenih metala, pepeo od izgaranja ugljena i neki kemijski proizvodi koksa. Sirovine koje sadrže Ge obogaćuju se flotacijom. Zatim se koncentrat pretvara u GeO 2 oksid, koji se reducira vodikom (cm. VODIK):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Zonskim taljenjem dobiva se germanij poluvodičke čistoće sa sadržajem nečistoća 10 -3 -10 -4%. (cm. ZONA TOPLJENJA), kristalizacija (cm. KRISTALIZACIJA) ili termoliza hlapljivog monogermana GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
koji nastaje pri razgradnji spojeva kiselinama aktivni metali s Ge-germanidima:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Fizička i kemijska svojstva
Germanij je srebrnasta tvar metalnog sjaja. Kristalna rešetka stabilne modifikacije (Ge I), kubna, plošno centrirana, tipa dijamanta, A= 0,533 nm (tri druge modifikacije dobivene su pri visokim tlakovima). Talište 938,25 °C, vrelište 2850 °C, gustoća 5,33 kg/dm3. Ima svojstva poluvodiča, zabranjeni pojas je 0,66 eV (pri 300 K). Germanij je proziran za infracrveno zračenje s valnim duljinama većim od 2 mikrona.
Po kemijska svojstva Ge nalikuje siliciju (cm. SILIKON). U normalnim uvjetima, otporan na kisik (cm. KISIK), vodena para, razrijeđene kiseline. U prisutnosti jakih kompleksirajućih sredstava ili oksidacijskih sredstava, Ge reagira s kiselinama kada se zagrijava:
Ge + H 2 SO 4 konc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H2 + 2H2,
Ge + 4HNO 3 konc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reagira s aqua regia (cm. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO + 8H2O.
Ge stupa u interakciju s otopinama alkalija u prisutnosti oksidirajućih sredstava:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Kad se u zraku zagrije na 700 °C, Ge se zapali. Ge lako stupa u interakciju s halogenima (cm. HALOGEN) i siva (cm. SUMPOR):
Ge + 2I 2 = GeI 4
S vodikom (cm. VODIK), dušik (cm. DUŠIK), ugljik (cm. UGLJIK) germanij ne reagira izravno; spojevi s tim elementima se dobivaju neizravno. Na primjer, nitrid Ge 3 N 4 nastaje otapanjem germanij dijodida GeI 2 u tekućem amonijaku:
GeI 2 + NH 3 tekućina -> n -> Ge 3 N 4
Germanijev (IV) oksid, GeO 2, bijela je kristalna tvar koja postoji u dvije modifikacije. Jedna od modifikacija je djelomično topljiva u vodi uz stvaranje složenih germanskih kiselina. Pokazuje amfoterna svojstva.
GeO 2 reagira s alkalijama kao kiseli oksid:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 u interakciji s kiselinama:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalidi su nepolarni spojevi koji se lako hidroliziraju vodom.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalogenidi se dobivaju izravnom reakcijom:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ili toplinska razgradnja:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Germanijevi hidridi su po kemijskim svojstvima slični silicijevim hidridima, ali je monogerman GeH 4 stabilniji od monosilana SiH 4 . Germani tvore homologne nizove Gen H 2n+2, Gen H 2n i druge, ali ti su nizovi kraći od onih kod silana.
Monogerman GeH 4 je plin koji je stabilan na zraku i ne reagira s vodom. Tijekom dugotrajnog skladištenja razlaže se na H 2 i Ge. Monogerman se dobiva redukcijom germanijevog dioksida GeO 2 s natrijevim borhidridom NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Vrlo nestabilan GeO monoksid nastaje umjerenim zagrijavanjem smjese germanija i GeO 2 dioksida:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) spojevi su lako disproporcionalni za oslobađanje Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Germanijev disulfid GeS 2 je bijela amorfna ili kristalna tvar, dobivena taloženjem H 2 S iz kiselih otopina GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Í + 4HCl
GeS 2 se otapa u alkalijama i amonijevim ili sulfidima alkalnih metala:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge može biti dio organskih spojeva. Poznati su (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH i drugi.
Primjena
Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u tehnici i radioelektronici u proizvodnji tranzistora i mikrosklopova. Tanki filmovi Ge naneseni na staklo koriste se kao otpornici u radarskim instalacijama. Legure Ge s metalima koriste se u senzorima i detektorima. Germanijev dioksid koristi se u proizvodnji stakala koja propuštaju infracrveno zračenje.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte što je "germanij" u drugim rječnicima:

Kemijski element otkriven 1886. u rijetkom mineralu argiroditu, pronađenom u Saskoj. Rječnik strane riječi, uključen u ruski jezik. Chudinov A.N., 1910. germanij (nazvan u čast domovine znanstvenika koji je otkrio element) kemijski. element..... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. godine... Moderna enciklopedija

germanij- Ge Element grupe IV Periodični. sustavi; na. n. 32, na. m. 72,59; televizor predmet s metalik sjaj. Prirodni Ge je mješavina pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 70, 72, 73, 74 i 76. Postojanje i svojstva Ge predvidio je 1871. D.I.... ... Vodič za tehničke prevoditelje

germanij- (Germanij), Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59; nemetalni; poluvodički materijal. Germanij je otkrio njemački kemičar K. Winkler 1886. ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

- (latinski Germanij) Ge, kemijski element IV skupine periodnog sustava, atomski broj 32, atomska masa 72,59. Ime je dobio od latinske Germania Njemačka, u čast domovine K. A. Winklera. Srebrnasto sivi kristali; gustoća 5,33 g/cm³, talište 938,3 ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (simbol Ge), bijelo-sivi metalni element IV grupe MENDELEJEVA periodnog sustava, u kojem su (1871.) predviđena svojstva još neotkrivenih elemenata, posebice germanija. Element je otkriven 1886. Nusprodukt taljenja cinka... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

Ge (od lat. Germania Njemačka * a. germanij; n. Germanium; f. germanium; i. germanio), kemijski. element grupe IV periodic. Mendeljejevljev sustav, at.sci. 32, na. m. 72,59. Prirodni plin se sastoji od 4 stabilna izotopa 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Geološka enciklopedija

- (Ge), sintet monokristal, PP, točkasta grupa simetrije m3m, gustoća 5,327 g/cm3, Ttal.=936 °C, čvrsta. na Mohsovoj ljestvici 6, at. m. 72,60. Transparentan u IR području l od 1,5 do 20 mikrona; optički anizotropan, za koeficijent l=1,80 µm. refrakcija n=4,143.… … Fizička enciklopedija

Imenica, broj sinonima: 3 poluvodič (7) eca-silicij (1) element (159) ... Rječnik sinonima

GERMANIJ- kem. element, simbol Ge (lat. Germanium), at. n. 32, na. m. 72,59; krta srebrnosiva kristalna tvar, gustoća 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Razbacani u prirodi; vadi se uglavnom preradom cinkove mješavine i... ... Velika politehnička enciklopedija

Germanij je kemijski element s atomskim brojem 32 u periodnom sustavu, simboliziran simbolom Ge (njemački). germanij).

Povijest otkrića germanija

Postojanje elementa eca-silicija, analoga siliciju, predvidio je D.I. Mendelejev još 1871. A 1886. jedan od profesora Freiberške rudarske akademije otkrio je novi mineral srebra - argirodit. Ovaj mineral je potom predan profesoru tehničke kemije Clemensu Winkleru na kompletnu analizu.

To nije učinjeno slučajno: razmatran je 48-godišnji Winkler najbolji analitičar akademija.

Ubrzo je otkrio da mineral sadrži 74,72% srebra, 17,13% sumpora, 0,31% žive, 0,66% željeznog oksida i 0,22% cinkovog oksida. A gotovo 7% težine novog minerala činio je neki nerazumljivi element, najvjerojatnije još nepoznat. Winkler je izolirao neidentificiranu komponentu argyrodpt, proučavao njezina svojstva i shvatio da je doista pronašao novi element - eskaplicij koji je predvidio Mendeljejev. Ovo je kratka povijest elementa s atomskim brojem 32.

Međutim, bilo bi pogrešno misliti da je Winklerov posao tekao glatko, bez zastoja. Evo što Mendeljejev piše o tome u dodacima osmom poglavlju “Osnova kemije”: “U početku (veljača 1886.) nedostatak materijala, nedostatak spektra u plamenu plamenika i topljivost mnogih spojeva germanija učinili su da teško za Winklerova istraživanja...” Obratite pozornost na “nedostatak spektra u plamenu”. Kako to? Uostalom, 1886. već je postojala metoda spektralne analize; Tom su metodom na Zemlji već otkriveni rubidij, cezij, talij i indij, a na Suncu helij. Znanstvenici su pouzdano znali da svaki kemijski element ima potpuno individualan spektar, a odjednom spektra nema!

Objašnjenje je stiglo kasnije. Germanij ima karakteristične spektralne linije - s valnim duljinama od 2651,18, 3039,06 Ǻ i nekoliko više. Ali svi leže u nevidljivom ultraljubičastom dijelu spektra, i može se smatrati srećom da je Winklerova privrženost tradicionalnim metodama analize dovela do uspjeha.

Metoda koju koristi Winkler za izolaciju germanija slična je jednoj od sadašnjih industrijskih metoda za dobivanje elementa br. 32. Najprije je germanij sadržan u argarodnitu pretvoren u dioksid, a zatim je ovaj bijeli prah zagrijan na 600...700°C u atmosferi vodika. Reakcija je očita: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Tako je prvi put dobiven relativno čisti germanij. Winkler je u početku namjeravao nazvati novi element neptunij, prema planetu Neptunu. (Kao i element 32, ovaj planet je predviđen prije nego što je otkriven.) Ali onda se pokazalo da je takvo ime već ranije bilo dodijeljeno jednom lažno otkrivenom elementu, i, ne želeći kompromitirati svoje otkriće, Winkler je odustao od svoje prve namjere. Također nije prihvatio prijedlog da se novi element nazove angularium, t.j. “uglasto, kontroverzno” (i ovo je otkriće doista izazvalo mnogo kontroverzi). Istina, francuski kemičar Rayon, koji je iznio takvu ideju, kasnije je rekao da je njegov prijedlog bio samo šala. Winkler je nazvao novi element germanij po svojoj zemlji i ime se zadržalo.

Treba napomenuti da je tijekom geokemijske evolucije zemljine kore značajna količina germanija isprana s većine kopnene površine u oceane, tako da je trenutno količina ovog elementa u tragovima sadržana u tlu izuzetno beznačajna.

Ukupan sadržaj germanija u zemljinoj kori je 7 × 10 -4% mase, što je više od, na primjer, antimona, srebra, bizmuta. Zbog neznatnog sadržaja u zemljinoj kori i geokemijskog afiniteta s nekim široko rasprostranjenim elementima, germanij pokazuje ograničenu sposobnost stvaranja vlastitih minerala, rasipajući se u rešetkama drugih minerala. Stoga su vlastiti minerali germanija iznimno rijetki. Gotovo svi su sulfosoli: germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), argirodit Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), konfildit Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (do 2% Ge) itd. Glavnina germanija rasuta je u zemljinoj kori u velikom broju stijena i minerala. Na primjer, u nekim sfaleritima sadržaj germanija doseže kilogram po toni, u enargitima do 5 kg/t, u pirargiritu do 10 kg/t, u sulvanitu i frankeitu 1 kg/t, u drugim sulfidima i silikatima - stotine i desetke. od g/t. Germanij je koncentriran u naslagama mnogih metala - u sulfidnim rudama obojenih metala, u rudama željeza, u nekim oksidnim mineralima (kromit, magnetit, rutil itd.), u granitima, dijabazima i bazaltima. Osim toga, germanij je prisutan u gotovo svim silikatima, u nekim nalazištima ugljena i nafte.

Germanij se primarno dobiva iz nusproizvoda prerade ruda obojenih metala (cinkova smjesa, polimetalni koncentrati cink-bakar-olovo) koji sadrže 0,001-0,1% germanija. Pepeo od izgaranja ugljena, prašina iz plinskih generatora i otpad iz koksara također se koriste kao sirovine. U početku se koncentrat germanija (2-10% Njemačka) dobiva iz navedenih izvora na različite načine, ovisno o sastavu sirovina. Ekstrakcija germanija iz koncentrata obično uključuje sljedeće korake:

1) kloriranje koncentrata klorovodičnom kiselinom, njezinom smjesom s klorom u vodenom mediju ili drugim klorirajućim sredstvima za dobivanje tehničkog GeCl 4 . Za pročišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentriranom HCl.

2) Hidroliza GeCl 4 i kalcinacija produkata hidrolize da se dobije GeO 2.

3) Redukcija GeO 2 vodikom ili amonijakom u metal. Za izolaciju vrlo čistog germanija, koji se koristi u poluvodičkim uređajima, provodi se zonsko taljenje metala. Monokristalni germanij, potreban za industriju poluvodiča, obično se dobiva zonskim taljenjem ili metodom Czochralskog.

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

Germanij poluvodičke čistoće sa sadržajem nečistoća od 10 -3 -10 -4% dobiva se zonskim taljenjem, kristalizacijom ili termolizom hlapljivog monogermana GeH 4:

GeH 4 = Ge + 2H 2,

koji nastaje pri razgradnji aktivnih metalnih spojeva s Ge - germanidima kiselinama:

Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2

Germanij se nalazi kao nečistoća u polimetalnim, niklovim i volframovim rudama, kao iu silikatima. Kao rezultat složenih i radno intenzivnih operacija obogaćivanja rude i njezinog koncentriranja, germanij se izolira u obliku GeO 2 oksida, koji se reducira vodikom na 600 °C u jednostavnu tvar:

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

Monokristali germanija se pročišćavaju i uzgajaju metodom zonskog taljenja.

Čisti germanijev dioksid prvi je put dobiven u SSSR-u početkom 1941. Od njega je napravljeno germanijevo staklo s vrlo visokim indeksom loma svjetlosti. Istraživanje elementa br. 32 i metoda za njegovu moguću proizvodnju nastavljeno je nakon rata, 1947. Sada je germanij bio zanimljiv sovjetskim znanstvenicima upravo kao poluvodič.

Po izgledu, germanij se lako može zamijeniti sa silicijem.

Germanij kristalizira u strukturi tipa kubičnog dijamanta, parametar jedinične ćelije a = 5,6575 Å.

Ovaj element nije jak kao titan ili volfram. Gustoća čvrstog germanija je 5,327 g/cm 3 (25°C); tekućina 5,557 (1000°C); tpl 937,5°C; vrelište oko 2700°C; koeficijent toplinske vodljivosti ~60 W/(m K), odnosno 0,14 cal/(cm sec deg) na 25°C.

Germanij je krt gotovo kao staklo i može se ponašati u skladu s tim. Čak i na uobičajenim temperaturama, ali iznad 550°C, podložan je plastičnim deformacijama. Tvrdoća Njemačka na mineraloškoj ljestvici 6-6,5; koeficijent kompresibilnosti (u rasponu tlaka 0-120 H/m 2, ili 0-12000 kgf/mm 2) 1,4·10 -7 m 2 /mn (1,4·10 -6 cm 2 /kgf); površinska napetost 0,6 n/m (600 dyna/cm). Germanij je tipičan poluvodič sa zabranjenim pojasom od 1,104·10 -19 J ili 0,69 eV (25°C); električni otpor Njemačka visoka čistoća 0,60 ohm m (60 ohm cm) na 25°C; pokretljivost elektrona 3900 i pokretljivost šupljina 1900 cm 2 /v sec (25°C) (sa sadržajem nečistoća manjim od 10 -8%).

Sve "neobične" modifikacije kristalnog germanija su superiornije od Ge-I u električnoj vodljivosti. Spominjanje ovog svojstva nije slučajno: vrijednost električne vodljivosti (ili njezina inverzna vrijednost - otpor) posebno je važna za poluvodički element.

U kemijskim spojevima, germanij obično pokazuje valenciju 4 ili 2. Spojevi s valencijom 4 su stabilniji. U normalnim uvjetima otporan je na zrak i vodu, lužine i kiseline, topiv u aqua regia i u alkalnoj otopini vodikovog peroksida. Koriste se legure germanija i stakla na bazi germanijevog dioksida.

U kemijskim spojevima germanij obično pokazuje valencije 2 i 4, pri čemu su spojevi 4-valentnog germanija stabilniji. Na sobnoj temperaturi, germanij je otporan na zrak, vodu, otopine lužina i razrijeđene klorovodične i sumporne kiseline, ali se lako otapa u aqua regia i lužnatoj otopini vodikovog peroksida. Sporo se oksidira dušičnom kiselinom. Zagrijavanjem na zraku na 500-700°C germanij se oksidira u okside GeO i GeO 2. German (IV) oksid - bijeli prah s talištem 1116°C; topljivost u vodi 4,3 g/l (20°C). Po kemijskim svojstvima je amfoteran, topiv u lužinama, a teško u mineralnim kiselinama. Dobiva se kalcinacijom taloga hidrata (GeO 3 ·nH 2 O) koji se oslobađa tijekom hidrolize GeCl 4 tetraklorida. Spajanjem GeO 2 s drugim oksidima mogu se dobiti derivati ​​germanske kiseline - metalni germanati (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 i drugi) - čvrste tvari s visokim talištem.

Kada germanij reagira s halogenima, nastaju odgovarajući tetrahalogenidi. Reakcija se najlakše odvija s fluorom i klorom (već na sobnoj temperaturi), zatim s bromom (nisko zagrijavanje) i s jodom (na 700-800°C u prisutnosti CO). Jedan od najvažnijih spojeva Njemačka tetraklorid GeCl 4 je bezbojna tekućina; tpl -49,5°C; vrelište 83,1°C; gustoća 1,84 g/cm 3 (20°C). Vodom se snažno hidrolizira, pri čemu se oslobađa talog hidratiziranog oksida (IV). Dobiva se kloriranjem metalnog germanija ili reakcijom GeO 2 s koncentriranom HCl. Također su poznati germanijevi dihalidi opće formule GeX 2 , GeCl monoklorid, heksaklorodigerman Ge 2 Cl 6 i germanijevi oksikloridi (na primjer, CeOCl 2 ).

Sumpor snažno reagira s germanijem na 900-1000°C i nastaje disulfid GeS 2 - bijela krutina, talište 825°C. Opisani su i GeS monosulfid i slični spojevi Njemačke sa selenom i telurom, koji su poluvodiči. Vodik lagano reagira s germanijem na 1000-1100°C i tvori germin (GeH) X, nestabilan i vrlo hlapljiv spoj. Reakcijom germanida s razrijeđenom solnom kiselinom mogu se dobiti germanidni vodici niza Ge n H 2n+2 do Ge 9 H 20. Poznat je i germilen sastava GeH 2. Germanij ne reagira izravno s dušikom, ali postoji nitrid Ge 3 N 4, dobiven djelovanjem amonijaka na germanij pri 700-800°C. Germanij ne stupa u interakciju s ugljikom. Germanij s mnogim metalima stvara spojeve - germanide.

Poznati su brojni kompleksni spojevi germanija koji postaju sve važniji kako u analitičkoj kemiji germanija tako iu procesima njegove priprave. Germanij tvori kompleksne spojeve s organskim molekulama koje sadrže hidroksil (polihidrični alkoholi, polibazične kiseline i dr.). Dobivene su njemačke heteropolikiseline. Kao i za druge elemente IV skupine, germanij je karakteriziran stvaranjem organometalnih spojeva, a primjer je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Germanij (II) hidrid GeH 2. Bijeli nestabilan prah (na zraku ili kisiku raspada se eksplozivno). Reagira s alkalijama i bromom.

Germanij(II) monohidridni polimer (poligermin) (GeH2)n. Smeđe-crni prah. Slabo je topljiv u vodi, trenutno se raspada na zraku i eksplodira zagrijavanjem na 160 o C u vakuumu ili atmosferi inertnog plina. Nastaje tijekom elektrolize natrijeva germanida NaGe.

Germanij(II) oksid GeO. Crni kristali s osnovnim svojstvima. Raspada se na 500°C na GeO 2 i Ge. Sporo oksidira u vodi. Slabo topljiv u klorovodičnoj kiselini. Pokazuje restorativna svojstva. Dobiva se djelovanjem CO 2 na metalni germanij zagrijan na 700-900 o C, lužinama na germanij (II) klorid, kalcinacijom Ge(OH) 2 ili redukcijom GeO 2 .

Germanij (II) hidroksid Ge(OH) 2 . Crveno-narančasti kristali. Zagrijavanjem prelazi u GeO. Pokazuje amfoterni karakter. Dobiva se obradom germanijevih (II) soli s lužinama i hidrolizom germanijevih (II) soli.

Germanij (II) fluorid GeF 2 . Bezbojni higroskopni kristali, talište =111°C. Dobiva se djelovanjem pare GeF 4 na metalni germanij pri zagrijavanju.

Germanij(II) klorid GeCl2. Bezbojni kristali. t pl =76,4°C, t vrenja =450°C. Na 460°C raspada se na GeCl 4 i metalni germanij. Hidrolizira s vodom, slabo topljiv u alkoholu. Dobiva se djelovanjem para GeCl 4 na metalni germanij pri zagrijavanju.

Germanijev (II) bromid GeBr 2 . Prozirni igličasti kristali. tpl =122°C. Hidrolizira s vodom. Slabo topljiv u benzenu. Otapa se u alkoholu, acetonu. Dobiva se reakcijom germanij (II) hidroksida s bromovodičnom kiselinom. Zagrijavanjem dolazi do disproporcije u metalni germanij i germanij(IV) bromid.

Germanij (II) jodid GeI 2. Žute šesterokutne ploče, dijamagnetske. t pl =460 o C. Slabo topljiv u kloroformu i ugljikovom tetrakloridu. Zagrijavanjem iznad 210°C raspada se na metalni germanij i germanijev tetrajodid. Dobiva se redukcijom germanijevog (II) jodida hipofosfornom kiselinom ili termičkom razgradnjom germanijevog tetrajodida.

Germanij (II) sulfid GeS. Dobiveni suhi - sivkasto-crni sjajni rombični neprozirni kristali. t pl =615°C, gustoća je 4,01 g/cm3. Slabo topljiv u vodi i amonijaku. Otapa se u kalijevom hidroksidu. Mokrim postupkom dobiven je crveno-smeđi amorfni sediment, gustoće 3,31 g/cm3. Otapa se u mineralnim kiselinama i amonijevom polisulfidu. Dobiva se zagrijavanjem germanija sa sumporom ili propuštanjem sumporovodika kroz otopinu germanijeve (II) soli.

Germanij(IV) hidrid GeH4. Bezbojni plin (gustoća 3,43 g/cm 3 ). Otrovan je, vrlo neugodnog mirisa, vrije na -88 o C, tali se na oko -166 o C, a termički disocira iznad 280 o C. Propuštanjem GeH 4 kroz zagrijanu cijev nastaje sjajno zrcalo metalnog germanija. zidova. Dobiva se djelovanjem LiAlH 4 na germanij (IV) klorid u eteru ili obradom otopine germanija (IV) klorida cinkom i sumpornom kiselinom.

Germanijev (IV) oksid GeO 2 . Postoji u obliku dvije kristalne modifikacije (heksagonalna s gustoćom od 4,703 g/cm 3 i tetraedarska s gustoćom od 6,24 g/cm 3 ). Oba su stabilna na zraku. Slabo topljiv u vodi. t pl =1116 o C, t vrenja =1200 o C. Pokazuje amfoterni karakter. Zagrijavanjem se reducira aluminijem, magnezijem i ugljikom u metalni germanij. Dobiva se sintezom iz elemenata, kalcinacijom germanijevih soli hlapljivim kiselinama, oksidacijom sulfida, hidrolizom germanijevih tetrahalogenida, obradom alkalijskih germanita kiselinama, a metalnog germanija koncentriranom sumpornom ili dušičnom kiselinom.

Germanij(IV) fluorid GeF4. Bezbojni plin koji dimi u zraku. t pl =-15°C, t vrenja =-37°C. Hidrolizira s vodom. Dobiva se razgradnjom barijevog tetrafluorogermanata.

Germanij (IV) klorid GeCl 4 . Bezbojna tekućina. t pl = -50 o C, t vrenja = 86 o C, gustoća je 1,874 g/cm 3. Hidrolizira s vodom, otapa se u alkoholu, eteru, ugljikovom disulfidu, ugljikovom tetrakloridu. Dobiva se zagrijavanjem germanija s klorom i propuštanjem klorovodika kroz suspenziju germanij(IV) oksida.

Germanijev (IV) bromid GeBr 4 . Oktaedarski bezbojni kristali. t pl =26 o C, t vrenja =187 o C, gustoća je 3,13 g/cm 3. Hidrolizira s vodom. Otapa se u benzenu, ugljikovom disulfidu. Dobiva se prolaskom bromovih para preko zagrijanog metala germanija ili djelovanjem bromovodične kiseline na germanijev(IV) oksid.

Germanij (IV) jodid GeI 4. Žuto-narančasti oktaedarski kristali, t pl =146 o C, t bp =377 o C, gustoća 4,32 g/cm 3 . Na 445 o C se raspada. Otapa se u benzenu, ugljikovom disulfidu i hidrolizira vodom. Na zraku se postupno raspada na germanij (II) jodid i jod. Dodaje amonijak. Dobiva se prolaskom jodnih para preko zagrijanog germanija ili djelovanjem jodovodične kiseline na germanijev (IV) oksid.

Germanij (IV) sulfid GeS 2. Bijeli kristalni prah, t pl =800 o C, gustoća je 3,03 g/cm3. Malo je topljiv u vodi i u njoj se sporo hidrolizira. Otapa se u amonijaku, amonijevom sulfidu i sulfidima alkalnih metala. Dobiva se zagrijavanjem germanijevog (IV) oksida u struji sumporovog dioksida sa sumporom ili propuštanjem sumporovodika kroz otopinu germanijeve (IV) soli.

Germanij (IV) sulfat Ge(SO 4) 2. Bezbojni kristali, gustoće 3,92 g/cm 3 . Raspada se na 200 o C. Reducira se ugljenom ili sumporom u sulfid. Reagira s vodom i otopinama lužina. Dobiva se zagrijavanjem germanij (IV) klorida sa sumpor (VI) oksidom.

U prirodi se nalazi pet izotopa: 70 Ge (20,55% wt), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67%). Prva četiri su stabilna, peti (76 Ge) prolazi kroz dvostruki beta raspad s vremenom poluraspada od 1,58×10 21 godina. Osim toga, postoje dva “dugovječna” umjetna: 68 Ge (vrijeme poluraspada 270,8 dana) i 71 Ge (vrijeme poluraspada 11,26 dana).

Primjena germanija

Germanij se koristi u proizvodnji optike. Zbog svoje transparentnosti u infracrvenom području spektra, metal ultravisoke čistoće germanij je od strateške važnosti u proizvodnji optičkih elemenata za infracrvenu optiku. U radiotehnici, germanijski tranzistori i detektorske diode imaju različite karakteristike od silicijskih, zbog nižeg napona uključivanja pn spoja u germaniju - 0,4 V naspram 0,6 V za silicijske uređaje.

Za više detalja pogledajte članak o uporabi germanija.

Germanij se nalazi u životinjskim i biljnim organizmima. Male količine germanija nemaju fiziološki učinak na biljke, ali su u velikim količinama otrovne. Germanij nije otrovan za plijesni.

Germanij ima nisku toksičnost za životinje. Spojevi germanija nemaju farmakološke učinke. Dopuštena koncentracija germanija i njegovog oksida u zraku je 2 mg/m³, odnosno kao i za azbestnu prašinu.

Spojevi dvovalentnog germanija mnogo su toksičniji.

U pokusima utvrđivanja raspodjele organskog germanija u tijelu 1,5 sat nakon njegove oralne primjene dobiveni su sljedeći rezultati: velike količine organskog germanija nalaze se u želucu, tankom crijevu, koštanoj srži, slezeni i krvi. Štoviše, njegov visok sadržaj u želucu i crijevima pokazuje da proces njegove apsorpcije u krv ima produženi učinak.

Visok sadržaj organskog germanija u krvi omogućio je dr. Asaiju da iznese sljedeću teoriju o mehanizmu njegovog djelovanja u ljudskom tijelu. Pretpostavlja se da se organski germanij u krvi ponaša slično kao hemoglobin, koji također nosi negativan naboj i poput hemoglobina sudjeluje u procesu prijenosa kisika u tkivima tijela. Time se sprječava razvoj nedostatka kisika (hipoksija) na razini tkiva. Organski germanij sprječava razvoj tzv. krvne hipoksije, koja se javlja kada se smanji količina hemoglobina sposobnog vezati kisik (smanjenje kisikovog kapaciteta krvi), a nastaje zbog gubitka krvi, trovanja ugljičnim monoksidom i izloženosti zračenju . Na nedostatak kisika najosjetljiviji su središnji živčani sustav, srčani mišić, tkivo bubrega i jetra.

Kao rezultat pokusa, također je utvrđeno da organski germanij potiče indukciju gama interferona, koji suzbijaju procese reprodukcije stanica koje se brzo dijele i aktiviraju specifične stanice (T-ubojice). Glavni smjerovi djelovanja interferona na tjelesnoj razini su antivirusna i antitumorska zaštita, imunomodulacijske i radioprotektivne funkcije limfnog sustava.

U procesu proučavanja patoloških tkiva i tkiva s primarnim znakovima bolesti, utvrđeno je da ih uvijek karakterizira nedostatak kisika i prisutnost pozitivno nabijenih vodikovih radikala H +. H+ ioni imaju izrazito negativan učinak na stanice ljudskog organizma, čak do njihove smrti. Ioni kisika, koji imaju sposobnost spajanja s ionima vodika, omogućuju selektivnu i lokalnu kompenzaciju oštećenja stanica i tkiva uzrokovanih ionima vodika. Djelovanje germanija na vodikove ione posljedica je njegovog organskog oblika - seskvioksidnog oblika. U pripremi članka korišteni su materijali A. N. Suponenka.

Germanij (od latinskog Germanium), označen kao "Ge", element je IV grupe periodnog sustava kemijskih elemenata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva; atomski broj elementa je 32, atomska masa je 72,59. Germanij je čvrsta tvar metalnog sjaja i sivo-bijele boje. Iako je boja germanija prilično relativan pojam, sve ovisi o površinskoj obradi materijala. Ponekad može biti siva poput čelika, ponekad srebrna, a ponekad potpuno crna. Izvana, germanij je vrlo blizak siliciju. Ovi elementi ne samo da su međusobno slični, već imaju i uglavnom ista svojstva poluvodiča. Njihova značajna razlika je činjenica da je germanij više nego dvostruko teži od silicija.

Germanij, koji se nalazi u prirodi, mješavina je pet stabilnih izotopa s masenim brojevima 76, 74, 73, 32, 70. Davne 1871. godine slavni kemičar, “otac” periodnog sustava, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev predvidio je svojstva i postojanje germanija. Tada nepoznati element nazvao je "exasilicon", jer. svojstva nove tvari bila su na mnogo načina slična siliciju. Godine 1886., nakon proučavanja minerala argirdita, četrdesetosmogodišnji njemački kemičar K. Winkler otkrio je potpuno novi kemijski element u prirodnoj smjesi.

Najprije je kemičar želio element nazvati neptunijem, jer je planet Neptun također bio predviđen mnogo ranije nego što je otkriven, no onda je saznao da je to ime već korišteno u lažnom otkriću jednog od elemenata, pa je Winkler odlučio napustiti ovo ime. Znanstvenika su zamolili da element nazove angularium, što u prijevodu znači "kontroverzan, uglat", no Winkler se ni s tim nazivom nije složio, iako je element broj 32 doista izazvao mnogo kontroverzi. Znanstvenik je bio Nijemac po nacionalnosti, pa je na kraju odlučio nazvati element germanij, u čast svoje domovine Njemačke.

Kako se kasnije pokazalo, pokazalo se da germanij nije ništa više od ranije otkrivenog "exasilicija". Sve do druge polovice dvadesetog stoljeća praktična upotrebljivost germanija bila je prilično uska i ograničena. Industrijska proizvodnja metala započela je tek kao rezultat početka industrijske proizvodnje poluvodičke elektronike.

Germanij je poluvodički materijal koji se široko koristi u elektronici i tehnologiji, kao iu proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Radarski sustavi koriste tanke filmove germanija, koji se nanose na staklo i koriste kao otpornici. U detektorima i senzorima koriste se legure s germanijem i metalima.

Element nema takvu snagu kao volfram ili titan, ne služi kao neiscrpan izvor energije poput plutonija ili urana, električna vodljivost materijala također je daleko od najviše, au industrijskoj tehnologiji glavni metal je željezo. Unatoč tome, germanij je jedna od najvažnijih komponenti tehničkog napretka našeg društva, jer čak i prije nego što se silicij počeo koristiti kao poluvodički materijal.

S tim u vezi bilo bi umjesno upitati se: Što su poluvodljivost i poluvodiči? Ni stručnjaci ne mogu točno odgovoriti na ovo pitanje, jer... možemo govoriti o posebno razmatranom svojstvu poluvodiča. Postoji i točna definicija, ali samo iz narodne predaje: Poluvodič je vodič za dva automobila.

Poluga germanija košta gotovo jednako kao poluga zlata. Metal je vrlo krhak, gotovo poput stakla, pa ako ispustite takav ingot, velika je vjerojatnost da će se metal jednostavno slomiti.

Metalni germanij, svojstva

Biološka svojstva

Germanij se najviše koristio u medicinske svrhe u Japanu. Rezultati ispitivanja organogermanijevih spojeva na životinjama i ljudima pokazali su da mogu imati blagotvoran učinak na organizam. Godine 1967. japanski dr. K. Asai otkrio je da organski germanij ima široke biološke učinke.

Među svim njegovim biološkim svojstvima treba istaknuti:

• - osiguranje prijenosa kisika u tjelesna tkiva;
• - povećanje imunološkog statusa tijela;
• - manifestacija antitumorske aktivnosti.

Nakon toga, japanski znanstvenici stvorili su prvi svjetski medicinski proizvod koji sadrži germanij - "Germanium - 132".

U Rusiji se prvi domaći lijek koji sadrži organski germanij pojavio tek 2000. godine.

Procesi biokemijske evolucije površine zemljine kore nisu utjecali na najbolji mogući način sadrži germanij. Većina elementa isprana je s kopna u oceane, pa je njegov sadržaj u tlu i dalje prilično nizak.

Među biljkama koje imaju sposobnost apsorpcije germanija iz tla prednjači ginseng (germanija do 0,2%). Germanij se također nalazi u češnjaku, kamforu i aloji, koji se tradicionalno koriste u liječenju raznih ljudskih bolesti. U vegetaciji se germanij nalazi u obliku karboksietil semioksida. Sada je moguće sintetizirati seskvioksane s pirimidinskim fragmentom - organske spojeve germanija. Ovaj spoj je po strukturi blizak prirodnom, poput korijena ginsenga.

Germanij se može klasificirati kao rijedak element u tragovima. Prisutan je u velikom broju različitih proizvoda, ali u malim dozama. Dnevni unos organskog germanija je 8-10 mg. Procjena 125 prehrambenih proizvoda pokazala je da oko 1,5 mg germanija dnevno ulazi u tijelo hranom. Sadržaj mikroelemenata u 1 g sirove hrane je oko 0,1 – 1,0 mcg. Germanij se nalazi u mlijeku, soku od rajčice, lososu i grahu. No, da biste zadovoljili dnevne potrebe za germanijem, trebali biste dnevno popiti 10 litara soka od rajčice ili pojesti oko 5 kilograma lososa. S gledišta cijene ovih proizvoda, ljudskih fizioloških svojstava i zdravog razuma, također je nemoguće konzumirati takve količine proizvoda koji sadrže germanij. U Rusiji oko 80-90% stanovništva ima manjak germanija, zbog čega su razvijeni posebni pripravci.

Praktične studije su pokazale da je germanija u tijelu najviše u crijevima, želucu, slezeni, koštanoj srži i krvi. Visoki sadržaj mikroelementa u crijevima i želucu ukazuje na produženi učinak apsorpcije lijeka u krv. Postoji pretpostavka da se organski germanij u krvi ponaša otprilike isto kao i hemoglobin, tj. ima negativan naboj i sudjeluje u prijenosu kisika do tkiva. Dakle, sprječava razvoj hipoksije na razini tkiva.

Kao rezultat ponovljenih eksperimenata, dokazana je sposobnost germanija da aktivira T-killer stanice i potiče indukciju gama interferona, koji suzbijaju proces reprodukcije stanica koje se brzo dijele. Glavni smjer djelovanja interferona je antitumorski i antivirusna zaštita, radioprotektivne i imunomodulatorne funkcije limfnog sustava.

Germanij u obliku seskvioksida ima sposobnost djelovanja na vodikove ione H+, ublažavajući njihov destruktivni učinak na tjelesne stanice. Jamstvo izvrsnog rada svih sustava ljudskog tijela je nesmetana opskrba kisikom krvi i svih tkiva. Organski germanij ne samo da dostavlja kisik u sve točke tijela, već također potiče njegovu interakciju s ionima vodika.

• - Germanij je metal, ali se po krhkosti može usporediti sa staklom.
• - Neki priručnici tvrde da germanij ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija izravno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može djelovati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnast.
• - Germanij je otkriven na površini sunca, kao iu meteoritima koji su pali iz svemira.
• - Prvi organoelementni spoj germanija dobio je pronalazač elementa Clemens Winkler iz germanijevog tetraklorida 1887. godine, bio je to tetraetilgermanij. Od svih organoelementarnih spojeva germanija dobivenih u sadašnjoj fazi, niti jedan nije otrovan. Istodobno, većina mikroelemenata organokositra i olova, koji su po svojim fizičkim svojstvima analogni germaniju, otrovni su.
• - Dmitrij Ivanovič Mendeljejev predvidio je tri kemijska elementa i prije njihova otkrića, uključujući i germanij, nazvavši element ekasilicij zbog sličnosti sa silicijem. Predviđanje slavnog ruskog znanstvenika bilo je toliko točno da je jednostavno zadivilo znanstvenike, uklj. i Winkler, koji je otkrio germanij. Atomska težina prema Mendeljejevu bila je 72, u stvarnosti je bila 72,6; specifična težina prema Mendelejevu bila je 5,5 u stvarnosti - 5,469; atomski volumen prema Mendeljejevu bio je 13 u stvarnosti - 13,57; najveći oksid prema Mendelejevu je EsO2, u stvarnosti - GeO2, njegova specifična težina prema Mendelejevu bila je 4,7, u stvarnosti - 4,703; kloridni spoj po Mendelejevu EsCl4 - tekućina, vrelište približno 90°C, u stvarnosti - kloridni spoj GeCl4 - tekućina, vrelište 83°C, spoj s vodikom po Mendelejevu EsH4 je plinovit, spoj s vodikom u stvarnosti - GeH4 plinovit; Organometalni spoj prema Mendelejevu Es(C2H5)4, vrelište 160 °C, pravi organometalni spoj Ge(C2H5)4 vrelište 163,5 °C. Kao što se može vidjeti iz gore navedenih informacija, Mendeljejevo predviđanje bilo je iznenađujuće točno.
• - Dana 26. veljače 1886. Clemens Winkler započeo je pismo Mendelejevu riječima "Poštovani gospodine." Na prilično ljubazan način ispričao je ruskom znanstveniku o otkriću novog elementa zvanog germanij, koji po svojim svojstvima nije ništa drugo do Mendeljejevljev prethodno predviđeni "ekazilicij". Odgovor Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva nije bio ništa manje pristojan. Znanstvenik se složio s otkrićem svog kolege, nazivajući germanij "krunom svog periodnog sustava", a Winklera "ocem" elementa, dostojnim da nosi ovu "krunu".
• - Germanij, kao klasični poluvodič, postao je ključ za rješavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodika, ali ne i tekućeg helija. Kao što je poznato, vodik iz plinovitog prelazi u tekuće stanje kada dosegne temperaturu od –252,6°C, odnosno 20,5°K. U 70-ima je razvijen film germanija i niobija, čija je debljina bila samo nekoliko tisuća atoma. Ovaj film može zadržati supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.
• - Kod uzgoja monokristala germanija, na površinu rastaljenog germanija stavlja se kristal germanija – “sjeme” koje se automatskim uređajem postupno podiže, a temperatura taline je nešto viša od tališta germanija (937 °C). “Sjeme” se okreće tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se tijekom takvog rasta događa ista stvar kao i tijekom zonskog taljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Priča

Postojanje takvog elementa kao što je germanij predvidio je još 1871. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev; zbog sličnosti sa silicijem element je nazvan eka-silicij. Godine 1886. profesor na rudarskoj akademiji u Freibergu otkrio je argirodit, novi mineral srebra. Potom je ovaj mineral prilično pažljivo ispitao profesor tehničke kemije Clemens Winkler, provodeći potpunu analizu minerala. Četrdesetosmogodišnji Winkler s pravom je smatran najboljim analitičarom na rudarskoj akademiji u Freibergu, zbog čega je dobio priliku proučavati argirodit.

Profesor je u prilično kratkom vremenu uspio dati izvješće o postotku različitih elemenata u izvornom mineralu: srebro u njegovom sastavu bilo je 74,72%; sumpor - 17,13%; željezni oksid – 0,66%; živa – 0,31%; cinkov oksid - 0,22%, ali gotovo sedam posto - to je bio udio nekog nepoznatog elementa, koji, čini se, još nije bio otkriven u to daleko vrijeme. S tim u vezi, Winkler je odlučio izolirati neidentificiranu komponentu argyrodpta, proučiti njegova svojstva, au procesu istraživanja shvatio je da je zapravo pronašao potpuno novi element - to je bio eskaplicij, koji je predvidio D.I. Mendeljejev.

Međutim, bilo bi pogrešno misliti da je Winklerov posao tekao glatko. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev, uz osmo poglavlje svoje knjige “Osnove kemije”, piše: “U početku (veljača 1886.), nedostatak materijala, kao i nedostatak spektra u plamenu i topljivost germanija. spojeva, ozbiljno ometao Winklerova istraživanja...” Vrijedno je obratiti pozornost na riječi “nedostatak spektra”. Ali kako to? Godine 1886. već je postojala široko korištena metoda spektralne analize. Ovom metodom otkriveni su elementi kao što su talij, rubidij, indij, cezij na Zemlji i helij na Suncu. Znanstvenici su već pouzdano znali da svaki kemijski element, bez iznimke, ima individualni spektar, ali odjednom spektra nema!

Objašnjenje za ovaj fenomen pojavilo se nešto kasnije. Germanij ima karakteristične spektralne linije. Njihova je valna duljina 2651,18; 3039,06 Ǻ i još nekoliko. Međutim, svi oni leže unutar ultraljubičastog nevidljivog dijela spektra; može se smatrati srećom što je Winkler pristaša tradicionalnih metoda analize, jer su ga upravo te metode dovele do uspjeha.

Winklerova metoda dobivanja germanija iz minerala vrlo je bliska jednoj od suvremenih industrijskih metoda za izdvajanje elementa 32. Prvo je germanij, koji je bio sadržan u argarodnitu, pretvoren u dioksid. Zatim je dobiveni bijeli prah zagrijan na temperaturu od 600-700 °C u atmosferi vodika. U ovom slučaju, reakcija se pokazala očitom: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ovom metodom je prvi put dobiven relativno čisti element br. 32, germanij. Isprva je Winkler namjeravao vanadij nazvati neptunijem, u čast istoimenog planeta, jer je Neptun, kao i germanij, prvo predviđen, a tek onda pronađen. Ali onda se pokazalo da je to ime već jednom korišteno; jedan kemijski element koji je lažno otkriven nazvan je neptunij. Winkler je odlučio ne kompromitirati svoje ime i otkriće i odbio je neptunij. Jedan francuski znanstvenik Rayon predložio je, međutim, tada je priznao da je njegov prijedlog bio šala, predložio je da se element nazove angularium, tj. “kontroverzan, uglat”, ali Winkleru se ni ovo ime nije svidjelo. Kao rezultat toga, znanstvenik je samostalno odabrao ime za svoj element i nazvao ga germanij, u čast svoje domovine Njemačke, s vremenom se to ime ustalilo.

Do 2.pol. XX. stoljeća Praktična uporaba germanija ostala je prilično ograničena. Industrijska proizvodnja metala nastala je tek u vezi s razvojem poluvodiča i poluvodičke elektronike.

Biti u prirodi

Germanij se može klasificirati kao element u tragovima. U prirodi se element uopće ne pojavljuje u slobodnom obliku. Ukupni sadržaj metala u zemljinoj kori našeg planeta po masi je 7 × 10 −4%%. To je više od sadržaja kemijskih elemenata kao što su srebro, antimon ili bizmut. No vlastiti minerali germanija prilično su rijetki i vrlo se rijetko nalaze u prirodi. Gotovo svi ovi minerali su sulfosoli, na primjer, germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfildit Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argirodit Ag8GeS6 i drugi.

Glavni dio germanija raspršenog u zemljinoj kori sadržan je u ogromnom broju stijena, kao iu mnogim mineralima: sulfitnim rudama obojenih metala, željezne rude, neki oksidni minerali (kromit, magnetit, rutil i drugi), graniti, dijabazi i bazalti. U nekim sfaleritima sadržaj elementa može doseći nekoliko kilograma po toni, na primjer, u frankeitu i sulvanitu 1 kg/t, u enargitima sadržaj germanija je 5 kg/t, u pirargiritu - do 10 kg/t, a u ostalim silikatima i sulfidima - deseci i stotine g/t. Mali udio germanija prisutan je u gotovo svim silikatima, kao iu nekim naslagama nafte i ugljena.

Glavni mineral elementa je germanij sulfit (formula GeS2). Mineral se nalazi kao nečistoća u cink sulfitima i drugim metalima. Najvažniji minerali germanija su: germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanit (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stotit FeGe(OH) 6, renijerit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 i argirodit Ag 8 GeS 6 .

Njemačka je prisutna na teritorijima svih država bez iznimke. Ali niti jedna industrijalizirana zemlja svijeta nema industrijska nalazišta ovog metala. Germanij je vrlo, vrlo difuzan. Na Zemlji se minerali ovog metala smatraju vrlo rijetkima ako sadrže više od najmanje 1% germanija. Takvi minerali uključuju germanit, argirodit, ultrabazit itd., uključujući minerale otkrivene u posljednjim desetljećima: štotit, renerit, plumbogermanit i konfildit. Ležišta svih ovih minerala nisu u stanju pokriti potrebe moderne industrije za ovim rijetkim i važnim kemijskim elementom.

Glavnina germanija je raspršena u mineralima drugih kemijskih elemenata, a nalazi se iu prirodnim vodama, ugljenu, živim organizmima i tlu. Na primjer, sadržaj germanija u običnom ugljen ponekad doseže više od 0,1%. Ali takva je brojka prilično rijetka; obično je udio germanija manji. Ali u antracitu gotovo da nema germanija.

Priznanica

Pri preradi germanij sulfida dobiva se GeO 2 oksid koji se reducira uz pomoć vodika da bi se dobio slobodni germanij.

U industrijskoj proizvodnji, germanij se ekstrahira uglavnom kao nusproizvod pri preradi ruda obojenih metala (cinkova smjesa, polimetalni koncentrati cink-bakar-olovo koji sadrže 0,001-0,1% germanija), pepeo od izgaranja ugljena i neke koksne kemikalije proizvoda.

U početku se koncentrat germanija (od 2% do 10% germanija) izolira iz gore navedenih izvora na različite načine, čiji izbor ovisi o sastavu sirovine. Tijekom prerade ugljena, germanij se djelomično taloži (od 5% do 10%) u katransku vodu i smolu, odatle se ekstrahira u kombinaciji s taninom, nakon čega se suši i peče na temperaturi od 400-500°C. . Rezultat je koncentrat koji sadrži oko 30-40% germanija, iz kojeg se izdvaja germanij u obliku GeCl 4 . Proces ekstrakcije germanija iz takvog koncentrata u pravilu uključuje iste faze:

1) Koncentrat se klorira korištenjem klorovodične kiseline, mješavina kiseline i klora u vodenom mediju ili drugim sredstvima za kloriranje, što može rezultirati tehničkim GeCl 4. Za pročišćavanje GeCl 4 koristi se rektifikacija i ekstrakcija nečistoća koncentriranom solnom kiselinom.

2) Provodi se hidroliza GeCl 4, produkti hidrolize se kalciniraju da se dobije GeO 2 oksid.

3) GeO se reducira vodikom ili amonijakom u čisti metal.

Pri dobivanju najčišćeg germanija, koji se koristi u poluvodičkoj tehničkoj opremi, provodi se zonsko taljenje metala. Monokristalni germanij potreban za proizvodnju poluvodiča obično se dobiva zonskim taljenjem ili metodom Czochralskog.

Metode za izolaciju germanija iz katranske vode koksara razvio je sovjetski znanstvenik V.A. Nazarenko. Ova sirovina ne sadrži više od 0,0003% germanija, međutim, koristeći hrastov ekstrakt, lako je istaložiti germanij u obliku kompleksa tanida.

Glavna komponenta tanina je ester glukoze, koji sadrži radikal meta-digalične kiseline, koji veže germanij, čak i ako je koncentracija elementa u otopini vrlo niska. Iz sedimenta se lako može dobiti koncentrat koji sadrži do 45% germanijevog dioksida.

Naknadne transformacije malo će ovisiti o vrsti sirovine. Germanij se reducira vodikom (kao kod Winklera u 19. stoljeću), međutim, germanijev oksid se prethodno mora izolirati od brojnih nečistoća. Uspješna kombinacija svojstava jednog germanijevog spoja pokazala se vrlo korisnom za rješavanje ovog problema.

Germanijev tetraklorid GeCl4. je hlapljiva tekućina koja vrije na samo 83,1°C. Stoga se vrlo povoljno pročišćava destilacijom i rektifikacijom (u kvarcnim kolonama s punjenjem).

GeCl4 je gotovo netopljiv u klorovodičnoj kiselini. To znači da za čišćenje možete koristiti otapanje nečistoća s HCl.

Pročišćeni germanijev tetraklorid tretira se vodom i pročišćava smolama za ionsku izmjenu. Znak potrebne čistoće je povećanje otpora vode na 15-20 milijuna Ohm cm.

Hidroliza GeCl4 odvija se pod utjecajem vode:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Možda ćete primijetiti da pred sobom imamo jednadžbu za reakciju proizvodnje germanijevog tetraklorida "napisanu unatrag".

Zatim dolazi redukcija GeO2 pomoću pročišćenog vodika:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Rezultat je germanij u prahu, koji se spaja i zatim pročišćava zonskim taljenjem. Ova metoda pročišćavanja razvijena je 1952. godine posebno za pročišćavanje germanija.

Nečistoće koje su potrebne za postizanje jedne vrste vodljivosti germanija uvode se u završnim fazama proizvodnje, naime tijekom zonskog taljenja, kao i tijekom rasta pojedinačnog kristala.

Primjena

Germanij je poluvodički materijal koji se koristi u elektronici i tehnologiji u proizvodnji mikro krugova i tranzistora. Najtanji slojevi germanija talože se na staklo i koriste kao otpor u radarskim instalacijama. U proizvodnji detektora i senzora koriste se legure germanija s raznim metalima. Germanijev dioksid ima široku primjenu u proizvodnji stakala koja propuštaju infracrveno zračenje.

Germanijev telurid dugo je služio kao stabilan termoelektrični materijal, a također i kao komponenta termoelektričnih legura (termo-značenje emf s 50 μV/K) germanij ultra-visoke čistoće igra izuzetno stratešku ulogu u proizvodnji prizmi i leća infracrvena optika. Najveći potrošač germanija je infracrvena optika koja se koristi u računalnoj tehnologiji, sustavima za nišanjenje i navođenje projektila, uređajima za noćno gledanje, kartografiranju i proučavanju zemljine površine putem satelita. Germanij se također široko koristi u sustavima optičkih vlakana (dodatak germanijevog tetrafluorida staklenim vlaknima), kao iu poluvodičkim diodama.

Germanij, kao klasični poluvodič, postao je ključ za rješavanje problema stvaranja supravodljivih materijala koji rade na temperaturi tekućeg vodika, ali ne i tekućeg helija. Kao što znate, vodik iz plinovitog prelazi u tekuće stanje kada dosegne temperaturu od -252,6°C, odnosno 20,5°K. U 70-ima je razvijen film germanija i niobija, čija je debljina bila samo nekoliko tisuća atoma. Ovaj film može zadržati supravodljivost čak i kada temperature dosegnu 23,2°K i niže.

Utapanjem indija u HES ploču, stvaranjem područja s tzv. hole vodljivošću, dobiva se ispravljački uređaj, tj. dioda. Dioda ima svojstvo propuštanja električne struje u jednom smjeru: elektroničko područje iz područja s šupljinom vodljivosti. Nakon spajanja indija s obje strane hidroelektrične ploče, ova se ploča pretvara u bazu tranzistora. Prvi put u svijetu tranzistor od germanija napravljen je davne 1948. godine, a samo dvadesetak godina kasnije slični uređaji proizvedeni su u stotinama milijuna primjeraka.

Diode i triode na bazi germanija postale su naširoko korištene u televizorima i radijima, u širokoj paleti mjerne opreme i računala.

Germanij se koristi iu drugim posebno važnim područjima moderne tehnologije: pri mjerenju niskih temperatura, pri detektiranju infracrvenog zračenja itd.

Za korištenje metle u svim ovim primjenama potreban je germanij vrlo visoke kemijske i fizičke čistoće. Kemijska čistoća je takva čistoća pri kojoj količina štetnih primjesa ne smije biti veća od desetmilijuntog dijela postotka (10–7%). Fizikalna čistoća podrazumijeva minimum dislokacija, minimum poremećaja u kristalnoj strukturi tvari. Da bi se to postiglo, posebno se uzgaja monokristalni germanij. U ovom slučaju, cijeli metalni ingot je samo jedan kristal.

Za to se na površinu rastaljenog germanija postavlja kristal germanija, “sjeme”, koji se automatskim uređajem postupno podiže, dok je temperatura taline nešto viša od tališta germanija (937 °C). “Sjeme” se okreće tako da monokristal, kako kažu, “raste mesom” sa svih strana ravnomjerno. Treba napomenuti da se tijekom takvog rasta događa ista stvar kao i tijekom zonskog taljenja, tj. Gotovo samo germanij prelazi u čvrstu fazu, a sve nečistoće ostaju u talini.

Fizička svojstva

Vjerojatno je malo tko od čitatelja ovog članka imao priliku vizualno vidjeti vanadij. Sam element je prilično rijedak i skup, od njega se ne proizvodi roba široke potrošnje, a njihovo punjenje od germanija, koje se može naći u električnim uređajima, toliko je malo da se metal ne vidi.

Neke referentne knjige navode da germanij ima srebrnastu boju. Ali to se ne može reći, jer boja germanija izravno ovisi o načinu obrade metalne površine. Ponekad može djelovati gotovo crno, ponekad ima čeličnu boju, a ponekad može biti srebrnast.

Germanij je toliko rijedak metal da se cijena njegovih poluga može usporediti s cijenom zlata. Germanij karakterizira povećana krhkost, koja se može usporediti samo sa staklom. Izvana, germanij je vrlo blizak siliciju. Ova dva elementa su i konkurenti za titulu najvažnijeg poluvodiča i analoga. Iako su neka tehnička svojstva elemenata uvelike slična, uključujući vanjski izgled materijala, vrlo je lako razlikovati germanij od silicija; germanij je više nego dvostruko teži. Gustoća silicija je 2,33 g/cm3, a gustoća germanija 5,33 g/cm3.

Ali ne možemo nedvosmisleno govoriti o gustoći germanija, jer brojka 5,33 g/cm3 odnosi se na germanij-1. To je jedna od najvažnijih i najčešćih modifikacija pet alotropskih modifikacija elementa 32. Četiri od njih su kristalne, a jedna je amorfna. Germanij-1 je najlakša modifikacija od četiri kristalne. Njegovi kristali su građeni potpuno isto kao kristali dijamanta, a = 0,533 nm. Međutim, ako je za ugljik ova struktura što je moguće gušća, onda za germanij postoje i gušće modifikacije. Umjereno zagrijavanje i visoki tlak (oko 30 tisuća atmosfera na 100 °C) pretvaraju germanij-1 u germanij-2, čija je struktura kristalne rešetke potpuno ista kao kod bijelog kositra. Slična se metoda koristi za dobivanje germanija-3 i germanija-4, koji su još gušći. Sve ove "ne sasvim obične" modifikacije su superiornije od germanija-1 ne samo u gustoći, već iu električnoj vodljivosti.

Gustoća tekućeg germanija je 5,557 g/cm3 (pri 1000°C), talište metala je 937,5°C; vrelište je oko 2700°C; vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti je približno 60 W / (m (K) ili 0,14 cal / (cm (sec (deg)) na temperaturi od 25 ° C. Na običnim temperaturama, čak i čisti germanij je krhak, ali kada dostiže 550 °C počinje popuštati u plastičnoj ljestvici, tvrdoća germanija je od 6 do 6,5 (u području tlaka od 0 do 120 GN/m2, odnosno od 0). do 12000 kgf/mm2) je 1,4 10-7 m 2 /mn (ili 1,4·10-6 cm 2 /kgf);

Germanij je tipičan poluvodič s veličinom zabranjenog pojasa od 1,104·10 -19 ili 0,69 eV (na temperaturi od 25 °C); germanij visoke čistoće ima specifični električni otpor od 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 °C); pokretljivost elektrona je 3900, a pokretljivost šupljina je 1900 cm 2 /v. sec (na 25 °C i pri sadržaju 8% nečistoća). Za infracrvene zrake, čija je valna duljina veća od 2 mikrona, metal je proziran.

Germanij je prilično krhak; ne može se obraditi toplim ili hladnim pritiskom do temperatura ispod 550 °C, ali ako temperatura postane viša, metal je duktilan. Tvrdoća metala na mineraloškoj ljestvici je 6,0-6,5 (germanij se pili u ploče pomoću metalnog ili dijamantnog diska i abraziva).

Kemijska svojstva

Germanij, kada se nalazi u kemijskim spojevima, obično pokazuje drugu i četvrtu valenciju, ali spojevi četverovalentnog germanija su stabilniji. Germanij je na sobnoj temperaturi otporan na vodu, zrak, kao i na otopine lužina i razrijeđene koncentrate sumporne ili klorovodične kiseline, ali se element prilično lako otapa u aqua regia ili lužnatoj otopini vodikovog peroksida. Element se polagano oksidira djelovanjem dušične kiseline. Kada temperatura zraka dosegne 500-700 °C, germanij počinje oksidirati u okside GeO 2 i GeO. (IV) germanijev oksid je bijeli prah s talištem od 1116 °C i topljivošću u vodi od 4,3 g/l (na 20 °C). Prema svojim kemijskim svojstvima tvar je amfoterna, topiva u alkalijama, a teško u mineralnoj kiselini. Dobiva se prodiranjem hidratacijskog taloga GeO 3 nH 2 O, koji se oslobađa tijekom hidrolize. Derivati ​​germanijeve kiseline, na primjer, metalni germanati (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 itd.) su krutine s visokim talištem. , može se dobiti spajanjem GeO 2 i drugih oksida.

Kao rezultat međudjelovanja germanija i halogena mogu nastati odgovarajući tetrahalogenidi. Reakcija se najlakše može odvijati s klorom i fluorom (čak i na sobnoj temperaturi), zatim s jodom (temperatura 700-800 °C, prisutnost CO) i bromom (na niskoj temperaturi). Jedan od najvažnijih spojeva germanija je tetraklorid (formula GeCl 4). To je bezbojna tekućina s talištem 49,5 °C, vrelištem 83,1 °C i gustoćom 1,84 g/cm3 (na 20 °C). Tvar se snažno hidrolizira vodom, oslobađajući talog hidratiziranog oksida (IV). Tetraklorid se dobiva kloriranjem metalnog germanija ili reakcijom GeO 2 oksida i koncentrirane klorovodične kiseline. Germanijevi dihalidi sa opća formula GeX 2, heksaklorodigerman Ge 2 Cl 6, GeCl monoklorid, kao i germanijevi oksikloridi (na primjer, CeOCl 2).

Kada se postigne 900-1000 °C, sumpor snažno reagira s germanijem, stvarajući GeS 2 disulfid. To je bijela krutina s talištem od 825 °C. Moguć je i nastanak monosulfida GeS i sličnih spojeva germanija s telurijem i selenom koji su poluvodiči. Na temperaturi od 1000-1100 °C, vodik lagano reagira s germanijem, stvarajući germin (GeH) X, koji je nestabilan i vrlo hlapljiv spoj. Vodikovi germanidi niza Ge n H 2n + 2 do Ge 9 H 20 mogu nastati reakcijom germanida s razrijeđenom HCl. Poznat je i germilen sastava GeH 2 . Germanij ne reagira izravno s dušikom, ali postoji nitrid Ge 3 N 4, koji se dobiva kada se germanij izloži amonijaku (700-800 ° C). Germanij ne reagira s ugljikom. S mnogim metalima germanij stvara različite spojeve – germanide.

Poznati su mnogi kompleksni spojevi germanija, koji postaju sve važniji u analitičkoj kemiji elementa germanija, kao iu procesima dobivanja kemijski element. Germanij je sposoban tvoriti kompleksne spojeve s organskim molekulama koje sadrže hidroksil (polihidrični alkoholi, polibazične kiseline itd.). Postoje i germanijeve heteropolikiseline. Kao i drugi elementi skupine IV, germanij tipično tvori organometalne spojeve. Primjer je tetraetilgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.