გერმანიუმი იშვიათი და სასარგებლო ნახევრადმეტალია. აქვს თუ არა თქვენს ორგანიზმს საკმარისი გერმანიუმი: რა სარგებლობა მოაქვს მიკროელემენტს, როგორ ამოვიცნოთ გერმანიუმის დეფიციტი ან ჭარბი, თვისებების მიღება და გამოყენება
1870 წელს დ.ი. პერიოდული კანონის საფუძველზე მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა IV ჯგუფის ჯერ კიდევ ამოუცნობი ელემენტი, მას ეკა-სილიკონი უწოდა და აღწერა მისი ძირითადი თვისებები. 1886 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა კლემენს ვინკლერმა აღმოაჩინა ეს ქიმიური ელემენტი მინერალის არგიროდიტის ქიმიური ანალიზის დროს. თავდაპირველად ვინკლერს სურდა დაერქვა ახალი ელემენტი "ნეპტუნიუმი", მაგრამ ეს სახელი უკვე მიენიჭა ერთ-ერთ შემოთავაზებულ ელემენტს, ამიტომ ელემენტს დაარქვეს მეცნიერის სამშობლოს, გერმანიის პატივსაცემად.
ბუნებაში ყოფნა, მიღება:
გერმანიუმი გვხვდება სულფიდურ მადნებში, რკინის საბადოში და გვხვდება თითქმის ყველა სილიკატში. გერმანიუმის შემცველი ძირითადი მინერალებია: არგიროდიტი Ag 8 GeS 6, კონფილდიტი Ag 8 (Sn, Ce)S 6, სტოტიტი FeGe(OH) 6, გერმანიტი Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, რენიერიტი Cu. 3 ( Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
მადნის გამდიდრებისა და კონცენტრაციისთვის რთული და შრომატევადი ოპერაციების შედეგად გერმანიუმი იზოლირებულია GeO 2 ოქსიდის სახით, რომელიც წყალბადით 600°C-ზე მცირდება მარტივ ნივთიერებამდე.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
გერმანიუმი იწმინდება ზონის დნობის მეთოდით, რაც მას ქიმიურად ყველაზე სუფთა მასალად აქცევს.
ფიზიკური თვისებები:
რუხი-თეთრი მყარი მეტალის ბზინვარებით (mp 938°C, bp 2830°C)
ქიმიური თვისებები:
ნორმალურ პირობებში გერმანიუმი მდგრადია ჰაერისა და წყლის, ტუტეებისა და მჟავების მიმართ და იხსნება აკვა რეგიაში და წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში. გერმანიუმის ჟანგვის მდგომარეობა მის ნაერთებში: 2, 4.
ყველაზე მნიშვნელოვანი კავშირები:
გერმანიუმის (II) ოქსიდი, GeO, რუხი-შავი, ოდნავ ხსნადი. b-in, გაცხელებისას არაპროპორციულია: 2GeO = Ge + GeO 2
გერმანიუმის (II) ჰიდროქსიდი Ge(OH) 2, წითელ-ნარინჯისფერი. ქრისტე,
გერმანიუმის (II) იოდიდი, GeI 2, ყვითელი. კრ., სოლ. წყალში, ჰიდროლ. ნახვამდის.
გერმანიუმის (II) ჰიდრიდი, GeH 2, ტვ. თეთრი ფორები, ადვილად იჟანგება. და დაშლა.
გერმანიუმის (IV) ოქსიდი, GeO 2 , თეთრი ბროლი, ამფოტერული, მიღებული გერმანიუმის ქლორიდის, სულფიდის, ჰიდრიდის ჰიდროლიზით ან გერმანიუმის აზოტის მჟავასთან რეაქციით.
გერმანიუმის (IV) ჰიდროქსიდი (გერმანის მჟავა), H 2 GeO 3 , სუსტი. undef. ბიაქსიალური მაგალითად, გერმანიტის მარილები, მაგალითად. ნატრიუმის გერმანატი, Na 2 GeO 3, თეთრი კრისტალი, სოლ. წყალში; ჰიგიროსკოპიული. ასევე არსებობს Na 2 ჰექსაჰიდროქსოგერმანატები (ორთო-გერმანატები) და პოლიგერმანატები
გერმანიუმის (IV) სულფატი, Ge(SO 4) 2, უფერო. კრისტალები, ჰიდროლიზებული წყლით GeO 2-მდე, მიღებული გერმანიუმის(IV) ქლორიდის გაცხელებით გოგირდის ანჰიდრიდთან 160°C-ზე: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
გერმანიუმის(IV) ჰალოიდები, ფტორი GeF 4 - საუკეთესო. გაზი, ნედლი ჰიდროლ., რეაგირებს HF-თან, წარმოქმნის H 2 - ჰიდროფლუორმჟავას: GeF 4 + 2HF = H 2,
ქლორიდი GeCl 4, უფერო. თხევადი, ჰიდრ., ბრომიდი GeBr 4, ნაცრისფერი კრ. ან უფერო თხევადი, ხსნარი. ორგ. შეერთება,
იოდიდი GeI 4, ყვითელი-ნარინჯისფერი. კრ., ნელი. ჰიდრ., სოლ. ორგ. კონნ.
გერმანიუმის (IV) სულფიდი, GeS 2, თეთრი კრ., ცუდად ხსნადი. წყალში, ჰიდროლ., რეაგირებს ტუტეებთან:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, წარმოქმნის გერმანატებს და თიოგერმანატებს.
გერმანიუმის (IV) ჰიდრიდი, "გერმანი", GeH 4, უფერო გაზი, ორგანული წარმოებულები ტეტრამეთილგერმანი Ge(CH 3) 4, ტეტრაეთილგერმანი Ge(C 2 H 5) 4 - უფერო. სითხეები.
განაცხადი:
ყველაზე მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარული მასალა, გამოყენების ძირითადი სფეროები: ოპტიკა, რადიოელექტრონიკა, ბირთვული ფიზიკა.
გერმანიუმის ნაერთები ოდნავ ტოქსიკურია. გერმანიუმი არის მიკროელემენტი, რომელიც ადამიანის ორგანიზმში ზრდის ორგანიზმის იმუნური სისტემის ეფექტურობას, ებრძვის კიბოს და ამცირებს ტკივილს. ასევე აღნიშნულია, რომ გერმანიუმი ხელს უწყობს ჟანგბადის გადატანას სხეულის ქსოვილებში და არის ძლიერი ანტიოქსიდანტი - ორგანიზმში თავისუფალი რადიკალების ბლოკატორი.
ადამიანის ორგანიზმის ყოველდღიური მოთხოვნილებაა 0,4–1,5 მგ.
გერმანიუმის შემცველობის ჩემპიონი საკვებ პროდუქტებს შორის არის ნიორი (750 მკგ გერმანიუმი 1 გრ ნივრის კბილის მშრალ წონაზე).
მასალა მოამზადეს ტიუმენის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ფიზიკისა და ქიმიის ინსტიტუტის სტუდენტებმა
დემჩენკო იუ.ვ., ბორნოვოლოკოვა ა.ა.
წყაროები:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (წვდომის თარიღი: 06/13/2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (შესვლის თარიღი: 06/13/2014).
გერმანიუმი
გერმანია-ᲛᲔ; მ.ქიმიური ელემენტი (Ge), მონაცრისფრო-თეთრი მყარი მეტალის ბზინვარებით (ეს არის მთავარი ნახევარგამტარული მასალა). გერმანიუმის ფირფიტა.
◁ გერმანიუმი, ოჰ, ოჰ. G-ე ნედლეული. გ. ღვეზელი.
გერმანიუმი(ლათინური გერმანიუმი), პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი. სახელწოდება ლათინური გერმანიიდან არის - გერმანია, კ.ა. ვინკლერის სამშობლოს საპატივცემულოდ. ვერცხლისფერი ნაცრისფერი კრისტალები; სიმკვრივე 5.33 გ/სმ 3, ტ pl 938.3ºC. გავრცელებულია ბუნებაში (საკუთარი მინერალები იშვიათია); მოპოვებული ფერადი ლითონის მადნებიდან. ნახევარგამტარული მასალა ელექტრონული მოწყობილობებისთვის (დიოდები, ტრანზისტორები და ა.შ.), შენადნობების კომპონენტი, მასალა ლინზებისთვის IR მოწყობილობებში, მაიონებელი გამოსხივების დეტექტორები.
გერმანიაGERMANIUM (ლათ. Germanium), Ge (წაიკითხეთ „ჰერტემპმანიუმი“), ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 32, ატომური მასა 72,61. ბუნებრივი გერმანიუმი შედგება ხუთი იზოტოპისგან, მასობრივი ნომრებით 70 (შემადგენლობა ბუნებრივ ნარევში 20.51% წონით), 72 (27.43%), 73 (7.76%), 74 (36.54%) და 76 (7.76%). გარე ელექტრონული ფენის 4 კონფიგურაცია ს 2
გვ 2
. ჟანგვის მდგომარეობები +4, +2 (ვალენტობა IV, II). მდებარეობს IVA ჯგუფში, ელემენტების პერიოდული ცხრილის მე-4 პერიოდში.
აღმოჩენის ისტორია
აღმოაჩინა K.A. Winkler-მა (სმ.ვინკლერი კლემენს ალექსანდრე)(და სახელად მისი სამშობლო - გერმანია) 1886 წელს მინერალის არგიროდიტის Ag 8 GeS 6 ანალიზის დროს ამ ელემენტის არსებობისა და მისი ზოგიერთი თვისების არსებობის შემდეგ იწინასწარმეტყველა დ.ი. მენდელეევმა. (სმ.მენდელეევი დიმიტრი ივანოვიჩი).
ბუნებაში ყოფნა
დედამიწის ქერქში შემცველობა წონით 1,5·10 -4%. ეხება გაფანტულ ელემენტებს. ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება. მინარევის სახით შეიცავს სილიკატებს, დანალექ რკინას, პოლიმეტალურ, ნიკელის და ვოლფრამის მადნებს, ნახშირს, ტორფს, ზეთებს, თერმულ წყლებსა და წყალმცენარეებში. ყველაზე მნიშვნელოვანი მინერალები: გერმანიტი Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, სტოტიტი FeGe(OH) 6, პლუმბოგერმანიტი (Pb,Ge,Ga) 2SO 4 (OH) 2 2H 2O, არგიროდიტი Ag. 8 GeS 6, რენიერიტი Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
გერმანიუმის მიღება
გერმანიუმის მისაღებად გამოიყენება ფერადი ლითონის მადნების გადამუშავების ქვეპროდუქტები, ნახშირის წვის ნაცარი და ზოგიერთი კოქსის ქიმიური პროდუქტი. Ge-ს შემცველი ნედლეული მდიდრდება ფლოტაციით. შემდეგ კონცენტრატი გარდაიქმნება GeO 2 ოქსიდად, რომელიც მცირდება წყალბადით (სმ.წყალბადი):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
ნახევარგამტარული სისუფთავის გერმანიუმი მინარევების შემცველობით 10 -3 -10 -4% მიიღება ზონის დნობით. (სმ.ზონის დნობა), კრისტალიზაცია (სმ.კრისტალიზაცია)ან აქროლადი მონოგერმანის GeH 4 თერმოლიზი:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
რომელიც წარმოიქმნება გე-გერმანიდებთან აქტიური მეტალის ნაერთების მჟავებით დაშლისას:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
ფიზიკური და ქიმიური თვისებები
გერმანიუმი არის ვერცხლისფერი ნივთიერება მეტალის ბზინვარებით. სტაბილური მოდიფიკაციის კრისტალური გისოსი (Ge I), კუბური, სახეზე ორიენტირებული, ალმასის ტიპის, ა= 0,533 ნმ (სამი სხვა მოდიფიკაცია მიღებულ იქნა მაღალი წნევის დროს). დნობის წერტილი 938,25 °C, დუღილის წერტილი 2850 °C, სიმკვრივე 5,33 კგ/დმ3. მას აქვს ნახევარგამტარული თვისებები, ზოლის უფსკრული არის 0.66 eV (300 K-ზე). გერმანიუმი გამჭვირვალეა ინფრაწითელი გამოსხივების მიმართ, რომლის ტალღის სიგრძე 2 მიკრონზე მეტია.
Ge-ს ქიმიური თვისებები სილიციუმის მსგავსია. (სმ.სილიკონი). ნორმალურ პირობებში, მდგრადია ჟანგბადის მიმართ (სმ.ჟანგბადი), წყლის ორთქლი, განზავებული მჟავები. ძლიერი კომპლექსური აგენტების ან ჟანგვის აგენტების თანდასწრებით, Ge რეაგირებს მჟავებთან გაცხელებისას:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 კონც. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge რეაგირებს აკვა რეგიასთან (სმ. AQUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge ურთიერთქმედებს ტუტე ხსნარებთან ჟანგვის აგენტების თანდასწრებით:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
როდესაც ჰაერში თბება 700 °C-მდე, Ge აალდება. Ge ადვილად ურთიერთობს ჰალოგენებთან (სმ.ჰალოგენი)და ნაცრისფერი (სმ.გოგირდი):
Ge + 2I 2 = GeI 4
წყალბადით (სმ.წყალბადი),
აზოტი (სმ.აზოტი),
ნახშირბადის (სმ.ᲜᲐᲮᲨᲘᲠᲑᲐᲓᲘᲡ)გერმანიუმი პირდაპირ არ რეაგირებს ამ ელემენტებთან ნაერთები მიიღება ირიბად. მაგალითად, ნიტრიდი Ge 3 N 4 წარმოიქმნება თხევად ამიაკში გერმანიუმის დიიოდიდის GeI 2 გახსნით:
GeI 2 + NH 3 სითხე -> n -> Ge 3 N 4
გერმანიუმის (IV) ოქსიდი, GeO 2, არის თეთრი კრისტალური ნივთიერება, რომელიც არსებობს ორი მოდიფიკაციით. ერთ-ერთი მოდიფიკაცია ნაწილობრივ იხსნება წყალში რთული გერმანული მჟავების წარმოქმნით. ავლენს ამფოტერულ თვისებებს.
GeO 2 რეაგირებს ტუტეებთან, როგორც მჟავა ოქსიდი:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 ურთიერთქმედებს მჟავებთან:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalides არის არაპოლარული ნაერთები, რომლებიც ადვილად ჰიდროლიზდება წყლის მიერ.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
ტეტრაჰალიდები მიიღება პირდაპირი რეაქციით:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ან თერმული დაშლა:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
გერმანიუმის ჰიდრიდები ქიმიური თვისებებით ჰგავს სილიციუმის ჰიდრიდებს, მაგრამ მონოგერმანი GeH4 უფრო სტაბილურია, ვიდრე მონოსილანი SiH4. გერმანელები ქმნიან ჰომოლოგიურ სერიებს Gen H 2n+2, Gen H 2n და სხვა, მაგრამ ეს სერიები უფრო მოკლეა ვიდრე სილანების.
Monogerman GeH 4 არის გაზი, რომელიც სტაბილურია ჰაერში და არ რეაგირებს წყალთან. ხანგრძლივი შენახვისას იშლება H 2 და Ge. მონოგერმანი მიიღება გერმანიუმის დიოქსიდის GeO 2-ის შემცირებით ნატრიუმის ბოროჰიდრიდით NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
ძალიან არასტაბილური GeO მონოქსიდი წარმოიქმნება გერმანიუმის და GeO 2 დიოქსიდის ნარევის ზომიერი გაცხელებით:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Ge(II) ნაერთები ადვილად არაპროპორციულია Ge-ს გამოყოფისთვის:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
გერმანიუმის დისულფიდი GeS 2 არის თეთრი ამორფული ან კრისტალური ნივთიერება, რომელიც მიღებულია H 2 S-ის დალექვით GeCl 4-ის მჟავე ხსნარებიდან:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 იხსნება ტუტეებში და ამონიუმის ან ტუტე ლითონის სულფიდებში:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge შეიძლება იყოს ორგანული ნაერთების ნაწილი. ცნობილია (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH და სხვა.
განაცხადი
გერმანიუმი არის ნახევარგამტარული მასალა, რომელიც გამოიყენება ტექნოლოგიასა და რადიოელექტრონიკაში ტრანზისტორების და მიკროსქემების წარმოებაში. მინაზე დეპონირებული Ge-ს თხელი ფირები გამოიყენება როგორც რეზისტორები რადარის დანადგარებში. Ge-ს შენადნობები ლითონებთან გამოიყენება სენსორებსა და დეტექტორებში. გერმანიუმის დიოქსიდი გამოიყენება სათვალეების წარმოებაში, რომლებიც გადასცემენ ინფრაწითელ გამოსხივებას.
ენციკლოპედიური ლექსიკონი. 2009 .
სინონიმები:ნახეთ, რა არის "გერმანიუმი" სხვა ლექსიკონებში:
ქიმიური ელემენტი, რომელიც აღმოაჩინეს 1886 წელს საქსონიაში აღმოჩენილ იშვიათ მინერალურ არგიროდიტში. რუსულ ენაში შეტანილი უცხო სიტყვების ლექსიკონი. ჩუდინოვი ა.ნ., 1910. გერმანიუმი (დასახელებულია ელემენტის აღმომჩენი მეცნიერის სამშობლოს საპატივცემულოდ) ქიმიური. ელემენტი...... რუსული ენის უცხო სიტყვების ლექსიკონი
- (გერმანიუმი), Ge, პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 32, ატომური მასა 72,59; არალითონი; ნახევარგამტარული მასალა. გერმანიუმი აღმოაჩინა გერმანელმა ქიმიკოსმა კ.ვინკლერმა 1886 წელს... თანამედროვე ენციკლოპედია
გერმანიუმი- IV ჯგუფის Ge ელემენტი პერიოდული. სისტემები; ზე. ნ. 32 საათზე. მ 72,59; სატელევიზიო ნივთი მეტალიკით ბრწყინავს. ბუნებრივი Ge არის ხუთი სტაბილური იზოტოპის ნაზავი მასობრივი ნომრებით 70, 72, 73, 74 და 76. Ge-ს არსებობა და თვისებები იწინასწარმეტყველა 1871 წელს D.I.. ... ტექნიკური მთარგმნელის გზამკვლევი
გერმანიუმი- (გერმანიუმი), Ge, პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 32, ატომური მასა 72,59; არალითონი; ნახევარგამტარული მასალა. გერმანიუმი აღმოაჩინა გერმანელმა ქიმიკოსმა კ. ვინკლერმა 1886 წელს. ... ილუსტრირებული ენციკლოპედიური ლექსიკონი
- (ლათინური Germanium) Ge, პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 32, ატომური მასა 72,59. დასახელებულია ლათინური გერმანიიდან გერმანია, კ.ა. ვინკლერის სამშობლოს საპატივცემულოდ. ვერცხლისფერი ნაცრისფერი კრისტალები; სიმკვრივე 5.33 გ/სმ&სუფ3, დნობის წერტილი 938.3 ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი
- (სიმბოლო Ge), მენდელეევის პერიოდული ცხრილის IV ჯგუფის თეთრ-ნაცრისფერი მეტალის ელემენტი, რომელშიც იწინასწარმეტყველეს ჯერ კიდევ აღმოუჩენელი ელემენტების, განსაკუთრებით გერმანიუმის თვისებები (1871). ელემენტი აღმოაჩინეს 1886 წელს. თუთიის დნობის ქვეპროდუქტი... ... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი
Ge (ლათინური Germania Germany * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; ი. germanio), ქიმ. IV ჯგუფის პერიოდული ელემენტი. მენდელეევის სისტემა, at.sci. 32 საათზე. მ 72,59. ბუნებრივი აირი შედგება 4 სტაბილური იზოტოპისგან 70Ge (20.55%), 72Ge... ... გეოლოგიური ენციკლოპედია
- (Ge), სინთეტიკური ერთკრისტალი, PP, წერტილის სიმეტრიის ჯგუფი m3m, სიმკვრივე 5,327 გ/სმ3, დნობა=936 °C, მყარი. მოჰსის მასშტაბით 6, ზე. მ 72,60. გამჭვირვალე IR რეგიონში l 1,5-დან 20 მიკრონიმდე; ოპტიკურად ანიზოტროპული, l=1.80 მკმ კოეფიციენტისთვის. რეფრაქცია n=4,143.…… ფიზიკური ენციკლოპედია
არსებითი სახელი, სინონიმების რაოდენობა: 3 ნახევარგამტარი (7) ეკა-სილიციუმი (1) ელემენტი (159) ... სინონიმური ლექსიკონი
გერმანია- ქიმ. ელემენტი, სიმბოლო Ge (ლათ. Germanium), ატ. ნ. 32 საათზე. მ 72,59; მყიფე ვერცხლისფერი ნაცრისფერი კრისტალური ნივთიერება, სიმკვრივე 5327 კგ/მ3, ბილ = 937,5°C. ბუნებაში გაფანტული; იგი ძირითადად მოიპოვება თუთიის ბლენდის დამუშავებით და... ... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია
გერმანიუმი არის ქიმიური ელემენტი, რომელსაც აქვს ატომური ნომერი 32 პერიოდულ სისტემაში, სიმბოლო Ge (გერმანული) სიმბოლოთი. გერმანიუმი).
გერმანიუმის აღმოჩენის ისტორია
ელემენტის ეკა-სილიციუმის არსებობა, სილიციუმის ანალოგი, იწინასწარმეტყველა D.I. მენდელეევი ჯერ კიდევ 1871 წელს. ხოლო 1886 წელს ფრაიბერგის სამთო აკადემიის ერთ-ერთმა პროფესორმა აღმოაჩინა ვერცხლის ახალი მინერალი - არგიროდიტი. შემდეგ ეს მინერალი გადაეცა ტექნიკური ქიმიის პროფესორ კლემენს ვინკლერს სრული ანალიზისთვის.
ეს შემთხვევით არ გაკეთებულა: 48 წლის ვინკლერი აკადემიის საუკეთესო ანალიტიკოსად ითვლებოდა.
საკმაოდ სწრაფად, მან აღმოაჩინა, რომ მინერალი შეიცავდა 74,72% ვერცხლს, 17,13% გოგირდს, 0,31% ვერცხლისწყალს, 0,66% რკინის ოქსიდს და 0,22% თუთიის ოქსიდს. და ახალი მინერალის წონის თითქმის 7% იყო რაღაც გაუგებარი ელემენტი, სავარაუდოდ ჯერ კიდევ უცნობი. ვინკლერმა გამოყო ამოუცნობი კომპონენტი argyrodpt, შეისწავლა მისი თვისებები და მიხვდა, რომ მან მართლაც იპოვა ახალი ელემენტი - მენდელეევის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ესკაპლიციუმი. ეს არის ელემენტის მოკლე ისტორია ატომური ნომრით 32.
თუმცა, არასწორი იქნება ვიფიქროთ, რომ ვინკლერის მუშაობა შეუფერხებლად, შეუფერხებლად წარიმართა. აი, რას წერს მენდელეევი ამის შესახებ „ქიმიის საფუძვლების“ მერვე თავის დამატებებში: „თავიდან (1886 წლის თებერვალი) მასალის ნაკლებობამ, სპექტრის ნაკლებობამ დამწვრობის ცეცხლში და მრავალი გერმანიუმის ნაერთების ხსნადობამ განაპირობა. უინკლერის კვლევისთვის რთულია...“ ყურადღება მიაქციეთ „ამოკლების სპექტრს ცეცხლში“. Როგორ თუ? 1886 წელს ხომ უკვე არსებობდა სპექტრული ანალიზის მეთოდი; ამ მეთოდით დედამიწაზე უკვე აღმოაჩინეს რუბიდიუმი, ცეზიუმი, ტალიუმი და ინდიუმი, ხოლო მზეზე ჰელიუმი. მეცნიერებმა ზუსტად იცოდნენ, რომ თითოეულ ქიმიურ ელემენტს აქვს სრულიად ინდივიდუალური სპექტრი და უცებ არ არსებობს სპექტრი!
ახსნა მოგვიანებით მოვიდა. გერმანიუმს აქვს დამახასიათებელი სპექტრული ხაზები - ტალღის სიგრძით 2651.18, 3039.06 Ǻ და კიდევ რამდენიმე. მაგრამ ისინი ყველა დევს სპექტრის უხილავ ულტრაიისფერ ნაწილში და შეიძლება საბედნიეროდ ჩაითვალოს, რომ ვინკლერის მიერ ანალიზის ტრადიციული მეთოდების ერთგულებამ - მათ წარმატებამდე მიგვიყვანა.
მეთოდი, რომელსაც ვინკლერი იყენებს გერმანიუმის იზოლაციისთვის, მსგავსია No32 ელემენტის მისაღებად ერთ-ერთი მოქმედი სამრეწველო მეთოდისა. ჯერ არგაროდნიტში შემავალი გერმანიუმი გადაკეთდა დიოქსიდში, შემდეგ კი ეს თეთრი ფხვნილი წყალბადის ატმოსფეროში გაცხელდა 600...700°C-მდე. რეაქცია აშკარაა: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.
ასე მიიღეს პირველად შედარებით სუფთა გერმანიუმი. ვინკლერი თავდაპირველად აპირებდა დაერქვა ახალ ელემენტს ნეპტუნიუმი, პლანეტა ნეპტუნის სახელით. (#32 ელემენტის მსგავსად, ეს პლანეტაც მის აღმოჩენამდე იყო ნაწინასწარმეტყველები). მაგრამ შემდეგ გაირკვა, რომ ასეთი სახელი ადრე მიენიჭა ერთ ტყუილად აღმოჩენილ ელემენტს და, არ სურდა კომპრომისზე წასვლა მისი აღმოჩენა, ვინკლერმა მიატოვა პირველი განზრახვა. მან ასევე არ მიიღო წინადადება, დაერქვას ახალი ელემენტი angularium, ე.ი. "კუთხოვანი, საკამათო" (და ამ აღმოჩენამ მართლაც ბევრი კამათი გამოიწვია). მართალია, ფრანგმა ქიმიკოსმა რაიონმა, რომელმაც ასეთი იდეა წამოაყენა, მოგვიანებით თქვა, რომ მისი წინადადება სხვა არაფერი იყო, თუ არა ხუმრობა. ვინკლერმა ახალ ელემენტს გერმანიუმი დაარქვა თავისი ქვეყნის საპატივცემულოდ და ეს სახელი დარჩა.
ბუნებაში გერმანიუმის აღმოჩენაუნდა აღინიშნოს, რომ დედამიწის ქერქის გეოქიმიური ევოლუციის დროს გერმანიუმის მნიშვნელოვანი რაოდენობა მიწის ზედაპირის უმეტესი ნაწილიდან ოკეანეებში გაირეცხა, ამიტომ ამ დროისთვის ნიადაგში შემავალი ამ მიკროელემენტის რაოდენობა უკიდურესად უმნიშვნელოა.
გერმანიუმის მთლიანი შემცველობა დედამიწის ქერქში არის 7 × 10 −4% მასის მიხედვით, რაც უფრო მეტია, ვიდრე, მაგალითად, ანტიმონი, ვერცხლი, ბისმუტი. დედამიწის ქერქში მისი უმნიშვნელო შემცველობისა და ზოგიერთ ფართოდ გავრცელებულ ელემენტებთან გეოქიმიური კავშირის გამო, გერმანიუმი ავლენს შეზღუდულ უნარს შექმნას საკუთარი მინერალები, იშლება სხვა მინერალების გისოსებში. ამიტომ, გერმანიუმის საკუთარი მინერალები ძალზე იშვიათია. თითქმის ყველა მათგანი სულფოსალებია: გერმანიტი Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), არგიროდიტი Ag 8 GeS 6 (3.6 - 7% Ge), კონფილდიტი Ag 8. (Sn, Ge) S 6 (2% Ge-მდე) და ა.შ. გერმანიუმის ძირითადი ნაწილი დედამიწის ქერქშია მიმოფანტული ქანებისა და მინერალების დიდ რაოდენობაში. მაგალითად, ზოგიერთ სფალერიტში გერმანიუმის შემცველობა აღწევს კილოგრამებს ტონაზე, ენარგიტებში 5 კგ/ტ-მდე, პირაგირიტში 10 კგ/ტ-მდე, სულვანიტში და ფრანკეიტში 1 კგ/ტ, სხვა სულფიდებსა და სილიკატებში - ასობით და ათეულამდე. გ/ტ. გერმანიუმი კონცენტრირებულია მრავალი ლითონის საბადოებში - ფერადი ლითონების სულფიდურ საბადოებში, რკინის მადნებში, ზოგიერთ ოქსიდურ მინერალში (ქრომიტი, მაგნეტიტი, რუტილი და სხვ.), გრანიტებში, დიაბაზებსა და ბაზალტებში. გარდა ამისა, გერმანიუმი გვხვდება თითქმის ყველა სილიკატში, ზოგიერთ ქვანახშირსა და ნავთობის საბადოებში.
ქვითარი გერმანიაგერმანიუმი მიიღება ძირითადად ფერადი ლითონების მადნების გადამუშავების ქვეპროდუქტებიდან (თუთიის ნაზავი, თუთია-სპილენძი-ტყვიის პოლიმეტალური კონცენტრატები), რომლებიც შეიცავს 0,001-0,1% გერმანიუმს. ნახშირის წვის ფერფლი, გაზის გენერატორების მტვერი და კოქსის ქარხნების ნარჩენები ასევე გამოიყენება ნედლეულად. თავდაპირველად გერმანიუმის კონცენტრატი (2-10% გერმანია) მიიღება ჩამოთვლილი წყაროებიდან სხვადასხვა გზით, ნედლეულის შემადგენლობის მიხედვით. კონცენტრატიდან გერმანიუმის მოპოვება ჩვეულებრივ მოიცავს შემდეგ ნაბიჯებს:
1) კონცენტრატის ქლორირება ჰიდროქლორინის მჟავით, მისი ნარევი ქლორთან წყალხსნარში ან სხვა ქლორირებადი აგენტებით ტექნიკური GeCl 4-ის მისაღებად. GeCl 4-ის გასაწმენდად გამოიყენება მინარევების გასწორება და ექსტრაქცია კონცენტრირებული HCl-ით.
2) GeCl 4-ის ჰიდროლიზი და ჰიდროლიზის პროდუქტების კალცინაცია GeO 2-ის მისაღებად.
3) GeO 2-ის რედუქცია წყალბადით ან ამიაკით მეტალამდე. ძალიან სუფთა გერმანიუმის იზოლირებისთვის, რომელიც გამოიყენება ნახევარგამტარულ მოწყობილობებში, ხორციელდება ლითონის ზონაში დნობა. ერთკრისტალური გერმანიუმი, რომელიც საჭიროა ნახევარგამტარული ინდუსტრიისთვის, ჩვეულებრივ მიიღება ზონის დნობით ან ჩოხრალსკის მეთოდით.
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
ნახევარგამტარული სისუფთავის გერმანიუმი მინარევების შემცველობით 10-3-10-4% მიიღება აქროლადი მონოგერმანის GeH 4 ზონის დნობის, კრისტალიზაციის ან თერმოლიზის შედეგად:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
რომელიც წარმოიქმნება გე-გერმანიდებთან აქტიური მეტალის ნაერთების მჟავებით დაშლისას:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
გერმანიუმი მინარევის სახით გვხვდება პოლიმეტალის, ნიკელის და ვოლფრამის მადნებში, ასევე სილიკატებში. მადნის გამდიდრებისა და მისი კონცენტრაციისთვის რთული და შრომატევადი ოპერაციების შედეგად, გერმანიუმი იზოლირებულია GeO 2 ოქსიდის სახით, რომელიც წყალბადით 600 °C ტემპერატურაზე მცირდება მარტივ ნივთიერებამდე:
GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O.
გერმანიუმის ერთკრისტალები იწმინდება და იზრდება ზონის დნობის მეთოდით.
სუფთა გერმანიუმის დიოქსიდი პირველად მიიღეს სსრკ-ში 1941 წლის დასაწყისში. მისგან დამზადდა გერმანიუმის მინა სინათლის ძალიან მაღალი გარდატეხის ინდექსით. №32 ელემენტისა და მისი შესაძლო წარმოების მეთოდების კვლევა განახლდა ომის შემდეგ, 1947 წელს. ახლა გერმანიუმი საინტერესო იყო საბჭოთა მეცნიერებისთვის ზუსტად, როგორც ნახევარგამტარი.
ფიზიკური თვისებები გერმანიაგარეგნულად, გერმანიუმი ადვილად შეიძლება აგვერიოს სილიკონთან.
გერმანიუმი კრისტალიზდება კუბური ალმასის ტიპის სტრუქტურაში, ერთეული უჯრედის პარამეტრი a = 5,6575 Å.
ეს ელემენტი არ არის ისეთი ძლიერი, როგორც ტიტანი ან ვოლფრამი. მყარი გერმანიუმის სიმკვრივეა 5,327 გ/სმ 3 (25°C); სითხე 5.557 (1000°C); t pl 937,5°C; დუღილის წერტილი დაახლოებით 2700°C; თბოგამტარობის კოეფიციენტი ~60 W/(m K), ან 0.14 cal/(cm sec deg) 25°C-ზე.
გერმანიუმი თითქმის ისეთივე მყიფეა, როგორც მინა და შეუძლია შესაბამისად მოიქცეს. ჩვეულებრივ ტემპერატურაზეც კი, მაგრამ 550°C-ზე ზემოთ, ის მგრძნობიარეა პლასტიკური დეფორმაციის მიმართ. სიმტკიცე გერმანია მინერალოგიურ შკალაზე 6-6,5; შეკუმშვის კოეფიციენტი (წნევის დიაპაზონში 0-120 H/m 2, ან 0-12000 kgf/mm 2) 1.4·10 -7 m 2 /mn (1.4·10 -6 სმ 2 / კგფ); ზედაპირული დაძაბულობა 0,6 ნ/მ (600 დინი/სმ). გერმანიუმი არის ტიპიური ნახევარგამტარი ზოლის უფსკრულით 1,104·10 -19 J ან 0,69 eV (25°C); ელექტრული წინაღობა გერმანია მაღალი სისუფთავე 0.60 ომ მ (60 ომ სმ) 25°C-ზე; ელექტრონის მობილურობა 3900 და ხვრელის მობილურობა 1900 სმ 2/ვ წმ (25°C) (მინარევების შემცველობით 10 -8%-ზე ნაკლები).
კრისტალური გერმანიუმის ყველა "არაჩვეულებრივი" მოდიფიკაცია აღემატება Ge-I-ს ელექტროგამტარობით. ამ კონკრეტული თვისების ხსენება შემთხვევითი არ არის: ელექტრული გამტარობის მნიშვნელობა (ან მისი შებრუნებული მნიშვნელობა - წინაღობა) განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ნახევარგამტარული ელემენტისთვის.
ქიმიური თვისებები გერმანიაქიმიურ ნაერთებში გერმანიუმი ჩვეულებრივ ავლენს 4 ან 2 ვალენტობას. 4 ვალენტობის მქონე ნაერთები უფრო სტაბილურია. ნორმალურ პირობებში, ის მდგრადია ჰაერისა და წყლის, ტუტეებისა და მჟავების მიმართ, იხსნება აკვა რეგიაში და წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში. გამოიყენება გერმანიუმის შენადნობები და მინა, რომელიც დაფუძნებულია გერმანიუმის დიოქსიდზე.
ქიმიურ ნაერთებში გერმანიუმი ჩვეულებრივ ავლენს 2 და 4 ვალენტობას, ხოლო 4-ვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები უფრო სტაბილურია. ოთახის ტემპერატურაზე გერმანიუმი მდგრადია ჰაერის, წყლის, ტუტე ხსნარების და განზავებული მარილმჟავას და გოგირდის მჟავების მიმართ, მაგრამ ადვილად იხსნება აკვა რეგიაში და წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში. იგი ნელა იჟანგება აზოტის მჟავით. ჰაერში 500-700°C-მდე გაცხელებისას გერმანიუმი იჟანგება ოქსიდებად GeO და GeO 2. გერმანია (IV) ოქსიდი - თეთრი ფხვნილი დნობის ტემპერატურით 1116°C; წყალში ხსნადობა 4,3 გ/ლ (20°C). მისი ქიმიური თვისებების მიხედვით ამფოტერულია, ხსნადი ტუტეებში და ძნელად მინერალურ მჟავებში. იგი მიიღება GeCl4 ტეტრაქლორიდის ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ჰიდრატის ნალექის (GeO 3 ·nH 2 O) კალცინაციით. GeO 2-ის სხვა ოქსიდებთან შერწყმით შეიძლება მივიღოთ გერმანიის მჟავას წარმოებულები - ლითონის გერმანატები (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 და სხვა) - მყარი ნივთიერებები მაღალი დნობის წერტილებით.
როდესაც გერმანიუმი რეაგირებს ჰალოგენებთან, წარმოიქმნება შესაბამისი ტეტრაჰალიდები. რეაქცია ყველაზე ადვილად მიმდინარეობს ფტორთან და ქლორთან (უკვე ოთახის ტემპერატურაზე), შემდეგ ბრომით (დაბალი გათბობით) და იოდით (700-800°C-ზე CO-ს თანდასწრებით). ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაერთი გერმანია ტეტრაქლორიდი GeCl 4 არის უფერო სითხე; t pl -49,5°C; დუღილის წერტილი 83,1°C; სიმკვრივე 1.84 გ/სმ 3 (20°C). იგი ძლიერ ჰიდროლიზდება წყლით, გამოყოფს ჰიდრატირებული ოქსიდის ნალექს (IV). იგი მიიღება მეტალის გერმანიუმის ქლორირებით ან GeO 2-ის რეაქციის შედეგად კონცენტრირებულ HCl-თან. ასევე ცნობილია ზოგადი ფორმულის გერმანიუმის დიჰალიდები GeX 2, GeCl მონოქლორიდი, ჰექსაქლოროდიგერმანი Ge 2 Cl 6 და გერმანიუმის ოქსიქლორიდები (მაგალითად, CeOCl 2).
გოგირდი ენერგიულად რეაგირებს გერმანიუმთან 900-1000°C ტემპერატურაზე და წარმოქმნის დისულფიდს GeS 2 - თეთრი მყარი, დნობის წერტილი 825°C. ასევე აღწერილია GeS მონოსულფიდი და გერმანიის მსგავსი ნაერთები სელენთან და ტელურუმთან, რომლებიც ნახევარგამტარებია. წყალბადი ოდნავ რეაგირებს გერმანიუმთან 1000-1100°C-ზე და წარმოქმნის germine (GeH) X-ს, არასტაბილურ და ძლიერ აქროლად ნაერთს. განზავებულ მარილმჟავასთან გერმანიდების რეაქციით მიიღება Ge n H 2n+2 სერიის გერმანიდური წყალბადები Ge 9 H 20-მდე. ასევე ცნობილია GeH 2 კომპოზიციის გერმილენი. გერმანიუმი უშუალოდ არ რეაგირებს აზოტთან, თუმცა არსებობს ნიტრიდი Ge 3 N 4, რომელიც მიიღება ამიაკის მოქმედებით გერმანიუმზე 700-800°C ტემპერატურაზე. გერმანიუმი არ ურთიერთქმედებს ნახშირბადთან. გერმანიუმი წარმოქმნის ნაერთებს მრავალ ლითონთან - გერმანიდებთან.
ცნობილია გერმანიუმის მრავალი რთული ნაერთი, რომლებიც სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება როგორც გერმანიუმის ანალიზურ ქიმიაში, ასევე მისი მომზადების პროცესში. გერმანიუმი ქმნის კომპლექსურ ნაერთებს ორგანულ ჰიდროქსილის შემცველ მოლეკულებთან (პოლიჰიდრული სპირტები, პოლიბაზური მჟავები და სხვა). მიიღეს გერმანიის ჰეტეროპოლიმჟავები. ისევე როგორც IV ჯგუფის სხვა ელემენტები, გერმანიუმი ხასიათდება ორგანული მეტალის ნაერთების წარმოქმნით, რომელთა მაგალითია ტეტრაეთილგერმანი (C 2 H 5) 4 Ge 3.
ორვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები.გერმანიუმის (II) ჰიდრიდი GeH 2. თეთრი არასტაბილური ფხვნილი (ჰაერში ან ჟანგბადში ის ფეთქებად იშლება). რეაგირებს ტუტეებთან და ბრომთან.
გერმანიუმის(II) მონოჰიდრიდის პოლიმერი (პოლიგერმინი) (GeH2)n. მოყავისფრო-შავი ფხვნილი. იგი ცუდად იხსნება წყალში, მყისიერად იშლება ჰაერში და ფეთქდება 160 o C-მდე გაცხელებისას ვაკუუმში ან ინერტული აირის ატმოსფეროში. იგი წარმოიქმნება ნატრიუმის გერმანიდის NaGe ელექტროლიზის დროს.
გერმანიუმის (II) ოქსიდი GeO. შავი კრისტალები ძირითადი თვისებებით. 500°C ტემპერატურაზე იშლება GeO 2 და Ge. წყალში ნელ-ნელა იჟანგება. ოდნავ ხსნადი მარილმჟავაში. აჩვენებს აღდგენითი თვისებებს. იგი მიიღება CO 2-ის მოქმედებით 700-900 o C-მდე გაცხელებულ გერმანიუმზე, ტუტეებით გერმანიუმის (II) ქლორიდზე, Ge(OH) 2-ის კალცინაციით ან GeO 2-ის შემცირებით.
გერმანიუმის (II) ჰიდროქსიდი Ge(OH) 2 . წითელ-ნარინჯისფერი კრისტალები. გაცხელებისას ის გადაიქცევა GeO-ში. აჩვენებს ამფოტერულ ხასიათს. მიიღება გერმანიუმის (II) მარილების ტუტეებით დამუშავებით და გერმანიუმის (II) მარილების ჰიდროლიზით.
გერმანიუმის (II) ფტორიდი GeF 2. უფერო ჰიგიროსკოპიული კრისტალები, დნობის წერტილი =111°C. იგი მიიღება GeF 4 ორთქლის მოქმედებით გერმანიუმის ლითონზე გაცხელებისას.
გერმანიუმის(II) ქლორიდი GeCl2. უფერო კრისტალები. t pl =76,4°C, t boil =450°C. 460°C ტემპერატურაზე ის იშლება GeCl 4-ად და მეტალის გერმანიუმად. ჰიდროლიზდება წყლით, ოდნავ ხსნადი ალკოჰოლში. იგი მიიღება GeCl 4 ორთქლის მოქმედებით გერმანიუმის ლითონზე გაცხელებისას.
გერმანიუმის (II) ბრომიდი GeBr 2. გამჭვირვალე ნემსის ფორმის კრისტალები. t pl =122°C. ჰიდროლიზდება წყლით. ოდნავ ხსნადი ბენზოლში. იხსნება სპირტში, აცეტონში. იგი მიიღება გერმანიუმის (II) ჰიდროქსიდის ჰიდრობრომმჟავასთან რეაქციით. როდესაც თბება, ის დისპროპორციულია მეტალის გერმანიუმში და გერმანიუმის(IV) ბრომიდში.
გერმანიუმის (II) იოდიდი GeI 2. ყვითელი ექვსკუთხა ფირფიტები, დიამაგნიტური. t pl =460 o C. ოდნავ ხსნადი ქლოროფორმში და ნახშირბადის ტეტრაქლორიდში. 210°C-ზე ზემოთ გაცხელებისას ის იშლება მეტალის გერმანიუმად და გერმანიუმის ტეტრაიოდიდად. მიიღება გერმანიუმის (II) იოდიდის ჰიპოფოსფორის მჟავასთან შემცირებით ან გერმანიუმის ტეტრაიოდიდის თერმული დაშლით.
გერმანიუმის (II) სულფიდი GeS. მიღებულია მშრალი - მონაცრისფრო-შავი მბზინავი რომბისებრი გაუმჭვირვალე კრისტალები. t pl =615°C, სიმკვრივე არის 4.01 გ/სმ 3. ოდნავ ხსნადი წყალში და ამიაკში. იხსნება კალიუმის ჰიდროქსიდში. სველი მეთოდით მიღებულია წითელ-ყავისფერი ამორფული ნალექი, სიმკვრივე 3,31 გ/სმ 3. იხსნება მინერალურ მჟავებში და ამონიუმის პოლისულფიდში. მიიღება გერმანიუმის გოგირდით გაცხელებით ან გოგირდწყალბადის გერმანიუმის (II) მარილის ხსნარში გატარებით.
ოთხვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები.გერმანიუმის(IV) ჰიდრიდი GeH4. უფერო გაზი (სიმკვრივე 3,43 გ/სმ 3). ის შხამიანია, ძალიან უსიამოვნო სუნი აქვს, დუღს -88 o C-ზე, დნება დაახლოებით -166 o C-ზე, თერმულად იშლება 280 o C-ზე. GeH 4 გახურებულ მილში გავლისას მის კედლებზე მეტალის გერმანიუმის მბზინავი სარკე მიიღება. . იგი მიიღება LiAlH 4-ის მოქმედებით გერმანიუმის (IV) ქლორიდზე ეთერში ან გერმანიუმის (IV) ქლორიდის ხსნარის თუთიით და გოგირდის მჟავით დამუშავებით.
გერმანიუმის (IV) ოქსიდი GeO 2. იგი არსებობს ორი კრისტალური მოდიფიკაციის სახით (ექვსკუთხა სიმკვრივით 4,703 გ/სმ 3 და ტეტრაჰედრული 6,24 გ/სმ 3 სიმკვრივით). ორივე ჰაერში სტაბილურია. წყალში ოდნავ ხსნადი. t pl = 1116 o C, t boil = 1200 o C. აჩვენებს ამფოტერულ ხასიათს. გაცხელებისას მას ამცირებენ ალუმინის, მაგნიუმის და ნახშირბადის მეტალურ გერმანიუმად. იგი მიიღება ელემენტების სინთეზით, გერმანიუმის მარილების გაციებით აქროლად მჟავებით, სულფიდების დაჟანგვით, გერმანიუმის ტეტრაჰალიდების ჰიდროლიზით, ტუტე ლითონის გერმანიტების მჟავებით და მეტალის გერმანიუმის კონცენტრირებული გოგირდის ან აზოტის მჟავებით დამუშავებით.
გერმანიუმის (IV) ფტორიდი GeF4. უფერო გაზი, რომელიც ორთქლდება ჰაერში. t pl =-15 o C, t boil =-37°C. ჰიდროლიზდება წყლით. მიიღება ბარიუმის ტეტრაფტორგერმანატის დაშლის შედეგად.
გერმანიუმის (IV) ქლორიდი GeCl 4. უფერო სითხე. t pl = -50 o C, t boil = 86 o C, სიმკვრივე არის 1,874 გ/სმ 3. ჰიდროლიზდება წყლით, იხსნება სპირტში, ეთერში, ნახშირბადის დისულფიდში, ნახშირბადის ტეტრაქლორიდში. იგი მზადდება გერმანიუმის ქლორით გაცხელებით და წყალბადის ქლორიდის გატარებით გერმანიუმის(IV) ოქსიდის სუსპენზიის მეშვეობით.
გერმანიუმის (IV) ბრომიდი GeBr 4. ოქტაედრული უფერო კრისტალები. t pl = 26 o C, t boil = 187 o C, სიმკვრივე არის 3,13 გ/სმ 3. ჰიდროლიზდება წყლით. იხსნება ბენზოლში, ნახშირბადის დისულფიდში. იგი მიიღება ბრომის ორთქლის გაცხელებულ გერმანიუმის ლითონზე გადასვლით ან ჰიდრობრომმჟავას მოქმედებით გერმანიუმის(IV) ოქსიდზე.
გერმანიუმის (IV) იოდიდი GeI 4. ყვითელ-ნარინჯისფერი ოქტაედრული კრისტალები, t pl = 146 o C, t bp = 377 o C, სიმკვრივე 4,32 გ/სმ 3. 445 o C ტემპერატურაზე ის იშლება. ის იხსნება ბენზოლში, ნახშირბადის დისულფიდში და ჰიდროლიზდება წყლით. ჰაერში ის თანდათან იშლება გერმანიუმის (II) იოდიდად და იოდად. ამატებს ამიაკს. იგი მიიღება იოდის ორთქლის გაცხელებულ გერმანიუმზე გადასვლისას ან ჰიდროიოდმჟავას გერმანიუმის (IV) ოქსიდზე მოქმედებით.
გერმანიუმის (IV) სულფიდი GeS 2. თეთრი კრისტალური ფხვნილი, t pl = 800 o C, სიმკვრივე არის 3.03 გ/სმ 3. წყალში ოდნავ ხსნადია და მასში ნელა ჰიდროლიზდება. იხსნება ამიაკის, ამონიუმის სულფიდში და ტუტე ლითონის სულფიდებში. იგი მიიღება გოგირდის დიოქსიდის ნაკადში გოგირდის ნაკადში გაცხელებით ან გოგირდწყალბადის გერმანიუმის (IV) მარილის ხსნარში გატარებით.
გერმანიუმის (IV) სულფატი Ge(SO 4) 2. უფერო კრისტალები, სიმკვრივე 3.92 გ/სმ 3. იშლება 200 o C-ზე. მცირდება ნახშირით ან გოგირდით სულფიდად. რეაგირებს წყალთან და ტუტე ხსნარებთან. მზადდება გერმანიუმის (IV) ქლორიდის გოგირდის (VI) ოქსიდით გაცხელებით.
გერმანიუმის იზოტოპებიბუნებაში ნაპოვნია ხუთი იზოტოპი: 70 Ge (20,55% წონა), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67%). პირველი ოთხი სტაბილურია, მეხუთე (76 გე) გადის ორმაგ ბეტა დაშლას 1,58×10 21 წლის ნახევარგამოყოფის პერიოდით. გარდა ამისა, არსებობს ორი "გრძელვადიანი" ხელოვნური: 68 Ge (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 270,8 დღე) და 71 Ge (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 11,26 დღე).
გერმანიუმის გამოყენება
გერმანიუმი გამოიყენება ოპტიკის წარმოებაში. სპექტრის ინფრაწითელ რეგიონში გამჭვირვალობის გამო, ულტრა მაღალი სისუფთავის ლითონის გერმანიუმს აქვს სტრატეგიული მნიშვნელობა ინფრაწითელი ოპტიკისთვის ოპტიკური ელემენტების წარმოებაში. რადიოინჟინერიაში, გერმანიუმის ტრანზისტორებსა და დეტექტორის დიოდებს აქვთ სილიკონისგან განსხვავებული მახასიათებლები, გერმანიუმში pn შეერთების ქვედა ჩართვის ძაბვის გამო - 0.4V სილიკონის მოწყობილობებისთვის 0.6V-სთან შედარებით.
დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ სტატია გერმანიუმის გამოყენების შესახებ.
გერმანიუმის ბიოლოგიური როლიგერმანიუმი გვხვდება ცხოველურ და მცენარეულ ორგანიზმებში. გერმანიუმის მცირე რაოდენობას არ აქვს ფიზიოლოგიური გავლენა მცენარეებზე, მაგრამ დიდი რაოდენობით ტოქსიკურია. გერმანიუმი არატოქსიკურია ობისთვის.
გერმანიუმს აქვს დაბალი ტოქსიკურობა ცხოველებისთვის. გერმანიუმის ნაერთებს არ აქვთ ფარმაკოლოგიური ეფექტი. გერმანიუმის და მისი ოქსიდის დასაშვები კონცენტრაცია ჰაერში არის 2 მგ/მ³, ანუ იგივეა რაც აზბესტის მტვერისთვის.
ორვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები ბევრად უფრო ტოქსიკურია.
ექსპერიმენტებში, რომლებიც განსაზღვრავენ ორგანული გერმანიუმის განაწილებას ორგანიზმში მისი პერორალური მიღებიდან 1,5 საათის შემდეგ, მიღებული იქნა შემდეგი შედეგები: დიდი რაოდენობით ორგანული გერმანიუმი შეიცავს კუჭში, წვრილ ნაწლავში, ძვლის ტვინში, ელენთასა და სისხლში. უფრო მეტიც, მისი მაღალი შემცველობა კუჭსა და ნაწლავებში აჩვენებს, რომ სისხლში მისი შეწოვის პროცესს აქვს ხანგრძლივი ეფექტი.
ორგანული გერმანიუმის მაღალი შემცველობა სისხლში დოქტორ ასაის საშუალებას აძლევდა წამოეყენებინა შემდეგი თეორია ადამიანის ორგანიზმში მისი მოქმედების მექანიზმის შესახებ. ვარაუდობენ, რომ სისხლში ორგანული გერმანიუმი იქცევა ჰემოგლობინის მსგავსად, რომელიც ასევე უარყოფით მუხტს ატარებს და ჰემოგლობინის მსგავსად, მონაწილეობს სხეულის ქსოვილებში ჟანგბადის გადაცემის პროცესში. ეს ხელს უშლის ქსოვილის დონეზე ჟანგბადის დეფიციტის (ჰიპოქსიის) განვითარებას. ორგანული გერმანიუმი ხელს უშლის ეგრეთ წოდებული სისხლის ჰიპოქსიის განვითარებას, რაც ხდება მაშინ, როდესაც მცირდება ჰემოგლობინის რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია ჟანგბადის მიმაგრება (სისხლის ჟანგბადის უნარის დაქვეითება) და ვითარდება სისხლის დაკარგვის, ნახშირბადის მონოქსიდის მოწამვლისა და რადიაციის ზემოქმედების დროს. ცენტრალური ნერვული სისტემა, გულის კუნთი, თირკმლის ქსოვილი და ღვიძლი ყველაზე მგრძნობიარეა ჟანგბადის დეფიციტის მიმართ.
ექსპერიმენტების შედეგად ასევე აღმოჩნდა, რომ ორგანული გერმანიუმი ხელს უწყობს გამა ინტერფერონების ინდუქციას, რომლებიც თრგუნავენ სწრაფად გამყოფი უჯრედების გამრავლების პროცესებს და ააქტიურებენ სპეციფიკურ უჯრედებს (T-მკვლელები). სხეულის დონეზე ინტერფერონების მოქმედების ძირითადი მიმართულებებია ანტივირუსული და სიმსივნის საწინააღმდეგო დაცვა, ლიმფური სისტემის იმუნომოდულატორული და რადიოპროტექტორული ფუნქციები.
დაავადების პირველადი ნიშნების მქონე პათოლოგიური ქსოვილებისა და ქსოვილების შესწავლის პროცესში დადგინდა, რომ მათ ყოველთვის ახასიათებთ ჟანგბადის ნაკლებობა და დადებითად დამუხტული წყალბადის რადიკალების არსებობა H +. H+ იონები უკიდურესად უარყოფით გავლენას ახდენენ ადამიანის სხეულის უჯრედებზე, მათ სიკვდილამდეც კი. ჟანგბადის იონები, რომლებსაც აქვთ წყალბადის იონებთან შეერთების უნარი, შესაძლებელს ხდის შერჩევით და ადგილობრივად კომპენსაციას წყალბადის იონებით გამოწვეული უჯრედებისა და ქსოვილების დაზიანებისათვის. გერმანიუმის ზემოქმედება წყალბადის იონებზე განპირობებულია მისი ორგანული ფორმით - სესკვიოქსიდის ფორმით. სტატიის მომზადებისას გამოყენებული იქნა მასალები A.N. Suponenko-სგან.
გერმანიუმი (ლათინური Germanium-დან), სახელწოდებით "Ge", არის დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილის IV ჯგუფის ელემენტი; ელემენტის ატომური ნომერია 32, ატომური მასა 72,59. გერმანიუმი არის მყარი ნივთიერება მეტალის ბზინვარებით და ნაცრისფერ-თეთრი შეფერილობით. მიუხედავად იმისა, რომ გერმანიუმის ფერი საკმაოდ ფარდობითი კონცეფციაა, ეს ყველაფერი დამოკიდებულია მასალის ზედაპირულ დამუშავებაზე. ზოგჯერ ის შეიძლება იყოს ნაცრისფერი, როგორც ფოლადი, ზოგჯერ ვერცხლისფერი და ზოგჯერ მთლიანად შავი. გარეგნულად, გერმანიუმი საკმაოდ ახლოს არის სილიკონთან. ეს ელემენტები არა მხოლოდ ერთმანეთის მსგავსია, არამედ ძირითადად აქვთ იგივე ნახევარგამტარული თვისებები. მათი მნიშვნელოვანი განსხვავებაა ის ფაქტი, რომ გერმანიუმი ორჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე სილიციუმი.
ბუნებაში ნაპოვნი გერმანიუმი არის ხუთი სტაბილური იზოტოპის ნაზავი მასობრივი ნომრებით 76, 74, 73, 32, 70. ჯერ კიდევ 1871 წელს ცნობილმა ქიმიკოსმა, პერიოდული ცხრილის „მამამ“ დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა თვისებები და. გერმანიუმის არსებობა. მან იმ დროისთვის უცნობ ელემენტს „ეგზილიკონი“ უწოდა, რადგან. ახალი ნივთიერების თვისებები მრავალი თვალსაზრისით სილიკონის მსგავსი იყო. 1886 წელს მინერალის არგირიტის შესწავლის შემდეგ ორმოცდარვა წლის გერმანელმა ქიმიკოსმა კ.ვინკლერმა აღმოაჩინა სრულიად ახალი ქიმიური ელემენტი ბუნებრივ ნარევში.
თავიდან ქიმიკოსს სურდა ელემენტს ნეპტუნი ერქვა, რადგან პლანეტა ნეპტუნი ასევე იწინასწარმეტყველეს ბევრად უფრო ადრე, ვიდრე აღმოჩენილი იყო, მაგრამ შემდეგ მან გაიგო, რომ ეს სახელი უკვე გამოყენებული იყო ერთ-ერთი ელემენტის ცრუ აღმოჩენაში, ამიტომ ვინკლერმა გადაწყვიტა. ამ სახელის მიტოვება. მეცნიერს სთხოვეს დაესახელებინა ელემენტი angularium, რაც ნიშნავს „საკამათო, კუთხოვანი“, მაგრამ ვინკლერი არ დაეთანხმა ამ სახელს, თუმცა 32-ე ელემენტმა მართლაც ბევრი კამათი გამოიწვია. მეცნიერი ეროვნებით გერმანელი იყო, ამიტომ საბოლოოდ გადაწყვიტა ელემენტს გერმანიუმი დაერქვა მშობლიური ქვეყნის გერმანიის საპატივცემულოდ.
როგორც მოგვიანებით გაირკვა, გერმანიუმი სხვა არაფერი იყო, თუ არა ადრე აღმოჩენილი "ეგზილიკონი". მეოცე საუკუნის მეორე ნახევრამდე გერმანიუმის პრაქტიკული სარგებლობა საკმაოდ ვიწრო და შეზღუდული იყო. ლითონის სამრეწველო წარმოება დაიწყო მხოლოდ ნახევარგამტარული ელექტრონიკის სამრეწველო წარმოების დაწყების შედეგად.
გერმანიუმი არის ნახევარგამტარული მასალა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ელექტრონიკასა და ტექნოლოგიაში, ასევე მიკროსქემების და ტრანზისტორების წარმოებაში. რადარის სისტემები იყენებენ გერმანიუმის თხელ ფენებს, რომლებიც დეპონირდება მინაზე და გამოიყენება რეზისტორებად. გერმანიუმის და ლითონების შენადნობები გამოიყენება დეტექტორებსა და სენსორებში.
ელემენტს არ აქვს ისეთი სიძლიერე, როგორიცაა ვოლფრამი ან ტიტანი, ის არ არის ენერგიის ამოუწურავი წყარო, როგორიცაა პლუტონიუმი ან ურანი, მასალის ელექტრული გამტარობა ასევე შორს არის ყველაზე მაღალი, ხოლო სამრეწველო ტექნოლოგიაში მთავარი ლითონი არის რკინა. ამის მიუხედავად, გერმანიუმი ჩვენი საზოგადოების ტექნიკური პროგრესის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი კომპონენტია, რადგან ის ჯერ კიდევ უფრო ადრე, ვიდრე სილიკონი დაიწყო ნახევარგამტარულ მასალად გამოყენება.
ამასთან დაკავშირებით, მიზანშეწონილი იქნება დავსვათ კითხვა: რა არის ნახევარგამტარობა და ნახევარგამტარები? ექსპერტებიც კი ვერ პასუხობენ ამ კითხვას ზუსტად, რადგან... შეგვიძლია ვისაუბროთ ნახევარგამტარების კონკრეტულად განხილულ თვისებებზე. ასევე არსებობს ზუსტი განმარტება, მაგრამ მხოლოდ ფოლკლორის სფეროდან: ნახევარგამტარი არის გამტარი ორი მანქანისთვის.
გერმანიუმის ზოდი თითქმის იგივე ღირს, რაც ოქროს ზოდი. ლითონი ძალიან მყიფეა, თითქმის მინასავით, ასე რომ, თუ ასეთ შიგთავსს ჩამოაგდებთ, დიდია ალბათობა იმისა, რომ ლითონი უბრალოდ გატყდეს.
მეტალი გერმანიუმი, თვისებები
ბიოლოგიური თვისებები
გერმანიუმი სამედიცინო მიზნებისთვის ყველაზე ფართოდ გამოიყენებოდა იაპონიაში. ცხოველებსა და ადამიანებზე ორგანოგერმანიუმის ნაერთების ტესტის შედეგებმა აჩვენა, რომ მათ შეუძლიათ სასარგებლო გავლენა მოახდინონ სხეულზე. 1967 წელს იაპონელმა ექიმმა კ.ასაიმ აღმოაჩინა, რომ ორგანულ გერმანიუმს აქვს ფართო ბიოლოგიური ეფექტი.
მის ყველა ბიოლოგიურ თვისებას შორის უნდა აღინიშნოს:
- - სხეულის ქსოვილებში ჟანგბადის გადაცემის უზრუნველყოფა;
- - ორგანიზმის იმუნური სტატუსის ამაღლება;
- - სიმსივნის საწინააღმდეგო აქტივობის გამოვლინება.
შემდგომში იაპონელმა მეცნიერებმა შექმნეს მსოფლიოში პირველი სამედიცინო პროდუქტი, რომელიც შეიცავს გერმანიუმს - "გერმანიუმი - 132".
რუსეთში ორგანული გერმანიუმის შემცველი პირველი საშინაო პრეპარატი მხოლოდ 2000 წელს გამოჩნდა.
დედამიწის ქერქის ზედაპირის ბიოქიმიური ევოლუციის პროცესებმა საუკეთესო გავლენა არ მოახდინა მასში გერმანიუმის შემცველობაზე. ელემენტის უმეტესი ნაწილი ხმელეთიდან ოკეანეებშია გარეცხილი, ამიტომ მისი შემცველობა ნიადაგში საკმაოდ დაბალია.
მცენარეებს შორის, რომლებსაც აქვთ ნიადაგიდან გერმანიუმის შთანთქმის უნარი, ლიდერობს ჟენშენი (გერმანიუმი 0,2%-მდე). გერმანიუმი ასევე გვხვდება ნიორში, ქაფურსა და ალოეში, რომლებიც ტრადიციულად გამოიყენება ადამიანის სხვადასხვა დაავადების სამკურნალოდ. ვეგეტაციაში გერმანიუმი გვხვდება კარბოქსიეთილის ნახევრადოქსიდის სახით. ახლა უკვე შესაძლებელია სესქვიოქსანის სინთეზირება პირიმიდინის ფრაგმენტით - გერმანიუმის ორგანული ნაერთებით. ეს ნაერთი სტრუქტურით ახლოს არის ბუნებრივთან, ისევე როგორც ჟენშენის ფესვი.
გერმანიუმი შეიძლება კლასიფიცირდეს, როგორც იშვიათი მიკროელემენტი. ის წარმოდგენილია დიდი რაოდენობით სხვადასხვა პროდუქტში, მაგრამ მცირე დოზით. ორგანული გერმანიუმის ყოველდღიური მიღება განისაზღვრება 8-10 მგ. 125 საკვები პროდუქტის შეფასებამ აჩვენა, რომ დაახლოებით 1,5 მგ გერმანიუმი ყოველდღიურად ხვდება სხეულში საკვებთან ერთად. მიკროელემენტების შემცველობა 1 გ ნედლეულ საკვებში არის დაახლოებით 0,1 – 1,0 მკგ. გერმანიუმი გვხვდება რძეში, პომიდვრის წვენში, ორაგულში და ლობიოში. მაგრამ იმისათვის, რომ დააკმაყოფილოთ ყოველდღიური მოთხოვნილება გერმანიუმზე, ყოველდღიურად უნდა დალიოთ 10 ლიტრი პომიდვრის წვენი ან მიირთვათ დაახლოებით 5 კილოგრამი ორაგული. ამ პროდუქტების ღირებულების, ადამიანის ფიზიოლოგიური თვისებებისა და საღი აზრის თვალსაზრისით, ასევე შეუძლებელია გერმანიუმის შემცველი პროდუქტების ასეთი რაოდენობით მოხმარება. რუსეთში მოსახლეობის დაახლოებით 80-90%-ს აქვს გერმანიუმის დეფიციტი, რის გამოც შემუშავდა სპეციალური პრეპარატები.
პრაქტიკულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ორგანიზმში გერმანიუმი ყველაზე მეტად გვხვდება ნაწლავებში, კუჭში, ელენთაში, ძვლის ტვინში და სისხლში. მიკროელემენტის მაღალი შემცველობა ნაწლავებსა და კუჭში მიუთითებს პრეპარატის სისხლში შეწოვის ხანგრძლივ ეფექტზე. არსებობს ვარაუდი, რომ ორგანული გერმანიუმი სისხლში იქცევა დაახლოებით ისე, როგორც ჰემოგლობინი, ე.ი. აქვს უარყოფითი მუხტი და მონაწილეობს ქსოვილებში ჟანგბადის გადატანაში. ამრიგად, ის ხელს უშლის ჰიპოქსიის განვითარებას ქსოვილის დონეზე.
განმეორებითი ექსპერიმენტების შედეგად დადასტურდა გერმანიუმის უნარი გაააქტიუროს T-მკვლელი უჯრედები და ხელი შეუწყოს გამა ინტერფერონების ინდუქციას, რომლებიც თრგუნავენ სწრაფად გამყოფი უჯრედების რეპროდუქციის პროცესს. ინტერფერონების მოქმედების ძირითადი მიმართულებაა სიმსივნის საწინააღმდეგო და ანტივირუსული დაცვა, ლიმფური სისტემის რადიოპროტექტორული და იმუნომოდულატორული ფუნქციები.
გერმანიუმს სესქვიოქსიდის სახით აქვს უნარი იმოქმედოს წყალბადის იონებზე H+, არბილებს მათ დესტრუქციულ ეფექტს სხეულის უჯრედებზე. ადამიანის სხეულის ყველა სისტემის შესანიშნავი მუშაობის გარანტია არის ჟანგბადის უწყვეტი მიწოდება სისხლსა და ყველა ქსოვილში. ორგანული გერმანიუმი არა მხოლოდ აწვდის ჟანგბადს სხეულის ყველა წერტილში, არამედ ხელს უწყობს მის ურთიერთქმედებას წყალბადის იონებთან.
- - გერმანიუმი მეტალია, მაგრამ მისი სისუსტე შეიძლება მინას შევადაროთ.
- - ზოგიერთი საცნობარო წიგნი ირწმუნება, რომ გერმანიუმს აქვს ვერცხლისფერი ფერი. მაგრამ ამის თქმა არ შეიძლება, რადგან გერმანიუმის ფერი პირდაპირ დამოკიდებულია ლითონის ზედაპირის დამუშავების მეთოდზე. ზოგჯერ შეიძლება თითქმის შავი გამოჩნდეს, სხვა დროს აქვს ფოლადის ფერი და ზოგჯერ შეიძლება იყოს ვერცხლისფერი.
- - გერმანიუმი აღმოჩენილია მზის ზედაპირზე, ასევე კოსმოსიდან ჩამოვარდნილ მეტეორიტებში.
- - გერმანიუმის პირველი ორგანული ნაერთი ელემენტის აღმომჩენმა კლემენს ვინკლერმა მიიღო გერმანიუმის ტეტრაქლორიდიდან 1887 წელს, ეს იყო ტეტრაეთილგერმანიუმი. ამ ეტაპზე მიღებული გერმანიუმის ყველა ორგანული ელემენტის ნაერთებიდან არც ერთი არ არის შხამიანი. ამავდროულად, ორგანოტინისა და ტყვიის მიკროელემენტების უმეტესობა, რომლებიც ფიზიკური თვისებებით გერმანიუმის ანალოგია, ტოქსიკურია.
- - დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევმა მათ აღმოჩენამდეც იწინასწარმეტყველა სამი ქიმიური ელემენტი, მათ შორის გერმანიუმი, რომელიც ელემენტს ეკასილიკონს უწოდებდა სილიკონთან მსგავსების გამო. ცნობილი რუსი მეცნიერის პროგნოზი იმდენად ზუსტი იყო, რომ უბრალოდ გააოცა მეცნიერები, მათ შორის. და ვინკლერი, რომელმაც აღმოაჩინა გერმანიუმი. ატომური წონა მენდელეევის მიხედვით იყო 72, სინამდვილეში კი 72,6; ხვედრითი წონა მენდელეევის მიხედვით იყო 5,5 რეალურად - 5,469; ატომური მოცულობა მენდელეევის მიხედვით იყო 13 სინამდვილეში - 13,57; მენდელეევის მიხედვით ყველაზე მაღალი ოქსიდი არის EsO2, სინამდვილეში - GeO2, მისი ხვედრითი წონა მენდელეევის მიხედვით იყო 4,7, რეალურად - 4,703; ქლორიდის ნაერთი მენდელეევის მიხედვით EsCl4 - თხევადი, დუღილის წერტილი დაახლოებით 90°C, სინამდვილეში - ქლორიდის ნაერთი GeCl4 - თხევადი, დუღილის წერტილი 83°C, წყალბადის ნაერთი მენდელეევის მიხედვით EsH4 არის აირისებრი, წყალბადის ნაერთი სინამდვილეში - GeH4 აირისებრი; ორგანომეტალური ნაერთი მენდელეევის Es(C2H5)4 მიხედვით, დუღილის წერტილი 160 °C, ნამდვილი ორგანული ნაერთი Ge(C2H5)4 დუღილის წერტილი 163,5 °C. როგორც ზემოთ განხილული ინფორმაციადან ჩანს, მენდელეევის პროგნოზი საოცრად ზუსტი იყო.
- - 1886 წლის 26 თებერვალს კლემენს ვინკლერმა დაიწყო წერილი მენდელეევისადმი სიტყვებით "ძვირფასო სერ". საკმაოდ თავაზიანი სახით მან უთხრა რუს მეცნიერს ახალი ელემენტის აღმოჩენის შესახებ, სახელწოდებით გერმანიუმი, რომელიც თავისი თვისებებით სხვა არაფერი იყო, თუ არა მენდელეევის ადრე ნაწინასწარმეტყველები "ეკასილიკონი". არანაკლებ თავაზიანი იყო დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევის პასუხი. მეცნიერი დაეთანხმა კოლეგის აღმოჩენას და გერმანიუმს უწოდა „მისი პერიოდული სისტემის გვირგვინი“, ვინკლერი კი ელემენტის „მამა“, რომელიც იმსახურებს ამ „გვირგვინის“ ტარებას.
- - გერმანიუმი, როგორც კლასიკური ნახევარგამტარი, გახდა გასაღები ზეგამტარი მასალების შექმნის პრობლემის გადასაჭრელად, რომლებიც მოქმედებენ თხევადი წყალბადის, მაგრამ არა თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე. როგორც ცნობილია, წყალბადი აირისებრი მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში გარდაიქმნება, როცა ტემპერატურა -252,6°C, ანუ 20,5°K მიაღწევს. 70-იან წლებში შეიქმნა გერმანიუმის და ნიობიუმის ფილმი, რომლის სისქე მხოლოდ რამდენიმე ათასი ატომია. ამ ფილას შეუძლია შეინარჩუნოს ზეგამტარობა მაშინაც კი, როდესაც ტემპერატურა აღწევს 23.2°K და ქვემოთ.
- - გერმანიუმის ერთკრისტალის გაზრდისას, გერმანიუმის კრისტალი - "თესლი" - თავსდება გამდნარი გერმანიუმის ზედაპირზე, რომელიც თანდათან მაღლდება ავტომატური მოწყობილობის გამოყენებით, ხოლო დნობის ტემპერატურა ოდნავ აღემატება გერმანიუმის დნობის წერტილს (937 °). გ). "თესლი" ისე ბრუნავს, რომ ერთკრისტალი, როგორც ამბობენ, "ხორცთან ერთად იზრდება" ყველა მხრიდან თანაბრად. უნდა აღინიშნოს, რომ ასეთი ზრდის დროს ხდება იგივე, რაც ზონის დნობის დროს, ე.ი. თითქმის მხოლოდ გერმანიუმი გადადის მყარ ფაზაში და ყველა მინარევები რჩება დნობაში.
ამბავი
ისეთი ელემენტის არსებობა, როგორიც არის გერმანიუმი, იწინასწარმეტყველა ჯერ კიდევ 1871 წელს დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევის მიერ სილიკონთან მსგავსების გამო, ელემენტს დაარქვეს ეკა-სილიციუმი. 1886 წელს ფრაიბერგის სამთო აკადემიის პროფესორმა აღმოაჩინა არგიროდიტი, ვერცხლის ახალი მინერალი. შემდეგ ეს მინერალი საკმაოდ ყურადღებით შეისწავლა ტექნიკური ქიმიის პროფესორმა კლემენს ვინკლერმა, ჩაატარა მინერალის სრული ანალიზი. ორმოცდარვა წლის ვინკლერი სამართლიანად ითვლებოდა ფრაიბერგის სამთო აკადემიის საუკეთესო ანალიტიკოსად, რის გამოც მას მიეცა საშუალება შეესწავლა არგიროდიტი.
საკმაოდ მოკლე დროში პროფესორმა შეძლო მოხსენება წარმოედგინა თავდაპირველ მინერალში სხვადასხვა ელემენტების პროცენტული მაჩვენებლის შესახებ: ვერცხლი მის შემადგენლობაში შეადგენდა 74,72%; გოგირდი - 17,13%; შავი ოქსიდი – 0,66%; ვერცხლისწყალი – 0,31%; თუთიის ოქსიდი - 0,22%, მაგრამ თითქმის შვიდი პროცენტი - ეს იყო რაღაც უცნობი ელემენტის წილი, რომელიც, როგორც ჩანს, ჯერ კიდევ არ იყო აღმოჩენილი იმ შორეულ დროს. ამასთან დაკავშირებით, ვინკლერმა გადაწყვიტა გამოეყო არგიროდპტის ამოუცნობი კომპონენტი, შეესწავლა მისი თვისებები და კვლევის პროცესში მიხვდა, რომ რეალურად აღმოაჩინა სრულიად ახალი ელემენტი - ეს იყო ესკაპლიციუმი, იწინასწარმეტყველა D.I. მენდელეევი.
თუმცა, არასწორი იქნება ვიფიქროთ, რომ ვინკლერის მუშაობა შეუფერხებლად წარიმართა. დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევი, თავისი წიგნის "ქიმიის საფუძვლების" მერვე თავის გარდა, წერს: "თავდაპირველად (1886 წლის თებერვალი), მასალის ნაკლებობა, ასევე ცეცხლში სპექტრის ნაკლებობა და გერმანიუმის ხსნადობა. ნაერთებმა სერიოზულად შეაფერხა ვინკლერის კვლევა...“ ღირს ყურადღება მიაქციოთ სიტყვებს „სპექტრის ნაკლებობა“. მაგრამ როგორ? 1886 წელს უკვე არსებობდა სპექტრული ანალიზის ფართოდ გამოყენებული მეთოდი. ამ მეთოდის გამოყენებით აღმოაჩინეს ელემენტები, როგორიცაა ტალიუმი, რუბიდიუმი, ინდიუმი, ცეზიუმი დედამიწაზე და ჰელიუმი მზეზე. მეცნიერებმა უკვე დანამდვილებით იცოდნენ, რომ თითოეულ ქიმიურ ელემენტს, გამონაკლისის გარეშე, აქვს ინდივიდუალური სპექტრი, მაგრამ უცებ არ არსებობს სპექტრი!
ამ ფენომენის ახსნა ცოტა მოგვიანებით გამოჩნდა. გერმანიუმს აქვს დამახასიათებელი სპექტრული ხაზები. მათი ტალღის სიგრძეა 2651,18; 3039.06 Ǻ და კიდევ რამდენიმე. თუმცა, ისინი ყველა სპექტრის ულტრაიისფერი უხილავი ნაწილის ფარგლებშია, შეიძლება ჩაითვალოს საბედნიეროდ, რომ ვინკლერი არის ანალიზის ტრადიციული მეთოდების მიმდევარი, რადგან სწორედ ამ მეთოდებმა მიიყვანა იგი წარმატებამდე.
მინერალიდან გერმანიუმის მიღების ვინკლერის მეთოდი საკმაოდ ახლოსაა 32 ელემენტის იზოლაციის ერთ-ერთ თანამედროვე ინდუსტრიულ მეთოდთან. ჯერ გერმანიუმი, რომელსაც არგაროდნიტი შეიცავდა, გადაკეთდა დიოქსიდში. შემდეგ მიღებული თეთრი ფხვნილი გაცხელდა 600-700 °C ტემპერატურამდე წყალბადის ატმოსფეროში. ამ შემთხვევაში რეაქცია აშკარა აღმოჩნდა: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.
სწორედ ამ მეთოდით პირველად მიიღეს შედარებით სუფთა No32 ელემენტი გერმანიუმი. თავდაპირველად ვინკლერმა განიზრახა ვანადიუმის ნეპტუნიუმის დარქმევა, ამავე სახელწოდების პლანეტის პატივსაცემად, რადგან ნეპტუნი, ისევე როგორც გერმანიუმი, ჯერ იწინასწარმეტყველეს და მხოლოდ ამის შემდეგ იპოვეს. მაგრამ შემდეგ გაირკვა, რომ ეს სახელი ერთხელ უკვე იყო გამოყენებული, ერთ-ერთ ქიმიურ ელემენტს, რომელიც ცრუ აღმოაჩინეს, ნეპტუნიუმი ერქვა. ვინკლერმა არჩია კომპრომისზე არ წასულიყო მისი სახელი და აღმოჩენა და უარი თქვა ნეპტუნიუმზე. ერთმა ფრანგმა მეცნიერმა რაიონმა შესთავაზა, თუმცა, შემდეგ მან აღიარა, რომ მისი წინადადება ხუმრობა იყო, მან შესთავაზა ელემენტს დაერქვა angularium, ე.ი. "საკამათო, კუთხოვანი", მაგრამ ვინკლერსაც არ მოეწონა ეს სახელი. შედეგად, მეცნიერმა დამოუკიდებლად აირჩია სახელი თავის ელემენტს და უწოდა მას გერმანიუმი, მისი მშობლიური ქვეყნის გერმანიის საპატივცემულოდ, დროთა განმავლობაში ეს სახელი დამკვიდრდა.
მე-2 ნახევრამდე. XX საუკუნე გერმანიუმის პრაქტიკული გამოყენება საკმაოდ შეზღუდული დარჩა. ლითონის სამრეწველო წარმოება წარმოიშვა მხოლოდ ნახევარგამტარებისა და ნახევარგამტარული ელექტრონიკის განვითარებასთან დაკავშირებით.
ბუნებაში ყოფნა
გერმანიუმი შეიძლება კლასიფიცირდეს კვალი ელემენტად. ბუნებაში, ელემენტი საერთოდ არ გვხვდება თავისუფალ ფორმაში. ლითონის მთლიანი შემცველობა ჩვენი პლანეტის დედამიწის ქერქში მასის მიხედვით არის 7 × 10 −4%. ეს უფრო მეტია, ვიდრე ქიმიური ელემენტების შემცველობა, როგორიცაა ვერცხლი, ანტიმონი ან ბისმუტი. მაგრამ გერმანიუმის საკუთარი მინერალები საკმაოდ მწირია და ძალიან იშვიათად გვხვდება ბუნებაში. თითქმის ყველა ეს მინერალი არის სულფომარილები, მაგალითად, გერმანიტი Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, კონფილდიტი Ag 8 (Sn,Ce)S 6, არგიროდიტი Ag8GeS6 და სხვა.
დედამიწის ქერქში გაფანტული გერმანიუმის უმეტესი ნაწილი შეიცავს უამრავ ქანებს, ისევე როგორც ბევრ მინერალს: ფერადი ლითონების სულფიტური საბადოები, რკინის მადნები, ზოგიერთი ოქსიდური მინერალი (ქრომიტი, მაგნეტიტი, რუტილი და სხვა), გრანიტები, დიაბაზები და ბაზალტები. ზოგიერთ სფალერიტში ელემენტის შემცველობამ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე კილოგრამს ტონაზე, მაგალითად, ფრანკეიტში და სულვანიტში 1 კგ/ტ, ენარგიტში გერმანიუმის შემცველობაა 5 კგ/ტ, პირაგირიტში - 10 კგ/ტ-მდე და სხვა სილიკატებსა და სულფიდებში - ათეულობით და ასეულობით გ/ტ. გერმანიუმის მცირე ნაწილი წარმოდგენილია თითქმის ყველა სილიკატში, ასევე ნავთობისა და ქვანახშირის ზოგიერთ საბადოში.
ელემენტის მთავარი მინერალია გერმანიუმის სულფიტი (ფორმულა GeS2). მინერალი მინარევის სახით გვხვდება თუთიის სულფიტებში და სხვა ლითონებში. გერმანიუმის ყველაზე მნიშვნელოვანი მინერალებია: გერმანიტი Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2SO 4 (OH) 2 2H 2 O, სტოტიტი FeGe(OH) 6, რენიერიტი Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 და არგიროდიტი Ag 8 GeS6.
გერმანია გამონაკლისის გარეშე იმყოფება ყველა სახელმწიფოს ტერიტორიაზე. მაგრამ მსოფლიოს არცერთ ინდუსტრიულ ქვეყანას არ აქვს ამ ლითონის სამრეწველო საბადოები. გერმანიუმი ძალიან, ძალიან დიფუზურია. დედამიწაზე ამ ლითონის მინერალები ძალიან იშვიათია, თუ ისინი შეიცავს მინიმუმ 1% გერმანიუმს. ასეთ მინერალებს მიეკუთვნება გერმანიტი, არგიროდიტი, ულტრაბაზიტი და ა.შ., მათ შორის ბოლო ათწლეულების განმავლობაში აღმოჩენილი მინერალები: შტოტიტი, რენერიტი, პლუმბოგერმანიტი და კონფილდიტი. ყველა ამ წიაღისეულის საბადოები ვერ დაფარავს თანამედროვე ინდუსტრიის საჭიროებებს ამ იშვიათი და მნიშვნელოვანი ქიმიური ელემენტის მიმართ.
გერმანიუმის უმეტესი ნაწილი დისპერსიულია სხვა ქიმიური ელემენტების მინერალებში და ასევე გვხვდება ბუნებრივ წყლებში, ნახშირში, ცოცხალ ორგანიზმებსა და ნიადაგში. მაგალითად, ჩვეულებრივ ნახშირში გერმანიუმის შემცველობა ზოგჯერ 0,1%-ზე მეტს აღწევს. მაგრამ ასეთი მაჩვენებელი საკმაოდ იშვიათია; მაგრამ ანტრაციტში გერმანიუმი თითქმის არ არის.
ქვითარი
გერმანიუმის სულფიდის დამუშავებისას მიიღება GeO 2 ოქსიდი, რომელიც წყალბადის დახმარებით მცირდება თავისუფალი გერმანიუმის მისაღებად.
სამრეწველო წარმოებაში გერმანიუმი მოიპოვება ძირითადად, როგორც ქვეპროდუქტი ფერადი ლითონის მადნების (თუთიის ნაზავი, თუთია-სპილენძ-ტყვიის პოლიმეტალური კონცენტრატები, რომლებიც შეიცავს 0,001-0,1% გერმანიუმს), ნახშირის წვის ნაცარი და ზოგიერთი კოქსის ქიმიკატი. პროდუქტები.
თავდაპირველად გერმანიუმის კონცენტრატი (2%-დან 10%-მდე გერმანიუმამდე) იზოლირებულია ზემოთ განხილული წყაროებიდან სხვადასხვა გზით, რომელთა არჩევანი დამოკიდებულია ნედლეულის შემადგენლობაზე. კრივის ქვანახშირის დამუშავებისას გერმანიუმი ნაწილობრივ (5%-დან 10%-მდე) ილექება ტარის წყალში და ფისში, იქიდან მას ტანინთან ერთად იღებენ, რის შემდეგაც აშრობენ და ადუღებენ 400-500°C ტემპერატურაზე. . შედეგი არის კონცენტრატი, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 30-40% გერმანიუმს, საიდანაც გერმანიუმი იზოლირებულია GeCl 4-ის სახით. ასეთი კონცენტრატისგან გერმანიუმის მოპოვების პროცესი, როგორც წესი, მოიცავს იმავე ეტაპებს:
1) კონცენტრატი ქლორირებულია მარილმჟავას, მჟავისა და ქლორის ნარევის წყალხსნარში ან სხვა ქლორირებადი საშუალებების გამოყენებით, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ტექნიკური GeCl 4. GeCl 4-ის გასაწმენდად გამოიყენება მინარევების გასწორება და ექსტრაქცია კონცენტრირებული მარილმჟავით.
2) ტარდება GeCl 4-ის ჰიდროლიზი, ჰიდროლიზის პროდუქტები კალცინდება GeO 2 ოქსიდის მისაღებად.
3) GeO წყალბადით ან ამიაკით მცირდება სუფთა ლითონად.
ყველაზე სუფთა გერმანიუმის მიღებისას, რომელიც გამოიყენება ნახევარგამტარულ ტექნიკურ აღჭურვილობაში, ხორციელდება ლითონის ზონის დნობა. ნახევარგამტარების წარმოებისთვის საჭირო ერთკრისტალური გერმანიუმი, როგორც წესი, მიიღება ზონის დნობით ან ჩოხრალსკის მეთოდით.
კოქსის მცენარეების ტარის წყლებიდან გერმანიუმის გამოყოფის მეთოდები შეიმუშავა საბჭოთა მეცნიერმა ვ.ა. ნაზარენკო. ეს ნედლეული შეიცავს არაუმეტეს 0,0003% გერმანიუმს, თუმცა მუხის ექსტრაქტის გამოყენებით ადვილია გერმანიუმის დალექვა ტანიდური კომპლექსის სახით.
ტანინის ძირითადი კომპონენტია გლუკოზის ეთერი, რომელიც შეიცავს მეტადიგალის მჟავას რადიკალს, რომელიც აკავშირებს გერმანიუმს, მაშინაც კი, თუ ელემენტის კონცენტრაცია ხსნარში ძალიან დაბალია. ნალექიდან შეგიძლიათ მარტივად მიიღოთ კონცენტრატი, რომელიც შეიცავს 45%-მდე გერმანიუმის დიოქსიდს.
შემდგომი ტრანსფორმაციები მცირედ იქნება დამოკიდებული ნედლეულის ტიპზე. გერმანიუმი მცირდება წყალბადით (როგორც მე-19 საუკუნეში ვინკლერთან ერთად), თუმცა გერმანიუმის ოქსიდი ჯერ უნდა გამოიყოს მრავალი მინარევებისაგან. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ძალიან სასარგებლო აღმოჩნდა ერთი გერმანიუმის ნაერთის თვისებების წარმატებული კომბინაცია.
გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი GeCl4. არის აქროლადი სითხე, რომელიც დუღს სულ რაღაც 83,1°C-ზე. ამიტომ, იგი საკმაოდ მოხერხებულად იწმინდება დისტილაციით და რექტიფიკაციით (კვარცის სვეტებში შეფუთვით).
GeCl4 თითქმის უხსნადია მარილმჟავაში. ეს ნიშნავს, რომ მის გასაწმენდად შეგიძლიათ გამოიყენოთ მინარევების დაშლა HCl-ით.
გაწმენდილი გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი მუშავდება წყლით და იწმინდება იონგამცვლელი ფისების გამოყენებით. საჭირო სისუფთავის ნიშანია წყლის წინააღმდეგობის გაზრდა 15-20 მილიონ ომ სმ-მდე.
GeCl4-ის ჰიდროლიზი ხდება წყლის გავლენის ქვეშ:
GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.
შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ ჩვენ წინ გვაქვს გერმანიუმის ტეტრაქლორიდის წარმოქმნის რეაქციის განტოლება „უკუღმა დაწერილი“.
შემდეგ მოდის GeO2-ის შემცირება გაწმენდილი წყალბადის გამოყენებით:
GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.
შედეგი არის ფხვნილი გერმანიუმი, რომელიც ერწყმის და შემდეგ იწმინდება ზონის დნობით. გაწმენდის ეს მეთოდი შეიქმნა ჯერ კიდევ 1952 წელს სპეციალურად გერმანიუმის გასაწმენდად.
მინარევები, რომლებიც აუცილებელია გერმანიუმის ამა თუ იმ ტიპის გამტარობის მისაცემად, შეყვანილია წარმოების ბოლო ეტაპებზე, კერძოდ, ზონის დნობის დროს, ასევე ერთი ბროლის ზრდის დროს.
განაცხადი
გერმანიუმი არის ნახევარგამტარული მასალა, რომელიც გამოიყენება ელექტრონიკასა და ტექნოლოგიაში მიკროსქემების და ტრანზისტორების წარმოებაში. გერმანიუმის უწვრილესი ფირები დეპონირებულია მინაზე და გამოიყენება როგორც წინააღმდეგობა სარადარო დანადგარებში. გერმანიუმის შენადნობები სხვადასხვა ლითონებით გამოიყენება დეტექტორებისა და სენსორების წარმოებაში. გერმანიუმის დიოქსიდი ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელი გამოსხივების გადაცემის სათვალეების წარმოებაში.
გერმანიუმის ტელურიდი დიდი ხანია ემსახურება როგორც სტაბილური თერმოელექტრული მასალა და ასევე თერმოელექტრული შენადნობების კომპონენტი (თერმომნიშვნელობის ემფ 50 μV/K ულტრა მაღალი სისუფთავის გერმანიუმი განსაკუთრებულად სტრატეგიულ როლს ასრულებს პრიზმების და ლინზების წარმოებაში). ინფრაწითელი ოპტიკა. გერმანიუმის უმსხვილესი მომხმარებელია ინფრაწითელი ოპტიკა, რომელიც გამოიყენება კომპიუტერულ ტექნოლოგიაში, სათვალთვალო და რაკეტის მართვის სისტემებში, ღამის ხედვის მოწყობილობებში, დედამიწის ზედაპირის რუკების შედგენასა და თანამგზავრების შესწავლაში. გერმანიუმი ასევე ფართოდ გამოიყენება ბოჭკოვან სისტემებში (გერმანიუმის ტეტრაფტორიდის დამატება მინის ბოჭკოებში), ასევე ნახევარგამტარ დიოდებში.
გერმანიუმი, როგორც კლასიკური ნახევარგამტარი, გახდა გასაღები ზეგამტარი მასალების შექმნის პრობლემის გადასაჭრელად, რომლებიც მოქმედებენ თხევადი წყალბადის, მაგრამ არა თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე. მოგეხსენებათ, წყალბადი აირისებრი მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში გარდაიქმნება, როცა ტემპერატურა -252,6°C, ანუ 20,5°K მიაღწევს. 70-იან წლებში შეიქმნა გერმანიუმის და ნიობიუმის ფილმი, რომლის სისქე მხოლოდ რამდენიმე ათასი ატომია. ამ ფილას შეუძლია შეინარჩუნოს ზეგამტარობა მაშინაც კი, როდესაც ტემპერატურა აღწევს 23.2°K და ქვემოთ.
HES ფირფიტაში ინდიუმის შერწყმით, რითაც იქმნება ე.წ ხვრელების გამტარობის მქონე არე, მიიღება გამსწორებელი მოწყობილობა, ე.ი. დიოდი. დიოდს აქვს ელექტრული დენის გავლის თვისება ერთი მიმართულებით: ელექტრონული რეგიონი ხვრელების გამტარობის მქონე რეგიონიდან. ჰიდროელექტრო ფირფიტის ორივე მხარეს ინდიუმის შერწყმის შემდეგ, ეს ფირფიტა იქცევა ტრანზისტორის ფუძედ. პირველად მსოფლიოში, გერმანიუმისგან დამზადებული ტრანზისტორი შეიქმნა ჯერ კიდევ 1948 წელს და სულ რაღაც ოცი წლის შემდეგ მსგავსი მოწყობილობები ასობით მილიონით იქნა წარმოებული.
გერმანიუმზე დაფუძნებული დიოდები და ტრიოდები ფართოდ გამოიყენება ტელევიზორებსა და რადიოებში, საზომი მოწყობილობებისა და კომპიუტერების მრავალფეროვნებაში.
გერმანიუმი ასევე გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიების სხვა განსაკუთრებით მნიშვნელოვან სფეროებში: დაბალი ტემპერატურის გაზომვისას, ინფრაწითელი გამოსხივების გამოვლენისას და ა.შ.
ცოცხის გამოსაყენებლად ყველა ამ აპლიკაციაში საჭიროა ძალიან მაღალი ქიმიური და ფიზიკური სისუფთავის გერმანიუმი. ქიმიური სისუფთავე არის ისეთი სისუფთავე, რომლის დროსაც მავნე მინარევების რაოდენობა არ უნდა იყოს პროცენტის 10-მილიონედზე მეტი (10-7%). ფიზიკური სისუფთავე ნიშნავს მინიმალურ დისლოკაციას, მინიმუმ დარღვევას ნივთიერების კრისტალურ სტრუქტურაში. ამის მისაღწევად სპეციალურად მოჰყავთ ერთკრისტალური გერმანიუმი. ამ შემთხვევაში, მთელი ლითონის ღერო მხოლოდ ერთი კრისტალია.
ამისთვის გამდნარი გერმანიუმის ზედაპირზე მოთავსებულია გერმანიუმის კრისტალი, „თესლი“, რომელიც თანდათან მაღლდება ავტომატური მოწყობილობის გამოყენებით, ხოლო დნობის ტემპერატურა ოდნავ აღემატება გერმანიუმის დნობის წერტილს (937 °C). "თესლი" ისე ბრუნავს, რომ ერთკრისტალი, როგორც ამბობენ, "ხორცთან ერთად იზრდება" ყველა მხრიდან თანაბრად. უნდა აღინიშნოს, რომ ასეთი ზრდის დროს ხდება იგივე, რაც ზონის დნობის დროს, ე.ი. თითქმის მხოლოდ გერმანიუმი გადადის მყარ ფაზაში და ყველა მინარევები რჩება დნობაში.
ფიზიკური თვისებები
ალბათ, ამ სტატიის მკითხველთაგან რამდენიმეს ჰქონდა შესაძლებლობა ვიზუალურად დაენახა ვანადიუმი. ელემენტი თავისთავად საკმაოდ მწირია და მისგან არ მზადდება სამომხმარებლო საქონელი, ხოლო მათი გერმანიუმის შევსება, რომელიც გვხვდება ელექტრო მოწყობილობებში, იმდენად მცირეა, რომ ლითონის დანახვა შეუძლებელია.
ზოგიერთ საცნობარო წიგნში ნათქვამია, რომ გერმანიუმს აქვს ვერცხლისფერი ფერი. მაგრამ ამის თქმა არ შეიძლება, რადგან გერმანიუმის ფერი პირდაპირ დამოკიდებულია ლითონის ზედაპირის დამუშავების მეთოდზე. ზოგჯერ შეიძლება თითქმის შავი გამოჩნდეს, სხვა დროს აქვს ფოლადის ფერი და ზოგჯერ შეიძლება იყოს ვერცხლისფერი.
გერმანიუმი ისეთი იშვიათი ლითონია, რომ მისი ბუილონის ღირებულება შეიძლება შევადაროთ ოქროს ღირებულებას. გერმანიუმს ახასიათებს გაზრდილი სისუსტე, რომლის შედარება შესაძლებელია მხოლოდ მინასთან. გარეგნულად, გერმანიუმი საკმაოდ ახლოს არის სილიკონთან. ეს ორი ელემენტი ორივე კონკურენტია ყველაზე მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარისა და ანალოგების ტიტულისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ელემენტების ზოგიერთი ტექნიკური თვისება დიდწილად მსგავსია, მათ შორის მასალების გარეგნობა, ძალიან ადვილია განასხვავოთ გერმანიუმი სილიკონისგან. სილიციუმის სიმკვრივეა 2,33 გ/სმ3, ხოლო გერმანიუმის სიმკვრივე 5,33 გ/სმ3.
მაგრამ ჩვენ არ შეგვიძლია ცალსახად ვისაუბროთ გერმანიუმის სიმკვრივეზე, რადგან ფიგურა 5.33 გ/სმ3 ეხება გერმანიუმ-1-ს. ეს არის 32-ე ელემენტის ხუთი ალოტროპული მოდიფიკაციის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი და ყველაზე გავრცელებული მოდიფიკაცია. ოთხი მათგანი კრისტალურია და ერთი ამორფული. Germanium-1 არის ყველაზე მსუბუქი მოდიფიკაცია ოთხი კრისტალურიდან. მისი კრისტალები აგებულია ზუსტად ისე, როგორც ალმასის კრისტალები, a = 0,533 ნმ. ამასთან, თუ ნახშირბადისთვის ეს სტრუქტურა რაც შეიძლება მკვრივია, მაშინ გერმანიუმისთვის ასევე უფრო მკვრივი მოდიფიკაციებია. ზომიერი გათბობა და მაღალი წნევა (დაახლოებით 30 ათასი ატმოსფერო 100 °C-ზე) გარდაქმნის გერმანიუმ-1-ს გერმანიუმ-2-ად, რომლის კრისტალური მედის სტრუქტურა ზუსტად იგივეა, რაც თეთრი კალის. ანალოგიური მეთოდით იღებენ გერმანიუმ-3 და გერმანიუმ-4, რომლებიც კიდევ უფრო მკვრივია. ყველა ეს „არც თუ ისე ჩვეულებრივი“ მოდიფიკაცია აღემატება გერმანიუმ-1-ს არა მხოლოდ სიმკვრივით, არამედ ელექტროგამტარობითაც.
თხევადი გერმანიუმის სიმკვრივეა 5,557 გ/სმ3 (1000°C-ზე), ლითონის დნობის წერტილი 937,5°C; დუღილის წერტილი დაახლოებით 2700°C; თბოგამტარობის კოეფიციენტის მნიშვნელობა არის დაახლოებით 60 W/(m (K), ან 0,14 cal/ (სმ (სმ (სმ (სმ)) 25°C ტემპერატურაზე. ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე სუფთა გერმანიუმიც კი მყიფეა, მაგრამ როდესაც იგი აღწევს 550 ° C- ს, ის იწყებს პლასტმასის დეფორმაციას, მინერალოგიური მასშტაბით, გერმანიუმის სიმტკიცე არის 6-დან 6,5-მდე შეკუმშვის კოეფიციენტის მნიშვნელობა (წნევის დიაპაზონში 0-დან 120 GN/m2-მდე, ან 0-დან). 12000 კგფ/მმ2-მდე) არის 1,4 10-7 მ 2/მნ (ან 1,4·10-6 სმ 2/კგფ) არის 0,6 ნ/მ (ან 600 დინი/სმ).
გერმანიუმი არის ტიპიური ნახევარგამტარი, რომლის ზოლის ზომაა 1,104·10 -19, ან 0,69 ევ (25 °C ტემპერატურაზე); მაღალი სისუფთავის გერმანიუმს აქვს სპეციფიური ელექტრული წინაღობა 0,60 ომ (მ (60 ომ (სმ) (25 °C); ელექტრონების მობილურობა არის 3900, ხოლო ხვრელის მობილურობა 1900 სმ 2/ვ.წმ (25 °C-ზე და შინაარსით 8% მინარევებისაგან).
გერმანიუმი საკმაოდ მყიფეა, მისი დამუშავება არ შეიძლება ცხელი ან ცივი წნევით 550 °C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე, მაგრამ თუ ტემპერატურა უფრო მაღალია, ლითონი არის დრეკადი. ლითონის სიხისტე მინერალოგიური მასშტაბით არის 6,0-6,5 (გერმანიუმი იჭრება ფირფიტებად ლითონის ან ალმასის დისკის და აბრაზიულის გამოყენებით).
ქიმიური თვისებები
გერმანიუმი, როდესაც ქიმიურ ნაერთებში გვხვდება, ჩვეულებრივ ავლენს მეორე და მეოთხე ვალენტობას, მაგრამ ოთხვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები უფრო სტაბილურია. გერმანიუმი ოთახის ტემპერატურაზე მდგრადია წყლის, ჰაერის, აგრეთვე ტუტე ხსნარებისა და გოგირდის ან მარილმჟავას განზავებული კონცენტრატების მიმართ, მაგრამ ელემენტი საკმაოდ ადვილად იხსნება აკვა რეგიაში ან წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში. ელემენტი ნელა იჟანგება აზოტის მჟავას მოქმედებით. როდესაც ჰაერის ტემპერატურა 500-700 °C-ს მიაღწევს, გერმანიუმი იწყებს ჟანგვას GeO 2 და GeO ოქსიდებამდე. (IV) გერმანიუმის ოქსიდი არის თეთრი ფხვნილი, დნობის წერტილით 1116 ° C და წყალში ხსნადობით 4.3 გ/ლ (20 ° C-ზე). მისი ქიმიური თვისებების მიხედვით, ნივთიერება ამფოტერულია, ხსნადი ტუტეში და ძნელად მინერალურ მჟავაში. იგი მიიღება ჰიდრატაციური ნალექის შეღწევით GeO 3 nH 2 O, რომელიც გამოიყოფა ჰიდროლიზის დროს გერმანიუმის მჟავას წარმოებულები, მაგალითად, ლითონის გერმანატები (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 და ა.შ.) არის მყარი დნობის წერტილები. , მიიღება GeO 2-ისა და სხვა ოქსიდების შერწყმით.
გერმანიუმის და ჰალოგენების ურთიერთქმედების შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას შესაბამისი ტეტრაჰალიდები. რეაქცია ყველაზე მარტივად შეიძლება გაგრძელდეს ქლორთან და ფტორთან (თუნდაც ოთახის ტემპერატურაზე), შემდეგ იოდით (ტემპერატურა 700-800 °C, CO-ს არსებობა) და ბრომით (დაბალ სითბოზე). გერმანიუმის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაერთია ტეტრაქლორიდი (ფორმულა GeCl 4). ეს არის უფერო სითხე, დნობის წერტილი 49,5 °C, დუღილის წერტილი 83,1 °C და სიმკვრივე 1,84 გ/სმ3 (20 °C-ზე). ნივთიერება ძლიერ ჰიდროლიზდება წყლით, გამოყოფს ჰიდრატირებული ოქსიდის ნალექს (IV). ტეტრაქლორიდი მიიღება გერმანიუმის ლითონის ქლორირებით ან GeO 2 ოქსიდის და კონცენტრირებული მარილმჟავას რეაქციის შედეგად. ასევე ცნობილია გერმანიუმის დიჰალიდები ზოგადი ფორმულით GeX 2, ჰექსაქლოროდიგერმანი Ge 2 Cl 6, GeCl მონოქლორიდი, ასევე გერმანიუმის ოქსიქლორიდები (მაგალითად, CeOCl 2).
როდესაც 900-1000 °C მიიღწევა, გოგირდი ენერგიულად ურთიერთქმედებს გერმანიუმთან, წარმოქმნის GeS 2 დისულფიდს. ეს არის თეთრი მყარი დნობის წერტილი 825 °C. ასევე შესაძლებელია GeS მონოსულფიდის და გერმანიუმის მსგავსი ნაერთების წარმოქმნა ტელურუმთან და სელენთან, რომლებიც ნახევარგამტარებია. 1000-1100 °C ტემპერატურაზე წყალბადი ოდნავ რეაგირებს გერმანიუმთან, წარმოქმნის germine (GeH) X-ს, რომელიც არის არასტაბილური და ძლიერ აქროლადი ნაერთი. Ge n H 2n + 2-დან Ge 9 H 20-ის სერიის წყალბადის გერმანიდები შეიძლება წარმოიქმნას გერმანიდების განზავებულ HCl-თან რეაქციით. ასევე ცნობილია გერმილენი შემადგენლობით GeH 2. გერმანიუმი უშუალოდ არ რეაგირებს აზოტთან, მაგრამ არსებობს ნიტრიდი Ge 3 N 4, რომელიც მიიღება გერმანიუმის ზემოქმედების დროს ამიაკის (700-800 ° C) ზემოქმედებისას. გერმანიუმი არ რეაგირებს ნახშირბადთან. ბევრ ლითონთან ერთად გერმანიუმი წარმოქმნის სხვადასხვა ნაერთებს - გერმანიდებს.
ცნობილია გერმანიუმის მრავალი რთული ნაერთი, რომლებიც სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება გერმანიუმის ელემენტის ანალიტიკურ ქიმიაში, აგრეთვე ქიმიური ელემენტის მიღების პროცესებში. გერმანიუმს შეუძლია შექმნას რთული ნაერთები ჰიდროქსილის შემცველი ორგანული მოლეკულებით (პოლიჰიდრული სპირტები, პოლიბაზური მჟავები და ა.შ.). ასევე არსებობს გერმანიუმის ჰეტეროპოლიმჟავები. IV ჯგუფის სხვა ელემენტების მსგავსად, გერმანიუმი, როგორც წესი, ქმნის ორგანულ მეტალურ ნაერთებს. მაგალითია ტეტრაეთილგერმანი (C 2 H 5) 4 Ge 3.
