Em 1870 D.I. Com base na lei periódica, Mendeleev previu um elemento ainda não descoberto do grupo IV, chamando-o de ecassilício, e descreveu suas principais propriedades. Em 1886, o químico alemão Clemens Winkler descobriu este elemento químico durante uma análise química do mineral argirodita. Inicialmente, Winkler queria chamar o novo elemento de “netúnio”, mas esse nome já havia sido dado a um dos elementos propostos, então o elemento foi batizado em homenagem à terra natal do cientista - a Alemanha.

Estar na natureza, recebendo:

O germânio é encontrado em minérios de sulfeto, minério de ferro e em quase todos os silicatos. Os principais minerais contendo germânio são: argirodita Ag 8 GeS 6 , confieldita Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , estotita FeGe(OH) 6 , germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
Como resultado de operações complexas e trabalhosas de enriquecimento e concentração de minério, o germânio é isolado na forma de óxido de GeO 2, que é reduzido com hidrogênio a 600°C a uma substância simples.
GeO 2 + 2H 2 =Ge + 2H 2 O
O germânio é purificado pelo método de fusão por zona, o que o torna um dos materiais quimicamente mais puros.

Propriedades físicas:

Sólido branco-acinzentado com brilho metálico (p.f. 938°C, p.e. 2830°C)

Propriedades químicas:

Em condições normais, o germânio é resistente ao ar e à água, aos álcalis e aos ácidos, e dissolve-se em água régia e numa solução alcalina de peróxido de hidrogénio. Estados de oxidação do germânio em seus compostos: 2, 4.

As conexões mais importantes:

Óxido de germânio (II), GeO, cinza-preto, ligeiramente solúvel. b-in, quando aquecido é desproporcional: 2GeO = Ge + GeO 2
Hidróxido de germânio (II) Ge (OH) 2, vermelho-laranja. Cristo.,
Iodeto de germânio (II), GeI 2, amarelo. cr., sol. em água, hidrol. de acordo com o gato.
Hidreto de germânio (II), GeH 2, tv. branco poros, facilmente oxidados. e decadência.

Óxido de germânio (IV), GeO 2 , branco cristal, anfotérico, obtido por hidrólise de cloreto, sulfeto, hidreto de germânio ou reação de germânio com ácido nítrico.
Hidróxido de germânio (IV) (ácido germânico), H 2 GeO 3 , fraco. indefinido. biaxial por exemplo, sais germânicos, por exemplo. germanato de sódio, Na 2 GeO 3 , branco cristal, sol. na água; higroscópico. Existem também hexahidroxogermanatos de Na 2 (orto-germanatos) e poligermanatos
Sulfato de germânio (IV), Ge(SO 4) 2, incolor. cristais, hidrolisados ​​por água em GeO 2, obtidos pelo aquecimento de cloreto de germânio (IV) com anidrido sulfúrico a 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Halogenetos de germânio (IV), fluoreto GeF 4 - melhores. gás, bruto hidrol., reage com HF, formando H 2 - ácido fluorídrico: GeF 4 + 2HF = H 2,
cloreto GeCl4, incolor. líquido, hidr., brometo GeBr 4, cinza cr. ou incolor líquido, sol. na organização. conexão,
iodeto GeI 4, amarelo-laranja. cr., lento. hidr., sol. na organização. conexão.
Sulfeto de germânio (IV), GeS 2, branco cr., pouco solúvel. em água, hidrol., reage com álcalis:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, formando germanatos e tiogermanatos.
Hidreto de germânio (IV), "germane", GeH 4 , incolor gás, derivados orgânicos tetrametilgermano Ge(CH 3) 4, tetraetilgermano Ge(C 2 H 5) 4 - incolor. líquidos.

Aplicativo:

O material semicondutor mais importante, principais áreas de aplicação: óptica, radioeletrônica, física nuclear.

Os compostos de germânio são ligeiramente tóxicos. O germânio é um oligoelemento que aumenta a eficiência do corpo humano. sistema imunológico corpo, combate o câncer, reduz a dor. Observa-se também que o germânio promove a transferência de oxigênio para os tecidos do corpo e é um poderoso antioxidante – um bloqueador dos radicais livres no corpo.
A necessidade diária do corpo humano é de 0,4–1,5 mg.
Campeão em conteúdo de germânio entre produtos alimentaresé o alho (750 mcg de germânio por 1 g de peso seco de dente de alho).

O material foi elaborado por alunos do Instituto de Física e Química da Tyumen State University
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Fontes:
Germânio//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (data de acesso: 13/06/2014).
Germânio//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (data de acesso: 13/06/2014).

Germânio

GERMÂNIO-EU; m. Elemento químico (Ge), um sólido branco-acinzentado com brilho metálico (é o principal material semicondutor). Placa de germânio.

◁ Germânio, oh, oh. G-ésima matéria-prima. G. lingote.

(Latim Germânio), elemento químico do grupo IV da tabela periódica. O nome vem do latim Germania - Alemanha, em homenagem à terra natal de K. A. Winkler. Cristais cinza prateados; densidade 5,33 g/cm3, t pl 938,3ºC. Difundido na natureza (minerais próprios são raros); extraído de minérios de metais não ferrosos. Material semicondutor para dispositivos eletrônicos (diodos, transistores, etc.), componente de ligas, material para lentes em dispositivos IR, detectores de radiação ionizante.

GERMANIUM (lat. Germânio), Ge (leia-se “hertempmanium”), elemento químico com número atômico 32, massa atômica 72,61. O germânio natural consiste em cinco isótopos com números de massa 70 (o conteúdo da mistura natural é 20,51% em peso), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) e 76 (7,76%). Configuração da camada eletrônica externa 4 é 2 p 2 . Estados de oxidação +4, +2 (valência IV, II). Localizado no grupo IVA, no período 4 da tabela periódica dos elementos.
História da descoberta
Foi descoberto por K. A. Winkler (cm. WINKLER Clemente Alexandre)(e nomeado após sua terra natal - Alemanha) em 1886 durante a análise do mineral argirodita Ag 8 GeS 6 após a existência deste elemento e algumas de suas propriedades terem sido previstas por D. I. Mendeleev (cm. MENDELEEV Dmitry Ivanovich).
Estar na natureza
O conteúdo na crosta terrestre é de 1,5·10 -4% em peso. Refere-se a elementos dispersos. Não é encontrado na natureza de forma livre. Contido como impureza em silicatos, minérios sedimentares de ferro, polimetálicos, níquel e tungstênio, carvões, turfa, óleos, águas termais e algas. Os minerais mais importantes: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, estotita FeGe(OH) 6, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argyrodita Ag 8 GeS 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Obtenção de germânio
Para a obtenção do germânio, são utilizados subprodutos do processamento de minérios de metais não ferrosos, cinzas da combustão do carvão e alguns produtos químicos do coque. As matérias-primas contendo Ge são enriquecidas por flotação. Em seguida, o concentrado é convertido em óxido GeO 2, que é reduzido com hidrogênio (cm. HIDROGÊNIO):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Germânio de pureza semicondutora com um teor de impurezas de 10 -3 -10 -4% é obtido por fusão por zona (cm. FUSÃO DE ZONA), cristalização (cm. CRISTALIZAÇÃO) ou termólise de monogermano volátil GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
que é formado durante a decomposição de compostos por ácidos metais ativos com Ge-germânidas:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
Propriedades físicas e químicas
O germânio é uma substância prateada com brilho metálico. Rede cristalina de modificação estável (Ge I), cúbica, centrada na face, tipo diamante, UM= 0,533 nm (três outras modificações foram obtidas em altas pressões). Ponto de fusão 938,25 °C, ponto de ebulição 2850 °C, densidade 5,33 kg/dm3. Possui propriedades semicondutoras, o band gap é de 0,66 eV (a 300 K). O germânio é transparente à radiação infravermelha com comprimento de onda superior a 2 mícrons.
Por propriedades químicas Ge se assemelha ao silício (cm. SILÍCIO). Em condições normais, resistente ao oxigênio (cm. OXIGÊNIO), vapor de água, ácidos diluídos. Na presença de fortes agentes complexantes ou agentes oxidantes, Ge reage com ácidos quando aquecido:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 conc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reage com água régia (cm. AQUA RÉGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge interage com soluções alcalinas na presença de agentes oxidantes:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Quando aquecido ao ar a 700 °C, o Ge inflama. Ge interage facilmente com halogênios (cm. HALOGÊNIO) e cinza (cm. ENXOFRE):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Com hidrogênio (cm. HIDROGÊNIO), azoto (cm. AZOTO), carbono (cm. CARBONO) o germânio não reage diretamente, os compostos com esses elementos são obtidos indiretamente; Por exemplo, o nitreto Ge 3 N 4 é formado pela dissolução do diiodeto de germânio GeI 2 em amônia líquida:
GeI 2 + NH 3 líquido -> n -> Ge 3 N 4
O óxido de germânio (IV), GeO 2, é uma substância cristalina branca que existe em duas modificações. Uma das modificações é parcialmente solúvel em água com formação de ácidos germânicos complexos. Apresenta propriedades anfotéricas.
GeO 2 reage com álcalis como um óxido ácido:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interage com ácidos:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Os tetrahaletos são compostos apolares que são facilmente hidrolisados ​​pela água.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Os tetrahaletos são obtidos por reação direta:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
ou decomposição térmica:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Os hidretos de germânio são semelhantes em propriedades químicas aos hidretos de silício, mas o monogermano GeH 4 é mais estável que o monosilano SiH 4 . Os Germanes formam séries homólogas Gen H 2n+2, Gen H 2n e outras, mas essas séries são mais curtas que as dos silanos.
Monogerman GeH 4 é um gás estável no ar e não reage com a água. Durante o armazenamento de longo prazo, ele se decompõe em H 2 e Ge. Monogermane é obtido reduzindo o dióxido de germânio GeO 2 com borohidreto de sódio NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Um monóxido GeO muito instável é formado pelo aquecimento moderado de uma mistura de germânio e dióxido de GeO 2:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Os compostos Ge (II) são facilmente desproporcionais para liberar Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
O dissulfeto de germânio GeS 2 é uma substância branca, amorfa ou cristalina, obtida pela precipitação de H 2 S a partir de soluções ácidas de GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 se dissolve em álcalis e sulfetos de amônio ou metais alcalinos:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge pode fazer parte de compostos orgânicos. São conhecidos (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH e outros.
Aplicativo
O germânio é um material semicondutor utilizado em tecnologia e radioeletrônica na produção de transistores e microcircuitos. Filmes finos de Ge depositados em vidro são usados ​​como resistores em instalações de radar. Ligas de Ge com metais são utilizadas em sensores e detectores. O dióxido de germânio é utilizado na produção de vidros que transmitem radiação infravermelha.

Dicionário Enciclopédico. 2009 .

Veja o que é “germânio” em outros dicionários:

Elemento químico descoberto em 1886 no raro mineral argirodita, encontrado na Saxônia. Dicionário palavras estrangeiras, incluído no idioma russo. Chudinov A.N., 1910. germânio (nomeado em homenagem à terra natal do cientista que descobriu o elemento) químico. elemento... ... Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa

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germânio- Elemento Ge do grupo IV Periódico. sistemas; no. n. 32, às. m.72,59; TV peça com metal brilhar. Natural Ge é uma mistura de cinco isótopos estáveis ​​com números de massa 70, 72, 73, 74 e 76. A existência e as propriedades do Ge foram previstas em 1871 por D.I.... ... Guia do Tradutor Técnico

Germânio- (Germânio), Ge, elemento químico do grupo IV da tabela periódica, número atômico 32, massa atômica 72,59; metalóide; material semicondutor. O germânio foi descoberto pelo químico alemão K. Winkler em 1886. ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

- (Germânio latino) Ge, elemento químico do grupo IV do sistema periódico, número atômico 32, massa atômica 72,59. Nomeado do latim Germania Germany, em homenagem à terra natal de K. A. Winkler. Cristais cinza prateados; densidade 5,33 g/cm³, ponto de fusão 938,3 ... Grande Dicionário Enciclopédico

- (símbolo Ge), um elemento metálico branco-acinzentado do grupo IV da tabela periódica de MENDELEEV, no qual foram previstas as propriedades de elementos ainda não descobertos, em particular o germânio (1871). O elemento foi descoberto em 1886. Um subproduto da fundição de zinco... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico

Ge (do latim Germania Alemanha * a. germânio; n. germânio; f. germânio; i. germânio), químico. elemento do grupo IV periódico. Sistema de Mendeleev, at.sci. 32, às. m.72,59. O gás natural consiste em 4 isótopos estáveis ​​70Ge (20,55%), 72Ge... ... Enciclopédia geológica

- (Ge), sintético monocristalino, PP, grupo de simetria pontual m3m, densidade 5,327 g/cm3, Tmelt = 936 °C, sólido. na escala de Mohs 6, em. m. 72,60. Transparente na região IR l de 1,5 a 20 mícrons; opticamente anisotrópico, para coeficiente l=1,80 µm. refração n=4.143.… … Enciclopédia física

Substantivo, número de sinônimos: 3 semicondutores (7) eca-silício (1) elemento (159) ... Dicionário de sinônimos

GERMÂNIO- química. elemento, símbolo Ge (lat. Germânio), em. n. 32, às. m.72,59; substância cristalina cinza prateada quebradiça, densidade 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Espalhados na natureza; é extraído principalmente pelo processamento de blenda de zinco e... ... Grande Enciclopédia Politécnica

O germânio é um elemento químico com número atômico 32 na tabela periódica, simbolizado pelo símbolo Ge (alemão). Germânio).

História da descoberta do germânio

A existência do elemento eca-silício, análogo do silício, foi prevista por D.I. Mendeleev em 1871. E em 1886, um dos professores da Academia de Mineração de Freiberg descobriu um novo mineral de prata - a argirodita. Este mineral foi então entregue ao Professor de Química Técnica Clemens Winkler para análise completa.

Isso não foi feito por acaso: Winkler, de 48 anos, foi considerado melhor analista academia.

Rapidamente, ele descobriu que o mineral continha 74,72% de prata, 17,13% de enxofre, 0,31% de mercúrio, 0,66% de óxido ferroso e 0,22% de óxido de zinco. E quase 7% do peso do novo mineral foi representado por algum elemento incompreensível, provavelmente ainda desconhecido. Winkler isolou o componente não identificado argyrodpt, estudou suas propriedades e percebeu que havia de fato encontrado um novo elemento - escaplicium previsto por Mendeleev. Esta é a breve história do elemento com número atômico 32.

No entanto, seria errado pensar que o trabalho de Winkler correu bem, sem problemas. Aqui está o que Mendeleev escreve sobre isso nos acréscimos ao oitavo capítulo de “Fundamentos da Química”: “No início (fevereiro de 1886) a falta de material, a falta de espectro na chama do queimador e a solubilidade de muitos compostos de germânio fizeram com que difícil para a pesquisa de Winkler...” Preste atenção à “falta de espectro na chama”. Como assim? Afinal, em 1886 já existia o método de análise espectral; Por este método, rubídio, césio, tálio e índio já foram descobertos na Terra, e hélio no Sol. Os cientistas sabiam com certeza que cada elemento químico tem um espectro completamente individual e, de repente, não há espectro!

A explicação veio depois. O germânio tem linhas espectrais características - com comprimentos de onda de 2.651,18, 3.039,06 Ǻ e vários mais. Mas todos eles estão na parte ultravioleta invisível do espectro, e pode ser considerado uma sorte que a adesão de Winkler aos métodos tradicionais de análise - eles levaram ao sucesso.

O método utilizado por Winkler para isolar o germânio é semelhante a um dos métodos industriais atuais para obtenção do elemento nº 32. Primeiro, o germânio contido na argarodnita foi convertido em dióxido e, em seguida, esse pó branco foi aquecido a 600...700°C em atmosfera de hidrogênio. A reação é óbvia: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Foi assim que o germânio relativamente puro foi obtido pela primeira vez. Winkler inicialmente pretendia nomear o novo elemento neptúnio, em homenagem ao planeta Netuno. (Como o elemento 32, este planeta foi previsto antes de ser descoberto.) Mas então descobriu-se que tal nome já havia sido atribuído a um elemento falsamente descoberto e, não querendo comprometer sua descoberta, Winkler abandonou sua primeira intenção. Ele também não aceitou a proposta de nomear o novo elemento angularium, ou seja, “angular, polêmico” (e essa descoberta realmente causou muita polêmica). É verdade que o químico francês Rayon, que apresentou tal ideia, disse mais tarde que a sua proposta não passava de uma piada. Winkler batizou o novo elemento de germânio em homenagem ao seu país, e o nome pegou.

Deve-se notar que durante a evolução geoquímica da crosta terrestre, uma quantidade significativa de germânio foi eliminada da maior parte da superfície terrestre para os oceanos, portanto, atualmente, a quantidade deste oligoelemento contido no solo é extremamente insignificante.

O conteúdo total de germânio na crosta terrestre é de 7 × 10 −4% em massa, ou seja, mais do que, por exemplo, antimônio, prata, bismuto. Devido ao seu conteúdo insignificante na crosta terrestre e à afinidade geoquímica com alguns elementos difundidos, o germânio apresenta uma capacidade limitada de formar seus próprios minerais, dissipando-se nas redes de outros minerais. Portanto, os minerais próprios do germânio são extremamente raros. Quase todos eles são sulfossais: germanita Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), argirodita Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), confildita Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (até 2% Ge), etc. A maior parte do germânio está espalhada na crosta terrestre em um grande número de rochas e minerais. Por exemplo, em algumas esfaleritas o teor de germânio atinge quilogramas por tonelada, em enargites até 5 kg/t, em pirargirita até 10 kg/t, em sulvanita e frankeíta 1 kg/t, em outros sulfetos e silicatos - centenas e dezenas de g/t. O germânio está concentrado em depósitos de muitos metais - em minérios sulfetados de metais não ferrosos, em minérios de ferro, em alguns minerais óxidos (cromita, magnetita, rutilo, etc.), em granitos, diabásios e basaltos. Além disso, o germânio está presente em quase todos os silicatos, em alguns depósitos de carvão e petróleo.

O germânio é obtido principalmente a partir de subprodutos do processamento de minérios de metais não ferrosos (mistura de zinco, concentrados polimetálicos de zinco-cobre-chumbo) contendo 0,001-0,1% de germânio. Cinzas da combustão do carvão, poeiras de geradores de gás e resíduos de coquerias também são utilizados como matéria-prima. Inicialmente, o concentrado de germânio (2-10% Alemanha) é obtido das fontes listadas de diversas maneiras, dependendo da composição das matérias-primas. A extração de germânio do concentrado geralmente envolve as seguintes etapas:

1) cloração do concentrado com ácido clorídrico, mistura deste com cloro em meio aquoso ou outros agentes de cloração para obtenção de GeCl 4 técnico. Para purificar o GeCl 4, utiliza-se a retificação e extração de impurezas com HCl concentrado.

2) Hidrólise de GeCl 4 e calcinação dos produtos da hidrólise para obtenção de GeO 2.

3) Redução de GeO 2 com hidrogênio ou amônia em metal. Para isolar o germânio muito puro, usado em dispositivos semicondutores, é realizada a fusão zonal do metal. O germânio monocristalino, necessário para a indústria de semicondutores, é geralmente obtido por fusão por zona ou pelo método Czochralski.

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

O germânio de pureza semicondutora com um teor de impurezas de 10 -3 -10 -4% é obtido por fusão por zona, cristalização ou termólise de monogermano volátil GeH 4:

GeH 4 = Ge + 2H 2,

que é formado durante a decomposição de compostos metálicos ativos com Ge - germanidos por ácidos:

Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2

O germânio é encontrado como impureza em minérios polimetálicos, de níquel e de tungstênio, bem como em silicatos. Como resultado de operações complexas e trabalhosas para enriquecimento de minério e sua concentração, o germânio é isolado na forma de óxido de GeO 2, que é reduzido com hidrogênio a 600 °C a uma substância simples:

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

Os monocristais de germânio são purificados e cultivados usando o método de fusão por zona.

O dióxido de germânio puro foi obtido pela primeira vez na URSS no início de 1941. A partir dele foi feito vidro de germânio com um índice de refração de luz muito alto. A pesquisa do elemento nº 32 e dos métodos para sua possível produção foi retomada após a guerra, em 1947. Agora, o germânio interessava aos cientistas soviéticos precisamente como semicondutor.

Na aparência, o germânio pode ser facilmente confundido com o silício.

O germânio cristaliza em uma estrutura cúbica do tipo diamante, o parâmetro de célula unitária a = 5,6575 Å.

Este elemento não é tão forte quanto o titânio ou o tungstênio. A densidade do germânio sólido é 5,327 g/cm3 (25°C); líquido 5,557 (1000°C); tpl 937,5°C; ponto de ebulição cerca de 2700°C; coeficiente de condutividade térmica ~60 W/(m·K), ou 0,14 cal/(cm·seg) a 25°C.

O germânio é quase tão frágil quanto o vidro e pode se comportar de acordo. Mesmo em temperaturas normais, mas acima de 550°C, é suscetível à deformação plástica. A dureza da Alemanha na escala mineralógica é 6-6,5; coeficiente de compressibilidade (na faixa de pressão 0-120 H/m 2, ou 0-12.000 kgf/mm 2) 1,4·10 -7 m 2 /mn (1,4·10 -6 cm 2 /kgf); tensão superficial 0,6 n/m (600 dinas/cm). O germânio é um semicondutor típico com um band gap de 1,104·10 -19 J ou 0,69 eV (25°C); resistividade elétrica Alemanha alta pureza 0,60 ohm·m (60 ohm·cm) a 25°C; mobilidade electrónica 3900 e mobilidade de buracos 1900 cm2/v seg (25°C) (com um teor de impurezas inferior a 10-8%).

Todas as modificações “incomuns” do germânio cristalino são superiores ao Ge-I em condutividade elétrica. A menção desta propriedade particular não é acidental: o valor da condutividade elétrica (ou seu valor inverso - resistividade) é especialmente importante para um elemento semicondutor.

Em compostos químicos, o germânio geralmente apresenta valência 4 ou 2. Compostos com valência 4 são mais estáveis. Em condições normais, é resistente ao ar e à água, álcalis e ácidos, solúvel em água régia e em solução alcalina de peróxido de hidrogênio. São utilizadas ligas de germânio e vidro à base de dióxido de germânio.

Em compostos químicos, o germânio geralmente exibe valências de 2 e 4, sendo os compostos de germânio 4-valente mais estáveis. À temperatura ambiente, o germânio é resistente ao ar, água, soluções alcalinas e ácidos clorídrico e sulfúrico diluídos, mas se dissolve facilmente em água régia e em uma solução alcalina de peróxido de hidrogênio. É lentamente oxidado pelo ácido nítrico. Quando aquecido ao ar a 500-700°C, o germânio é oxidado nos óxidos GeO e GeO 2. Óxido de Alemanha (IV) - pó branco com ponto de fusão 1116°C; solubilidade em água 4,3 g/l (20°C). Pelas suas propriedades químicas é anfotérico, solúvel em álcalis e com dificuldade em ácidos minerais. É obtido pela calcinação do precipitado hidratado (GeO 3 ·nH 2 O) liberado durante a hidrólise do tetracloreto de GeCl 4. Ao fundir GeO 2 com outros óxidos, podem ser obtidos derivados do ácido germânico - germanatos metálicos (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 e outros) - substâncias sólidas com altos pontos de fusão.

Quando o germânio reage com halogênios, os tetrahaletos correspondentes são formados. A reação prossegue mais facilmente com flúor e cloro (já à temperatura ambiente), depois com bromo (baixo aquecimento) e com iodo (a 700-800°C na presença de CO). Um dos compostos mais importantes, o tetracloreto alemão GeCl 4, é um líquido incolor; tpl -49,5°C; ponto de ebulição 83,1°C; densidade 1,84 g/cm3 (20°C). É fortemente hidrolisado com água, liberando um precipitado de óxido hidratado (IV). É obtido pela cloração do germânio metálico ou pela reação do GeO 2 com HCl concentrado. Também são conhecidos os dihaletos de germânio de fórmula geral GeX 2 , monocloreto de GeCl, hexaclorodigermano Ge 2 Cl 6 e oxicloretos de germânio (por exemplo, CeOCl 2 ).

O enxofre reage vigorosamente com o germânio a 900-1000°C para formar dissulfeto GeS 2 - um sólido branco, ponto de fusão de 825°C. Monossulfeto de GeS e compostos similares da Alemanha com selênio e telúrio, que são semicondutores, também são descritos. O hidrogênio reage levemente com o germânio a 1000-1100°C para formar o germe (GeH) X, um composto instável e altamente volátil. Ao reagir germanidos com ácido clorídrico diluído, podem ser obtidos hidrogênios germanidos da série Ge n H 2n+2 até Ge 9 H 20. O germileno da composição GeH 2 também é conhecido. O germânio não reage diretamente com o nitrogênio, porém existe um nitreto Ge 3 N 4, obtido pela ação da amônia sobre o germânio a 700-800°C. O germânio não interage com o carbono. O germânio forma compostos com muitos metais - germanetos.

São conhecidos numerosos compostos complexos de germânio, que estão se tornando cada vez mais importantes tanto na química analítica do germânio quanto nos processos de sua preparação. O germânio forma compostos complexos com moléculas orgânicas contendo hidroxila (álcoois poli-hídricos, ácidos polibásicos e outros). Foram obtidos heteropoliácidos da Alemanha. Assim como outros elementos do grupo IV, o germânio se caracteriza pela formação de compostos organometálicos, sendo um exemplo o tetraetilgermano (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Hidreto de germânio (II) GeH 2. Pó branco instável (no ar ou no oxigênio decompõe-se explosivamente). Reage com álcalis e bromo.

Polímero de monohidreto de germânio (II) (poligermina) (GeH2)n. Pó preto acastanhado. É pouco solúvel em água, decompõe-se instantaneamente no ar e explode quando aquecido a 160 o C no vácuo ou em atmosfera de gás inerte. É formado durante a eletrólise do germanito de sódio NaGe.

Óxido de germânio (II) GeO. Cristais pretos com propriedades básicas. Decompõe-se a 500°C em GeO 2 e Ge. Oxida lentamente em água. Ligeiramente solúvel em ácido clorídrico. Apresenta propriedades restauradoras. É obtido pela ação do CO 2 sobre o germânio metálico aquecido a 700-900 o C, por álcalis sobre o cloreto de germânio (II), pela calcinação do Ge(OH) 2 ou pela redução do GeO 2 .

Hidróxido de germânio (II) Ge(OH) 2 . Cristais vermelho-laranja. Quando aquecido, transforma-se em GeO. Apresenta caráter anfotérico. É obtido tratando sais de germânio (II) com álcalis e hidrólise de sais de germânio (II).

Fluoreto de germânio (II) GeF 2 . Cristais higroscópicos incolores, ponto de fusão =111°C. É obtido pela ação do vapor GeF 4 sobre o metal germânio quando aquecido.

Cloreto de germânio (II) GeCl 2 . Cristais incolores. t pl =76,4°C, t fervura =450°C. A 460°C decompõe-se em GeCl 4 e germânio metálico. Hidrolisa com água, ligeiramente solúvel em álcool. É obtido pela ação do vapor GeCl 4 sobre o metal germânio quando aquecido.

Brometo de germânio (II) GeBr 2 . Cristais transparentes em forma de agulha. tpl =122°C. Hidrolisa com água. Ligeiramente solúvel em benzeno. Dissolve-se em álcool, acetona. É obtido pela reação do hidróxido de germânio (II) com ácido bromídrico. Quando aquecido, desproporciona-se em germânio metálico e brometo de germânio (IV).

Iodeto de germânio (II) GeI 2. Placas hexagonais amarelas, diamagnéticas. t pl =460 o C. Ligeiramente solúvel em clorofórmio e tetracloreto de carbono. Quando aquecido acima de 210°C, decompõe-se em germânio metálico e tetraiodeto de germânio. Obtido por redução do iodeto de germânio (II) com ácido hipofosfórico ou decomposição térmica do tetraiodeto de germânio.

Sulfeto de germânio (II) GeS. Obteve-se cristais opacos rômbicos brilhantes, secos, preto-acinzentados. t pl =615°C, a densidade é 4,01 g/cm3. Ligeiramente solúvel em água e amônia. Dissolve-se em hidróxido de potássio. Obtido pelo método úmido é um sedimento amorfo vermelho-marrom, a densidade é de 3,31 g/cm 3. Dissolve-se em ácidos minerais e polissulfeto de amônio. É obtido aquecendo o germânio com enxofre ou passando o sulfeto de hidrogênio por uma solução de sal de germânio (II).

Hidreto de germânio (IV) GeH4. Gás incolor (densidade 3,43 g/cm 3 ). É venenoso, tem um cheiro muito desagradável, ferve a -88 o C, derrete a cerca de -166 o C e dissocia-se termicamente acima de 280 o C. Ao passar GeH 4 através de um tubo aquecido, obtém-se em seu interior um espelho brilhante de germânio metálico. paredes. É obtido pela ação do LiAlH 4 sobre o cloreto de germânio (IV) em éter ou pelo tratamento de uma solução de cloreto de germânio (IV) com zinco e ácido sulfúrico.

Óxido de germânio (IV) GeO 2 . Existe na forma de duas modificações cristalinas (hexagonal com densidade de 4,703 g/cm 3 e tetraédrica com densidade de 6,24 g/cm 3 ). Ambos são estáveis ​​ao ar. Ligeiramente solúvel em água. t pl =1116 o C, t fervura =1200 o C. Apresenta caráter anfotérico. É reduzido por alumínio, magnésio e carbono a germânio metálico quando aquecido. É obtido por síntese a partir de elementos, calcinação de sais de germânio com ácidos voláteis, oxidação de sulfetos, hidrólise de tetrahaletos de germânio, tratamento de germanitos de metais alcalinos com ácidos e germânio metálico com ácidos sulfúrico ou nítrico concentrados.

Fluoreto de germânio (IV) GeF4. Um gás incolor que fumega no ar. t pl = -15 o C, t fervura = -37°C. Hidrolisa com água. Obtido pela decomposição do tetrafluorogermanato de bário.

Cloreto de germânio (IV) GeCl 4 . Líquido incolor. t pl = -50 o C, t fervura = 86 o C, densidade é 1,874 g/cm 3. Hidrolisa com água, dissolve-se em álcool, éter, dissulfeto de carbono, tetracloreto de carbono. É preparado aquecendo germânio com cloro e passando cloreto de hidrogênio por uma suspensão de óxido de germânio (IV).

Brometo de germânio (IV) GeBr 4 . Cristais octaédricos incolores. t pl =26 o C, t fervura =187 o C, a densidade é 3,13 g/cm 3. Hidrolisa com água. Dissolve-se em benzeno, dissulfeto de carbono. É obtido pela passagem do vapor de bromo sobre o metal germânio aquecido ou pela ação do ácido bromídrico sobre o óxido de germânio (IV).

Iodeto de germânio (IV) GeI 4 . Cristais octaédricos amarelo-laranja, t pl =146 o C, t bp =377 o C, densidade é 4,32 g/cm 3. A 445 o C decompõe-se. Dissolve-se em benzeno, dissulfeto de carbono e é hidrolisado pela água. No ar, decompõe-se gradualmente em iodeto de germânio (II) e iodo. Adiciona amônia. É obtido pela passagem do vapor de iodo sobre o germânio aquecido ou pela ação do ácido iodídrico sobre o óxido de germânio (IV).

Sulfeto de germânio (IV) GeS 2. Pó cristalino branco, t pl =800 o C, densidade é 3,03 g/cm 3. É ligeiramente solúvel em água e hidrolisa lentamente nela. Dissolve-se em amônia, sulfeto de amônio e sulfetos de metais alcalinos. É obtido aquecendo o óxido de germânio (IV) em uma corrente de dióxido de enxofre com enxofre ou passando o sulfeto de hidrogênio por uma solução de sal de germânio (IV).

Sulfato de germânio (IV) Ge(SO 4) 2. Cristais incolores, densidade 3,92 g/cm3. Decompõe-se a 200 o C. Reduzido pelo carvão ou enxofre a sulfeto. Reage com água e soluções alcalinas. Preparado aquecendo cloreto de germânio (IV) com óxido de enxofre (VI).

Cinco isótopos são encontrados na natureza: 70 Ge (20,55% em peso), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67%). Os quatro primeiros são estáveis, o quinto (76 Ge) sofre decaimento beta duplo com meia-vida de 1,58×10 21 anos. Além disso, existem dois artificiais de “vida longa”: 68 Ge (meia-vida 270,8 dias) e 71 Ge (meia-vida 11,26 dias).

Aplicação de germânio

O germânio é usado na produção de óptica. Devido à sua transparência na região infravermelha do espectro, o germânio metálico de altíssima pureza é de importância estratégica na produção de elementos ópticos para óptica infravermelha. Na engenharia de rádio, os transistores e diodos detectores de germânio possuem características diferentes dos de silício, devido à menor tensão de ativação da junção pn no germânio - 0,4V versus 0,6V para dispositivos de silício.

Para mais detalhes, veja o artigo sobre o uso do germânio.

O germânio é encontrado em organismos animais e vegetais. Pequenas quantidades de germânio não têm efeito fisiológico nas plantas, mas são tóxicas em grandes quantidades. O germânio não é tóxico para fungos.

O germânio tem baixa toxicidade para animais. Os compostos de germânio não têm efeitos farmacológicos. A concentração permitida de germânio e seu óxido no ar é de 2 mg/m³, ou seja, a mesma do pó de amianto.

Os compostos de germânio divalente são muito mais tóxicos.

Em experimentos que determinaram a distribuição do germânio orgânico no corpo 1,5 horas após sua administração oral, foram obtidos os seguintes resultados: grandes quantidades de germânio orgânico estão contidas no estômago, intestino delgado, medula óssea, baço e sangue. Além disso, seu alto teor no estômago e intestinos mostra que o processo de sua absorção pelo sangue tem efeito prolongado.

O alto teor de germânio orgânico no sangue permitiu ao Dr. Asai apresentar a seguinte teoria sobre o mecanismo de sua ação no corpo humano. Supõe-se que no sangue o germânio orgânico se comporta de maneira semelhante à hemoglobina, que também carrega carga negativa e, como a hemoglobina, está envolvida no processo de transferência de oxigênio nos tecidos do corpo. Isso evita o desenvolvimento de deficiência de oxigênio (hipóxia) no nível dos tecidos. O germânio orgânico previne o desenvolvimento da chamada hipóxia sanguínea, que ocorre quando a quantidade de hemoglobina capaz de fixar oxigênio diminui (uma diminuição na capacidade de oxigênio do sangue) e se desenvolve durante a perda de sangue, envenenamento por monóxido de carbono e exposição à radiação. O sistema nervoso central, o músculo cardíaco, o tecido renal e o fígado são mais sensíveis à deficiência de oxigênio.

Como resultado de experimentos, descobriu-se também que o germânio orgânico promove a indução de interferons gama, que suprimem os processos de reprodução de células que se dividem rapidamente e ativam células específicas (T-killers). As principais direções de ação dos interferons no nível corporal são proteção antiviral e antitumoral, funções imunomoduladoras e radioprotetoras do sistema linfático

No processo de estudo de tecidos patológicos e tecidos com sinais primários de doenças, constatou-se que eles são sempre caracterizados pela falta de oxigênio e pela presença de radicais de hidrogênio com carga positiva H +. Os íons H+ têm um efeito extremamente negativo nas células do corpo humano, até o ponto de sua morte. Os íons de oxigênio, tendo a capacidade de se combinar com os íons de hidrogênio, permitem compensar seletiva e localmente os danos às células e tecidos causados ​​pelos íons de hidrogênio. O efeito do germânio sobre os íons de hidrogênio se deve à sua forma orgânica - a forma sesquióxido. Na preparação do artigo foram utilizados materiais de A. N. Suponenko.

O germânio (do latim germânio), designado “Ge”, é um elemento do grupo IV do sistema periódico de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev; o número atômico do elemento é 32, a massa atômica é 72,59. O germânio é uma substância sólida com brilho metálico e cor branco-acinzentada. Embora a cor do germânio seja um conceito bastante relativo, tudo depende do tratamento superficial do material. Às vezes pode ser cinza como aço, às vezes prateado e às vezes completamente preto. Externamente, o germânio é bastante próximo do silício. Esses elementos não são apenas semelhantes entre si, mas também possuem basicamente as mesmas propriedades semicondutoras. Sua diferença significativa é o fato de que o germânio é duas vezes mais pesado que o silício.

O germânio, encontrado na natureza, é uma mistura de cinco isótopos estáveis ​​com números de massa 76, 74, 73, 32, 70. Em 1871, o famoso químico, o “pai” da tabela periódica, Dmitri Ivanovich Mendeleev previu as propriedades e existência de germânio. Ele chamou o elemento desconhecido na época de “exasilício”, porque. as propriedades da nova substância eram em muitos aspectos semelhantes às do silício. Em 1886, depois de estudar o mineral argirdita, o químico alemão K. Winkler, de 48 anos, descobriu um elemento químico completamente novo na mistura natural.

A princípio, o químico quis chamar o elemento de netúnio, pois o planeta Netuno também foi previsto muito antes de ser descoberto, mas depois soube que esse nome já havia sido usado na falsa descoberta de um dos elementos, então Winkler decidiu abandonar esse nome. O cientista foi solicitado a nomear o elemento angularium, que significa “polêmico, angular”, mas Winkler não concordou com esse nome, embora o elemento nº 32 realmente tenha causado muita polêmica. O cientista era alemão de nacionalidade, por isso decidiu nomear o elemento germânio, em homenagem ao seu país natal, Alemanha.

Como se descobriu mais tarde, o germânio nada mais era do que o “exassilício” previamente descoberto. Até a segunda metade do século XX, a utilidade prática do germânio era bastante estreita e limitada. A produção industrial de metal começou apenas com o início da produção industrial de eletrônicos semicondutores.

O germânio é um material semicondutor amplamente utilizado em eletrônica e tecnologia, bem como na produção de microcircuitos e transistores. Os sistemas de radar utilizam películas finas de germânio, que são depositadas no vidro e utilizadas como resistores. Ligas com germânio e metais são utilizadas em detectores e sensores.

O elemento não possui a mesma resistência que o tungstênio ou o titânio, não serve como fonte inesgotável de energia como o plutônio ou o urânio, a condutividade elétrica do material também está longe de ser a mais alta e na tecnologia industrial o principal metal é o ferro. Apesar disso, o germânio é um dos componentes mais importantes do progresso técnico da nossa sociedade, porque ainda antes do silício começar a ser usado como material semicondutor.

A este respeito, seria apropriado perguntar: O que são semicondutividade e semicondutores? Mesmo os especialistas não conseguem responder a esta pergunta com precisão, porque... podemos falar sobre a propriedade especificamente considerada dos semicondutores. Também existe uma definição exata, mas apenas do âmbito do folclore: um semicondutor é um condutor para dois carros.

Uma barra de germânio custa quase o mesmo que uma barra de ouro. O metal é muito frágil, quase como o vidro, portanto, se você deixar cair esse lingote, há uma grande probabilidade de que o metal simplesmente quebre.

Metal germânio, propriedades

Propriedades biológicas

O germânio foi mais amplamente utilizado para fins médicos no Japão. Os resultados dos testes de compostos organogermânios em animais e humanos mostraram que eles podem ter um efeito benéfico no corpo. Em 1967, o Dr. japonês K. Asai descobriu que o germânio orgânico tem amplos efeitos biológicos.

Dentre todas as suas propriedades biológicas, cabe destacar:

• - garantir a transferência de oxigênio para os tecidos do corpo;
• - aumentando o estado imunológico do corpo;
• - manifestação de atividade antitumoral.

Posteriormente, cientistas japoneses criaram o primeiro produto médico do mundo contendo germânio - “Germânio - 132”.

Na Rússia, o primeiro medicamento doméstico contendo germânio orgânico apareceu apenas em 2000.

Os processos de evolução bioquímica da superfície da crosta terrestre não afetaram da melhor maneira possível contém germânio. A maior parte do elemento foi levada da terra para os oceanos, de modo que seu conteúdo no solo permanece bastante baixo.

Entre as plantas que têm a capacidade de absorver o germânio do solo, o líder é o ginseng (germânio até 0,2%). O germânio também é encontrado no alho, na cânfora e na babosa, tradicionalmente utilizados no tratamento de diversas doenças humanas. Na vegetação, o germânio é encontrado na forma de semióxido de carboxietil. Agora é possível sintetizar sesquioxanos com fragmento de pirimidina - compostos orgânicos de germânio. Este composto tem estrutura semelhante à natural, como a raiz do ginseng.

O germânio pode ser classificado como um oligoelemento raro. Está presente em um grande número de produtos diferentes, mas em doses diminutas. A ingestão diária de germânio orgânico é fixada em 8-10 mg. Uma avaliação de 125 produtos alimentícios mostrou que cerca de 1,5 mg de germânio entra no corpo diariamente com os alimentos. O conteúdo de microelementos em 1 g de alimento cru é de cerca de 0,1 – 1,0 mcg. O germânio é encontrado no leite, suco de tomate, salmão e feijão. Mas para satisfazer a necessidade diária de germânio, você deve beber 10 litros de suco de tomate diariamente ou comer cerca de 5 quilos de salmão. Do ponto de vista do custo desses produtos, das propriedades fisiológicas humanas e do bom senso, também é impossível consumir tais quantidades de produtos contendo germânio. Na Rússia, cerca de 80-90% da população tem deficiência de germânio, razão pela qual foram desenvolvidas preparações especiais.

Estudos práticos demonstraram que o germânio no corpo é mais abundante nos intestinos, estômago, baço, medula óssea e sangue. O alto teor do microelemento no intestino e no estômago indica um efeito prolongado de absorção do medicamento no sangue. Há uma suposição de que o germânio orgânico se comporta no sangue aproximadamente da mesma maneira que a hemoglobina, ou seja, tem carga negativa e está envolvido na transferência de oxigênio para os tecidos. Assim, evita o desenvolvimento de hipóxia ao nível dos tecidos.

Como resultado de experimentos repetidos, foi comprovada a capacidade do germânio de ativar células T-killer e promover a indução de interferons gama, que suprimem o processo de reprodução de células que se dividem rapidamente. A principal direção de ação dos interferons é antitumoral e proteção antivírus, funções radioprotetoras e imunomoduladoras do sistema linfático.

O germânio na forma de sesquióxido tem a capacidade de atuar sobre os íons de hidrogênio H+, amenizando seu efeito destrutivo nas células do corpo. A garantia do excelente funcionamento de todos os sistemas do corpo humano é o fornecimento ininterrupto de oxigênio ao sangue e a todos os tecidos. O germânio orgânico não só fornece oxigênio a todos os pontos do corpo, mas também promove sua interação com os íons de hidrogênio.

• - O germânio é um metal, mas sua fragilidade pode ser comparada à do vidro.
• - Alguns livros de referência afirmam que o germânio tem uma cor prateada. Mas isso não pode ser dito, porque a cor do germânio depende diretamente do método de processamento da superfície metálica. Às vezes pode parecer quase preto, outras vezes tem uma cor de aço e às vezes pode ser prateado.
• - O germânio foi descoberto na superfície do Sol, bem como em meteoritos que caíram do espaço.
• - O primeiro composto organoelementar de germânio foi obtido pelo descobridor do elemento Clemens Winkler a partir do tetracloreto de germânio em 1887, era o tetraetilgermânio. De todos os compostos organoelementares de germânio obtidos no estágio atual, nenhum é venenoso. Ao mesmo tempo, a maioria dos microelementos organoestanho e chumbo, que são análogos do germânio em suas propriedades físicas, são tóxicos.
• - Dmitry Ivanovich Mendeleev previu três elementos químicos antes mesmo de sua descoberta, incluindo o germânio, chamando o elemento de ecassilício devido à sua semelhança com o silício. A previsão do famoso cientista russo foi tão precisa que simplesmente surpreendeu os cientistas, incl. e Winkler, que descobriu o germânio. O peso atômico segundo Mendeleev era 72, na realidade era 72,6; a gravidade específica segundo Mendeleev era de 5,5 na realidade - 5,469; o volume atômico de acordo com Mendeleev era 13 na realidade - 13,57; o óxido mais alto segundo Mendeleev é EsO2, na realidade - GeO2, sua gravidade específica segundo Mendeleev era 4,7, na realidade - 4,703; composto de cloreto de acordo com Mendeleev EsCl4 - líquido, ponto de ebulição aproximadamente 90°C, na realidade - composto de cloreto GeCl4 - líquido, ponto de ebulição 83°C, composto com hidrogênio de acordo com Mendeleev EsH4 é gasoso, composto com hidrogênio na realidade - GeH4 gasoso; Composto organometálico de acordo com Mendeleev Es(C2H5)4, ponto de ebulição 160 °C, composto organometálico real Ge(C2H5)4 ponto de ebulição 163,5 °C. Como pode ser visto nas informações discutidas acima, a previsão de Mendeleev foi surpreendentemente precisa.
• - Em 26 de fevereiro de 1886, Clemens Winkler começou uma carta a Mendeleev com as palavras “Prezado Senhor”. De uma maneira bastante educada, ele contou ao cientista russo sobre a descoberta de um novo elemento chamado germânio, que em suas propriedades nada mais era do que o “ecassilício” previamente previsto por Mendeleev. A resposta de Dmitry Ivanovich Mendeleev não foi menos educada. O cientista concordou com a descoberta do colega, chamando o germânio de “a coroa de seu sistema periódico” e Winkler de “pai” do elemento, digno de usar essa “coroa”.
• - O germânio, como semicondutor clássico, tornou-se a chave para resolver o problema da criação de materiais supercondutores que operam à temperatura do hidrogênio líquido, mas não do hélio líquido. Como você sabe, o hidrogênio passa do estado gasoso para o estado líquido quando atinge uma temperatura de –252,6°C, ou 20,5°K. Na década de 70, foi desenvolvido um filme de germânio e nióbio, cuja espessura era de apenas alguns milhares de átomos. Este filme é capaz de manter a supercondutividade mesmo quando as temperaturas atingem 23,2°K e menos.
• - Ao cultivar um único cristal de germânio, um cristal de germânio – “semente” – é colocado na superfície do germânio fundido, que é aumentado gradualmente usando um dispositivo automático, enquanto a temperatura de fusão é ligeiramente superior ao ponto de fusão do germânio (937 ° C). A “semente” gira de modo que o único cristal, como se costuma dizer, “cresça com carne” uniformemente por todos os lados. Deve-se notar que durante esse crescimento acontece o mesmo que durante a fusão da zona, ou seja, Quase apenas o germânio passa para a fase sólida e todas as impurezas permanecem no fundido.

História

A existência de um elemento como o germânio foi prevista em 1871 por Dmitry Ivanovich Mendeleev devido às suas semelhanças com o silício, o elemento foi denominado eca-silício; Em 1886, um professor da Academia de Mineração de Freiberg descobriu a argirodita, um novo mineral de prata. Em seguida, esse mineral foi examinado com bastante cuidado pelo professor de química técnica Clemens Winkler, conduzindo uma análise completa do mineral. Winkler, de 48 anos, foi legitimamente considerado o melhor analista da Academia de Mineração de Freiberg, razão pela qual teve a oportunidade de estudar a argirodita.

Em pouco tempo, o professor conseguiu fornecer um relatório sobre a porcentagem de vários elementos no mineral original: a prata em sua composição era de 74,72%; enxofre - 17,13%; óxido ferroso – 0,66%; mercúrio – 0,31%; óxido de zinco - 0,22%. Mas quase sete por cento - essa era a parcela de algum elemento desconhecido, que, ao que parece, ainda não havia sido descoberto naquela época distante. Em conexão com isso, Winkler decidiu isolar um componente não identificado do argyrodpt, estudar suas propriedades e, no processo de pesquisa, percebeu que havia realmente encontrado um elemento completamente novo - era o escaplicium, previsto por D.I. Mendeleiev.

No entanto, seria errado pensar que o trabalho de Winkler correu bem. Dmitry Ivanovich Mendeleev, além do oitavo capítulo de seu livro “Fundamentos da Química”, escreve: “No início (fevereiro de 1886), a falta de material, bem como a falta de espectro na chama e a solubilidade do germânio compostos, prejudicou seriamente a pesquisa de Winkler...” Vale a pena prestar atenção às palavras “falta de espectro”. Mas como assim? Em 1886, já existia um método de análise espectral amplamente utilizado. Usando este método, foram descobertos elementos como tálio, rubídio, índio, césio na Terra e hélio no Sol. Os cientistas já sabiam com certeza que cada elemento químico, sem exceção, possui um espectro individual, mas de repente não existe espectro!

Uma explicação para esse fenômeno apareceu um pouco mais tarde. O germânio possui linhas espectrais características. Seu comprimento de onda é 2651,18; 3039.06 Ǻ e mais alguns. No entanto, todos eles estão dentro da parte ultravioleta invisível do espectro; pode-se considerar uma sorte que Winkler seja um adepto dos métodos tradicionais de análise, porque foram esses métodos que o levaram ao sucesso.

O método de Winkler para obter germânio do mineral é bastante próximo de um dos métodos industriais modernos para isolar o elemento 32. Primeiro, o germânio contido na argarodnita foi convertido em dióxido. Em seguida, o pó branco resultante foi aquecido a uma temperatura de 600-700°C numa atmosfera de hidrogénio. Neste caso, a reação revelou-se óbvia: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Foi por este método que o elemento relativamente puro nº 32, o germânio, foi obtido pela primeira vez. A princípio, Winkler pretendia nomear vanádio neptúnio, em homenagem ao planeta de mesmo nome, porque Netuno, assim como o germânio, foi primeiro previsto e só depois encontrado. Mas então descobriu-se que esse nome já havia sido usado uma vez; um elemento químico que foi falsamente descoberto chamava-se neptúnio. Winkler optou por não comprometer seu nome e descoberta e recusou o neptúnio. Um cientista francês Rayon propôs, entretanto, depois admitiu que sua proposta era uma piada e sugeriu chamar o elemento de angularium, ou seja, “polêmico, angular”, mas Winkler também não gostou desse nome. Como resultado, o cientista escolheu de forma independente um nome para seu elemento, e o chamou de germânio, em homenagem ao seu país natal, a Alemanha, com o tempo esse nome se estabeleceu.

Até o 2º tempo. Século XX O uso prático do germânio permaneceu bastante limitado. A produção industrial de metais surgiu apenas em conexão com o desenvolvimento de semicondutores e eletrônicos de semicondutores.

Estar na natureza

O germânio pode ser classificado como um oligoelemento. Na natureza, o elemento não ocorre de forma livre. O conteúdo total de metal na crosta terrestre do nosso planeta em massa é 7 × 10 −4%%. Isso é mais do que o conteúdo de elementos químicos como prata, antimônio ou bismuto. Mas os minerais do germânio são bastante escassos e raramente encontrados na natureza. Quase todos esses minerais são sulfossais, por exemplo, germanita Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldita Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argirodita Ag8GeS6 e outros.

A maior parte do germânio espalhado na crosta terrestre está contida em um grande número de rochas, assim como em muitos minerais: minérios de sulfito de metais não ferrosos, minérios de ferro, alguns minerais óxidos (cromita, magnetita, rutilo e outros), granitos, diabásios e basaltos. Em algumas esfaleritas, o teor do elemento pode atingir vários quilogramas por tonelada, por exemplo, na frankeíta e na sulvanita 1 kg/t, na enargita o teor de germânio é de 5 kg/t, na pirargirita - até 10 kg/t, e em outros silicatos e sulfetos - dezenas e centenas de g/t. Uma pequena proporção de germânio está presente em quase todos os silicatos, bem como em alguns depósitos de petróleo e carvão.

O principal mineral do elemento é o sulfito de germânio (fórmula GeS2). O mineral é encontrado como impureza em sulfitos de zinco e outros metais. Os minerais de germânio mais importantes são: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, estotite FeGe(OH) 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 e argirodita Ag 8 GeS 6 .

A Alemanha está presente nos territórios de todos os estados, sem exceção. Mas nenhum dos países industrializados do mundo possui depósitos industriais deste metal. O germânio é muito, muito difuso. Na Terra, os minerais deste metal são considerados muito raros se contiverem mais de pelo menos 1% de germânio. Tais minerais incluem germanita, argirodita, ultrabasita, etc., incluindo minerais descobertos nas últimas décadas: schtotita, renerita, plumbogermanita e confildita. Os depósitos de todos esses minerais não são capazes de cobrir as necessidades da indústria moderna por este elemento químico raro e importante.

A maior parte do germânio está dispersa em minerais de outros elementos químicos e também é encontrada em águas naturais, carvões, organismos vivos e solo. Por exemplo, o teor de germânio em carvãoàs vezes chega a mais de 0,1%. Mas tal número é bastante raro, geralmente a proporção de germânio é menor; Mas quase não há germânio no antracito.

Recibo

No processamento do sulfeto de germânio, obtém-se o óxido GeO 2, que é reduzido com a ajuda do hidrogênio para obter o germânio livre.

Na produção industrial, o germânio é extraído principalmente como subproduto do processamento de minérios de metais não ferrosos (blenda de zinco, concentrados polimetálicos de zinco-cobre-chumbo contendo 0,001-0,1% de germânio), cinzas da combustão de carvão e alguns produtos químicos de coque. produtos.

Inicialmente, o concentrado de germânio (de 2% a 10% de germânio) é isolado das fontes discutidas acima de diversas formas, cuja escolha depende da composição da matéria-prima. Durante o processamento de carvões de boxe, o germânio precipita parcialmente (de 5% a 10%) em água de alcatrão e resina, de onde é extraído em combinação com tanino, após o que é seco e queimado a uma temperatura de 400-500°C. . O resultado é um concentrado que contém cerca de 30-40% de germânio, do qual o germânio é isolado na forma de GeCl 4. O processo de extração de germânio desse concentrado, via de regra, inclui as mesmas etapas:

1) O concentrado é clorado usando ácido clorídrico, uma mistura de ácido e cloro em meio aquoso ou outros agentes de cloração, que podem resultar em GeCl 4 técnico. Para purificar o GeCl 4, utiliza-se a retificação e extração de impurezas com ácido clorídrico concentrado.

2) É realizada a hidrólise do GeCl 4, os produtos da hidrólise são calcinados para obter o óxido de GeO 2.

3) GeO é reduzido por hidrogênio ou amônia a metal puro.

Na obtenção do germânio mais puro, utilizado em equipamentos técnicos de semicondutores, é realizada a fusão zonal do metal. O germânio monocristalino necessário para a produção de semicondutores é geralmente obtido por fusão por zona ou pelo método Czochralski.

Métodos para isolar germânio de águas alcatrão de coquerias foram desenvolvidos pelo cientista soviético V.A. Nazarenko. Esta matéria-prima não contém mais que 0,0003% de germânio, porém, usando extrato de carvalho, é fácil precipitar o germânio na forma de um complexo de taneto.

O principal componente do tanino é um éster de glicose, que contém um radical ácido metadigálico, que se liga ao germânio, mesmo que a concentração do elemento na solução seja muito baixa. A partir do sedimento você pode obter facilmente um concentrado contendo até 45% de dióxido de germânio.

As transformações subsequentes dependerão pouco do tipo de matéria-prima. O germânio é reduzido pelo hidrogênio (como aconteceu com Winkler no século 19), entretanto, o óxido de germânio deve primeiro ser isolado de numerosas impurezas. A combinação bem-sucedida das qualidades de um composto de germânio revelou-se muito útil para resolver este problema.

Tetracloreto de germânio GeCl4. é um líquido volátil que ferve a apenas 83,1°C. Portanto, é bastante conveniente purificá-lo por destilação e retificação (em colunas de quartzo com gaxeta).

GeCl4 é quase insolúvel em ácido clorídrico. Isso significa que para limpá-lo pode-se utilizar a dissolução de impurezas com HCl.

O tetracloreto de germânio purificado é tratado com água e purificado com resinas de troca iônica. Um sinal da pureza necessária é um aumento na resistividade da água para 15-20 milhões de Ohm cm.

A hidrólise do GeCl4 ocorre sob a influência da água:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Você pode notar que temos diante de nós a equação “escrita ao contrário” para a reação de produção de tetracloreto de germânio.

Depois vem a redução do GeO2 usando hidrogênio purificado:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

O resultado é germânio em pó, que é fundido e depois purificado por fusão por zona. Este método de purificação foi desenvolvido em 1952 especificamente para a purificação de germânio.

As impurezas necessárias para conferir ao germânio um ou outro tipo de condutividade são introduzidas nas fases finais da produção, nomeadamente durante a fusão por zona, bem como durante o crescimento de um único cristal.

Aplicativo

O germânio é um material semicondutor utilizado em eletrônica e tecnologia na produção de microcircuitos e transistores. As películas mais finas de germânio são depositadas em vidro e utilizadas como resistência em instalações de radar. Ligas de germânio com diversos metais são utilizadas na produção de detectores e sensores. O dióxido de germânio é amplamente utilizado na produção de vidros que transmitem radiação infravermelha.

O telureto de germânio há muito serve como um material termoelétrico estável e também como um componente de ligas termoelétricas (fem termoelétrica com 50 μV/K). O germânio de ultra-alta pureza desempenha um papel excepcionalmente estratégico na fabricação de prismas e lentes para). óptica infravermelha. O maior consumidor de germânio é a óptica infravermelha, que é usada em tecnologia de informática, sistemas de observação e orientação de mísseis, dispositivos de visão noturna, mapeamento e estudo da superfície terrestre a partir de satélites. O germânio também é amplamente utilizado em sistemas de fibra óptica (adição de tetrafluoreto de germânio às fibras de vidro), bem como em diodos semicondutores.

O germânio, como semicondutor clássico, tornou-se a chave para resolver o problema da criação de materiais supercondutores que operam à temperatura do hidrogênio líquido, mas não do hélio líquido. Como você sabe, o hidrogênio passa do estado gasoso para o estado líquido quando atinge uma temperatura de -252,6°C, ou 20,5°K. Na década de 70, foi desenvolvido um filme de germânio e nióbio, cuja espessura era de apenas alguns milhares de átomos. Este filme é capaz de manter a supercondutividade mesmo quando as temperaturas atingem 23,2°K e menos.

Ao fundir o índio na placa HES, criando assim uma área com a chamada condutividade do furo, obtém-se um dispositivo retificador, ou seja, diodo. Um diodo tem a propriedade de passar corrente elétrica em uma direção: a região eletrônica da região com condutividade de furo. Após a fusão do índio em ambos os lados da placa hidrelétrica, esta placa se transforma na base de um transistor. Pela primeira vez no mundo, um transistor feito de germânio foi criado em 1948, e apenas vinte anos depois, centenas de milhões de dispositivos semelhantes foram produzidos.

Diodos e triodos à base de germânio tornaram-se amplamente utilizados em televisores e rádios, em uma ampla variedade de equipamentos de medição e computadores.

O germânio também é usado em outras áreas particularmente importantes da tecnologia moderna: na medição de baixas temperaturas, na detecção de radiação infravermelha, etc.

Para utilizar a vassoura em todas essas aplicações, é necessário germânio de altíssima pureza química e física. A pureza química é aquela em que a quantidade de impurezas prejudiciais não deve ser superior a um décimo milionésimo de por cento (10–7%). Pureza física significa um mínimo de deslocamentos, um mínimo de perturbações na estrutura cristalina de uma substância. Para conseguir isso, o germânio monocristalino é especialmente cultivado. Neste caso, todo o lingote metálico é apenas um cristal.

Para isso, um cristal de germânio, uma “semente”, é colocado sobre a superfície do germânio fundido, que é aumentado gradualmente por meio de um dispositivo automático, enquanto a temperatura de fusão é ligeiramente superior ao ponto de fusão do germânio (937 °C). A “semente” gira de modo que o único cristal, como se costuma dizer, “cresça com carne” uniformemente por todos os lados. Deve-se notar que durante esse crescimento acontece o mesmo que durante a fusão da zona, ou seja, Quase apenas o germânio passa para a fase sólida e todas as impurezas permanecem no fundido.

Propriedades físicas

Provavelmente, poucos dos leitores deste artigo tiveram que ver visualmente o vanádio. O elemento em si é bastante escasso e caro; não são feitos bens de consumo, e seu enchimento de germânio, que pode ser encontrado em eletrodomésticos, é tão pequeno que não é possível ver o metal.

Alguns livros de referência afirmam que o germânio tem uma cor prateada. Mas isso não pode ser dito, porque a cor do germânio depende diretamente do método de processamento da superfície metálica. Às vezes pode parecer quase preto, outras vezes tem uma cor de aço e às vezes pode ser prateado.

O germânio é um metal tão raro que o custo do seu ouro pode ser comparado ao custo do ouro. O germânio é caracterizado por maior fragilidade, que só pode ser comparada ao vidro. Externamente, o germânio é bastante próximo do silício. Esses dois elementos competem pelo título de semicondutores e análogos mais importantes. Embora algumas das propriedades técnicas dos elementos sejam bastante semelhantes, incluindo a aparência externa dos materiais, é muito fácil distinguir o germânio do silício, que é duas vezes mais pesado; A densidade do silício é 2,33 g/cm3 e a densidade do germânio é 5,33 g/cm3.

Mas não podemos falar inequivocamente sobre a densidade do germânio, porque o valor 5,33 g/cm3 refere-se ao germânio-1. É uma das modificações mais importantes e comuns das cinco modificações alotrópicas do elemento 32. Quatro deles são cristalinos e um é amorfo. O Germânio-1 é a modificação mais leve das quatro cristalinas. Seus cristais são construídos exatamente da mesma forma que os cristais de diamante, a = 0,533 nm. No entanto, se para o carbono esta estrutura é tão densa quanto possível, então para o germânio também existem modificações mais densas. O aquecimento moderado e a alta pressão (cerca de 30 mil atmosferas a 100 °C) convertem o germânio-1 em germânio-2, cuja estrutura cristalina é exatamente a mesma do estanho branco. Um método semelhante é usado para obter germânio-3 e germânio-4, que são ainda mais densos. Todas essas modificações “não muito comuns” são superiores ao germânio-1 não apenas em densidade, mas também em condutividade elétrica.

A densidade do germânio líquido é 5,557 g/cm3 (a 1000°C), o ponto de fusão do metal é 937,5°C; o ponto de ebulição é de cerca de 2700°C; o valor do coeficiente de condutividade térmica é de aproximadamente 60 W/(m (K), ou 0,14 cal/(cm (seg (graus)) a uma temperatura de 25 ° C. Em temperaturas normais, mesmo o germânio puro é frágil, mas quando atinge 550 ° C começa a ceder em deformação plástica. Na escala mineralógica, a dureza do germânio é de 6 a 6,5 ​​o valor do coeficiente de compressibilidade (na faixa de pressão de 0 a 120 GN/m2, ou de 0; a 12.000 kgf/mm2) é 1,4 10-7 m 2 /mn (ou 1,4·10-6 cm 2 /kgf).

O germânio é um semicondutor típico com um tamanho de bandgap de 1,104·10 -19, ou 0,69 eV (a uma temperatura de 25 °C); o germânio de alta pureza tem uma resistividade elétrica específica de 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 °C); a mobilidade do elétron é 3900 e a mobilidade do buraco é 1900 cm 2 /v. seg (a 25 °C e no conteúdo de 8% de impurezas). Para raios infravermelhos, cujo comprimento de onda é superior a 2 mícrons, o metal é transparente.

O germânio é bastante frágil; não pode ser trabalhado por pressão quente ou fria a temperaturas abaixo de 550 °C, mas se a temperatura subir, o metal é dúctil. A dureza do metal na escala mineralógica é de 6,0-6,5 (o germânio é serrado em placas usando um disco de metal ou diamante e um abrasivo).

Propriedades químicas

O germânio, quando encontrado em compostos químicos, geralmente apresenta segunda e quarta valências, mas os compostos de germânio tetravalente são mais estáveis. O germânio à temperatura ambiente é resistente à água, ao ar, bem como a soluções alcalinas e concentrados diluídos de ácido sulfúrico ou clorídrico, mas o elemento se dissolve facilmente em água régia ou em uma solução alcalina de peróxido de hidrogênio. O elemento é oxidado lentamente pela ação do ácido nítrico. Quando a temperatura atinge 500-700 °C no ar, o germânio começa a oxidar nos óxidos GeO 2 e GeO. (IV) o óxido de germânio é um pó branco com ponto de fusão de 1116°C e solubilidade em água de 4,3 g/l (a 20°C). Pelas suas propriedades químicas, a substância é anfotérica, solúvel em álcalis e com dificuldade em ácidos minerais. É obtido pela penetração do precipitado de hidratação GeO 3 nH 2 O, que é liberado durante a hidrólise. Derivados do ácido germânico, por exemplo, germanatos metálicos (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, etc.) são sólidos com altos pontos de fusão. , pode ser obtido pela fusão de GeO 2 e outros óxidos.

Como resultado da interação de germânio e halogênios, os tetrahaletos correspondentes podem ser formados. A reação pode prosseguir mais facilmente com cloro e flúor (mesmo à temperatura ambiente), depois com iodo (temperatura 700-800 °C, presença de CO) e bromo (em fogo baixo). Um dos compostos mais importantes do germânio é o tetracloreto (fórmula GeCl 4). É um líquido incolor com ponto de fusão de 49,5 °C, ponto de ebulição de 83,1 °C e densidade de 1,84 g/cm3 (a 20 °C). A substância é fortemente hidrolisada pela água, liberando um precipitado de óxido hidratado (IV). O tetracloreto é obtido pela cloração do metal germânio ou pela reação do óxido de GeO 2 e ácido clorídrico concentrado. Dihaletos de germânio com fórmula geral GeX 2, hexaclorodigermano Ge 2 Cl 6, monocloreto de GeCl, bem como oxicloretos de germânio (por exemplo, CeOCl 2).

Quando 900-1000 °C são atingidos, o enxofre interage vigorosamente com o germânio, formando dissulfeto de GeS 2. É um sólido branco com ponto de fusão de 825 °C. A formação de monossulfeto de GeS e compostos semelhantes de germânio com telúrio e selênio, que são semicondutores, também é possível. A uma temperatura de 1000-1100 °C, o hidrogênio reage ligeiramente com o germânio, formando o germe (GeH) X, que é um composto instável e altamente volátil. Germanetos de hidrogênio da série Ge n H 2n + 2 a Ge 9 H 20 podem ser formados pela reação de germanetos com HCl diluído. Germileno com a composição GeH 2 também é conhecido. O germânio não reage diretamente com o nitrogênio, mas existe um nitreto Ge 3 N 4, que é obtido quando o germânio é exposto à amônia (700-800 ° C). O germânio não reage com o carbono. Com muitos metais, o germânio forma vários compostos - germanetos.

Existem muitos compostos complexos de germânio conhecidos, que estão se tornando cada vez mais importantes na química analítica do elemento germânio, bem como nos processos de obtenção elemento químico. O germânio é capaz de formar compostos complexos com moléculas orgânicas contendo hidroxila (álcoois polihídricos, ácidos polibásicos, etc.). Existem também heteropoliácidos de germânio. Como outros elementos do grupo IV, o germânio normalmente forma compostos organometálicos. Um exemplo é tetraetilgermano (C 2 H 5) 4 Ge 3.