ในปี พ.ศ. 2413 D.I. ตามกฎธาตุ Mendeleev ทำนายองค์ประกอบของกลุ่ม IV ที่ยังไม่ถูกค้นพบ โดยเรียกว่า eca-silicon และอธิบายคุณสมบัติหลักของมัน ในปี พ.ศ. 2429 Clemens Winkler นักเคมีชาวเยอรมันได้ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีนี้ในระหว่างการวิเคราะห์ทางเคมีของแร่อาร์ไจโรไดต์ ในขั้นต้น Winkler ต้องการเรียกองค์ประกอบใหม่ว่า "เนปทูเนียม" แต่องค์ประกอบที่เสนอนี้ได้ถูกตั้งชื่อนี้แล้ว ดังนั้นองค์ประกอบนี้จึงได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของนักวิทยาศาสตร์ - เยอรมนี

อยู่ในธรรมชาติได้รับ:

เจอร์เมเนียมพบได้ในแร่ซัลไฟด์ แร่เหล็ก และพบได้ในซิลิเกตเกือบทั้งหมด แร่ธาตุหลักที่มีเจอร์เมเนียม ได้แก่ อาร์ไจโรไดต์ Ag 8 GeS 6 , คอนฟิลด์ไทต์ Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , สตอทไทต์ FeGe(OH) 6 , เจอร์เมเนียม Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , renierite Cu 3 (เฟ,จีอี,สังกะสี)(ส,แอส) 4 .
จากการดำเนินการที่ซับซ้อนและใช้แรงงานเข้มข้นเพื่อเพิ่มความเข้มข้นและความเข้มข้นของแร่ เจอร์เมเนียมจึงถูกแยกได้ในรูปของ GeO 2 ออกไซด์ ซึ่งถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 600°C ให้เป็นสารอย่างง่าย
GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O
เจอร์เมเนียมถูกทำให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธีการหลอมแบบโซน ซึ่งทำให้เจอร์เมเนียมเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีความบริสุทธิ์ทางเคมีมากที่สุด

คุณสมบัติทางกายภาพ:

ของแข็งสีเทา-ขาวที่มีความมันวาวของโลหะ (mp 938°C, bp 2830°C)

คุณสมบัติทางเคมี:

ภายใต้สภาวะปกติ เจอร์เมเนียมสามารถทนต่ออากาศและน้ำ ด่างและกรด และละลายในน้ำและในสารละลายอัลคาไลน์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สถานะออกซิเดชันของเจอร์เมเนียมในสารประกอบ: 2, 4

การเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด:

เจอร์เมเนียม (II) ออกไซด์,GeO เทา-ดำ ละลายได้เล็กน้อย b-in เมื่อถูกความร้อนจะไม่สมส่วน: 2GeO = Ge + GeO 2
เจอร์เมเนียม (II) ไฮดรอกไซด์ Ge(OH) 2, แดง-ส้ม คริสต์.,
เจอร์เมเนียม (II) ไอโอไดด์,GeI2,สีเหลือง. cr.โซล. ในน้ำไฮโดรล ลาก่อน.
เจอร์เมเนียม (II) ไฮไดรด์,GeH2,ทีวี. สีขาว รูขุมขนออกซิไดซ์ได้ง่าย และสลายตัว

เจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์,จีโอ2,สีขาว ผลึก, แอมโฟเทอริก, ที่ได้จากไฮโดรไลซิสของเจอร์เมเนียมคลอไรด์, ซัลไฟด์, ไฮไดรด์ หรือปฏิกิริยาของเจอร์เมเนียมกับกรดไนตริก
เจอร์เมเนียม (IV) ไฮดรอกไซด์ (กรดเจอร์มานิก), H 2 GeO 3 , อ่อนแอ ไม่แน่นอน แกนสองแกน ตัวอย่างเช่น เกลือเจอร์เมเนต เป็นต้น โซเดียมเจอร์เมเนต,นา2จีโอ3,สีขาว คริสตัล, โซล. ในน้ำ; ดูดความชื้น นอกจากนี้ยังมี Na 2 hexahydroxogermanates (ortho-germanates) และ polygermanates
เจอร์เมเนียม (IV) ซัลเฟต, Ge(SO 4) 2 ไม่มีสี ผลึกที่ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำเป็น GeO 2 ซึ่งได้จากการให้ความร้อนเจอร์เมเนียม (IV) คลอไรด์ด้วยซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ที่ 160°C: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
เจอร์เมเนียม (IV) เฮไลด์, ฟลูออไรด์ GeF 4 - ดีที่สุด ก๊าซน้ำมันดิบ hydrol. ทำปฏิกิริยากับ HF ก่อตัว H 2 - กรดไฮโดรฟลูออริก: GeF 4 + 2HF = H 2
คลอไรด์ GeCl 4 ไม่มีสี ของเหลว, ไฮดรา, โบรไมด์ GeBr 4, สีเทา cr. หรือไม่มีสี ของเหลวโซล ในองค์กร เชื่อมต่อ,
ไอโอไดด์ GeI 4 สีเหลืองส้ม cr.ช้า. ไฮดรา. โซล. ในองค์กร คอน
เจอร์เมเนียม (IV) ซัลไฟด์,GeS2,สีขาว cr.ละลายได้ไม่ดี. ในน้ำไฮโดรล. ทำปฏิกิริยากับด่าง:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O ก่อตัวเป็นเจอร์เมเนตและไทโอเจอร์มาเนต
เจอร์เมเนียม (IV) ไฮไดรด์ "เจอร์มานี", GeH 4 , ไม่มีสี ก๊าซ, อนุพันธ์อินทรีย์ tetramethylgermane Ge(CH 3) 4, tetraethylgermane Ge(C 2 H 5) 4 - ไม่มีสี ของเหลว

แอปพลิเคชัน:

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญที่สุด ขอบเขตการใช้งานหลัก: ออพติก วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ ฟิสิกส์นิวเคลียร์

สารประกอบเจอร์เมเนียมมีพิษเล็กน้อย เจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบขนาดเล็กที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในร่างกายมนุษย์ ระบบภูมิคุ้มกันร่างกาย ต่อสู้กับมะเร็ง ลดอาการปวด มีการตั้งข้อสังเกตอีกว่าเจอร์เมเนียมส่งเสริมการถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อของร่างกายและเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นตัวป้องกันอนุมูลอิสระในร่างกาย
ความต้องการรายวันของร่างกายมนุษย์คือ 0.4–1.5 มก.
แชมป์ในด้านเนื้อหาเจอร์เมเนียมในหมู่ ผลิตภัณฑ์อาหารคือกระเทียม (เจอร์เมเนียม 750 ไมโครกรัม ต่อกลีบกระเทียมน้ำหนักแห้ง 1 กรัม)

เนื้อหานี้จัดทำโดยนักศึกษาสถาบันฟิสิกส์และเคมีของ Tyumen State University
เดมเชนโก้ ยู.วี., บอร์โนโวโลโควา เอ.เอ.
แหล่งที่มา:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (วันที่เข้าถึง: 06/13/2014)
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (วันที่เข้าถึง: 13/06/2014)

เจอร์เมเนียม

เจอร์เมเนียม-ฉัน; ม.องค์ประกอบทางเคมี (Ge) ของแข็งสีขาวอมเทาที่มีความแวววาวของโลหะ (เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลัก) แผ่นเจอร์เมเนียม

◁ เจอร์เมเนียมโอ้โอ้ วัตถุดิบ G-th G. ลิ่ม

(ละตินเจอร์เมเนียม) องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่มที่ 4 ของตารางธาตุ ชื่อนี้มาจากภาษาละติน Germania - Germany เพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของ K. A. Winkler คริสตัลสีเทาเงิน ความหนาแน่น 5.33 กรัม/ซม.3, ทีกรุณา938.3°C. แพร่กระจายในธรรมชาติ (แร่ธาตุในตัวเองหายาก); สกัดจากแร่โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก วัสดุเซมิคอนดักเตอร์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ) ส่วนประกอบของโลหะผสม วัสดุสำหรับเลนส์ในอุปกรณ์ IR เครื่องตรวจจับรังสีไอออไนซ์

เจอร์เมเนียม (lat. เจอร์เมเนียม), Ge (อ่านว่า “เฮอร์เทมป์มาเนียม”) องค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 32 น้ำหนักอะตอม 72.61 เจอร์เมเนียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป 5 ชนิดที่มีเลขมวล 70 (มีอยู่ในส่วนผสมตามธรรมชาติ 20.51% โดยน้ำหนัก), 72 (27.43%), 73 (7.76%), 74 (36.54%) และ 76 (7.76%) การกำหนดค่าอิเล็กตรอนชั้นนอก 4 ส 2 พี 2 - สถานะออกซิเดชัน +4, +2 (วาเลนซี IV, II) ตั้งอยู่ในหมู่ IVA ในช่วงที่ 4 ของตารางธาตุ
ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ
ถูกค้นพบโดย K. A. Winkler (ซม.วิงค์เลอร์ เคลเมนส์ อเล็กซานเดอร์)(และตั้งชื่อตามบ้านเกิดของเขา - เยอรมนี) ในปี พ.ศ. 2429 ในระหว่างการวิเคราะห์แร่อาร์ไจโรไดต์ Ag 8 GeS 6 หลังจากการมีอยู่ขององค์ประกอบนี้และคุณสมบัติบางอย่างถูกทำนายโดย D. I. Mendeleev (ซม.เมนเดลีฟ มิทรี อิวาโนวิช).
อยู่ในธรรมชาติ
ปริมาณในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.5·10 -4% โดยน้ำหนัก หมายถึงองค์ประกอบที่กระจัดกระจาย ไม่พบในธรรมชาติในรูปแบบอิสระ ประกอบด้วยสิ่งเจือปนในซิลิเกต เหล็กตะกอน โพลีเมทัลลิก แร่นิกเกิลและทังสเตน ถ่านหิน พีท น้ำมัน น้ำร้อน และสาหร่าย แร่ธาตุที่สำคัญที่สุด: germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, stottite FeGe(OH) 6, plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, อาร์ไจโรไดต์ Ag 8 GeS 6, เรเนียร์ไรต์ Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
การได้รับเจอร์เมเนียม
เพื่อให้ได้เจอร์เมเนียม จึงมีการใช้ผลพลอยได้จากการแปรรูปแร่โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เถ้าจากการเผาไหม้ถ่านหิน และผลิตภัณฑ์เคมีโค้กบางชนิด วัตถุดิบที่มี Ge ได้รับการเสริมสมรรถนะด้วยการลอยอยู่ในน้ำ จากนั้นสมาธิจะถูกแปลงเป็น GeO 2 ออกไซด์ ซึ่งถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจน (ซม.ไฮโดรเจน):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
เจอร์เมเนียมของความบริสุทธิ์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีปริมาณสิ่งเจือปน 10 -3 -10 -4% ได้จากการหลอมโซน (ซม.โซนละลาย), การตกผลึก (ซม.การตกผลึก)หรือเทอร์โมไลซิสของโมโนเจอร์เมน GeH 4 ที่ระเหยได้:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของสารประกอบด้วยกรด โลหะที่ใช้งานอยู่ด้วย Ge-germanides:
มก. 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
เจอร์เมเนียมเป็นสารสีเงินที่มีความมันวาวของโลหะ โครงตาข่ายคริสตัลของการดัดแปลงที่เสถียร (Ge I), ลูกบาศก์, ศูนย์กลางหน้า, ประเภทเพชร, ก= 0.533 นาโนเมตร (ได้รับการดัดแปลงอีกสามรายการที่แรงดันสูง) จุดหลอมเหลว 938.25 °C จุดเดือด 2850 °C ความหนาแน่น 5.33 กก./ลบ.ม. มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ช่องว่างของแถบคือ 0.66 eV (ที่ 300 K) เจอร์เมเนียมมีความโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 ไมครอน
โดย คุณสมบัติทางเคมี Ge มีลักษณะคล้ายซิลิคอน (ซม.ซิลิคอน)- ภายใต้สภาวะปกติ ทนทานต่อออกซิเจน (ซม.ออกซิเจน), ไอน้ำ , กรดเจือจาง เมื่อมีสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนที่รุนแรงหรือสารออกซิไดซ์ Ge จะทำปฏิกิริยากับกรดเมื่อถูกความร้อน:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO 3 เข้มข้น = ชม. 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge ทำปฏิกิริยากับน้ำกัดทอง (ซม.อควา รีเจีย):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O
Ge ทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลเมื่อมีสารออกซิไดซ์:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = นา 2
เมื่อได้รับความร้อนในอากาศถึง 700 °C Ge จะติดไฟ Ge ทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนได้อย่างง่ายดาย (ซม.ฮาโลเจน)และสีเทา (ซม.กำมะถัน):
Ge + 2I 2 = GeI 4
ด้วยไฮโดรเจน (ซม.ไฮโดรเจน), ไนโตรเจน (ซม.ไนโตรเจน), คาร์บอน (ซม.คาร์บอน)เจอร์เมเนียมไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงสารประกอบที่มีองค์ประกอบเหล่านี้ได้มาทางอ้อม ตัวอย่างเช่น ไนไตรด์ Ge 3 N 4 เกิดขึ้นจากการละลายเจอร์เมเนียมไดโอไดด์ GeI 2 ในแอมโมเนียเหลว:
GeI 2 + NH 3 ของเหลว -> n -> Ge 3 N 4
เจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์ GeO 2 เป็นสารผลึกสีขาวที่มีอยู่ในการดัดแปลงสองแบบ การปรับเปลี่ยนอย่างหนึ่งสามารถละลายได้บางส่วนในน้ำโดยมีการก่อตัวของกรดเจอร์มานิกเชิงซ้อน แสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริก
GeO 2 ทำปฏิกิริยากับด่างเป็นกรดออกไซด์:
GeO 2 + 2NaOH = นา 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 ทำปฏิกิริยากับกรด:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Ge tetrahalides เป็นสารประกอบไม่มีขั้วที่สามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่ายด้วยน้ำ
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Tetrahalides ได้มาจากปฏิกิริยาโดยตรง:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
หรือการสลายตัวด้วยความร้อน:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
เจอร์เมเนียมไฮไดรด์มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกับซิลิคอนไฮไดรด์ แต่ monogermane GeH 4 มีความเสถียรมากกว่า monosilane SiH 4 Germanes สร้างซีรีส์ที่คล้ายคลึงกัน Gen H 2n+2, Gen H 2n และอื่นๆ แต่ซีรีส์เหล่านี้สั้นกว่าซีรีส์ไซเลน
Monogerman GeH 4 เป็นก๊าซที่มีความเสถียรในอากาศและไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ในระหว่างการเก็บรักษาระยะยาวจะสลายตัวเป็น H 2 และ Ge Monogermane ได้มาจากการลดเจอร์เมเนียมไดออกไซด์ GeO 2 ด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2
GeO มอนนอกไซด์ที่ไม่เสถียรมากเกิดจากการให้ความร้อนปานกลางของส่วนผสมของเจอร์เมเนียมและ GeO 2 ไดออกไซด์:
Ge + GeO 2 = 2GeO
สารประกอบ Ge(II) มีสัดส่วนที่ไม่สมส่วนในการปลดปล่อย Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
เจอร์เมเนียมไดซัลไฟด์ GeS 2 เป็นสารอสัณฐานหรือผลึกสีขาวที่ได้จากการตกตะกอนของ H 2 S จากสารละลายที่เป็นกรดของ GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 ละลายในอัลคาไลและแอมโมเนียมหรือซัลไฟด์ของโลหะอัลคาไล:
GeS 2 + 6NaOH = นา 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge สามารถเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ได้ รู้จักกันในชื่อ (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH และอื่น ๆ
แอปพลิเคชัน
เจอร์เมเนียมเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในเทคโนโลยีและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุในการผลิตทรานซิสเตอร์และไมโครวงจร ฟิล์มบางของ Ge ที่สะสมบนกระจกถูกใช้เป็นตัวต้านทานในการติดตั้งเรดาร์ โลหะผสมของ Ge กับโลหะถูกใช้ในเซ็นเซอร์และเครื่องตรวจจับ เจอร์เมเนียมไดออกไซด์ใช้ในการผลิตแก้วที่ส่งรังสีอินฟราเรด

พจนานุกรมสารานุกรม. 2009 .

ดูว่า "เจอร์เมเนียม" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

องค์ประกอบทางเคมีที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2429 ในแร่อาร์ไจโรไดต์ที่หายากที่พบในแซกโซนี พจนานุกรม คำต่างประเทศรวมอยู่ในภาษารัสเซีย Chudinov A.N. , 1910. เจอร์เมเนียม (ตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของนักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบองค์ประกอบ) สารเคมี องค์ประกอบ... ... พจนานุกรมคำต่างประเทศในภาษารัสเซีย

- (เจอร์เมเนียม), Ge, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของตารางธาตุ, เลขอะตอม 32, มวลอะตอม 72.59; อโลหะ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เจอร์เมเนียมถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวเยอรมัน K. Winkler ในปี พ.ศ. 2429... สารานุกรมสมัยใหม่

เจอร์เมเนียม- องค์ประกอบ Ge ของกลุ่ม IV เป็นระยะ ระบบ; ที่. n. 32, เวลา. ม. 72.59; โทรทัศน์ รายการที่มีโลหะ ส่องแสง. Natural Ge เป็นส่วนผสมของไอโซโทปเสถียร 5 ชนิดที่มีเลขมวล 70, 72, 73, 74 และ 76 การมีอยู่และคุณสมบัติของ Ge ถูกทำนายไว้ในปี พ.ศ. 2414 โดย D.I.... ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค

เจอร์เมเนียม- (เจอร์เมเนียม), Ge, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ, เลขอะตอม 32, มวลอะตอม 72.59; อโลหะ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เจอร์เมเนียมถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวเยอรมัน เค. วิงค์เลอร์ ในปี พ.ศ. 2429 ... พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ

- (ละตินเจอร์เมเนียม) Ge องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ เลขอะตอม 32 มวลอะตอม 72.59 ตั้งชื่อตามภาษาลาตินเจอร์มาเนียของเยอรมนี เพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของ K. A. Winkler คริสตัลสีเทาเงิน ความหนาแน่น 5.33 g/cm³ จุดหลอมเหลว 938.3 ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

- (สัญลักษณ์ Ge) ซึ่งเป็นธาตุโลหะสีขาว-เทาของกลุ่มที่ 4 ของตารางธาตุของเมนเดลีฟ ซึ่งทำนายคุณสมบัติของธาตุที่ยังไม่ถูกค้นพบ โดยเฉพาะเจอร์เมเนียม (พ.ศ. 2414) ธาตุนี้ถูกค้นพบเมื่อ พ.ศ. 2429 ผลพลอยได้จากการถลุงสังกะสี... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

Ge (จากภาษาลาติน เจอร์มาเนีย ประเทศเยอรมนี * a. เจอร์เมเนียม; n. เจอร์เมเนียม; f. เจอร์เมเนียม; i. germanio), เคมี องค์ประกอบของกลุ่ม IV เป็นระยะ ระบบของ Mendeleev ที่.sci 32, เวลา. ม. 72.59 ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร 4 ไอโซโทป 70Ge (20.55%), 72Ge... ... สารานุกรมทางธรณีวิทยา

- (จีอี) สังเคราะห์ ผลึกเดี่ยว, PP, หมู่จุดสมมาตร m3m, ความหนาแน่น 5.327 g/cm3, Tmelt=936 °C, ของแข็ง ในระดับ Mohs 6 ที่ ม. 72.60 โปร่งใสในพื้นที่ IR l จาก 1.5 ถึง 20 ไมครอน แอนไอโซทรอปิกเชิงแสง สำหรับค่าสัมประสิทธิ์ l=1.80 µm การหักเห n=4,143.… … สารานุกรมกายภาพ

คำนามจำนวนคำพ้องความหมาย: 3 สารกึ่งตัวนำ (7) องค์ประกอบ eca-silicon (1) (159) ... พจนานุกรมคำพ้อง

เจอร์เมเนียม- เคมี ธาตุ สัญลักษณ์ Ge (ละติน เจอร์เมเนียม) ที่ n. 32, เวลา. ม. 72.59; สารผลึกสีเทาเงินเปราะ, ความหนาแน่น 5327 กก./ลบ.ม., บิล = 937.5°C. กระจัดกระจายอยู่ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่จะขุดโดยการแปรรูปสังกะสีผสมและ... ... สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่

เจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 32 ในตารางธาตุ สัญลักษณ์โดยสัญลักษณ์ Ge (ภาษาเยอรมัน) เจอร์เมเนียม).

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบเจอร์เมเนียม

การมีอยู่ของธาตุ eca-silicon ซึ่งเป็นอะนาล็อกของซิลิคอน ได้รับการทำนายโดย D.I. Mendeleev ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2414 และในปี พ.ศ. 2429 ศาสตราจารย์คนหนึ่งของ Freiberg Mining Academy ค้นพบแร่เงินชนิดใหม่ - อาร์ไจโรไดต์ จากนั้นแร่นี้จึงถูกส่งไปยังศาสตราจารย์วิชาเคมีเทคนิค Clemens Winkler เพื่อทำการวิเคราะห์อย่างสมบูรณ์

สิ่งนี้ไม่ได้ทำโดยบังเอิญ: Winkler วัย 48 ปีได้รับการพิจารณา นักวิเคราะห์ที่ดีที่สุดสถาบันการศึกษา

เขาพบว่าแร่ดังกล่าวประกอบด้วยเงิน 74.72% ซัลเฟอร์ 17.13% ปรอท 0.31% เหล็กออกไซด์ 0.66% และซิงค์ออกไซด์ 0.22% และเกือบ 7% ของน้ำหนักของแร่ใหม่นั้นมีองค์ประกอบที่ไม่สามารถเข้าใจได้ซึ่งส่วนใหญ่ยังไม่ทราบแน่ชัด วิงค์เลอร์แยกอาร์ไจรอดพีตส่วนประกอบที่ไม่ปรากฏชื่อ ศึกษาคุณสมบัติของมัน และตระหนักว่าเขาได้พบธาตุใหม่แล้ว - เอสแคปลิเซียม ทำนายโดยเมนเดเลเยฟ นี่เป็นประวัติโดยย่อของธาตุที่มีเลขอะตอม 32

อย่างไรก็ตาม การคิดว่างานของ Winkler เป็นไปอย่างราบรื่นโดยไม่มีข้อขัดข้องถือเป็นเรื่องผิด นี่คือสิ่งที่ Mendeleev เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในส่วนเพิ่มเติมของบทที่แปดของ "ความรู้พื้นฐานทางเคมี": "ในตอนแรก (กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429) การขาดวัสดุ การขาดสเปกตรัมในเปลวไฟของเตา และความสามารถในการละลายของสารประกอบเจอร์เมเนียมจำนวนมากทำให้ ยากสำหรับการวิจัยของ Winkler ... "ให้ความสนใจกับ" การขาดสเปกตรัมของเปลวไฟ " ยังไงล่ะ? อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2429 มีวิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมอยู่แล้ว ด้วยวิธีนี้ รูบิเดียม ซีเซียม แทลเลียม และอินเดียมได้ถูกค้นพบแล้วบนโลกและฮีเลียมบนดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์รู้แน่ว่าองค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบมีสเปกตรัมเฉพาะตัว และทันใดนั้นก็ไม่มีสเปกตรัม!

คำอธิบายมาในภายหลัง เจอร์เมเนียมมีเส้นสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะ โดยมีความยาวคลื่น 2651.18, 3039.06 Ǻ และอื่นๆ อีกมากมาย แต่พวกเขาทั้งหมดอยู่ในสเปกตรัมอัลตราไวโอเลตที่มองไม่เห็นและถือได้ว่าโชคดีที่ Winkler ปฏิบัติตามวิธีการวิเคราะห์แบบดั้งเดิมซึ่งนำไปสู่ความสำเร็จ

วิธีการที่ Winkler ใช้เพื่อแยกเจอร์เมเนียมนั้นคล้ายคลึงกับวิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีหนึ่งในปัจจุบันในการรับธาตุหมายเลข 32 ขั้นแรก เจอร์เมเนียมที่มีอยู่ในอาร์การอดไนต์จะถูกแปลงเป็นไดออกไซด์ จากนั้นผงสีขาวนี้จะถูกให้ความร้อนที่ 600...700°C ในบรรยากาศไฮโดรเจน ปฏิกิริยาชัดเจน: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O

นี่เป็นวิธีการได้รับเจอร์เมเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์เป็นครั้งแรก ในตอนแรก Winkler ตั้งใจจะตั้งชื่อธาตุเนปทูเนียมชนิดใหม่ตามชื่อดาวเคราะห์เนปจูน (เช่นเดียวกับธาตุที่ 32 ดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกทำนายก่อนที่จะถูกค้นพบ) แต่ปรากฏว่าก่อนหน้านี้ชื่อดังกล่าวถูกกำหนดให้กับองค์ประกอบหนึ่งที่ค้นพบอย่างผิดพลาด และไม่ต้องการประนีประนอมกับการค้นพบของเขา Winkler จึงละทิ้งความตั้งใจแรกของเขา เขายังไม่ยอมรับข้อเสนอในการตั้งชื่อองค์ประกอบใหม่เชิงมุมนั่นคือ “เชิงมุม ขัดแย้ง” (และการค้นพบนี้ทำให้เกิดความขัดแย้งมากมายจริงๆ) จริงอยู่ที่ Rayon นักเคมีชาวฝรั่งเศสผู้เสนอแนวคิดดังกล่าวกล่าวในภายหลังว่าข้อเสนอของเขาไม่มีอะไรมากไปกว่าเรื่องตลก Winkler ตั้งชื่อธาตุเจอร์เมเนียมใหม่ตามประเทศของเขา และชื่อนี้ก็ยังคงติดอยู่

ควรสังเกตว่าในระหว่างวิวัฒนาการทางธรณีวิทยาเคมีของเปลือกโลก เจอร์เมเนียมจำนวนมากถูกชะล้างออกจากพื้นผิวดินส่วนใหญ่ลงสู่มหาสมุทร ดังนั้นในปัจจุบันปริมาณของธาตุขนาดเล็กที่มีอยู่ในดินจึงไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่ง

ปริมาณเจอร์เมเนียมทั้งหมดในเปลือกโลกอยู่ที่ 7 × 10 −4% โดยมวล ซึ่งมากกว่าตัวอย่างเช่น พลวง เงิน บิสมัท เนื่องจากเจอร์เมเนียมมีปริมาณเล็กน้อยในเปลือกโลกและความสัมพันธ์ทางธรณีเคมีกับองค์ประกอบบางชนิดที่แพร่หลาย เจอร์เมเนียมจึงมีความสามารถที่จำกัดในการสร้างแร่ธาตุของตัวเอง โดยกระจายไปในโครงตาข่ายของแร่ธาตุอื่นๆ ดังนั้นแร่ธาตุของเจอร์เมเนียมจึงหายากมาก เกือบทั้งหมดเป็นซัลโฟซอลต์: germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), อาร์ไจโรไดต์ Ag 8 GeS 6 (3.6 - 7% Ge), confieldite Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (มากถึง 2% Ge) เป็นต้น เจอร์เมเนียมจำนวนมากกระจัดกระจายอยู่ในเปลือกโลกในหินและแร่ธาตุจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ในสฟาเลอไรต์บางชนิด ปริมาณเจอร์เมเนียมสูงถึงกิโลกรัมต่อตัน ในสารให้พลังงานสูงถึง 5 กิโลกรัม/ตัน ในไพราร์ไจไรต์สูงถึง 10 กิโลกรัม/ตัน ในซัลวาไนต์และแฟรงไคต์ 1 กิโลกรัม/ตัน ในซัลไฟด์และซิลิเกตอื่นๆ - หลายร้อยสิบ ของ g/t เจอร์เมเนียมมีความเข้มข้นในการสะสมของโลหะหลายชนิด - ในแร่ซัลไฟด์ของโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก, ในแร่เหล็ก, ในแร่ออกไซด์บางชนิด (โครไมต์, แมกนีไทต์, รูไทล์ ฯลฯ ) ในหินแกรนิต, ไดเบสและหินบะซอลต์ นอกจากนี้ เจอร์เมเนียมยังมีอยู่ในซิลิเกตเกือบทั้งหมดในถ่านหินและน้ำมันบางส่วน

เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่ได้มาจากผลพลอยได้จากการแปรรูปแร่โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (ซิงค์ผสม, โพลีเมทัลลิกเข้มข้นที่มีสังกะสี - ทองแดง - ตะกั่ว) ที่มีเจอร์เมเนียม 0.001-0.1% ขี้เถ้าจากการเผาไหม้ถ่านหิน ฝุ่นจากเครื่องกำเนิดก๊าซ และของเสียจากโรงงานโค้กก็ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบเช่นกัน เริ่มแรกเจอร์เมเนียมเข้มข้น (เยอรมนี 2-10%) ได้มาจากแหล่งที่ระบุไว้ในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัตถุดิบ การสกัดเจอร์เมเนียมจากสารสกัดเข้มข้นมักเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้:

1) การคลอรีนเข้มข้นด้วยกรดไฮโดรคลอริกผสมกับคลอรีนในตัวกลางที่เป็นน้ำหรือสารคลอรีนอื่น ๆ เพื่อให้ได้ GeCl 4 ทางเทคนิค ในการทำให้ GeCl 4 บริสุทธิ์ จะใช้การแก้ไขและการสกัดสิ่งเจือปนด้วย HCl เข้มข้น

2) การไฮโดรไลซิสของ GeCl 4 และการเผาผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสเพื่อให้ได้ GeO 2

3) การลด GeO 2 ด้วยไฮโดรเจนหรือแอมโมเนียให้เป็นโลหะ เพื่อแยกเจอร์เมเนียมบริสุทธิ์มากที่ใช้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ จะดำเนินการละลายโซนของโลหะ เจอร์เมเนียมผลึกเดี่ยวที่จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ มักจะได้มาจากการหลอมแบบโซนหรือวิธี Czochralski

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

เจอร์เมเนียมของความบริสุทธิ์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีปริมาณสิ่งเจือปน 10 -3 -10 -4% นั้นได้มาจากการหลอมโซนการตกผลึกหรือเทอร์โมไลซิสของ monogermane GeH 4 ที่ระเหยได้:

GeH 4 = Ge + 2H 2,

ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของสารประกอบโลหะแอคทีฟด้วย Ge - germanides ด้วยกรด:

มก. 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2

เจอร์เมเนียมพบเป็นสิ่งเจือปนในแร่โพลีเมทัลลิก นิกเกิล และทังสเตน รวมถึงในซิลิเกต จากการดำเนินการที่ซับซ้อนและใช้แรงงานเข้มข้นในการเสริมสมรรถนะและความเข้มข้นของแร่ เจอร์เมเนียมจึงถูกแยกออกมาในรูปของ GeO 2 ออกไซด์ ซึ่งถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 600 °C ให้เป็นสารอย่างง่าย:

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

ผลึกเดี่ยวของเจอร์เมเนียมได้รับการทำให้บริสุทธิ์และปลูกโดยใช้วิธีการหลอมแบบโซน

เจอร์เมเนียมไดออกไซด์บริสุทธิ์ได้รับครั้งแรกในสหภาพโซเวียตเมื่อต้นปี พ.ศ. 2484 แก้วเจอร์เมเนียมที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงมากถูกสร้างขึ้นจากมัน การวิจัยเกี่ยวกับองค์ประกอบหมายเลข 32 และวิธีการในการผลิตที่เป็นไปได้กลับมาดำเนินการอีกครั้งหลังสงครามในปี 1947 ในปัจจุบัน เจอร์เมเนียมเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์โซเวียตในฐานะเซมิคอนดักเตอร์

ในลักษณะที่ปรากฏเจอร์เมเนียมสามารถสับสนกับซิลิคอนได้ง่าย

เจอร์เมเนียมตกผลึกในโครงสร้างประเภทเพชรลูกบาศก์ พารามิเตอร์เซลล์หน่วย a = 5.6575 Å

องค์ประกอบนี้ไม่แข็งแรงเท่ากับไทเทเนียมหรือทังสเตน ความหนาแน่นของเจอร์เมเนียมแข็งคือ 5.327 g/cm3 (25°C); ของเหลว 5.557 (1,000°C); อุณหภูมิสูงสุด 937.5°C; จุดเดือดประมาณ 2,700°C; ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน ~60 W/(m K) หรือ 0.14 cal/(ซม. วินาที องศา) ที่ 25°C

เจอร์เมเนียมมีความเปราะเกือบเท่ากับแก้วและสามารถประพฤติตัวตามนั้นได้ แม้ในอุณหภูมิปกติ แต่สูงกว่า 550°C ก็มีโอกาสเกิดการเสียรูปพลาสติกได้ ความแข็งของเยอรมนีในระดับแร่วิทยา 6-6.5; ค่าสัมประสิทธิ์การอัด (ในช่วงความดัน 0-120 H/m 2 หรือ 0-12000 kgf/mm 2) 1.4·10 -7 m 2 /mn (1.4·10 -6 cm 2 /kgf); แรงตึงผิว 0.6 n/m (600 dynes/cm) เจอร์เมเนียมเป็นสารกึ่งตัวนำทั่วไปที่มีช่องว่างแถบความถี่ 1.104·10 -19 J หรือ 0.69 eV (25°C); ความต้านทานไฟฟ้า เยอรมนี ความบริสุทธิ์สูง 0.60 โอห์ม m (60 ohm cm) ที่ 25°C; การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน 3900 และการเคลื่อนที่ของรู 1900 cm 2 /v วินาที (25°C) (โดยมีปริมาณสิ่งเจือปนน้อยกว่า 10 -8%)

การปรับเปลี่ยนผลึกเจอร์เมเนียมที่ “ผิดปกติ” ทั้งหมดนั้นเหนือกว่า Ge-I ในด้านการนำไฟฟ้า การกล่าวถึงคุณสมบัติเฉพาะนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ: ค่าการนำไฟฟ้า (หรือค่าผกผัน - ความต้านทาน) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์

ในสารประกอบทางเคมี เจอร์เมเนียมมักจะมีวาเลนซี 4 หรือ 2 สารประกอบที่มีวาเลนซี 4 จะมีความเสถียรมากกว่า ภายใต้สภาวะปกติ มันสามารถทนต่ออากาศและน้ำ ด่างและกรด ละลายได้ในอะควารีเจียและในสารละลายอัลคาไลน์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ใช้โลหะผสมเจอร์เมเนียมและแก้วที่มีเจอร์เมเนียมไดออกไซด์

ในสารประกอบทางเคมี เจอร์เมเนียมมักจะมีเวเลนซ์ 2 และ 4 โดยสารประกอบของเจอร์เมเนียม 4 วาเลนต์จะมีความเสถียรมากกว่า ที่อุณหภูมิห้อง เจอร์เมเนียมทนต่ออากาศ น้ำ สารละลายอัลคาไล และกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่ละลายได้ง่ายในกรดกัดทองและสารละลายอัลคาไลน์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ มันถูกออกซิไดซ์อย่างช้าๆ ด้วยกรดไนตริก เมื่อถูกความร้อนในอากาศที่อุณหภูมิ 500-700°C เจอร์เมเนียมจะถูกออกซิไดซ์เป็นออกไซด์ GeO และ GeO 2 เยอรมนี (IV) ออกไซด์ - ผงสีขาวที่มีจุดหลอมเหลว 1116°C; ความสามารถในการละลายน้ำ 4.3 ก./ลิตร (20°C) ตามคุณสมบัติทางเคมี มันคือแอมโฟเทอริก ละลายได้ในอัลคาไล และมีความยากในกรดแร่ ได้จากการเผาตะกอนไฮเดรต (GeO 3 ·nH 2 O) ที่ปล่อยออกมาระหว่างการไฮโดรไลซิสของ GeCl 4 tetrachloride ด้วยการหลอมรวม GeO 2 กับออกไซด์อื่น ๆ สามารถรับอนุพันธ์ของกรดเจอร์มานิกได้ - เจอร์เมเนตของโลหะ (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 และอื่น ๆ ) - สารของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูง

เมื่อเจอร์เมเนียมทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน จะเกิดเตตราฮาไลด์ที่สอดคล้องกัน ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ง่ายที่สุดกับฟลูออรีนและคลอรีน (ที่อุณหภูมิห้องแล้ว) จากนั้นด้วยโบรมีน (การให้ความร้อนต่ำ) และไอโอดีน (ที่อุณหภูมิ 700-800°C โดยมี CO) หนึ่งในสารประกอบที่สำคัญที่สุดของเยอรมนี tetrachloride GeCl 4 เป็นของเหลวไม่มีสี อุณหภูมิ -49.5°C; จุดเดือด 83.1°C; ความหนาแน่น 1.84 ก./ซม.3 (20°C) มันถูกไฮโดรไลซ์อย่างรุนแรงด้วยน้ำ โดยปล่อยตะกอนของไฮเดรตออกไซด์ (IV) ได้มาจากการทำคลอรีนโลหะเจอร์เมเนียมหรือทำปฏิกิริยา GeO 2 ด้วย HCl เข้มข้น เรียกอีกอย่างว่าเจอร์เมเนียมไดฮาไลด์ของสูตรทั่วไป GeX 2 , GeCl monochloride, hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 และ Germanium oxychlorides (เช่น CeOCl 2 )

ซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับเจอร์เมเนียมที่อุณหภูมิ 900-1000°C ทำให้เกิดไดซัลไฟด์ GeS 2 ซึ่งเป็นของแข็งสีขาว มีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 825°C มีการอธิบาย GeS โมโนซัลไฟด์และสารประกอบที่คล้ายกันของเยอรมนีกับซีลีเนียมและเทลลูเรียมซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ด้วย ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยาเล็กน้อยกับเจอร์เมเนียมที่อุณหภูมิ 1,000-1100°C เพื่อสร้างเจอร์มีน (GeH) X ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรและมีความผันผวนสูง เมื่อทำปฏิกิริยาเจอร์ไนด์กับกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง จะทำให้ได้ไฮโดรเจนเจอร์ไนด์ของซีรีส์ Ge n H 2n+2 จนถึง Ge 9 H 20 Germylene ขององค์ประกอบ GeH 2 เป็นที่รู้จักกัน เจอร์เมเนียมไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไนโตรเจน แต่มีไนไตรด์ Ge 3 N 4 ได้จากการกระทำของแอมโมเนียกับเจอร์เมเนียมที่อุณหภูมิ 700-800°C เจอร์เมเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน เจอร์เมเนียมก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีโลหะหลายชนิด - เจอร์เมไนด์

สารประกอบเชิงซ้อนของเจอร์เมเนียมเป็นที่รู้จักมากมาย ซึ่งกำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ทั้งในเคมีวิเคราะห์ของเจอร์เมเนียมและในกระบวนการเตรียมการ เจอร์เมเนียมก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนโดยมีโมเลกุลที่ประกอบด้วยไฮดรอกซิลอินทรีย์ (โพลีไฮดริกแอลกอฮอล์, กรดโพลีบาซิกและอื่น ๆ ) ได้รับเฮเทอโรโพลีแอซิดของเยอรมนี เช่นเดียวกับองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่ม IV เจอร์เมเนียมมีลักษณะการก่อตัวของสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก ตัวอย่างคือ tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3

เจอร์เมเนียม (II) ไฮไดรด์ GeH 2 ผงสีขาวไม่เสถียร (สลายตัวในอากาศหรือออกซิเจน) ทำปฏิกิริยากับด่างและโบรมีน.

เจอร์เมเนียม(II) โมโนไฮไดรด์โพลีเมอร์ (โพลีเมอร์มีน) (GeH2)n ผงสีน้ำตาลอมดำ ละลายในน้ำได้ไม่ดี สลายตัวทันทีในอากาศ และระเบิดเมื่อถูกความร้อนถึง 160 o C ในสุญญากาศหรือในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อย มันถูกสร้างขึ้นในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมเจอร์ไรด์ NaGe

เจอร์เมเนียม (II) ออกไซด์ GeO ผลึกสีดำที่มีคุณสมบัติพื้นฐาน สลายตัวที่อุณหภูมิ 500°C ออกเป็น GeO 2 และ Ge ออกซิไดซ์ในน้ำอย่างช้าๆ ละลายได้เล็กน้อยในกรดไฮโดรคลอริก แสดงคุณสมบัติการบูรณะ ได้มาจากการกระทำของ CO 2 บนโลหะเจอร์เมเนียมที่ให้ความร้อนถึง 700-900 o C โดยอัลคาไลบนเจอร์เมเนียม (II) คลอไรด์ โดยการเผา Ge(OH) 2 หรือโดยการลด GeO 2

เจอร์เมเนียม (II) ไฮดรอกไซด์ Ge(OH) 2 . คริสตัลสีแดงส้ม เมื่อถูกความร้อนจะกลายเป็น GeO แสดงอักขระแอมโฟเทอริก ได้มาจากการบำบัดเกลือเจอร์เมเนียม (II) ด้วยด่างและการไฮโดรไลซิสของเกลือเจอร์เมเนียม (II)

เจอร์เมเนียม (II) ฟลูออไรด์ GeF 2 ผลึกดูดความชื้นไม่มีสี จุดหลอมเหลว =111°C ได้มาจากการกระทำของไอ GeF 4 บนโลหะเจอร์เมเนียมเมื่อถูกความร้อน

เจอร์เมเนียม (II) คลอไรด์ GeCl 2 . คริสตัลไม่มีสี t pl = 76.4°C, t เดือด = 450°C ที่อุณหภูมิ 460°C จะสลายตัวเป็น GeCl 4 และเจอร์เมเนียมโลหะ ไฮโดรไลซ์กับน้ำ ละลายได้ในแอลกอฮอล์เล็กน้อย ได้มาจากการกระทำของไอ GeCl 4 บนโลหะเจอร์เมเนียมเมื่อถูกความร้อน

เจอร์เมเนียม (II) โบรไมด์ GeBr 2 คริสตัลรูปเข็มโปร่งใส เสื้อ = 122°C. ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ ละลายได้ในเบนซีนเล็กน้อย ละลายในแอลกอฮอล์อะซิโตน ได้มาจากการทำปฏิกิริยาไฮดรอกไซด์เจอร์เมเนียม (II) กับกรดไฮโดรโบรมิก เมื่อถูกความร้อน จะไม่สมสัดส่วนเป็นโลหะเจอร์เมเนียมและเจอร์เมเนียม (IV) โบรไมด์

เจอร์เมเนียม (II) ไอโอไดด์ GeI 2 แผ่นหกเหลี่ยมสีเหลือง ไดอะแมกเนติก t pl =460 o C ละลายได้เล็กน้อยในคลอโรฟอร์มและคาร์บอนเตตราคลอไรด์ เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 210°C มันจะสลายตัวเป็นโลหะเจอร์เมเนียมและเจอร์เมเนียมเตตระไอโอไดด์ ได้มาจากการลดลงของเจอร์เมเนียม (II) ไอโอไดด์ด้วยกรดไฮโปฟอสฟอริกหรือการสลายตัวทางความร้อนของเจอร์เมเนียมเตตระไอโอไดด์

เจอร์เมเนียม (II) ซัลไฟด์ GeS ได้คริสตัลทึบแสงขนมเปียกปูนแบบแห้ง - สีเทาอมเทา t pl =615°C ความหนาแน่น 4.01 g/cm 3 ละลายได้เล็กน้อยในน้ำและแอมโมเนีย ละลายในโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ที่ได้จากวิธีเปียกจะเป็นตะกอนอสัณฐานสีน้ำตาลแดง มีความหนาแน่น 3.31 g/cm3 ละลายในกรดแร่และแอมโมเนียมโพลีซัลไฟด์ ได้มาจากการให้ความร้อนเจอร์เมเนียมด้วยกำมะถันหรือผ่านไฮโดรเจนซัลไฟด์ผ่านสารละลายเกลือเจอร์เมเนียม (II)

เจอร์เมเนียม (IV) ไฮไดรด์ GeH4 ก๊าซไม่มีสี (ความหนาแน่น 3.43 g/cm3 ) มันเป็นพิษ มีกลิ่นไม่พึงประสงค์มาก เดือดที่ -88 o C ละลายที่ประมาณ -166 o C และแยกตัวด้วยความร้อนที่สูงกว่า 280 o C เมื่อส่ง GeH 4 ผ่านท่อให้ความร้อน จะได้กระจกเงาของเจอร์เมเนียมโลหะบน ผนัง ได้มาจากการกระทำของ LiAlH 4 กับเจอร์เมเนียม (IV) คลอไรด์ในอีเทอร์ หรือโดยการบำบัดสารละลายเจอร์เมเนียม (IV) คลอไรด์ด้วยสังกะสีและกรดซัลฟิวริก

เจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์ GeO 2 . มันมีอยู่ในรูปแบบของการดัดแปลงผลึกสองแบบ (หกเหลี่ยมที่มีความหนาแน่น 4.703 g/cm3 และทรงสี่หน้าที่มีความหนาแน่น 6.24 g/cm3 ) ทั้งสองมีความเสถียรของอากาศ ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ t pl =1116 o C, t ต้ม =1200 o C แสดงอักขระแอมโฟเทอริก มันถูกรีดิวซ์ด้วยอลูมิเนียม แมกนีเซียม และคาร์บอน กลายเป็นโลหะเจอร์เมเนียมเมื่อถูกความร้อน ได้มาจากการสังเคราะห์จากองค์ประกอบ การเผาเกลือเจอร์เมเนียมด้วยกรดระเหย ออกซิเดชันของซัลไฟด์ การไฮโดรไลซิสของเจอร์เมเนียมเตตราฮาไลด์ การบำบัดเจอร์เมเนียมโลหะอัลคาไลด้วยกรด และเจอร์เมเนียมโลหะด้วยกรดซัลฟิวริกหรือกรดไนตริกเข้มข้น

เจอร์เมเนียม (IV) ฟลูออไรด์ GeF4 ก๊าซไม่มีสีที่ระเหยไปในอากาศ t pl =-15 o C, t เดือด =-37°C ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ ได้มาจากการสลายตัวของแบเรียมเตตราฟลูออโรเจอร์มาเนต

เจอร์เมเนียม (IV) คลอไรด์ GeCl 4 . ของเหลวไม่มีสี t pl = -50 o C, t เดือด = 86 o C, ความหนาแน่น 1.874 g/cm3 ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ ละลายในแอลกอฮอล์ อีเทอร์ คาร์บอนไดซัลไฟด์ คาร์บอนเตตราคลอไรด์ เตรียมโดยการให้ความร้อนเจอร์เมเนียมกับคลอรีนและส่งไฮโดรเจนคลอไรด์ผ่านสารแขวนลอยของเจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์

เจอร์เมเนียม (IV) โบรไมด์ GeBr 4 ผลึกไม่มีสีแปดด้าน t pl =26 o C, t ต้ม =187 o C, ความหนาแน่น 3.13 g/cm3 ไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ ละลายในเบนซีน คาร์บอนไดซัลไฟด์ ได้มาจากการส่งไอโบรมีนไปบนโลหะเจอร์เมเนียมที่ให้ความร้อน หรือโดยการกระทำของกรดไฮโดรโบรมิกกับเจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์

เจอร์เมเนียม (IV) ไอโอไดด์ GeI 4 ผลึกแปดด้านสีเหลืองส้ม t pl =146 o C, t bp =377 o C ความหนาแน่น 4.32 g/cm 3 ที่อุณหภูมิ 445 o C จะสลายตัว มันละลายในเบนซีน คาร์บอนไดซัลไฟด์ และไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำ ในอากาศจะค่อยๆสลายตัวเป็นเจอร์เมเนียม (II) ไอโอไดด์และไอโอดีน เพิ่มแอมโมเนีย ได้มาจากการส่งไอโอดีนไปบนเจอร์เมเนียมที่ร้อน หรือโดยการกระทำของกรดไฮโดรไอโอดิกบนเจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์

เจอร์เมเนียม (IV) ซัลไฟด์ GeS 2 ผงผลึกสีขาว t pl =800 o C ความหนาแน่น 3.03 g/cm3 มันละลายได้เล็กน้อยในน้ำและไฮโดรไลซ์ช้าๆ ละลายในแอมโมเนีย แอมโมเนียมซัลไฟด์ และโลหะอัลคาไลซัลไฟด์ ได้มาจากการให้ความร้อนเจอร์เมเนียม (IV) ออกไซด์ในกระแสของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ด้วยซัลเฟอร์หรือผ่านไฮโดรเจนซัลไฟด์ผ่านสารละลายเกลือเจอร์เมเนียม (IV)

เจอร์เมเนียม (IV) ซัลเฟต Ge(SO 4) 2. ผลึกไม่มีสี ความหนาแน่น 3.92 g/cm3 . สลายตัวที่ 200 o C ลดขนาดด้วยถ่านหินหรือซัลเฟอร์เป็นซัลไฟด์ ทำปฏิกิริยากับน้ำและสารละลายด่าง. เตรียมโดยการให้ความร้อนเจอร์เมเนียม (IV) คลอไรด์ด้วยซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์

พบไอโซโทป 5 ชนิดในธรรมชาติ: 70 Ge (20.55% wt), 72 Ge (27.37%), 73 Ge (7.67%), 74 Ge (36.74%), 76 Ge (7.67%) ). สี่ตัวแรกมีเสถียรภาพ ส่วนตัวที่ห้า (76 Ge) ผ่านการสลายเบต้าสองเท่าโดยมีครึ่งชีวิต 1.58×10 21 ปี นอกจากนี้ยังมีของเทียม "อายุยืน" อีกสองตัว: 68 Ge (ครึ่งชีวิต 270.8 วัน) และ 71 Ge (ครึ่งชีวิต 11.26 วัน)

การใช้เจอร์เมเนียม

เจอร์เมเนียมใช้ในการผลิตเลนส์ เนื่องจากความโปร่งใสในบริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัม เจอร์เมเนียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษจึงมีความสำคัญเชิงกลยุทธ์ในการผลิตองค์ประกอบทางแสงสำหรับเลนส์อินฟราเรด ในงานวิศวกรรมวิทยุ ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมและไดโอดตัวตรวจจับมีลักษณะที่แตกต่างจากซิลิคอน เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเปิดที่ต่ำกว่าของจุดเชื่อมต่อ pn ในเจอร์เมเนียม - 0.4V เทียบกับ 0.6V สำหรับอุปกรณ์ซิลิคอน

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูบทความเกี่ยวกับการใช้เจอร์เมเนียม

เจอร์เมเนียมพบได้ในสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืช เจอร์เมเนียมในปริมาณเล็กน้อยไม่มีผลทางสรีรวิทยาต่อพืช แต่จะเป็นพิษในปริมาณมาก เจอร์เมเนียมไม่เป็นพิษต่อเชื้อรา

เจอร์เมเนียมมีความเป็นพิษต่ำต่อสัตว์ สารประกอบเจอร์เมเนียมไม่มีผลทางเภสัชวิทยา ความเข้มข้นที่อนุญาตของเจอร์เมเนียมและออกไซด์ในอากาศคือ 2 มก./ลบ.ม. ซึ่งเท่ากับค่าฝุ่นแร่ใยหิน

สารประกอบเจอร์เมเนียมไดเวเลนต์มีพิษมากกว่ามาก

ในการทดลองเพื่อพิจารณาการกระจายตัวของเจอร์เมเนียมอินทรีย์ในร่างกาย 1.5 ชั่วโมงหลังการให้ยาทางปาก ผลลัพธ์ที่ได้มีดังนี้: เจอร์เมเนียมอินทรีย์จำนวนมากบรรจุอยู่ในกระเพาะอาหาร ลำไส้เล็ก ไขกระดูก ม้าม และเลือด นอกจากนี้เนื้อหาที่สูงในกระเพาะอาหารและลำไส้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดมีผลเป็นเวลานาน

ปริมาณเจอร์เมเนียมอินทรีย์ในเลือดสูงทำให้ดร. อาซาอิสามารถเสนอทฤษฎีกลไกการออกฤทธิ์ในร่างกายมนุษย์ดังต่อไปนี้ สันนิษฐานว่าเจอร์เมเนียมอินทรีย์ในเลือดมีพฤติกรรมคล้ายกับฮีโมโกลบินซึ่งมีประจุลบและมีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายโอนออกซิเจนในเนื้อเยื่อของร่างกายเช่นเดียวกับเฮโมโกลบิน ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดภาวะขาดออกซิเจน (ภาวะขาดออกซิเจน) ในระดับเนื้อเยื่อ เจอร์เมเนียมอินทรีย์ป้องกันการเกิดสิ่งที่เรียกว่าภาวะขาดออกซิเจนในเลือด ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อปริมาณฮีโมโกลบินที่สามารถกักเก็บออกซิเจนได้ลดลง (ความจุออกซิเจนในเลือดลดลง) และเกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียเลือด พิษของคาร์บอนมอนอกไซด์ และการสัมผัสรังสี . ระบบประสาทส่วนกลาง กล้ามเนื้อหัวใจ เนื้อเยื่อไต และตับ มีความไวต่อการขาดออกซิเจนมากที่สุด

จากการทดลองพบว่าเจอร์เมเนียมอินทรีย์ส่งเสริมการเหนี่ยวนำของอินเตอร์เฟอรอนแกมมา ซึ่งยับยั้งกระบวนการสร้างเซลล์ที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็วและกระตุ้นเซลล์เฉพาะ (T-killers) ทิศทางหลักของการออกฤทธิ์ของอินเตอร์เฟอรอนในระดับร่างกายคือการป้องกันไวรัสและสารต้านมะเร็งการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันและการป้องกันรังสีของระบบน้ำเหลือง

ในกระบวนการศึกษาเนื้อเยื่อและเนื้อเยื่อทางพยาธิวิทยาที่มีอาการเบื้องต้นของโรคพบว่ามีลักษณะขาดออกซิเจนและมีอนุมูลไฮโดรเจนที่มีประจุบวก H + อยู่เสมอ ไอออนของ H+ มีผลเสียอย่างมากต่อเซลล์ของร่างกายมนุษย์ แม้ว่าจะถึงขั้นเสียชีวิตก็ตาม ไอออนของออกซิเจนซึ่งมีความสามารถในการรวมตัวกับไอออนของไฮโดรเจน ทำให้สามารถชดเชยความเสียหายต่อเซลล์และเนื้อเยื่อที่เกิดจากไฮโดรเจนไอออนได้อย่างเฉพาะเจาะจงและเฉพาะที่ ผลกระทบของเจอร์เมเนียมต่อไฮโดรเจนไอออนนั้นเนื่องมาจากรูปแบบอินทรีย์ - รูปแบบเซควิออกไซด์ ในการเตรียมบทความมีการใช้สื่อจาก A. N. Suponenko

เจอร์เมเนียม (จากภาษาละติน เจอร์เมเนียม) ซึ่งเรียกว่า "Ge" เป็นองค์ประกอบของกลุ่มที่ 4 ของตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ Dmitry Ivanovich Mendeleev; เลขอะตอมขององค์ประกอบคือ 32 มวลอะตอมคือ 72.59 เจอร์เมเนียมเป็นสารที่เป็นของแข็งที่มีความแวววาวของโลหะและมีสีเทาขาว แม้ว่าสีของเจอร์เมเนียมจะเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างสัมพันธ์กัน แต่ทั้งหมดก็ขึ้นอยู่กับการรักษาพื้นผิวของวัสดุ บางครั้งอาจเป็นสีเทาเหมือนเหล็ก บางครั้งอาจเป็นสีเงิน และบางครั้งก็เป็นสีดำสนิท ภายนอกเจอร์เมเนียมค่อนข้างใกล้เคียงกับซิลิคอน องค์ประกอบเหล่านี้ไม่เพียงแต่คล้ายกันเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์เหมือนกันเป็นส่วนใหญ่อีกด้วย ความแตกต่างที่สำคัญคือความจริงที่ว่าเจอร์เมเนียมมีน้ำหนักมากกว่าซิลิคอนมากกว่าสองเท่า

เจอร์เมเนียมที่พบในธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทปเสถียร 5 ชนิดที่มีเลขมวล 76, 74, 73, 32, 70 ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2414 นักเคมีชื่อดัง "บิดา" ของตารางธาตุ Dmitri Ivanovich Mendeleev ทำนายคุณสมบัติและ การมีอยู่ของเจอร์เมเนียม เขาเรียกธาตุที่ไม่รู้จักในขณะนั้นว่า “เอ็กซาซิลิกอน” เพราะ คุณสมบัติของสารใหม่มีความคล้ายคลึงกับซิลิคอนหลายประการ ในปี 1886 หลังจากศึกษาแร่อาร์เจียร์ไดต์แล้ว K. Winkler นักเคมีชาวเยอรมันวัยสี่สิบแปดปีได้ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีใหม่ทั้งหมดในส่วนผสมจากธรรมชาติ

ในตอนแรก นักเคมีต้องการเรียกธาตุเนปทูเนียม เนื่องจากมีการทำนายดาวเคราะห์เนปจูนเร็วกว่าที่ค้นพบมาก แต่แล้วเขาก็รู้ว่าชื่อนี้ถูกใช้ไปแล้วในการค้นพบธาตุใดธาตุหนึ่งอย่างผิดพลาด ดังนั้น Winkler จึงตัดสินใจ ที่จะละทิ้งชื่อนี้ นักวิทยาศาสตร์ถูกขอให้ตั้งชื่อองค์ประกอบเชิงมุม ซึ่งแปลว่า "ขัดแย้งเชิงมุม" แต่ Winkler ก็ไม่เห็นด้วยกับชื่อนี้เช่นกัน แม้ว่าองค์ประกอบหมายเลข 32 จะก่อให้เกิดความขัดแย้งมากมายก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เป็นชาวเยอรมันโดยสัญชาติ ดังนั้นในที่สุดเขาจึงตัดสินใจตั้งชื่อธาตุเจอร์เมเนียมเพื่อเป็นเกียรติแก่ประเทศบ้านเกิดของเขาในเยอรมนี

เมื่อปรากฏในภายหลัง เจอร์เมเนียมกลับกลายเป็นว่าไม่มีอะไรมากไปกว่า “เอ็กซาซิลิกอน” ที่ค้นพบก่อนหน้านี้ จนถึงช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ประโยชน์เชิงปฏิบัติของเจอร์เมเนียมค่อนข้างแคบและจำกัด การผลิตโลหะทางอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้นจากการเริ่มการผลิตทางอุตสาหกรรมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์เท่านั้น

เจอร์เมเนียมเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยี ตลอดจนในการผลิตไมโครวงจรและทรานซิสเตอร์ ระบบเรดาร์ใช้ฟิล์มบางของเจอร์เมเนียมซึ่งเกาะอยู่บนกระจกและใช้เป็นตัวต้านทาน โลหะผสมที่มีเจอร์เมเนียมและโลหะถูกใช้ในเครื่องตรวจจับและเซ็นเซอร์

องค์ประกอบนี้ไม่มีความแข็งแกร่งเช่นทังสเตนหรือไทเทเนียม แต่ก็ไม่ได้ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุดเช่นพลูโตเนียมหรือยูเรเนียมค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุยังอยู่ไกลจากค่าสูงสุดและในเทคโนโลยีอุตสาหกรรมโลหะหลักคือเหล็ก อย่างไรก็ตาม เจอร์เมเนียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของความก้าวหน้าทางเทคนิคของสังคมของเรา เนื่องจาก มันเร็วกว่าที่ซิลิคอนจะเริ่มใช้เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ด้วยซ้ำ

ในเรื่องนี้คงจะเหมาะสมที่จะถามว่าสารกึ่งตัวนำและสารกึ่งตัวนำคืออะไร? แม้แต่ผู้เชี่ยวชาญก็ไม่สามารถตอบคำถามนี้ได้อย่างแม่นยำเพราะ... เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับคุณสมบัติที่พิจารณาเป็นพิเศษของเซมิคอนดักเตอร์ได้ นอกจากนี้ยังมีคำจำกัดความที่แน่นอน แต่เฉพาะจากขอบเขตของคติชนเท่านั้น: เซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวนำสำหรับรถยนต์สองคัน

เจอร์เมเนียมแท่งหนึ่งมีราคาเกือบเท่ากับแท่งทองคำ โลหะมีความเปราะบางมาก เกือบจะเหมือนแก้ว ดังนั้นหากคุณทำแท่งโลหะหล่น มีความเป็นไปได้สูงที่โลหะจะแตกง่าย

โลหะเจอร์เมเนียม สมบัติ

คุณสมบัติทางชีวภาพ

เจอร์เมเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ในญี่ปุ่น ผลการทดสอบสารประกอบออร์กาโนเจอร์เมเนียมในสัตว์และมนุษย์แสดงให้เห็นว่าสารเหล่านี้สามารถมีผลดีต่อร่างกายได้ ในปี 1967 ดร.เค. อาไซ ชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบว่าเจอร์เมเนียมอินทรีย์มีผลทางชีวภาพในวงกว้าง

ในบรรดาคุณสมบัติทางชีวภาพทั้งหมดควรสังเกต:

• - รับประกันการถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อของร่างกาย
• - เพิ่มสถานะภูมิคุ้มกันของร่างกาย
• - การแสดงฤทธิ์ต้านมะเร็ง

ต่อมานักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นได้สร้างผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ชิ้นแรกของโลกที่มีเจอร์เมเนียม - "เจอร์เมเนียม - 132"

ในรัสเซียยาในประเทศตัวแรกที่มีเจอร์เมเนียมอินทรีย์ปรากฏเฉพาะในปี 2000

กระบวนการวิวัฒนาการทางชีวเคมีของพื้นผิวเปลือกโลกไม่ส่งผลกระทบ ในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้มันมีเจอร์เมเนียม ธาตุส่วนใหญ่ถูกชะล้างจากพื้นดินสู่มหาสมุทร ดังนั้นปริมาณในดินจึงยังค่อนข้างต่ำ

ในบรรดาพืชที่มีความสามารถในการดูดซับเจอร์เมเนียมจากดินผู้นำคือโสม (เจอร์เมเนียมสูงถึง 0.2%) เจอร์เมเนียมยังพบได้ในกระเทียม การบูร และว่านหางจระเข้ ซึ่งมักใช้ในการรักษาโรคต่างๆ ในมนุษย์ ในพืชพรรณ เจอร์เมเนียมพบได้ในรูปของคาร์บอกซีเอทิลเซมิออกไซด์ ตอนนี้คุณสามารถสังเคราะห์ sesquioxanes ด้วยชิ้นส่วน pyrimidine ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ของเจอร์เมเนียมได้ สารประกอบนี้มีโครงสร้างใกล้เคียงกับสารประกอบธรรมชาติ เช่น รากโสม

เจอร์เมเนียมสามารถจัดได้ว่าเป็นธาตุที่หายาก มีอยู่ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ จำนวนมาก แต่ในปริมาณที่น้อยมาก ปริมาณเจอร์เมเนียมอินทรีย์ต่อวันอยู่ที่ 8-10 มก. จากการประเมินผลิตภัณฑ์อาหาร 125 รายการพบว่าเจอร์เมเนียมประมาณ 1.5 มก. เข้าสู่ร่างกายทุกวันพร้อมกับอาหาร ปริมาณธาตุอาหารดิบ 1 กรัมมีประมาณ 0.1 – 1.0 ไมโครกรัม เจอร์เมเนียมพบได้ในนม น้ำมะเขือเทศ ปลาแซลมอน และถั่ว แต่เพื่อให้เป็นไปตามความต้องการรายวันของเจอร์เมเนียม คุณควรดื่มน้ำมะเขือเทศ 10 ลิตรต่อวัน หรือกินปลาแซลมอนประมาณ 5 กิโลกรัม จากมุมมองของต้นทุนของผลิตภัณฑ์เหล่านี้คุณสมบัติทางสรีรวิทยาของมนุษย์และสามัญสำนึกก็เป็นไปไม่ได้ที่จะบริโภคผลิตภัณฑ์ที่มีเจอร์เมเนียมในปริมาณดังกล่าว ในรัสเซียประชากรประมาณ 80-90% มีภาวะขาดเจอร์เมเนียมซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีการพัฒนาการเตรียมการพิเศษ

การศึกษาเชิงปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าเจอร์เมเนียมในร่างกายมีมากที่สุดในลำไส้ กระเพาะอาหาร ม้าม ไขกระดูก และเลือด เนื้อหาที่มีองค์ประกอบขนาดเล็กในลำไส้และกระเพาะอาหารสูงบ่งบอกถึงผลการดูดซึมของยาเข้าสู่กระแสเลือดเป็นเวลานาน มีข้อสันนิษฐานว่าเจอร์เมเนียมอินทรีย์มีพฤติกรรมในเลือดในลักษณะเดียวกับฮีโมโกลบินโดยประมาณคือ มีประจุลบและเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อ ดังนั้นจึงป้องกันการเกิดภาวะขาดออกซิเจนในระดับเนื้อเยื่อ

จากการทดลองซ้ำหลายครั้ง ความสามารถของเจอร์เมเนียมในการกระตุ้นเซลล์ T-killer และส่งเสริมการเหนี่ยวนำของแกมมาอินเตอร์เฟอรอน ซึ่งยับยั้งกระบวนการสร้างเซลล์ที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็ว ได้รับการพิสูจน์แล้ว ทิศทางหลักของการออกฤทธิ์ของอินเตอร์เฟอรอนคือการต่อต้านเนื้องอกและ การป้องกันไวรัส, ฟังก์ชั่นป้องกันรังสีและภูมิคุ้มกันของระบบน้ำเหลือง

เจอร์เมเนียมในรูปของเซสควิออกไซด์มีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออน H+ ซึ่งทำให้ผลการทำลายล้างต่อเซลล์ร่างกายเรียบขึ้น การรับประกันการทำงานที่ยอดเยี่ยมของทุกระบบของร่างกายมนุษย์คือการส่งออกซิเจนไปยังเลือดและเนื้อเยื่อทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง เจอร์เมเนียมอินทรีย์ไม่เพียงแต่ส่งออกซิเจนไปยังทุกจุดของร่างกายเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการมีปฏิสัมพันธ์กับไฮโดรเจนไอออนอีกด้วย

• - เจอร์เมเนียมเป็นโลหะ แต่ความเปราะบางเทียบได้กับแก้ว
• - หนังสืออ้างอิงบางเล่มอ้างว่าเจอร์เมเนียมมีสีเงิน แต่สิ่งนี้ไม่สามารถพูดได้เนื่องจากสีของเจอร์เมเนียมขึ้นอยู่กับวิธีการประมวลผลพื้นผิวโลหะโดยตรง บางครั้งอาจปรากฏเกือบเป็นสีดำ บางครั้งก็มีสีเหล็ก และบางครั้งอาจเป็นสีเงิน
• - เจอร์เมเนียมถูกค้นพบบนพื้นผิวดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับอุกกาบาตที่ตกลงมาจากอวกาศ
• - สารประกอบออร์กาโนธาตุแรกของเจอร์เมเนียมได้มาจากผู้ค้นพบธาตุ Clemens Winkler จากเจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์ในปี พ.ศ. 2430 มันคือเตตระเอทิลเจอร์มาเนียม. ในบรรดาสารประกอบออร์กาโนเอลิเมนต์ทั้งหมดของเจอร์เมเนียมที่ได้รับในปัจจุบัน ไม่มีสารประกอบใดที่เป็นพิษ ในเวลาเดียวกันออร์กาโนตินและธาตุตะกั่วส่วนใหญ่ซึ่งเป็นคุณสมบัติทางกายภาพของเจอร์เมเนียมคล้ายคลึงกันก็เป็นพิษ
• - มิทรี อิวาโนวิช เมนเดเลเยฟทำนายองค์ประกอบทางเคมีสามองค์ประกอบก่อนที่จะค้นพบ รวมถึงเจอร์เมเนียมด้วย ซึ่งเรียกธาตุนี้ว่าเอคาซิลิกอนเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับซิลิคอน คำทำนายของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้โด่งดังนั้นแม่นยำมากจนทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจรวมทั้ง และวินเคลอร์ผู้ค้นพบเจอร์เมเนียม น้ำหนักอะตอมตาม Mendeleev คือ 72 ในความเป็นจริงคือ 72.6; ความถ่วงจำเพาะตาม Mendeleev คือ 5.5 ในความเป็นจริง - 5.469; ปริมาตรอะตอมตาม Mendeleev คือ 13 ในความเป็นจริง - 13.57; ออกไซด์สูงสุดตาม Mendeleev คือ EsO2 ในความเป็นจริง - GeO2 ความถ่วงจำเพาะของมันตาม Mendeleev คือ 4.7 ในความเป็นจริง - 4.703; สารประกอบคลอไรด์ตาม Mendeleev EsCl4 - ของเหลว จุดเดือดประมาณ 90°C ในความเป็นจริง - สารประกอบคลอไรด์ GeCl4 - ของเหลว จุดเดือด 83°C สารประกอบกับไฮโดรเจนตาม Mendeleev EsH4 นั้นเป็นก๊าซ สารประกอบกับไฮโดรเจนในความเป็นจริง - GeH4 ก๊าซ สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกตาม Mendeleev Es(C2H5)4, จุดเดือด 160 °C, สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกจริง Ge(C2H5)4 จุดเดือด 163.5 °C ดังที่เห็นได้จากข้อมูลที่กล่าวถึงข้างต้น การทำนายของ Mendeleev มีความแม่นยำอย่างน่าประหลาดใจ
• - เมื่อวันที่ 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 Clemens Winkler เริ่มจดหมายถึง Mendeleev ด้วยคำว่า "Dear Sir" เขาบอกกับนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียอย่างสุภาพเกี่ยวกับการค้นพบธาตุใหม่ที่เรียกว่าเจอร์เมเนียม ซึ่งในคุณสมบัติของมันนั้นไม่มีอะไรอื่นนอกจาก "อีคาซิลิกอน" ที่ Mendeleev ทำนายไว้ก่อนหน้านี้ คำตอบของ Dmitry Ivanovich Mendeleev นั้นสุภาพไม่น้อย นักวิทยาศาสตร์เห็นด้วยกับการค้นพบของเพื่อนร่วมงาน โดยเรียกเจอร์เมเนียมว่า "มงกุฎของระบบธาตุของเขา" และวิงเคลอร์เป็น "บิดา" ของธาตุ ซึ่งคู่ควรกับการสวม "มงกุฎ" นี้
• - เจอร์เมเนียมในฐานะเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาการสร้างวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิของไฮโดรเจนเหลว แต่ไม่ใช่ฮีเลียมเหลว ดังที่คุณทราบ ไฮโดรเจนจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวจากสถานะก๊าซเมื่อมีอุณหภูมิถึง –252.6°C หรือ 20.5°K ในยุค 70 มีการพัฒนาฟิล์มเจอร์เมเนียมและไนโอเบียมซึ่งมีความหนาเพียงไม่กี่พันอะตอมเท่านั้น ฟิล์มนี้สามารถรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้แม้อุณหภูมิจะสูงถึง 23.2°K และต่ำกว่า
• - เมื่อปลูกผลึกเดี่ยวเจอร์เมเนียม ผลึกเจอร์เมเนียม “เมล็ด” จะถูกวางบนพื้นผิวของเจอร์เมเนียมหลอมเหลว ซึ่งค่อย ๆ ยกขึ้นโดยใช้อุปกรณ์อัตโนมัติ ในขณะที่อุณหภูมิหลอมละลายจะสูงกว่าจุดหลอมเหลวของเจอร์เมเนียมเล็กน้อย (937 ° ค). “เมล็ด” หมุนเพื่อให้ผลึกเดี่ยวอย่างที่พวกเขาพูดว่า “เติบโตพร้อมกับเนื้อ” จากทุกด้านเท่าๆ กัน ควรสังเกตว่าในระหว่างการเติบโตสิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นเช่นเดียวกับระหว่างการละลายของโซนคือ เจอร์เมเนียมเกือบเท่านั้นที่ผ่านเข้าสู่สถานะของแข็ง และสิ่งสกปรกทั้งหมดยังคงอยู่ในสถานะหลอมละลาย

เรื่องราว

การมีอยู่ของธาตุดังกล่าว เช่น เจอร์เมเนียม ได้รับการทำนายไว้เมื่อปี พ.ศ. 2414 โดย Dmitry Ivanovich Mendeleev เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับซิลิคอน จึงได้ชื่อว่า eca-silicon ในปี 1886 ศาสตราจารย์แห่ง Freiberg Mining Academy ค้นพบอาร์ไจโรไดต์ ซึ่งเป็นแร่เงินชนิดใหม่ จากนั้นแร่นี้ได้รับการตรวจสอบอย่างระมัดระวังโดยศาสตราจารย์วิชาเคมีเทคนิค Clemens Winkler ซึ่งทำการวิเคราะห์แร่อย่างสมบูรณ์ Winkler วัยสี่สิบแปดปีได้รับการพิจารณาอย่างถูกต้องว่าเป็นนักวิเคราะห์ที่ดีที่สุดของ Freiberg Mining Academy ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเขาถึงได้รับโอกาสศึกษาอาร์ไจโรไดต์

ในระยะเวลาอันสั้น ศาสตราจารย์สามารถจัดทำรายงานเกี่ยวกับเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบต่างๆ ในแร่ดั้งเดิม: เงินในองค์ประกอบคือ 74.72%; กำมะถัน - 17.13%; เหล็กออกไซด์ – 0.66%; ปรอท – 0.31%; ซิงค์ออกไซด์ - 0.22% แต่เกือบเจ็ดเปอร์เซ็นต์ - นี่คือส่วนแบ่งขององค์ประกอบที่ไม่รู้จักซึ่งดูเหมือนว่าจะยังไม่ถูกค้นพบในเวลาอันไกลโพ้นนั้น ในการเชื่อมต่อกับสิ่งนี้ Winkler ตัดสินใจแยกส่วนประกอบที่ไม่ปรากฏชื่อของ argyrodpt ศึกษาคุณสมบัติของมันและในกระบวนการวิจัยเขาตระหนักว่าจริง ๆ แล้วเขาได้พบองค์ประกอบใหม่ทั้งหมด - มันคือ escaplicium ซึ่งทำนายโดย D.I. เมนเดเลเยฟ.

อย่างไรก็ตาม การคิดว่างานของ Winkler เป็นไปอย่างราบรื่นคงเป็นเรื่องผิด Dmitry Ivanovich Mendeleev นอกเหนือจากบทที่แปดของหนังสือ "ความรู้พื้นฐานทางเคมี" เขียนว่า: "ในตอนแรก (กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429) การขาดวัสดุตลอดจนการขาดสเปกตรัมในเปลวไฟและความสามารถในการละลายของเจอร์เมเนียม ขัดขวางการวิจัยของ Winkler อย่างจริงจัง...” ควรให้ความสนใจกับคำว่า “ขาดสเปกตรัม” แต่ยังไงล่ะ? ในปี พ.ศ. 2429 มีวิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอยู่แล้ว เมื่อใช้วิธีการนี้ ธาตุต่างๆ เช่น แทลเลียม รูบิเดียม อินเดียม ซีเซียมบนโลก และฮีเลียมบนดวงอาทิตย์ก็ถูกค้นพบ นักวิทยาศาสตร์รู้แน่อยู่แล้วว่าองค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบมีสเปกตรัมเฉพาะตัวโดยไม่มีข้อยกเว้น แต่ทันใดนั้นก็ไม่มีสเปกตรัม!

คำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้ปรากฏขึ้นในภายหลังเล็กน้อย เจอร์เมเนียมมีเส้นสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะ ความยาวคลื่นคือ 2651.18; 3039.06 ĺ และอีกสองสามอย่าง อย่างไรก็ตาม พวกมันทั้งหมดอยู่ในส่วนที่มองไม่เห็นของรังสีอัลตราไวโอเลต ถือได้ว่าโชคดีที่ Winkler ยึดมั่นในวิธีการวิเคราะห์แบบดั้งเดิม เพราะเป็นวิธีการเหล่านี้ที่ทำให้เขาประสบความสำเร็จ

วิธีการรับเจอร์เมเนียมจากแร่ของ Winkler ค่อนข้างใกล้เคียงกับวิธีการทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ในการแยกธาตุ 32 ประการแรก เจอร์เมเนียมซึ่งมีอยู่ในอาร์การอดไนต์ ถูกแปลงเป็นไดออกไซด์ จากนั้นผงสีขาวที่ได้จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิ 600-700 °C ในบรรยากาศไฮโดรเจน ในกรณีนี้ปฏิกิริยาปรากฏชัดเจน: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O

โดยวิธีนี้เองที่ทำให้ได้ธาตุเจอร์เมเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์หมายเลข 32 มาเป็นครั้งแรก ในตอนแรก Winkler ตั้งใจจะตั้งชื่อวานาเดียมเนปทูเนียมเพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวเคราะห์ชื่อเดียวกัน เนื่องจากมีการคาดการณ์ดาวเนปจูนเช่นเดียวกับเจอร์เมเนียมแล้วจึงพบเท่านั้น แต่ปรากฏว่ามีการใช้ชื่อนี้ไปแล้วครั้งหนึ่ง องค์ประกอบทางเคมีชนิดหนึ่งที่ถูกค้นพบอย่างไม่ถูกต้องเรียกว่าเนปทูเนียม วิงค์เลอร์เลือกที่จะไม่ประนีประนอมกับชื่อและการค้นพบของเขา และปฏิเสธเนปทูเนียม นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสคนหนึ่งชื่อ Rayon เสนอ แต่ต่อมาเขายอมรับว่าข้อเสนอของเขาเป็นเรื่องตลก เขาแนะนำให้เรียกองค์ประกอบเชิงมุมเช่น “ขัดแย้งเชิงมุม” แต่ Winkler ก็ไม่ชอบชื่อนี้เช่นกัน เป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์เลือกชื่อองค์ประกอบของเขาอย่างอิสระและเรียกมันว่าเจอร์เมเนียมเพื่อเป็นเกียรติแก่ประเทศบ้านเกิดของเขาในเยอรมนีเมื่อเวลาผ่านไปชื่อนี้ก็ได้รับการยอมรับ

ถึงครึ่งหลัง. ศตวรรษที่ XX การใช้เจอร์เมเนียมในทางปฏิบัติยังค่อนข้างจำกัด การผลิตโลหะทางอุตสาหกรรมเกิดขึ้นจากการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์เท่านั้น

อยู่ในธรรมชาติ

เจอร์เมเนียมสามารถจำแนกได้เป็นธาตุ โดยธรรมชาติแล้ว องค์ประกอบนั้นไม่ได้เกิดขึ้นในรูปแบบอิสระเลย ปริมาณโลหะทั้งหมดในเปลือกโลกโดยมวลคือ 7 × 10 −4%% นี่เป็นมากกว่าเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมี เช่น เงิน พลวง หรือบิสมัท แต่แร่ธาตุของเจอร์เมเนียมนั้นค่อนข้างหายากและไม่ค่อยพบในธรรมชาติ แร่ธาตุเหล่านี้เกือบทั้งหมดคือซัลโฟซอลต์ เช่น germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 และอื่นๆ

ส่วนหลักของเจอร์เมเนียมที่กระจัดกระจายอยู่ในเปลือกโลกนั้นมีอยู่ในหินจำนวนมากรวมถึงแร่ธาตุหลายชนิด: แร่ซัลไฟต์ของโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก แร่เหล็กแร่ออกไซด์บางชนิด (โครไมต์ แมกนีไทต์ รูไทล์ และอื่นๆ) หินแกรนิต ไดเบส และบะซอลต์ ในสฟาเลอไรต์บางชนิด ปริมาณธาตุอาจสูงถึงหลายกิโลกรัมต่อตัน ตัวอย่างเช่น ในแฟรงไกต์และซัลวาไนต์ 1 กิโลกรัม/ตัน ในปริมาณที่ให้พลังงานแก่เจอร์เมเนียมคือ 5 กิโลกรัม/ตัน ในไพราร์ไจไรต์ - สูงถึง 10 กิโลกรัม/ตัน และ ในซิลิเกตและซัลไฟด์อื่น ๆ - นับสิบหลายร้อย g/t เจอร์เมเนียมสัดส่วนเล็กน้อยมีอยู่ในซิลิเกตเกือบทั้งหมด เช่นเดียวกับในน้ำมันและถ่านหินบางส่วน

แร่ธาตุหลักของธาตุคือเจอร์เมเนียมซัลไฟต์ (สูตร GeS2) แร่นี้พบเป็นสิ่งเจือปนในซิงค์ซัลไฟต์และโลหะอื่นๆ แร่ธาตุเจอร์เมเนียมที่สำคัญที่สุดคือ: germanite Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, Plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottite FeGe(OH) 6, renierite Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 และอาร์ไจโรไดต์ Ag 8 GeS 6

เยอรมนีมีอยู่ในดินแดนของทุกรัฐโดยไม่มีข้อยกเว้น แต่ไม่มีประเทศอุตสาหกรรมใดในโลกที่มีแหล่งสะสมของโลหะนี้ เจอร์เมเนียมกระจายตัวมาก บนโลก แร่ธาตุของโลหะนี้ถือว่าหายากมากหากมีเจอร์เมเนียมมากกว่า 1% เป็นอย่างน้อย แร่ธาตุดังกล่าว ได้แก่ เจอร์เมไนต์ อาร์ไจโรไดต์ อัลตราบาไซต์ ฯลฯ รวมถึงแร่ธาตุที่ค้นพบในทศวรรษที่ผ่านมา เช่น สโทไทต์ รีเนไรต์ พลัมโบเกอร์มาไนต์ และคอนฟิลไดต์ การสะสมของแร่ธาตุเหล่านี้ทั้งหมดไม่สามารถครอบคลุมความต้องการของอุตสาหกรรมสมัยใหม่สำหรับองค์ประกอบทางเคมีที่หายากและสำคัญนี้ได้

เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่กระจายตัวอยู่ในแร่ธาตุขององค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ และยังพบในน้ำธรรมชาติ ถ่านหิน สิ่งมีชีวิต และดินอีกด้วย ตัวอย่างเช่นเนื้อหาเจอร์เมเนียมในสามัญ ถ่านหินบางครั้งถึงมากกว่า 0.1% แต่ตัวเลขดังกล่าวค่อนข้างหายาก โดยปกติแล้วส่วนแบ่งของเจอร์เมเนียมจะต่ำกว่า แต่แทบไม่มีเจอร์เมเนียมในแอนทราไซต์

ใบเสร็จ

เมื่อแปรรูปเจอร์เมเนียมซัลไฟด์จะได้รับ GeO 2 ออกไซด์ซึ่งจะถูกรีดิวซ์ด้วยความช่วยเหลือของไฮโดรเจนเพื่อให้ได้เจอร์เมเนียมอิสระ

ในการผลิตทางอุตสาหกรรม เจอร์เมเนียมถูกสกัดโดยส่วนใหญ่เป็นผลพลอยได้จากการแปรรูปแร่โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (ซิงค์ผสม, โพลีเมทัลลิกผสมสังกะสี-ทองแดง-ตะกั่วที่มีเจอร์เมเนียม 0.001-0.1%), เถ้าจากการเผาไหม้ถ่านหิน และสารเคมีโค้กบางชนิด สินค้า.

ในขั้นแรกเจอร์เมเนียมเข้มข้น (จาก 2% ถึง 10% เจอร์เมเนียม) ถูกแยกได้จากแหล่งที่กล่าวถึงข้างต้นด้วยวิธีต่างๆ ซึ่งการเลือกขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัตถุดิบ ในระหว่างการประมวลผลถ่านมวย เจอร์เมเนียมจะตกตะกอนบางส่วน (จาก 5% ถึง 10%) ลงในน้ำน้ำมันดินและเรซิน จากนั้นจะถูกสกัดร่วมกับแทนนิน หลังจากนั้นจึงทำให้แห้งและเผาที่อุณหภูมิ 400-500°C . ผลลัพธ์ที่ได้คือความเข้มข้นที่มีเจอร์เมเนียมประมาณ 30-40% ซึ่งเจอร์เมเนียมถูกแยกออกมาในรูปของ GeCl 4 . กระบวนการสกัดเจอร์เมเนียมจากสารเข้มข้นตามกฎนั้นรวมถึงขั้นตอนเดียวกัน:

1) ใช้คลอรีนเข้มข้น ของกรดไฮโดรคลอริกซึ่งเป็นส่วนผสมของกรดและคลอรีนในตัวกลางที่เป็นน้ำหรือสารคลอรีนอื่นๆ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิด GeCl 4 ทางเทคนิค ในการทำให้ GeCl 4 บริสุทธิ์ จะใช้การแก้ไขและการสกัดสิ่งเจือปนด้วยกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น

2) ดำเนินการไฮโดรไลซิสของ GeCl 4 ผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสจะถูกเผาเพื่อให้ได้ GeO 2 ออกไซด์

3) GeO ถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนหรือแอมโมเนียเป็นโลหะบริสุทธิ์

เมื่อได้รับเจอร์เมเนียมบริสุทธิ์ที่สุดซึ่งใช้ในอุปกรณ์ทางเทคนิคของเซมิคอนดักเตอร์ จะดำเนินการหลอมโลหะแบบโซน เจอร์เมเนียมผลึกเดี่ยวที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ มักจะได้มาจากการหลอมแบบโซนหรือวิธี Czochralski

วิธีการแยกเจอร์เมเนียมออกจากน้ำน้ำมันดินของพืชโค้กได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต V.A. นาซาเรนโก. วัตถุดิบนี้มีเจอร์เมเนียมไม่เกิน 0.0003% อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้สารสกัดจากไม้โอ๊ค ทำให้สามารถตกตะกอนเจอร์เมเนียมได้ง่ายในรูปของสารแทนไนด์คอมเพล็กซ์

ส่วนประกอบหลักของแทนนินคือกลูโคสเอสเตอร์ซึ่งมีอนุมูลของกรดเมตาดิกัลลิกซึ่งจับเจอร์เมเนียมแม้ว่าความเข้มข้นขององค์ประกอบในสารละลายจะต่ำมากก็ตาม จากตะกอนคุณสามารถรับความเข้มข้นที่มีเจอร์เมเนียมไดออกไซด์สูงถึง 45% ได้อย่างง่ายดาย

การเปลี่ยนแปลงครั้งต่อไปจะขึ้นอยู่กับประเภทของวัตถุดิบเพียงเล็กน้อย เจอร์เมเนียมถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจน (เช่นเดียวกับวิงค์เลอร์ในศตวรรษที่ 19) อย่างไรก็ตาม จะต้องแยกเจอร์เมเนียมออกไซด์ออกจากสิ่งเจือปนจำนวนมากก่อน การผสมผสานคุณสมบัติของสารประกอบเจอร์เมเนียมหนึ่งชนิดเข้าด้วยกันอย่างประสบความสำเร็จนั้นมีประโยชน์มากในการแก้ปัญหานี้

เจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์ GeCl4 เป็นของเหลวระเหยง่ายซึ่งมีอุณหภูมิเดือดเพียง 83.1°C ดังนั้นจึงค่อนข้างสะดวกที่จะทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นและการแก้ไข (ในคอลัมน์ควอตซ์พร้อมบรรจุภัณฑ์)

GeCl4 แทบไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งหมายความว่าในการทำความสะอาด คุณสามารถใช้การละลายสิ่งเจือปนด้วย HCl ได้

เจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์บริสุทธิ์จะได้รับการบำบัดด้วยน้ำและทำให้บริสุทธิ์โดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน สัญญาณของความบริสุทธิ์ที่ต้องการคือการเพิ่มความต้านทานของน้ำเป็น 15-20 ล้านโอห์ม cm

การไฮโดรไลซิสของ GeCl4 เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของน้ำ:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl

คุณอาจสังเกตเห็นว่าก่อนหน้าเราสมการสำหรับปฏิกิริยาการผลิตเจอร์เมเนียมเตตราคลอไรด์ "เขียนไปข้างหลัง"

ตามด้วยการลดลงของ GeO2 โดยใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O

ผลลัพธ์ที่ได้คือเจอร์เมเนียมแบบผง ซึ่งถูกหลอมละลายและทำให้บริสุทธิ์โดยการหลอมแบบโซน วิธีการทำให้บริสุทธิ์นี้ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1952 เพื่อการทำให้บริสุทธิ์ของเจอร์เมเนียมโดยเฉพาะ

สิ่งเจือปนที่จำเป็นต่อการนำไฟฟ้าประเภทหนึ่งไปยังเจอร์เมเนียมจะถูกนำเสนอในขั้นตอนสุดท้ายของการผลิต กล่าวคือ ระหว่างการหลอมโซน รวมถึงในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว

แอปพลิเคชัน

เจอร์เมเนียมเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีในการผลิตไมโครวงจรและทรานซิสเตอร์ ฟิล์มเจอร์เมเนียมที่บางที่สุดจะสะสมอยู่บนกระจกและใช้เป็นความต้านทานในการติดตั้งเรดาร์ โลหะผสมของเจอร์เมเนียมกับโลหะหลายชนิดใช้ในการผลิตเครื่องตรวจจับและเซ็นเซอร์ เจอร์เมเนียมไดออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแก้วที่ส่งรังสีอินฟราเรด

เจอร์เมเนียม เทลลูไรด์ทำหน้าที่เป็นวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกที่มีความเสถียรมายาวนาน และยังเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมเทอร์โมอิเล็กทริกด้วย (แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่หมายถึงเทอร์โมที่มี 50 μV/K) เจอร์เมเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษมีบทบาทเชิงกลยุทธ์เป็นพิเศษในการผลิตปริซึมและเลนส์ของ เลนส์อินฟราเรด ผู้บริโภคเจอร์เมเนียมรายใหญ่ที่สุดคือเลนส์อินฟราเรด ซึ่งใช้ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ระบบเล็งและนำทางขีปนาวุธ อุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน การทำแผนที่และศึกษาพื้นผิวโลกจากดาวเทียม เจอร์เมเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบใยแก้วนำแสง (การเติมเจอร์เมเนียมเตตราฟลูออไรด์ในเส้นใยแก้ว) เช่นเดียวกับในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

เจอร์เมเนียมในฐานะเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาการสร้างวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิของไฮโดรเจนเหลว แต่ไม่ใช่ฮีเลียมเหลว ดังที่คุณทราบ ไฮโดรเจนจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวจากสถานะก๊าซเมื่อมีอุณหภูมิถึง -252.6°C หรือ 20.5°K ในยุค 70 มีการพัฒนาฟิล์มเจอร์เมเนียมและไนโอเบียมซึ่งมีความหนาเพียงไม่กี่พันอะตอมเท่านั้น ฟิล์มนี้สามารถรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้แม้อุณหภูมิจะสูงถึง 23.2°K และต่ำกว่า

ด้วยการหลอมอินเดียมเข้ากับเพลต HES ทำให้เกิดพื้นที่ที่เรียกว่าการนำไฟฟ้าของรู เพื่อให้ได้อุปกรณ์แก้ไข เช่น ไดโอด. ไดโอดมีคุณสมบัติในการส่งกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียว: บริเวณอิเล็กทรอนิกส์จากบริเวณที่มีค่าการนำไฟฟ้าของรู หลังจากหลอมอินเดียมบนแผ่นไฟฟ้าพลังน้ำทั้งสองด้านแล้ว แผ่นนี้จะเปลี่ยนเป็นฐานของทรานซิสเตอร์ นับเป็นครั้งแรกในโลกที่ทรานซิสเตอร์ที่ทำจากเจอร์เมเนียมถูกสร้างขึ้นในปี 1948 และเพียงยี่สิบปีต่อมาอุปกรณ์ที่คล้ายกันก็ถูกผลิตขึ้นหลายร้อยล้านชิ้น

ไดโอดและไตรโอดที่ใช้เจอร์เมเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรทัศน์และวิทยุ ในอุปกรณ์ตรวจวัดและคอมพิวเตอร์หลายประเภท

เจอร์เมเนียมยังใช้ในด้านอื่นๆ ที่สำคัญโดยเฉพาะของเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น เมื่อวัดอุณหภูมิต่ำ เมื่อตรวจจับรังสีอินฟราเรด เป็นต้น

หากต้องการใช้ไม้กวาดในการใช้งานทั้งหมดนี้ จำเป็นต้องมีเจอร์เมเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเคมีและกายภาพสูงมาก ความบริสุทธิ์ของสารเคมีคือความบริสุทธิ์ซึ่งปริมาณของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายไม่ควรเกินหนึ่งในสิบล้านของเปอร์เซ็นต์ (10–7%) ความบริสุทธิ์ทางกายภาพหมายถึงความคลาดเคลื่อนขั้นต่ำ การรบกวนโครงสร้างผลึกของสารขั้นต่ำ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ เจอร์เมเนียมผลึกเดี่ยวจึงได้รับการปลูกฝังเป็นพิเศษ ในกรณีนี้ แท่งโลหะทั้งหมดเป็นเพียงผลึกเดียว

ในการทำเช่นนี้ ผลึกเจอร์เมเนียมหรือ "เมล็ดพืช" จะถูกวางบนพื้นผิวของเจอร์เมเนียมหลอมเหลว ซึ่งค่อยๆ ยกขึ้นโดยใช้อุปกรณ์อัตโนมัติ ในขณะที่อุณหภูมิหลอมเหลวจะสูงกว่าจุดหลอมเหลวของเจอร์เมเนียมเล็กน้อย (937 °C) “เมล็ด” หมุนเพื่อให้ผลึกเดี่ยวอย่างที่พวกเขาพูดว่า “เติบโตพร้อมกับเนื้อ” จากทุกด้านเท่าๆ กัน ควรสังเกตว่าในระหว่างการเติบโตสิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นเช่นเดียวกับระหว่างการละลายของโซนคือ เจอร์เมเนียมเกือบเท่านั้นที่ผ่านเข้าสู่สถานะของแข็ง และสิ่งสกปรกทั้งหมดยังคงอยู่ในสถานะหลอมละลาย

คุณสมบัติทางกายภาพ

อาจมีผู้อ่านบทความนี้เพียงไม่กี่คนที่มีโอกาสเห็นวาเนเดียมด้วยสายตา องค์ประกอบนี้ค่อนข้างหายากและมีราคาแพงสินค้าอุปโภคบริโภคไม่ได้ทำจากมันและการเติมเจอร์เมเนียมซึ่งสามารถพบได้ในเครื่องใช้ไฟฟ้ามีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นโลหะ

หนังสืออ้างอิงบางเล่มระบุว่าเจอร์เมเนียมมีสีเงิน แต่สิ่งนี้ไม่สามารถพูดได้เนื่องจากสีของเจอร์เมเนียมขึ้นอยู่กับวิธีการประมวลผลพื้นผิวโลหะโดยตรง บางครั้งอาจปรากฏเกือบเป็นสีดำ บางครั้งก็มีสีเหล็ก และบางครั้งอาจเป็นสีเงิน

เจอร์เมเนียมเป็นโลหะหายากที่สามารถเปรียบเทียบราคาทองคำแท่งกับราคาทองคำได้ เจอร์เมเนียมมีความเปราะบางเพิ่มขึ้นซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับแก้วเท่านั้น ภายนอกเจอร์เมเนียมค่อนข้างใกล้เคียงกับซิลิคอน องค์ประกอบทั้งสองนี้เป็นคู่แข่งกันสำหรับชื่อเซมิคอนดักเตอร์และแอนะล็อกที่สำคัญที่สุด แม้ว่าคุณสมบัติทางเทคนิคบางอย่างขององค์ประกอบจะคล้ายกันมาก รวมถึงรูปลักษณ์ภายนอกของวัสดุด้วย แต่ก็สามารถแยกแยะเจอร์เมเนียมจากซิลิคอนได้ง่ายมาก โดยเจอร์เมเนียมมีน้ำหนักมากกว่าสองเท่า ความหนาแน่นของซิลิคอนคือ 2.33 g/cm3 และความหนาแน่นของเจอร์เมเนียมคือ 5.33 g/cm3

แต่เราไม่สามารถพูดอย่างชัดเจนเกี่ยวกับความหนาแน่นของเจอร์เมเนียมได้เพราะว่า รูปที่ 5.33 g/cm3 อ้างอิงถึงเจอร์เมเนียม-1 มันเป็นหนึ่งในการปรับเปลี่ยนที่สำคัญและพบบ่อยที่สุดของการปรับเปลี่ยน allotropic ทั้งห้าขององค์ประกอบ 32 สี่อันเป็นผลึกและอีกอันไม่มีรูปร่าง เจอร์เมเนียม-1 เป็นการดัดแปลงที่เบาที่สุดของผลึกทั้งสี่ชนิด คริสตัลถูกสร้างขึ้นเหมือนกับคริสตัลเพชรทุกประการ a = 0.533 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม หากโครงสร้างคาร์บอนนี้มีความหนาแน่นมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สำหรับเจอร์เมเนียมก็จะมีการดัดแปลงที่หนาแน่นมากขึ้นเช่นกัน การให้ความร้อนปานกลางและความดันสูง (ประมาณ 3 หมื่นบรรยากาศที่ 100 °C) เปลี่ยนเจอร์เมเนียม-1 ให้เป็นเจอร์เมเนียม-2 ซึ่งเป็นโครงสร้างตาข่ายคริสตัลที่เหมือนกับดีบุกสีขาวทุกประการ วิธีการที่คล้ายกันนี้ใช้เพื่อให้ได้เจอร์เมเนียม-3 และเจอร์เมเนียม-4 ซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า การปรับเปลี่ยนที่ "ไม่ธรรมดา" ทั้งหมดนี้เหนือกว่าเจอร์เมเนียม-1 ไม่เพียงแต่ในด้านความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการนำไฟฟ้าด้วย

ความหนาแน่นของเจอร์เมเนียมเหลวคือ 5.557 g/cm3 (ที่ 1,000°C) จุดหลอมเหลวของโลหะคือ 937.5°C; จุดเดือดประมาณ 2,700°C; ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนจะอยู่ที่ประมาณ 60 W / (m (K) หรือ 0.14 cal / (ซม. (วินาที (องศา)) ที่อุณหภูมิ 25 ° C ที่อุณหภูมิปกติแม้แต่เจอร์เมเนียมบริสุทธิ์ก็ยังเปราะบาง แต่เมื่อใด ถึง 550 ° C เริ่มให้การเสียรูปแบบพลาสติก ในระดับแร่วิทยาความแข็งของเจอร์เมเนียมอยู่ระหว่าง 6 ถึง 6.5 ค่าสัมประสิทธิ์การอัด (ในช่วงความดันตั้งแต่ 0 ถึง 120 GN / m2 หรือตั้งแต่ 0 ถึง 12000 kgf/mm2) คือ 1.4 10-7 m 2 /mn (หรือ 1.4·10-6 cm 2 /kgf) แรงตึงผิวคือ 0.6 n/m (หรือ 600 dynes/cm)

เจอร์เมเนียมเป็นสารกึ่งตัวนำทั่วไปที่มีขนาดแถบความถี่ 1.104·10 -19 หรือ 0.69 eV (ที่อุณหภูมิ 25 °C) เจอร์เมเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงมีความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ 0.60 โอห์ม (m (60 โอห์ม (ซม.)) (25 °C) การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนคือ 3900 และการเคลื่อนตัวของรูคือ 1900 cm 2 /v. วินาที (ที่ 25 °C และที่ปริมาณของ สิ่งเจือปน 8%) สำหรับรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 ไมครอน โลหะจะมีความโปร่งใส

เจอร์เมเนียมค่อนข้างเปราะบาง ไม่สามารถทำงานได้ด้วยแรงดันร้อนหรือเย็นจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่า 550 °C แต่ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้น โลหะจะมีความเหนียว ความแข็งของโลหะในระดับแร่วิทยาคือ 6.0-6.5 (เจอร์เมเนียมถูกเลื่อยเป็นแผ่นโดยใช้แผ่นโลหะหรือเพชรและสารกัดกร่อน)

คุณสมบัติทางเคมี

เจอร์เมเนียมเมื่อพบในสารประกอบทางเคมี มักจะแสดงค่าเวเลนซีที่สองและสี่ แต่สารประกอบของเจอร์เมเนียมแบบเตตระวาเลนต์มีความเสถียรมากกว่า เจอร์เมเนียมที่อุณหภูมิห้องสามารถทนต่อน้ำ อากาศ รวมถึงสารละลายอัลคาไล และเจือจางความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกหรือกรดไฮโดรคลอริก แต่ธาตุนั้นละลายได้ง่ายในกรดกัดทองหรือสารละลายอัลคาไลน์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ธาตุจะถูกออกซิไดซ์อย่างช้าๆ โดยการกระทำของกรดไนตริก เมื่ออุณหภูมิในอากาศสูงถึง 500-700 °C เจอร์เมเนียมจะเริ่มออกซิไดซ์เป็นออกไซด์ GeO 2 และ GeO (IV) เจอร์เมเนียมออกไซด์เป็นผงสีขาวที่มีจุดหลอมเหลว 1,116 ° C และความสามารถในการละลายในน้ำ 4.3 g/l (ที่ 20 ° C) ตามคุณสมบัติทางเคมี สารนี้เป็นแอมโฟเทอริก ละลายได้ในอัลคาไล และมีความยากในกรดแร่ ได้มาจากการเจาะของตะกอนไฮเดรชั่น GeO 3 nH 2 O ซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิส อนุพันธ์ของกรดเจอร์เมเนียม เช่น เจอร์เมเนตของโลหะ (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 เป็นต้น) เป็นของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูง สามารถรับได้โดยการหลอมรวม GeO 2 และออกไซด์อื่น ๆ

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของเจอร์เมเนียมและฮาโลเจนทำให้เกิด tetrahalides ที่เกี่ยวข้องได้ ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายที่สุดกับคลอรีนและฟลูออรีน (แม้ที่อุณหภูมิห้อง) จากนั้นด้วยไอโอดีน (อุณหภูมิ 700-800 °C มี CO) และโบรมีน (ที่ความร้อนต่ำ) สารประกอบที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งของเจอร์เมเนียมคือเตตระคลอไรด์ (สูตร GeCl 4) เป็นของเหลวไม่มีสี มีจุดหลอมเหลว 49.5 °C จุดเดือด 83.1 °C และความหนาแน่น 1.84 g/cm3 (ที่ 20 °C) สารนี้จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างรุนแรงด้วยน้ำ โดยปล่อยตะกอนของไฮเดรตออกไซด์ (IV) เตตระคลอไรด์ได้มาจากการทำคลอรีนโลหะเจอร์เมเนียมหรือโดยการทำปฏิกิริยา GeO 2 ออกไซด์และกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น เจอร์เมเนียมไดฮาไลด์ด้วย สูตรทั่วไป GeX 2, hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6, GeCl โมโนคลอไรด์ รวมถึงเจอร์เมเนียมออกซีคลอไรด์ (เช่น CeOCl 2)

เมื่อถึงอุณหภูมิ 900-1,000 °C ซัลเฟอร์จะทำปฏิกิริยากับเจอร์เมเนียมอย่างแรง ทำให้เกิดเป็น GeS 2 ไดซัลไฟด์ เป็นของแข็งสีขาว มีจุดหลอมเหลว 825 °C การก่อตัวของ GeS โมโนซัลไฟด์และสารประกอบเจอร์เมเนียมที่คล้ายกันกับเทลลูเรียมและซีลีเนียมซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ก็เป็นไปได้เช่นกัน ที่อุณหภูมิ 1,000-1100 °C ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับเจอร์เมเนียมเล็กน้อย ทำให้เกิดเชื้อโรค (GeH) X ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรและมีความผันผวนสูง ไฮโดรเจนเจอร์ไรด์ของซีรีส์ Ge n H 2n + 2 ถึง Ge 9 H 20 สามารถเกิดขึ้นได้โดยการทำปฏิกิริยาเจอร์ไรด์กับ HCl เจือจาง Germylene ที่มีองค์ประกอบ GeH 2 เป็นที่รู้จักกัน เจอร์เมเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนโดยตรง แต่มีไนไตรด์ Ge 3 N 4 ซึ่งได้มาเมื่อเจอร์เมเนียมสัมผัสกับแอมโมเนีย (700-800 ° C) เจอร์เมเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน ด้วยโลหะหลายชนิด เจอร์เมเนียมจึงเกิดสารประกอบต่างๆ - เจอร์ไนด์

มีสารประกอบเชิงซ้อนที่รู้จักกันดีของเจอร์เมเนียมหลายชนิด ซึ่งมีความสำคัญมากขึ้นในเคมีวิเคราะห์ของธาตุเจอร์เมเนียม ตลอดจนในกระบวนการได้รับ องค์ประกอบทางเคมี- เจอร์เมเนียมสามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนด้วยโมเลกุลอินทรีย์ที่มีไฮดรอกซิล (โพลีไฮดริกแอลกอฮอล์, กรดโพลีบาซิก ฯลฯ ) นอกจากนี้ยังมีเจอร์เมเนียมเฮเทอโรโพลีแอซิด เช่นเดียวกับองค์ประกอบอื่นๆ ของกลุ่ม IV เจอร์เมเนียมมักก่อให้เกิดสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก ตัวอย่างคือ tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3