1870 року Д.І. Менделєєв виходячи з періодичного закону передбачив ще невідкритий елемент IV групи, назвавши його екасилицієм, і описав основні властивості. У 1886 році німецький хімік Клеменс Вінклер при хімічному аналізі мінералу аргіродиту виявив цей хімічний елемент. Спочатку Вінклер хотів назвати новий елемент "нептунієм", але ця назва вже була дана одному з передбачуваних елементів, тому елемент отримав назву на честь батьківщини вченого - Німеччини.

Знаходження в природі, отримання:

Німеччина зустрічається в сульфідних рудах, залізняку, виявляється майже у всіх силікатах. Основні мінерали містять германій: аргіродит Ag 8 GeS 6 , конфільдит Ag 8 (Sn,Ce)S 6 , стетіт FeGe(OH) 6 , германіт Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , ренієрит Cu 3 ( Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
В результаті складних і трудомістких операцій зі збагачення руди та її концентрування германій виділяють у вигляді оксиду GeO 2 який відновлюють воднем при 600°C до простої речовини.
GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O
Очищення германію проводять методом зонної плавки, що робить його одним із найбільш хімічно чистих матеріалів.

Фізичні властивості:

Тверда речовина сіро-білого кольору, з металевим блиском (tпл 938°C, tкіп 2830°С)

Хімічні властивості:

За нормальних умов германій стійкий до дії повітря та води, лугів та кислот, розчиняється в царській горілці та у лужному розчині перекису водню. Ступені окислення германію у його сполуках: 2, 4.

Найважливіші сполуки:

Оксид германію(II), GeO, сіро-чорний., Слабо розтв. по-во, при нагріванні диспропорціонує: 2GeO = Ge + GeO 2
Гідроксид германію(II) Ge(OH) 2 , крас.-оранж. христ.,
Йодід Німеччина(II), GeI 2, жовтий. кр., розтв. у воді, гідрол. по кат.
Гідрид Німеччина(II), GeH 2 , тб. біл. пор., легко окис. та розлаг.

Оксид Німеччина(IV), GeO 2, біл. христ., амфотерн., отримують гідролізом хлориду, сульфіду, гідриду германію, або реакцією германію з азотною кислотою.
Гідроксид германію(IV), (германієва кислота), H 2 GeO 3 слабкий. неуст. двоосн. к-ту, солі германати, напр. германат натрію, Na 2 GeO 3 , біл. крист., розтв. в воді; гігроскопічний. Існують також гексагідроксогерманати Na 2 (орто-германати), та полігерманати
Сульфат Німеччина(IV), Ge (SO 4) 2 безцв. кр., гідролізуються водою до GeO 2 отримують нагріванням при 160°C хлориду германію(IV) з сірчаним ангідридом: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Галогеніди германію(IV), фторид GeF 4 - безц. газ, необр. гідрол., реагує з HF, утворюючи H 2 – германофтористоводневу кислоту: GeF 4 + 2HF = H 2 ,
хлорид GeCl 4 безцв. рідк., гідр., бромід GeBr 4, сірий. кр. або бесцв. рідк., розтв. в орг. з'єдн.,
йодид GeI 4, жовт.-оранж. кр., медл. гідр., розтв. в орг. з'єдн.
Сульфід Німеччина(IV), GeS 2, біл. кр., погано розтв. у воді, гідрол., реагує з лугами:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, утворюючи германати та тіогерманати.
Гідрид германію(IV), "герман", GeH 4 , бесцв. газ, органічні похідні тетраметилгерман Ge(CH 3) 4 тетраетилгерман Ge(C 2 H 5) 4 - бесцв. рідини.

Застосування:

Найважливіший напівпровідниковий матеріал, основні напрямки застосування: оптика, радіоелектроніка, ядерна фізика.

Сполуки германію мало токсичні. Німеччина – мікроелемент, який в організмі людини підвищує ефективність імунної системиорганізму, бореться з онкозахворюваннями, зменшує болючі відчуття. Зазначається також, що германій сприяє перенесенню кисню до тканин організму та є потужним антиоксидантом – блокатором вільних радикалів в організмі.
Добова потреба людини – 0,4–1,5 мг.
Чемпіоном з утримання Німеччини серед харчових продуктівє часник (750 мкг германію на 1 г сухої маси зубків часнику).

Матеріал підготовлений студентами ІФіХ ТюмДУ
Демченко Ю.В., Борноволокової О.О.
Джерела:
Німеччина//Вікіпедія./ URL: http://ua.wikipedia.org/?oldid=63504262 (дата звернення: 13.06.2014).
Німеччина//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (дата звернення: 13.06.2014).

Німеччина

НІМЕЧЧИНА-я; м.Хімічний елемент (Ge), тверда речовина сірувато-білого кольору з металевим блиском (є основним напівпровідниковим матеріалом). Платівка Німеччина.

◁ Німеччина, -а, -а. Пана сировина. Г. злиток.

(Лат. Germanium), хімічний елемент IV групи періодичної системи. Назва від латинського Germania – Німеччина, на честь батьківщини К. А. Вінклера. Сріблясто-сірі кристали; щільність 5,33 г/см 3 tпл 938,3 ºC. У природі розсіяний (власні мінерали рідкісні); видобувають із руд кольорових металів. Напівпровідниковий матеріал для електронних приладів (діоди, транзистори та ін.), компонент сплавів, матеріал для лінз в ІЧ-приладах, детекторів іонізуючого випромінювання.

НІМЕЧЧИНА (лат. Germanium), Gе (читається «гертемпманій»), хімічний елемент з атомним номером 32, атомна маса 72,61. Природний германій складається з п'яти ізотопів з масовими числами 70 (вміст у природній суміші 20,51% за масою), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%), та 76 ( 7,76%). Конфігурація зовнішнього електронного шару 4 s 2 p 2 . Ступені окиснення +4, +2 (валентності IV, II). Розташований у групі IVA, у 4 періоді у періодичній системі елементів.
Історія відкриття
Було відкрито К. А. Вінклером (див.ВІНКЛЕР Клеменс Олександр)(і названий на честь його батьківщини - Німеччини) в 1886 році при аналізі мінералу аргіродиту Ag 8 GeS 6 після того, як існування цього елемента і деякі його властивості були передбачені Д. І. Менделєєвим (див.Менделєєв Дмитро Іванович).
Знаходження у природі
Зміст у земній корі 1,5 · 10 -4% за масою. Належить до розсіяних елементів. У природі у вільному вигляді не зустрічається. Міститься у вигляді домішки в силікатах, осадових залізних, поліметалевих, нікелевих та вольфрамових рудах, вугіллі, торфі, нафтах, термальних водах та водоростях. Найважливіші мінерали: германіт Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, стетіт FeGe (OH) 6, плюмбогерманіт (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 · 2H 2 O, аргіродит Ag 8 GeS 6 , ренієрит Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 .
Отримання Німеччини
Для отримання германію використовують побічні продукти переробки руд кольорових металів, золу від спалювання вугілля, деякі продукти коксохімії. Сировину, що містить Ge, збагачують флотацією. Потім концентрат переводять в оксид GeO 2 , який відновлюють воднем (див.ВОДОРОД):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
Німеччин напівпровідникової чистоти з вмістом домішок 10 -3 -10 -4 % одержують зонною плавкою. (див.ЗОННА ПЛАВКА), кристалізацією (див.КРИСТАЛІЗАЦІЯ)або термолізом летючого моногермана GeH 4:
GeH 4 = Ge + 2H 2 ,
який утворюється при розкладанні кислотами сполук активних металівз Ge - германідів:
Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 - + 2MgCl 2
Фізичні та хімічні властивості
Німеччина – речовина сріблястого кольору з металевим блиском. Кристалічні грати стійкої модифікації (Ge I), кубічні, гранецентровані типу алмазу, а= 0,533 нм (при високих тисках отримано три інші модифікації). Температура плавлення 938,25 ° C, кипіння 2850 ° C, щільність 5,33 кг/дм 3 . Має напівпровідникові властивості, ширина забороненої зони 0,66 еВ (при 300 К). Німеччина прозора для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 2 мкм.
за хімічним властивостям Ge нагадує кремній (див.КРЕМНІЙ). За звичайних умов стійкий до кисню (див.КИСНЕД), парам води, розбавленим кислотам. У присутності сильних комплексоутворювачів або окислювачів при нагріванні Ge реагує з кислотами:
Ge + H 2 SO 4 конц = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2
Ge+4HNO 3 конц. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge реагує з царською горілкою (див.ЦАРСЬКА ГОРІЛЬ):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
З розчинами лугів Ge взаємодіє у присутності окислювачів:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2 .
Під час нагрівання на повітрі до 700 °C Ge загоряється. Ge легко взаємодіє з галогенами (див.ГАЛОГЕНИ)і сірою (див.СІРА):
Ge + 2I 2 = GeI 4
З воднем (див.ВОДОРОД), азотом (див.АЗОТ), вуглецем (див.УГЛЕРОД)германій безпосередньо реакції не вступає, з'єднання з цими елементами отримують непрямим шляхом. Наприклад, нітрид Ge 3 N 4 утворюється при розчиненні дііодида германію GeI 2 в рідкому аміаку:
GeI 2 + NH 3 рідкий -> n -> Ge 3 N 4
Оксид германію (IV), GeO 2 - біла кристалічна речовина, що існує в двох модифікаціях. Одна з модифікацій частково розчинна у воді з утворенням складних германієвих кислот. Виявляє амфотерні властивості.
З лугами GeO 2 взаємодіє як кислотний оксид:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 взаємодіє з кислотами:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Тетрагалогеніди Ge - неполярні сполуки, що легко гідролізуються водою.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Тетрагалогеніди отримують прямою взаємодією:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
або термічним розкладанням:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Гідриди германію за хімічними властивостями подібні до гідридів кремнію, але моногерман GeH 4 більш стійкий, ніж моносилан SiH 4 . Германи утворюють гомологічні ряди Ge n H 2n+2 , Ge n H 2n та інші, але ці ряди коротші, ніж у силанів.
Моногерман GeH 4 - газ, стійкий на повітрі, що не реагує з водою. При тривалому зберіганні розкладається на H2 та Ge. Отримують моногерман відновленням діоксиду германію GeO 2 борогідридом натрію NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2 .
Дуже нестійкий монооксид GeO утворюється при помірному нагріванні суміші германію та діоксиду GeO 2:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
З'єднання Ge (II) легко диспропорціонують з виділенням Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
Дисульфіду германію GeS 2 - біла аморфна або кристалічна речовина, що виходить осадженням H 2 S з кислих розчинів GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 + 4HCl
GeS 2 розчиняється в лугах та сульфідах амонію або лужних металів:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge може входити до складу органічних сполук. Відомі (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH та інші.
Застосування
Німеччина - напівпровідниковий матеріал, застосовується в техніці та радіоелектроніці при виробництві транзисторів та мікросхем. Тонкі плівки Ge, нанесені на скло, застосовують як опори в радарних установках. Сплави Ge з металами використовуються в датчиках та детекторах. Діоксид германію застосовують у виробництві скла, що пропускають інфрачервоне випромінювання.

Енциклопедичний словник. 2009 .

Дивитись що таке "німецький" в інших словниках:

Хімічний елемент, відкритий 1886 р. у рідкісному мінералі аргіродиті, знайденому Саксонії. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови Чудінов А.Н., 1910. Німеччин (назв. на честь батьківщини вченого, що відкрив елемент) хім. елемент, … … Словник іноземних слів російської мови

- (Germanium), Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59; неметал; Напівпровідниковий матеріал. Німеччина відкрита німецьким хіміком К. Вінклером у 1886 році. Сучасна енциклопедія

германій- Ge Елемент IV групи Періодич. системи; ат. н. 32, ат. м. 72,59; тб. речей з металлич. блиском. Природний Ge - суміш п'яти стабільних ізотопів з масовими числами 70, 72, 73, 74 і 76. Існування та властивості Ge передбачив у 1871 р. Д. І.… … Довідник технічного перекладача

Німеччина- (Germanium), Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59; неметал; Напівпровідниковий матеріал. Німеччина відкрита німецьким хіміком К. Вінклером в 1886. Ілюстрований енциклопедичний словник

- (Лат. Germanium) Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59. Названий від латинського Німеччини Німеччина, на честь батьківщини К. А. Вінклера. Сріблясто-сірі кристали; щільність 5,33 г/см³, tпл 938,3 … Великий Енциклопедичний словник

- (Символ Ge), біло сірий металевий елемент IV групи періодичної таблиці Менделєєва, в якій були передбачені властивості ще не відкритих елементів, зокрема, Німеччина (1871). Відкритий елемент у 1886 р. Побічний продукт виплавки цинкових ... Науково-технічний енциклопедичний словник

Ge (від лат. Germania Німеччина * a. germanium; н. Germanium; ф. germanium; і. germanio), хім. елемент IV групи періодич. системи Менделєєва, ат.н. 32, ат. м. 72,59. Природний Г. складається з 4 стабільних ізотопів 70Ge (20,55%), 72Ge. Геологічна енциклопедія

– (Ge), синтетич. монокристал, ПП, точкова група симетрії m3m, густина 5,327 г/см3, Tпл=936 °С, тб. за шкалою Мооса 6, ат. м. 72,60. Прозорий в ІЧ області від 1,5 до 20 мкм; оптично анізотропен, для l=1,80 мкм коеф. заломлення n = 4,143. Фізична енциклопедія

Сущ., кіл у синонімів: 3 напівпровідник (7) екасіліцій (1) речовина (159) … Словник синонімів

НІМЕЧЧИНИ- Хім. елемент, символ Ge (лат. Germanium), ат. н. 32, ат. м. 72,59; тендітна сріблясто-сіра кристалічна речовина, щільність 5327 кг/м3, біл = 937,5°С. У природі розсіяний; видобувають його головним чином при переробці цинкової обманки та… Велика політехнічна енциклопедія

Німеччина - хімічний елемент з атомним номером 32 в періодичній системі, що позначається символом Ge (нім. Germanium).

Історія відкриття Німеччини

Існування елемента екасилиція – аналога кремнію передбачено Д.І. Менделєєвим ще 1871 р. А 1886 р. один із професорів Фрейберзької гірничої академії відкрив новий мінерал срібла – аргіродит. Цей мінерал був переданий професору технічної хімії Клеменсу Вінклеру для повного аналізу.

Зробили це не випадково: 48-річний Вінклер вважався найкращим аналітикомакадемія.

Досить швидко він з'ясував, що срібла в мінералі 74,72%, сірки – 17,13, ртуті – 0,31, закису заліза – 0,66, окису цинку – 0,22%. І майже 7% ваги нового мінералу припадало на частку якогось незрозумілого елемента, швидше за все, ще невідомого. Вінклер виділив невідомий компонент аргіродпта, вивчив його властивості і зрозумів, що справді знайшов новий елемент – передбачений Менделєєвим екаспліцій. Такою є коротко історія елемента з атомним номером 32.

Проте неправильно було б думати, що робота Вінклера йшла гладко, без сучка, без задирки. Ось що пише з цього приводу Менделєєв у додатках до восьмого розділу «Основ хімії»: «Спершу (лютий 1886 р.) брак матеріалу, відсутність спектра в полум'ї пальника і розчинність багатьох сполук германію ускладнювали дослідження Вінклера...» Зверніть увагу на «відсутність спектра в полум'ї». Як же так? Адже 1886 р. вже існував метод спектрального аналізу; цим методом Землі вже було відкрито рубідій, цезій, талій, індій, але в Сонці – гелій. Вчені достовірно знали, що кожному хімічному елементу властивий абсолютно індивідуальний спектр, і раптом відсутність спектра!

Пояснення виникло пізніше. Характерні спектральні лінії у германію є - з довжиною хвиль 2651,18, 3039,06 і ​​ще кілька. Але всі вони лежать у невидимій ультрафіолетовій частині спектру, і можна вважати, удачею прихильність Вінклера до традиційних методів аналізу – саме вони привели до успіху.

Застосований Вінклер спосіб виділення германію схожий на один з нинішніх промислових методів отримання елемента №32. Спочатку германій, що містився в аргороднті, був переведений у двоокис, а потім цей білий порошок нагрівали до 600 ... 700 ° C в атмосфері водню. Реакція очевидна: GeO2+2H2 → Ge+2H2О.

Так було вперше отримано щодо чистий германій. Вінклер спочатку мав намір назвати новий елемент нептунієм на честь планети Нептун. (Як і елемент №32, ця планета була передбачена раніше, ніж відкрита). Але потім виявилося, що таке ім'я раніше присвоювалося одному хибно відкритому елементу, і, не бажаючи компрометувати своє відкриття, Вінклер відмовився від першого наміру. Не прийняв і пропозиції назвати новий елемент ангулярієм, тобто. «кутастим, що викликає суперечки» (а суперечок це відкриття справді викликало чимало). Щоправда, французький хімік Район, який висунув таку ідею, говорив пізніше, що його пропозиція була не більше ніж жартом. Вінклер назвав новий елемент германієм на честь своєї країни, і ця назва утвердилася.

Слід зазначити, що в процесі геохімічної еволюції земної кори відбулося вимивання значної кількості германію з більшої частини поверхні суші в океани, тому в даний час кількість цього мікроелемента, що міститься в ґрунті, - вкрай незначна.

Загальний вміст германію в земній корі 7×10 −4 % за масою, тобто більше, ніж, наприклад, сурми, срібла, вісмуту. Німеччина внаслідок незначного вмісту в земній корі та геохімічної спорідненості з деякими широко поширеними елементами виявляє обмежену здатність до утворення власних мінералів, розсіюючись у ґратах інших мінералів. Тому власні мінерали германію зустрічаються дуже рідко. Майже всі вони є сульфосолі: германіт Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 – 10% Ge), аргіродит Ag 8 GeS 6 (3,6 – 7% Ge), конфільдит Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (до 2% Ge) та ін. Основна маса германію розсіяна в земній корі у великій кількості гірських порід та мінералів. Так, наприклад, у деяких сфалеритах вміст германію досягає кілограмів на тонну, в енаргітах до 5 кг/т, у піраргіриті до 10 кг/т, у сульваніті та франкеїті 1 кг/т, в інших сульфідах і силікатах – сотні та десятки г/ т. Німеччина концентрується у родовищах багатьох металів - у сульфідних рудах кольорових металів, у залізних рудах, у деяких окисних мінералах (хроміті, магнетиті, рутилі та ін.), у гранітах, діабазах та базальтах. Крім того, германій присутній майже у всіх силікатах, у деяких родовищах кам'яного вугілля та нафти.

Німеччин отримують переважно з побічних продуктів переробки руд кольорових металів (цинкової обманки, цинково-мідно-свинцевих поліметалевих концентратів), що містять 0,001-0,1% Німеччина. Як сировину використовують також золи від спалювання вугілля, пил газогенераторів та відходи коксохімічних заводів. Спочатку з перелічених джерел у різний спосіб, залежать від складу сировини, отримують германієвий концентрат (2-10% Німеччина). Вилучення Німеччина з концентрату зазвичай включає наступні стадії:

1) хлорування концентрату соляною кислотою, сумішшю її з хлором у водному середовищі або іншими хлоруючими агентами з отриманням технічного GeCl 4 . Для очищення GеСl 4 застосовують ректифікацію та екстракцію домішок концентрованої НСl.

2) Гідроліз GeCl 4 та прожарювання продуктів гідролізу до отримання GeO 2 .

3) Відновлення GeO 2 воднем чи аміаком до металу. Для виділення дуже чистого Німеччини, що використовується в напівпровідникових приладах, проводиться зонна плавка металу. Необхідний для напівпровідникової промисловості монокристалічний Німеччин отримують зазвичай зонною плавкою або методом Чохральського.

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

Німеччин напівпровідникової чистоти з вмістом домішок 10 -3 -10 -4 % одержують зонною плавкою, кристалізацією або термолізом летючого моногермана GeH 4:

GeH 4 = Ge + 2H 2 ,

який утворюється при розкладанні кислотами сполук активних металів з Ge - германідів:

Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 - + 2MgCl 2

Німеччина зустрічається у вигляді домішки до поліметалевих, нікелевих, вольфрамових руд, а також у силікатах. В результаті складних і трудомістких операцій зі збагачення руди та її концентрування германій виділяють у вигляді оксиду GeO 2 який відновлюють воднем при 600 °C до простої речовини:

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

Очищення та вирощування монокристалів германію проводиться методом зонної плавки.

Чистий двоокис германію вперше в СРСР було отримано на початку 1941 р. З неї зробили германієве скло з дуже високим коефіцієнтом заломлення світла. Дослідження елемента №32 та способів його можливого отримання відновилися після війни, 1947 р. Тепер германій цікавив тоді ще радянських учених саме як напівпровідник.

На вигляд германій неважко сплутати з кремнієм.

Німеччина кристалізується в кубічній структурі типу алмазу, параметр елементарного осередку а = 5, 6575Å.

Цей елемент не такий міцний, як титан або вольфрам. Щільність твердого Німеччина 5,327 г/см 3 (25°С); рідкого 5,557 (1000 ° С); t пл 937,5 ° С; t кип близько 2700 ° С; коефіцієнт теплопровідності ~60 Вт/(м·К),або 0,14 кал/(см·сек·град) при 25°С.

Німеччина майже так само тендітна, як скло, і може відповідно поводитися. Навіть за нормальної температури, але вище 550°З піддається пластичної деформації. твердість Німеччина за мінералогічною шкалою 6-6,5; коефіцієнт стисливості (в інтервалі тисків 0-120 Гн/м 2 або 0-12000 кгс/мм 2) 1,4 · 10 -7 м 2 /мн (1,4 · 10 -6 см 2 / кгс); поверхневий натяг 0,6 н/м (600 дин/см). Німеччина - типовий напівпровідник із шириною забороненої зони 1,104·10 -19 дж або 0,69 ев (25°С); питомий електроопір Німеччина високої чистоти 0,60 ом·м (60 ом·см) при 25°С; рухливість електронів 3900 і рухливість дірок 1900 см 2 / сек (25 ° С) (при вмісті домішок менше 10 -8%).

Усі «незвичайні» модифікації кристалічного германію перевершують Ge-I та електропровідністю. Згадка саме про цю властивість не випадкова: величина питомої електропровідності (або обернена величина – питомий опір) для елемента-напівпровідника особливо важлива.

У хімічних сполуках германій зазвичай виявляє валентність 4 або 2. З'єднання з валентністю 4 стабільніше. За нормальних умов стійкий до дії повітря та води, лугів та кислот, розчинний у царській горілці та у лужному розчині перекису водню. Застосування знаходять сплави германію та скла на основі діоксиду германію.

У хімічних сполуках Німеччина зазвичай виявляє валентності 2 і 4, причому більш стабільні сполуки 4-валентного Німеччина. При кімнатній температурі Німеччина стійка до дії повітря, води, розчинів лугів і розведених соляної та сірчаної кислот, але легко розчиняється в царській горілці та в лужному розчині перекису водню. Азотна кислота повільно окислюється. При нагріванні повітря до 500-700°С Німеччина окислюється до оксидів GeO і GeO 2 . Оксид Німеччина (IV) - білий порошок з t пл 1116 ° C; розчинність у воді 4,3 г/л (20°С). За хімічними властивостями амфотерну, розчиняється в лугах і важко в мінеральних кислотах. Виходить прожарюванням гідратного осаду (GeO 3 ·nH 2 O), що виділяється при гідроліз тетрахлориду GeCl 4 . Сплавленням GeO 2 з інших оксидами можуть бути отримані похідні германієвої кислоти - германати металів (Li 2 GeO 3 Na 2 GeO 3 та інші) - тверді речовини з високими температурами плавлення.

При взаємодії Німеччина з галогенами утворюються відповідні тетрагалогеніди. Найлегше реакція протікає з фтором і хлором (вже при кімнатній температурі), потім з бромом (слабке нагрівання) та з йодом (при 700-800°С у присутності СО). Одна з найважливіших сполук Німеччина тетрахлорид GeCl 4 - безбарвна рідина; t пл -49,5 ° С; t кіп 83,1 ° С; густина 1,84 г/см 3 (20°С). Водою сильно гідролізується із виділенням осаду гідратованого оксиду (IV). Виходить хлоруванням металевого Німеччина або взаємодією GeO 2 з концентрованою НСl. Відомі також дигалогеніди Німеччина загальної формули GeX 2 монохлорид GeCl, гексахлордигерман Ge 2 Cl 6 і оксихлориди Німеччина (наприклад, СеОСl 2).

Сірка енергійно взаємодіє з Німеччиною при 900-1000°З утворенням дисульфіду GeS 2 - білої твердої речовини, t пл 825°С. Описано також моносульфід GeS та аналогічні сполуки Німеччина з селеном та телуром, які є напівпровідниками. Водень незначно реагує з Німеччиною при 1000-1100°З утворенням герміну (GeH) Х - малостійкого і легко летючого з'єднання. Взаємодіям германідів з розведеною соляною кислотою можуть бути отримані германоводороди ряду Ge n H 2n+2 аж до Ge 9 H 20 . Відомий також гермілен складу GeH 2 . З азотом Німеччина безпосередньо не реагує, проте існує нітрид Gе 3 N 4 , що виходить при дії аміаку на Німеччину при 700-800°С. З вуглецем Німеччина не взаємодіє. Німеччина утворює сполуки з багатьма металами – германіди.

Відомі численні комплексні сполуки Німеччина, які набувають дедалі більшого значення як в аналітичній хімії Німеччина, так і в процесах її отримання. Німеччина утворює комплексні сполуки з органічними гідроксиловмісними молекулами (багатоатомними спиртами, багатоосновними кислотами та іншими). Отримано гетерополікислоти Німеччина. Так само, як і для інших елементів IV групи, для Німеччина характерне утворення металоорганічних сполук, прикладом яких служить тетраетілгерман (С2Н5)4Ge3.

Гідрид Німеччина (II) GeH 2 . Білий нестійкий порошок (на повітрі чи кисні він розкладається з вибухом). Реагує з лугами та бромом.

Полімер моногідриду германію (II) (полігермін) (GeH 2) n . Коричнювато-чорний порошок. Погано розчиняється у воді, миттєво розкладається на повітрі та вибухає при нагріванні до 160 про С у вакуумі або в атмосфері інертного газу. Утворюється у процесі електролізу германіду натрію NaGe.

Оксид германію (II) GeO. Чорні кристали, що мають основні властивості. Розкладається при 500°З GeO 2 і Ge. Повільно окислюється у воді. Мало розчинний у хлороводневій кислоті. Виявляє відновлювальні властивості. Отримують дією 2 на металевий германій, нагрітий до 700-900 про С, лугів - на хлорид германію (II), прожарюванням Ge(ON) 2 або відновленням GeO 2 .

Гідроксид германію (II) Ge(OH) 2 . Червоно-жовтогарячі кристали. При нагріванні перетворюється на GeO. Виявляє амфотерний характер. Отримують обробкою солей германію (II) лугами та гідролізом солей германію (II).

Фторид германію (II) GeF2. Безбарвні гігроскопічні кристали, t пл = 111 °С. Отримують дією пар GeF 4 на металевий германій при нагріванні.

Хлорид германію (II) GeCl2. Безбарвні кристали. t пл = 76,4 ° С, t кіп = 450 ° С . При 460°С розкладається на GeCl 4 та металевий германій. Гідролізується водою, мало розчинний у спирті. Отримують дією парів GeCl 4 металевий германій при нагріванні.

Бромід германію (II) GeBr 2 . Прозорі голчасті кристали. t пл =122°С. Гідролізується водою. Мало розчинний у бензолі. Розчиняється у спирті, ацетоні. Отримують взаємодією гідроксиду германію (II) із бромоводневою кислотою. При нагріванні диспропорціонує металевий германій і бромід германію (IV).

Йодід германію (II) GeI 2 . Жовті гексагональні платівки, діамагнітний. t пл =460 про С. Мало розчинний у хлороформі та тетрахлорметані. При нагріванні вище 210°С розкладається на металевий германій та тетраіодид германію. Отримують відновленням йодиду германію (II) гіпофосфорною кислотою або термічним розкладанням германію тетраіодиду.

Сульфід Німеччина (II) GeS. Отриманий сухим шляхом – сірувато-чорні блискучі ромбічні непрозорі кристали. t пл = 615 ° С, щільність дорівнює 4,01 г/см 3 . Мало розчинний у воді та в аміаку. Розчиняється в гідроксиді калію. Отриманий мокрим шляхом - червоно-коричневий аморфний осад, щільність дорівнює 3,31г/см3. Розчиняється в мінеральних кислотах та полісульфіді амонію. Отримують нагріванням германію із сіркою або пропускаючи сірководень через розчин солі германію (II).

Гідрид Німеччина (IV) GeH 4 . Безбарвний газ (щільність дорівнює 3,43 г/см 3 ). Він отруйний, дуже неприємно пахне, кипить при -88 С, плавиться близько -166 С, дисоціює термічно вище 280 С. Пропускаючи GeН 4 через нагріту трубку, отримують на її стінках блискуче дзеркало з металевого германію. Отримують дією LiAlH 4 на хлорид германію (IV) в ефірі або обробкою розчину хлориду германію (IV) цинком та сірчаною кислотою.

Оксид германію (IV) GeO2. Існує у вигляді двох кристалічних модифікацій (гексагональної щільність дорівнює 4,703 г/см 3 і тетраедричної щільність дорівнює 6,24 г/см 3 ). Обидві стійкі на повітрі. Мало розчиняються у воді. t пл =1116 про З, t кіп =1200 про З . Виявляє амфотерний характер. Відновлюється алюмінієм, магнієм, вуглецем до металевого германію під час нагрівання. Отримують синтезом з елементів, прожарювання солей германію з леткими кислотами, окисленням сульфідів, гідролізом тетрагалогенідів германію, обробкою германітів лужних металів кислотами, металевого германію - концентрованою сірчаною або азотною кислотами.

Фторид германію (IV) GeF 4 . Безбарвний газ, що димить на повітрі. t пл = -15 про C, t кіп = -37 °С. Гідролізується водою. Отримують розкладанням тетрафторогерманату барію.

Хлорид германію (IV) GeCl 4 . Безбарвна рідина. t пл =-50 про, t кип =86 про, щільність дорівнює 1,874 г/см 3 . Гідролізується водою, розчиняється у спирті, ефірі, сірковуглецю, тетрахлорметані. Отримують нагріванням германію з хлором та пропусканням хлороводню через суспензію оксиду германію (IV).

Бромід германію (IV) GeBr 4 . Октаедричні безбарвні кристали. t пл =26 про З, t кип =187 про, щільність дорівнює 3,13 г/см 3 . Гідролізується водою. Розчиняється в бензолі, сірковуглецю. Одержують пропусканням пари брому над нагрітим металевим германієм або дією бромоводневої кислоти на оксид германію (IV).

Йодид германію (IV) GeI 4 . Жовто-жовтогарячі октаедричні кристали, t пл =146 про З, t кип =377 про, щільність дорівнює 4,32 г/см 3 . При 445 про розкладається. Розчиняється в бензолі, сірковуглецю і гідролізується водою. На повітрі поступово розкладається на йодид германію (II) та йод. Приєднує аміак. Одержують пропусканням пари йоду над нагрітим германієм або дією йодоводородної кислоти на оксид германію (IV).

Сульфід Німеччина (IV) GeS 2 . Білий кристалічний порошок, t пл =800 про З щільність дорівнює 3,03г/см 3 . Мало розчинний у воді та повільно в ній гідролізується. Розчиняється в аміаку, сульфіді амонію та в сульфідах лужних металів. Отримують нагріванням оксиду германію (IV) у струмі діоксиду сірки із сіркою або пропусканням сірководню через розчин солі германію (IV).

Сульфат германію (IV) Ge(SO 4) 2 . Безбарвні кристали, густина дорівнює 3,92 г/см 3 . Розкладається при 200 о С. Відновлюється вугіллям або сіркою до сульфіду. Реагує з водою та з розчинами лугів. Отримують нагріванням хлориду германію (IV) з оксидом сірки (VI).

У природі зустрічається п'ять ізотопів: 70 Ge (20,55% мас.), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67), 74Ge (36,74%), 76Ge (7,67%) ). Перші чотири стабільні, п'ятий (76 Ge) відчуває подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду 1,58 10 21 років. Крім цього, існує два «довгоживучих» штучних: 68 Ge (час напіврозпаду 270,8 дня) і 71 Ge (час напіврозпаду 11,26 дня).

Застосування Німеччини

Німеччин застосовують у виробництві оптики. Завдяки прозорості в інфрачервоній ділянці спектру металевий германій надвисокої чистоти має стратегічне значення у виробництві оптичних елементів інфрачервоної оптики. У радіотехніці, германієві транзистори і детекторні діоди мають характеристики, відмінні від кремнієвих, зважаючи на меншу напругу відмикання pn-переходу в германії - 0.4В проти 0.6В у кремнієвих приладів.

Докладніше див. статтю застосування германію.

Німеччин виявлено у тварин та рослинних організмах. Мінімальні кількості германію не надають фізіологічного на рослини, але токсичні у великих кількостях. Німеччина нетоксична для цвілевих грибків.

Для тварин германій малотоксичний. У сполук германію не виявлено фармакологічну дію. Допустима концентрація германію та його оксиду в повітрі - 2 мг/м³, тобто така сама, як і для азбестового пилу.

З'єднання двовалентного германію значно токсичніші.

В експериментах, що визначають розподіл органічного германію в організмі через 1.5 години після його перорального введення, були отримані такі результати: велика кількість органічного германію міститься в шлунку, тонкому кишечнику, кістковому мозку, селезінці та крові. Причому високий його вміст у шлунку та кишечнику показує, що процес його всмоктування в кров має пролонговану дію.

Високий вміст органічного германію в крові дозволило висунути професору Асаї наступну теорію механізму його дії в організмі людини. Передбачаються, що в крові органічний германій веде себе аналогічно гемоглобіну, що також несе в собі негативний заряд і подібно до гемоглобіну бере участь у процесі перенесення кисню в тканинах організму. Тим самим попереджається розвиток кисневої недостатності (гіпоксії) на тканинному рівні. Органічний германій запобігає розвитку так званої кров'яної гіпоксії, що виникає при зменшенні кількості гемоглобіну, здатного приєднати кисень (зменшенні кисневої ємності крові), та розвивається при крововтратах, отруєнні окисом вуглецю, при радіаційних впливах. Найбільш чутливі до кисневої недостатності центральна нервова система, м'яз серця, тканини нирок, печінки.

В результаті дослідів було також встановлено, що органічний германій сприяє індукції гамма інтерферонів, які пригнічують процеси розмноження клітин, що швидко діляться, активують специфічні клітини (Т-кілери). Основними напрямками дії інтерферонів на рівні організму є антивірусний та протипухлинний захист, імуномодулюючі та радіозахисні функції лімфатичної системи.

У процесі вивчення патологічних тканин та тканин з первинними ознаками захворювань було встановлено, що вони завжди характеризуються недоліком кисню та присутністю позитивно заряджених радикалів водню Н+. Іони Н+ надають вкрай негативний вплив на клітини організму людини, аж до їхньої загибелі. Іони кисню, володіючи здатністю поєднуватися з іонами водню, дозволяють вибірково і локально компенсувати пошкодження клітин та тканин, які наносять їм іони водню. Дія германію на іони водню обумовлена ​​його органічною формою – формою сесквіоксиду. Під час підготовки статті використано матеріали Супоненко О.М.

Німеччина (від латинського Germanium), позначається «Ge», елемент IV групи періодичної системи хімічних елементів Дмитра Івановича Менделєєва; порядковий номер елемента 32, атомна маса становить72,59. Німеччина - тверда речовина з металевим блиском, що має сіро-білий колір. Хоча колір германію – це поняття досить відносне, тут все залежить від обробки поверхні матеріалу. Іноді він може бути сірим як сталь, іноді сріблястим, а іноді зовсім чорним. Зовні німецький досить близький до кремнію. Дані елементи не тільки схожі між собою, але й мають багато в чому однакові напівпровідникові властивості. Істотною їх відмінністю є той факт, що германій більш ніж удвічі важчий за кремній.

Німеччина, що у природі, є сумішшю п'яти стабільних ізотопів, мають масові числа 76, 74, 73, 32, 70. Ще 1871 року відомий хімік, «батько» періодичної таблиці, Дмитро Іванович Менделєєв передбачив властивості й існування германію. Він називав невідомий на той час елемент «екасилицієм», т.к. властивості нової речовини багато в чому схожі з кремнієм. У 1886 році після дослідження мінералу аргірдіт, німецький сорокавісімрічний учений-хімік К. Вінклер виявив у складі природної суміші зовсім новий хімічний елемент.

Спочатку хімік хотів назвати елемент нептунієм, адже планета Нептун теж була передбачена набагато раніше, ніж відкрита, але потім він дізнався, що така назва вже використовувалася при неправдивому відкритті одного з елементів, тому Вінклер вирішив відмовитися від цієї назви. Вченому запропонували найменувати елемент ангулярієм, що в перекладі означає «викликає суперечки, незграбний», але і з цією назвою Вінклер не погодився, хоча суперечок елемент №32 викликав справді дуже багато. Вчений за національністю був німцем, ось він і вирішив зрештою назвати елемент германієм, на честь своєї рідної країни Німеччини.

Як з'ясувалося пізніше, германій виявився нічим іншим, як відкритим раніше "екасиліцієм". Аж до другої половини ХХ століття практична корисність германію була досить вузькою і обмеженою. Індустріальне виробництво металу почалося лише результаті початку промислового виробництва напівпровідникової електроніки.

Німеччина є напівпровідниковим матеріалом, що широко застосовується в електроніці та техніці, а також при виробництві мікросхем та транзисторів. У радарних установках використовуються тонкі плівки германію, які наносяться на скло та застосовуються як опір. Сплави з германієм та металами використовуються в детекторах та датчиках.

Елемент не має такої міцності як вольфрам або титан, він не служить невичерпним джерелом енергії як плутоній або уран, електропровідність матеріалу також далеко не найвища, та й у промисловій техніці головним металом є залізо. Попри це, германій одна із найважливіших складових технічного прогресу нашого суспільства, т.к. він ще раніше, навіть ніж кремній почав використовуватися як напівпровідниковий матеріал.

У зв'язку з цим доречно було б запитати: Що таке напівпровідність та напівпровідники? На це навіть фахівці не можуть відповісти точно, т.к. можна говорити про конкретно розглянуту властивість напівпровідників. Є й точне визначення, але з області фольклору: Напівпровідник - провідник на два вагона.

Злиток германію коштує майже стільки ж, скільки і злиток золота. Метал дуже тендітний, майже як скло, тому, упустивши такий злиток, є велика ймовірність того, що метал просто розіб'ється.

Метал германій, властивості

Біологічні властивості

Для медичних потреб германій широко стали використовувати в Японії. Результати випробувань германійорганічних сполук на тваринах і людини показали, що вони здатні благотворно впливати на організм. У 1967 році японець доктор К. Асаї виявив, що органічний германій має широку біологічну дію.

Серед усіх його біологічних властивостей слід зазначити:

• - Забезпечення перенесення кисню в тканини організму;
• - Підвищення імунного статусу організму;
• - Прояв протипухлинної активності.

Надалі японські вчені створили перший у світі медичний препарат із вмістом германію – «Німеччина – 132».

У Росії її перший вітчизняний препарат, що містить органічний германій, виник лише 2000 року.

Процеси біохімічної еволюції поверхні земної кори далися взнаки не найкращим чиномна утриманні у ній германію. Більшість елемента була вимита з суші до океанів, отже вміст їх у грунті залишається досить низьким.

Серед рослин, які мають здатність абсорбувати германій із ґрунту, лідером є женьшень (німецька до 0,2 %). Німеччина міститься також у часнику, камфарі ​​та алое, які традиційно використовуються в лікуванні різних людських захворювань. У рослинності германій знаходиться у вигляді напівоксид карбоксіетилу. Зараз є можливість синтезувати сесквіоксани з піримідиновим фрагментом – органічні сполуки Німеччини. Дане поєднання за своєю структурою близьке до природного, як у корені женьшеню.

Німеччин можна віднести до рідкісних мікроелементів. Він присутній у великій кількості різних продуктів, але на мізерних дозах. Добова доза споживання органічного германію встановлена ​​у розмірі 8-10 мг. Оцінка 125 харчових продуктів показала, що щодня з їжею в організм надходить близько 1,5 мг германію. Вміст мікроелемента в 1 г сирих продуктів становить близько 0,1 - 1,0 мкг. Німеччина міститься в молоці, томатному соку, лососині, бобах. Але для того, щоб задовольнити добову потребу в Німеччині, слід випивати щодня по 10 літрів томатного соку або вживати близько 5 кілограм лососини. З погляду вартості цих продуктів, фізіологічних властивостей людини, та й здорового глузду теж вживання такої кількості германійвмісних продуктів неможливо. На території Росії близько 80-90% населення має нестачу германію, саме тому розробили спеціальні препарати.

Практичні дослідження показали, що в організмі германію найбільше в струмовому кишечнику, шлунку, селезінці, кістковому мозку та крові. Високий вміст мікроелемента в кишечнику та шлунку говорить про пролонговану дію процесу всмоктування препарату в кров. Є припущення, що органічний германій веде себе у крові приблизно як і, як і гемоглобін, тобто. має негативний заряд та бере участь у перенесенні кисню до тканин. Тим самим він на тканинному рівні запобігає розвитку гіпоксії.

В результаті багаторазових дослідів було доведено властивість германію активувати Т-кілери і сприяти індукції гамма інтерферонів, що пригнічують процес розмноження клітин, що швидко діляться. Основним напрямком дії інтерферонів є протипухлинна та антивірусний захист, радіозахисні та імуномодулюючі функції лімфатичної системи

Німеччина у формі сесквіоксиду має здатність впливати на іони водню Н+, згладжуючи їх згубну дію для клітин організму. Гарантією відмінної роботи всіх систем людського організму є безперебійне постачання кисню в кров і всі тканини. Органічний германій як доставляє кисень у всі точки організму, а й сприяє його взаємодії з іонами водню.

• - Німеччина є металом, але за крихкістю його можна порівняти зі склом.
• – У деяких довідниках стверджується, що германій має сріблястий колір. Але так стверджувати не можна, адже колір германію залежить від способу обробки поверхні металу. Іноді він може здаватися практично чорним, в інших випадках має сталевий колір, а іноді може бути і сріблястим.
• - Німеччина було виявлено на поверхні сонця, а також у складі метеоритів, що впали з космосу.
• - Вперше елементоорганічна сполука германію була отримана першовідкривачем елемента Клеменсом Вінклером з чотирихлористого германію в 1887 році, це був тетраетилгерманій. З усіх отриманих на етапі элементоорганических сполук германію жодне перестав бути отруйним. У той самий час більшість олово- і свинцеорганічних мікроелементів, які є за своїми фізичними якостями аналогами германію, токсичні.
• - Дмитро Іванович Менделєєв передбачив три хімічні елементи ще до їхнього відкриття, у тому числі й германій, назвавши елемент екасилицієм за рахунок схожості з кремнієм. Пророцтво відомого російського вченого було настільки точним, що просто вразило вчених, у т.ч. та Вінклера, що відкрив германій. Атомна вага по Менделєєву дорівнював 72, насправді він склав 72,6; питома вага по Менделєєву склала 5,5 насправді - 5,469; атомний обсяг Менделєєва склав 13 насправді - 13,57; вищий оксид по Менделєєву EsO2, насправді - GeO2, питома вага його по Менделєєву становив 4,7, насправді - 4,703; хлориста сполука Менделєєва EsCl4 - рідина, температура кипіння приблизно 90°C, насправді - хлориста сполука GeCl4 - рідина, температура кипіння 83°C, з'єднання з воднем Менделєєва EsH4 газоподібне, з'єднання з воднем насправді - GeH4 газоподібне; металоорганічна сполука Менделєєва Es(C2H5)4, температура кипіння 160 °C, металоорганічна сполука в реалії - Ge(C2H5)4 температура кипіння 163,5°C. Як видно з розглянутої вище інформації, передбачення Менделєєва було напрочуд точним.
• - Клеменс Вінклер 26 лютого 1886 починав лист Менделєєву зі слів «Милостивий государ». Він у досить ввічливій формі розповів російському вченому про відкриття нового елемента, названого германієм, який за своїми властивостями був нічим іншим, як попередньо спрогнозованим менделєєвським «екасиліцієм». Відповідь Дмитра Івановича Менделєєва була не менш чемна. Вчений погодився з відкриттям свого колеги, назвавши германій «вінцем своєї періодичної системи», а Вінклера «батьком» елемента, гідним носити цей «вінець».
• - Німеччина як класичний напівпровідник став ключем до вирішення проблеми створення надпровідних матеріалів, які працюють при температурі рідкого водню, але не рідкого гелію. Як відомо водень перетворюється на рідкий стан з газоподібного при досягненні температури –252,6°C, або 20,5°К. У 70-ті роки була розроблена плівка з германію і ніобію, товщина якої становила лише кілька тисяч атомів. Дана плівка здатна зберігати надпровідність навіть при досягненні температури 23,2 ° К і нижче.
• - При вирощуванні германієвого монокристалу на поверхню розплавленого германію поміщається германієвий кристал – «затравка», який поступово піднімається за допомогою автоматичного пристрою, при цьому температура розплаву трохи перевищує температуру плавлення германію (становить 937 °C). "Затравка" обертається, щоб монокристал, як кажуть, "обростав м'ясом" з усіх рівномірно сторін. Необхідно відзначити, що під час такого зростання відбувається те саме, що й у процесі зонної плавки, тобто. у тверду фазу переходить майже лише германій, проте домішки залишаються у розплаві.

Історія

Існування такого елемента, як германій, було передбачено ще в 1871 Дмитром Івановичем Менделєєвим, за рахунок своїх подібностей з кремнієм елемент був названий екасилицієм. 1886 року професор Фрейберзької гірничої академії відкрив аргіродит, новий мінерал срібла. Далі цей мінерал досить уважно досліджував професор технічної хімії Клеменс Вінклер, проводячи повний аналіз мінералу. Сорокавісімрічного Вінклера по праву вважали найкращим аналітиком Фрейберзької гірничої академії, саме тому йому надали можливість дослідити аргіродит.

За досить короткий термін професор зміг надати звіт про відсоткове співвідношення різних елементів у вихідному мінералі: срібла у його складі було 74,72%; сірки – 17,13%; закису заліза – 0,66%; ртуті – 0,31%; окису цинку – 0,22%. Але майже сім відсотків – це була частка якогось незрозумілого елемента, який, схоже, ще не був відкритий у той далекий час. У зв'язку з цим Вінклер вирішив виділити невідомий компонент аргіродпта, вивчити його властивості, і в процесі дослідження зрозумів, що насправді знайшов зовсім новий елемент - це був екаспліцій, передбачений Д.І. Менделєєвим.

Однак було б неправильно подумати, що праці Вінклера йшли гладко. Дмитро Іванович Менделєєв на додаток до восьмого розділу своєї книги «Основ хімії» пише: «Спочатку (лютий 1886 року) брак матеріалу, а також відсутність спектра в полум'ї та розчинність сполук германію серйозно ускладнювали дослідження Вінклера...» Варто звернути увагу на слова « відсутність спектра». Але як? У 1886 року вже існував широко використовуваний метод спектрального аналізу. За допомогою цього методу відкрили такі елементи, як талій, рубідій, індій, цезій на Землі та гелій на Сонці. Вчені вже знали, що кожному без винятку хімічному елементу властивий індивідуальний спектр, а тут раптом відсутність спектру!

Пояснення цього явища виникло трохи пізніше. Німеччина має характерні спектральні лінії. Довжина їх хвиль становить 2651,18; 3039,06 Ǻ та ще кілька. Однак вони всі лежать у межах ультрафіолетової невидимої частини спектру, можна вважати, удачею, що Вінклер - прихильник традиційних методів аналізу, адже саме ці методи привели його до успіху.

Метод отримання германію з мінералу, який використовував Вінклер, досить близький до одного із сучасних промислових методів виділення 32 елемента. Спочатку германій, що містився в аргороднті, перевели у двоокис. Потім отриманий порошок білий нагрівався до температури 600-700 °C у водневій атмосфері. У цьому реакція виявилася очевидною: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 Про.

Саме таким методом вперше було отримано відносно чистий елемент №32, германій. Спершу Вінклер мав намір назвати ванадій нептунієм, на честь однойменної планети, адже Нептун, як і германій, спочатку передбачили, а потім знайдено. Але потім з'ясувалося, що така назва вже одного разу використовувалася, нептунієм було названо один хімічний елемент, відкритий хибно. Вінклер вважав за краще не компрометувати своє ім'я та відкриття, і відмовився від нептунія. Один французький вчений Район запропонував, щоправда, потім визнав свою пропозицію жартом, запропонував назвати елемент ангулярієм, тобто. «викликає суперечки, незграбним», але й ця назва не сподобалася Вінклеру. В результаті вчений самостійно вибрав найменування своєму елементу, і назвав його германієм, на честь своєї рідної країни Німеччини, згодом ця назва утвердилася.

До 2-ї пол. ХХ ст. практичне використання германію залишалося досить обмеженим. Індустріальне виробництво металу виникло лише у зв'язку з розвитком напівпровідників та напівпровідникової електроніки.

Знаходження у природі

Німеччин можна віднести до розсіяних елементів. У природі елемент взагалі не зустрічається у вільному вигляді. Загальний вміст металу в земній корі нашої планети становить 7×10 −4 % %. Це більше, ніж вміст таких хімічних елементів, як срібло, сурма чи вісмут. Але власні мінерали германію досить дефіцитні і дуже рідко зустрічаються у природі. Майже всі ці мінерали є сульфосолями, наприклад, германіт Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 , конфільд Ag 8 (Sn, Ce) S 6 , аргіродит Ag8GeS6 та інші.

Основна частина германію, розсіяного в земній корі, міститься у величезній кількості гірських порід, а також багатьох мінералів: сульфітні руди кольорових металів, залізняк, деякі окисні мінерали (хроміт, магнетит, рутил та інші), граніти, діабази та базальти. У складі деяких сфалеритів вміст елемента може досягати кількох кілограмів на тонну, наприклад, у франкеїті та сульваніті 1 кг/т, в енаргітах вміст германію становить 5 кг/т, у піраргіриті – до 10 кг/т, ну а в інших силікатах та сульфідах - десятки та сотні г/т. Невелика частка германію присутня практично у всіх силікатах, а також у деяких із родовищ нафти та кам'яного вугілля.

Основним мінералом елемента є сульфіт германію (формула GeS2). Мінерал зустрічається як домішка у сульфітах цинку, інших металів. Найважливішими мінералами германію є: германіт Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4 , плюмбогерманіт (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 ·2H 2 O, стетіт FeGe(OH) 6 , ренієрит Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 і аргіродит Ag 8 GeS 6 .

Німеччина присутня на територіях усіх без винятку держав. А ось промисловими родовищами даного металу жодна з індустріально розвинених країн світу не має. Німеччина є дуже і дуже розсіяним. На Землі великою рідкістю вважаються мінерали даного металу, вміст германію яких більш хоча б 1%. До таких мінералів відносяться германіт, аргіродит, ультрабазит та ін, у тому числі і мінерали, відкриті в останні десятиліття: штотит, реньєрит, плюмбогерманіт і конфільд. Родовища всіх цих мінералів не здатні покрити потребу сучасної промисловості в даному рідкісному та важливому хімічному елементі.

Основна ж маса германію розсіяна в мінералах інших хімічних елементів, а також міститься в природних водах, вугіллі, живих організмах і грунті. Наприклад, зміст германію у звичайному кам'яному вугіллііноді досягає понад 0,1%. Але така цифра зустрічається досить рідко, зазвичай частка Німеччини нижче. А ось в антрациті Німеччини майже немає.

Отримання

При переробці сульфіду германію отримують оксид GeО 2 за допомогою водню його відновлюють до отримання вільного германію.

У промисловому виробництві германій видобувається переважно як побічний продукт у результаті переробки руд кольорових металів (цинкова обманка, цинково-мідно-свинцеві поліметалічні концентрати, що містять 0,001-0,1% германію), золи від спалювання вугілля, деяких продуктів коксохімії.

Спочатку з розглянутих вище джерел виділяють германієвий концентрат (від 2% до 10% германію) у різний спосіб, вибір яких залежить від складу сировини. На переробці боксуючого вугілля відбувається часткове випадання германію (від 5% до 10%) в надсмольную воду і смолу, від туди він витягується в комплексі з таніном, потім висушується і обпалюється на температурі 400-500°С. В результаті виходить концентрат, який містить близько 30-40% германію, з нього виділяють германій у вигляді GeCl 4 . Процес вилучення германію з такого концентрату, зазвичай, включає одні й самі стадії:

1) Концентрат хлорують за допомогою соляної кислоти, сумішшю кислоти та хлору у водному середовищі або іншими хлоруючими агентами, які в результаті можуть дати технічний GeCl 4 . З метою очищення GeCl 4 застосовується ректифікація та екстракція домішок концентрованої соляної кислоти.

2) Здійснюється гідроліз GeCl 4 продукти гідролізу прожарюють аж до отримання оксиду GeO 2 .

3) GeO відновлюється воднем чи аміаком до чистого металу.

При отриманні найчистішого германію, що використовується у напівпровідникових технічних засобах, проводять зонне плавлення металу. Монокристалічний германій, необхідний напівпровідникового виробництва, зазвичай отримують зонної плавкою чи шляхом Чохральського.

Способи виділення германію з надсмольних вод коксохімічних заводів розробили радянським ученим В.А. Назаренко. У цьому сировину германію трохи більше 0,0003%, проте, з допомогою дубового екстракту їх нескладно осаджувати германій у вигляді таннидного комплексу.

Основна складова таніну - це складний ефір глюкози, де є радикал мета-дигалової кислоти, який зв'язує германій, якщо навіть концентрація елемента в розчині дуже мала. З осаду можна легко отримати концентрат, вміст двоокису германію в якому до 45%.

Наступні перетворення вже мало залежатиме від виду сировини. Відновлюється германій воднем (як і Вінклера в 19в.), проте, спочатку необхідно виділити окис германію з численних домішок. Вдале поєднання якостей одного з'єднання германію виявилося дуже корисним для вирішення цього завдання.

Чотирьоххлористий германій GeCl4. – це летюча рідина, яка закипає лише при 83,1°C. Тому вона досить зручно очищається дистиляцією та ректифікацією (у кварцових колонах із насадкою).

GeCl4 майже нерозчинний у соляній кислоті. Значить, для його очищення можна застосовувати розчинення домішок HCl.

Очищений чотирихлористий германій обробляється водою, очищено за допомогою іонообмінних смол. Ознака потрібної чистоти - збільшення показника питомого опору води до 15-20 млн Ом · див.

Під дією води відбувається гідроліз GeCl4:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Можна побачити, що маємо «записане задом наперед» рівняння реакції отримання четыреххлористого германію.

Після цього йде відновлення GeO2 за допомогою очищеного водню:

GeO2 + 2 Н2O → Ge + 2 Н2O.

У результаті одержують порошкоподібний германій, який сплавляється, а потім очищується методом зонної плавки. Цей метод очищення було розроблено ще 1952 р. спеціально очищення германію.

Необхідні для надання германію того чи іншого типу провідності домішки вводяться на завершальних стадіях виробництва, а саме при зонному плавленні, а також під час вирощування монокристалу.

Застосування

Німеччина є напівпровідниковим матеріалом, що застосовується в електроніці та техніці при виробництві мікросхем та транзисторів. Найтонші плівки германію наносяться на скло, застосовують як опір у радарних установках. Сплави германію з різними металами використовують для виробництва детекторів і датчиків. Діоксид германію широко використовується у виробництві скла, що має властивість пропускати інфрачервоне випромінювання.

Телурид германію вже дуже давно служить стабільним термоелектричним матеріалом, а також як компонент термоелектричних сплавів (термо-значить е.д.с 50 мкВ/К). Найбільшим споживачем германію є саме інфрачервона оптика, яку використовують у комп'ютерній техніці, системах прицілу та наведення ракет, приладах нічного бачення, картографуванні та дослідженні поверхні землі із супутників. Німеччина також широко використовується в оптоволоконних системах (добавка тетрафториду германію до складу скловолокна), а також напівпровідникових діодах.

Німеччина як класичний напівпровідник став ключем до вирішення проблеми створення надпровідних матеріалів, які працюють при температурі рідкого водню, але не рідкого гелію. Як відомо водень перетворюється на рідкий стан з газоподібного при досягненні температури -252,6°C, або 20,5°К. У 70-ті роки була розроблена плівка з германію і ніобію, товщина якої становила лише кілька тисяч атомів. Дана плівка здатна зберігати надпровідність навіть при досягненні температури 23,2 ° К і нижче.

Шляхом вплавлення в пластинку ГЕС індій, таким чином, створюючи область з так званою дірковою провідністю, отримують пристрій, що випрямляє, тобто. діод. Діод має властивість пропускати електричний струм в одному напрямку: електронної області з області з дірковою провідністю. Після вплавлення індію з обох сторін ГЕС-пластинки, ця платівка перетворюється на основу транзистора. Вперше у світі транзистор з германію було створено ще 1948 року, а лише через двадцять років подібні прилади випускалися сотнями мільйонів.

Діоди на основі германію і тріоди стали широко використовуватися в телевізорах і радіоприймачах, в різній вимірювальній апаратурі і лічильно-вирішальних пристроях.

Застосовується германія також і в інших особливо важливих галузях сучасної техніки: при вимірі низьких температур, виявлення інфрачервоного випромінювання та ін.

Для використання мітла у всіх цих галузях потрібно германій дуже високої хімічної та фізичної чистоти. Хімічна чистота – це така чистота, за якої кількість шкідливих домішок не повинна становити більш ніж одну десятимільйонну відсотка (10 –7 %). Фізична чистота означає мінімум дислокацій, мінімум порушень кристалічної структури речовини. Для її досягнення спеціально вирощується монокристалічний германій. У цьому випадку весь злиток металу є лише одним кристалом.

Для цього на поверхню розплавленого германію поміщається германієвий кристал – «затравка», який поступово піднімається за допомогою автоматичного пристрою, при цьому температура розплаву трохи перевищує температуру плавлення германію (937 °C). "Затравка" обертається, щоб монокристал, як кажуть, "обростав м'ясом" з усіх рівномірно сторін. Необхідно відзначити, що під час такого зростання відбувається те саме, що й у процесі зонної плавки, тобто. у тверду фазу переходить майже лише германій, проте домішки залишаються у розплаві.

Фізичні властивості

Ймовірно, мало кому з читачів цієї статті доводилося наочно бачити ванадій. Сам елемент досить дефіцитний і дорогий, з нього не роблять предметів широкого споживання, а начинка їхнього германію, яка буває в електричних приладах мала настільки, що розглянути металу неможливо.

У деяких довідниках стверджується, що Німеччина має сріблястий колір. Але так стверджувати не можна, адже колір германію залежить від способу обробки поверхні металу. Іноді він може здаватися практично чорним, в інших випадках має сталевий колір, а іноді може бути і сріблястим.

Німеччина настільки рідкісний метал, що вартість його зливка можна порівнювати з вартістю золота. Німеччина відрізняється підвищеною крихкістю, яку можна порівняти хіба що зі склом. Зовні німецький досить близький до кремнію. Два цих елементи є одночасно конкурентами на звання найважливішого напівпровідника, і аналогами. Хоча деякі технічні властивості елементом багато в чому схожі, що стосується і зовнішнього вигляду матеріалів, відрізнити від кремнію германій дуже просто, германій важче більш ніж в два рази. Щільність кремнію становить 2,33 г/см3, а густина германію - 5,33 г/см3.

Але однозначно щільність германію не можна говорити, т.к. цифра 5,33 г/см3 відноситься до Німеччини-1. Це одна найважливіша та найпоширеніша модифікація з п'яти алотропічних модифікацій 32-го елемента. Чотири з них кристалічні та одна аморфна. Німеччина-1 є найлегшою модифікацією з чотирьох кристалічних. Кристали його побудовані точнісінько так само як і кристали алмазу, а = 0,533 нм. Однак якщо для вуглецю дана структура є максимально щільною, то у германію існують і щільніші модифікації. Помірне нагрівання та високий тиск (близько 30 тисяч атмосфер при 100 °C) перетворює германій-1 на германій-2, структура кристалічної решітки у якого така сама, як у білого олова. Походимо методом отримують германій-3 і германій-4, які ще щільніші. Всі ці «незвичайні» модифікації перевершують германій-1 не тільки по щільності, але і по електропровідності.

Щільність рідкого германію становить 5,557 г/см3 (1000°С), темература плавлення металу дорівнює 937,5 °С; температура кипіння становить близько 2700 ° С; значення коефіцієнта теплопровідності дорівнює приблизно 60 вт / (м (К), або 0,14 кал / (см (сек (град)) при температурі 25 ° С. При звичайній температурі крихкий навіть чистий германій, але при досягненні 550 ° С він починає піддаватися пластичної деформації. За мінералогічною шкалою твердість германію складає від 6 до 6,5; 2 /мн (або 1,4 · 10-6 см 2 /кгс);

Німеччина є типовим напівпровідником з розміром ширини забороненої зони 1,104·10 -19 або 0,69 ев (при температурі 25 °С); у германію високої чистоти питомий електричний опір дорівнює 0,60 ом (м (60 ом (см) (25 ° С); показник рухливості електронів дорівнює 3900, а рухливості дірок - 1900 см 2 / ст сек (при 25 ° С і при вміст від 8% домішок). Для інфрачервоних променів, довжина хвилі яких більше 2 мкм, метал прозорий.

Німеччина досить крихка, вона не піддається ні гарячій ні холодній обробці тиском до температури нижче 550 °С, якщо ж температура стає вищою, метал пластичний. Твердість металу за мінералогічною шкалою становить 6,0-6,5 (германій розпилюється на пластини за допомогою металевого або алмазного диска та абразиву).

Хімічні властивості

Німеччина, перебуваючи в хімічних сполуках, зазвичай виявляє другу та четверту валентності, але більш стабільні сполуки чотиривалентного германію. Німеччина при кімнатній температурі стійка до дії води, повітря, а також розчинів лугів і розбавлених концентратів сірчаної або соляної кислоти, зате елемент досить легко розчиняється в царській горілці або лужному розчині водневого перекису. Елемент повільно окислюється під впливом азотної кислоти. При досягненні на повітрі температури 500-700 ° С германій починає окислюватися до оксидів GeO2 та GeO. (IV) оксид германію - це білий порошок з температурою плавлення 1116 ° C і розчинністю у воді 4,3 г/л (20 °С). За своїми хімічними властивостями речовина амфотерна, розчиняється в лугу, важко в мінеральній кислоті. Його отримують шляхом проникнення гідратного осаду GeO 3 ·nH 2 O, який виділяється при гідролізі. можуть бути отримані шляхом сплавлення GeO 2 та інших оксидів.

В результаті взаємодії германію та галогенів можуть утворюватися відповідні тетрагалогеніди. Найлегше реакція здатна протікати з хлором і фтором (навіть у кімнатній температурі), потім з йодом (температура 700-800 ° С, присутність СО) та бромом (при слабкому нагріванні). Однією з найважливіших сполук германію є тетрахлорид (формула GeCl 4). Це безбарвна рідина з температурою плавлення, що дорівнює 49,5 °С, з температурою кипіння 83,1 °С і щільність 1,84 г/см3 (при 20 °С). Речовина сильно гідролізується водою, виділяючи осад гідратованого оксиду (IV). Тетрахлорид отримують шляхом хлорування металевого германію або взаємодією оаксид GeO 2 концентрованої соляної кислоти. Відомі ще й дигалогеніди германію з загальною формулою GeX 2 , гексахлордигерман Ge 2 Cl 6 , монохлорид GeCl, і навіть оксихлориды германію (наприклад, СеОСl 2).

При досягненні 900-1000 °З германієм енергійно взаємодіє сірка, утворюючи дисульфид GeS 2 . Це тверда біла речовина з температурою плавлення 825 °С. Можливі також утворення моносульфіду GeS та аналогічних сполук германію з телуром і селеном, які є напівпровідниками. При температурі 1000-1100 °С з германієм трохи реагує водень, утворюючи гермін (GeH) Х, що є малостійкою і легколетючою сполукою. Германоводороди ряду Ge n H 2n + 2 до Ge 9 H 20 можуть бути утворені шляхом взаємодії германідів з розведеною HCl. Також відомий гермілен зі складом GeH 2 . Німеччина не реагує з азотом безпосередньо, але є нітрид Gе 3 N 4 який виходить при впливі аміаку на германій (700-800 ° С). Німеччина не взаємодіє з вуглецем. З багатьма металами германій утворює різні сполуки – германіди.

Відомо безліч комплексних сполук германію, що набувають все більшого значення в аналітичній хімії елемента германій, а також у процесах отримання хімічного елемента. Німеччина здатна утворювати комплексні сполуки з гідроксиловмісними органічними молекулами (багатоатомні спирти, багатоосновні кислоти та інші). Існують і гетерополікислоти германію. Як і інші елементи IV групи германій характерно утворює металорганічні сполуки. Прикладом може бути тетраетилгерман (З 2 Н 5) 4 Ge 3 .