Keemilise elemendi germaaniumi omadused. Kas sa tead, kuidas germaanium huvitavaid fakte keemias

Germaanium (ladina keelest Germanium), mida tähistab "Ge", Dmitri Ivanovitš Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi IV-nda rühma element; elemendi järgarv on 32, aatommass 72,59. Germaanium on tahke aine, millel on metalliline läige ja hallikasvalge värvus. Kuigi germaaniumi värvus on üsna suhteline mõiste, sõltub see kõik materjali pinnaviimistlusest. Mõnikord võib see olla hall nagu teras, mõnikord hõbedane ja mõnikord isegi must. Väliselt on germaanium ränile üsna lähedane. Need elemendid ei ole mitte ainult sarnased üksteisega, vaid neil on ka suures osas samad pooljuhtide omadused. Nende oluline erinevus seisneb selles, et germaanium on rohkem kui kaks korda raskem kui räni.

Looduslikult esinev germaanium on segu viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 76, 74, 73, 32, 70. Aastal 1871 ennustas kuulus keemik, perioodilisuse tabeli "isa" Dmitri Ivanovitš Mendelejev selle omadusi ja olemasolu. germaanium. Ta nimetas tol ajal tundmatut elementi "ekasilikooniks", sest uue aine omadused olid paljuski sarnased räni omadega. 1886. aastal avastas neljakümne kaheksa aastane saksa keemik K. Winkler pärast mineraalse argirdiidi uurimist loodusliku segu koostises täiesti uue keemilise elemendi.

Algul tahtis keemik elementi nimetada neptuuniumiks, sest ka planeet Neptuun ennustati palju varem, kui see avastati, kuid siis avastas ta, et sellist nime on juba kasutatud ühe elemendi valeavastamise puhul, nii et Winkler otsustas sellest nimest loobuda. Teadlasel paluti nimetada element nurgeliseks, mis tõlkes tähendab "vastuoluline, nurgeline", kuid Winkler ei nõustunud selle nimetusega, kuigi element number 32 tekitas tõesti palju poleemikat. Teadlane oli rahvuselt sakslane, mistõttu otsustas ta lõpuks oma kodumaa Saksamaa auks elemendile nime anda germaaniumiks.

Nagu hiljem selgus, ei osutus germaaniumiks midagi muud kui varem avastatud "ekasiliitsium". Kuni kahekümnenda sajandi teise pooleni oli germaaniumi praktiline kasulikkus üsna kitsas ja piiratud. Metalli tööstuslik tootmine algas alles pooljuhtelektroonika tööstusliku tootmise alguse tulemusena.

Germaanium on pooljuhtmaterjal, mida kasutatakse laialdaselt elektroonikas ja inseneritöös, samuti mikroskeemide ja transistoride valmistamisel. Radaripaigaldistes kasutatakse õhukesi germaaniumkilesid, mis kantakse klaasile ja mida kasutatakse takistustena. Detektorites ja andurites kasutatakse germaaniumi ja metallidega sulameid.

Elemendil pole sellist tugevust nagu volfram või titaan, see ei toimi ammendamatu energiaallikana nagu plutoonium või uraan, ka materjali elektrijuhtivus pole kaugeltki kõrgeim ning raud on tööstustehnoloogias peamine metall. Vaatamata sellele on germaanium meie ühiskonna tehnilise progressi üks olulisemaid komponente, sest see oli isegi varem kui räni pooljuhtmaterjalina kasutati.

Sellega seoses oleks kohane küsida: Mis on pooljuhid ja pooljuhid? Isegi eksperdid ei saa sellele küsimusele kindlalt vastata, tk. saame rääkida vaadeldavate pooljuhtide konkreetsest omadusest. Seal on ka täpne määratlus, kuid ainult folkloori vallast: Pooljuht - dirigent kahele autole.

Germaaniumi valuplokk maksab peaaegu sama palju kui kullakangi. Metall on väga habras, peaaegu nagu klaas, seetõttu on sellise valuploki maha kukkumisel suur tõenäosus, et metall lihtsalt puruneb.

Germaaniummetall, omadused

Bioloogilised omadused

Meditsiinilistel eesmärkidel kasutatakse germaaniumi kõige laialdasemalt Jaapanis. Germaaniumorgaaniliste ühendite loomade ja inimeste peal katsetamise tulemused on näidanud, et need on võimelised avaldama organismile kasulikku mõju. 1967. aastal avastas Jaapani arst K. Asai, et orgaanilisel germaaniumil on lai bioloogiline toime.

Kõigi selle bioloogiliste omaduste hulgas tuleb märkida:

• - hapniku ülekande tagamine keha kudedesse;
• - organismi immuunseisundi tõstmine;
• - kasvajavastase toime ilming.

Seejärel lõid Jaapani teadlased maailma esimese germaaniumi sisaldava meditsiinitoote "Germanium - 132".

Venemaal ilmus esimene orgaanilist germaaniumi sisaldav kodumaine ravim alles 2000. aastal.

Maakoore pinna biokeemilise evolutsiooni protsessid ei avaldanud selles leiduva germaaniumi sisaldusele kõige paremini mõju. Suurem osa elemendist on maismaalt ookeanidesse uhutud, mistõttu jääb selle sisaldus mullas üsna madalaks.

Taimedest, millel on võime mullast germaaniumi omastada, on liider ženšenn (germaaniumi kuni 0,2%). Germaaniumi leidub ka küüslaugus, kampris ja aaloes, mida traditsiooniliselt kasutatakse erinevate inimeste haiguste ravis. Taimestikus leidub germaaniumi karboksüetüülhemioksiidi kujul. Nüüd on võimalik sünteesida seskvioksaane pürimidiini fragmendiga - germaaniumi orgaaniliste ühenditega. See ühend on oma struktuurilt lähedane looduslikule, nagu ženšenni juur.

Germaaniumi võib liigitada haruldaste mikroelementide hulka. Seda leidub paljudes erinevates toiduainetes, kuid väikestes annustes. Orgaanilise germaaniumi ööpäevaseks tarbimiseks on määratud 8-10 mg. 125 toidu hindamine näitas, et umbes 1,5 mg germaaniumi võetakse päevas koos toiduga. Mikroelementide sisaldus 1 g toortoidus on umbes 0,1–1,0 μg. Germaaniumi leidub piimas, tomatimahlas, lõhes ja ubades. Kuid selleks, et rahuldada Saksamaa päevane vajadus, tuleks päevas juua 10 liitrit tomatimahla või süüa umbes 5 kilogrammi lõhet. Nende toodete maksumuse, inimese füsioloogiliste omaduste ja terve mõistuse seisukohalt ei ole sellises koguses germaaniumi sisaldavate toodete kasutamine samuti võimalik. Venemaa territooriumil on umbes 80–90% elanikkonnast germaaniumipuudus, mistõttu on välja töötatud spetsiaalsed preparaadid.

Praktilised uuringud on näidanud, et kehas on germaaniumi kõige rohkem soolestikus, maos, põrnas, luuüdis ja veres. Kõrge mikroelemendi sisaldus soolestikus ja maos viitab ravimi verre imendumise protsessi pikaajalisele toimele. On oletatud, et orgaaniline germaanium käitub veres umbes samamoodi nagu hemoglobiin, s.t. on negatiivse laenguga ja osaleb hapniku ülekandmisel kudedesse. Seega takistab see hüpoksia teket kudede tasemel.

Korduvate katsete tulemusena tõestati, et germaaniumi omadus aktiveerib tapja-T-rakke ja soodustab gamma-interferoonide indutseerimist, mis pärsivad kiiresti jagunevate rakkude paljunemisprotsessi. Interferoonide peamine toimesuund on kasvaja- ja viirusevastane kaitse, lümfisüsteemi radioprotektiivsed ja immunomoduleerivad funktsioonid.

Seskvioksiidi kujul olev germaanium on võimeline toimima vesinikioonidele H +, siludes nende hävitavat mõju keharakkudele. Inimkeha kõigi süsteemide suurepärase töö tagatis on vere ja kõigi kudede katkematu hapnikuvarustus. Orgaaniline germaanium mitte ainult ei vii hapnikku kõikidesse kehaosadesse, vaid soodustab ka selle koostoimet vesinikioonidega.

• - Germaanium on metall, kuid selle haprust võib võrrelda klaasiga.
• - Mõned teatmeteosed väidavad, et germaaniumil on hõbedane värv. Kuid seda ei saa öelda, sest germaaniumi värvus sõltub otseselt metallpinna töötlemise meetodist. Mõnikord võib see tunduda peaaegu must, teistel juhtudel on see terasest ja mõnikord võib see olla hõbedane.
• - Germaaniumi leiti päikese pinnalt, samuti kosmosest alla kukkunud meteoriitidest.
• - Esimest korda sai orgaanilise elemendi ühendi germaaniumi elemendi avastaja Clemens Winkler germaaniumtetrakloriidist 1887. aastal, see oli tetraetüülgermaanium. Kõigist praegusel etapil saadud germaaniumi orgaanilistest ühenditest ei ole ükski mürgine. Samas on enamik tinaorgaanilisi ja plii mikroelemente, mis on oma füüsikaliste omaduste poolest analoogsed germaaniumiga, mürgised.
• - Dmitri Ivanovitš Mendelejev ennustas kolme keemilist elementi juba enne nende avastamist, sealhulgas germaaniumi, nimetades elementi ekasiliitsiks selle sarnasuse tõttu räniga. Kuulsa vene teadlase ennustus oli nii täpne, et hämmastas teadlasi, sh. ja Winkler, kes avastas germaaniumi. Mendelejevi aatommass oli 72, tegelikkuses oli see 72,6; erikaal oli Mendelejevi järgi tegelikkuses 5,5 - 5,469; aatomi maht oli Mendelejevi järgi tegelikkuses 13 - 13,57; kõrgeim oksiid Mendelejevi järgi EsO2, tegelikkuses - GeO2, selle erikaal Mendelejevi järgi oli 4,7, tegelikkuses - 4,703; klooriühend vastavalt Mendelejevi EsCl4 - vedel, keemistemperatuur on umbes 90 ° C, tegelikkuses - kloriidühend GeCl4 - vedel, keemistemperatuur 83 ° C, ühend vesinikuga Mendelejevi järgi EsH4 on gaasiline, vesinikuga ühend on tegelikult GeH4 gaasiline ; metallorgaaniline ühend vastavalt Mendelejevi Es (C2H5) 4, keemistemperatuur 160 ° C, metallorgaaniline ühend tegelikkuses - Ge (C2H5) 4 keemistemperatuur 163,5 ° C. Nagu ülalpool käsitletud teabest näha, oli Mendelejevi ennustus üllatavalt täpne.
• - Clemens Winkler 26. veebruar 1886 alustas kirja Mendelejevile sõnadega "Lugupeetud härra". Üsna viisakas vormis rääkis ta vene teadlasele uue elemendi, nimega germaanium, avastamisest, mis oma omadustelt polnud midagi muud kui Mendelejevi varem ennustatud "ekasilikoon". Dmitri Ivanovitš Mendelejevi vastus polnud vähem viisakas. Teadlane nõustus oma kolleegi avastusega, nimetades germaaniumi "oma perioodilise süsteemi krooniks" ja Winklerit elemendi "isaks", mis väärib seda "krooni".
• - Germaaniumist kui klassikalisest pooljuhist on saanud võti vedela vesiniku, kuid mitte vedela heeliumi temperatuuril töötavate ülijuhtivate materjalide loomise probleemi lahendamisel. Nagu teate, muutub vesinik gaasilisest olekust vedelaks, kui temperatuur jõuab -252,6 ° C või 20,5 ° K. 1970. aastatel töötati välja germaaniumi ja nioobiumi kile, mille paksus oli vaid paar tuhat aatomit. See kile on võimeline säilitama ülijuhtivuse isegi siis, kui temperatuur jõuab 23,2 ° K ja alla selle.
• - Germaaniumi monokristalli kasvatamisel asetatakse sula germaaniumi pinnale germaaniumikristall - "seeme", mida tõstetakse järk-järgult automaatse seadme abil, samal ajal kui sulamistemperatuur on veidi kõrgem kui germaaniumi sulamistemperatuur (on 937 °C). "Seeme" pöörleb nii, et monokristall, nagu öeldakse, "kasvab lihaga" igast küljest ühtlaselt. Tuleb märkida, et sellise kasvu ajal toimub sama, mis tsooni sulamise protsessis, st. praktiliselt ainult germaanium läheb tahkesse faasi ja kõik lisandid jäävad sulatisse.

Ajalugu

Sellise elemendi nagu germaaniumi olemasolu ennustas juba 1871. aastal Dmitri Ivanovitš Mendelejev, selle sarnasuste tõttu räniga nimetati elementi ekasiliitsiumiks. 1886. aastal avastas Freibergi kaevandusakadeemia professor argyrodiidi, uue hõbeda mineraali. Seejärel uuris seda mineraali üsna hoolikalt tehnilise keemia professor Clemens Winkler, viies läbi mineraali täieliku analüüsi. 48-aastast Winklerit peeti õigusega Freibergi kaevandusakadeemia parimaks analüütikuks, mistõttu anti talle võimalus argyrodiiti uurida.

Üsna lühikese ajaga suutis professor esitada aruande erinevate elementide osakaalu kohta algses mineraalis: hõbedat selle koostises oli 74,72%; väävel - 17,13%; raudoksiid - 0,66%; elavhõbe - 0,31%; tsinkoksiid - 0,22%.Aga peaaegu seitse protsenti oli mingi arusaamatu elemendi osakaal, mida, näib, polnud tol kaugel ajal veel avastatud. Seoses sellega otsustas Winkler isoleerida argyrodpti tundmatu komponendi, uurida selle omadusi ja mõistis uurimise käigus, et ta leidis tegelikult täiesti uue elemendi - see oli D.I. ennustatud seletus. Mendelejev.

Siiski oleks vale arvata, et Winkleri töö läks ladusalt. Dmitri Ivanovitš Mendelejev kirjutab lisaks oma raamatu "Keemia põhialused" kaheksandale peatükile: "Alguses (veebruar 1886) materjalipuudus, samuti spektri puudumine leegis ja germaaniumiühendite lahustuvus. takistas tõsiselt Winkleri uurimistööd ..." Tasub pöörata tähelepanu sõnadele "spektri puudumine". Aga kuidas see on? 1886. aastal oli laialdaselt kasutatav spektraalanalüüsi meetod juba olemas. Selle meetodi abil avastati sellised elemendid nagu tallium, rubiidium, indium, tseesium Maal ja heelium Päikesel. Teadlased teadsid juba kindlalt, et igal keemilisel elemendil on eranditult individuaalne spekter ja äkki pole spektrit!

Selle nähtuse seletus ilmus veidi hiljem. Germaaniumil on iseloomulikud spektrijooned. Nende lainepikkus on 2651,18; 3039.06 Ǻ ja veel mõned. Kuid need kõik asuvad spektri ultraviolettkiirguse nähtamatus osas, võib õnneks pidada, et Winkler on traditsiooniliste analüüsimeetodite järgija, sest just need meetodid viisid ta eduni.

Meetod germaaniumi saamiseks mineraalist, mida Winkler kasutas, on üsna lähedane ühele kaasaegsele tööstuslikule meetodile 32. elemendi ekstraheerimiseks. Esiteks muudeti argardandis sisalduv germaanium dioksiidiks. Seejärel kuumutati saadud valge pulber vesiniku atmosfääris temperatuurini 600-700 °C. Sel juhul osutus reaktsioon ilmseks: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Just sel meetodil saadi esmakordselt suhteliselt puhas element nr 32 germaanium. Alguses kavatses Winkler nimetada samanimelise planeedi auks vanaadiumi neptuuniumiks, sest Neptuuni, nagu germaaniumigi, ennustati esmalt ja alles siis leiti. Siis aga selgus, et sellist nimetust oli juba korra kasutatud, ühele ekslikult avastatud keemilisele elemendile pandi nimeks neptuunium. Winkler otsustas oma nime ja avastust mitte teha ning loobus neptuunumist. Üks prantsuse teadlane Rayon tegi aga ettepaneku, siis tunnistas ta oma ettepaneku naljaks, soovitas elementi nimetada nurgeliseks, s.t. "Vastuoluline, nurgeline", kuid see nimi ei meeldinud Winklerile. Selle tulemusena valis teadlane iseseisvalt oma elemendile nime ja nimetas seda oma kodumaa Saksamaa auks germaaniumiks, aja jooksul see nimi välja kujunes.

Kuni 2 korruseni. XX sajand germaaniumi praktiline kasutamine jäi üsna piiratuks. Metalli tööstuslik tootmine tekkis alles seoses pooljuhtide ja pooljuhtelektroonika arenguga.

Looduses olemine

Germaaniumi võib liigitada mikroelemendiks. Looduses elementi vabal kujul üldse ei esine. Meie planeedi maakoore metallide kogusisaldus massi järgi on 7 × 10–4%. See on rohkem kui keemiliste elementide, nagu hõbe, antimon või vismut, sisaldus. Kuid tema enda mineraale, germaaniumi, on üsna vähe ja neid leidub looduses väga harva. Peaaegu kõik need mineraalid on sulfosoolad, näiteks germaniit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfildiit Ag 8 (Sn, Ce) S 6, argürodiit Ag8GeS6 jt.

Maakoores hajutatud germaaniumi põhiosa sisaldub tohutul hulgal kivimites, aga ka paljudes mineraalides: värviliste metallide sulfitmaagid, rauamaagid, mõned oksiidmineraalid (kromiit, magnetiit, rutiil ja teised). ), graniidid, diabaasid ja basaltid. Mõne sfaleriidi koostises võib elementide sisaldus ulatuda mitme kilogrammini tonni kohta, näiteks frankiidis ja sulvaniidis 1 kg / t, enargiitides on germaaniumi sisaldus 5 kg / t, pürargüriidis - kuni 10 kg / t. , kuid teistes silikaatides ja sulfiidides - kümneid ja sadu g / t. Väike osa germaaniumi on peaaegu kõigis silikaatides, aga ka mõnes nafta- ja kivisöe leiukohas.

Elemendi põhimineraal on germaaniumsulfit (valem GeS2). Mineraali leidub lisandina tsinksulfitites ja teistes metallides. Germaaniumi olulisemad mineraalid on: germaniit Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermaniit (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottiit FeGe (OH) 6 , reneriit Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 ja argürodiit Ag 8 GeS 6.

Saksamaa on eranditult kõigi riikide territooriumil. Kuid üheski maailma tööstuslikult arenenud riigis pole selle metalli tööstuslikke maardlaid. Germaanium on väga-väga hajutatud. Maal peetakse selle metalli mineraale väga haruldaseks, germaaniumi sisaldus selles on üle vähemalt 1%. Sellisteks mineraalideks on germaniit, argürodiit, ultrabasiit jne, sealhulgas viimastel aastakümnetel avastatud mineraalid: shtotiit, renieriit, plumbogermaniit ja konfildiit. Kõigi nende mineraalide maardlad ei suuda katta kaasaegse tööstuse nõudlust selle haruldase ja olulise keemilise elemendi järele.

Suurem osa germaaniumist on dispergeeritud teiste keemiliste elementide mineraalides ning seda leidub ka looduslikes vetes, söes, elusorganismides ja pinnases. Näiteks tavalises kivisöes ulatub germaaniumi sisaldus mõnikord üle 0,1%. Kuid selline näitaja on üsna haruldane, tavaliselt on germaaniumi osakaal väiksem. Kuid antratsiidis pole peaaegu üldse germaaniumi.

Vastuvõtmine

Germaaniumsulfiidi töötlemisel saadakse GeO2 oksiid, mis vesiniku abil redutseeritakse vaba germaaniumi saamiseks.

Tööstuslikus tootmises kaevandatakse germaaniumi peamiselt värviliste metallide maakide (tsingi segu, tsink-vask-plii polümetallikontsentraadid, mis sisaldavad 0,001-0,1% germaaniumi), söe põletamisel tekkiva tuha ja mõned koksi-keemiatooted.

Esialgu isoleeritakse germaaniumikontsentraati (2% kuni 10% germaaniumi) ülalpool käsitletud allikatest mitmel viisil, mille valik sõltub tooraine koostisest. Poksisöe töötlemisel sadestatakse germaanium osaliselt (5% kuni 10%) supravaiguveeks ja vaiguks, sealt ekstraheeritakse see kompleksina tanniiniga, seejärel kuivatatakse ja põletatakse temperatuuril 400 °C. -500 ° C. Tulemuseks on kontsentraat, mis sisaldab umbes 30-40% germaaniumi, millest isoleeritakse germaanium GeCl 4 kujul. Sellisest kontsentraadist germaaniumi ekstraheerimise protsess hõlmab reeglina samu etappe:

1) Kontsentraadi kloorimiseks kasutatakse vesinikkloriidhapet, happe ja kloori segu vesikeskkonnas või muid kloorivaid aineid, mille tulemuseks võib olla tehniline GeCl 4. GeCl4 puhastamiseks kasutatakse kontsentreeritud vesinikkloriidhappe rektifikatsiooni ja lisandite ekstraheerimist.

2) GeCl 4 hüdrolüüs viiakse läbi, hüdrolüüsi saadusi kaltsineeritakse kuni oksiidi GeO 2 saamiseni.

3) GeO redutseeritakse vesiniku või ammoniaagi toimel puhtaks metalliks.

Kõige puhtama germaaniumi saamisel, mida kasutatakse pooljuhttehnilistes vahendites, viiakse läbi metalli tsoonisulatamine. Pooljuhtide tootmiseks vajalik monokristalliline germaanium saadakse tavaliselt tsoonisulatamise teel või Czochralski meetodil.

Meetodid germaaniumi eraldamiseks koksi kõrvalproduktide tõrvaveest töötas välja Nõukogude teadlane V.A. Nazarenko. Selles tooraines ei ole germaaniumi rohkem kui 0,0003%, kuid nendest saadud tammeekstrakti kasutades on germaaniumi lihtne tanniidikompleksi kujul sadestada.

Tanniini põhikoostisosa on glükoosester, kus esineb meta-digallihappe radikaal, mis seob germaaniumi, isegi kui elemendi kontsentratsioon lahuses on väga madal. Settetest saab kergesti kontsentraati, milles germaaniumdioksiidi sisaldus on kuni 45%.

Hilisemad ümberkujundamised ei sõltu enam tooraine tüübist. Germaaniumi redutseerib vesinik (nagu Winkleri puhul 19. sajandil), kuid esmalt on vaja isoleerida germaaniumoksiid paljudest lisanditest. Ühe germaaniumiühendi omaduste edukas kombinatsioon osutus selle probleemi lahendamisel väga kasulikuks.

Germaaniumtetrakloriid GeCl4. See on lenduv vedelik, mis keeb ainult 83,1 ° C juures. Seetõttu on seda üsna mugav puhastada destilleerimise ja rektifikatsiooniga (pakitud kvartskolonnides).

GeCl4 on vesinikkloriidhappes peaaegu lahustumatu. See tähendab, et selle puhastamiseks saab kasutada lisandite lahustamist HCl-ga.

Puhastatud germaaniumtetrakloriidi töödeldakse veega, puhastatakse ioonvahetusvaikudega. Nõutava puhtuse märgiks on vee eritakistuse suurenemine 15-20 miljoni Ohm · cm-ni.

GeCl4 hüdrolüüs toimub vee toimel:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Võib märkida, et meie ees on germaaniumtetrakloriidi saamise reaktsiooni "tagurpidi kirjutatud" võrrand.

Pärast seda redutseeritakse GeO2 puhastatud vesinikuga:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Selle tulemusena saadakse pulbriline germaanium, mis legeeritakse ja seejärel puhastatakse tsoonisulatusmeetodil. See puhastusmeetod töötati välja 1952. aastal spetsiaalselt germaaniumi puhastamiseks.

Germaaniumile üht või teist tüüpi juhtivuse andmiseks vajalikud lisandid sisestatakse tootmise lõppfaasis, nimelt tsooni sulamise ajal, aga ka monokristalli kasvamise ajal.

Rakendus

Germaanium on pooljuhtmaterjal, mida kasutatakse elektroonikas ja tehnoloogias mikroskeemide ja transistoride valmistamisel. Klaasile kantakse kõige õhemad germaaniumikiled, mida kasutatakse radariseadmetes takistusena. Detektorite ja andurite valmistamisel kasutatakse germaaniumisulameid erinevate metallidega. Germaaniumdioksiidi kasutatakse laialdaselt infrapunakiirgust edastavate klaaside tootmisel.

Germaaniumtelluriid on pikka aega olnud stabiilne termoelektriline materjal, samuti termoelektriliste sulamite komponent (termo-tähendab emf-i 50 μV / K) Ülikõrge puhtusastmega germaaniumil on erakordselt strateegiline roll infrapunaoptika prismade ja läätsede valmistamisel. Suurim germaaniumi tarbija on just infrapuna optika, mida kasutatakse arvutitehnoloogias, sihiku- ja rakettide juhtimissüsteemides, öövaatlusseadmetes, maapinna kaardistamisel ja uurimisel satelliitidelt. Germaaniumi kasutatakse laialdaselt ka fiiberoptilistes süsteemides (klaaskiududele germaaniumtetrafluoriidi lisamine), samuti pooljuhtdioodides.

Germaaniumist kui klassikalisest pooljuhist on saanud võti vedela vesiniku, kuid mitte vedela heeliumi temperatuuril töötavate ülijuhtivate materjalide loomise probleemi lahendamisel. Nagu teate, läheb vesinik gaasilisest olekust vedelasse olekusse, kui temperatuur jõuab -252,6 ° C või 20,5 ° K. 1970. aastatel töötati välja germaaniumi ja nioobiumi kile, mille paksus oli vaid paar tuhat aatomit. See kile on võimeline säilitama ülijuhtivuse isegi siis, kui temperatuur jõuab 23,2 ° K ja alla selle.

Sulatades indiumi HES-plaadi sisse, luues nii nn aukjuhtivusega piirkonna, saadakse alaldusseade, s.o. diood. Dioodil on omadus juhtida elektrivoolu ühes suunas: elektronide piirkond augu juhtivusega piirkonnast. Pärast indiumi sulatamist HES-plaadi mõlemal küljel muutub see plaat transistori põhjaks. Esimest korda maailmas loodi germaaniumist transistor juba 1948. aastal ja juba kahekümne aasta pärast toodeti selliseid seadmeid sadu miljoneid.

Germaaniumil ja trioodidel põhinevaid dioode on laialdaselt kasutatud televiisorites ja raadiotes, mitmesugustes mõõteseadmetes ja arvutusseadmetes.

Germaaniumi kasutatakse ka teistes eriti olulistes kaasaegse tehnika valdkondades: madalate temperatuuride mõõtmisel, infrapunakiirguse tuvastamisel jne.

Harja kasutamiseks kõigis neis piirkondades on vaja väga kõrge keemilise ja füüsikalise puhtusega germaaniumi. Keemiline puhtus on selline puhtus, et kahjulike lisandite hulk ei tohiks olla suurem kui üks kümnemiljonik protsenti (10 -7%). Füüsikaline puhtus tähendab minimaalset dislokatsiooni, minimaalset aine kristallstruktuuri rikkumist. Selle saavutamiseks kasvatatakse spetsiaalselt ühekristallilist germaaniumi. Sel juhul on kogu metallivaluplokk vaid üks kristall.

Selleks asetatakse sula germaaniumi pinnale germaaniumi kristall - "seeme", mis automaatse seadme abil järk-järgult tõuseb, samal ajal kui sulamistemperatuur on veidi kõrgem kui germaaniumi sulamistemperatuur (on 937 ° C). . "Seeme" pöörleb nii, et monokristall, nagu öeldakse, "kasvab lihaga" igast küljest ühtlaselt. Tuleb märkida, et sellise kasvu ajal toimub sama, mis tsooni sulamise protsessis, st. praktiliselt ainult germaanium läheb tahkesse faasi ja kõik lisandid jäävad sulatisse.

Füüsikalised omadused

Tõenäoliselt pidid vähesed selle artikli lugejatest vanaadiumi selgelt nägema. Element ise on üsna napp ja kallis, nad ei tee sellest tarbekaupu ning nende elektriseadmetes ettetulev germaaniumi täidis on nii väike, et metalli ei näegi.

Mõned teatmeteosed väidavad, et germaaniumil on hõbedane värv. Kuid seda ei saa öelda, sest germaaniumi värvus sõltub otseselt metallpinna töötlemise meetodist. Mõnikord võib see tunduda peaaegu must, teistel juhtudel on see terasest ja mõnikord võib see olla hõbedane.

Germaanium on nii haruldane metall, et selle valuploki väärtust saab võrrelda kulla väärtusega. Germaaniumit iseloomustab suurenenud haprus, mida saab võrrelda ainult klaasiga. Väliselt on germaanium ränile piisavalt lähedane. Need kaks elementi on mõlemad konkurendid kõige olulisema pooljuhi tiitlile ja analoogidele. Kuigi elemendi osad tehnilised omadused on suures osas sarnased, siis materjalide välimuse osas on germaaniumit ränist väga lihtne eristada, on germaanium üle kahe korra raskem. Räni tihedus on 2,33 g / cm3 ja germaaniumi tihedus 5,33 g / cm3.

Kuid germaaniumi tihedusest ei saa ühemõtteliselt rääkida, kuna joonis 5,33 g/cm3 viitab germaanium-1-le. See on 32. elemendi viie allotroopse modifikatsiooni üks olulisemaid ja levinumaid modifikatsioone. Neli neist on kristalsed ja üks amorfne. Germaanium-1 on neljast kristalsest kõige kergem. Selle kristallid on ehitatud täpselt samamoodi nagu teemantkristallid, a = 0,533 nm. Kui aga see struktuur on süsiniku jaoks maksimaalselt tihe, siis germaaniumis on ka tihedamaid modifikatsioone. Mõõdukas kuumutamine ja kõrge rõhk (umbes 30 tuhat atmosfääri 100 ° C juures) muudab germaanium-1 germaanium-2-ks, mille kristallvõre struktuur on täpselt sama, mis valgel tinal. Kasutame sama meetodit germaanium-3 ja germaanium-4 saamiseks, mis on veelgi tihedamad. Kõik need "mitte päris tavalised" modifikatsioonid ületavad germaanium-1 mitte ainult tiheduse, vaid ka elektrijuhtivuse poolest.

Vedela germaaniumi tihedus on 5,557 g / cm3 (1000 ° C juures), metalli sulamistemperatuur on 937,5 ° C; keemistemperatuur on umbes 2700 ° C; soojusjuhtivuse koefitsiendi väärtus on ligikaudu 60 W / (m (K) või 0,14 cal / (cm (sek (deg))) temperatuuril 25 ° C. Normaaltemperatuuril on isegi puhas germaanium habras, kuid kui see jõuab 550 ° C-ni, see hakkab alistuma Mineraloogilise skaala järgi on germaaniumi kõvadus 6–6,5; kokkusurutavusteguri väärtus (rõhuvahemikus 0–120 Gn / m2 või 0–12000 kgf / mm 2) on 1,4 · 10–7 m 2 / mn (või 1,4 · 10–6 cm 2 / kgf); pindpinevusnäitaja on 0,6 n / m (või 600 dynes / cm).

Germaanium on tüüpiline pooljuht, mille ribalaius on 1,104 · 10 -19 ehk 0,69 eV (temperatuuril 25 °C); kõrge puhtusastmega germaaniumi eritakistus on 0,60 oomi (m (60 oomi (cm) (25 ° C); 25 ° C); elektronide liikuvusindeks on 3900 ja augu liikuvus on 1900 cm 2 / v. sek (temperatuuril 25 ° C ja sisaldus 8% lisanditest) Infrapunakiirte puhul, mille lainepikkus on üle 2 mikroni, on metall läbipaistev.

Germaanium on üsna habras, see ei sobi kuum- ega külmsurvetöötluseks temperatuuridel alla 550 ° C, kuid kui temperatuur tõuseb, on metall plastiline. Metalli kõvadus mineraloogilisel skaalal on 6,0-6,5 (germaanium saetakse plaatideks metall- või teemantketta ja abrasiivi abil).

Keemilised omadused

Germaaniumil, mis on keemilistes ühendites, on tavaliselt teine ​​ja neljas valents, kuid neljavalentsed germaaniumiühendid on stabiilsemad. Germaanium on toatemperatuuril vastupidav vee, õhu, aga ka leeliste lahuste ja väävel- või vesinikkloriidhappe lahjendatud kontsentraatide toimele, kuid element lahustub üsna kergesti veekogus või vesinikperoksiidi leeliselises lahuses. Element oksüdeerub aeglaselt lämmastikhappe toimel. Kui õhutemperatuur jõuab 500–700 ° C-ni, hakkab germaanium oksüdeeruma oksiidideks GeO 2 ja GeO. (Iv) germaaniumoksiid on valge pulber, mille sulamistemperatuur on 1116 ° C ja lahustuvus vees 4,3 g / l (temperatuuril 20 ° C). Keemiliste omaduste järgi on aine amfoteerne, lahustub leelises, mineraalhappes raskesti. See saadakse hüdrolüüsi käigus eralduva hüdraatunud sademe GeO 3 nH 2 O läbitungimisel Germaaniumhapete derivaadid, näiteks metalligermanaadid (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 jt) on kõrge sisaldusega tahked ained. sulamistemperatuurid, võib saada GeO 2 ja teiste oksiidide sulatamisel.

Germaaniumi ja halogeenide vastasmõju tulemusena võivad tekkida vastavad tetrahalogeniidid. Reaktsiooni on kõige lihtsam läbi viia kloori ja fluoriga (isegi toatemperatuuril), seejärel joodiga (temperatuur 700–800 °C, CO olemasolu) ja broomiga (madala kuumutamisega). Üks olulisemaid germaaniumi ühendeid on tetrakloriid (valem GeCl 4). See on värvitu vedelik sulamistemperatuuriga 49,5 ° C, keemistemperatuuriga 83,1 ° C ja tihedusega 1,84 g / cm3 (temperatuuril 20 ° C). Aine hüdrolüüsitakse tugevalt veega, tekib hüdraatoksiidi (IV) sade. Tetrakloriid saadakse metallilise germaaniumi kloorimisel või GeO 2 oksiidi ja kontsentreeritud vesinikkloriidhappe interaktsioonil. Tuntud on ka germaaniumdihalogeniidid üldvalemiga GeX 2, heksaklorodigermaan Ge 2 Cl 6, GeCl monokloriid ja germaaniumoksükloriidid (näiteks СеОСl 2).

900–1000 ° C saavutamisel interakteerub väävel jõuliselt germaaniumiga, moodustades GeS2 disulfiidi. See on valge tahke aine, mille sulamistemperatuur on 825 °C. Võimalik on ka GeS monosulfiidi ja sarnaste germaaniumiühendite moodustumine telluuri ja seleeniga, mis on pooljuhid. Temperatuuril 1000–1100 °C reageerib vesinik kergelt germaaniumiga, moodustades idu (GeH) X, mis on ebastabiilne ja väga lenduv ühend. Ge n H 2n + 2 kuni Ge 9 H 20 seeria germaani vesinik võib tekkida germaniidide koostoimel lahjendatud HCl-ga. Tuntud on ka germüleen koostisega GeH 2. Germaanium ei reageeri otseselt lämmastikuga, kuid seal on nitriid Ge 3 N 4, mis saadakse germaaniumi kokkupuutel ammoniaagiga (700–800 ° C). Germaanium ei suhtle süsinikuga. Paljude metallidega moodustab germaanium erinevaid ühendeid – germaniide.

Tuntud on palju germaaniumi kompleksühendeid, mis muutuvad üha olulisemaks elemendi germaaniumi analüütilises keemias, aga ka keemilise elemendi saamisprotsessides. Germaanium on võimeline moodustama kompleksseid ühendeid hüdroksüülrühma sisaldavate orgaaniliste molekulidega (mitmehüdroksüülsed alkoholid, mitmealuselised happed jt). Samuti on olemas germaaniumi heteropolühapped. Nagu teised IV-nda rühma elemendid, moodustab germaanium iseloomulikult metallorgaanilisi ühendeid. Näiteks on tetraetüülgermaan (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Germaanium(lat. Germaanium), Ge, Mendelejevi perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element; seerianumber 32, aatommass 72,59; hallikasvalge metallilise läikega tahke aine. Looduslik germaanium on segu viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 70, 72, 73, 74 ja 76. Saksamaa olemasolu ja omadusi ennustas 1871. aastal DI Mendelejev ja nimetas seda seni tundmatut elementi ekasiliconiks, kuna selle omadused on väga sarnased. räni. 1886. aastal avastas saksa keemik K. Winkler mineraalses argirodiidis uue elemendi, mille ta nimetas oma riigi järgi Saksamaaks; Germaanium osutus üsna identseks ekasiliconiga. Kuni 20. sajandi teise pooleni jäi Saksamaa praktiline rakendamine väga piiratuks. Tööstuslik tootmine Saksamaal tekkis seoses pooljuhtelektroonika arendamisega.

Germaaniumi kogusisaldus maakoores on 7 · 10 -4 massiprotsenti ehk rohkem kui näiteks antimonis, hõbedas, vismutis. Saksamaa enda maavarad on aga äärmiselt haruldased. Peaaegu kõik need on sulfosoolad: germaniit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argürodiit Ag 8 GeS 6, konfildiit Ag 8 (Sn, Ge) S 6 jt. Suurem osa Saksamaast on maapõues hajutatud paljudes kivimites ja mineraalides: värviliste metallide sulfiidmaakides, rauamaagides, mõnedes oksiidmineraalides (kromiit, magnetiit, rutiil jt), graniitides, diabaasid ja basaltid. Lisaks leidub germaaniumi peaaegu kõigis silikaatides, mõnedes söe- ja naftamaardlates.

Füüsikalised omadused Saksamaa. Germaanium kristalliseerub kuupteemant-tüüpi struktuuris, ühikelemendi parameeter on a = 5, 6575 Å. Tahke germaaniumi tihedus on 5,327 g / cm 3 (25 ° C); vedel 5,557 (1000 °C); t pl 937,5 °C; t pall umbes 2700 ° C; soojusjuhtivuse koefitsient ~ 60 W / (m · K) või 0,14 cal / (cm · sek · deg) temperatuuril 25 ° С. Isegi väga puhas germaanium on tavatemperatuuril rabe, kuid temperatuuril üle 550 ° C võib see plastiliselt deformeeruda. Kõvadus Saksamaa mineraloogilisel skaalal 6-6,5; kokkusurutavuse koefitsient (rõhuvahemikus 0-120 Gn / m 2 või 0-12000 kgf / mm 2) 1,4 · 10 -7 m 2 / mn (1,4 · 10 -6 cm 2 / kgf); pindpinevus 0,6 N / m (600 dyne / cm). Germaanium on tüüpiline pooljuht, mille ribavahemik on 1,104 · 10 -19 J või 0,69 eV (25 °C); kõrge puhtusastmega elektriline eritakistus Saksamaal 0,60 oomi · m (60 oomi · cm) temperatuuril 25 ° C; elektronide liikuvus on 3900 ja aukude liikuvus on 1900 cm 2 / v · sek (25 ° C) (lisandite sisaldusega alla 10 -8%). Läbipaistev infrapunakiirtele lainepikkusega üle 2 mikroni.

Keemilised omadused Saksamaa. Keemilistes ühendites on germaaniumil tavaliselt valents 2 ja 4 ning 4-valentse Saksamaa stabiilsemad ühendid. Toatemperatuuril on germaanium vastupidav õhu, vee, leeliste lahuste ning lahjendatud vesinikkloriid- ja väävelhapete toimele, kuid lahustub kergesti veekogus ja vesinikperoksiidi leeliselises lahuses. See oksüdeerub aeglaselt lämmastikhappega. Õhus kuumutamisel temperatuurini 500–700 ° C oksüdeerub germaanium oksiidideks GeO ja GeO 2. Saksamaa oksiid (IV) - valge pulber sulamistemperatuuriga 1116 ° C; lahustuvus vees 4,3 g / l (20 ° C). Amfoteerse keemiliste omaduste kohaselt lahustub see leelistes ja raskesti mineraalhapetes. See saadakse hüdraatunud sademe (GeO 3 · nH 2 O) kaltsineerimisel, mis vabaneb GeCl 4 tetrakloriidi hüdrolüüsil. GeO 2 sulatamisel teiste oksiididega võib saada germaanhappe derivaate - metalligermanaate (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 jt) - kõrge sulamistemperatuuriga tahkeid aineid.

Kui Saksamaa suhtleb halogeenidega, tekivad vastavad tetrahalogeniidid. Reaktsioon kulgeb kõige kergemini fluori ja klooriga (juba toatemperatuuril), seejärel broomiga (nõrk kuumutamine) ja joodiga (700–800 °C juures CO juuresolekul). Üks olulisemaid ühendeid Saksamaa tetrakloriid GeCl 4 on värvitu vedelik; t pl -49,5 °C; t pall 83,1 ° C; tihedus 1,84 g / cm 3 (20 ° C). See hüdrolüüsitakse tugevalt veega, eraldub hüdraatoksiidi (IV) sade. See saadakse metallilise Saksamaa kloorimisel või GeO 2 interaktsioonil kontsentreeritud HCl-ga. Tuntud on ka Saksamaa dihalogeniidid üldvalemiga GeX 2, monokloriid GeCl, heksaklorodigermaan Ge 2 Cl 6 ja Saksamaa oksükloriidid (näiteks CeOCl 2).

Väävel interakteerub intensiivselt germaaniumiga temperatuuril 900–1000 ° C, moodustades disulfiid GeS 2 - valge tahke aine, sulamistemperatuur 825 ° C. Kirjeldatakse ka monosulfiid GeS ja sarnaseid Saksamaa ühendeid seleeni ja telluuriga, mis on pooljuhid. Vesinik reageerib germaaniumiga 1000–1100 ° C juures ebaoluliselt, moodustades idu (GeH) X - ebastabiilse ja kergesti lenduva ühendi. Germaniidide interaktsiooni lahjendatud vesinikkloriidhappega saab kasutada Ge n H 2n + 2 seeria vesinikgermaniidide saamiseks kuni Ge 9 H 20. Tuntud on ka germüleen koostisega GeH 2. Germaanium ei reageeri otseselt lämmastikuga, kuid seal on nitriid Ge 3 N 4, mis saadakse ammoniaagi toimel germaaniumile temperatuuril 700–800 ° C. Germaanium ei suhtle süsinikuga. Germaanium moodustab paljude metallidega ühendeid – germaniide.

Teada on arvukalt Saksamaa kompleksühendeid, mis muutuvad üha olulisemaks nii Saksamaa analüütilises keemias kui ka selle valmistamise protsessides. Germaanium moodustab kompleksseid ühendeid orgaaniliste hüdroksüülrühma sisaldavate molekulidega (mitmehüdroksüülsed alkoholid, mitmealuselised happed jt). Saadud heteropolühapped Saksamaal. Nagu ka teiste IV rühma elementide puhul, iseloomustab Saksamaad metallorgaaniliste ühendite moodustumine, mille näiteks on tetraetüülgermaan (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Saksamaa saamine. Tööstuspraktikas saadakse germaaniumi peamiselt värviliste metallide maakide töötlemise kõrvalsaadustest (tsingi segu, tsingi-vask-plii polümetallikontsentraadid), mis sisaldavad 0,001-0,1% Saksamaad. Toorainena kasutatakse ka kivisöe põletamisel tekkivat tuhka, gaasigeneraatorite tolmu ja koksitehaste jäätmeid. Esialgu saadakse germaaniumi kontsentraati (2-10% Saksamaa) loetletud allikatest erineval viisil, olenevalt tooraine koostisest. Saksamaa ekstraheerimine kontsentraadist sisaldab tavaliselt järgmisi etappe: 1) kontsentraadi kloorimine vesinikkloriidhappega, selle segamine klooriga vesikeskkonnas või muude kloorimisvahenditega tehnilise GeCl 4 saamiseks. GeCl4 puhastamiseks kasutatakse rektifikatsiooni ja lisandite ekstraheerimist kontsentreeritud HCl-ga. 2) GeCl 4 hüdrolüüs ja hüdrolüüsiproduktide kaltsineerimine GeO 2 saamiseks. 3) GeO 2 redutseerimine vesiniku või ammoniaagiga metalliks. Pooljuhtseadmetes kasutatava väga puhta Saksamaa isoleerimiseks viiakse läbi metalli tsoonisulatamine. Pooljuhtide tööstusele vajalik monokristalliline germaanium saadakse tavaliselt tsoonisulatamise teel või Czochralski meetodil.

Taotlus Saksamaal. Germaanium on kaasaegses pooljuhttehnoloogias üks väärtuslikumaid materjale. Seda kasutatakse dioodide, trioodide, kristalldetektorite ja toitealaldi valmistamiseks. Monokristallilist germaaniumi kasutatakse ka dosimeetriaseadmetes ja seadmetes, mis mõõdavad konstantse ja vahelduva magnetvälja tugevust. Saksamaal on oluliseks kasutusvaldkonnaks infrapunatehnoloogia, eelkõige 8-14 mikronite vahemikus töötavate infrapunadetektorite tootmine. Paljud sulamid on praktiliseks kasutamiseks paljutõotavad, sealhulgas germaanium, GeO 2-põhised klaasid ja muud Saksamaalt pärit ühendid.

MÄÄRATLUS

Germaanium- perioodilise tabeli kolmekümne teine ​​element. Nimetus - Ge ladinakeelsest sõnast "germanium". Asub neljandas perioodis, IVA grupp. Viitab poolmetallidele. Tuuma laeng on 32.

Kompaktses olekus on germaaniumil hõbedane värv (joonis 1) ja see näeb välja nagu metall. Toatemperatuuril on see vastupidav õhu, hapniku, vee, vesinikkloriidi ja lahjendatud väävelhapete toimele.

Riis. 1. Germaanium. Välimus.

Germaaniumi aatom- ja molekulmass

MÄÄRATLUS

Aine suhteline molekulmass (M r) on arv, mis näitab, mitu korda on antud molekuli mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist ja elemendi suhteline aatommass (A r)- mitu korda on keemilise elemendi aatomite keskmine mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist.

Kuna germaanium eksisteerib vabas olekus monoatomiliste Ge molekulide kujul, langevad selle aatom- ja molekulmassi väärtused kokku. Need on võrdsed 72 630-ga.

Germaaniumi isotoobid

On teada, et looduses leidub germaaniumi viie stabiilse isotoobi kujul: 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) ja 76 Ge (7,67%). ). Nende massinumbrid on vastavalt 70, 72, 73, 74 ja 76. Germaaniumi isotoobi 70 Ge tuum sisaldab kolmkümmend kaks prootonit ja kolmkümmend kaheksa neutronit, ülejäänud isotoobid erinevad sellest ainult neutronite arvu poolest.

On kunstlikke ebastabiilseid radioaktiivseid germaaniumi isotoope massinumbritega 58–86, mille hulgas on pikima elueaga isotoop 68 Ge, mille poolestusaeg on 270,95 päeva.

Jonah Saksamaa

Germaaniumi aatomi välisenergia tasemel on neli elektroni, mis on valents:

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 p 10 4 s 2 4 p 2.

Keemilise vastastikmõju tulemusena loovutab germaanium oma valentselektronid, s.o. on nende doonor ja muutub positiivselt laetud iooniks:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+.

Germaaniumi molekul ja aatom

Vabas olekus eksisteerib germaanium monoatomiliste Ge molekulide kujul. Siin on mõned omadused, mis iseloomustavad germaaniumi aatomit ja molekuli:

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

NÄIDE 2

GERMANIUM, Ge (Lat.Germania - Saksamaa * A. germanium; N. Germanium; F. germanium; I. germanio), on Mendelejevi perioodilisuse süsteemi IV rühma keemiline element, aatomnumber 32, aatommass 72,59. Looduslik germaanium koosneb neljast stabiilsest poolestusajaga 70 Ge (20,55%), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) ja ühest radioaktiivsest 76 Ge (7, 67%) isotoobist. 2,10 6 aastat. Avastas 1886. aastal saksa keemik K. Winkler mineraalsest argyrodiidist; ennustas 1871. aastal D.N.Mendelejev (ekasilitsõ).

Germaanium looduses

Germaanium viitab. Germaaniumi levimus on (1-2) ,10 -4%. Lisandina leidub seda räni mineraalides, vähemal määral mineraalides ja. Oma mineraalid germaanium on väga haruldased: sulfosoolid - argürodiit, germaniit, renieriit ja mõned teised; germaaniumi ja raua topelthüdraatoksiid - shtottite; sulfaadid - itoiit, fleischeriit ja mõned teised.Neil pole praktiliselt mingit tööstuslikku väärtust. Germaanium akumuleerub hüdrotermilistes ja setteprotsessides, kus realiseerub võimalus selle eraldamiseks ränist. Suurenenud kogustes (0,001-0,1%) leidub seda ja. Germaaniumi allikad on polümetallilised maagid, fossiilsed söed ja teatud tüüpi vulkaanilised-setete ladestused. Peamine kogus germaaniumi saadakse teekonnal maa-alusest veest kivisöe koksimisel, elektrit tootva kivisöe tuhast, sfaleriidist ja magnetiidist. Germaaniumi ekstraheeritakse happega, sublimatsiooniga redutseerivas keskkonnas, sulatamisel seebikiviga jne. Germaaniumi kontsentraate töödeldakse kuumutamisel vesinikkloriidhappega, kondensaat puhastatakse ja hüdrolüütiliselt lagundatakse dioksiidi moodustumisega; viimane redutseeritakse vesinikuga metalliliseks germaaniumiks, mis puhastatakse fraktsioneeriva ja suunalise kristallimise, tsoonisulatamise meetoditega.

Kasutamine germaaniumiga

Germaaniumi kasutatakse elektroonikas ja elektrotehnikas pooljuhtmaterjalina dioodide ja transistoride valmistamisel. Germaaniumist valmistatakse infrapuna-optika läätsed, fotodioodid, fototakistid, tuumakiirguse dosimeetrid, röntgenspektroskoopia analüsaatorid, radioaktiivse lagunemise muundurid elektrienergiaks jne. Germaaniumisulameid teatud metallidega, mida iseloomustab suurenenud vastupidavus happelisele söövitavale keskkonnale, kasutatakse instrumentide valmistamisel, masinaehituses ja metallurgias. Mõned germaaniumi sulamid koos teiste keemiliste elementidega on ülijuhid.

Nimetatud Saksamaa järgi. Sellest riigist pärit teadlane avastas ja tal oli õigus teda kutsuda, kuidas ta tahab. Nii et tabamuses germaanium.

Siiski ei vedanud mitte Mendelejev, vaid Clemens Winkler. Ta määrati argyrodiiti õppima. Himmelfürsti kaevandusest leiti uus mineraal, mis koosneb peamiselt mineraalidest.

Winkler tegi kindlaks 93% kivi koostisest ja jäi ülejäänud 7%ga seisma. Järeldus oli, et need sisaldasid tundmatut elementi.

Põhjalikum analüüs kandis vilja – oli avastas germaaniumi... See on metallist. Kuidas on see inimkonnale kasulik? Me räägime sellest, ja mitte ainult, edaspidi.

Germaaniumi omadused

Germaanium - perioodilisuse tabeli 32 element... Selgub, et metall kuulub 4. rühma. Arv vastab elementide valentsile.

See tähendab, et germaanium kipub moodustama 4 keemilist sidet. See muudab Winkleri avastatud elemendi selliseks.

Sellest ka Mendelejevi soov nimetada veel avastamata elementi ökoräniks, mida tähistatakse kui Si. Dmitri Ivanovitš arvutas 32. metalli omadused ette.

Germaanium on keemiliste omaduste poolest sarnane räniga. Reageerib hapetega ainult kuumutamisel. See suhtleb leelistega oksüdeerijate juuresolekul.

Vastupidav veeaurule. Ei reageeri vesinikuga, süsinikuga,. Germaanium süttib temperatuuril 700 kraadi Celsiuse järgi. Reaktsiooniga kaasneb germaaniumdioksiidi moodustumine.

32. element interakteerub kergesti halogeenidega. Need on soola moodustavad ained, mis kuuluvad tabeli 17. rühma.

Et mitte segadusse sattuda, andkem märku, et juhindume uuest standardist. Vanas on see perioodilisuse tabeli 7. rühm.

Ükskõik, milline on laud, asuvad selles olevad metallid astmelisest diagonaaljoonest vasakul. 32. element on erand.

Teine erand on. Temaga on ka reaktsioon võimalik. Antimon ladestub substraadile.

Aktiivset suhtlust pakutakse. Nagu enamik metalle, on germaanium võimeline oma aurudes põlema.

Väliselt element germaanium, hallikasvalge, väljendunud metallilise läikega.

Sisestruktuuri arvesse võttes on metallil kuubikujuline struktuur. See peegeldab aatomite paigutust ühikurakkudes.

Need on kuubikute kujulised. Kaheksa aatomit paiknevad tippudes. Hoone on võre lähedal.

32. elemendil on 5 stabiilset isotoopi. Nende olemasolu on kõigi oma germaaniumi alarühma elemendid.

Need on ühtlased, mis määrab stabiilsete isotoopide olemasolu. Näiteks on neid 10.

Germaaniumi tihedus on 5,3-5,5 grammi kuupsentimeetri kohta. Esimene näitaja on olekule iseloomulik, teine ​​- vedelale metallile.

Pehmendatud kujul pole see mitte ainult tihedam, vaid ka plastiline. Aine, mis on toatemperatuuril habras, muutub 550 kraadi juures. Need on germaaniumi omadused.

Metalli kõvadus toatemperatuuril on umbes 6 punkti.

Selles olekus on 32. element tüüpiline pooljuht. Kuid vara muutub temperatuuri tõustes "heledamaks". Võrdluseks, lihtsalt juhid kaotavad kuumutamisel oma omadused.

Germaanium juhib voolu mitte ainult standardsel kujul, vaid ka lahustes.

Pooljuhtide omaduste poolest on 32. element samuti lähedane ränile ja sama levinud.

Ainete kasutusala on aga erinev. Räni on pooljuht, mida kasutatakse päikesepatareides, sealhulgas õhukese kilega.

Elementi on vaja ka fotoelementide jaoks. Nüüd mõelge, kus germaanium on kasulik.

Kasutamine germaaniumiga

Kasutatakse germaaniumi gamma-spektroskoopias. Selle instrumendid võimaldavad näiteks uurida lisandite koostist segaoksiidkatalüsaatorites.

Varem lisati germaaniumi dioodidele ja transistoridele. Päikesepatareide puhul tulevad kasuks ka pooljuhtide omadused.

Kuid kui standardmudelitele lisatakse räni, siis suure jõudlusega uue põlvkonna germaanium.

Peaasi, et germaaniumi ei kasutataks absoluutse nulli lähedasel temperatuuril. Sellistes tingimustes kaotab metall pinge edastamise võime.

Et germaanium oleks juht, ei tohiks selles olla rohkem kui 10% lisandeid. Ideaalne ülipuhas keemiline element.

Germaanium valmistatud selle tsoonisulatamise meetodiga. See põhineb võõrelementide erineval lahustuvusel vedelikus ja faasides.

Germaaniumi valem võimaldab teil seda praktikas kasutada. Siin ei räägi me enam elemendi pooljuhtomadustest, vaid selle võimest anda kõvadust.

Samal põhjusel on germaanium leidnud rakendust ka hambaproteesimisel. Kuigi kroonid on aegunud, on nende järele endiselt vähe nõudlust.

Kui lisate germaaniumile räni ja alumiiniumi, saate jooteid.

Nende sulamistemperatuur on alati madalam kui ühendatavatel metallidel. Seega saate teha keerukaid disainistruktuure.

Isegi Internet poleks olnud võimalik ilma Saksamaata. 32. element on kius. Selle tuumaks on kvarts kangelase seguga.

Ja selle dioksiid suurendab kiu peegelduvust. Arvestades nõudlust elektroonika järele, vajavad töösturid germaaniumi suurtes kogustes. Milliseid ja kuidas neid pakutakse, uurime allpool.

Saksamaa kaevandamine

Germaanium on üsna levinud. Maakoores on näiteks 32. elementi rohkem kui antimoni või.

Uuritud varud on umbes 1000 tonni. Peaaegu pooled neist on peidus Ameerika Ühendriikide soolestikus. Veel 410 tonni on vara.

Seega peavad ülejäänud riigid põhimõtteliselt toorainet ostma. teeb koostööd Taevaimpeeriumiga. See on õigustatud nii poliitilisest kui ka majanduslikust seisukohast.

Germaaniumi elemendi omadused oma geokeemilise seose tõttu laialt levinud ainetega ei lase metallil oma mineraale moodustada.

Tavaliselt on metall põimitud olemasolevate võredesse. Külaline muidugi palju ruumi ei võta.

Seetõttu peate germaaniumi vähehaaval ekstraheerima. Ühe tonni kivi kohta leiab mitu kilo.

Enargiitides ei ole 1000 kilogrammi kohta rohkem kui 5 kilo germaaniumi. Pürargiriit sisaldab 2 korda rohkem.

Üks tonn 32. elemendi sulvaniiti sisaldab mitte rohkem kui 1 kilogrammi. Kõige sagedamini saadakse germaaniumi kõrvalsaadusena näiteks teistest metallimaakidest või mitteraudmetallidest, nagu kromiit, magnetiit, rutiit.

Germaaniumi aastane toodang jääb olenevalt nõudlusest 100-120 tonni.

Põhimõtteliselt ostetakse aine monokristalliline vorm. See on täpselt see, mida on vaja spektromeetrite, optiliste kiudude, hinnaliste kiudude tootmiseks. Uuri hindu.

Saksamaa hind

Monokristallilist germaaniumi ostetakse üldjuhul tonnides. See on kasulik suurtele tööstustele.

1000 kilogrammi 32. elementi maksab umbes 100 000 rubla. Leiad pakkumisi 75 000 - 85 000.

Kui võtame polükristallilised, see tähendab väiksemate täitematerjalide ja suurenenud tugevusega, võite anda 2,5 korda rohkem kilo tooraine kohta.

Standardpikkus ei ole väiksem kui 28 sentimeetrit. Plokid on kaitstud kilega, kuna need pleegivad õhu käes. Polükristalliline germaanium on monokristallide kasvatamise "muld".