Tabia za kipengele cha kemikali germanium. Je, unajua jinsi germanium kuvutia ukweli kemia

Germanium (kutoka kwa Kilatini Germanium), iliyoteuliwa "Ge", kipengele cha kikundi cha IV cha meza ya mara kwa mara ya vipengele vya kemikali vya Dmitry Ivanovich Mendeleev; kipengele nambari 32, uzito wa atomiki ni 72.59. Germanium ni rangi ya kijivu-nyeupe yenye mng'ao wa metali. Ingawa rangi ya germanium ni dhana ya jamaa, yote inategemea matibabu ya uso wa nyenzo. Wakati mwingine inaweza kuwa kijivu kama chuma, wakati mwingine fedha, na wakati mwingine nyeusi kabisa. Kwa nje, germanium iko karibu kabisa na silicon. Vipengele hivi havifanani tu kwa kila mmoja, lakini pia kwa kiasi kikubwa vina mali sawa ya semiconductor. Tofauti yao muhimu ni ukweli kwamba germanium ina uzito zaidi ya mara mbili ya silicon.

Germanium, iliyopatikana katika asili, ni mchanganyiko wa isotopu tano imara na namba za molekuli 76, 74, 73, 32, 70. Nyuma mwaka wa 1871, duka la dawa maarufu, "baba" wa meza ya upimaji, Dmitry Ivanovich Mendeleev alitabiri mali na kuwepo. ya germanium. Aliita kipengele kisichojulikana wakati huo "ekasilicium", kwa sababu. mali ya dutu mpya walikuwa katika mambo mengi sawa na wale wa silicon. Mnamo mwaka wa 1886, baada ya kujifunza argyrdite ya madini, mwanakemia wa Ujerumani mwenye umri wa miaka arobaini na nane K. Winkler aligundua kipengele kipya kabisa cha kemikali katika mchanganyiko wa asili.

Hapo awali, duka la dawa alitaka kuiita kipengele cha neptunium, kwa sababu sayari ya Neptune pia ilitabiriwa mapema zaidi kuliko ilivyogunduliwa, lakini kisha akagundua kuwa jina kama hilo lilikuwa tayari limetumika katika ugunduzi wa uwongo wa moja ya vitu hivyo, kwa hivyo Winkler. aliamua kuachana na jina hili. Mwanasayansi alipewa jina la kipengele angularium, ambayo ina maana ya "utata, angular", lakini Winkler hakukubaliana na jina hili pia, ingawa kipengele Nambari 32 kilisababisha utata mwingi. Mwanasayansi huyo alikuwa Mjerumani kwa utaifa, hivyo hatimaye aliamua kutaja kipengele cha germanium, kwa heshima ya nchi yake ya asili ya Ujerumani.

Kama ilivyotokea baadaye, germanium iligeuka kuwa kitu zaidi ya "ekasilicium" iliyogunduliwa hapo awali. Hadi nusu ya pili ya karne ya ishirini, manufaa ya vitendo ya germanium ilikuwa nyembamba na ndogo. Uzalishaji wa viwanda wa chuma ulianza tu kama matokeo ya mwanzo wa uzalishaji wa viwandani wa umeme wa semiconductor.

Germanium ni nyenzo ya semiconductor inayotumiwa sana katika umeme na uhandisi, na pia katika uzalishaji wa microcircuits na transistors. Ufungaji wa rada hutumia filamu nyembamba za germanium, ambazo hutumiwa kwa kioo na kutumika kama upinzani. Aloi na germanium na metali hutumiwa katika detectors na sensorer.

Kipengele hicho hakina nguvu kama vile tungsten au titani, haifanyi kazi kama chanzo kisicho na mwisho cha nishati kama plutonium au urani, upitishaji wa umeme wa nyenzo pia uko mbali na ya juu zaidi, na chuma ndio chuma kuu katika teknolojia ya viwandani. Pamoja na hili, germanium ni moja ya vipengele muhimu zaidi vya maendeleo ya kiufundi ya jamii yetu, kwa sababu. hata mapema kuliko silicon ilianza kutumika kama nyenzo ya semiconductor.

Katika suala hili, itakuwa sahihi kuuliza: Je, semiconductivity na semiconductors ni nini? Hata wataalam hawawezi kujibu swali hili hasa, kwa sababu. tunaweza kuzungumza juu ya mali inayozingatiwa hasa ya semiconductors. Pia kuna ufafanuzi halisi, lakini tu kutoka kwa uwanja wa ngano: Semiconductor ni conductor kwa magari mawili.

Paa ya germanium inagharimu karibu sawa na bar ya dhahabu. Chuma ni dhaifu sana, karibu kama glasi, kwa hivyo ikiwa utaacha ingot kama hiyo, kuna uwezekano mkubwa kwamba chuma kitavunja tu.

Metali ya Ujerumani, mali

Tabia za kibiolojia

Kwa mahitaji ya matibabu, germanium ilitumiwa sana nchini Japani. Matokeo ya vipimo vya misombo ya organogermanium kwa wanyama na wanadamu yameonyesha kuwa wanaweza kuwa na athari ya manufaa kwa mwili. Mnamo 1967, daktari wa Kijapani K. Asai aligundua kuwa germanium ya kikaboni ina athari kubwa ya kibiolojia.

Kati ya mali zake zote za kibaolojia, inapaswa kuzingatiwa:

• - kuhakikisha uhamisho wa oksijeni kwa tishu za mwili;
• - kuongeza hali ya kinga ya mwili;
• - udhihirisho wa shughuli za antitumor.

Baadaye, wanasayansi wa Kijapani waliunda bidhaa ya kwanza ya matibabu duniani iliyo na germanium - "Germanium - 132".

Huko Urusi, dawa ya kwanza ya ndani iliyo na germanium ya kikaboni ilionekana tu mnamo 2000.

Michakato ya mabadiliko ya biochemical ya uso wa ukoko wa dunia haikuwa na athari bora juu ya maudhui ya germanium ndani yake. Sehemu nyingi zimeoshwa kutoka ardhini hadi baharini, ili yaliyomo kwenye udongo yabaki chini kabisa.

Miongoni mwa mimea ambayo ina uwezo wa kunyonya germanium kutoka kwenye udongo, kiongozi ni ginseng (germanium hadi 0.2%). Ujerumani pia hupatikana katika vitunguu, kafuri na aloe, ambayo hutumiwa kwa jadi katika kutibu magonjwa mbalimbali ya binadamu. Katika mimea, germanium hupatikana kwa namna ya semioxide ya carboxyethyl. Sasa inawezekana kuunganisha sesquioxanes na kipande cha pyrimidine - misombo ya kikaboni ya germanium. Kiwanja hiki katika muundo wake ni karibu na asili, kama katika mizizi ya ginseng.

Ujerumani inaweza kuhusishwa na vitu adimu vya kuwaeleza. Inapatikana katika idadi kubwa ya bidhaa tofauti, lakini kwa dozi ndogo. Ulaji wa kila siku wa germanium ya kikaboni umewekwa kwa 8-10 mg. Tathmini ya vyakula 125 ilionyesha kuwa karibu 1.5 mg ya germanium huingia mwilini kila siku na chakula. Maudhui ya kipengele cha kufuatilia katika 1 g ya vyakula vya mbichi ni kuhusu 0.1 - 1.0 μg. Gerimani hupatikana katika maziwa, juisi ya nyanya, lax na maharagwe. Lakini ili kukidhi hitaji la kila siku la germanium, unapaswa kunywa lita 10 za juisi ya nyanya kila siku au kula karibu kilo 5 za lax. Kutoka kwa mtazamo wa gharama ya bidhaa hizi, mali ya kisaikolojia ya mtu, na akili ya kawaida, matumizi ya kiasi hicho cha bidhaa zenye germanium pia haziwezekani. Katika eneo la Urusi, karibu 80-90% ya idadi ya watu wana ukosefu wa germanium, ndiyo sababu maandalizi maalum yameandaliwa.

Uchunguzi wa vitendo umeonyesha kuwa katika mwili germanium ni zaidi ya yote katika utumbo wa sasa, tumbo, wengu, uboho na damu. Maudhui ya juu ya microelement ndani ya matumbo na tumbo inaonyesha hatua ya muda mrefu ya mchakato wa kunyonya madawa ya kulevya ndani ya damu. Kuna dhana kwamba germanium ya kikaboni hufanya katika damu kwa njia sawa na hemoglobin, i.e. ina malipo mabaya na inahusika katika uhamisho wa oksijeni kwenye tishu. Hivyo, inazuia maendeleo ya hypoxia katika ngazi ya tishu.

Kama matokeo ya majaribio ya mara kwa mara, mali ya germanium kuamsha wauaji wa T na kukuza uanzishaji wa interferon za gamma, ambayo inakandamiza mchakato wa kuzaliana kwa seli zinazogawanyika haraka, ilithibitishwa. Mwelekeo kuu wa hatua ya interferons ni ulinzi wa antitumor na antiviral, kazi za radioprotective na immunomodulatory za mfumo wa lymphatic.

Germanium katika mfumo wa sesquioxide ina uwezo wa kutenda juu ya ioni za hidrojeni H +, kulainisha athari zao mbaya kwenye seli za mwili. Dhamana ya uendeshaji bora wa mifumo yote ya mwili wa binadamu ni usambazaji usioingiliwa wa oksijeni kwa damu na tishu zote. Gerimani ya kikaboni haitoi oksijeni tu kwa sehemu zote za mwili, lakini pia inakuza mwingiliano wake na ioni za hidrojeni.

• - Ujerumani ni chuma, lakini brittleness yake inaweza kulinganishwa na kioo.
• - Vitabu vingine vya kumbukumbu vinasema kuwa germanium ina rangi ya fedha. Lakini hii haiwezi kusema, kwa sababu rangi ya germanium moja kwa moja inategemea njia ya usindikaji uso wa chuma. Wakati mwingine inaweza kuonekana karibu nyeusi, wakati mwingine ina rangi ya chuma, na wakati mwingine inaweza kuwa ya fedha.
• - Ujerumani ilipatikana kwenye uso wa jua, na vile vile katika muundo wa meteorites zilizoanguka kutoka angani.
• - Kwa mara ya kwanza, kiwanja cha organoelement cha germanium kilipatikana na mgunduzi wa kipengele Clemens Winkler kutoka germanium tetrachloride mwaka 1887, ilikuwa tetraethylgermanium. Kati ya misombo yote ya organoelement ya germanium iliyopatikana katika hatua ya sasa, hakuna hata sumu. Wakati huo huo, wengi wa microelements ya bati na organolead, ambayo ni analogues ya germanium katika mali zao za kimwili, ni sumu.
• - Dmitri Ivanovich Mendeleev alitabiri vipengele vitatu vya kemikali hata kabla ya ugunduzi wao, ikiwa ni pamoja na germanium, akiita kipengele cha ekasilicium kutokana na kufanana kwake na silicon. Utabiri wa mwanasayansi maarufu wa Kirusi ulikuwa sahihi sana hivi kwamba uliwashangaza wanasayansi, incl. na Winkler, ambaye aligundua germanium. Uzito wa atomiki kulingana na Mendeleev ulikuwa 72, kwa kweli ilikuwa 72.6; mvuto maalum kulingana na Mendeleev ulikuwa 5.5 katika hali halisi - 5.469; kiasi cha atomiki kulingana na Mendeleev kilikuwa 13 katika hali halisi - 13.57; oksidi ya juu zaidi kulingana na Mendeleev ni EsO2, kwa kweli - GeO2, mvuto wake maalum kulingana na Mendeleev ulikuwa 4.7, kwa kweli - 4.703; kiwanja cha kloridi kulingana na Mendeleev EsCl4 - kioevu, kiwango cha kuchemsha kuhusu 90 ° C, kwa kweli - kiwanja cha kloridi GeCl4 - kioevu, kiwango cha kuchemsha 83 ° C, kiwanja na hidrojeni kulingana na Mendeleev EsH4 ni gesi, kiwanja na hidrojeni ni kweli GeH4 gesi; kiwanja cha organometallic kulingana na Mendeleev Es(C2H5)4, kiwango cha mchemko 160 °C, kiwanja cha organometallic katika hali halisi - Ge(C2H5)4 kiwango mchemko 163.5°C. Kama inavyoonekana kutoka kwa habari iliyopitiwa hapo juu, utabiri wa Mendeleev ulikuwa sahihi kwa kushangaza.
• Mnamo Februari 26, 1886, Clemens Winkler alianza barua yake kwa Mendeleev na maneno "Mpendwa Mheshimiwa." Yeye, kwa njia ya heshima, alimwambia mwanasayansi wa Kirusi juu ya ugunduzi wa kipengele kipya, kinachoitwa germanium, ambacho, katika mali yake, haikuwa chochote isipokuwa "ekasilicium" ya Mendeleev iliyotabiriwa hapo awali. Jibu la Dmitri Ivanovich Mendeleev halikuwa la adabu. Mwanasayansi alikubaliana na ugunduzi wa mwenzake, akiita germanium "taji ya mfumo wake wa mara kwa mara", na Winkler "baba" wa kipengele kinachostahili kuvaa "taji" hii.
• - Germanium kama semiconductor ya classical imekuwa ufunguo wa kutatua tatizo la kuunda vifaa vya superconducting vinavyofanya kazi kwa joto la hidrojeni kioevu, lakini si heliamu ya kioevu. Kama unavyojua, hidrojeni hupita katika hali ya kioevu kutoka hali ya gesi wakati joto linafikia -252.6 ° C, au 20.5 ° K. Katika miaka ya 1970, filamu ya germanium na niobium ilitengenezwa, ambayo unene wake ulikuwa atomi elfu chache tu. Filamu hii ina uwezo wa kudumisha utendakazi wa hali ya juu hata katika halijoto ya 23.2°K na chini.
• - Wakati wa kukuza fuwele moja ya germanium, fuwele ya germanium huwekwa juu ya uso wa germanium iliyoyeyuka - "mbegu", ambayo huinuliwa polepole na kifaa kiotomatiki, wakati joto la kuyeyuka linazidi kiwango cha kuyeyuka kwa germanium (937 ° C) . "Mbegu" huzunguka ili glasi moja, kama wanasema, "imekua na nyama" kutoka pande zote sawasawa. Ikumbukwe kwamba wakati wa ukuaji huo, kitu kimoja kinatokea kama katika mchakato wa kuyeyuka kwa eneo, i.e. kivitendo germanium tu hupita katika awamu imara, na uchafu wote kubaki katika kuyeyuka.

Hadithi

Uwepo wa kitu kama germanium ulitabiriwa nyuma mnamo 1871 na Dmitry Ivanovich Mendeleev, kwa sababu ya kufanana kwake na silicon, kitu hicho kiliitwa ekasilicium. Mnamo 1886, profesa katika Chuo cha Madini cha Freiberg aligundua argyrodite, madini mpya ya fedha. Kisha madini haya yalichunguzwa kwa makini kabisa na profesa wa kemia ya kiufundi Clemens Winkler, akifanya uchambuzi kamili wa madini. Winkler mwenye umri wa miaka arobaini na nane alichukuliwa kuwa mchambuzi bora katika Chuo cha Madini cha Freiberg, ndiyo sababu alipewa fursa ya kusoma argyrodite.

Kwa muda mfupi sana, profesa aliweza kutoa ripoti juu ya asilimia ya vipengele mbalimbali katika madini ya awali: fedha katika muundo wake ilikuwa 74.72%; sulfuri - 17.13%; oksidi ya feri - 0.66%; zebaki - 0.31%; oksidi ya zinki - 0.22% Lakini karibu asilimia saba - ilikuwa sehemu ya kipengele fulani kisichoeleweka, ambacho, inaonekana, kilikuwa bado hakijagunduliwa wakati huo wa mbali. Kuhusiana na hili, Winkler aliamua kutenga sehemu isiyojulikana ya argyrodptus, kusoma mali yake, na katika mchakato wa utafiti aligundua kuwa alikuwa amepata kitu kipya kabisa - ilikuwa maelezo yaliyotabiriwa na D.I. Mendeleev.

Hata hivyo, itakuwa ni makosa kufikiri kwamba kazi ya Winkler ilikwenda vizuri. Dmitry Ivanovich Mendeleev, pamoja na sura ya nane ya kitabu chake Fundamentals of Chemistry, anaandika hivi: “Mwanzoni (Februari 1886), ukosefu wa nyenzo, na vilevile ukosefu wa wigo katika mwali wa moto na umumunyifu wa misombo ya germanium; ilizuia sana utafiti wa Winkler ..." Inafaa kulipa kipaumbele kwa maneno " hakuna wigo. Lakini jinsi gani? Mnamo 1886 tayari kulikuwa na njia iliyotumiwa sana ya uchambuzi wa spectral. Kwa kutumia njia hii, vipengele kama vile thallium, rubidium, indium, cesium duniani na heliamu kwenye Jua viligunduliwa. Wanasayansi tayari walijua kwa hakika kwamba kila kipengele cha kemikali bila ubaguzi kina wigo wa mtu binafsi, na kisha ghafla hakuna wigo!

Maelezo ya jambo hili yalionekana baadaye kidogo. Ujerumani ina mistari ya spectral ya tabia. Urefu wao wa mawimbi ni 2651.18; 3039.06 Ǻ na chache zaidi. Hata hivyo, wote hulala ndani ya sehemu isiyoonekana ya ultraviolet ya wigo, inaweza kuchukuliwa kuwa bahati kwamba Winkler ni mfuasi wa mbinu za jadi za uchambuzi, kwa sababu ni njia hizi ambazo zimempeleka kwenye mafanikio.

Njia ya Winkler ya kupata germanium kutoka kwa madini ni karibu kabisa na mojawapo ya mbinu za kisasa za viwanda za kutenganisha kipengele cha 32. Kwanza, germanium, ambayo ilikuwa katika argaroid, ilibadilishwa kuwa dioksidi. Kisha poda nyeupe iliyosababishwa iliwashwa hadi joto la 600-700 ° C katika anga ya hidrojeni. Katika kesi hii, majibu yalionekana kuwa dhahiri: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ilikuwa kwa njia hii kwamba kipengele cha kiasi safi Nambari 32, germanium, kilipatikana kwanza. Mwanzoni, Winkler alikusudia kutaja vanadium neptunium, baada ya sayari ya jina moja, kwa sababu Neptune, kama germanium, ilitabiriwa kwanza, na kisha kupatikana. Lakini basi ikawa kwamba jina kama hilo lilikuwa tayari kutumika mara moja, kipengele kimoja cha kemikali, kilichogunduliwa kwa uongo, kiliitwa neptunium. Winkler alichagua kutohatarisha jina lake na ugunduzi wake, na akaacha neptunium. Mwanasayansi mmoja wa Kifaransa Rayon alipendekeza, hata hivyo, baadaye alitambua pendekezo lake kuwa utani, alipendekeza kuwaita kipengele cha angular, i.e. "utata, angular", lakini Winkler hakupenda jina hili pia. Kama matokeo, mwanasayansi alichagua kwa uhuru jina la kitu chake, na akaiita germanium, kwa heshima ya nchi yake ya asili ya Ujerumani, baada ya muda, jina hili lilianzishwa.

Hadi ghorofa ya 2. Karne ya 20 matumizi ya vitendo ya germanium yalibaki kuwa mdogo. Uzalishaji wa viwanda wa chuma uliibuka tu kuhusiana na maendeleo ya semiconductors na umeme wa semiconductor.

Kuwa katika asili

Ujerumani inaweza kuainishwa kama kipengele cha kufuatilia. Kwa asili, kipengele haitokei kwa fomu yake ya bure kabisa. Jumla ya maudhui ya chuma katika ukoko wa dunia wa sayari yetu kwa wingi ni 7 × 10 -4% %. Hii ni zaidi ya yaliyomo katika vitu vya kemikali kama vile fedha, antimoni au bismuth. Lakini madini ya germanium yenyewe ni adimu kabisa na ni nadra sana kwa asili. Takriban madini haya yote ni sulfosalts, kwa mfano, germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 na wengine.

Sehemu kuu ya germanium iliyotawanywa kwenye ukoko wa dunia iko katika idadi kubwa ya miamba, pamoja na madini mengi: ore za sulfite za metali zisizo na feri, ore za chuma, madini ya oksidi (chromite, magnetite, rutile na wengine), granites. , diabases na basalts. Katika muundo wa baadhi ya sphalerites, maudhui ya kipengele yanaweza kufikia kilo kadhaa kwa tani, kwa mfano, katika frankeite na sulvanite 1 kg / t, katika enargites maudhui ya germanium ni 5 kg / t, katika pyrargyrite - hadi kilo 10. / t, lakini katika silicates nyingine na sulfidi - makumi na mamia g/t. Sehemu ndogo ya germanium iko karibu na silicates zote, na pia katika baadhi ya amana za mafuta na makaa ya mawe.

Madini kuu ya kipengele ni germanium sulfite (formula GeS2). Madini hupatikana kama uchafu katika sulfite za zinki na metali zingine. Madini muhimu zaidi ya germanium ni: germanite Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanite (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottite FeGe (OH) 6, rhenierite Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 na argyrodite Ag 8 GeS 6 .

Ujerumani iko katika maeneo ya majimbo yote bila ubaguzi. Lakini hakuna hata nchi moja iliyoendelea duniani iliyo na amana za viwanda za chuma hiki. Ujerumani imetawanywa sana sana. Duniani, madini ya chuma hiki yanachukuliwa kuwa nadra sana, yaliyomo kwenye germanium ambayo ni angalau 1%. Madini hayo ni pamoja na germanite, argyrodite, ultramafic, na mengine, ikiwa ni pamoja na madini yaliyogunduliwa katika miongo ya hivi karibuni: schtotite, renierite, plumbogermanite, na confieldite. Akiba za madini haya yote haziwezi kukidhi mahitaji ya tasnia ya kisasa katika kipengele hiki adimu na muhimu cha kemikali.

Wingi wa germanium hutawanywa katika madini ya vipengele vingine vya kemikali, na pia hupatikana katika maji ya asili, katika makaa ya mawe, katika viumbe hai na katika udongo. Kwa mfano, maudhui ya germanium katika makaa ya mawe ya kawaida wakati mwingine hufikia zaidi ya 0.1%. Lakini takwimu kama hiyo ni nadra kabisa, kawaida sehemu ya germanium ni ya chini. Lakini kuna karibu hakuna germanium katika anthracite.

Risiti

Wakati wa usindikaji wa sulfidi ya germanium, oksidi GeO 2 hupatikana, kwa msaada wa hidrojeni hupunguzwa ili kupata germanium ya bure.

Katika uzalishaji wa viwandani, germanium huchimbwa hasa kama bidhaa ya ziada kutoka kwa usindikaji wa madini ya chuma yasiyo ya feri (mchanganyiko wa zinki, mkusanyiko wa polymetallic ya zinki-shaba yenye 0.001-0.1% ya germanium), majivu kutoka kwa mwako wa makaa ya mawe, na baadhi ya bidhaa za coke. .

Hapo awali, mkusanyiko wa germanium (kutoka 2% hadi 10% ya germanium) imetengwa kutoka kwa vyanzo vilivyojadiliwa hapo juu kwa njia tofauti, uchaguzi ambao unategemea muundo wa malighafi. Katika usindikaji wa makaa ya ndondi, germanium hutiwa kwa sehemu (kutoka 5% hadi 10%) ndani ya maji ya lami na resin, kutoka hapo hutolewa pamoja na tannin, baada ya hapo hukaushwa na kuwashwa kwa joto la 400-500. °C. Matokeo yake ni mkusanyiko ambao una karibu 30-40% ya germanium, germanium imetengwa nayo kwa namna ya GeCl 4. Mchakato wa kuchimba germanium kutoka kwa mkusanyiko kama huo, kama sheria, ni pamoja na hatua sawa:

1) Kuzingatia ni klorini na asidi hidrokloriki, mchanganyiko wa asidi na klorini katika kati ya maji, au mawakala wengine wa klorini, ambayo inaweza kusababisha GeCl 4 ya kiufundi. Ili kutakasa GeCl 4, urekebishaji na uchimbaji wa uchafu wa asidi hidrokloric iliyojilimbikizia hutumiwa.

2) Hydrolysis ya GeCl 4 inafanywa, bidhaa za hidrolisisi ni calcined mpaka GeO 2 oksidi inapatikana.

3) GeO imepunguzwa na hidrojeni au amonia kwa chuma safi.

Baada ya kupokea germanium safi zaidi, ambayo hutumiwa katika njia za kiufundi za semiconductor, kuyeyuka kwa eneo la chuma hufanyika. Gerimani ya fuwele moja, muhimu kwa uzalishaji wa semiconductor, kwa kawaida hupatikana kwa kuyeyuka kwa eneo au kwa mbinu ya Czochralski.

Njia za kutenganisha germanium kutoka kwa maji ya lami ya mimea ya coke zilitengenezwa na mwanasayansi wa Soviet V.A. Nazarenko. Katika malighafi hii, germanium sio zaidi ya 0.0003%, hata hivyo, kwa kutumia dondoo la mwaloni kutoka kwao, ni rahisi kuimarisha germanium kwa namna ya tata ya tannide.

Sehemu kuu ya tannin ni ester ya glucose, ambapo asidi ya meta-digallic radical iko, ambayo hufunga germanium, hata kama mkusanyiko wa kipengele katika suluhisho ni chini sana. Kutoka kwa sediment, unaweza kupata kwa urahisi makini, maudhui ya dioksidi ya germanium ambayo ni hadi 45%.

Mabadiliko ya baadaye yatategemea kidogo juu ya aina ya malighafi. Germanium inapunguzwa na hidrojeni (kama ilivyokuwa kwa Winkler katika karne ya 19), hata hivyo, oksidi ya germanium lazima kwanza itenganishwe na uchafu mwingi. Mchanganyiko uliofanikiwa wa sifa za kiwanja kimoja cha germanium ulionekana kuwa muhimu sana kwa kutatua tatizo hili.

GeCl4 ya tetrakloridi ya Ujerumani. ni kimiminika tete ambacho huchemka kwa 83.1°C tu. Kwa hivyo, husafishwa kwa urahisi na kunereka na kurekebisha (katika safu za quartz na kufunga).

GeCl4 inakaribia kuwa mumunyifu katika asidi hidrokloriki. Hii ina maana kwamba utengano wa uchafu wa HCl unaweza kutumika kuitakasa.

Tetrakloridi ya germanium iliyosafishwa inatibiwa na maji, iliyosafishwa na resini za kubadilishana ion. Ishara ya usafi uliotaka ni ongezeko la upinzani wa maji hadi 15-20 milioni ohm cm.

Hydrolysis ya GeCl4 hutokea chini ya hatua ya maji:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Inaweza kuonekana kuwa mbele yetu tuna mlinganyo wa "ulioandikwa nyuma" kwa majibu ya kupata tetrakloridi ya germanium.

Halafu inakuja kupunguzwa kwa GeO2 kwa kutumia hidrojeni iliyosafishwa:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Kama matokeo, germanium ya poda hupatikana, ambayo hutiwa aloi na kisha kutakaswa na njia ya kuyeyuka ya eneo. Njia hii ya utakaso ilitengenezwa nyuma mnamo 1952 haswa kwa utakaso wa germanium.

Uchafu unaohitajika kutoa germanium aina fulani ya conductivity huletwa katika hatua za mwisho za uzalishaji, yaani wakati wa kuyeyuka kwa eneo, na pia wakati wa ukuaji wa kioo kimoja.

Maombi

Germanium ni nyenzo ya semiconductor inayotumika katika umeme na teknolojia katika utengenezaji wa microcircuits na transistors. Filamu nyembamba zaidi za germanium huwekwa kwenye glasi na hutumiwa kama upinzani katika uwekaji wa rada. Aloi za germanium na metali mbalimbali hutumiwa katika utengenezaji wa detectors na sensorer. Dioksidi ya Ujerumani hutumiwa sana katika uzalishaji wa glasi ambazo zina mali ya kupitisha mionzi ya infrared.

Germanium telluride imekuwa ikitumika kama nyenzo thabiti ya umeme wa joto kwa muda mrefu sana, na vile vile sehemu ya aloi za thermoelectric (emf ya maana ya thermo yenye 50 μV/K). Gerimani yenye ubora wa juu zaidi ina jukumu la kimkakati wa kipekee katika utengenezaji wa prisms na lenses kwa optics ya infrared. Mtumiaji mkubwa wa germanium ni macho ya infrared haswa, ambayo hutumiwa katika teknolojia ya kompyuta, mifumo ya kuona na mwongozo, vifaa vya maono ya usiku, uchoraji wa ramani na uchunguzi wa uso wa dunia kutoka kwa satelaiti. Germanium pia hutumiwa sana katika mifumo ya fiber optic (kuongeza germanium tetrafluoride kwa nyuzi za kioo), pamoja na diode za semiconductor.

Germanium kama semiconductor ya kitambo imekuwa ufunguo wa kutatua tatizo la kuunda vifaa vya superconducting ambavyo vinafanya kazi kwa joto la hidrojeni kioevu, lakini sio heliamu ya kioevu. Kama unavyojua, hidrojeni hupita katika hali ya kioevu kutoka hali ya gesi wakati joto linafikia -252.6 ° C, au 20.5 ° K. Katika miaka ya 1970, filamu ya germanium na niobium ilitengenezwa, ambayo unene wake ulikuwa atomi elfu chache tu. Filamu hii ina uwezo wa kudumisha utendakazi wa hali ya juu hata katika halijoto ya 23.2°K na chini.

Kwa kuunganisha indium kwenye sahani ya HES, na hivyo kuunda kanda na kinachojulikana kuwa conductivity ya shimo, kifaa cha kurekebisha kinapatikana, i.e. diode. Diode ina mali ya kupitisha sasa ya umeme katika mwelekeo mmoja: eneo la elektroni kutoka kanda na uendeshaji wa shimo. Baada ya indium kuunganishwa pande zote mbili za sahani ya HES, sahani hii inakuwa msingi wa transistor. Kwa mara ya kwanza ulimwenguni, transistor ya germanium iliundwa nyuma mnamo 1948, na baada ya miaka ishirini tu, mamia ya mamilioni ya vifaa kama hivyo vilitolewa.

Diode kulingana na germanium na triodes zimetumika sana katika televisheni na redio, katika aina mbalimbali za vifaa vya kupimia na vifaa vya kuhesabu.

Germanium pia hutumiwa katika maeneo mengine muhimu ya teknolojia ya kisasa: katika kupima joto la chini, katika kuchunguza mionzi ya infrared, nk.

Matumizi ya ufagio katika maeneo haya yote yanahitaji germanium ya usafi wa juu sana wa kemikali na kimwili. Usafi wa kemikali ni usafi ambao kiasi cha uchafu unaodhuru haupaswi kuwa zaidi ya milioni kumi ya asilimia (10-7%). Usafi wa kimwili unamaanisha kiwango cha chini cha kutengana, kiwango cha chini cha usumbufu katika muundo wa fuwele wa dutu. Ili kuifanikisha, germanium ya kioo-moja hupandwa mahususi. Katika kesi hii, ingot nzima ya chuma ni fuwele moja tu.

Ili kufanya hivyo, kioo cha germanium kinawekwa juu ya uso wa germanium iliyoyeyuka - "mbegu", ambayo huinuka hatua kwa hatua kwa kutumia kifaa cha kiotomatiki, wakati joto la kuyeyuka linazidi kiwango cha kuyeyuka kwa germanium (937 ° C). "Mbegu" huzunguka ili glasi moja, kama wanasema, "imekua na nyama" kutoka pande zote sawasawa. Ikumbukwe kwamba wakati wa ukuaji huo, kitu kimoja kinatokea kama katika mchakato wa kuyeyuka kwa eneo, i.e. kivitendo germanium tu hupita katika awamu imara, na uchafu wote kubaki katika kuyeyuka.

Sifa za Kimwili

Labda, wasomaji wachache wa nakala hii walilazimika kuona vanadium. Kipengele yenyewe ni chache sana na cha gharama kubwa, hawafanyi bidhaa za walaji kutoka kwao, na kujaza germanium yao, ambayo hutokea katika vifaa vya umeme, ni ndogo sana kwamba haiwezekani kuona chuma.

Vitabu vingine vya kumbukumbu vinasema kuwa germanium ina rangi ya fedha. Lakini hii haiwezi kusema, kwa sababu rangi ya germanium moja kwa moja inategemea njia ya usindikaji uso wa chuma. Wakati mwingine inaweza kuonekana karibu nyeusi, wakati mwingine ina rangi ya chuma, na wakati mwingine inaweza kuwa ya fedha.

Ujerumani ni chuma adimu sana kwamba gharama ya ingot yake inaweza kulinganishwa na gharama ya dhahabu. Ujerumani ina sifa ya kuongezeka kwa brittleness, ambayo inaweza tu kulinganishwa na kioo. Kwa nje, germanium iko karibu kabisa na silicon. Vipengele hivi viwili ni washindani wa jina la semiconductor muhimu zaidi na analogi. Ingawa baadhi ya sifa za kiufundi za kipengele hicho zinafanana kwa kiasi kikubwa, kuhusu kuonekana kwa nyenzo, ni rahisi sana kutofautisha germanium kutoka kwa silicon, germanium ni zaidi ya mara mbili ya uzito. Uzito wa silicon ni 2.33 g/cm3 na msongamano wa germanium ni 5.33 g/cm3.

Lakini haiwezekani kuzungumza bila usawa juu ya wiani wa germanium, kwa sababu. takwimu 5.33 g/cm3 inahusu germanium-1. Hii ni moja ya marekebisho muhimu na ya kawaida zaidi ya marekebisho tano ya allotropic ya kipengele cha 32. Nne kati yao ni fuwele na moja ni ya amofasi. Germanium-1 ndio marekebisho mepesi zaidi kati ya haya manne ya fuwele. Fuwele zake zimejengwa sawa na fuwele za almasi, a = 0.533 nm. Walakini, ikiwa muundo huu ni mnene sana kwa kaboni, basi germanium pia ina marekebisho mnene. Joto la wastani na shinikizo la juu (takriban anga elfu 30 kwa 100 ° C) hubadilisha germanium-1 kuwa germanium-2, muundo wa kimiani wa kioo ambao ni sawa kabisa na ule wa bati nyeupe. Tunatumia njia sawa kupata germanium-3 na germanium-4, ambayo ni mnene zaidi. Marekebisho haya yote "sio ya kawaida" ni bora kuliko germanium-1 sio tu kwa wiani, bali pia katika conductivity ya umeme.

Uzito wa germanium ya kioevu ni 5.557 g/cm3 (saa 1000 ° C), joto la kuyeyuka la chuma ni 937.5 ° C; kiwango cha kuchemsha ni karibu 2700 ° C; thamani ya mgawo wa conductivity ya mafuta ni takriban 60 W / (m (K), au 0.14 cal / (cm (sec (deg)) kwa joto la 25 ° C. Kwa joto la kawaida, hata germanium safi ni tete, lakini wakati hufikia 550 ° C, huanza kushindwa Kwa kiwango cha mineralogical, ugumu wa germanium ni kutoka 6 hadi 6.5, thamani ya mgawo wa compressibility (katika safu ya shinikizo kutoka 0 hadi 120 H / m 2, au kutoka 0 hadi 12000 kgf / mm 2) ni 1.4 10-7 m 2 /mn (au 1.4 10-6 cm 2 /kgf), mvutano wa uso ni 0.6 n/m (au 600 dynes/cm).

Germanium ni semiconductor ya kawaida yenye ukubwa wa pengo la bendi ya 1.104 · 10 -19 au 0.69 eV (saa 25 ° C); katika hali ya juu ya germanium, upinzani wa umeme ni 0.60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 ° C); fahirisi ya uhamaji wa elektroni ni 3900, na uhamaji wa shimo ni 1900 cm 2 / in. (saa 25 ° C na kwa maudhui kutoka kwa 8% ya uchafu.) Kwa mionzi ya infrared, urefu wa wavelength ambayo ni zaidi ya microns 2, chuma ni uwazi.

Ujerumani ni brittle, haiwezi kuwa moto au baridi inayofanya kazi na shinikizo chini ya 550 ° C, lakini ikiwa joto linaongezeka, chuma huwa ductile. Ugumu wa chuma kwenye kiwango cha mineralogical ni 6.0-6.5 (germanium hukatwa kwenye sahani kwa kutumia diski ya chuma au almasi na abrasive).

Tabia za kemikali

Ujerumani, ikiwa katika misombo ya kemikali, kawaida huonyesha valencies ya pili na ya nne, lakini misombo ya germanium ya tetravalent ni imara zaidi. Gerinium kwenye joto la kawaida ni sugu kwa hatua ya maji, hewa, na suluhu za alkali na mkusanyiko wa asidi ya sulfuriki au hidrokloriki, lakini kipengele hicho kinayeyuka kwa urahisi katika aqua regia au suluhisho la alkali la peroksidi ya hidrojeni. Kipengele hicho kinaoksidishwa polepole na hatua ya asidi ya nitriki. Inapofikia joto la 500-700 ° C hewani, germanium huanza kuongeza oksidi kwa GeO 2 na oksidi za GeO. (IV) oksidi ya germanium ni poda nyeupe yenye kiwango myeyuko cha 1116°C na umumunyifu katika maji wa 4.3 g/l (saa 20°C). Kulingana na mali yake ya kemikali, dutu hii ni amphoteric, mumunyifu katika alkali, na ugumu wa asidi ya madini. Inapatikana kwa kupenya kwa unyevu wa hidrati GeO 3 nH 2 O, ambayo hutolewa wakati wa hidrolisisi derivatives ya asidi ya Germanium, kwa mfano, metal germanates (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, nk) ni yabisi yenye pointi za juu za kuyeyuka, inaweza kupatikana kwa kuunganisha GeO 2 na oksidi nyingine.

Kama matokeo ya mwingiliano wa germanium na halojeni, tetrahalides zinazofanana zinaweza kuunda. Mmenyuko ni rahisi zaidi kuendelea na klorini na florini (hata kwenye joto la kawaida), kisha kwa iodini (joto 700-800 ° C, uwepo wa CO) na bromini (yenye joto la chini). Moja ya misombo muhimu ya germanium ni tetrakloridi (formula GeCl 4). Ni kioevu kisicho na rangi na kiwango cha kuyeyuka cha 49.5 ° C, kiwango cha kuchemsha cha 83.1 ° C na msongamano wa 1.84 g/cm3 (saa 20 ° C). Dutu hii hutiwa hidrolisisi kwa nguvu na maji, ikitoa mvuke wa oksidi hidrati (IV). Tetrakloridi hupatikana kwa klorini ya germanium ya metali au kwa mwingiliano wa oksidi ya GeO 2 na asidi hidrokloriki iliyokolea. Germanium dihalides na formula ya jumla GeX 2 , hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 , GeCl monochloride, pamoja na oxychlorides ya germanium (kwa mfano, CeOCl 2) pia hujulikana.

Inapofikia 900-1000 ° C, sulfuri huingiliana kwa nguvu na germanium, na kutengeneza disulfidi ya GeS 2. Ni kingo nyeupe na kiwango myeyuko cha 825°C. Uundaji wa monosulfide ya GeS na misombo sawa ya germanium na tellurium na selenium, ambayo ni semiconductors, pia inawezekana. Katika halijoto ya 1000-1100 °C, hidrojeni kidogo humenyuka pamoja na germanium, na kutengeneza germine (GeH) X, ambayo ni kiwanja kisicho imara na tete sana. Hidrojeni za Kijerumani za mfululizo wa Ge n H 2n + 2 hadi Ge 9 H 20 zinaweza kuundwa kwa kuitikia germanidi na HCl ya kuzimua. Germylene pia inajulikana kwa muundo GeH 2 . Gerinium haifanyi moja kwa moja na nitrojeni, lakini kuna nitridi ya Ge 3 N 4, ambayo hupatikana kwa hatua ya amonia kwenye germanium (700-800 ° C). Ujerumani haiingiliani na kaboni. Pamoja na metali nyingi, germanium huunda misombo mbalimbali - germanides.

Misombo mingi ngumu ya germanium inajulikana, ambayo inazidi kuwa muhimu katika kemia ya uchambuzi wa kipengele cha germanium, na pia katika michakato ya kupata kipengele cha kemikali. Germanium ina uwezo wa kuunda misombo changamano na molekuli za kikaboni zenye haidroksili (polyhydric alkoholi, asidi ya polybasic, na wengine). Pia kuna asidi ya heteropoly ya germanium. Kama vipengele vingine vya Kundi la IV, germanium hutengeneza misombo ya organometallic. Mfano ni tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3 .

Ujerumani(lat. Germanium), Ge, kipengele cha kemikali cha kikundi IV cha mfumo wa mara kwa mara wa Mendeleev; nambari ya serial 32, molekuli ya atomiki 72.59; kijivu-nyeupe imara na luster ya metali. Natural Germanium ni mchanganyiko wa isotopu tano thabiti zenye nambari za wingi 70, 72, 73, 74 na 76. Uwepo na mali ya Ujerumani ilitabiriwa mnamo 1871 na D. I. Mendeleev na kuiita kipengele hiki ambacho bado hakijulikani ekasilicium kutokana na kufanana kwa mali zake na silicon. Mnamo 1886, mwanakemia wa Ujerumani K. Winkler aligundua kipengele kipya katika argyrodite ya madini, ambayo aliita Ujerumani kwa heshima ya nchi yake; Ujerumani iligeuka kuwa sawa na ecasilience. Hadi nusu ya pili ya karne ya 20, matumizi ya vitendo ya Ujerumani yalibaki kidogo sana. Uzalishaji wa viwanda nchini Ujerumani uliibuka kuhusiana na maendeleo ya umeme wa semiconductor.

Maudhui ya jumla ya Germanium katika ukoko wa dunia ni 7 · 10 -4% kwa wingi, yaani, zaidi ya, kwa mfano, antimoni, fedha, bismuth. Walakini, madini ya Ujerumani yenyewe ni nadra sana. Karibu wote ni sulfosalts: germanite Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argyrodite Ag 8 GeS 6, confieldite Ag 8 (Sn, Ge)S 6 na wengine. Wingi wa Ujerumani umetawanyika kwenye ukoko wa dunia kwa idadi kubwa ya miamba na madini: katika ore za sulfidi za metali zisizo na feri, katika ore za chuma, katika madini fulani ya oksidi (chromite, magnetite, rutile, na wengine), katika granites; diabases na basalts. Kwa kuongeza, germanium iko karibu na silicates zote, katika amana fulani ya makaa ya mawe na mafuta.

Mali ya kimwili Ujerumani. Germanium inang'aa katika muundo wa ujazo wa aina ya almasi, kigezo cha seli ya kitengo a = 5.6575Å. Uzito wa Germanium imara ni 5.327 g/cm 3 (25°C); kioevu 5.557 (1000 ° C); t pl 937.5 ° C; bp kuhusu 2700 ° C; mgawo wa upitishaji wa hewa joto ~60 W/(m K), au 0.14 cal/(cm sec deg) ifikapo 25°C. Hata germanium safi sana ni brittle kwa joto la kawaida, lakini zaidi ya 550 ° C inajitolea kwa deformation ya plastiki. Ugumu Ujerumani kwa kiwango cha mineralogical 6-6,5; mgawo wa ukandamizaji (katika safu ya shinikizo 0-120 Gn/m 2, au 0-12000 kgf/mm 2) 1.4 10 -7 m 2 /mn (1.4 10 -6 cm 2 /kgf); mvutano wa uso 0.6 N/m (600 dynes/cm). Germanium ni semiconductor ya kawaida na pengo la bendi ya 1.104 10 -19 J au 0.69 eV (25 ° C); resistivity umeme usafi wa juu Ujerumani 0.60 ohm-m (60 ohm-cm) saa 25 ° C; uhamaji wa elektroni ni 3900 na uhamaji wa mashimo ni 1900 cm 2 /v sec (25 ° C) (yenye maudhui ya uchafu chini ya 10 -8%). Inaangazia miale ya infrared yenye urefu wa mawimbi unaozidi mikroni 2.

Kemikali mali Ujerumani. Katika misombo ya kemikali, germanium kawaida huonyesha valensi za 2 na 4, na misombo ya germanium 4-valent kuwa thabiti zaidi. Katika halijoto ya kawaida, germanium inakabiliwa na hewa, maji, miyeyusho ya alkali, na asidi hidrokloriki na sulfuriki kuondokana, lakini huyeyuka kwa urahisi katika aqua regia na katika ufumbuzi wa alkali wa peroxide ya hidrojeni. Asidi ya nitriki huoksidishwa polepole. Inapokanzwa hewani hadi 500-700 ° C, germanium hutiwa oksidi kwa GeO na GeO 2 oksidi. Ujerumani oksidi (IV) - poda nyeupe na t pl 1116 ° C; umumunyifu katika maji 4.3 g/l (20°C). Kulingana na mali yake ya kemikali, ni amphoteric, mumunyifu katika alkali na kwa shida katika asidi ya madini. Inapatikana kwa kuhesabu mvua ya hidrati (GeO 3 nH 2 O) iliyotolewa wakati wa hidrolisisi ya GeCl 4 tetrakloridi. Fusion ya GeO 2 na oksidi nyingine inaweza kupatikana derivatives ya asidi ya germanic - chuma germanates (Li 2 GeO 3 , Na 2 GeO 3 na wengine) - yabisi yenye viwango vya juu vya kuyeyuka.

Wakati germanium humenyuka na halojeni, tetrahalides sambamba huundwa. Mmenyuko huendelea kwa urahisi na florini na klorini (tayari kwenye joto la kawaida), kisha kwa bromini (inapokanzwa dhaifu) na iodini (saa 700-800 ° C mbele ya CO). Moja ya misombo muhimu zaidi Ujerumani GeCl 4 tetrakloridi ni kioevu isiyo na rangi; t pl -49.5 ° C; bp 83.1°C; msongamano 1.84 g/cm 3 (20°C). Maji hubadilisha hidrolisisi kwa nguvu kwa kutolewa kwa mvua ya oksidi hidrati (IV). Inapatikana kwa klorini ya Ujerumani ya metali au kwa mwingiliano wa GeO 2 na HCl iliyokolea. Pia zinajulikana ni dihalides za Ujerumani za fomula ya jumla GeX 2 , GeCl monochloride, Ge 2 Cl 6 hexachlorodigermane, na oksikloridi za Ujerumani (kwa mfano, CeOCl 2).

Sulfuri humenyuka kwa nguvu na Ujerumani katika 900-1000°C na kutengeneza GeS 2 disulfide, kingo nyeupe, mp 825°C. GeS monosulfide na misombo sawa ya Ujerumani na selenium na tellurium, ambayo ni semiconductors, pia huelezwa. Hidrojeni humenyuka kidogo pamoja na germanium ifikapo 1000-1100°C na kutengeneza kijidudu (GeH) X, kiwanja kisicho imara na kinachoweza kubadilika kwa urahisi. Kwa kuitikia germanides na asidi hidrokloriki iliyoyeyushwa, germanohydrogens ya mfululizo wa Ge n H 2n+2 hadi Ge 9 H 20 inaweza kupatikana. Muundo wa Germylene GeH 2 pia inajulikana. Germanium haijibu moja kwa moja na nitrojeni, hata hivyo, kuna nitridi ya Ge 3 N 4, ambayo hupatikana kwa hatua ya amonia kwenye Germanium kwa 700-800 ° C. Ujerumani haiingiliani na kaboni. Ujerumani huunda misombo yenye metali nyingi - germanides.

Misombo mingi ngumu ya Ujerumani inajulikana, ambayo inazidi kuwa muhimu katika kemia ya uchambuzi wa germanium na katika michakato ya utayarishaji wake. Germanium huunda misombo changamano na molekuli za haidroksili zenye haidroksili (polyhydric alkoholi, asidi polybasic, na wengine). Heteropolyacids Ujerumani zilipatikana. Pamoja na vipengele vingine vya kundi la IV, Ujerumani ina sifa ya kuundwa kwa misombo ya organometallic, mfano ambao ni tetraethylgermane (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Kupata Ujerumani. Katika mazoezi ya viwanda, germanium hupatikana hasa kutokana na bidhaa za usindikaji wa ores zisizo na feri za chuma (zinc blende, zinki-shaba-lead polymetallic concentrates) zenye 0.001-0.1% Ujerumani. Majivu kutoka kwa mwako wa makaa ya mawe, vumbi kutoka kwa jenereta za gesi na taka kutoka kwa mimea ya coke pia hutumiwa kama malighafi. Hapo awali, mkusanyiko wa germanium (2-10% Ujerumani) hupatikana kutoka kwa vyanzo vilivyoorodheshwa kwa njia tofauti, kulingana na muundo wa malighafi. Uchimbaji wa Ujerumani kutoka kwa makini kawaida hujumuisha hatua zifuatazo: 1) klorini ya mkusanyiko na asidi hidrokloriki, mchanganyiko wake na klorini katika maji ya maji au mawakala wengine wa klorini kupata GeCl 4 ya kiufundi. Ili kusafisha GeCl 4, urekebishaji na uchimbaji wa uchafu na HCl iliyojilimbikizia hutumiwa. 2) Haidrolisisi ya GeCl 4 na ukokotoaji wa bidhaa za hidrolisisi kupata GeO 2 . 3) Kupunguza GeO 2 na hidrojeni au amonia kwa chuma. Ili kutenganisha germanium safi sana, ambayo hutumiwa katika vifaa vya semiconductor, chuma huyeyuka na ukanda. Gerimani ya fuwele moja, muhimu kwa tasnia ya semiconductor, kawaida hupatikana kwa kuyeyuka kwa eneo au kwa njia ya Czochralski.

Maombi Ujerumani. Ujerumani ni moja ya nyenzo muhimu zaidi katika teknolojia ya kisasa ya semiconductor. Inatumika kutengeneza diodi, triodi, vigunduzi vya fuwele, na virekebisha nguvu. Gerimani ya fuwele moja pia hutumika katika ala za dosimetriki na ala zinazopima ukubwa wa uga wa sumaku unaobadilika na unaobadilika. Sehemu muhimu ya matumizi nchini Ujerumani ni teknolojia ya infrared, haswa utengenezaji wa vigunduzi vya infrared vinavyofanya kazi katika eneo la 8-14 µm. Aloi nyingi zilizo na germanium, glasi kulingana na GeO2, na misombo mingine ya germanium inaahidi kwa matumizi ya vitendo.

UFAFANUZI

Ujerumani ni kipengele cha thelathini na mbili cha Jedwali la Periodic. Uteuzi - Ge kutoka kwa Kilatini "germanium". Iko katika kipindi cha nne, kikundi cha IVA. Inahusu semimetals. Gharama ya nyuklia ni 32.

Katika hali ya kuunganishwa, germanium ina rangi ya fedha (Mchoro 1) na inaonekana kama chuma kwa kuonekana. Kwa joto la kawaida, inakabiliwa na hewa, oksijeni, maji, hidrokloriki na kuondokana na asidi ya sulfuriki.

Mchele. 1. Ujerumani. Mwonekano.

Uzito wa atomiki na Masi ya germanium

UFAFANUZI

Uzito wa molekuli wa dutu (M r) ni nambari inayoonyesha ni mara ngapi uzito wa molekuli fulani ni mkubwa kuliko 1/12 ya wingi wa atomi ya kaboni, na wingi wa atomiki wa kipengele (A r)- ni mara ngapi wastani wa wingi wa atomi za kipengele cha kemikali ni kubwa kuliko 1/12 ya wingi wa atomi ya kaboni.

Kwa kuwa germanium iko katika hali ya bure katika mfumo wa molekuli za monatomiki za Ge, maadili ya misa yake ya atomiki na molekuli yanaambatana. Wao ni sawa na 72.630.

Isotopu za germanium

Inajulikana kuwa germanium inaweza kutokea kwa asili katika mfumo wa isotopu tano thabiti 70 Ge (20.55%), 72 Ge (20.55%), 73 Ge (7.67%), 74 Ge (36.74%) na 76 Ge (7.67%). . Idadi yao ya wingi ni 70, 72, 73, 74 na 76, mtawaliwa. Kiini cha isotopu ya germanium 70 Ge ina protoni thelathini na mbili na neutroni thelathini na nane, isotopu iliyobaki hutofautiana nayo tu kwa idadi ya neutroni.

Kuna isotopu za mionzi zisizo imara za germanium na idadi ya wingi kutoka 58 hadi 86, kati ya isotopu ya Ge 68 yenye nusu ya maisha ya siku 270.95 ndiyo iliyoishi kwa muda mrefu zaidi.

ioni za germanium

Kwenye kiwango cha nishati ya nje ya atomi ya germanium, kuna elektroni nne ambazo ni valence:

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

Kutokana na mwingiliano wa kemikali, germanium hutoa elektroni zake za valence, i.e. ni wafadhili wao, na hubadilika kuwa ioni iliyojaa chaji chanya:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Molekuli na atomi ya germanium

Katika hali ya bure, germanium ipo katika mfumo wa molekuli za Ge za monatomiki. Hapa kuna sifa kadhaa za atomi ya germanium na molekuli:

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

MFANO 2

GERMANIUM, Ge (kutoka lat. Germania - Ujerumani * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; na. germanio), - kipengele cha kemikali cha kundi la IV la mfumo wa upimaji wa Mendeleev, nambari ya atomiki 32, molekuli ya atomiki 72.59. Gerimani asilia ina isotopu 4 thabiti 70 Ge (20.55%), 72 Ge (27.37%), 73 Ge (7.67%), 74 Ge (36.74%) na moja ya mionzi 76 Ge (7, 67%) yenye nusu ya maisha. miaka 2.10 6. Iligunduliwa mwaka wa 1886 na mwanakemia wa Ujerumani K. Winkler katika madini ya argyrodite; ilitabiriwa mwaka wa 1871 na D. N. Mendeleev (ecasilicon).

germanium katika asili

Ujerumani inarejelea. Kuenea kwa germanium katika (1-2).10 -4%. Kama uchafu, hupatikana katika madini ya silicon, kwa kiwango kidogo katika madini na. Madini ya Ujerumani mwenyewe ni nadra sana: sulfosalts - argyrodite, germanite, rennyrite, na wengine wengine; oksidi ya hidrati mbili ya germanium na chuma - schtottite; sulfati - itoite, fleischerite, na wengine wengine, kwa kweli hawana thamani ya viwanda. Germanium hujilimbikiza katika michakato ya hydrothermal na sedimentary, ambapo inawezekana kuitenganisha na silicon. Kwa kiasi kilichoongezeka (0.001-0.1%) hupatikana katika, na. Vyanzo vya germanium ni ore za polimetali, makaa ya mawe na baadhi ya aina za amana za volkeno-sedimentary. Kiasi kikubwa cha germanium hupatikana kwa bahati kutoka kwa maji ya lami wakati wa kuoka makaa ya mawe, kutoka kwa majivu ya makaa ya joto, sphalerite na magnetite. Germanium hutolewa kwa asidi, usablimishaji katika njia ya kupunguza, fusion na caustic soda, nk. Gerinium huzingatia hutibiwa na asidi hidrokloric wakati wa joto, condensate husafishwa na inakabiliwa na mtengano wa hidrolitiki ili kuunda dioksidi; mwisho hupunguzwa na hidrojeni hadi germanium ya metali, ambayo husafishwa na fuwele ya sehemu na ya mwelekeo, kuyeyuka kwa eneo.

Utumiaji wa germanium

Germanium hutumiwa katika vifaa vya elektroniki vya redio na uhandisi wa umeme kama nyenzo ya semiconductor kwa utengenezaji wa diode na transistors. Germanium hutumiwa kutengeneza lenzi za IR optics, photodiodes, photoresistors, dosimeters za mionzi ya nyuklia, vichanganuzi vya spectroscopy ya X-ray, vibadilishaji vya nishati ya kuoza kwa mionzi kuwa nishati ya umeme, nk. Aloi za germanium zilizo na metali kadhaa, ambazo zina sifa ya kuongezeka kwa upinzani kwa mazingira ya fujo ya tindikali, hutumiwa katika utengenezaji wa zana, uhandisi wa mitambo na madini. Baadhi ya aloi za germanium na vipengele vingine vya kemikali ni superconductors.

Imetajwa baada ya Ujerumani. Mwanasayansi kutoka nchi hii aligundua na alikuwa na haki ya kuiita chochote anachotaka. Hivyo katika got germanium.

Walakini, haikuwa Mendeleev ambaye alikuwa na bahati, lakini Clemens Winkler. Alipewa mgawo wa kusoma argyrodite. Madini mapya, yanayojumuisha hasa, yalipatikana kwenye mgodi wa Himmelfrst.

Winkler aliamua 93% ya muundo wa jiwe na akagonga mwisho na 7% iliyobaki. Hitimisho lilikuwa kwamba walijumuisha kipengele kisichojulikana.

Uchambuzi makini zaidi umezaa matunda. germanium iligunduliwa. Hii ni chuma. Je, ina manufaa gani kwa wanadamu? Kuhusu hili, na sio tu, tutasema zaidi.

mali ya germanium

Ujerumani - 32 kipengele cha meza ya mara kwa mara. Inageuka kuwa chuma kinajumuishwa katika kikundi cha 4. Nambari inalingana na valency ya vipengele.

Hiyo ni, germanium huelekea kuunda vifungo 4 vya kemikali. Hii inafanya kipengele kilichogunduliwa na Winkler kuonekana kama .

Kwa hivyo hamu ya Mendeleev kutaja kipengele ambacho bado hakijagunduliwa ecosilicium, kinachoonyeshwa kama Si. Dmitry Ivanovich alihesabu mali ya chuma cha 32 mapema.

Ujerumani ni sawa na silicon katika mali ya kemikali. Humenyuka pamoja na asidi inapokanzwa tu. Pamoja na alkali "huwasiliana" mbele ya mawakala wa oxidizing.

Inastahimili mvuke wa maji. Haifanyiki na hidrojeni, kaboni,. Germanium huwaka kwa joto la nyuzi joto 700 Celsius. Mmenyuko unaambatana na malezi ya dioksidi ya germanium.

Kipengele cha 32 kinaingiliana kwa urahisi na halojeni. Hizi ni vitu vya kutengeneza chumvi kutoka kwa kikundi cha 17 cha meza.

Ili sio kuchanganyikiwa, tunasema kwamba tunazingatia kiwango kipya. Katika zamani, hii ni kundi la 7 la meza ya upimaji.

Chochote meza, metali ndani yake ziko upande wa kushoto wa mstari wa diagonal uliopigwa. Kipengele cha 32 ni ubaguzi.

Isipokuwa mwingine ni . Anaweza pia kuguswa. Antimoni imewekwa kwenye substrate.

Mwingiliano hai unahakikishwa na. Kama metali nyingi, germanium ina uwezo wa kuwaka katika mvuke wake.

Nje kipengele cha germanium, nyeupe-kijivu, na mng'ao wa metali unaotamkwa.

Wakati wa kuzingatia muundo wa ndani, chuma kina muundo wa ujazo. Inaonyesha mpangilio wa atomi katika seli za msingi.

Wana umbo la cubes. Atomi nane ziko kwenye wima. Muundo ni karibu na latiti.

Kipengele cha 32 kina isotopu 5 thabiti. Uwepo wao ni mali ya wote vipengele vya kikundi kidogo cha germanium.

Wao ni hata, ambayo huamua kuwepo kwa isotopu imara. Kwa mfano, kuna 10 kati yao.

Uzito wa germanium ni gramu 5.3-5.5 kwa sentimita ya ujazo. Kiashiria cha kwanza ni cha kawaida kwa serikali, pili - kwa chuma kioevu.

Katika fomu laini, sio tu mnene zaidi, bali pia plastiki. Brittle kwa joto la kawaida, dutu hii inakuwa digrii 550. Hizi ni Vipengele vya germanium.

Ugumu wa chuma kwenye joto la kawaida ni karibu pointi 6.

Katika hali hii, kipengele cha 32 ni semiconductor ya kawaida. Lakini, mali inakuwa "ing'aa" kadiri hali ya joto inavyoongezeka. Waendeshaji tu, kwa kulinganisha, hupoteza mali zao wakati wa joto.

Ujerumani hufanya sasa sio tu katika hali yake ya kawaida, lakini pia katika suluhisho.

Kwa upande wa mali ya semiconductor, kipengele cha 32 pia ni karibu na silicon na ni kawaida tu.

Hata hivyo, maeneo ya matumizi ya dutu hutofautiana. Silicon ni semiconductor inayotumiwa katika seli za jua, ikiwa ni pamoja na aina ya filamu nyembamba.

Kipengele hiki pia kinahitajika kwa seli za picha. Sasa, fikiria ambapo germanium inakuja kwa manufaa.

Utumiaji wa germanium

Ujerumani hutumiwa katika spectroscopy ya gamma. Vyombo vyake hufanya iwezekanavyo, kwa mfano, kujifunza utungaji wa viongeza katika oksidi za kichocheo kilichochanganywa.

Katika siku za nyuma, germanium iliongezwa kwa diodes na transistors. Katika seli za jua, mali ya semiconductor pia huja kwa manufaa.

Lakini, ikiwa silicon imeongezwa kwa mifano ya kawaida, basi germanium huongezwa kwa ufanisi mkubwa, kizazi kipya.

Jambo kuu si kutumia germanium kwenye joto karibu na sifuri kabisa. Chini ya hali hiyo, chuma hupoteza uwezo wake wa kusambaza voltage.

Ili germanium kuwa conductor, uchafu ndani yake haipaswi kuwa zaidi ya 10%. Safi Safi sana kipengele cha kemikali.

Ujerumani iliyotengenezwa na njia hii ya kuyeyuka kwa eneo. Inategemea umumunyifu tofauti wa mambo ya kigeni katika kioevu na awamu.

fomula ya germanium inakuwezesha kuitumia kwa vitendo. Hapa hatuzungumzi tena juu ya mali ya semiconductor ya kipengele, lakini kuhusu uwezo wake wa kuimarisha.

Kwa sababu hiyo hiyo, germanium imepata matumizi katika prosthetics ya meno. Ingawa taji zinakuwa za kizamani, bado kuna mahitaji kidogo kwao.

Ikiwa unaongeza silicon na alumini kwa germanium, solders hupatikana.

Kiwango chao cha kuyeyuka daima ni cha chini kuliko ile ya metali zilizounganishwa. Kwa hiyo, unaweza kufanya miundo ngumu, ya kubuni.

Hata mtandao bila germanium haungewezekana. Kipengele cha 32 kipo kwenye fiber ya macho. Katika msingi wake ni quartz na mchanganyiko wa shujaa.

Na dioksidi yake huongeza kutafakari kwa fiber. Kwa kuzingatia mahitaji yake, vifaa vya elektroniki, wafanyabiashara wanahitaji germanium kwa idadi kubwa. Ni zipi, na jinsi zinavyotolewa, tutajifunza hapa chini.

kuchimba germanium

Ujerumani ni kawaida sana. Katika ukoko wa dunia, kipengele cha 32, kwa mfano, ni zaidi ya, antimoni, au.

Hifadhi zilizogunduliwa ni takriban tani 1,000. Karibu nusu yao wamefichwa kwenye matumbo ya Merika. Tani nyingine 410 ni mali.

Kwa hivyo, nchi zingine, kimsingi, zinapaswa kununua malighafi. inashirikiana na Dola ya Mbinguni. Hii inahesabiwa haki kutoka kwa mtazamo wa kisiasa na kutoka kwa mtazamo wa kiuchumi.

Mali ya kipengele germanium, inayohusishwa na uhusiano wake wa kijiografia na vitu vilivyoenea, usiruhusu chuma kuunda madini yake mwenyewe.

Kawaida, chuma huletwa kwenye kimiani cha zilizopo. Mgeni, bila shaka, haitachukua nafasi nyingi.

Kwa hivyo, lazima utoe germanium kidogo kidogo. Ndani unaweza kupata kilo chache kwa tani ya mwamba.

Enargits haina zaidi ya kilo 5 za germanium kwa kilo 1000. Katika pyrargyrite mara 2 zaidi.

Tani ya kipengele 32 sulvanite haina zaidi ya kilo 1. Mara nyingi, germanium hutolewa kama bidhaa kutoka kwa madini ya metali zingine, kwa mfano, au zisizo na feri, kama vile chromite, magnetite, rutite.

Uzalishaji wa kila mwaka wa germanium ni kati ya tani 100-120, kulingana na mahitaji.

Kimsingi, fomu ya kioo moja ya dutu inunuliwa. Hii ndiyo hasa inahitajika kwa ajili ya uzalishaji wa spectrometers, fiber ya macho, ya thamani. Wacha tujue viwango.

bei ya germanium

Gerimani ya monocrystalline inunuliwa hasa na tani. Kwa viwanda vikubwa, hii ni ya manufaa.

Kilo 1,000 za kipengele cha 32 kina gharama kuhusu rubles 100,000. Unaweza kupata matoleo kwa 75,000 - 85,000.

Ikiwa unachukua polycrystalline, yaani, na aggregates ndogo na kuongezeka kwa nguvu, unaweza kutoa mara 2.5 zaidi kwa kilo ya malighafi.

Urefu wa kawaida sio chini ya sentimita 28. Vitalu vinalindwa na filamu, kwani vinafifia hewani. Gerimani ya polycrystalline - "udongo" kwa ajili ya kukua fuwele moja.