Германий

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
(перенаправлено с «Germanium»)
Перейти к: навигация, поиск
Германий (Ge)
Germanium.jpg

  • Атомный номер \(~32\)
  • Внешний вид простого вещества
  • Кристалл германия - светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
72,61 а. е. м. (г/моль)

а. е. м. (г/моль)

Радиус атома 137 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
760,0(7,88)кДж/моль(эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p2
Химические свойства
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+4e)53(+2e)73пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
2,01
Электродный потенциал
Степени окисления 4
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 5,323 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,322 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 60.2 Вт/(м·K)
Температура плавления 1210 K)
Теплота плавления 36,8 кДж/моль
Температура кипения 3103 K
Теплота испарения n/a кДж/моль
Молярный объём 13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки алмаз
Период решётки 5,660 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 360,00 K
Germanium.png

Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе, обозначается символом Ge (нем. Germanium).

История[править]

Элемент был предсказан великим русским учёным Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.

Химический элемент Германий назван в честь Германии, родины Винклера.

Месторасположение[править]

Общее содержание Германия в земной коре 7% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы Германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, конфильдит Ag8(Sn, Ce) S6 и др. Основная масса Г. рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, Г. присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.[1]

Получение[править]

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2,который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества: GeO2+2H2=Ge+2H2O.

Физические свойства[править]

Кристаллическая структура германия

Кристаллическая решётка германия кубическая гранецентрированная по типу алмаза, параметр а = 5,660 Å. Германий как и кремний отличается ценными оптическими характеристиками — способность пропускать ИК-лучи. Важно, обладая низкой дисперсией, высокой прозрачностью и коэффициентом преломления n=1,7 (кремний n=3,4) в композициях шихты с кремнием в разных соотнешениях позволяют изготакливать линзы с нужным показателем преломления.(линзы анастигматов и зумов изготавливают в первую очередь с подбором характериситк по показетелю преломления). Линзы, (объективы) прозрачных для (пропускающих) ИК-лучей при изготовлении применяют в качестве основных оптических материалов как кремний, германий .

Механические свойства[править]

Электронные свойства[править]

Схема атома Германия

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

Изотопы[править]

В природе встречается пять изотопов: 70Ge (20,55% масс.), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67), 74Ge (36,74%), 76Ge (7,67%). Первые четыре стабильны, пятый (76Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58×1021 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71Ge (время полураспада 11,26 дня).

Химические свойства[править]

В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.

Соединения германия[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Соединения германия

Неорганические[править]

  • Оксиды
    • Оксид германия (II) \(GeO\)
    • Оксид германия (IV) \(GeO_2\)
  • Галогениды
    • Бромид германия (IV) \(GeBr_4\)
    • Иодид германия (II) \(GeI_2\)
    • Иодид германия (IV) \(GeI_4\)
    • Фторид германия (IV) \(GeF_4\)
    • Хлорид германия (IV) \(GeCl_4\)
  • Нитрид германия (IV) \(Ge_3N_4\)
  • Сульфид германия (II) \(GeS\)
  • Сульфид германия (IV) \(GeS_2\)

Органические[править]

Применение[править]

Металлургия[править]

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Ядерная энергетика[править]

Германий широко применяется в ядерной энергетике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

Электроника и радиотехника[править]

В радиотехнике, германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода в германии - 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В своё время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE[8] (в отечественной радиотехнике известная как блокинг-генератор) позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0,6 В, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0,125 В, если германиевый. HI-End усилители на германиевых транзисторах обладают качеством звука, сопоставимым с усилителями на радиолампах, т.к. германиевые транзисторы мягче переключатся в схемах усилителя класса "AB", имеют более линейную переходную характеристику (чем сопоставимые кремниевые транзисторы тех же лет выпуска), и не пропускают гармоники дальше пятой (тогда как кремниевые - до 11-той - из-за чего звук становится "жестким" на высоких частотах). В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Существует старая система обозначений, например, П210,213,214,217, и некоторые транзисторы "МПxx" - также германиевые. Ещё более высоким частотным потенциалом (имеется ввиду подвижность носителей заряда в полупроводниках, а не скорость работы готового полупропроводникового прибора) обладает арсенид галлия, применяемый в светодиодах. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы полностью вытеснены кремниевыми и не выпускаются ни в одной стране мира. Найти их можно только в старых радиоаппаратах либо из запасов радиолюбителей тех лет.

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Диоксид германия также используется как катализатор в производстве смолы терефталата полиэтилена,[9] и для производства других примесей или химсоединений германия.

Медицина[править]

Для медицинских нужд германий первыми начали применять в Японии. Испытания различных германийорганических соединений в опытах на животных и в клинических испытаниях на людях показали, что они в разной степени положительно влияют на организм человека.

В 1967 г. доктор К. Асаи обнаружил, что органический германий, способ синтеза которого был ранее разработан в нашей стране, обладает широким спектром биологического действия.

Биологические свойства органического германия:

  • обеспечение перенос кислорода в тканях организма;
  • повышение иммунного статуса организма;
  • проявление противоопухолевой активности.

Японскими учеными был создан первый препарат с содержанием органического германия «Германий–132», который используется для коррекции иммунного статуса при различных заболеваниях человека.

В России, как обычно, биологическое действие германия изучалось давно, но создание первого российского препарата «Гермавит» стало возможным только в 2000 г., когда финансы в развитие науки и, в частности, медицины стали вкладывать российские бизнесмены, понимающие, что здоровье нации требует самого пристального внимания, а его укрепление без должного финансирования — это разговоры, не решающие важнейшей социальной задачи нашего времени.

Оптическое стекло[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Стекло
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптическое стекло

Германий в виде диоксида GeO2 находит широкое применение в изготовлении оптических устройств как линз, объективов и др., применяемых в оптической промышленности.

Свойства оптического стекла из GeO2:

  • Коэффициент преломления n=1.7;
  • Дополнительно высокая прозрачность к ИК-лучам света;
  • Низкая дисперсия;
  • Высокая твёрдость.

Это делают его полезным как оптический материал для изготовления широкоугольных объективов, применения линз в оптическом микроскопе.

Смесь кремниевого диоксида и диоксида германия ("кварц-germania") используется как оптический материал для оптоволокон и оптических волноводов.

Правильная дозировка примесей диоксида германия с элементами кварца, кремниевыми составляющими и др. при приготовлении шихты при стекловарении позволяет точно контролировать и регулировать величину коэффициента преломления линз. Например, очки из кварца-германия имеют более низкую вязкость и более высокий преломляющий коэффициент, нежели чем очки из чистого кварца.

В оптоволоконном производстве Германий сейчас заменяет титан как примесь кварца для волокна из кварца, устраняя потребность в последующей термообработке, которая делает волокна ломкими.[10]

Прочие области применения[править]

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Диоксид германия также используется как катализатор в производстве смолы терефталата полиэтилена,[11] и для производства других примесей или химсоединений германия.

Качере Бровина ("генератор Бровина-Теслы")[12] лучше работает на германиевых транзисторах.

Цены[править]

Средние цены на германий в 2007 году /по материалам infogeo.ru/metalls

  • Германий металлический $1200/кг
  • Германий диоксид (двуокись) $840/кг

Изотопы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Изотопы германия

Биологическая роль[править]

Биологические свойства органического германия:

  • обеспечение перенос кислорода в тканях организма;
  • повышение иммунного статуса организма;
  • проявление противоопухолевой активности.[13]

Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

Для животных германий малотоксичен. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе - 2 мг/м3, т.е. такая же, как и для асбестовой пыли.

Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны [14].

См.также[править]

Литература[править]

  • Тананаев И. В., Шпирт М. Я. Химия германия. М., «Химия», 1967. 451 с.

Ссылки[править]

  1. БСЭ
  2. Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  3. Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  4. Баранский П. И., Клочев В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 704с
  5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  8. Схема «Juole Thief»
  9. Thiele, Ulrich K. (2001). "The Current Status of Catalysis and Catalyst Development for the Industrial Process of Poly(ethylene terephthalate) Polycondensation". International Journal of Polymeric Materials 50 (3): 387 – 394. doi:10.1080/00914030108035115.
  10. Chapter Iii: Optical Fiber For Communications
  11. Thiele, Ulrich K. (2001). "The Current Status of Catalysis and Catalyst Development for the Industrial Process of Poly(ethylene terephthalate) Polycondensation". International Journal of Polymeric Materials 50 (3): 387 – 394. doi:10.1080/00914030108035115.
  12. http://rutube.ru/tracks/1503118.html?v=f0656e31d26aa1fb6631fa006e6db8ee
  13. http://www.medlinks.ru/article.php?sid=7233
  14. Назаренко В.А. Аналитическая химия германия. М., Наука, 1973. 264 с.


Периодическая система элементов
1 H
Medeleeff by repin.jpg
He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh
  IIа IIIб IIIб: лантаноиды и актиноиды и Суперактиноиды IVб VIб VIIб VIIIб IIб IIIа IVа VIа VIIа VIIIа
Химические семейства элементов периодической таблицы
Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы
Лёгкие металлы Полуметаллы Неметаллы Галогены Инертные газы