Метал германій, властивості, i-think.ru

10.07.2015

Германій

Германій (від латинського Germanium), позначається «Ge», елемент IV групи періодичної системи хімічних елементів Дмитра Івановича Менделєєва, порядковий номер елемента 32, атомна маса становить 72,59. Германій — тверда речовина з металевим блиском, має сіро-білий колір. Хоча колір німеччина — це поняття досить відносне, тут все залежить від обробки поверхні матеріалу. Іноді він може бути сірим, як сталь, іноді сріблястим, а іноді і зовсім чорним. Зовні германій досить близький до кремнію. Ці елементи не тільки схожі між собою, але й мають багато в чому однаковими напівпровідниковими властивостями. Істотним їх відмінністю є той факт, що германій більш ніж в два рази важчий кремнію.

Германій, що зустрічається в природі, є сумішшю п’яти стабільних ізотопів, що мають масові числа 76, 74, 73, 32, 70. Ще в 1871 році відомий хімік, «батько» періодичної таблиці Дмитро Іванович Менделєєв передбачив властивості та існування німеччина. Він називав невідомий в ті часи елемент «екасіліціем», тощок. властивості нового речовини були багато в чому схожі з кремнієм. У 1886 році після дослідження мінералу аргирдит, німецький сорокавосьмирічний вчений-хімік К. Вінклер виявив у складі природної суміші абсолютно новий хімічний елемент.

Спочатку хімік хотів назвати елемент нептунием, адже планета Нептун теж була передбачена набагато раніше, ніж відкрита, але потім він дізнався, що така назва вже використовувалося при лжеоткрытии одного з елементів, тому Вінклер вирішив відмовитися від цієї назви. Вченому запропонували найменувати елемент ангулярием, що в перекладі означає «викликає суперечки, незграбний», але і з цією назвою Вінклер не погодився, хоча спорів елемент №32 викликав дійсно дуже багато. Вчений за національністю був німцем, от він і вирішив у підсумку назвати елемент германієм, в честь своєї рідної країни Німеччини.

Як з’ясувалося пізніше, германій виявився ні чим іншим, як відкритим раніше «екасіліціем». Аж до другої половини двадцятого століття практична корисність німеччина була досить вузькою і обмеженою. Індустріальне виробництво металу почалося лише в результаті початку промислового виробництва напівпровідникової електроніки.

Германій є напівпровідниковим матеріалом, який широко застосовуються в електроніці та техніці, а також при виробництві мікросхем і транзисторів. В радарних установках використовуються тонкі плівки німеччина, які наносяться на скло і застосовуються як опору. Сплави з германієм і металами використовуються в детекторах і датчиках.

Елемент не володіє такою міцністю як вольфрам або титан, він не служить невичерпним джерелом енергії як плутоній або уран, електропровідність матеріалу також далеко не найвища, так і в промисловій техніці головним металом є залізо. Незважаючи на це, германій є однією з найважливіших складових технічного прогресу нашого суспільства, т. к. він ще раніше, навіть ніж кремній став використовуватися як напівпровідниковий матеріал.

У зв’язку з цим доречно було б запитати: Що таке полупроводимость й напівпровідники? На це питання навіть фахівці не можуть відповісти точно, т.що можна говорити про конкретно розглянутому властивості напівпровідників. Є і точне визначення, але лише з області фольклору: Напівпровідник — провідник на два вагони.

Злиток німеччина коштує практично стільки ж, скільки і злиток золота. Метал дуже тендітний, майже як скло, тому, впустивши такий злиток, є велика ймовірність того, що метал просто розіб’ється.

Метал германій, властивості

Біологічні властивості

Для медичних потреб найбільш широко германій стали використовувати в Японії. Результати випробувань германийорганических сполук на тварин і людини показали, що вони здатні благотворно впливати на організм. У 1967 році японець доктор К. Асаї виявив, що органічний германій володіє широким біологічним дією.

Серед всіх його біологічних властивостей слід відзначити:

  • — забезпечення переносу кисню в тканини організму;
  • — підвищення імунного статусу організму;
  • — прояв протипухлинної активності.

згодом японські вчені створили перший у світі медичний препарат з вмістом німеччина — «Германій — 132».

У Росії перший вітчизняний препарат, що містить органічний германій, з’явився лише в 2000 році.

Процеси біохімічної еволюції поверхні земної кори не кращим чином позначилися на змісті в ній німеччина. Велика частина елемента була вимита з суші в океани, так що вміст його в ґрунті залишається досить низьким.

Серед рослин, які володіють здатністю абсорбувати германій з грунту, лідером є женьшень (німеччина до 0,2 %). Германій міститься в часнику, камфаре і алое, які традиційно використовуються в лікуванні різних людських захворювань. В рослинності германій знаходиться у вигляді полуоксид карбоксиэтила. Зараз є можливість синтезувати сесквиоксаны з пірімідіновим фрагментом – органічні сполуки германію. Дане з’єднання за своєю структурою близький до природного, як в корені женьшеню.

Германій можна віднести до рідкісних мікроелементів. Він присутній у великій кількості різних продуктів, але в мізерних дозах. Добова доза споживання органічного німеччина встановлено у розмірі 8-10 мг. Оцінка 125-ти харчових продуктів показала, що щодня з їжею в організм надходить близько 1,5 мг німеччина. Вміст мікроелемента в 1 г сирих продуктів становить близько 0.1 – 1.0 мкг. Германій міститься в молоці, томатному соку, лососине, бобах. Але для того, щоб задовольнити добову потребу в німеччині, слід випивати щодня по 10 літрів томатного соку або вживати в їжу близько 5 кілограм лососини. З точки зору вартості цих продуктів, фізіологічних властивостей людини, так і здорового глузду теж вживання такої кількості германійвміщуючих продуктів не можливо. На території Росії близько 80-90% населення має недолік німеччина, саме тому були розроблені спеціальні препарати.

Практичні дослідження показали, що в організмі німеччина найбільше струмом кишечнику, шлунку, селезінці, кістковому мозку і крові. Високий вміст мікроелемента в кишечнику і шлунку говорить про пролонгованому дії процесу всмоктування препарату в кров. Є припущення, що органічний германій веде себе в крові приблизно так само, як і гемоглобін, т.е. має негативний заряд і бере участь в переносі кисню до тканин. Тим самим він на тканинному рівні попереджає розвиток гіпоксії.

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

Германій у формі сесквіоксіда володіє здатністю впливати на іони водню Н+, згладжуючи їх згубну дію для клітин організму. Гарантією відмінної роботи всіх систем людського організму є безперебійне постачання кисню в кров і всі тканини. Органічний германій не тільки доставляє кисень у всі точки організму, але і сприяє його взаємодії з іонами водню.

Цікаві факти

  • — Германій є металом, але за крихкості його можна порівняти зі склом.
  • — В деяких довідниках стверджується, що германій має сріблястий колір. Але так стверджувати не можна, адже колір німеччина безпосередньо залежить від способу обробки поверхні металу. Іноді він може здаватися практично чорним, в інших випадках має сталевий колір, а іноді він може бути і сріблястим.
  • — Германій був виявлений на поверхні сонця, а також у складі впали з космосу метеоритів.
  • — Вперше елементоорганічних сполук німеччина було отримано першовідкривачем елемента Клеменсом Вінклером з тетрахлориду германію в 1887 році, це був тетраэтилгерманий. З усіх отриманих на сучасному етапі елементоорганічних сполук німеччина жодне не є отруйним. У той же час велика частина олово — і свинецорганических мікроелементів, які за своїм фізичним якостям аналогами німеччина, токсичні.
  • — Дмитро Іванович Менделєєв передбачив три хімічних елемента ще до їх відкриття, в тому числі і германій, назвавши елемент екасіліціем за рахунок подібності з кремнієм. Пророкування відомого російського вченого було настільки точним, що просто вразило вчених, у т.ч. і Вінклера, який відкрив германій. Атомний вагу по Менделєєву дорівнював 72, насправді він склав 72,6; питома вага по Менделєєву склав 5,5 насправді — 5,469; атомний об’єм по Менделєєву склав 13 в дійсності — 13,57; вищий оксид по Менделєєву EsO2, в реальності — GeO2, питома вага його за Менделєєву склав 4,7, насправді — 4,703; хлористе з’єднання по Менделєєву EsCl4 — рідина, температура кипіння приблизно 90°C, насправді — хлористе з’єднання GeCl4 – рідина, температура кипіння 83°C, сполука з воднем по Менделєєву EsH4 газоподібний, сполука з воднем насправді — GeH4 газоподібний; металоорганічних сполук по Менделєєву Es(C2H5)4, температура кипіння 160 °C, металоорганічних сполук в реалії — Ge(C2H5)4 температура кипіння 163,5°C. Як видно з наведеної вище інформації, передбачення Менделєєва було дивовижно точним.
  • — Клеменс Вінклер 26 лютого 1886 року починав лист Менделєєву зі слів «Милостивий государ». Він досить ввічливій формі розповів російському вченому про відкриття нового елемента, названого германієм, який за своїми властивостями був нічим іншим, як за раніше спрогнозованим менделеевским «екасіліціем». Відповідь Дмитра Івановича Менделєєва був не менш ввічливий. Учений погодився з відкриттям свого колеги, назвавши германій «вінцем своєї періодичної системи», а Вінклера «батьком» елемента, гідним носити цей «вінець».
  • — Германій як класичний напівпровідник став ключем до вирішення проблеми створення надпровідних матеріалів, які працюють при температурі рідкого водню, але не рідкого гелію. Як відомо водень переходить в рідкий стан з газоподібного при досягненні температури -252,6°C, або 20,5°К. В 70-ті роки була розроблена плівка з німеччина і ніобію, товщина якої становила всього кілька тисяч атомів. Дана плівка здатна зберігати надпровідність навіть при досягненні температури 23,2°К і нижче.
  • — При вирощуванні германієвого монокристала на поверхню розплавленого німеччина поміщається германієвий кристал – «затравка», який поступово піднімається за допомогою автоматичного пристрою, при цьому температура розплаву трохи перевищує температуру плавлення німеччина (становить 937 °C). «Затравка» обертається, щоб монокристал, як кажуть, «обростав м’ясом» рівномірно з усіх сторін. Необхідно відзначити, що під час такого зростання відбувається те ж, що і в процесі зонної плавки, тобто в тверду фазу переходить практично один лише германій, а всі домішки залишаються в розплаві.

Історія

Існування такого елемента, як германій, було передбачене ще в 1871 році Дмитром Івановичем Менделєєвим, за рахунок своїх подібностей з кремнієм елемент був названий екасіліціем. У 1886 році професор Фрейбергской гірничої академії відкрив аргіродіт, новий мінерал срібла. Потім цей мінерал досить уважно досліджував професор технічної хімії Клеменс Вінклер, проводячи повний аналіз мінералу. Сорокавосьмирічного Вінклера по праву вважали кращим аналітиком Фрейбергской гірничої академії, саме тому йому надали можливість дослідити аргіродіт.

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

Однак було б неправильно подумати, що праці Вінклера йшли гладко. Дмитро Іванович Менделєєв у додаток до восьмий главі своєї книги «Основ хімії» пише: «Спочатку (лютий 1886 року) нестача матеріалу, а також відсутність спектра полум’я і розчинність сполук німеччина серйозно утрудняли дослідження Вінклера. » Варто звернути увагу на слова «відсутність спектру». Але як так? В 1886 році вже існував широко використовуваний метод спектрального аналізу. За допомогою даного методу були відкриті такі елементи, як талій, рубідій, індій, цезій на Землі і гелій на Сонці. Вчені вже знали достеменно, що кожному без винятку хімічному елементу властивий індивідуальний спектр, а тут раптом відсутність спектра!

Пояснення даного явища з’явилася трохи пізніше. У німеччина є характерні спектральні лінії. Довжина їх хвиль становить 2651,18; 3039,06 Ǻ і ще кілька. Однак вони всі лежать в межах ультрафіолетової невидимої частини спектра, можна вважати, удачею, що Вінклер — прихильник традиційних методів аналізу, адже саме ці методи привели його до успіху.

Метод отримання німеччина з мінералу, який використовував Вінклер, досить близький до одного з сучасних промислових методів виділення 32-го елемента. Спочатку германій, який містився в аргароднте, перевели в двоокис. Потім отриманий білий порошок нагрівався до температури 600-700 °C у водневій атмосфері. При цьому реакція виявилася очевидною: GeO2 + 2H2 — Ge + 2H2 О.

Саме таким методом вперше був отриманий відносно чистий елемент №32, германій. Спершу Вінклер мав намір назвати ванадій нептунием, на честь однойменної планети, адже Нептун, як і германій, був спочатку передбачений, а тільки потім знайдений. Але потім з’ясувалося, що таку назву одного разу вже використовувався, нептунием був названий один хімічний елемент, відкритий помилково. Вінклер волів не компрометувати своє ім’я і відкриття, і відмовився від нептунія. Один французький вчений Район запропонував, правда, потім він визнав свою пропозицію жартом, запропонував назвати елемент ангулярием, тобто «несуперечливих, незграбним», але й ця назва не сподобалося Вінклеру. У результаті вчений самостійно вибрав найменування своєму елементу, і назвав його германієм, в честь своєї рідної країни Німеччині, згодом ця назва утвердилася.

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

Знаходження в природі

Германій можна віднести до розсіяним елементами. У природі елемент взагалі не зустрічається у вільному вигляді. Загальний вміст металу в земній корі нашої планети по масі становить 7-10 -4 % %. Це більше ніж зміст таких хімічних елементів, як срібло, сурма або вісмут. Але ось власні мінерали німеччина досить дефіцитні і досить рідко зустрічаються в природі. Майже всі ці мінерали є сульфосолями, наприклад, німеччина Cu2 (Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4. конфільдіт Ag8 (Sn,Ce)S6. аргіродіт Ag8GeS6 та інші.

Основна частина німеччина, розсіяного в земній корі міститься у величезному числі гірських порід, а також багатьох мінералів: сульфитные руди кольорових металів, залізні руди, деякі окисні мінерали (хроміт, магнетит, рутил та інші), граніти, діабази і базальти. У складі деяких сфалеритов зміст елемента може досягати декількох кілограмів на тонну, наприклад, в франкеите і сульваните 1 кг/т, в энаргитах зміст німеччина складає 5 кг/т, в пираргирите — до 10 кг/т, ну а в інших силікатах і сульфидах — десятки і сотні м/т. Невелика частка німеччина присутній практично у всіх силікатах, а також в деяких з родовищ нафти і кам’яного вугілля.

Основним мінералом елемента є сульфіт німеччина (формула GeS2). Мінерал зустрічається як домішка в сульфитах цинку, інших металів. Найважливішими мінералами німеччина є: німеччина Cu3 (Ge,Fe,Ga)(S,As)4. плюмбогерманит (Pb,Ge,Ga)2 SO4 (OH)2 ·2H2 O, стоттит FeGe(OH)6. рениерит Cu3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4 і аргіродіт Ag8 GeS6 .

Германій присутній на територіях всіх без винятку держав. А ось промисловими родовищами даного металу жодна з індустріально розвинених країн світу не має. Германій є дуже і дуже розсіяним. На Землі вважаються великою рідкістю мінерали даного металу, вміст германію в яких хоча б 1%. До таких мінералів відносяться німеччина, аргіродіт, ультрабазит та ін. в тому числі і мінерали, відкриті в останні десятиріччя: штотит, реньерит, плюмбогерманит і конфільдіт. Родовища всіх цих мінералів не здатні покрити потребу сучасної промисловості в цьому рідкісному і важливому хімічному елементі.

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

Отримання

При переробці сульфіду німеччина отримують оксид GeО2. за допомогою водню його відновлюють до отримання вільного німеччина.

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

Спочатку з розглянутих вище джерел виділяють германієвий концентрат (від 2% до 10% німеччина) різними способами, вибір яких залежить від складу сировини. На переробці боксирующих вугілля відбувається часткове випадання німеччина (від 5% до 10%) в надсмольную воду і смолу, від туди він витягується в комплексі з таніном, після він висушується і обпалюється на температурі 400-500°С. В результаті виходить концентрат, який містить близько 30-40% німеччина, з нього германій виділяють у вигляді GeCl4. Процес вилучення німеччина з такого концентрату, як правило, включає одні й ті ж стадії:

1) Концентрат хлорують за допомогою соляної кислоти, сумішшю кислоти і хлору у водному середовищі або іншими хлоруючий агентами, які в результаті можуть дати технічний GeCl4. З метою очищення GeCl4 застосовується ректифікація та екстракція домішок концентрованої соляної кислоти.

2) Здійснюється гідроліз GeCl4. продукти гідролізу прожарюють аж до одержання оксиду GeO2 .

3) GeO відновлюється воднем або аміаком до чистого металу.

При отриманні самого чистого германію, який використовується в напівпровідникових технічних засобах, проводять зонну плавку металу. Монокристалічний германій, необхідний для напівпровідникового виробництва, зазвичай отримують зонної плавкою або методом Чохральського.

Способи виділення німеччина з надсмольних вод коксохімічних заводів були розроблені радянським ученим Ст. А. Назаренко. В даному сировину німеччина не більше 0,0003%, однак, за допомогою дубового екстракту з них нескладно осаджувати германій у формі таннидного комплексу.

Основна складова таніну — це складний ефір глюкози, де присутня радикал мета-дигалловой кислоти, який пов’язує германій, навіть якщо концентрація елемента в розчині дуже мала. З осаду, можна легко отримати концентрат, вміст двоокису німеччина в якому до 45%.

Наступні перетворення вже буде мало залежати від виду сировини. Відновлюється германій воднем (як і у Вінклера в 19ст.), однак, спочатку необхідно виділити окис германію з численних домішок. Вдале поєднання якостей одного з’єднання німеччина виявилося дуже корисним для вирішення даної задачі.

Чотирихлористий германій GeCl4. – це летюча рідина, яка закипає при 83,1°C. Тому вона досить зручно очищається дистиляцією і ректифікацією (в кварцових колонах з насадкою).

GeCl4 майже не розчиняється в соляній кислоті. Значить, для його очищення можна застосовувати розчинення домішок HCl .

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

Під дією води відбувається гідроліз GeCl4:

GeCl4 + 2H2O — GeO2 + 4HCl.

Можна помітити, що перед нами «записане задом наперед» рівняння реакції одержання чотирихлористого німеччина.

Після йде відновлення GeO2 за допомогою очищеного водню:

GeO2 + 2 Н2О → Ge + 2 Н2О.

В результаті отримують порошкоподібний германій, який плавиться, а потім очищається способом зонної плавки. Даний метод очищення був розроблений ще в 1952 р. спеціально для очищення німеччина.

Необхідні для додання німеччину того чи іншого типу провідності домішки вводяться на завершальних стадіях виробництва, а саме при зонній плавці, а також під час вирощування монокристала.

Застосування

Германій є напівпровідниковим матеріалом, що застосовуються в електроніці та техніці при виробництві мікросхем і транзисторів. Якнайтонші плівки німеччина наносяться на скло, застосовують як опір в радарних установках. Сплави німеччина з різними металами використовують при виробництві детекторів і датчиків. Діоксид німеччина широко використовується у виробництві скла, що мають властивість пропускати інфрачервоне випромінювання.

Телурид німеччина вже дуже давно служить стабільним термоелектричним матеріалом, а також як компонент термоелектричних сплавів (термо — значить е. д. з 50 мкВ/К).Виключно стратегічну роль відіграє германій надвисокої чистоти у виготовленні призм і лінз інфрачервоної оптики. Найбільшим споживачем німеччина є саме інфрачервона оптика, яку використовують у комп’ютерній техніці, системах прицілу і наведення ракет, прилади нічного бачення, картографуванні і дослідженні поверхні землі з супутників. Германій також широко використовується в оптоволоконних системах (добавка тетрафториду німеччина до складу скловолокно), а також в напівпровідникових діодах.

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

Шляхом вплавлення в пластинку ГЕС індій, таким чином, створюючи область з так званої дірковою провідністю, отримують випрямляючий пристрій, т. е. діод. Діод має властивість пропускати електричний струм в одному напрямку: електронної галузі з області з дірковою провідністю. Після вплавлення індія з обох сторін ГЕС-платівки, ця пластинка перетворюється в основу транзистора. Вперше в світі транзистор з німеччина був створений ще в 1948 році, а через двадцять років подібні прилади випускалися сотнями мільйонів.

Діоди на основі німеччина і триоды стали широко використовуватися в телевізорах і радіоприймачах. у самої різної вимірювальної апаратури і лічильно-обчислювальних пристроях.

Застосовується німеччина також і в інших особливо важливих областях сучасної техніки: при вимірюванні низьких температур, при виявленні інфрачервоного випромінювання та ін

Для використання мітла у всіх цих областях потрібно германій дуже високу хімічну і фізичної чистоти. Хімічна чистота – це така чистота, при якій кількість шкідливих домішок не повинно становити більше ніж одну десятимільйонну відсотка (10 -7 %). Фізична чистота означає мінімум дислокацій, мінімум порушень кристалічної структури речовини. Для її досягнення спеціально вирощується монокристалічний германій. В даному випадку весь злиток металу являє собою лише один кристал.

Для цього на поверхню розплавленого німеччина поміщається германієвий кристал – «затравка», який поступово піднімається за допомогою автоматичного пристрою, при цьому температура розплаву трохи перевищує температуру плавлення німеччина (становить 937 °C). «Затравка» обертається, щоб монокристал, як кажуть, «обростав м’ясом» рівномірно з усіх сторін. Необхідно відзначити, що під час такого зростання відбувається те ж, що і в процесі зонної плавки, тобто в тверду фазу переходить практично один лише германій, а всі домішки залишаються в розплаві.

Фізичні властивості

Певно, мало кому з читачів цієї статті доводилося наочно бачити ванадій. Сам елемент досить дефіцитний і дорогий, з нього не роблять предметів широкого споживання, а начинка їх німеччина, яка буває в електричних приладах мала настільки, що розгледіти металу не можливо.

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

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

Але однозначно про щільності німеччина не можна говорити, т. к. цифра 5,33 г/см3 відноситься до німеччини-1. Це одна найважливіша і найбільш поширена модифікація з п’яти аллотропічних модифікацій 32-го елемента. Чотири з них кристалічні і одна аморфна. Германій-1 є найлегшою модифікацією з чотирьох кристалічних. Кристали його побудовані точь-в-точь як і кристали алмазу, а = 0,533 нм. Однак якщо для вуглецю ця структура є максимально щільною, то німеччина існують і більш щільні модифікації. Помірне нагрівання і високий тиск (близько 30 тисяч атмосфер при 100 °C) перетворює германій-1 в германій-2, структура кристалічної решітки у якого точно така ж, як у білого олова. Походимо методом отримують германій-3 та германій-4, які ще більш щільні. Всі ці «не зовсім звичайні» модифікації перевершують германій-1 не тільки по щільності, але і по електропровідності.

Щільність рідкого німеччина складає 5,557 г/см3 (при 1000°С), темература плавлення металу дорівнює 937,5 °С; температура кипіння становить близько 2700°С; значення коефіцієнта теплопровідності дорівнює приблизно 60 вт/(м (К), або 0,14 кал/(см (сек (град) при температурі 25 °С. При звичайній температурі крихкий навіть чистий германій, але при досягненні 550 °С він починає піддаватися пластичної деформації. Твердість за мінералогічною шкалою німеччина становить від 6 до 6,5; значення коефіцієнта стисливості (в інтервалі тиску від 0 до 120 Гн/м 2. або від 0 до 12000 кгс/мм 2 ) становить 1,4·10-7 м 2 /мн (або 1,4·10-6 см 2 /кгс); показник поверхневого натягу дорівнює 0,6 н/м (або 600 дин/см).

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

Германій досить крихкий, він не піддається ні гарячої, ні холодної обробки тиском до температури не нижче 550 °С, якщо температура стає вище, пластичний метал. Твердість металу за мінералогічною шкалою становить 6,0-6,5 (германій розпилюється на пластини за допомогою металевого або алмазного диска і абразиву).

Хімічні властивості

Германій, перебуваючи в хімічних сполуках зазвичай проявляє другу і четверту валентності, але більш стабільні з’єднання четирехвалентного німеччина. Германій при кімнатній температурі стійкий до дії води, повітря, а також розчинів лугів і розведеним концентратів сірчаної або соляної кислоти, зате елемент досить легко розчиняється в царській горілці або лужному розчині водневої перекису. Елемент повільно окислюється під дією азотної кислоти. При досягненні на повітрі температури 500-700 °З германій починає окислюватися до оксидів GeO2 і GeO. (IV) оксид німеччина — це білий порошок з температурою плавлення 1116° C і розчинністю у воді 4,3 г/л (при 20 °С). За своїм хімічним властивостям амфотерна речовина, що розчиняється в лугу, з працею мінеральної кислоти. Його отримують шляхом проникнення гідратного осаду GeO3 ·nH2 O, який виділяється при гідролізі Похідні кислоти німеччина, наприклад, германата металів (Na2 GeO3. Li2 GeO3. та ін) – це тверді речовини, які мають високі температури плавлення, можуть бути отримані шляхом сплавлення GeO2 та інших оксидів.

В результаті взаємодії німеччина і галогенів можуть утворюватися відповідні тетрагалогениды. Найлегше реакція здатна протікати з хлором і фтором (навіть в кімнатній температурі), потім з йодом (температура 700-800 °С, присутність СО) і бромом (при слабкому нагріванні). Одним з найважливіших сполук німеччина є тетрахлорид (формула GeCl4 ). Це безбарвна рідина з температурою плавлення дорівнює 49,5 °С, з температурою кипіння 83,1°С щільність 1,84 г/см3 (при 20 °С). Речовина сильно гідролізується водою, виділяючи осад гідратованого оксиду (IV). Тетрахлорид отримують шляхом хлорування металевого німеччина або взаємодією оаксид GeO2 і концентрованої соляної кислоти. Відомі ще й дигалогениды німеччина з загальною формулою GeX2. гексахлордигерман Ge2 Cl6. монохлорид GeCl, а також оксихлориди німеччина (наприклад, СеОСl2 ).

При досягненні 900-1000 °С з германієм сірка енергійно взаємодіє, утворюючи дисульфід GeS2. Це тверда біла речовина з температурою плавлення 825 °С. Можливі також освіти моносульфида GeS та аналогічних сполук германію з телуром і селеном, є напівпровідниками. При температурі 1000-1100 °С з германієм незначно водень реагує, утворюючи гермин (GeH) Х. є малостійких і легколетучим з’єднанням. Германоводороды ряду Gen H2n +2 до Ge9 H20 можуть бути утворені шляхом взаємодії германідов з розведеної HCl. Також відомий гермилен з складом GeH2. Германій не реагує з азотом безпосередньо, але є нітрид Gе3 N4. який виходить при дії аміаку на германій (700-800 °С). Германій не взаємодіє з вуглецем. З багатьма металами германій утворює різні сполуки – германіди.

Відомо безліч комплексних з’єднання німеччина, набувають все більшого значення в аналітичній хімії елемент германій, а також в процесах отримання хімічного елемента. Германій здатний утворювати комплексні сполуки з гидроксилсодержащими органічними молекулами (багатоатомні спирти, многоосновные кислоти та інші). Існують і гетерополікислоти німеччина. Як і інші елементи IV-ї групи германій характерно утворює металлорганические з’єднання.org/bitrix/spread.php?s=QklUUklYX1NNX0dVRVNUX0lEATQ5ODcxotibmtq2mda2mtq0mgevaqecqkluuklyx1nnx0xbu1rfvkltsvqbmtqumdqumjaxnsawmdoznzoymgexndywmdyxndqyas8baqi%3E3D&k=eb30e52c478ebfb2122a5a8f9e334c1a» /%

Короткий опис статті: німеччина вікіпедія Ринок металопрокату — новини, компетентні думки і коментарі.

Джерело: Метал германій, властивості — i-think.uk

Також ви можете прочитати