Було відкрито германій. У ядерній техніці використовуються германієві детектори гамма-випромінювань, а в приладах інфрачервоної техніки германієві лінзи, леговані золотом

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

Знаходження в природі, отримання:

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

Фізичні властивості:

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

Хімічні властивості:

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

Найважливіші сполуки:

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

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

Застосування:

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

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

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

Німеччина(лат. Germanium), ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; порядковий номер 32, атомна маса 72,59; тверда речовина сіро-білого кольору із металевим блиском. Природний Р. є сумішшю п'яти стабільних ізотопів з масовими числами 70, 72, 73, 74 і 76. Існування та властивості Р. передбачив у 1871 Д. І. Менделєєв і назвав цей невідомий ще елемент «екасилицієм» через близькість властивостей його. з кремнієм. У 1886 р. німецький хімік К. Вінклер виявив у мінералі аргіродиті новий елемент, який назвав Р. на честь своєї країни; Г. виявився цілком тотожним «екасиліцію». До 2-ї половини 20 ст. практичне застосування Р. залишалося дуже обмеженим. Промислове виробництво Р. виникло у зв'язку з розвитком напівпровідникової електроніки.

Загальний зміст Р. у земній корі 7 . 10 -4 % за масою, тобто більше, ніж, наприклад, сурми, срібла, вісмуту. Проте власні мінерали Р. зустрічаються дуже рідко. Майже всі вони є сульфосолі: германіт cu 2 (cu, fe, ge, zn) 2 (s, as) 4 , аргіродит ag 8 ges 6 , конфільдит ag 8 (sn, ce) s 6 і ін. Основна маса Г. розсіяна в земній корі у великій кількості гірських порід і мінералів: у сульфідних рудах кольорових металів, у залізних рудах, у деяких окисних мінералах (хроміті, магнетиті, рутилі та ін), у гранітах, діабазах та базальтах. Крім того, Г. присутня майже у всіх силікатах, у деяких родовищах кам'яного вугілля та нафти.

Фізичні та хімічні властивості. Г. кристалізується в кубічній структурі типу алмазу, параметр елементарного осередку а = 5, 6575 å. Щільність твердого Р. 5,327 г/см 3(25 ° С); рідкого 5,557 (1000 ° С); t пл 937,5 ° С; t kіпблизько 2700 ° С; коефіцієнт теплопровідності ~60 вт/(м(До), або 0,14 кал/(см(сік(град) за 25°С. Навіть дуже чистий Г. крихкий при звичайній температурі, але вище 550 ° С піддається пластичної деформації. Твердість Р. за мінералогічною шкалою 6-6,5; коефіцієнт стисливості (в інтервалі тисків 0-120 Гн/м2або 0-12000 кгс/мм 2) 1,4 · 10 -7 м 2 /мн(1,4 · 10 -6 см 2 / кгс); поверхневий натяг 0,6 н/м (600 дін/см). Г. - типовий напівпровідник із шириною забороненої зони 1,104·10 -19 , або 0,69 ев(25 ° С); питомий електроопір Г. високої чистоти 0,60 ом(м(60 ом(см) при 25 ° С; рухливість електронів 3900 та рухливість дірок 1900 см 2 /ст. сік(25 ° С) (при вмісті домішок менше 10 -8%). Прозорий для інфрачервоних променів із довжиною хвилі більше 2 мкм.

У хімічних сполуках Р. зазвичай виявляє валентності 2 і 4, причому більш стабільні сполуки 4-валентного Р. При кімнатній температурі Р. стійкий до дії повітря, води, розчинів лугів та розведених соляної та сірчаної кислот, але легко розчиняється в царській горілці та в лужному розчині перекису водню. Азотна кислота повільно окислюється. При нагріванні на повітрі до 500-700 ° С Р. окислюється до окису geo і двоокису geo 2 . Двоокис Г. - білий порошок з t пл 1116 ° С; розчинність у воді 4,3 г/л(20 ° С). За хімічними властивостями амфотерну, розчиняється в лугах і важко в мінеральних кислотах. Виходить прожарювання гідратного осаду (geo 2 . n h 2 o), що виділяється при гідроліз тетрахлориду gecl 4 . Сплавленням geo 2 з ін окислами можуть бути отримані похідні германієвої кислоти - германати металів (in 2 ceo 3 , na 2 ge Про 3 та ін) - тверді речовини з високими температурами плавлення.

При взаємодії Р. з галогенами утворюються відповідні тетрагалогеніди. Найлегше реакція протікає з фтором і хлором (вже при кімнатній температурі), потім з бромом (слабке нагрівання) та з йодом (при 700-800°С у присутності co). Одна з найважливіших сполук Г. тетрахлорид gecl 4 - безбарвна рідина; t пл-49,5 ° С; t kіп 83,1 ° С; щільність 1,84 г/см 3(20 ° С). Водою сильно гідролізується з виділенням осаду гідратованого двоокису. Виходить хлоруванням металевого Р. або взаємодією geo 2 концентрованої НС1. Відомі також дигалогеніди Г. загальної формули gex 2 монохлорид gecl, гексахлордигерман ge 2 cl 6 і оксихлориди Г. (наприклад, geocl 2).

Сірка енергійно взаємодіє з Р. при 900-1000°З утворенням дисульфіду ges 2 - білої твердої речовини, tпл 825°С. Описано також моносульфід ges та аналогічні сполуки Г. з селеном та телуром, які є напівпровідниками. Водень незначно реагує з Р. при 1000-1100°З утворенням герміну (geh) x - малостійкого і легко летючого з'єднання. Взаємодією германідів з розведеною соляною кислотою можуть бути отримані германоводороди ряду ge n h 2n+2 аж до ge 9 h 20 . Відомий також гермілен складу geh 2 . З азотом Р. безпосередньо не реагує, проте існує нітрид ge 3 n 4 , що виходить при дії аміаку на Р. при 700-800°С. З вуглецем Р. не взаємодіє. Г. утворює сполуки з багатьма металами – германіди.

Відомі численні комплексні сполуки Р., які набувають все більшого значення як в аналітичній хімії Р., так і в процесах його отримання. Р. утворює комплексні сполуки з органічними гідроксиловмісними молекулами (багатоатомними спиртами, багатоосновними кислотами та ін.). Отримано гетерополікислоти Р. Так само, як і для інших елементів iv групи, для Р. характерне утворення металорганічних сполук, прикладом яких служить тетраетилгерман (c 2 h 5) 4 ge 3 .

Отримання та застосування . У промисловій практиці Р. отримують переважно з побічних продуктів переробки руд кольорових металів (цинкової обманки, цинково-мідно-свинцевих поліметалевих концентратів), що містять 0,001-0,1% Р. Як сировину використовують також золи від спалювання вугілля, пил газогенераторів та відходів коксохімічних заводів. Спочатку з перерахованих джерел різними способами, що залежать від складу сировини, одержують германієвий концентрат (2-10% Р.). Вилучення Г. з концентрату зазвичай включає наступні стадії: 1) хлорування концентрату соляною кислотою, сумішшю її з хлором у водному середовищі або ін. агентами хлоруючими з отриманням технічного gecl 4 . Для очищення gecl 4 застосовують ректифікацію та екстракцію домішок концентрованої hcl. 2) Гідроліз gecl 4 та прожарювання продуктів гідролізу до отримання geo 2 . 3) Відновлення geo воднем або аміаком до металу. Для виділення дуже чистого Р., що використовується в напівпровідникових приладах, проводиться зонна плавкаметалу. Необхідний для напівпровідникової промисловості монокристалічний Г. отримують зазвичай зонною плавкою або методом Чохральського.

Г. - один із найбільш цінних матеріалів у сучасній напівпровідниковій техніці. Він використовується для виготовлення діодів, тріодів, кристалічних детекторів та силових випрямлячів. Монокристалічний Р. застосовується також у дозиметричних приладах та приладах, що вимірюють напруженість постійних та змінних магнітних полів. Важливою сферою застосування Р. є інфрачервона техніка, зокрема виробництво детекторів інфрачервоного випромінювання, що працюють в галузі 8-14 мк. Перспективні для практичного використання багато сплавів, до складу яких входять Р., скла на основі geo 2 та ін.

Літ.:Тананаєв І. Ст, Шпірт М. Я., Хімія германію, М., 1967; Угай Я. А., Введення в хімію напівпровідників, М., 1965; Давидов Ст І., Німеччина, М., 1964; Зелікман А. Н., Крейн О. Є., Самсонов Р. Ст, Металургія рідкісних металів, 2 видавництва, М., 1964; Самсонов Р. Ст, Бондарєв Ст Н., Германіди, М., 1968.

Б. А. Поповкін.

реферат

Німеччин |32 | Ge| - Ціна

Німеччина (Ge) - розсіяний рідкісний метал, атомний номер - 32, атомна маса-72,6, щільність:
твердий при 25ОС - 5.323 г/см3;
рідкий при 100ОС - 5.557г/см3;
Температура плавлення - 958,5ОС, коефіцієнт лінійного розширення α.106, при температурі, КО:
273-573— 6.1
573-923— 6.6
Твердість за мінералогічною шкалою-6-6,5.
Питомий електроопір монокристалічного високочистого германію (при 298ОК), Ом.м-0,55-0,6.
Німеччина було відкрито 1885 року і спочатку отримано вигляді сульфіду. Цей метал був передбачений Д.І.Менделєєвим у 1871 році, з точним вказівкою його властивостей та названий їм екосиліцієм. Німеччина, названа вченими дослідниками, на честь країни в якій вона була відкрита.
Німеччина – сріблясто-білий метал, на вигляд схожий на олово, тендітний за нормальних умов. Піддається пластичній деформації при температурі понад 550 ОС. Німеччина має напівпровідникові властивості.. Питомий електроопір германію залежить від чистоти - домішки його різко знижують. Німеччина оптично прозора в інфрачервоній області спектру, має високий коефіцієнт заломлення, що дозволяє застосовувати його для виготовлення різних оптичних систем.
Німець стійок на повітрі при температурах до 700ОС, при більш високих температурах-окислюється, а вище за температуру плавлення-згоряє, утворюючи діоксид германію. Водень з германієм не взаємодіє, а при температурі плавлення розплав германію поглинає кисень. Німеччина не реагує з азотом. З хлором, що утворює при кімнатній температурі, хлорид германію.
Німеччина не взаємодіє з вуглецем, стійка у воді, повільно взаємодіє з кислотами, легко розчиняється в царській горілці. Розчини лугів слабко діють на германій. Німеччина сплавляється з усіма металами.
Незважаючи на те, що германію в природі більше ніж свинцю, виробництво його обмежене через його сильну розпорошеність у земній корі, а вартість германію досить висока. Німеччина утворює мінерали аргіродит та германіт, проте вони мало використовуються для його отримання. Німеччин витягується при переробці сульфідних поліметалевих руд, деяких залізних руд, в яких міститься до 0,001% германію, з підсмольних вод при коксуванні вугілля.

ОТРИМАННЯ.

Отримання германію з різної сировини здійснюється складними способами, за яких кінцевим продуктом є чотирихлористий германій або діоксид германію, з якого одержують металевий германій. Його очищають і далі методом зонної плавки вирощують германієві монокристали із заданими електрофізичними властивостями. У промисловості отримують монокристалічний та полікристалічний германій.
Напівпродукти, отримані переробкою мінералів, містять незначну кількість германію і для їх збагачення застосовуються різні методи піро- та гідрометалургійної обробки. Пірометаллургічні способи засновані на сублімації летких сполук містять германій, гідрометалургійні способи-на вибірковому розчиненні сполук германію.
Для отримання концентратів германію, продукти пірометалургійного збагачення (відгони, недогарки) обробляють кислотами і переводять германій в розчин, з якого отримують концентрат різними методами (осадженням, співосадженням та сорбцією, електрохімічними методами). У концентраті міститься від 2 до 20% германію, з якого виділяють чистий діоксид германію. Діоксид германію відновлюють воднем, однак отриманий метал недостатньо чистий для напівпровідникових приладів і тому він піддається очищенню кристалографічними методами (спрямована кристалізація-зонна очистка-отримання монокристала). Спрямована кристалізація поєднується з відновленням діоксиду германію воднем. Розплавлений метал поступово висувають із гарячої зони в холодильник. Метал поступово кристалізується по довжині зливка. У кінцевій частині зливка збираються домішки та її видаляють. Злиток, що залишився, розрізають на шматки, які завантажують в зонне очищення.
В результаті зонного очищення одержують злиток, в якому чистота металу різна за його довжиною. Злиток також розрізають і окремі частини виводяться з процесу. Таким чином, при отриманні монокристалічного германію із зоноочищеного, прямий вихід становить не більше 25%.
Для отримання напівпровідникових приладів монокристал германію розрізають на пластини, з яких викроюють мініатюрні деталі, які потім шліфують і полірують. Ці деталі є кінцевим продуктом для створення напівпровідникових приладів.

ЗАСТОСУВАННЯ.

• Завдяки своїм напівпровідниковим властивостям германій широко використовують у радіоелектроніці виготовлення кристалічних випрямлячів (діодів) і кристалічних підсилювачів (тріодів), для обчислювальної техніки, телемеханіки, радарів тощо.

• Тріоди з германію використовуються для посилення, генерування та перетворення електричних коливань.

• У радіотехніці використовуються германієві плівкові опори.

• Німеччина застосовується у фотодіодах та фотоопорах, для виготовлення термісторів.

• У ядерної техніки використовуються германієві детектори гамма-випромінювань, а приладах інфрачервоної техніки — германієві лінзи, леговані золотом.

• Німеччин додають до сплавів для високочутливих термопар.

• Німеччина використовується як каталізатор при виробництві штучних волокон.

• У медицині вивчають деякі органічні сполуки германію, припускаючи, що можуть бути біологічно активними і сприяти затримці розвитку злоякісних пухлин, зниження артеріального тиску, знеболювання.

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

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

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

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

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

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

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

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

Метал германій, властивості

Біологічні властивості

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

Серед усіх його біологічних властивостей слід зазначити:

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

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

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

Процеси біохімічної еволюції поверхні земної кори позначилися найкраще зміст у ній германію. Більшість елемента була вимита з суші до океанів, отже вміст їх у грунті залишається досить низьким.

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

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

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

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

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

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

Історія

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

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

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

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

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

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

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

Знаходження у природі

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

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

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

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

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

Отримання

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

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

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

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

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

3) GeO відновлюється воднем чи аміаком до чистого металу.

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

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

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

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

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

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

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

Під дією води відбувається гідроліз GeCl4:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

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

Після цього йде відновлення GeO2 за допомогою очищеного водню:

GeO2 + 2 Н2O → Ge + 2 Н2O.

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

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

Застосування

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

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

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

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

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

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

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

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

Фізичні властивості

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

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

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

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

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

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

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

Хімічні властивості

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

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

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

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