آیا بدن شما ژرمانیوم کافی دارد: فواید این ریز عنصر چیست، چگونه کمبود یا مازاد آن را تشخیص دهیم. ژرمانیوم یک نیمه فلز کمیاب و مفید است و ژرمانیوم یک نافلز است.

ژرمانیوم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 32 در جدول تناوبی است که با نماد Ge (آلمانی) نشان داده شده است. ژرمانیوم).

تاریخچه کشف ژرمانیوم

وجود عنصر eca-silicon، آنالوگ سیلیکون، توسط D.I پیش بینی شده بود. مندلیف در سال 1871. و در سال 1886، یکی از استادان آکادمی معدن فرایبرگ یک ماده معدنی نقره جدید - آرژیرودیت را کشف کرد. سپس این ماده معدنی برای تجزیه و تحلیل کامل به پروفسور شیمی فنی کلمنس وینکلر تحویل داده شد.

این به طور تصادفی انجام نشد: وینکلر 48 ساله بهترین تحلیلگر آکادمی در نظر گرفته شد.

او خیلی سریع متوجه شد که این ماده معدنی حاوی 74.72 درصد نقره، 17.13 درصد گوگرد، 0.31 درصد جیوه، 0.66 درصد اکسید آهن و 0.22 درصد اکسید روی است. و تقریباً 7٪ از وزن ماده معدنی جدید توسط برخی از عناصر غیرقابل درک ، به احتمال زیاد هنوز ناشناخته به حساب می آمد. وینکلر جزء ناشناس argyrodpt را جدا کرد، خواص آن را مطالعه کرد و متوجه شد که در واقع عنصر جدیدی پیدا کرده است - escaplicium پیش بینی شده توسط مندلیف. این تاریخچه مختصری از عنصر با عدد اتمی 32 است.

با این حال، اشتباه است که فکر کنیم کار وینکلر به آرامی و بدون مشکل پیش رفت. این چیزی است که مندلیف در اضافات فصل هشتم "مبانی شیمی" در این باره می نویسد: "در ابتدا (فوریه 1886) کمبود مواد، فقدان طیف در شعله مشعل و حلالیت بسیاری از ترکیبات ژرمانیوم باعث شد. برای تحقیق وینکلر دشوار است...» به «طیف کمبود در شعله» توجه کنید. چطور؟ از این گذشته، در سال 1886 روش تحلیل طیفی از قبل وجود داشت. با این روش روبیدیم، سزیم، تالیم و ایندیم قبلاً در زمین و هلیوم در خورشید کشف شده بودند. دانشمندان با اطمینان می دانستند که هر عنصر شیمیایی یک طیف کاملاً جداگانه دارد و ناگهان طیفی وجود ندارد!

توضیح بعدا اومد. ژرمانیوم دارای خطوط طیفی مشخصه است - با طول موج های 2651.18، 3039.06 Ǻ و چندین خط دیگر. اما همه آنها در قسمت نامرئی ماوراء بنفش طیف قرار دارند، و می توان خوش شانسی در نظر گرفت که پایبندی وینکلر به روش های سنتی تجزیه و تحلیل - آنها به موفقیت منجر شدند.

روشی که وینکلر برای جداسازی ژرمانیوم به کار می برد مشابه یکی از روش های صنعتی فعلی برای به دست آوردن عنصر شماره 32 می باشد. ابتدا ژرمانیوم موجود در آرگارودنیت به دی اکسید تبدیل شد و سپس این پودر سفید تا دمای 600...700 درجه سانتی گراد در اتمسفر هیدروژنی حرارت داده شد. واکنش واضح است: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

بدین ترتیب برای اولین بار ژرمانیوم نسبتا خالص به دست آمد. وینکلر در ابتدا قصد داشت عنصر جدید را نپتونیوم، پس از سیاره نپتون، نامگذاری کند. (همانند عنصر 32، این سیاره قبل از کشف پیش بینی شده بود.) اما پس از آن معلوم شد که چنین نامی قبلاً به یک عنصر نادرست کشف شده اختصاص داده شده بود و وینکلر که نمی خواست کشف خود را به خطر بیندازد، اولین قصد خود را رها کرد. او همچنین پیشنهاد نامگذاری عنصر جدید angularium را نپذیرفت. "زاویه ای، بحث برانگیز" (و این کشف واقعاً جنجال زیادی ایجاد کرد). درست است، شیمیدان فرانسوی ریون، که چنین ایده ای را مطرح کرد، بعداً گفت که پیشنهاد او یک شوخی بیش نیست. وینکلر عنصر جدید را به نام کشورش ژرمانیوم نامید و این نام ماندگار شد.

یافتن ژرمانیوم در طبیعت

لازم به ذکر است که در طول تکامل ژئوشیمیایی پوسته زمین، مقدار قابل توجهی ژرمانیوم از بیشتر سطح خشکی به اقیانوس ها شسته شده است، بنابراین در حال حاضر میزان این ریز عنصر موجود در خاک بسیار ناچیز است.

محتوای کل ژرمانیوم در پوسته زمین 7 × 10-4٪ جرمی است، یعنی بیشتر از مثلاً آنتیموان، نقره، بیسموت. ژرمانیوم به دلیل محتوای ناچیز آن در پوسته زمین و میل ژئوشیمیایی با برخی عناصر گسترده، توانایی محدودی برای تشکیل کانی های خود دارد و در شبکه های سایر کانی ها پخش می شود. بنابراین، مواد معدنی خود ژرمانیوم بسیار نادر هستند. تقریباً همه آنها سولفوسالت هستند: ژرمانیت Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), آرژیرودیت Ag 8 GeS 6 (3.6 - 7% Ge) Confieldite Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (تا 2% Ge) و غیره. قسمت عمده ژرمانیوم در پوسته زمین در تعداد زیادی سنگ و کانی پراکنده شده است. به عنوان مثال، در برخی از اسفالریت ها محتوای ژرمانیوم به کیلوگرم در تن، در انارژیت تا 5 کیلوگرم در تن، در پیرارژیریت تا 10 کیلوگرم در تن، در سولوانیت و فرانکیت 1 کیلوگرم در تن، در سایر سولفیدها و سیلیکات ها - صدها و ده ها می رسد. از g/t. T. ژرمانیوم در ذخایر بسیاری از فلزات - در کانی های سولفیدی فلزات غیر آهنی، در سنگ آهن، در برخی مواد معدنی اکسیدی (کرومیت، مگنتیت، روتیل و غیره)، در گرانیت ها، دیابازها و بازالت ها متمرکز شده است. علاوه بر این، ژرمانیوم تقریباً در تمام سیلیکات ها، در برخی از ذخایر زغال سنگ و نفت وجود دارد.

اعلام وصول آلمان

ژرمانیوم عمدتاً از فرآورده‌های فرعی فرآوری سنگ‌های فلزی غیرآهنی (مخلوط روی، کنسانتره‌های چند فلزی روی-مس-سرب) حاوی 0.001-0.1 درصد ژرمانیوم به دست می‌آید. خاکستر حاصل از احتراق زغال سنگ، گرد و غبار مولدهای گاز و ضایعات کارخانه های کک نیز به عنوان مواد خام استفاده می شود. در ابتدا کنسانتره ژرمانیوم (10-2 درصد آلمان) از منابع ذکر شده بسته به ترکیب مواد اولیه به روش های مختلف به دست می آید. استخراج ژرمانیوم از کنسانتره معمولاً شامل مراحل زیر است:

1) کلرزنی کنسانتره با اسید کلریدریک، مخلوطی از آن با کلر در یک محیط آبی یا سایر عوامل کلرکننده برای به دست آوردن GeCl4 فنی. برای خالص سازی GeCl 4، تصحیح و استخراج ناخالصی ها با HCl غلیظ استفاده می شود.

2) هیدرولیز GeCl 4 و کلسینه کردن محصولات هیدرولیز برای به دست آوردن GeO 2.

3) کاهش GeO 2 با هیدروژن یا آمونیاک به فلز. برای جداسازی ژرمانیوم بسیار خالص، مورد استفاده در دستگاه های نیمه هادی، ذوب منطقه ای فلز انجام می شود. ژرمانیوم تک کریستالی که برای صنعت نیمه هادی مورد نیاز است، معمولاً از ذوب ناحیه ای یا روش چوکرالسکی به دست می آید.

GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O

ژرمانیوم خلوص نیمه هادی با محتوای ناخالصی 10-3-10-4٪ از ذوب ناحیه ای، تبلور یا ترمولیز مونوژرمن فرار GeH 4 به دست می آید:

GeH 4 = Ge + 2H 2،

که در هنگام تجزیه ترکیبات فلزی فعال با ژرمانیدها توسط اسیدها تشکیل می شود:

Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2

ژرمانیوم به عنوان یک ناخالصی در کانسنگ های پلی فلزی، نیکل و تنگستن و همچنین در سیلیکات ها یافت می شود. در نتیجه عملیات پیچیده و کار فشرده برای غنی سازی و تغلیظ سنگ معدن، ژرمانیوم به شکل اکسید GeO 2 جدا می شود که با هیدروژن در دمای 600 درجه سانتی گراد به یک ماده ساده تبدیل می شود:

GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O.

تک بلورهای ژرمانیوم خالص سازی شده و با استفاده از روش ذوب ناحیه ای رشد می کنند.

دی اکسید ژرمانیوم خالص برای اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی در اوایل سال 1941 به دست آمد. شیشه ژرمانیوم با ضریب شکست نور بسیار بالا از آن ساخته شد. تحقیقات در مورد عنصر شماره 32 و روش های تولید احتمالی آن پس از جنگ، در سال 1947 از سر گرفته شد. اکنون، ژرمانیوم دقیقاً به عنوان یک نیمه هادی مورد توجه دانشمندان شوروی قرار گرفته است.

مشخصات فیزیکی آلمان

از نظر ظاهری، ژرمانیوم را می توان به راحتی با سیلیکون اشتباه گرفت.

ژرمانیوم در ساختاری از نوع الماس مکعبی متبلور می شود، پارامتر سلول واحد a = 5.6575 Å.

این عنصر به اندازه تیتانیوم یا تنگستن قوی نیست. چگالی ژرمانیوم جامد 5.327 گرم بر سانتی متر مکعب (25 درجه سانتی گراد) است. مایع 5.557 (1000 درجه سانتیگراد); t pl 937.5 درجه سانتی گراد; نقطه جوش حدود 2700 درجه سانتیگراد؛ ضریب هدایت حرارتی ~60 W/(m K) یا 0.14 cal/(cm sec deg) در 25 درجه سانتی گراد.

ژرمانیوم تقریباً به اندازه شیشه شکننده است و می تواند مطابق با آن رفتار کند. حتی در دماهای معمولی، اما بالای 550 درجه سانتیگراد، مستعد تغییر شکل پلاستیک است. سختی آلمان در مقیاس کانی شناسی 6-6.5; ضریب تراکم پذیری (در محدوده فشار 0-120 H/m2 یا 0-12000 kgf/mm2) 1.4·10-7 m2/mn (1.4·10-6 cm2/kgf). کشش سطحی 0.6 n/m (600 dynes/cm). ژرمانیوم یک نیمه هادی معمولی با فاصله باند 1.104·10 -19 J یا 0.69 eV (25 درجه سانتیگراد) است. مقاومت الکتریکی آلمان با خلوص بالا 0.60 اهم متر (60 اهم سانتی متر) در 25 درجه سانتی گراد; تحرک الکترون 3900 و تحرک حفره 1900 سانتی‌متر بر ولت ثانیه (25 درجه سانتی‌گراد) (با میزان ناخالصی کمتر از 8-10 درصد).

تمام اصلاحات "غیر معمول" ژرمانیوم کریستالی از Ge-I در هدایت الکتریکی برتری دارند. ذکر این ویژگی خاص تصادفی نیست: مقدار هدایت الکتریکی (یا مقدار معکوس آن - مقاومت) برای یک عنصر نیمه هادی بسیار مهم است.

خواص شیمیایی آلمان

در ترکیبات شیمیایی، ژرمانیوم معمولاً ظرفیت 4 یا 2 را نشان می دهد. ترکیبات با ظرفیت 4 پایدارتر هستند. در شرایط عادی، در برابر هوا و آب، قلیاها و اسیدها مقاوم است و در آبهای آبی و محلول قلیایی پراکسید هیدروژن محلول است. از آلیاژهای ژرمانیوم و شیشه بر پایه دی اکسید ژرمانیوم استفاده می شود.

در ترکیبات شیمیایی، ژرمانیوم معمولا ظرفیت های 2 و 4 را نشان می دهد و ترکیبات ژرمانیوم 4 ظرفیتی پایدارتر هستند. در دمای اتاق، ژرمانیوم در برابر هوا، آب، محلول های قلیایی و اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک رقیق مقاوم است، اما به راحتی در آب و محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می شود. به آرامی توسط اسید نیتریک اکسید می شود. هنگامی که در هوا در دمای 500-700 درجه سانتیگراد گرم می شود، ژرمانیوم به اکسیدهای GeO و GeO 2 اکسید می شود. اکسید آلمان (IV) - پودر سفید با نقطه ذوب 1116 درجه سانتیگراد. حلالیت در آب 4.3 گرم در لیتر (20 درجه سانتیگراد). با توجه به خواص شیمیایی آن آمفوتریک، محلول در قلیاها و به سختی در اسیدهای معدنی است. از طریق تکلیس رسوب هیدرات (GeO 3 · nH 2 O) آزاد شده در طی هیدرولیز تتراکلرید GeCl 4 به دست می آید. با همجوشی GeO 2 با اکسیدهای دیگر، مشتقات اسید ژرمانیک را می توان به دست آورد - جوانه زن فلزی (Li 2 GeO 3، Na 2 GeO 3 و دیگران) - مواد جامد با نقطه ذوب بالا.

هنگامی که ژرمانیوم با هالوژن ها واکنش می دهد، تتراهالیدهای مربوطه تشکیل می شوند. واکنش به آسانی با فلوئور و کلر (از قبل در دمای اتاق)، سپس با برم (حرارت کم) و با ید (در دمای 700-800 درجه سانتیگراد در حضور CO) انجام می شود. یکی از مهمترین ترکیبات تتراکلرید آلمان GeCl 4 یک مایع بی رنگ است. t pl -49.5 درجه سانتی گراد; نقطه جوش 83.1 درجه سانتیگراد؛ چگالی 1.84 گرم بر سانتی متر 3 (20 درجه سانتی گراد). این به شدت با آب هیدرولیز می شود و رسوبی از اکسید هیدراته (IV) آزاد می کند. از کلرزنی ژرمانیوم فلزی یا واکنش GeO 2 با هیدروکلراید غلیظ به دست می آید. دی هالیدهای ژرمانیوم با فرمول عمومی GeX 2، GeCl monochloride، hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 و ژرمانیوم اکسی کلریدها (به عنوان مثال CeOCl 2) نیز شناخته می شوند.

گوگرد به شدت با ژرمانیوم در دمای 900-1000 درجه سانتیگراد واکنش می دهد و دی سولفید GeS 2 را تشکیل می دهد - جامد سفید رنگ، نقطه ذوب 825 درجه سانتیگراد. مونو سولفید GeS و ترکیبات مشابه آلمان با سلنیوم و تلوریم که نیمه هادی هستند نیز توضیح داده شده است. هیدروژن اندکی با ژرمانیوم در دمای 1000-1100 درجه سانتیگراد واکنش می دهد و ژرمین (GeH) X را تشکیل می دهد که یک ترکیب ناپایدار و بسیار فرار است. با واکنش ژرمانیدها با اسید کلریدریک رقیق می توان هیدروژن های ژرمانید سری Ge n H 2n+2 تا Ge 9 H 20 را به دست آورد. ژرمیلن از ترکیب GeH 2 نیز شناخته شده است. ژرمانیوم مستقیماً با نیتروژن واکنش نمی دهد، با این حال، نیترید Ge 3 N 4 وجود دارد که از اثر آمونیاک روی ژرمانیوم در دمای 700-800 درجه سانتی گراد به دست می آید. ژرمانیوم با کربن تعامل ندارد. ژرمانیوم با بسیاری از فلزات - ژرمانیدها ترکیباتی را تشکیل می دهد.

ترکیبات پیچیده ژرمانیوم متعددی شناخته شده است که هم در شیمی تحلیلی ژرمانیوم و هم در فرآیندهای تهیه آن اهمیت فزاینده ای پیدا می کنند. ژرمانیوم ترکیبات پیچیده ای را با مولکول های آلی حاوی هیدروکسیل (الکل های پلی هیدریک، اسیدهای پلی بازیک و غیره) تشکیل می دهد. هتروپلی اسیدهای آلمان به دست آمد. درست مانند سایر عناصر گروه IV، ژرمانیوم با تشکیل ترکیبات آلی فلزی مشخص می شود که نمونه ای از آن تترااتیل ژرمن (C 2 H 5 ) 4 Ge 3 است.

ترکیبات ژرمانیوم دو ظرفیتی

هیدرید ژرمانیوم (II) GeH 2. پودر ناپایدار سفید (در هوا یا اکسیژن به طور انفجاری تجزیه می شود). با مواد قلیایی و برم واکنش می دهد.

پلیمر مونو هیدرید ژرمانیوم (II) (پلی ژرمین) (GeH2)n. پودر قهوه ای مایل به سیاه. در آب کم محلول است، فوراً در هوا تجزیه می شود و وقتی در خلاء یا در اتمسفر گاز بی اثر تا دمای 160 درجه سانتیگراد گرم شود منفجر می شود. در طی الکترولیز سدیم ژرمانید NaGe تشکیل می شود.

ژرمانیوم (II) اکسید GeO. بلورهای سیاه با خواص اولیه در دمای 500 درجه سانتیگراد به GeO 2 و Ge تجزیه می شود. به آرامی در آب اکسید می شود. کمی در اسید هیدروکلریک محلول است. خواص ترمیمی را نشان می دهد. از اثر CO 2 روی ژرمانیوم فلزی گرم شده تا دمای 700-900 درجه سانتیگراد، توسط قلیاها روی کلرید ژرمانیوم (II)، با تکلیس Ge(OH) 2 یا کاهش GeO 2 بدست می آید.

ژرمانیوم (II) هیدروکسید Ge(OH) 2 . کریستال های قرمز نارنجی. هنگامی که گرم می شود، به GeO تبدیل می شود. شخصیت آمفوتریک را نشان می دهد. این ماده با تصفیه نمک های ژرمانیوم (II) با مواد قلیایی و هیدرولیز نمک های ژرمانیوم (II) به دست می آید.

ژرمانیوم (II) فلوراید GeF 2. کریستال های رطوبت سنجی بی رنگ، نقطه ذوب = 111 درجه سانتی گراد. از اثر بخار GeF 4 بر روی فلز ژرمانیوم هنگام گرم شدن به دست می آید.

ژرمانیوم (II) کلرید GeCl 2 . کریستال های بی رنگ t pl = 76.4 درجه سانتی گراد، t جوش = 450 درجه سانتی گراد. در دمای 460 درجه سانتیگراد به GeCl 4 و ژرمانیوم فلزی تجزیه می شود. هیدرولیز شده توسط آب، کمی محلول در الکل. از اثر بخار GeCl 4 بر روی فلز ژرمانیوم هنگام گرم شدن به دست می آید.

ژرمانیوم (II) برومید GeBr 2 . کریستال های سوزنی شکل شفاف. t pl = 122 درجه سانتی گراد. با آب هیدرولیز می شود. کمی در بنزن حل می شود. در الکل، استون حل می شود. از واکنش هیدروکسید ژرمانیوم (II) با هیدروبرومیک اسید تهیه شده است. هنگامی که گرم می شود، به ژرمانیوم فلزی و برمید ژرمانیوم (IV) تبدیل می شود.

ژرمانیوم (II) یدید GeI 2. صفحات شش ضلعی زرد، دیامغناطیس. t pl = 460 o C. کمی محلول در کلروفرم و تتراکلرید کربن. هنگامی که در دمای بالای 210 درجه سانتیگراد گرم می شود، به ژرمانیوم فلزی و تترایدید ژرمانیوم تجزیه می شود. از احیای یدید ژرمانیوم (II) با اسید هیپوفسفریک یا تجزیه حرارتی تترایدید ژرمانیوم به دست می آید.

ژرمانیوم (II) سولفید GeS. بلورهای مات لوزی براق مایل به خاکستری مایل به سیاه به دست آمد. t pl = 615 درجه سانتی گراد، چگالی 4.01 گرم بر سانتی متر 3 است. کمی در آب و آمونیاک محلول است. در هیدروکسید پتاسیم حل می شود. رسوبات آمورف قرمز مایل به قهوه‌ای به‌دست‌آمده با روش مرطوب، چگالی آن 3.31 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. در اسیدهای معدنی و پلی سولفید آمونیوم حل می شود. از گرم کردن ژرمانیوم با گوگرد یا عبور هیدروژن سولفید از محلول نمک ژرمانیوم (II) به دست می آید.

ترکیبات ژرمانیوم چهار ظرفیتی

هیدرید ژرمانیوم (IV) GeH4. گاز بی رنگ (چگالی 3.43 گرم بر سانتی متر مکعب). سمی است، بوی بسیار نامطبوعی دارد، در -88 درجه سانتیگراد می جوشد، در حدود -166 درجه سانتیگراد ذوب می شود و از نظر حرارتی در بالای 280 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. دیوارها. از اثر LiAlH 4 بر روی کلرید ژرمانیوم (IV) در اتر یا با تصفیه محلول کلرید ژرمانیوم (IV) با روی و اسید سولفوریک به دست می آید.

ژرمانیوم (IV) اکسید GeO 2 . این به شکل دو تغییر کریستالی (شش ضلعی با چگالی 4.703 g/cm3 و چهار وجهی با چگالی 6.24 g/cm3) وجود دارد. هر دو هوا پایدار هستند. کمی در آب حل می شود. t pl = 1116 o C، t boil = 1200 o C. شخصیت آمفوتریک را نشان می دهد. در اثر حرارت آلومینیوم، منیزیم و کربن به ژرمانیوم فلزی تبدیل می شود. این ماده با سنتز از عناصر، کلسینه کردن نمک های ژرمانیوم با اسیدهای فرار، اکسیداسیون سولفیدها، هیدرولیز تتراهالیدهای ژرمانیوم، تصفیه ژرمانیت های فلز قلیایی با اسیدها و ژرمانیوم فلزی با اسیدهای سولفوریک یا نیتریک غلیظ به دست می آید.

ژرمانیوم (IV) فلوراید GeF4. گازی بی رنگ که در هوا بخار می کند. t pl = -15 درجه سانتیگراد، t جوش = -37 درجه سانتیگراد. با آب هیدرولیز می شود. از تجزیه باریم تترا فلوئوروژرمنات به دست می آید.

ژرمانیوم (IV) کلرید GeCl 4. مایع بی رنگ t pl = -50 o C، t جوش = 86 o C، چگالی 1.874 g/cm 3 است. با آب هیدرولیز می شود، در الکل، اتر، دی سولفید کربن، تتراکلرید کربن حل می شود. با گرم کردن ژرمانیوم با کلر و عبور هیدروژن کلرید از یک سوسپانسیون اکسید ژرمانیوم (IV) تهیه می شود.

ژرمانیوم (IV) برومید GeBr 4 . کریستال های بی رنگ هشت وجهی. t pl = 26 o C، t جوش = 187 o C، چگالی 3.13 g/cm 3 است. با آب هیدرولیز می شود. در بنزن، دی سولفید کربن حل می شود. با عبور بخار برم از روی فلز ژرمانیوم گرم شده یا با اثر هیدروبرومیک اسید روی اکسید ژرمانیوم (IV) به دست می آید.

ژرمانیوم (IV) یدید GeI 4. بلورهای هشت وجهی زرد نارنجی، t pl = 146 o C، t bp = 377 o C، چگالی 4.32 g/cm 3 است. در دمای 445 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. در بنزن، دی سولفید کربن حل می شود و توسط آب هیدرولیز می شود. در هوا به تدریج به یدید ژرمانیوم (II) و ید تجزیه می شود. آمونیاک اضافه می کند. از عبور بخار ید از روی ژرمانیوم گرم شده یا با اثر هیدرویدیک اسید روی اکسید ژرمانیوم (IV) بدست می آید.

سولفید ژرمانیوم (IV) GeS 2. پودر کریستالی سفید، t pl = 800 o C، چگالی 3.03 g/cm3 است. کمی در آب حل می شود و به آرامی در آن هیدرولیز می شود. در آمونیاک، سولفید آمونیوم و سولفیدهای فلزات قلیایی حل می شود. با حرارت دادن اکسید ژرمانیوم (IV) در جریانی از دی اکسید گوگرد همراه با گوگرد یا عبور هیدروژن سولفید از محلول نمک ژرمانیوم (IV) به دست می آید.

ژرمانیوم (IV) سولفات Ge(SO 4) 2. کریستال های بی رنگ، چگالی 3.92 گرم بر سانتی متر مکعب. در دمای 200 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. توسط زغال سنگ یا گوگرد به سولفید احیا می شود. با آب و محلول های قلیایی واکنش نشان می دهد. با حرارت دادن کلرید ژرمانیوم (IV) با اکسید گوگرد (VI) تهیه می شود.

ایزوتوپ های ژرمانیوم

پنج ایزوتوپ در طبیعت یافت می شود: 70 Ge (20.55٪ وزنی)، 72 Ge (27.37٪)، 73 Ge (7.67٪)، 74 Ge (36.74٪)، 76 Ge (7.67٪). چهار مورد اول پایدار هستند، پنجمی (76 Ge) دچار فروپاشی بتا مضاعف با نیمه عمر 1.58×10 21 سال می شود. علاوه بر این، دو نوع مصنوعی "با عمر طولانی" وجود دارد: 68 Gee (نیمه عمر 270.8 روز) و 71 Ge (نیمه عمر 11.26 روز).

کاربرد ژرمانیوم

ژرمانیوم در تولید اپتیک استفاده می شود. ژرمانیوم فلزی با خلوص فوق العاده بالا به دلیل شفافیت آن در ناحیه مادون قرمز طیف، از اهمیت استراتژیک در تولید عناصر نوری برای اپتیک مادون قرمز برخوردار است. در مهندسی رادیو، ترانزیستورهای ژرمانیومی و دیودهای آشکارساز دارای ویژگی‌های متفاوتی با سیلیکونی هستند، به دلیل ولتاژ روشن کمتر اتصال pn در ژرمانیوم - 0.4V در مقابل 0.6V برای دستگاه‌های سیلیکونی.

برای جزئیات بیشتر به مقاله استفاده از ژرمانیوم مراجعه کنید.

نقش بیولوژیکی ژرمانیوم

ژرمانیوم در موجودات جانوری و گیاهی یافت می شود. مقادیر کم ژرمانیوم هیچ اثر فیزیولوژیکی روی گیاهان ندارد، اما در مقادیر زیاد سمی است. ژرمانیوم برای کپک ها سمی نیست.

ژرمانیوم سمیت کمی برای حیوانات دارد. ترکیبات ژرمانیوم هیچ اثر دارویی ندارند. غلظت مجاز ژرمانیوم و اکسید آن در هوا 2 میلی گرم در متر مکعب است، یعنی همان گرد و غبار آزبست.

ترکیبات ژرمانیوم دو ظرفیتی بسیار سمی تر است.

در آزمایشات تعیین توزیع ژرمانیوم آلی در بدن 1.5 ساعت پس از مصرف خوراکی، نتایج زیر به دست آمد: مقادیر زیادی ژرمانیوم آلی در معده، روده کوچک، مغز استخوان، طحال و خون وجود دارد. علاوه بر این، محتوای بالای آن در معده و روده نشان می دهد که فرآیند جذب آن در خون اثر طولانی مدت دارد.

محتوای بالای ژرمانیوم آلی در خون به دکتر آسایی اجازه داد تا نظریه زیر را در مورد مکانیسم اثر آن در بدن انسان مطرح کند. فرض بر این است که ژرمانیوم آلی در خون رفتاری مشابه هموگلوبین دارد که حامل بار منفی است و مانند هموگلوبین در فرآیند انتقال اکسیژن در بافت های بدن نقش دارد. این امر از ایجاد کمبود اکسیژن (هیپوکسی) در سطح بافت جلوگیری می کند. ژرمانیوم ارگانیک از ایجاد هیپوکسی خون جلوگیری می کند، که زمانی اتفاق می افتد که مقدار هموگلوبین که قادر به اتصال اکسیژن است کاهش می یابد (کاهش ظرفیت اکسیژن خون) و به دلیل از دست دادن خون، مسمومیت با مونوکسید کربن و قرار گرفتن در معرض تشعشع ایجاد می شود. . سیستم عصبی مرکزی، ماهیچه قلب، بافت کلیه و کبد بیشترین حساسیت را نسبت به کمبود اکسیژن دارند.

در نتیجه آزمایش‌ها، همچنین مشخص شد که ژرمانیوم آلی باعث القای اینترفرون‌های گاما می‌شود که فرآیندهای تولید مثل سلول‌هایی که به سرعت تقسیم می‌شوند را سرکوب می‌کنند و سلول‌های خاص (قاتل T) را فعال می‌کنند. جهت اصلی اثر اینترفرون ها در سطح بدن محافظت ضد ویروسی و ضد توموری، عملکردهای تعدیل کننده ایمنی و محافظت رادیویی سیستم لنفاوی است.

در روند مطالعه بافت ها و بافت های پاتولوژیک با علائم اولیه بیماری ها، مشخص شد که آنها همیشه با کمبود اکسیژن و حضور رادیکال های هیدروژن با بار مثبت H + مشخص می شوند. یون های H+ بر سلول های بدن انسان حتی تا حد مرگ تأثیر منفی می گذارند. یون‌های اکسیژن با داشتن قابلیت ترکیب با یون‌های هیدروژن، جبران آسیب‌های ناشی از یون‌های هیدروژن به سلول‌ها و بافت‌ها را به صورت انتخابی و موضعی ممکن می‌سازد. اثر ژرمانیوم بر یون های هیدروژن به دلیل شکل آلی آن - فرم سسکوئی اکسید است. در تهیه مقاله از مواد A. N. Suponenko استفاده شد.

لطفا توجه داشته باشید که ما ژرمانیوم را در هر مقدار و شکلی از جمله دریافت می کنیم. به صورت قراضه شما می توانید با تماس با شماره تلفن در مسکو که در بالا ذکر شده است ژرمانیوم بفروشید.

ژرمانیوم یک نیمه فلز شکننده و سفید نقره ای است که در سال 1886 کشف شد. این ماده معدنی به صورت خالص یافت نمی شود. در سیلیکات ها، سنگ معدن آهن و سولفید یافت می شود. برخی از ترکیبات آن سمی هستند. ژرمانیوم به طور گسترده در صنعت برق استفاده می شود، جایی که خواص نیمه هادی آن مفید است. در تولید مادون قرمز و فیبر نوری ضروری است.

ژرمانیوم چه خواصی دارد؟

این ماده معدنی دارای نقطه ذوب 938.25 درجه سانتیگراد است. دانشمندان هنوز نمی توانند شاخص های ظرفیت گرمایی آن را توضیح دهند، که آن را در بسیاری از زمینه ها ضروری می کند. ژرمانیوم این توانایی را دارد که در هنگام ذوب چگالی خود را افزایش دهد. این دارای خواص الکتروفیزیکی عالی است که آن را به یک نیمه هادی شکاف غیر مستقیم عالی تبدیل می کند.

اگر در مورد خواص شیمیایی این نیمه فلز صحبت کنیم، باید توجه داشت که در برابر اسیدها و قلیاها، آب و هوا مقاوم است. ژرمانیوم در محلول پراکسید هیدروژن و آب رگیا حل می شود.

معدن آلمان

در حال حاضر مقدار محدودی از این نیمه فلز استخراج می شود. ذخایر آن در مقایسه با ذخایر بیسموت، آنتیموان و نقره به طور قابل توجهی کوچکتر است.

با توجه به اینکه نسبت این ماده معدنی در پوسته زمین بسیار کم است، به دلیل ورود فلزات دیگر به شبکه های کریستالی، کانی های خود را تشکیل می دهد. بیشترین میزان ژرمانیوم در اسفالریت ها، پیرارژیریت، سولفانیت و در سنگ های غیر آهنی و آهن مشاهده می شود. در ذخایر نفت و زغال سنگ یافت می شود، اما بسیار کمتر.

موارد استفاده از ژرمانیوم

علیرغم اینکه ژرمانیوم مدتها پیش کشف شد، تقریباً 80 سال پیش از آن در صنعت استفاده شد. نیمه فلزی برای اولین بار در تولیدات نظامی برای ساخت وسایل الکترونیکی خاص مورد استفاده قرار گرفت. در این مورد، به عنوان دیود کاربرد پیدا کرد. اکنون وضعیت تا حدودی تغییر کرده است.

محبوب ترین زمینه های کاربرد ژرمانیوم عبارتند از:

• تولید اپتیک نیمه فلزی در ساخت عناصر نوری، که شامل پنجره های حسگر نوری، منشورها و لنزها می شود، ضروری شده است. ویژگی های شفافیت ژرمانیوم در ناحیه مادون قرمز در اینجا مفید است. نیمه فلزی در تولید اپتیک برای دوربین های تصویربرداری حرارتی، سیستم های آتش نشانی و دستگاه های دید در شب استفاده می شود.
• تولید وسایل الکترونیکی رادیویی در این زمینه از نیمه فلز در ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شد. با این حال، در دهه 70، دستگاه های ژرمانیوم با سیلیکون جایگزین شدند، زیرا سیلیکون امکان بهبود قابل توجهی ویژگی های فنی و عملیاتی محصولات تولیدی را فراهم کرد. شاخص های مقاومت در برابر تأثیرات دما افزایش یافته است. به علاوه دستگاه های ژرمانیومی در حین کار سر و صدای زیادی ایجاد می کردند.

وضعیت فعلی ژرمانیوم

در حال حاضر، نیمه فلزی در تولید دستگاه های مایکروویو استفاده می شود. ژرمانیوم تلرید به خوبی خود را به عنوان یک ماده ترموالکتریک ثابت کرده است. قیمت ژرمانیوم در حال حاضر بسیار بالا است. یک کیلوگرم فلز ژرمانیوم 1200 دلار قیمت دارد.

خرید آلمان

ژرمانیوم خاکستری نقره ای نادر است. نیمه فلزی شکننده دارای خواص نیمه هادی است و به طور گسترده برای ایجاد وسایل برقی مدرن استفاده می شود. همچنین برای ایجاد ابزارهای نوری با دقت بالا و تجهیزات رادیویی استفاده می شود. ژرمانیوم هم به صورت فلز خالص و هم به صورت دی اکسید ارزش زیادی دارد.

شرکت Goldform در خرید ژرمانیوم، انواع ضایعات فلزی و قطعات رادیویی تخصص دارد. ما در ارزیابی مواد و حمل و نقل کمک می کنیم. می توانید ژرمانیوم را از طریق پست ارسال کنید و پول خود را به طور کامل دریافت کنید.

در سال 1870 D.I. بر اساس قانون تناوبی، مندلیف یک عنصر هنوز کشف نشده از گروه چهارم را پیش‌بینی کرد و آن را سیلیکون اکا نامید و ویژگی‌های اصلی آن را شرح داد. در سال 1886، شیمیدان آلمانی کلمنس وینکلر، این عنصر شیمیایی را در طی تجزیه و تحلیل شیمیایی کانی آرژیرودیت کشف کرد. در ابتدا، وینکلر می خواست عنصر جدید را «نپتونیوم» بنامد، اما این نام قبلاً به یکی از عناصر پیشنهادی داده شده بود، بنابراین این عنصر به افتخار سرزمین مادری دانشمند، آلمان نامگذاری شد.

حضور در طبیعت، دریافت:

ژرمانیوم در سنگ معدن های سولفیدی، سنگ آهن و تقریباً در تمام سیلیکات ها یافت می شود. کانی های اصلی حاوی ژرمانیوم عبارتند از: آرژیرودیت Ag 8 GeS 6، کنفیلدیت Ag 8 (Sn, Ce)S 6، استوتیت FeGe(OH) 6، ژرمانیت Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As)4, رنیریت Cu. 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
در نتیجه عملیات پیچیده و کار فشرده برای غنی سازی و تغلیظ سنگ معدن، ژرمانیوم به شکل اکسید GeO 2 جدا می شود که با هیدروژن در دمای 600 درجه سانتی گراد به یک ماده ساده تبدیل می شود.
GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O
ژرمانیوم با استفاده از روش ذوب ناحیه ای خالص سازی می شود که آن را به یکی از خالص ترین مواد شیمیایی تبدیل می کند.

مشخصات فیزیکی:

جامد خاکستری-سفید با درخشندگی فلزی (mp 938°C, bp 2830°C)

خواص شیمیایی:

در شرایط عادی، ژرمانیوم در برابر هوا و آب، قلیاها و اسیدها مقاوم است و در آب و در محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می شود. حالت های اکسیداسیون ژرمانیوم در ترکیبات آن: 2، 4.

مهمترین ارتباطات:

اکسید ژرمانیوم (II).، GeO، خاکستری مایل به سیاه، کمی محلول. b-in، هنگام گرم شدن نامتناسب: 2GeO = Ge + GeO 2
هیدروکسید ژرمانیوم (II). Ge(OH) 2، قرمز-نارنجی. مسیح.،
یدید ژرمانیوم (II).، GeI 2، زرد. cr., sol. در آب، هیدرول. خدا حافظ.
هیدرید ژرمانیوم (II)., GeH 2, tv. سفید منافذ، به راحتی اکسید می شود. و پوسیدگی

اکسید ژرمانیوم (IV), GeO 2 , سفید کریستالی، آمفوتریک، که از هیدرولیز کلرید ژرمانیوم، سولفید، هیدرید یا واکنش ژرمانیوم با اسید نیتریک به دست می آید.
ژرمانیوم (IV) هیدروکسید (ژرمانیک اسید), H 2 GeO 3 , ضعیف. unef. دو محوری به عنوان مثال، نمک جوانه زده، به عنوان مثال. ژرمنات سدیم, Na 2 GeO 3 , سفید کریستال، سل در آب؛ رطوبت سنجی همچنین هگزا هیدروکسوژرمنات های Na2 (اورتو-ژرمنات ها) و پلی ژرمنات ها وجود دارد
ژرمانیوم (IV) سولفات، Ge(SO 4) 2، بی رنگ. بلورها، هیدرولیز شده توسط آب به GeO2، به دست آمده با گرم کردن کلرید ژرمانیوم (IV) با انیدرید سولفوریک در دمای 160 درجه سانتی گراد: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
هالیدهای ژرمانیوم (IV)، فلوراید GeF 4 - بهترین ها. گاز، خام هیدرول، با HF واکنش می دهد و H2 - اسید هیدروفلوئوریک تشکیل می دهد: GeF 4 + 2HF = H 2،
کلرید GeCl 4، بی رنگ. مایع، آب، برمید GeBr 4، خاکستری cr. یا بی رنگ مایع، محلول در سازمان ارتباط،
یدید GeI 4، زرد-نارنجی کر.، کند. hydr., sol. در سازمان ارتباط
سولفید ژرمانیوم (IV).، GeS 2، سفید cr.، کم محلول است. در آب، هیدرول، با مواد قلیایی واکنش می دهد:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O، تشکیل ژرمنات ها و تیوژرمنات ها.
ژرمانیوم (IV) هیدرید، "ژرمان", GeH 4 , بی رنگ گاز، مشتقات آلی tetramethylgermane Ge(CH 3) 4، tetraethylgermane Ge(C 2 H 5) 4 - بی رنگ. مایعات

کاربرد:

مهمترین مواد نیمه هادی، زمینه های اصلی کاربرد: اپتیک، الکترونیک رادیویی، فیزیک هسته ای.

ترکیبات ژرمانیوم کمی سمی هستند. ژرمانیوم یک عنصر کمیاب است که در بدن انسان باعث افزایش کارایی سیستم ایمنی بدن، مبارزه با سرطان و کاهش درد می شود. همچنین اشاره شده است که ژرمانیوم انتقال اکسیژن به بافت‌های بدن را افزایش می‌دهد و یک آنتی اکسیدان قوی است - مسدودکننده رادیکال‌های آزاد در بدن.
نیاز روزانه بدن انسان 0.4-1.5 میلی گرم است.
قهرمان محتوای ژرمانیوم در بین محصولات غذایی سیر است (750 میکروگرم ژرمانیوم در هر 1 گرم وزن خشک حبه سیر).

این مطالب توسط دانشجویان موسسه فیزیک و شیمی دانشگاه دولتی تیومن تهیه شده است
دمچنکو یو.و.، بورنوولوکوا A.A.
منابع:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (تاریخ دسترسی: 1393/06/13).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (تاریخ دسترسی: 2014/06/13).

تعریف

ژرمانیوم- عنصر سی و دوم جدول تناوبی. نام - Ge از لاتین "germanium". واقع در دوره چهارم گروه IVA. به نیمه فلزات اشاره دارد. بار هسته ای 32 است.

ژرمانیوم در حالت فشرده خود رنگی نقره ای دارد (شکل 1) و از نظر ظاهری شبیه فلز است. در دمای اتاق در برابر هوا، اکسیژن، آب، اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق مقاوم است.

برنج. 1. ژرمانیوم. ظاهر.

جرم اتمی و مولکولی ژرمانیوم

تعریف

جرم مولکولی نسبی ماده (Mr)عددی است که نشان می دهد چند برابر جرم یک مولکول معین از 1/12 جرم یک اتم کربن بیشتر است، و جرم اتمی نسبی یک عنصر (A r)- چند برابر جرم متوسط ​​اتم های یک عنصر شیمیایی بیشتر از 1/12 جرم یک اتم کربن است.

از آنجایی که ژرمانیوم در حالت آزاد به شکل مولکول های تک اتمی جنرال الکتریک وجود دارد، مقادیر جرم اتمی و مولکولی آن بر هم منطبق است. آنها برابر با 72.630 هستند.

ایزوتوپ های ژرمانیوم

مشخص شده است که ژرمانیوم در طبیعت به صورت پنج ایزوتوپ پایدار 70 Ge (20.55%)، 72 Ge (20.55%)، 73 Ge (7.67%)، 74 Ge (36.74%) و 76 Ge (7.67%) یافت می شود. ). اعداد جرمی آنها به ترتیب 70، 72، 73، 74 و 76 است. هسته یک اتم ایزوتوپ ژرمانیوم 70 Ge حاوی سی و دو پروتون و سی و هشت نوترون است؛ ایزوتوپ های دیگر فقط در تعداد نوترون ها با آن تفاوت دارند.

ایزوتوپ های رادیواکتیو مصنوعی ناپایدار ژرمانیوم با اعداد جرمی از 58 تا 86 وجود دارد که در میان آنها طولانی ترین ایزوتوپ 68 Ge با نیمه عمر 270.95 روز است.

یون ژرمانیوم

سطح انرژی بیرونی اتم ژرمانیوم دارای چهار الکترون است که الکترون های ظرفیتی هستند:

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

در نتیجه برهمکنش شیمیایی، ژرمانیوم الکترون های ظرفیت خود را رها می کند، یعنی. اهدا کننده آنها است و به یک یون با بار مثبت تبدیل می شود:

Ge 0 -2e → Ge 2+ ;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

مولکول و اتم ژرمانیوم

در حالت آزاد، ژرمانیوم به شکل مولکول های تک اتمی جنرال الکتریک وجود دارد. در اینجا برخی از خواص مشخص کننده اتم و مولکول ژرمانیوم آورده شده است:

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

ورزش	کسر جرمی عناصر تشکیل دهنده اکسید ژرمانیوم (IV) را در صورتی که فرمول مولکولی آن GeO 2 باشد، محاسبه کنید.
راه حل	کسر جرمی یک عنصر در ترکیب هر مولکولی با فرمول تعیین می شود: ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

ژرمانیوم (از لاتین Germanium)، با نام "Ge"، عنصری از گروه چهارم جدول تناوبی عناصر شیمیایی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف است. عدد اتمی عنصر 32 و جرم اتمی 72.59 است. ژرمانیوم ماده ای جامد با درخشندگی فلزی و رنگ خاکستری مایل به سفید است. اگرچه رنگ ژرمانیوم یک مفهوم نسبتاً نسبی است، اما همه اینها به عملیات سطحی مواد بستگی دارد. گاهی اوقات می تواند خاکستری مانند فولاد، گاهی نقره ای و گاهی کاملا سیاه باشد. از نظر خارجی، ژرمانیوم کاملاً نزدیک به سیلیکون است. این عناصر نه تنها شبیه یکدیگر هستند، بلکه تا حد زیادی خواص نیمه هادی مشابهی دارند. تفاوت قابل توجه آنها در این واقعیت است که ژرمانیوم بیش از دو برابر سیلیکون سنگین است.

ژرمانیوم، که در طبیعت یافت می شود، مخلوطی از پنج ایزوتوپ پایدار با اعداد جرمی 76، 74، 73، 32، 70 است. در سال 1871، شیمیدان مشهور، "پدر" جدول تناوبی، دیمیتری ایوانوویچ مندلیف، خواص و ویژگی ها را پیش بینی کرد. وجود ژرمانیوم او عنصر ناشناخته در آن زمان را "exasilicon" نامید، زیرا. خواص ماده جدید از بسیاری جهات شبیه سیلیکون بود. در سال 1886، کی. وینکلر، شیمیدان آلمانی چهل و هشت ساله، پس از مطالعه بر روی کانی آرژیردیت، یک عنصر شیمیایی کاملاً جدید را در مخلوط طبیعی کشف کرد.

ابتدا شیمیدان می خواست عنصر را نپتونیوم بنامد، زیرا سیاره نپتون نیز خیلی زودتر از کشف آن پیش بینی شده بود، اما سپس متوجه شد که این نام قبلاً در کشف نادرست یکی از عناصر استفاده شده است، بنابراین وینکلر تصمیم گرفت. این نام را کنار بگذاریم از دانشمند خواسته شد تا نام عنصر angularium را که در ترجمه به معنای «جنجال‌برانگیز، زاویه‌دار» است، نام ببرد، اما وینکلر نیز با این نام موافق نبود، اگرچه عنصر شماره 32 واقعاً جنجال‌های زیادی به پا کرد. این دانشمند از نظر ملیت آلمانی بود، بنابراین سرانجام تصمیم گرفت به افتخار کشور مادری خود آلمان، عنصر را ژرمانیوم نامگذاری کند.

همانطور که بعداً مشخص شد، ژرمانیوم چیزی بیش از "اگزیسیلیکون" کشف شده قبلی نیست. تا نیمه دوم قرن بیستم، کاربرد عملی ژرمانیوم نسبتاً محدود و محدود بود. تولید صنعتی فلز تنها در نتیجه شروع تولید صنعتی الکترونیک نیمه هادی آغاز شد.

ژرمانیوم یک ماده نیمه هادی است که به طور گسترده در الکترونیک و فناوری و همچنین در تولید ریز مدارها و ترانزیستورها استفاده می شود. سیستم‌های رادار از لایه‌های نازک ژرمانیوم استفاده می‌کنند که روی شیشه رسوب می‌کنند و به عنوان مقاومت استفاده می‌شوند. از آلیاژهای ژرمانیوم و فلزات در آشکارسازها و حسگرها استفاده می شود.

این عنصر دارای قدرتی مانند تنگستن یا تیتانیوم نیست، به عنوان منبع انرژی پایان ناپذیر مانند پلوتونیوم یا اورانیوم عمل نمی کند، رسانایی الکتریکی مواد نیز از بالاترین حد خود فاصله دارد و در فناوری صنعتی فلز اصلی آهن است. با وجود این، ژرمانیوم یکی از مهمترین اجزای پیشرفت فنی جامعه ما است، زیرا حتی زودتر از سیلیکون به عنوان یک ماده نیمه هادی استفاده شد.

در این راستا بجاست که بپرسیم: نیمه رسانایی و نیمه هادی ها چیست؟ حتی کارشناسان نیز نمی توانند به این سوال پاسخ دقیقی بدهند، زیرا ... ما می توانیم در مورد ویژگی خاص در نظر گرفته شده نیمه هادی ها صحبت کنیم. همچنین تعریف دقیقی وجود دارد، اما فقط از قلمرو فولکلور: نیمه هادی هادی برای دو اتومبیل است.

قیمت یک شمش ژرمانیوم تقریباً به اندازه یک شمش طلا است. این فلز بسیار شکننده است، تقریباً مانند شیشه، بنابراین اگر چنین شمش را رها کنید، احتمال زیادی وجود دارد که فلز به سادگی شکسته شود.

فلز ژرمانیوم، خواص

خواص بیولوژیکی

ژرمانیوم بیشترین استفاده را برای مقاصد پزشکی در ژاپن داشت. نتایج آزمایش ترکیبات ارگانوژرمانیوم بر روی حیوانات و انسان نشان داده است که آنها می توانند تأثیر مفیدی بر بدن داشته باشند. در سال 1967، دکتر K. Asai ژاپنی کشف کرد که ژرمانیوم آلی دارای اثرات بیولوژیکی گسترده ای است.

در میان تمام خواص بیولوژیکی آن باید به موارد زیر اشاره کرد:

• - اطمینان از انتقال اکسیژن به بافت های بدن؛
• - افزایش وضعیت ایمنی بدن؛
• - تظاهر فعالیت ضد توموری.

پس از آن، دانشمندان ژاپنی اولین محصول پزشکی جهان حاوی ژرمانیوم - "ژرمانیوم - 132" را ایجاد کردند.

در روسیه، اولین داروی داخلی حاوی ژرمانیوم ارگانیک تنها در سال 2000 ظاهر شد.

فرآیندهای تکامل بیوشیمیایی سطح پوسته زمین بهترین تأثیر را بر میزان ژرمانیوم موجود در آن نداشت. بیشتر عنصر از خشکی به اقیانوس ها شسته شده است، بنابراین محتوای آن در خاک بسیار کم است.

در بین گیاهانی که توانایی جذب ژرمانیوم از خاک را دارند، پیشرو جینسینگ (ژرمانیوم تا 0.2 درصد) است. ژرمانیوم همچنین در سیر، کافور و آلوئه یافت می شود که به طور سنتی در درمان بیماری های مختلف انسان استفاده می شود. در پوشش گیاهی، ژرمانیوم به شکل کربوکسی اتیل سمی اکسید یافت می شود. اکنون می توان سسکیوگزان ها را با یک قطعه پیریمیدین - ترکیبات آلی ژرمانیوم - سنتز کرد. این ترکیب از نظر ساختار نزدیک به ترکیب طبیعی است، مانند ریشه جینسنگ.

ژرمانیوم را می توان به عنوان یک عنصر کمیاب طبقه بندی کرد. این در تعداد زیادی از محصولات مختلف وجود دارد، اما در دوزهای دقیق. میزان مصرف روزانه ژرمانیوم ارگانیک 8-10 میلی گرم تعیین شده است. ارزیابی 125 محصول غذایی نشان داد که روزانه حدود 1.5 میلی گرم ژرمانیوم همراه با غذا وارد بدن می شود. مقدار ریز عنصر موجود در 1 گرم غذای خام حدود 0.1 تا 1.0 میکروگرم است. ژرمانیوم در شیر، آب گوجه فرنگی، ماهی قزل آلا و لوبیا یافت می شود. اما برای رفع نیاز روزانه به ژرمانیوم باید روزانه 10 لیتر آب گوجه فرنگی بنوشید یا حدود 5 کیلوگرم ماهی قزل آلا بخورید. از نظر قیمت تمام شده این محصولات، خواص فیزیولوژیکی انسان و عقل سلیم، مصرف چنین مقادیری از محصولات حاوی ژرمانیوم نیز غیرممکن است. در روسیه، حدود 80-90٪ از جمعیت کمبود ژرمانیوم دارند، به همین دلیل است که آماده سازی های ویژه ای ساخته شده است.

مطالعات عملی نشان داده است که ژرمانیوم در بدن بیشترین فراوانی را در روده، معده، طحال، مغز استخوان و خون دارد. محتوای بالای ریز عنصر در روده و معده نشان دهنده اثر طولانی مدت جذب دارو در خون است. این فرض وجود دارد که ژرمانیوم آلی در خون تقریباً به همان شیوه هموگلوبین عمل می کند، یعنی. بار منفی دارد و در انتقال اکسیژن به بافت ها نقش دارد. بنابراین، از ایجاد هیپوکسی در سطح بافت جلوگیری می کند.

در نتیجه آزمایش‌های مکرر، توانایی ژرمانیوم در فعال کردن سلول‌های کشنده T و القای اینترفرون‌های گاما که روند تولید مثل سلول‌های دارای تقسیم سریع را سرکوب می‌کنند، به اثبات رسیده است. جهت اصلی عمل اینترفرون ها محافظت ضد تومور و ضد ویروسی، عملکردهای محافظتی رادیویی و تعدیل کننده سیستم لنفاوی است.

ژرمانیوم به شکل sesquioxide توانایی اثر بر روی یون های هیدروژن H+ را دارد و اثر مخرب آنها را بر سلول های بدن صاف می کند. تضمین عملکرد عالی تمام سیستم های بدن انسان، تامین بی وقفه اکسیژن به خون و تمام بافت ها است. ژرمانیوم ارگانیک نه تنها اکسیژن را به تمام نقاط بدن می رساند، بلکه تعامل آن با یون های هیدروژن را نیز تقویت می کند.

• - ژرمانیوم یک فلز است اما شکنندگی آن را می توان با شیشه مقایسه کرد.
• - برخی از کتب مرجع ادعا می کنند که ژرمانیوم دارای رنگ نقره ای است. اما این را نمی توان گفت، زیرا رنگ ژرمانیوم به طور مستقیم به روش درمان سطح فلز بستگی دارد. گاهی ممکن است تقریبا سیاه به نظر برسد، گاهی اوقات رنگ استیل دارد و گاهی اوقات می تواند نقره ای باشد.
• - ژرمانیوم در سطح خورشید و همچنین در شهاب سنگ هایی که از فضا سقوط کرده اند کشف شد.
• - اولین ترکیب ارگانو المان ژرمانیوم توسط کاشف عنصر کلمنس وینکلر از تتراکلرید ژرمانیوم در سال 1887 بدست آمد که تترا اتیل ژرمانیوم بود. از تمام ترکیبات ارگانو عنصری ژرمانیوم که در مرحله کنونی به دست آمده است، هیچ کدام سمی نیست. در عین حال، بیشتر عناصر ارگانوتین و سرب که از نظر خواص فیزیکی مشابه ژرمانیوم هستند، سمی هستند.
• - دیمیتری ایوانوویچ مندلیف حتی قبل از کشف آنها سه عنصر شیمیایی از جمله ژرمانیوم را پیش بینی کرد و به دلیل شباهت آن به سیلیکون، عنصر را کاسیلیکون نامید. پیش بینی دانشمند مشهور روسی آنقدر دقیق بود که دانشمندان را شگفت زده کرد. و وینکلر که ژرمانیوم را کشف کردند. وزن اتمی طبق گفته مندلیف 72 بود، در واقع 72.6 بود. وزن مخصوص طبق مندلیف در واقعیت 5.5 بود - 5.469. حجم اتمی طبق مندلیف در واقعیت 13 بود - 13.57. بالاترین اکسید طبق مندلیف EsO2 است، در واقعیت - GeO2، وزن مخصوص آن طبق مندلیف 4.7 بود، در واقعیت - 4.703. ترکیب کلرید طبق مندلیف EsCl4 - مایع، نقطه جوش تقریباً 90 درجه سانتیگراد، در واقع - ترکیب کلرید GeCl4 - مایع، نقطه جوش 83 درجه سانتیگراد، ترکیب با هیدروژن مطابق مندلیف EsH4 گازی است، ترکیب با هیدروژن در واقعیت - GeH4 گازی. ترکیب آلی فلزی مطابق مندلیف Es(C2H5)4، نقطه جوش 160 درجه سانتیگراد، ترکیب آلی فلزی واقعی Ge(C2H5)4 نقطه جوش 163.5 درجه سانتیگراد. همانطور که از اطلاعات مورد بحث در بالا مشاهده می شود، پیش بینی مندلیف به طرز شگفت آوری دقیق بود.
• - در 26 فوریه 1886، کلمنس وینکلر نامه ای به مندلیف را با عبارت "آقا عزیز" آغاز کرد. او با روشی نسبتاً مؤدبانه به دانشمند روسی درباره کشف عنصر جدیدی به نام ژرمانیوم گفت که از نظر خصوصیات چیزی جز «کاسیلیکون» پیش‌بینی‌شده مندلیف نبود. پاسخ دیمیتری ایوانوویچ مندلیف کم از مودبانه نبود. دانشمند با کشف همکارش موافقت کرد و ژرمانیوم را "تاج سیستم تناوبی خود" و وینکلر را "پدر" عنصر نامید که شایسته پوشیدن این "تاج" است.
• - ژرمانیوم، به عنوان یک نیمه رسانای کلاسیک، کلید حل مشکل ایجاد مواد ابررسانا است که در دمای هیدروژن مایع عمل می کنند، اما نه هلیوم مایع. همانطور که مشخص است، هیدروژن زمانی که به دمای -252.6 درجه سانتیگراد یا 20.5 درجه کلوین برسد، از حالت گازی به حالت مایع تبدیل می شود. در دهه 70 فیلمی از ژرمانیوم و نیوبیم ساخته شد که ضخامت آن تنها چند هزار اتم بود. این فیلم قادر است ابررسانایی را حتی زمانی که دما به 23.2 درجه کلوین و کمتر می رسد حفظ کند.
• - هنگام رشد تک کریستال ژرمانیوم، یک کریستال ژرمانیوم - "دانه" - روی سطح ژرمانیوم مذاب قرار می گیرد که با استفاده از دستگاه اتوماتیک به تدریج بالا می رود و دمای مذاب کمی بالاتر از نقطه ذوب ژرمانیوم است (937). درجه سانتی گراد). "دانه" به گونه ای می چرخد ​​که تک کریستال، همانطور که می گویند، "با گوشت رشد می کند" از همه طرف به طور مساوی. لازم به ذکر است که در طول چنین رشدی، همان چیزی که در هنگام ذوب منطقه اتفاق می افتد، یعنی. تقریباً فقط ژرمانیوم وارد فاز جامد می شود و تمام ناخالصی ها در مذاب باقی می مانند.

داستان

وجود عنصری مانند ژرمانیوم در سال 1871 توسط دیمیتری ایوانوویچ مندلیف پیش‌بینی شده بود؛ به دلیل شباهت‌های آن با سیلیکون، این عنصر اکا سیلیسیم نامیده شد. در سال 1886، استادی در آکادمی معدن فرایبرگ، آرژیرودیت، یک کانی جدید نقره را کشف کرد. سپس این کانی توسط پروفسور شیمی فنی کلمنس وینکلر، با انجام تجزیه و تحلیل کامل این کانی، با دقت کامل مورد بررسی قرار گرفت. وینکلر چهل و هشت ساله به حق به عنوان بهترین تحلیلگر در آکادمی معدن فرایبرگ در نظر گرفته می شد، به همین دلیل به او فرصت مطالعه آرژیرودیت داده شد.

در مدت زمان نسبتاً کوتاهی، استاد توانست گزارشی در مورد درصد عناصر مختلف در کانی اصلی ارائه دهد: نقره در ترکیب آن 74.72٪ بود. گوگرد - 17.13٪؛ اکسید آهن - 0.66٪؛ جیوه - 0.31٪؛ اکسید روی - 0.22٪ اما تقریباً هفت درصد - این سهم یک عنصر ناشناخته بود که به نظر می رسد هنوز در آن زمان دور کشف نشده بود. در ارتباط با این، وینکلر تصمیم گرفت یک جزء ناشناس از argyrodpt را جدا کند، خواص آن را مطالعه کند و در فرآیند تحقیق متوجه شد که در واقع یک عنصر کاملاً جدید پیدا کرده است - این escaplicium بود که توسط D.I پیش بینی شده بود. مندلیف.

با این حال، اشتباه است که فکر کنیم کار وینکلر بدون مشکل پیش رفت. دیمیتری ایوانوویچ مندلیف علاوه بر فصل هشتم کتاب خود "مبانی شیمی" می نویسد: "در ابتدا (فوریه 1886)، کمبود مواد و همچنین فقدان طیف در شعله و حلالیت ژرمانیوم ترکیبات، تحقیقات وینکلر را به طور جدی با مشکل مواجه کردند...» شایان ذکر است که به کلمات «عدم طیف» توجه شود. اما چطور؟ در سال 1886، یک روش گسترده مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل طیفی وجود داشت. با استفاده از این روش عناصری مانند تالیم، روبیدیم، ایندیم، سزیم در زمین و هلیوم در خورشید کشف شد. دانشمندان قبلاً به طور قطع می دانستند که هر عنصر شیمیایی، بدون استثنا، یک طیف جداگانه دارد، اما ناگهان طیفی وجود ندارد!

توضیحی برای این پدیده کمی بعد ظاهر شد. ژرمانیوم دارای خطوط طیفی مشخص است. طول موج آنها 2651.18 است. 3039.06 Ǻ و چند مورد دیگر. با این حال، همه آنها در قسمت نامرئی ماوراء بنفش طیف قرار دارند؛ می توان خوش شانسی دانست که وینکلر از روش های سنتی تجزیه و تحلیل است، زیرا این روش ها بود که او را به موفقیت رساند.

روش وینکلر برای به دست آوردن ژرمانیوم از کانی کاملاً به یکی از روش های صنعتی مدرن برای جداسازی عنصر 32 نزدیک است. ابتدا ژرمانیوم که در آرگارودنیت موجود بود به دی اکسید تبدیل شد. سپس پودر سفید حاصل تا دمای 600-700 درجه سانتیگراد در اتمسفر هیدروژن حرارت داده شد. در این مورد، واکنش آشکار شد: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

با این روش بود که برای اولین بار عنصر نسبتا خالص شماره 32 ژرمانیوم به دست آمد. در ابتدا، وینکلر قصد داشت به افتخار سیاره ای به همین نام، وانادیوم نپتونیوم نامگذاری کند، زیرا نپتون، مانند ژرمانیوم، ابتدا پیش بینی شد و تنها پس از آن یافت شد. اما بعد معلوم شد که این نام قبلاً یک بار استفاده شده است؛ یکی از عناصر شیمیایی که به اشتباه کشف شد نپتونیوم نام داشت. وینکلر تصمیم گرفت نام و کشف خود را به خطر نیندازد و نپتونیوم را رد کرد. یکی از دانشمندان فرانسوی رایون پیشنهاد داد، اما پس از آن او اعتراف کرد که پیشنهاد او یک شوخی است، او پیشنهاد کرد که عنصر را angularium نامیده شود، یعنی. «جنجال‌برانگیز، زاویه‌دار»، اما وینکلر این نام را دوست نداشت. در نتیجه، دانشمند به طور مستقل نامی را برای عنصر خود انتخاب کرد و به افتخار کشور مادری خود آلمان، آن را ژرمانیوم نامید، با گذشت زمان این نام تثبیت شد.

تا نیمه دوم قرن XX استفاده عملی از ژرمانیوم نسبتاً محدود باقی ماند. تولید فلزات صنعتی تنها در ارتباط با توسعه نیمه هادی ها و الکترونیک نیمه هادی ها بوجود آمد.

بودن در طبیعت

ژرمانیوم را می توان به عنوان یک عنصر کمیاب طبقه بندی کرد. در طبیعت، عنصر به هیچ وجه به صورت آزاد وجود ندارد. کل محتوای فلز در پوسته زمین سیاره ما بر حسب جرم 7 × 10-4٪ است. این مقدار بیشتر از محتوای عناصر شیمیایی مانند نقره، آنتیموان یا بیسموت است. اما مواد معدنی خود ژرمانیوم بسیار کمیاب است و به ندرت در طبیعت یافت می شود. تقریباً همه این کانی ها سولفوسالت هستند، به عنوان مثال، ژرمانیت Cu 2 (Cu، Fe، Ge، Zn) 2 (S، As) 4، کنفیلدیت Ag 8 (Sn، Ce)S6، آرژیرودیت Ag8GeS6 و غیره.

بخش عمده ای از ژرمانیوم پراکنده در پوسته زمین در تعداد زیادی سنگ و همچنین بسیاری از مواد معدنی موجود است: سنگ معدن سولفیت فلزات غیر آهنی، سنگ آهن، برخی مواد معدنی اکسیدی (کرومیت، مگنتیت، روتیل و غیره)، گرانیت، دیابازها و بازالت ها در برخی از اسفالریت ها، محتوای عنصر می تواند به چندین کیلوگرم در تن برسد، به عنوان مثال، در فرنکیت و سولوانیت 1 کیلوگرم در تن، در انارژیت محتوای ژرمانیوم 5 کیلوگرم در تن، در پیرارژیریت - تا 10 کیلوگرم در تن است، و در سایر سیلیکات ها و سولفیدها - ده ها و صدها گرم در تن. بخش کوچکی از ژرمانیوم تقریباً در تمام سیلیکات ها و همچنین در برخی از ذخایر نفت و زغال سنگ وجود دارد.

کانی اصلی عنصر سولفیت ژرمانیوم (فرمول GeS2) است. این ماده معدنی به صورت ناخالصی در سولفیت های روی و سایر فلزات یافت می شود. مهمترین کانی های ژرمانیوم عبارتند از: ژرمانیت Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As)4, plumbogermanite (Pb,Ge,Ga) 2SO 4 (OH) 2 2H 2 O, استوتیت FeGe(OH) 6, رنیریت Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4 و argyrodite Ag 8GeS6.

آلمان در قلمرو همه ایالت ها بدون استثنا حضور دارد. اما هیچ یک از کشورهای صنعتی دنیا ذخایر صنعتی این فلز را ندارند. ژرمانیوم بسیار بسیار پراکنده است. در روی زمین، مواد معدنی این فلز در صورتی که حاوی بیش از 1 درصد ژرمانیوم باشند، بسیار کمیاب تلقی می شوند. این کانی ها عبارتند از ژرمانیت، آرژیرودیت، اولترابازیت و غیره، از جمله کانی های کشف شده در دهه های اخیر: اشتوتیت، رنریت، پلمبوژرمانیت و کنفیلدیت. ذخایر همه این مواد معدنی قادر به پوشش نیاز صنعت مدرن به این عنصر شیمیایی کمیاب و مهم نیست.

بخش عمده ژرمانیوم در مواد معدنی سایر عناصر شیمیایی پراکنده است و همچنین در آب های طبیعی، زغال سنگ، موجودات زنده و خاک یافت می شود. به عنوان مثال، محتوای ژرمانیوم در زغال سنگ معمولی گاهی اوقات به بیش از 0.1٪ می رسد. اما چنین رقمی بسیار نادر است؛ معمولاً سهم ژرمانیوم کمتر است. اما تقریباً هیچ ژرمانیومی در آنتراسیت وجود ندارد.

اعلام وصول

هنگام پردازش سولفید ژرمانیوم، اکسید GeO 2 به دست می آید که با کمک هیدروژن احیا می شود تا ژرمانیوم آزاد به دست آید.

در تولیدات صنعتی، ژرمانیوم عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی از فرآوری سنگ‌های فلزی غیرآهنی (مخلوط روی، کنسانتره‌های پلی فلزی روی-مس-سرب حاوی 0.001-0.1٪ ژرمانیوم)، خاکستر حاصل از احتراق زغال سنگ و مقداری مواد شیمیایی کک استخراج می‌شود. محصولات

در ابتدا، کنسانتره ژرمانیوم (از 2٪ تا 10٪ ژرمانیوم) از منابع مورد بحث در بالا به روش های مختلفی جدا می شود که انتخاب آن به ترکیب ماده خام بستگی دارد. در طی فرآوری زغال سنگ بوکس، ژرمانیوم به طور جزئی (از 5٪ تا 10٪) به آب قیر و رزین رسوب می کند، از آنجا در ترکیب با تانن استخراج می شود و پس از آن خشک می شود و در دمای 400-500 درجه سانتیگراد پخته می شود. . نتیجه کنسانتره ای است که حاوی حدود 30-40 درصد ژرمانیوم است که ژرمانیوم از آن به شکل GeCl 4 جدا می شود. فرآیند استخراج ژرمانیوم از چنین کنسانتره ای، به عنوان یک قاعده، شامل همان مراحل است:

1) کنسانتره با استفاده از اسید کلریدریک، مخلوطی از اسید و کلر در یک محیط آبی یا سایر عوامل کلر کننده کلر می شود که می تواند منجر به GeCl 4 فنی شود. برای خالص سازی GeCl 4، تصحیح و استخراج ناخالصی ها با اسید هیدروکلریک غلیظ استفاده می شود.

2) هیدرولیز GeCl 4 انجام می شود، محصولات هیدرولیز برای به دست آوردن اکسید GeO 2 کلسینه می شوند.

3) GeO توسط هیدروژن یا آمونیاک به فلز خالص تبدیل می شود.

هنگام به دست آوردن خالص ترین ژرمانیوم، که در تجهیزات فنی نیمه هادی استفاده می شود، ذوب منطقه ای فلز انجام می شود. ژرمانیوم تک کریستالی مورد نیاز برای تولید نیمه هادی معمولاً با ذوب ناحیه ای یا روش Czochralski به دست می آید.

روش های جداسازی ژرمانیوم از آب قیر گیاهان کک توسط دانشمند شوروی V.A. نازارنکو این ماده اولیه حاوی بیش از 0003/0 درصد ژرمانیوم نیست، اما با استفاده از عصاره بلوط، رسوب ژرمانیوم به صورت کمپلکس تانید آسان است.

جزء اصلی تانن یک استر گلوکز است که حاوی رادیکال متا دی گالیک اسید است که ژرمانیوم را متصل می کند، حتی اگر غلظت عنصر در محلول بسیار کم باشد. از رسوبات به راحتی می توانید کنسانتره ای حاوی 45 درصد دی اکسید ژرمانیوم به دست آورید.

دگرگونی های بعدی کمی به نوع ماده خام بستگی دارد. ژرمانیوم توسط هیدروژن کاهش می یابد (مانند وینکلر در قرن 19)، با این حال، اکسید ژرمانیوم ابتدا باید از ناخالصی های متعدد جدا شود. ترکیب موفقیت آمیز کیفیت یک ترکیب ژرمانیوم برای حل این مشکل بسیار مفید بود.

تتراکلرید ژرمانیوم GeCl4. یک مایع فرار است که فقط در دمای 83.1 درجه سانتیگراد می جوشد. بنابراین، به راحتی با تقطیر و یکسوسازی (در ستون های کوارتز با بسته بندی) خالص می شود.

GeCl4 تقریباً در اسید هیدروکلریک نامحلول است. یعنی برای تمیز کردن آن می توانید از حل شدن ناخالصی ها با HCl استفاده کنید.

تتراکلرید ژرمانیوم خالص شده با آب تصفیه شده و با استفاده از رزین های تبادل یونی خالص می شود. نشانه خلوص مورد نیاز افزایش مقاومت آب به 15-20 میلیون اهم سانتی متر است.

هیدرولیز GeCl4 تحت تأثیر آب رخ می دهد:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

ممکن است متوجه شوید که ما معادله "معتبر نوشته شده" برای واکنش تولید تتراکلرید ژرمانیوم را داریم.

سپس کاهش GeO2 با استفاده از هیدروژن خالص شده است:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

نتیجه ژرمانیوم پودری است که ذوب شده و سپس با ذوب منطقه ای خالص می شود. این روش تصفیه در سال 1952 به طور خاص برای خالص سازی ژرمانیوم توسعه یافت.

ناخالصی های لازم برای ایجاد یک نوع رسانایی به ژرمانیوم در مراحل پایانی تولید، یعنی در طی ذوب ناحیه، و همچنین در طول رشد یک بلور معرفی می شوند.

کاربرد

ژرمانیوم یک ماده نیمه رسانا است که در الکترونیک و فناوری در تولید ریز مدارها و ترانزیستورها استفاده می شود. نازک ترین لایه های ژرمانیوم بر روی شیشه رسوب می کنند و به عنوان مقاومت در تاسیسات راداری استفاده می شوند. از آلیاژهای ژرمانیوم با فلزات مختلف در تولید آشکارسازها و حسگرها استفاده می شود. دی اکسید ژرمانیوم به طور گسترده ای در تولید شیشه هایی که تابش مادون قرمز را منتقل می کنند استفاده می شود.

ژرمانیوم تلورید برای مدت طولانی به عنوان یک ماده ترموالکتریک پایدار و همچنین به عنوان جزئی از آلیاژهای ترموالکتریک (emf به معنای حرارتی با 50 μV/K) عمل کرده است. اپتیک مادون قرمز بزرگترین مصرف کننده ژرمانیوم اپتیک مادون قرمز است که در فناوری رایانه، سیستم های رصد و هدایت موشک، دستگاه های دید در شب، نقشه برداری و مطالعه سطح زمین از ماهواره ها استفاده می شود. ژرمانیوم همچنین به طور گسترده در سیستم های فیبر نوری (افزودن تترا فلوراید ژرمانیوم به الیاف شیشه) و همچنین در دیودهای نیمه هادی استفاده می شود.

ژرمانیوم، به عنوان یک نیمه رسانای کلاسیک، کلید حل مشکل ایجاد مواد ابررسانا است که در دمای هیدروژن مایع عمل می کنند، اما نه هلیوم مایع. همانطور که می دانید هیدروژن وقتی به دمای 252.6- درجه سانتی گراد یا 20.5 درجه کلوین برسد از حالت گازی به حالت مایع تبدیل می شود. در دهه 70 فیلمی از ژرمانیوم و نیوبیم ساخته شد که ضخامت آن تنها چند هزار اتم بود. این فیلم قادر است ابررسانایی را حتی زمانی که دما به 23.2 درجه کلوین و کمتر می رسد حفظ کند.

با ذوب ایندیم در صفحه HES، در نتیجه ایجاد ناحیه ای با رسانایی به اصطلاح سوراخ، یک دستگاه یکسو کننده به دست می آید، یعنی. دیود دیود دارای خاصیت عبور جریان الکتریکی در یک جهت است: ناحیه الکترونیکی از ناحیه دارای رسانایی سوراخ. پس از ذوب ایندیوم در دو طرف صفحه برق آبی، این صفحه به پایه یک ترانزیستور تبدیل می شود. برای اولین بار در جهان، ترانزیستوری ساخته شده از ژرمانیوم در سال 1948 ساخته شد و تنها بیست سال بعد دستگاه های مشابه در صدها میلیون تولید شد.

دیودها و تریودهای مبتنی بر ژرمانیوم به طور گسترده ای در تلویزیون ها و رادیوها، در طیف گسترده ای از تجهیزات اندازه گیری و رایانه ها استفاده شده اند.

ژرمانیوم همچنین در سایر زمینه های بسیار مهم فناوری مدرن استفاده می شود: هنگام اندازه گیری دماهای پایین، هنگام تشخیص تابش مادون قرمز و غیره.

برای استفاده از جارو در تمام این کاربردها، ژرمانیوم با خلوص شیمیایی و فیزیکی بسیار بالا مورد نیاز است. خلوص شیمیایی خلوصی است که در آن مقدار ناخالصی های مضر نباید از یک ده میلیونم درصد (10 تا 7 درصد) بیشتر باشد. خلوص فیزیکی به معنای حداقل دررفتگی، حداقل اختلال در ساختار بلوری یک ماده است. برای رسیدن به این هدف، ژرمانیوم تک کریستالی به طور ویژه رشد می کند. در این حالت کل شمش فلز فقط یک کریستال است.

برای انجام این کار، یک کریستال ژرمانیوم، "دانه"، روی سطح ژرمانیوم مذاب قرار می گیرد که به تدریج با استفاده از دستگاه اتوماتیک بالا می رود، در حالی که دمای مذاب کمی بالاتر از نقطه ذوب ژرمانیوم (937 درجه سانتیگراد) است. "دانه" به گونه ای می چرخد ​​که تک کریستال، همانطور که می گویند، "با گوشت رشد می کند" از همه طرف به طور مساوی. لازم به ذکر است که در طول چنین رشدی، همان چیزی که در هنگام ذوب منطقه اتفاق می افتد، یعنی. تقریباً فقط ژرمانیوم وارد فاز جامد می شود و تمام ناخالصی ها در مذاب باقی می مانند.

مشخصات فیزیکی

احتمالا تعداد کمی از خوانندگان این مقاله این فرصت را داشته اند که وانادیوم را به صورت بصری ببینند. این عنصر به خودی خود بسیار کمیاب و گران است؛ کالاهای مصرفی از آن ساخته نمی‌شوند و پرکننده ژرمانیوم آن‌ها که در وسایل برقی یافت می‌شود، آنقدر کوچک است که دیدن فلز غیرممکن است.

برخی از کتاب های مرجع بیان می کنند که ژرمانیوم دارای رنگ نقره ای است. اما این را نمی توان گفت، زیرا رنگ ژرمانیوم به طور مستقیم به روش درمان سطح فلز بستگی دارد. گاهی ممکن است تقریبا سیاه به نظر برسد، گاهی اوقات رنگ استیل دارد و گاهی اوقات می تواند نقره ای باشد.

ژرمانیوم آنقدر فلز کمیاب است که هزینه شمش آن را می توان با قیمت طلا مقایسه کرد. ژرمانیوم با افزایش شکنندگی مشخص می شود که فقط با شیشه قابل مقایسه است. از نظر خارجی، ژرمانیوم کاملاً نزدیک به سیلیکون است. این دو عنصر هر دو برای عنوان مهمترین نیمه هادی و آنالوگ رقیب هستند. اگرچه برخی از خواص فنی عناصر تا حد زیادی مشابه هستند، از جمله ظاهر خارجی مواد، تشخیص ژرمانیوم از سیلیکون بسیار آسان است؛ ژرمانیوم بیش از دو برابر سنگین تر است. چگالی سیلیکون 2.33 گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی ژرمانیوم 5.33 گرم بر سانتی متر مکعب است.

اما نمی‌توانیم در مورد چگالی ژرمانیوم صریح صحبت کنیم، زیرا شکل 5.33 g/cm3 به ژرمانیوم-1 اشاره دارد. این یکی از مهم ترین و رایج ترین اصلاحات پنج تغییر آلوتروپیک عنصر 32 است. چهار تای آنها کریستالی و یکی بی شکل است. ژرمانیوم-1 سبک ترین اصلاح از چهار نوع کریستالی است. بلورهای آن دقیقاً مشابه بلورهای الماس ساخته شده اند، a = 0.533 نانومتر. با این حال، اگر برای کربن این ساختار تا حد امکان متراکم باشد، برای ژرمانیوم نیز تغییرات متراکم تری وجود دارد. حرارت متوسط ​​و فشار زیاد (حدود 30 هزار اتمسفر در 100 درجه سانتیگراد) ژرمانیوم-1 را به ژرمانیوم-2 تبدیل می کند که ساختار شبکه بلوری آن دقیقاً مشابه قلع سفید است. روش مشابهی برای به دست آوردن ژرمانیوم-3 و ژرمانیوم-4 استفاده می شود که حتی چگالی بیشتری دارند. همه این تغییرات "نه کاملا معمولی" نه تنها از نظر چگالی، بلکه از نظر هدایت الکتریکی نیز نسبت به ژرمانیوم-1 برتری دارند.

چگالی ژرمانیوم مایع 5.557 g/cm3 (در 1000 درجه سانتیگراد)، نقطه ذوب فلز 937.5 درجه سانتیگراد است. نقطه جوش حدود 2700 درجه سانتیگراد است. مقدار ضریب هدایت حرارتی تقریباً 60 W/(m (K) یا 0.14 cal/(cm (sc (درجه)) در دمای 25 درجه سانتیگراد است. در دماهای معمولی، حتی ژرمانیم خالص نیز شکننده است، اما زمانی که در مقیاس کانی شناسی، سختی ژرمانیوم از 6 تا 6.5 متغیر است؛ مقدار ضریب تراکم پذیری (در محدوده فشار از 0 تا 120 Hn/m2 یا از 0 تا 12000 kgf/mm 2) 1.4 10-7 m2 /mn (یا 1.4·10-10-6 cm2 / kgf) است؛ کشش سطحی 0.6 n/m (یا 600 dynes/cm) است.

ژرمانیوم یک نیمه هادی معمولی با اندازه باند 1.104·10 -19 یا 0.69 eV (در دمای 25 درجه سانتیگراد) است. ژرمانیوم با خلوص بالا دارای مقاومت الکتریکی ویژه 0.60 اهم (m (60 اهم (سانتی متر) (25 درجه سانتیگراد))، تحرک الکترون 3900 و تحرک حفره 1900 سانتی متر مربع در هر ثانیه (در دمای 25 درجه سانتیگراد و در محتوای 8% ناخالصی) برای پرتوهای مادون قرمز که طول موج آنها بیش از 2 میکرون است، فلز شفاف است.

ژرمانیوم کاملاً شکننده است، نمی توان آن را با فشار سرد یا گرم تا دمای زیر 550 درجه سانتیگراد کار کرد، اما اگر دما بیشتر شود، فلز انعطاف پذیر است. سختی فلز در مقیاس کانی شناسی 6.0-6.5 است (ژرمانیوم با استفاده از دیسک فلزی یا الماسی و ساینده به صفحات اره می شود).

خواص شیمیایی

ژرمانیوم، زمانی که در ترکیبات شیمیایی یافت می شود، معمولاً ظرفیت دوم و چهارم را نشان می دهد، اما ترکیبات ژرمانیوم چهار ظرفیتی پایدارتر هستند. ژرمانیوم در دمای اتاق در برابر آب، هوا و همچنین محلول‌های قلیایی و کنسانتره‌های رقیق اسید سولفوریک یا هیدروکلریک مقاوم است، اما این عنصر به راحتی در aqua regia یا محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می‌شود. این عنصر به آرامی با عمل اسید نیتریک اکسید می شود. هنگامی که دما در هوا به 500-700 درجه سانتیگراد می رسد، ژرمانیوم شروع به اکسید شدن به اکسیدهای GeO 2 و GeO می کند. (IV) اکسید ژرمانیوم یک پودر سفید رنگ با نقطه ذوب 1116 درجه سانتیگراد و حلالیت در آب 4.3 گرم در لیتر (در دمای 20 درجه سانتیگراد) است. با توجه به خواص شیمیایی آن، این ماده آمفوتریک، محلول در قلیایی و به سختی در اسید معدنی است. از نفوذ رسوب هیدراتاسیون GeO 3 nH 2 O که در طی هیدرولیز آزاد می شود به دست می آید. را می توان با همجوشی GeO 2 و اکسیدهای دیگر به دست آورد.

در نتیجه برهمکنش ژرمانیوم و هالوژن، تتراهالیدهای مربوطه می توانند تشکیل شوند. واکنش می تواند به راحتی با کلر و فلوئور (حتی در دمای اتاق)، سپس با ید (درجه حرارت 700-800 درجه سانتیگراد، حضور CO) و برم (در حرارت کم) انجام شود. یکی از مهمترین ترکیبات ژرمانیوم تتراکلرید (فرمول GeCl 4) است. این مایع بی رنگ با نقطه ذوب 49.5 درجه سانتی گراد، نقطه جوش 83.1 درجه سانتی گراد و چگالی 1.84 گرم بر سانتی متر مکعب (در 20 درجه سانتی گراد) است. این ماده به شدت توسط آب هیدرولیز می شود و رسوبی از اکسید هیدراته (IV) آزاد می کند. تتراکلرید از کلرزنی فلز ژرمانیوم یا با واکنش اکسید GeO 2 و اسید هیدروکلریک غلیظ به دست می آید. دی هالیدهای ژرمانیوم با فرمول عمومی GeX 2، هگزاکلرودی ژرمن Ge 2 Cl 6، تک کلرید GeCl و همچنین اکسی کلریدهای ژرمانیوم (به عنوان مثال CeOCl 2) نیز شناخته شده اند.

هنگامی که به دمای 900-1000 درجه سانتیگراد رسید، گوگرد به شدت با ژرمانیوم برهم کنش می کند و دی سولفید GeS 2 را تشکیل می دهد. این ماده جامد سفید رنگ با نقطه ذوب 825 درجه سانتیگراد است. تشکیل مونوسولفید GeS و ترکیبات مشابه ژرمانیوم با تلوریم و سلنیوم که نیمه هادی هستند نیز امکان پذیر است. در دمای 1000-1100 درجه سانتی گراد، هیدروژن کمی با ژرمانیوم واکنش می دهد و ژرمین (GeH) X را تشکیل می دهد که یک ترکیب ناپایدار و بسیار فرار است. ژرمانیدهای هیدروژن سری Ge n H 2n + 2 تا Ge 9 H 20 را می توان با واکنش ژرمانیدها با HCl رقیق تشکیل داد. جرمیلن با ترکیب GeH 2 نیز شناخته شده است. ژرمانیوم مستقیماً با نیتروژن واکنش نمی دهد، اما یک نیترید Ge 3 N 4 وجود دارد که زمانی که ژرمانیوم در معرض آمونیاک (700-800 درجه سانتیگراد) قرار می گیرد، به دست می آید. ژرمانیوم با کربن واکنش نمی دهد. با بسیاری از فلزات، ژرمانیوم ترکیبات مختلفی را تشکیل می دهد - ژرمانیدها.

بسیاری از ترکیبات پیچیده ژرمانیوم شناخته شده است که اهمیت فزاینده ای در شیمی تجزیه عنصر ژرمانیوم و همچنین در فرآیندهای به دست آوردن عنصر شیمیایی پیدا می کند. ژرمانیوم قادر به تشکیل ترکیبات پیچیده با مولکول های آلی حاوی هیدروکسیل (الکل های پلی هیدریک، اسیدهای پلی بازیک و غیره) است. هتروپلی اسیدهای ژرمانیوم نیز وجود دارد. مانند سایر عناصر گروه IV، ژرمانیوم معمولاً ترکیبات آلی فلزی را تشکیل می دهد. یک مثال تترااتیل ژرمن (C 2 H 5) 4 Ge 3 است.