Onko elimistössäsi tarpeeksi germaniumia: mitkä ovat mikroelementin edut, miten puutos tai ylimäärä tunnistaa. Germanium on harvinainen ja hyödyllinen puolimetalli.Geranium on ei-metalli.

Germanium on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 32 jaksollisessa taulukossa ja jota symboloi symboli Ge (saksa). germaaniumia).

Germaniumin löytämisen historia

D.I ennusti alkuaineen eca-silicon, piin analogin, olemassaolon. Mendelejev jo vuonna 1871. Ja vuonna 1886 yksi Freibergin kaivosakatemian professoreista löysi uuden hopeamineraalin - argyrodiitin. Tämä mineraali luovutettiin sitten teknisen kemian professori Clemens Winklerille täydellistä analyysiä varten.

Tätä ei tehty sattumalta: 48-vuotiasta Winkleria pidettiin akatemian parhaana analyytikkona.

Melko nopeasti hän huomasi, että mineraali sisälsi 74,72 % hopeaa, 17,13 % rikkiä, 0,31 % elohopeaa, 0,66 % rautaoksidia ja 0,22 % sinkkioksidia. Ja lähes 7% uuden mineraalin painosta muodosti jonkin käsittämättömän elementin, joka todennäköisesti vielä tuntematon. Winkler eristi tunnistamattoman komponentin argyrodpt, tutki sen ominaisuuksia ja tajusi, että hän oli todellakin löytänyt uuden alkuaineen - Mendelejevin ennustaman eskapliciumin. Tämä on elementin, jonka atominumero on 32, lyhyt historia.

Olisi kuitenkin väärin ajatella, että Winklerin työ sujui mutkattomasti, ilman ongelmia. Tässä on mitä Mendelejev kirjoittaa tästä "Kemian perusteet" -kirjan kahdeksannen luvun lisäyksissä: "Aluksi (helmikuussa 1886) materiaalin puute, polttimen liekin spektrin puute ja monien germaniumyhdisteiden liukoisuus tekivät sen. vaikeaa Winklerin tutkimukselle...” Kiinnitä huomiota ”liekin spektrin puuttumiseen”. Kuinka niin? Loppujen lopuksi spektrianalyysimenetelmä oli jo olemassa vuonna 1886; Tällä menetelmällä rubidium, cesium, tallium ja indium löydettiin jo maapallolta ja helium Auringosta. Tiedemiehet tiesivät varmasti, että jokaisella kemiallisella elementillä on täysin yksilöllinen spektri, ja yhtäkkiä spektriä ei ole!

Selitys tuli myöhemmin. Germaniumilla on tyypillisiä spektriviivoja - aallonpituuksilla 2651,18, 3039,06 Ǻ ja useilla muilla. Mutta ne kaikki sijaitsevat spektrin näkymättömässä ultraviolettiosassa, ja voidaan pitää onnekkaana, että Winklerin sitoutuminen perinteisiin analyysimenetelmiin - ne johti menestykseen.

Winklerin käyttämä menetelmä germaniumin eristämiseen on samanlainen kuin yksi nykyisistä teollisista menetelmistä elementin nro 32 saamiseksi. Ensin argarodniitin sisältämä germanium muutettiin dioksidiksi ja sitten tämä valkoinen jauhe kuumennettiin 600...700°C:een vetyatmosfäärissä. Reaktio on ilmeinen: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Näin saatiin ensimmäistä kertaa suhteellisen puhdasta germaniumia. Winkler aikoi alun perin nimetä uuden elementin neptuniumin planeetan Neptunuksen mukaan. (Kuten elementti 32, tämä planeetta ennustettiin ennen sen löytämistä.) Mutta sitten kävi ilmi, että tällainen nimi oli aiemmin annettu yhdelle virheellisesti löydetylle elementille, ja haluamatta vaarantaa löytöään, Winkler hylkäsi ensimmäisen aikomuksensa. Hän ei myöskään hyväksynyt ehdotusta uuden elementin nimeämisestä angulariumiksi, ts. "kulmikas, kiistanalainen" (ja tämä löytö aiheutti todella paljon kiistaa). Totta, ranskalainen kemisti Rayon, joka esitti tällaisen idean, sanoi myöhemmin, että hänen ehdotuksensa oli vain vitsi. Winkler nimesi uuden alkuaineen maansa mukaan germaniumiksi, ja nimi jäi kiinni.

Germaniumin löytäminen luonnosta

On huomattava, että maankuoren geokemiallisen evoluution aikana suuri määrä germaniumia huuhtoi suurimmalta osalta maan pintaa valtameriin, joten tällä hetkellä tämän maaperän sisältämän mikroelementin määrä on erittäin merkityksetön.

Germaniumin kokonaispitoisuus maankuoressa on 7 × 10 −4 massaprosenttia, eli enemmän kuin esimerkiksi antimonia, hopeaa, vismuttia. Koska germaniumilla on merkityksetöntä maankuoren pitoisuus ja geokemiallinen affiniteetti eräiden laajalle levinneiden alkuaineiden kanssa, sillä on rajallinen kyky muodostaa omia mineraalejaan, jotka hajoavat muiden mineraalien hilakoihin. Siksi germaniumin omat mineraalit ovat erittäin harvinaisia. Lähes kaikki ne ovat sulfosuoloja: germaniitti Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10 % Ge), argyrodiitti Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7 % Ge), konfieldiitti Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (jopa 2 % Ge) jne. Suurin osa germaniumista on hajallaan maankuoressa useissa kivissä ja mineraaleissa. Esimerkiksi joissakin sfaleriiteissa germaniumpitoisuus saavuttaa kiloa per tonni, enargiiteissa jopa 5 kg/t, pyrargyriitissa jopa 10 kg/t, sulvaniitissa ja frankeiteissa 1 kg/t, muissa sulfideissa ja silikaateissa satoja ja kymmeniä. g/t. T. Germanium on keskittynyt monien metallien esiintymiin - ei-rautametallien sulfidimalmeihin, rautamalmeihin, joihinkin oksidimineraaleihin (kromiitti, magnetiitti, rutiili jne.), graniitteihin, diabaaseihin ja basalteihin. Lisäksi germaniumia on lähes kaikissa silikaateissa, joissakin hiili- ja öljyesiintymissä.

Kuitti Saksa

Germaniumia saadaan pääasiassa ei-rautametallimalmien (sinkkiseos, sinkki-kupari-lyijypolymetallirikasteet) prosessoinnin sivutuotteista, jotka sisältävät 0,001-0,1 % germaaniumia. Raaka-aineina käytetään myös hiilen polton tuhkaa, kaasunkehittäjien pölyä ja koksilaitosten jätettä. Aluksi germaniumrikastetta (2-10 % Saksa) saadaan luetelluista lähteistä eri tavoilla raaka-aineiden koostumuksesta riippuen. Germaniumin uuttaminen rikasteesta sisältää yleensä seuraavat vaiheet:

1) konsentraatin klooraus kloorivetyhapolla, sen seoksella kloorin kanssa vesipitoisessa väliaineessa tai muilla kloorausaineilla teknisen GeCl 4:n saamiseksi. GeCl4:n puhdistamiseen käytetään rektifikaatiota ja epäpuhtauksien uuttamista väkevällä HCl:lla.

2) GeCl 4:n hydrolyysi ja hydrolyysituotteiden kalsinointi GeO 2:n saamiseksi.

3) GeO 2:n pelkistys vedyllä tai ammoniakilla metalliksi. Puolijohdelaitteissa käytettävän erittäin puhtaan germaniumin eristämiseksi suoritetaan metallin vyöhykesulatus. Puolijohdeteollisuudessa tarvittava yksikiteinen germanium saadaan yleensä vyöhykesulatuksella tai Czochralskin menetelmällä.

GeO2 + 4H2 = Ge + 2H2O

Puolijohdepuhtaus germaaniumia, jonka epäpuhtauspitoisuus on 10 -3 -10 -4 %, saadaan haihtuvan monogermaanin GeH 4 vyöhykesulattamalla, kiteyttämällä tai termolyysillä:

GeH 4 = Ge + 2H 2,

joka muodostuu aktiivisten metalliyhdisteiden hajoamisen aikana germanideilla hapoilla:

Mg 2 Ge + 4 HCl = GeH 4 - + 2 MgCl 2

Germaniumia esiintyy epäpuhtautena polymetalli-, nikkeli- ja volframimalmeissa sekä silikaateissa. Malmin rikastamisen ja konsentroimisen monimutkaisten ja työvoimavaltaisten toimenpiteiden tuloksena germanium eristetään GeO 2 -oksidin muodossa, joka pelkistetään vedyllä 600 °C:ssa yksinkertaiseksi aineeksi:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Germaniumin yksittäiskiteet puhdistetaan ja kasvatetaan vyöhykesulatusmenetelmällä.

Puhdasta germaniumdioksidia saatiin ensimmäisen kerran Neuvostoliitossa vuoden 1941 alussa. Siitä valmistettiin germaniumlasia, jolla oli erittäin korkea valon taitekerroin. Alkuaineen nro 32 ja sen mahdollista tuotantomenetelmiä koskeva tutkimus jatkui sodan jälkeen, vuonna 1947. Nyt germanium kiinnosti Neuvostoliiton tutkijoita juuri puolijohteena.

Fyysiset ominaisuudet Saksa

Ulkonäöltään germanium voidaan helposti sekoittaa piihin.

Germanium kiteytyy kuutiomaisessa timanttityyppisessä rakenteessa, yksikkökennoparametri a = 5,6575 Å.

Tämä elementti ei ole yhtä vahva kuin titaani tai volframi. Kiinteän germaniumin tiheys on 5,327 g/cm3 (25 °C); neste 5,557 (1000 °C); tpl 937,5 °C; kiehumispiste noin 2700 °C; lämmönjohtavuuskerroin ~60 W/(m K) tai 0,14 cal/(cm sek deg) 25°C:ssa.

Germanium on melkein yhtä hauras kuin lasi ja voi käyttäytyä sen mukaisesti. Jopa tavallisissa lämpötiloissa, mutta yli 550 °C, se on altis plastisille muodonmuutoksille. Kovuus Saksa mineralogisella asteikolla 6-6,5; kokoonpuristuvuuskerroin (painealueella 0-120 H/m2 tai 0-12000 kgf/mm2) 1,4·10-7 m 2 /mn (1,4·10-6 cm 2 /kgf); pintajännitys 0,6 n/m (600 dyne/cm). Germanium on tyypillinen puolijohde, jonka kaistaväli on 1,104·10-19 J tai 0,69 eV (25 °C); sähkövastus Saksa korkea puhtaus 0,60 ohm m (60 ohm cm) 25 °C:ssa; elektronien liikkuvuus 3900 ja aukkojen liikkuvuus 1900 cm 2 /v sek (25°C) (epäpuhtauspitoisuus alle 10 -8 %).

Kaikki kiteisen germaniumin "epätavalliset" modifikaatiot ovat sähkönjohtavuudeltaan parempia kuin Ge-I. Tämän ominaisuuden mainitseminen ei ole sattumaa: sähkönjohtavuuden arvo (tai sen käänteisarvo - resistanssi) on erityisen tärkeä puolijohdeelementille.

Kemialliset ominaisuudet Saksa

Kemiallisissa yhdisteissä germaniumilla on yleensä valenssi 4 tai 2. Yhdisteet, joiden valenssi on 4, ovat stabiilimpia. Normaaliolosuhteissa se kestää ilmaa ja vettä, emäksiä ja happoja, liukenee veteen ja emäksiseen vetyperoksidiliuokseen. Käytetään germaniummetalliseoksia ja germaniumdioksidipohjaista lasia.

Kemiallisissa yhdisteissä germaniumin valenssit ovat yleensä 2 ja 4, kun taas 4-arvoisen germaniumin yhdisteet ovat vakaampia. Huoneenlämmössä germanium kestää ilmaa, vettä, alkaliliuoksia ja laimeita kloorivety- ja rikkihappoja, mutta liukenee helposti vesistöihin ja emäksiseen vetyperoksidiliuokseen. Se hapettuu hitaasti typpihapon vaikutuksesta. Kuumennettaessa ilmassa 500-700 °C:seen germanium hapettuu oksideiksi GeO ja GeO 2. Saksa (IV) oksidi - valkoinen jauhe, sulamispiste 1116°C; vesiliukoisuus 4,3 g/l (20°C). Kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan se on amfoteerinen, liukenee emäksiin ja vaikeasti mineraalihappoihin. Se saadaan kalsinoimalla GeCl 4 -tetrakloridin hydrolyysin aikana vapautunut hydraattisakka (GeO 3 · nH 2 O). Fuusioimalla GeO 2 muiden oksidien kanssa voidaan saada germaanihapon johdannaisia ​​- metalligermanaatteja (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 ja muita) - kiinteitä aineita, joilla on korkea sulamispiste.

Kun germanium reagoi halogeenien kanssa, muodostuu vastaavia tetrahalogenideja. Reaktio etenee helpoimmin fluorilla ja kloorilla (jo huoneenlämpötilassa), sitten bromilla (alhainen kuumennus) ja jodilla (700-800 °C:ssa CO:n läsnä ollessa). Yksi tärkeimmistä yhdisteistä Saksan tetrakloridi GeCl 4 on väritön neste; tpl -49,5 °C; kiehumispiste 83,1 °C; tiheys 1,84 g/cm3 (20 °C). Se hydrolysoituu voimakkaasti vedellä, jolloin vapautuu hydratoituneen oksidin (IV) sakka. Sitä saadaan klooraamalla metallista germaniumia tai antamalla GeO 2:n reagoida väkevän HCl:n kanssa. Tunnetaan myös yleiskaavan GeX2 mukaiset germaniumdihalogenidit, GeCl-monokloridi, heksaklooridigermaani Ge2Cl6 ja germaniumoksikloridit (esimerkiksi CeOCl2).

Rikki reagoi kiivaasti germaanin kanssa 900-1000 °C:ssa muodostaen disulfidi GeS2 - valkoista kiinteää ainetta, sulamispiste 825 °C. Myös GeS-monosulfidi ja vastaavat saksalaiset yhdisteet seleenin ja telluurin kanssa, jotka ovat puolijohteita, kuvataan. Vety reagoi lievästi germaanin kanssa 1000-1100°C:ssa muodostaen germiinin (GeH) X, epästabiilin ja erittäin haihtuvan yhdisteen. Saattamalla germanidit reagoimaan laimean suolahapon kanssa voidaan saada germanidivetyjä sarjasta Ge n H 2n+2 aina Ge 9 H 20:een. Tunnetaan myös germyleeni, jonka koostumus on GeH2. Germanium ei reagoi suoraan typen kanssa, mutta siinä on nitridi Ge 3 N 4, joka saadaan ammoniakin vaikutuksesta germaaniin lämpötilassa 700-800 °C. Germanium ei ole vuorovaikutuksessa hiilen kanssa. Germanium muodostaa yhdisteitä monien metallien kanssa - germanideja.

Tunnetaan lukuisia monimutkaisia ​​germaniumyhdisteitä, joiden merkitys on tulossa yhä tärkeämmäksi sekä germaniumin analyyttisessä kemiassa että sen valmistusprosesseissa. Germanium muodostaa monimutkaisia ​​yhdisteitä orgaanisia hydroksyyliä sisältävien molekyylien kanssa (moniarvoiset alkoholit, moniemäksiset hapot ja muut). Saatiin Saksan heteropolyhappoja. Kuten muillekin ryhmän IV alkuaineille, germaniumille on ominaista organometalliyhdisteiden muodostuminen, joista esimerkki on tetraetyyligermaani (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Kaksiarvoisen germaniumin yhdisteet.

germanium(II)hydridi GeH2. Valkoinen epävakaa jauhe (hajoaa räjähdysmäisesti ilmassa tai hapessa). Reagoi alkalien ja bromin kanssa.

Germanium(II)monohydridipolymeeri (polygermiini) (GeH2)n. Ruskehtavan musta jauhe. Se liukenee huonosti veteen, hajoaa välittömästi ilmassa ja räjähtää kuumennettaessa 160 o C:seen tyhjiössä tai inerttikaasun ilmakehässä. Se muodostuu natriumgermanidin NaGe:n elektrolyysin aikana.

germanium(II)oksidi GeO. Mustia kiteitä perusominaisuuksilla. Hajoaa 500°C:ssa GeO 2:ksi ja Ge:ksi. Hapeutuu hitaasti vedessä. Liukenee niukasti kloorivetyhappoon. Näyttää korjaavat ominaisuudet. Sitä saadaan vaikuttamalla CO 2 700-900 o C:een kuumennettuun germaniummetalliin, emäksillä germanium(II)kloridilla, kalsinoimalla Ge(OH) 2 tai pelkistämällä GeO 2 .

germanium(II)hydroksidi Ge(OH)2. Punaoransseja kiteitä. Kuumennettaessa se muuttuu GeO:ksi. Näyttää amfoteerisen luonteen. Sitä saadaan käsittelemällä germanium(II)-suoloja emäksillä ja germanium(II)-suolojen hydrolyysillä.

germanium(II)fluoridi GeF2. Värittömiä hygroskooppisia kiteitä, sulamispiste = 111°C. Se saadaan GeF 4 -höyryn vaikutuksesta germaniummetalliin kuumennettaessa.

germanium(II)kloridi GeCl2. Värittömiä kiteitä. tpl = 76,4 °C, t kiehumispiste = 450 °C. 460°C:ssa se hajoaa GeCl 4:ksi ja metalliksi germaniumiksi. Hydrolysoituu vedellä, liukenee heikosti alkoholiin. Se saadaan GeCl 4 -höyryn vaikutuksesta germaniummetalliin kuumennettaessa.

germaanium(II)bromidi GeBr2. Läpinäkyviä neulan muotoisia kiteitä. tpl = 122 °C. Hydrolysoituu vedellä. Liukenee niukasti bentseeniin. Liukenee alkoholiin, asetoniin. Valmistettu saattamalla germanium(II)hydroksidi reagoimaan bromivetyhapon kanssa. Kuumennettaessa se epäsuhtautuu metalliksi germaniumiksi ja germanium(IV)bromidiksi.

germanium(II)jodidi GeI 2. Keltaiset kuusikulmaiset levyt, diamagneettiset. t pl =460 o C. Liukenee heikosti kloroformiin ja hiilitetrakloridiin. Kuumennettaessa yli 210°C:een se hajoaa metalliksi germaniumiksi ja germaniumtetrajodidiksi. Saatu pelkistämällä germanium(II)jodidi hypofosforihapolla tai germaniumtetrajodidin lämpöhajotuksella.

germanium(II)sulfidi GeS. Saatiin kuivia - harmahtavan mustia kiiltäviä rombisia läpinäkymättömiä kiteitä. tpl = 615 °C, tiheys on 4,01 g/cm3. Liukenee heikosti veteen ja ammoniakkiin. Liukenee kaliumhydroksidiin. Märkänä saatu punaruskea amorfinen sedimentti, jonka tiheys on 3,31 g/cm 3 . Liukenee mineraalihappoihin ja ammoniumpolysulfidiin. Sitä saadaan kuumentamalla germaniumia rikillä tai johtamalla rikkivetyä germanium(II)-suolaliuoksen läpi.

Neliarvoisen germaniumin yhdisteet.

germanium(IV)hydridi GeH4. Väritön kaasu (tiheys 3,43 g/cm3). Se on myrkyllistä, haisee erittäin epämiellyttävältä, kiehuu -88 o C:ssa, sulaa noin -166 o C:ssa ja dissosioituu termisesti yli 280 o C:ssa. Ohjaamalla GeH 4 lämmitetyn putken läpi sen pinnalle saadaan metallisen germaniumin kiiltävä peili. seinät. Sitä saadaan vaikuttamalla LiAlH 4 germanium(IV)kloridiin eetterissä tai käsittelemällä germanium(IV)kloridiliuosta sinkillä ja rikkihapolla.

germanium(IV)oksidi GeO2. Se on olemassa kahden kiteisen muunnelman muodossa (heksagonaalinen, jonka tiheys on 4,703 g/cm 3 ja tetraedri, jonka tiheys on 6,24 g/cm 3 ). Molemmat ovat ilmavakaita. Liukenee heikosti veteen. t pl =1116 o C, t kiehua =1200 o C. Näyttää amfoteerisen luonteen. Alumiini, magnesium ja hiili pelkistävät sen metalliksi germaniumiksi kuumennettaessa. Sitä saadaan syntetisoimalla alkuaineista, kalsinoimalla germaniumsuoloja haihtuvilla hapoilla, hapettamalla sulfideja, hydrolysoimalla germaniumtetrahalogenideja, käsittelemällä alkalimetalligermaniitteja hapoilla ja metallista germaniumia väkevällä rikki- tai typpihapolla.

germanium(IV)fluoridi GeF4. Väritön kaasu, joka höyrystyy ilmassa. tpl = -15 °C, t kiehumispiste = -37 °C. Hydrolysoituu vedellä. Saatu bariumtetrafluorogermanaatin hajoamisesta.

germanium(IV)kloridi GeCl4. Väritön neste. t pl = -50 o C, t kiehua = 86 o C, tiheys 1,874 g/cm 3. Hydrolysoituu vedellä, liukenee alkoholiin, eetteriin, hiilidisulfidiin, hiilitetrakloridiin. Se valmistetaan kuumentamalla germaniumia kloorilla ja johtamalla kloorivetyä germanium(IV)oksidisuspension läpi.

germaanium(IV)bromidi GeBr4. Oktaedrisiä värittömiä kiteitä. t pl = 26 o C, t kiehua = 187 o C, tiheys on 3,13 g/cm 3. Hydrolysoituu vedellä. Liukenee bentseeniin, hiilidisulfidiin. Se saadaan johtamalla bromihöyryä kuumennetun germaniummetallin yli tai käyttämällä bromivetyhappoa germanium(IV)oksidiin.

germanium(IV)jodidi GeI 4. Keltaoranssit oktaedrikiteet, t pl = 146 o C, t bp = 377 o C, tiheys 4,32 g/cm 3. 445 o C:ssa se hajoaa. Se liukenee bentseeniin, hiilidisulfidiin ja hydrolysoituu vedessä. Ilmassa se hajoaa vähitellen germanium(II)jodidiksi ja jodiksi. Lisää ammoniakkia. Sitä saadaan johtamalla jodihöyryä kuumennetun germaniumin yli tai jodihapon vaikutuksesta germanium(IV)oksidiin.

germanium(IV)sulfidi GeS 2. Valkoinen kiteinen jauhe, t pl =800 o C, tiheys 3,03 g/cm 3. Se liukenee heikosti veteen ja hydrolysoituu siinä hitaasti. Liukenee ammoniakkiin, ammoniumsulfidiin ja alkalimetallisulfideihin. Sitä saadaan kuumentamalla germanium(IV)oksidia rikkidioksidivirrassa rikin kanssa tai johtamalla rikkivetyä germanium(IV)suolan liuoksen läpi.

germanium(IV)sulfaatti Ge(SO4)2. Värittömiä kiteitä, tiheys 3,92 g/cm3. Hajoaa 200 o C:ssa. Pelkistetään hiilen tai rikin vaikutuksesta sulfidiksi. Reagoi veden ja alkaliliuosten kanssa. Valmistettu kuumentamalla germanium(IV)kloridia rikki(VI)oksidin kanssa.

germaniumin isotoopit

Luonnosta löytyy viisi isotooppia: 70 Ge (20,55 paino-%), 72 Ge (27,37 %), 73 Ge (7,67 %), 74 Ge (36,74 %), 76 Ge (7,67 %). Ensimmäiset neljä ovat vakaita, viides (76 Ge) läpikäy kaksinkertaisen beetahajoamisen puoliintumisajan ollessa 1,58 × 10 21 vuotta. Lisäksi on olemassa kaksi "pitkäikäistä" keinotekoista: 68 Ge (puoliintumisaika 270,8 päivää) ja 71 Ge (puoliintumisaika 11,26 päivää).

Germaniumin käyttö

Germaniumia käytetään optiikan valmistuksessa. Spektrin infrapuna-alueen läpinäkyvyytensä vuoksi erittäin puhdas metalligermanium on strategisesti tärkeä optisten elementtien tuotannossa infrapunaoptiikkaan. Radiotekniikassa germaniumtransistoreilla ja ilmaisindiodeilla on erilaiset ominaisuudet kuin piillä, mikä johtuu germaniumin pn-liitoksen alhaisemmasta käynnistysjännitteestä - 0,4 V verrattuna piilaitteiden 0,6 V:iin.

Katso lisätietoja artikkelista germaniumin käytöstä.

Germaniumin biologinen rooli

Germaniumia löytyy eläin- ja kasviorganismeista. Pienillä määrillä germaniumia ei ole fysiologista vaikutusta kasveihin, mutta ne ovat myrkyllisiä suurina määrinä. Germanium ei ole myrkyllinen homeille.

Germaniumin myrkyllisyys eläimille on alhainen. Germaniumyhdisteillä ei ole farmakologisia vaikutuksia. Germaniumin ja sen oksidin sallittu pitoisuus ilmassa on 2 mg/m³ eli sama kuin asbestipölylle.

Kaksiarvoisen germaniumin yhdisteet ovat paljon myrkyllisempiä.

Kokeissa, joissa määritettiin orgaanisen germaniumin jakautuminen kehossa 1,5 tuntia sen oraalisen annon jälkeen, saatiin seuraavat tulokset: suuria määriä orgaanista germaniumia on mahalaukussa, ohutsuolessa, luuytimessä, pernassa ja veressä. Lisäksi sen korkea pitoisuus mahassa ja suolistossa osoittaa, että sen imeytymisprosessilla vereen on pitkittynyt vaikutus.

Veren korkea orgaanisen germaniumin pitoisuus antoi tri Asaille mahdollisuuden esittää seuraavan teorian sen vaikutusmekanismista ihmiskehossa. Oletetaan, että orgaaninen germanium käyttäytyy veressä samalla tavalla kuin hemoglobiini, jolla on myös negatiivinen varaus ja joka hemoglobiinin tavoin osallistuu hapen siirtoprosessiin kehon kudoksissa. Tämä estää hapen puutteen (hypoksia) kehittymisen kudostasolla. Orgaaninen germanium estää ns. veren hypoksian kehittymisen, joka syntyy, kun happea sitovan hemoglobiinin määrä vähenee (veren happikapasiteetin heikkeneminen) ja kehittyy verenhukan, häkämyrkytyksen ja säteilyaltistuksen seurauksena. . Keskushermosto, sydänlihas, munuaiskudos ja maksa ovat herkimpiä hapenpuutteelle.

Kokeiden tuloksena havaittiin myös, että orgaaninen germanium edistää gamma-interferonien induktiota, jotka estävät nopeasti jakautuvien solujen lisääntymisprosesseja ja aktivoivat tiettyjä soluja (T-tappajia). Interferonien pääasialliset toimintasuunnat kehon tasolla ovat antiviraalinen ja kasvaimia estävä suoja, imusolmukkeiden immunomoduloivat ja radiosuojaavat toiminnot

Tutkittaessa patologisia kudoksia ja kudoksia, joilla on ensisijaisia ​​sairauksien oireita, havaittiin, että niille on aina ominaista hapen puute ja positiivisesti varautuneiden vetyradikaalien H + läsnäolo. H+-ioneilla on erittäin kielteinen vaikutus ihmiskehon soluihin, jopa niiden kuolemaan asti. Happi-ionit, joilla on kyky yhdistyä vetyionien kanssa, mahdollistavat selektiivisesti ja paikallisesti vetyionien aiheuttamien solu- ja kudosvaurioiden kompensoinnin. Germaniumin vaikutus vetyioneihin johtuu sen orgaanisesta muodosta - seskvioksidimuodosta. Artikkelin valmistelussa käytettiin A. N. Suponenkon materiaaleja.

Huomaa, että saamme germaniumia missä tahansa määrässä ja muodossa, mukaan lukien. romun muodossa. Voit myydä germaniumia soittamalla yllä mainittuun Moskovan puhelinnumeroon.

Germanium on hauras, hopeanvalkoinen puolimetalli, joka löydettiin vuonna 1886. Tätä mineraalia ei löydy puhtaassa muodossaan. Sitä löytyy silikaateista, rauta- ja sulfidimalmeista. Jotkut sen yhdisteistä ovat myrkyllisiä. Germaniumia käytetään laajalti sähköteollisuudessa, jossa sen puolijohdeominaisuudet ovat hyödyllisiä. Se on välttämätön infrapuna- ja kuituoptiikan tuotannossa.

Mitä ominaisuuksia germaniumilla on?

Tämän mineraalin sulamispiste on 938,25 celsiusastetta. Tutkijat eivät vieläkään pysty selittämään sen lämpökapasiteetin indikaattoreita, mikä tekee siitä välttämättömän monilla aloilla. Germaniumilla on kyky lisätä tiheyttä sulaessaan. Sillä on erinomaiset sähköfysikaaliset ominaisuudet, mikä tekee siitä erinomaisen epäsuoran rakopuolijohteen.

Jos puhumme tämän puolimetallin kemiallisista ominaisuuksista, on huomattava, että se kestää happoja ja emäksiä, vettä ja ilmaa. Germanium liukenee vetyperoksidin ja aqua regian liuokseen.

Saksan kaivostoiminta

Tätä puolimetallia louhitaan tällä hetkellä rajoitettu määrä. Sen esiintymät ovat huomattavasti pienempiä verrattuna vismutti-, antimoni- ja hopeaesiintymiin.

Koska tämän mineraalin osuus maankuoressa on melko pieni, se muodostaa omia mineraalejaan muiden metallien joutuessa kidehiloihin. Suurin germaniumpitoisuus havaitaan sfaleriiteissa, pyrargyriitissä, sulfaniitissa sekä ei-rauta- ja rautamalmeissa. Sitä löytyy, mutta paljon harvemmin, öljy- ja hiiliesiintymistä.

Germaniumin käyttötarkoitukset

Huolimatta siitä, että germanium löydettiin melko kauan sitten, sitä alettiin käyttää teollisuudessa noin 80 vuotta sitten. Puolimetallia käytettiin ensin sotilastuotannossa tiettyjen elektronisten laitteiden valmistukseen. Tässä tapauksessa se löysi sovelluksen diodeina. Nyt tilanne on hieman muuttunut.

Germaniumin suosituimpia käyttöalueita ovat:

• optiikan tuotanto. Puolimetallista on tullut välttämätön optisten elementtien valmistuksessa, joihin kuuluvat optiset anturiikkunat, prismat ja linssit. Germaniumin läpinäkyvyysominaisuudet infrapuna-alueella olivat hyödyllisiä tässä. Puolimetallia käytetään optiikan tuotannossa lämpökuvauskameroita, palojärjestelmiä ja pimeänäkölaitteita varten;
• radioelektroniikan tuotanto. Tällä alueella puolimetallia käytettiin diodien ja transistorien valmistukseen. Kuitenkin 70-luvulla germaniumlaitteet korvattiin piilaitteilla, koska pii mahdollisti merkittävästi valmistettujen tuotteiden teknisten ja toiminnallisten ominaisuuksien parantamisen. Lämpötilavaikutusten kestävyyden indikaattorit ovat lisääntyneet. Lisäksi germaniumlaitteet pitivät käytön aikana paljon ääntä.

Tämänhetkinen tilanne germaniumin kanssa

Tällä hetkellä puolimetallia käytetään mikroaaltouunien valmistuksessa. Germaniumtelleridi on osoittautunut hyvin lämpösähköiseksi materiaaliksi. Germaniumin hinnat ovat nyt melko korkeat. Yksi kilogramma germaniummetallia maksaa 1 200 dollaria.

Saksan ostaminen

Hopeanharmaa germanium on harvinainen. Hauraalla puolimetallilla on puolijohdeominaisuuksia, ja sitä käytetään laajalti nykyaikaisten sähkölaitteiden luomiseen. Sitä käytetään myös korkean tarkkuuden optisten instrumenttien ja radiolaitteiden luomiseen. Germanium on arvokas sekä puhtaan metallin että dioksidin muodossa.

Goldform-yhtiö on erikoistunut germaniumin, erilaisten metalliromun ja radiokomponenttien hankintaan. Tarjoamme apua materiaalin arvioinnissa ja kuljetuksessa. Voit lähettää germaniumia postitse ja saada rahasi kokonaisuudessaan.

Vuonna 1870 D.I. Mendelejev ennusti jaksollisen lain perusteella vielä löytämättömän ryhmän IV elementin, kutsuen sitä eca-piiksi, ja kuvasi sen pääominaisuuksia. Vuonna 1886 saksalainen kemisti Clemens Winkler löysi tämän kemiallisen alkuaineen mineraaliargyrodiitin kemiallisen analyysin aikana. Alun perin Winkler halusi kutsua uutta elementtiä "neptuniumiksi", mutta tämä nimi oli jo annettu yhdelle ehdotetuista alkuaineista, joten elementti nimettiin tiedemiehen kotimaan Saksan kunniaksi.

Luonnossa oleminen, vastaanottaminen:

Germaniumia löytyy sulfidimalmeista, rautamalmista ja sitä löytyy melkein kaikista silikaateista. Tärkeimmät germaniumia sisältävät mineraalit ovat: argyrodiitti Ag 8 GeS 6 , konfieldiitti Ag 8 (Sn,Ce)S 6, stottiitti FeGe(OH) 6, germaniitti Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, renieriitti Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4.
Monimutkaisten ja työvaltaisten malmin rikastus- ja rikastamistoimenpiteiden tuloksena germanium eristetään GeO 2 -oksidin muodossa, joka pelkistetään vedyllä 600 °C:ssa yksinkertaiseksi aineeksi.
GeO2 + 2H2 =Ge + 2H2O
Germanium puhdistetaan vyöhykesulatusmenetelmällä, mikä tekee siitä yhden kemiallisesti puhtaimmista materiaaleista.

Fyysiset ominaisuudet:

Harmaanvalkoinen kiinteä aine, jolla on metallin kiilto (sp. 938 °C, kp. 2830 °C)

Kemialliset ominaisuudet:

Normaaleissa olosuhteissa germanium kestää ilmaa ja vettä, emäksiä ja happoja ja liukenee vesistöihin ja vetyperoksidin alkaliseen liuokseen. Germaniumin hapetusaste sen yhdisteissä: 2, 4.

Tärkeimmät liitännät:

germanium(II)oksidi, GeO, harmaa-musta, hieman liukeneva. b-in, kuumennettaessa se on epäsuhtainen: 2GeO = Ge + GeO 2
germanium(II)hydroksidi Ge(OH) 2, punaoranssi. Kristus.,
germanium(II)jodidi, GeI 2, keltainen. kr., sol. vedessä, hydrol. Hei hei.
germanium(II)hydridi, GeH 2, tv. valkoinen huokoset, helposti hapettuva. ja rappeutuminen.

germanium(IV)oksidi, GeO 2 , valkoinen amfoteerinen kide, joka saadaan germaniumkloridin, sulfidin, hydridin hydrolyysillä tai germaniumin reaktiolla typpihapon kanssa.
germaanium(IV)hydroksidi (germaanihappo), H 2 GeO 3 , heikko. undef. biaksiaalinen esimerkiksi germanaattisuolat, esimerkiksi. natriumgermanaatti, Na 2 GeO 3 , valkoinen kristalli, sol. vedessä; hygroskooppinen. On myös Na 2 -heksahydroksogermanaatteja (orto-germanaatteja) ja polygermanaatteja
germanium(IV)sulfaatti, Ge(SO 4) 2, väritön. kiteet, jotka on hydrolysoitu vedellä GeO 2:ksi, saatu kuumentamalla germanium(IV)kloridia rikkihapon anhydridillä 160 °C:ssa: GeCl 4 + 4SO 3 = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
germanium(IV)halogenidit, fluoridi GeF 4 - parhaat. kaasu, raakaöljy hydrol., reagoi HF:n kanssa muodostaen H 2 - fluorivetyhappoa: GeF 4 + 2HF = H 2,
kloridi GeCl 4, väritön. neste, hydr., bromidi GeBr 4, harmaa kr. tai väritöntä neste, sol. in org. yhteys,
jodidi GeI 4, kelta-oranssi kr., hidas. hydr., sol. in org. yhteys
germanium(IV)sulfidi, GeS 2, valkoinen cr., huonosti liukeneva. vedessä, hydrol., reagoi alkalien kanssa:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, muodostaen germanaatteja ja tiogermanaatteja.
germanium(IV)hydridi, "germane", GeH 4, väritön. kaasu, orgaaniset johdannaiset tetrametyyligermaani Ge(CH 3) 4, tetraetyyligermaani Ge(C 2 H 5) 4 - väritön. nesteitä.

Sovellus:

Tärkeimmät puolijohdemateriaalit, pääasialliset käyttöalueet: optiikka, radioelektroniikka, ydinfysiikka.

Germaniumyhdisteet ovat lievästi myrkyllisiä. Germanium on hivenaine, joka ihmiskehossa lisää elimistön immuunijärjestelmän tehokkuutta, taistelee syöpää vastaan ​​ja vähentää kipua. On myös huomattava, että germanium edistää hapen siirtymistä kehon kudoksiin ja on voimakas antioksidantti – kehon vapaiden radikaalien estäjä.
Ihmiskehon päivittäinen tarve on 0,4–1,5 mg.
Germaniumpitoisuuden mestari elintarvikkeiden joukossa on valkosipuli (750 mcg germaniumia 1 g valkosipulin kynsien kuivapainoa kohti).

Materiaalin ovat laatineet Tjumenin osavaltion yliopiston fysiikan ja kemian instituutin opiskelijat
Demchenko Yu.V., Bornovolokova A.A.
Lähteet:
Germanium//Wikipedia./ URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=63504262 (käyttöpäivä: 13.6.2014).
Germanium//Allmetals.ru/URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (käyttöpäivä: 13.6.2014).

MÄÄRITELMÄ

germaaniumia- jaksollisen järjestelmän 32. elementti. Nimitys - Ge latinan sanasta "germanium". Sijaitsee neljännellä jaksolla, IVA-ryhmä. Viittaa puolimetalleihin. Ydinpanos on 32.

Kompaktissa tilassaan germaniumilla on hopeanhohtoinen väri (kuva 1) ja se on ulkonäöltään samanlainen kuin metalli. Huoneenlämmössä se kestää ilmaa, happea, vettä, kloorivetyhappoa ja laimeita rikkihappoja.

Riisi. 1. Germanium. Ulkomuoto.

Germaniumin atomi- ja molekyylimassa

MÄÄRITELMÄ

Aineen suhteellinen molekyylimassa (Mr) on luku, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn molekyylin massa on suurempi kuin 1/12 hiiliatomin massasta, ja alkuaineen suhteellinen atomimassa (A r)— kuinka monta kertaa kemiallisen alkuaineen atomien keskimääräinen massa on suurempi kuin 1/12 hiiliatomin massasta.

Koska germanium esiintyy vapaassa tilassa monoatomisten Ge-molekyylien muodossa, sen atomi- ja molekyylimassojen arvot ovat samat. Ne ovat yhtä kuin 72,630.

germaniumin isotoopit

Tiedetään, että luonnossa germanium löytyy viiden stabiilin isotoopin muodossa: 70 Ge (20,55 %), 72 Ge (20,55 %), 73 Ge (7,67 %), 74 Ge (36,74 %) ja 76 Ge (7,67 %). ). Niiden massaluvut ovat 70, 72, 73, 74 ja 76. Germanium-isotoopin 70 Ge atomin ydin sisältää kolmekymmentäkaksi protonia ja kolmekymmentäkahdeksan neutronia, muut isotoopit eroavat siitä vain neutronien lukumäärässä.

On olemassa keinotekoisia epävakaita germaniumin radioaktiivisia isotooppeja, joiden massaluvut ovat 58-86, joista pisin elänyt isotooppi 68 Ge, jonka puoliintumisaika on 270,95 päivää.

germanium-ionit

Germaniumatomin ulkoenergiatasolla on neljä elektronia, jotka ovat valenssielektroneja:

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

Kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena germanium luovuttaa valenssielektroninsa, ts. on niiden luovuttaja ja muuttuu positiivisesti varautuneeksi ioniksi:

Ge 0 -2e → Ge 2+ ;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Germaniummolekyyli ja atomi

Vapaassa tilassa germanium esiintyy monoatomisten Ge-molekyylien muodossa. Tässä on joitain ominaisuuksia, jotka kuvaavat germaniumatomia ja -molekyyliä:

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

ESIMERKKI 2

Harjoittele	Laske germanium(IV)oksidin muodostavien alkuaineiden massaosuudet, jos sen molekyylikaava on GeO 2.
Ratkaisu	Elementin massaosuus minkä tahansa molekyylin koostumuksessa määritetään kaavalla: ω (X) = n × Ar (X) / herra (HX) × 100 %.

Germanium (latinan sanasta Germanium), nimeltään "Ge", on Dmitri Ivanovitš Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon IV ryhmän elementti; alkuaineen järjestysluku on 32, atomimassa 72,59. Germanium on kiinteä aine, jolla on metallinen kiilto ja harmaanvalkoinen väri. Vaikka germaniumin väri on melko suhteellinen käsite, kaikki riippuu materiaalin pintakäsittelystä. Joskus se voi olla harmaata kuin teräs, joskus hopeaa ja joskus täysin musta. Ulkoisesti germanium on melko lähellä piitä. Nämä elementit eivät ole vain samankaltaisia ​​toistensa kanssa, vaan niillä on myös suurelta osin samat puolijohdeominaisuudet. Niiden merkittävä ero on se, että germanium on yli kaksi kertaa painavampaa kuin pii.

Luonnossa esiintyvä germanium on viiden stabiilin isotoopin seos, joiden massaluvut ovat 76, 74, 73, 32, 70. Vuonna 1871 kuuluisa kemisti, jaksollisen järjestelmän "isä", Dmitri Ivanovitš Mendelejev ennusti ominaisuudet ja germaniumin olemassaolo. Hän kutsui tuolloin tuntematonta elementtiä "exasiliconiksi", koska. uuden aineen ominaisuudet olivat monella tapaa piin kaltaisia. Vuonna 1886 48-vuotias saksalainen kemisti K. Winkler löysi argirdiittia tutkittuaan täysin uuden kemiallisen alkuaineen luonnollisesta seoksesta.

Aluksi kemisti halusi kutsua elementtiä neptuniumiksi, koska myös planeetta Neptunus ennustettiin paljon aikaisemmin kuin se löydettiin, mutta sitten hän sai tietää, että tätä nimeä oli jo käytetty yhden alkuaineen väärässä löydössä, joten Winkler päätti. luopumaan tästä nimestä. Tiedemiestä pyydettiin nimeämään elementti angularium, joka käännettynä tarkoittaa "kiistanalaista, kulmikasta", mutta Winkler ei myöskään hyväksynyt tätä nimeä, vaikka elementti nro 32 aiheutti todella paljon kiistaa. Tiedemies oli kansallisuudeltaan saksalainen, joten hän päätti lopulta nimetä alkuaineen germaniumiksi kotimaansa Saksan kunniaksi.

Kuten myöhemmin kävi ilmi, germanium osoittautui vain aiemmin löydetyksi "eksasilikiksi". 1900-luvun jälkipuoliskolle asti germaniumin käytännön käyttökelpoisuus oli melko kapea ja rajallinen. Metallin teollinen tuotanto alkoi vasta puolijohdeelektroniikan teollisen tuotannon alkamisen seurauksena.

Germanium on puolijohdemateriaali, jota käytetään laajalti elektroniikassa ja tekniikassa sekä mikropiirien ja transistorien valmistuksessa. Tutkajärjestelmissä käytetään ohuita germaniumkalvoja, jotka kerrostetaan lasille ja käytetään vastuksena. Germaniumin ja metallien seoksia käytetään ilmaisimissa ja antureissa.

Elementillä ei ole sellaista lujuutta kuin volframi tai titaani, se ei toimi ehtymättömänä energialähteenä kuten plutonium tai uraani, materiaalin sähkönjohtavuus on myös kaukana korkeimmasta, ja teollisuustekniikassa päämetalli on rauta. Tästä huolimatta germanium on yksi yhteiskuntamme teknisen kehityksen tärkeimmistä komponenteista, koska sitä alettiin käyttää puolijohdemateriaalina jopa aikaisemmin kuin piitä.

Tässä suhteessa olisi aiheellista kysyä: Mitä ovat puolijohtavuus ja puolijohteet? Edes asiantuntijat eivät voi vastata tähän kysymykseen tarkasti, koska... voimme puhua puolijohteiden erityisestä ominaisuudesta. On myös tarkka määritelmä, mutta vain kansanperinteen alueelta: Puolijohde on johdin kahdelle autolle.

Germaniumpatukka maksaa melkein saman verran kuin kultaharkko. Metalli on erittäin hauras, melkein kuin lasi, joten jos pudotat tällaisen harkon, on suuri todennäköisyys, että metalli yksinkertaisesti rikkoutuu.

Germaniummetalli, ominaisuudet

Biologiset ominaisuudet

Germaniumia käytettiin laajimmin lääketieteellisiin tarkoituksiin Japanissa. Organogermaniumyhdisteiden testitulokset eläimillä ja ihmisillä ovat osoittaneet, että niillä voi olla myönteinen vaikutus kehoon. Vuonna 1967 japanilainen tohtori K. Asai havaitsi, että orgaanisella germaniumilla on laajat biologiset vaikutukset.

Kaikista sen biologisista ominaisuuksista on huomattava:

• - varmistaa hapen siirtyminen kehon kudoksiin;
• - kehon immuunijärjestelmän parantaminen;
• - kasvainten vastaisen aktiivisuuden ilmentymä.

Myöhemmin japanilaiset tutkijat loivat maailman ensimmäisen germaniumia sisältävän lääketieteellisen tuotteen - "Germanium - 132".

Venäjällä ensimmäinen orgaanista germaniumia sisältävä kotimainen lääke ilmestyi vasta vuonna 2000.

Maankuoren pinnan biokemialliset evoluutioprosessit eivät vaikuttaneet parhaiten sen germaniumpitoisuuteen. Suurin osa alkuaineesta on huuhtoutunut maasta valtameriin, joten sen pitoisuus maaperässä on edelleen melko alhainen.

Niistä kasveista, joilla on kyky imeä germaniumia maaperästä, johtava on ginseng (germanium jopa 0,2 %). Germaniumia on myös valkosipulissa, kamferissa ja aloessa, joita käytetään perinteisesti erilaisten ihmisten sairauksien hoidossa. Kasvillisuudessa germanium löytyy karboksietyylisemioksidin muodossa. Nyt on mahdollista syntetisoida seskvioksaaneja pyrimidiinifragmentilla - germaniumin orgaanisilla yhdisteillä. Tämä yhdiste on rakenteeltaan lähellä luonnollista, kuten ginseng-juuri.

Germanium voidaan luokitella harvinaiseksi hivenaineeksi. Sitä on useissa eri tuotteissa, mutta pieniä annoksia. Orgaanisen germaniumin päiväsaanti on 8-10 mg. 125 elintarviketuotteen arviointi osoitti, että noin 1,5 mg germaniumia pääsee kehoon päivittäin ruoan mukana. Hivenainepitoisuus 1 grammassa raakaruokaa on noin 0,1 – 1,0 mcg. Germaniumia löytyy maidosta, tomaattimehusta, lohesta ja papuista. Mutta tyydyttääksesi germaniumin päivittäisen tarpeen, sinun tulee juoda 10 litraa tomaattimehua päivittäin tai syödä noin 5 kiloa lohta. Näiden tuotteiden kustannusten, ihmisen fysiologisten ominaisuuksien ja terveen järjen kannalta on myös mahdotonta kuluttaa tällaisia ​​määriä germaniumia sisältäviä tuotteita. Venäjällä noin 80-90 prosentilla väestöstä on germaniumin puutos, minkä vuoksi kehitettiin erityisiä valmisteita.

Käytännön tutkimukset ovat osoittaneet, että elimistössä olevaa germaniumia on eniten suolistossa, mahassa, pernassa, luuytimessä ja veressä. Korkea mikroelementin pitoisuus suolistossa ja mahassa osoittaa lääkkeen verenkiertoon imeytymisen pitkittyneen vaikutuksen. Oletetaan, että orgaaninen germanium käyttäytyy veressä suunnilleen samalla tavalla kuin hemoglobiini, ts. sillä on negatiivinen varaus ja se osallistuu hapen siirtoon kudoksiin. Siten se estää hypoksian kehittymisen kudostasolla.

Toistuvien kokeiden tuloksena on todistettu germaniumin kyky aktivoida T-tappajasoluja ja edistää gamma-interferonien induktiota, jotka estävät nopeasti jakautuvien solujen lisääntymisprosessia. Interferonien pääasiallinen vaikutussuunta on kasvainten vastainen ja antiviraalinen suoja, imusolmukkeiden radiosuojaavat ja immunomoduloivat toiminnot.

Seskvioksidin muodossa oleva germanium kykenee vaikuttamaan vetyioneihin H+ ja tasoittaa niiden tuhoavaa vaikutusta kehon soluihin. Takuu kaikkien ihmiskehon järjestelmien erinomaisesta toiminnasta on jatkuva hapen saanti vereen ja kaikkiin kudoksiin. Orgaaninen germanium ei vain toimita happea kaikkiin kehon kohtiin, vaan myös edistää sen vuorovaikutusta vetyionien kanssa.

• - Germanium on metalli, mutta sen haurautta voi verrata lasiin.
• - Jotkut hakuteokset väittävät, että germaniumilla on hopea väri. Mutta tätä ei voida sanoa, koska germaniumin väri riippuu suoraan metallipinnan käsittelymenetelmästä. Joskus se voi näyttää melkein mustalta, toisinaan se on teräksen värinen ja joskus se voi olla hopeanhohtoinen.
• - Germaniumia löydettiin auringon pinnasta sekä avaruudesta pudonneista meteoriiteista.
• - Ensimmäisen germaniumin organoelementtiyhdisteen sai alkuaineen löytäjä Clemens Winkler germaniumtetrakloridista vuonna 1887, se oli tetraetyyligermanium. Kaikista tässä vaiheessa saaduista germaniumin organoelementtiyhdisteistä yksikään ei ole myrkyllinen. Samanaikaisesti suurin osa organotina- ja lyijymikroelementeistä, jotka ovat fysikaalisten ominaisuuksiltaan germaniumin analogeja, ovat myrkyllisiä.
• - Dmitri Ivanovitš Mendelejev ennusti kolme kemiallista alkuainetta jo ennen niiden löytämistä, mukaan lukien germanium, ja kutsui elementtiä ekasilikiksi sen samankaltaisuuden vuoksi piin kanssa. Kuuluisan venäläisen tiedemiehen ennustus oli niin tarkka, että se yksinkertaisesti hämmästytti tutkijoita, mukaan lukien. ja Winkler, joka löysi germaniumin. Atomipaino Mendelejevin mukaan oli 72, todellisuudessa 72,6; ominaispaino Mendelejevin mukaan oli todellisuudessa 5,5 - 5,469; atomitilavuus Mendelejevin mukaan oli todellisuudessa 13 - 13,57; korkein oksidi Mendelejevin mukaan on EsO2, todellisuudessa - GeO2, sen ominaispaino Mendelejevin mukaan oli 4,7, todellisuudessa - 4,703; kloridiyhdiste Mendeleevin mukaan EsCl4 - neste, kiehumispiste noin 90°C, todellisuudessa - kloridiyhdiste GeCl4 - neste, kiehumispiste 83°C, yhdiste vedyn kanssa Mendeleevin mukaan EsH4 on kaasumainen, yhdiste vedyn kanssa todellisuudessa - GeH4 kaasumainen; Mendeleev Es(C2H5)4:n mukainen organometalliyhdiste, kiehumispiste 160 °C, todellinen organometalliyhdiste Ge(C2H5)4, kiehumispiste 163,5 °C. Kuten edellä käsitellyistä tiedoista voidaan nähdä, Mendelejevin ennustus oli yllättävän tarkka.
• - 26. helmikuuta 1886 Clemens Winkler aloitti kirjeen Mendelejeville sanoilla "Arvoisa herra". Melko kohteliaasti hän kertoi venäläiselle tiedemiehelle uudesta alkuaineesta nimeltä germanium, joka ominaisuuksiltaan ei ollut muuta kuin Mendelejevin aiemmin ennustettu "ekasilikoni". Dmitri Ivanovitš Mendelejevin vastaus ei ollut yhtä kohtelias. Tiedemies oli samaa mieltä kollegansa löydön kanssa ja kutsui germaniumia "jaksollisen järjestelmänsä kruunuksi" ja Winkleria elementin "isäksi", joka on tämän "kruunun" arvoinen.
• - Germaniumista klassisena puolijohteena on tullut avain ongelman ratkaisemiseksi suprajohtavien materiaalien luomisessa, jotka toimivat nestemäisen vedyn lämpötilassa, mutta eivät nestemäisen heliumin lämpötilassa. Kuten tiedetään, vety muuttuu nestemäiseksi kaasumaisesta tilasta saavuttaessaan lämpötilan -252,6 °C tai 20,5 °K. 70-luvulla kehitettiin germanium- ja niobikalvokalvo, jonka paksuus oli vain muutama tuhat atomia. Tämä kalvo pystyy ylläpitämään suprajohtavuutensa jopa silloin, kun lämpötilat saavuttavat 23,2 K tai sen alle.
• - Germaniumyksikidettä kasvatettaessa sulan germaniumin pinnalle asetetaan germaniumkide – ”siemen”, jota nostetaan vähitellen automaattilaitteella ja sulamislämpötila on hieman korkeampi kuin germaniumin sulamispiste (937). °C). "Siemen" pyörii niin, että yksikidekide, kuten sanotaan, "kasvaa lihan kanssa" joka puolelta tasaisesti. On huomattava, että tällaisen kasvun aikana tapahtuu sama asia kuin vyöhykkeen sulamisen aikana, ts. Lähes vain germanium siirtyy kiinteään faasiin, ja kaikki epäpuhtaudet jäävät sulatteeseen.

Tarina

Germaniumin kaltaisen alkuaineen olemassaolon ennusti jo vuonna 1871 Dmitri Ivanovitš Mendelejev; sen samankaltaisuuksien vuoksi piin kanssa elementti nimettiin eca-piiksi. Vuonna 1886 Freibergin kaivosakatemian professori löysi argyrodiitin, uuden hopeamineraalin. Sitten teknisen kemian professori Clemens Winkler tutki tämän mineraalin melko huolellisesti suorittaen täydellisen analyysin mineraalista. 48-vuotiasta Winkleria pidettiin perustellusti Freibergin kaivosakatemian parhaana analyytikona, minkä vuoksi hänelle annettiin mahdollisuus opiskella argyrodiittia.

Melko lyhyessä ajassa professori pystyi toimittamaan raportin eri alkuaineiden prosenttiosuudesta alkuperäisessä mineraalissa: hopeaa sen koostumuksessa oli 74,72%; rikki - 17,13 %; rautaoksidi - 0,66%; elohopea - 0,31%; sinkkioksidi - 0,22%.Mutta lähes seitsemän prosenttia - tämä oli jonkin tuntemattoman alkuaineen osuus, jota ei ilmeisesti ollut vielä löydetty tuolloin. Tämän yhteydessä Winkler päätti eristää tuntemattoman argyrodpt-komponentin, tutkia sen ominaisuuksia, ja tutkimusprosessin aikana hän tajusi, että hän oli itse asiassa löytänyt täysin uuden alkuaineen - se oli escaplicium, jonka D.I ennusti. Mendelejev.

Olisi kuitenkin väärin ajatella, että Winklerin työ sujui ongelmitta. Dmitri Ivanovitš Mendelejev kirjoittaa kirjansa ”Kemian perusteet” kahdeksannen luvun lisäksi: ”Aluksi (helmikuussa 1886) materiaalin puute, samoin kuin spektrin puute liekissä ja germaniumin liukoisuus. yhdisteet, haittasivat vakavasti Winklerin tutkimusta...” Sanoihin ”spektrin puute” kannattaa kiinnittää huomiota. Mutta kuinka niin? Vuonna 1886 oli jo olemassa laajalti käytetty spektrianalyysimenetelmä. Tällä menetelmällä löydettiin sellaisia ​​alkuaineita kuin tallium, rubidium, indium, cesium maan päällä ja helium Auringosta. Tiedemiehet tiesivät jo varmasti, että jokaisella kemiallisella alkuaineella on poikkeuksetta yksilöllinen spektri, mutta yhtäkkiä spektriä ei ole!

Selitys tälle ilmiölle ilmestyi hieman myöhemmin. Germaniumilla on tyypillisiä spektriviivoja. Niiden aallonpituus on 2651,18; 3039.06 Ǻ ja muutama muu. Ne kaikki ovat kuitenkin spektrin ultravioletti-näkymättömässä osassa; onneksi Winkler on perinteisten analyysimenetelmien kannattaja, koska juuri nämä menetelmät johtivat hänet menestykseen.

Winklerin menetelmä germaniumin saamiseksi mineraalista on melko lähellä yhtä nykyaikaisista teollisista menetelmistä elementin 32 eristämiseksi. Ensin argarodniitin sisältämä germanium muutettiin dioksidiksi. Sitten syntynyt valkoinen jauhe kuumennettiin 600-700 °C:n lämpötilaan vetyatmosfäärissä. Tässä tapauksessa reaktio osoittautui ilmeiseksi: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Tällä menetelmällä saatiin ensimmäisen kerran suhteellisen puhdas alkuaine nro 32, germanium. Aluksi Winkler aikoi nimetä vanadiinineptuniumin samannimisen planeetan kunniaksi, koska Neptunus, kuten germanium, ennustettiin ensin ja vasta sitten löydettiin. Mutta sitten kävi ilmi, että tätä nimeä oli käytetty jo kerran; yhtä kemiallista alkuainetta, joka löydettiin väärin, kutsuttiin neptuniumiksi. Winkler päätti olla tinkimättä nimestään ja löydöstään ja kieltäytyi neptuniumista. Eräs ranskalainen tiedemies Rayon ehdotti, mutta sitten hän myönsi, että hänen ehdotuksensa oli vitsi, hän ehdotti elementin kutsumista angulariumiksi, ts. "kiistanalainen, kulmikas", mutta Winkler ei myöskään pitänyt tästä nimestä. Tämän seurauksena tiedemies valitsi itsenäisesti nimen elementilleen ja kutsui sitä germaniumiksi kotimaansa Saksan kunniaksi, ja ajan myötä tämä nimi vakiintui.

2. puoliajalle asti. XX vuosisadalla Germaniumin käyttö käytännössä jäi melko rajalliseksi. Teollinen metallituotanto syntyi vasta puolijohteiden ja puolijohdeelektroniikan kehityksen yhteydessä.

Luonnossa oleminen

Germanium voidaan luokitella hivenaineeksi. Luonnossa elementtiä ei esiinny vapaassa muodossa ollenkaan. Planeettamme maankuoren kokonaismetallipitoisuus on 7 × 10 −4 %. Tämä on enemmän kuin kemiallisten alkuaineiden, kuten hopean, antimonin tai vismutin, pitoisuus. Mutta germaniumin omat mineraalit ovat melko niukkoja ja niitä tavataan hyvin harvoin luonnossa. Melkein kaikki nämä mineraalit ovat sulfosuoloja, esimerkiksi germaniitti Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfieldiitti Ag 8 (Sn, Ce)S 6, argyrodiitti Ag8GeS6 ja muut.

Suurin osa maankuoreen levinneestä germaniumista sisältyy valtavaan määrään kiviä, samoin kuin monet mineraalit: ei-rautametallien sulfiittimalmit, rautamalmit, jotkut oksidimineraalit (kromiitti, magnetiitti, rutiili ja muut), graniitit, diabaasit ja basaltit. Joissakin sfaleriiteissa alkuaineen pitoisuus voi nousta useisiin kiloihin tonnia kohden, esimerkiksi frankeiteissa ja sulvaniitissa 1 kg/t, enargiiteissa germaniumpitoisuus on 5 kg/t, pyrargyriitissa jopa 10 kg/t ja muissa silikaateissa ja sulfideissa - kymmeniä ja satoja g/t. Pieni osa germaniumia on lähes kaikissa silikaateissa sekä joissakin öljy- ja hiiliesiintymissä.

Alkuaineen päämineraali on germaniumsulfiitti (kaava GeS2). Mineraali löytyy epäpuhtautena sinkkisulfiteista ja muista metalleista. Tärkeimmät germaniummineraalit ovat: germaniitti Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermaniitti (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stottiitti FeGe(OH) 6, renieriitti Cu3 (Fe,Ge,Zn)(S,As)4 ja argyrodiitti Ag8GeS6.

Saksa on läsnä kaikkien valtioiden alueilla poikkeuksetta. Mutta missään maailman teollisuusmaissa ei ole tämän metallin teollisia esiintymiä. Germanium on hyvin, hyvin hajanaista. Maapallolla tämän metallin mineraaleja pidetään erittäin harvinaisina, jos ne sisältävät enemmän kuin vähintään 1 % germaniumia. Tällaisia ​​mineraaleja ovat germaniitti, argyrodiitti, ultrabasiitti jne., mukaan lukien viime vuosikymmeninä löydetyt mineraalit: schtotiitti, reneriitti, plumbogermaniitti ja konfildiitti. Kaikkien näiden mineraalien esiintymät eivät pysty kattamaan nykyaikaisen teollisuuden tarpeita tälle harvinaiselle ja tärkeälle kemialliselle alkuaineelle.

Suurin osa germaniumista on dispergoitunut muiden kemiallisten alkuaineiden mineraaleihin, ja sitä löytyy myös luonnollisista vesistä, hiilestä, elävistä organismeista ja maaperästä. Esimerkiksi tavallisen hiilen germaniumpitoisuus saavuttaa joskus yli 0,1 %. Mutta tällainen luku on melko harvinainen, yleensä germaniumin osuus on pienempi. Mutta antrasiitissa ei ole juuri lainkaan germaniumia.

Kuitti

Germaniumsulfidia käsiteltäessä saadaan GeO 2 -oksidia, joka pelkistetään vedyn avulla vapaan germaniumin saamiseksi.

Teollisessa tuotannossa germaniumia uutetaan pääasiassa ei-rautametallimalmien (sinkkiseos, sinkki-kupari-lyijypolymetallirikasteet, jotka sisältävät 0,001-0,1 % germaniumia), hiilen polton tuhka ja jonkin verran koksikemikaaleja prosessoinnin sivutuotteena. Tuotteet.

Aluksi germaniumrikastetta (2 % - 10 % germaniumia) eristetään edellä mainituista lähteistä eri tavoilla, joiden valinta riippuu raaka-aineen koostumuksesta. Nyrkkeilyhiilen käsittelyn aikana germanium saostuu osittain (5-10 %) tervavedeksi ja hartsiksi, josta se uutetaan yhdessä tanniinin kanssa, minkä jälkeen se kuivataan ja poltetaan 400-500°C:n lämpötilassa. . Tuloksena on tiiviste, joka sisältää noin 30-40 % germaniumia, josta germanium eristetään GeCl 4:n muodossa. Germaniumin uuttamisprosessi tällaisesta rikasteesta sisältää pääsääntöisesti samat vaiheet:

1) Konsentraatti kloorataan käyttämällä suolahappoa, hapon ja kloorin seosta vesipitoisessa väliaineessa tai muita klooraavia aineita, mikä voi johtaa tekniseen GeCl 4:ään. GeCl4:n puhdistamiseen käytetään epäpuhtauksien rektifikaatiota ja uuttamista väkevällä kloorivetyhapolla.

2) GeCl4:n hydrolyysi suoritetaan, hydrolyysituotteet kalsinoidaan Ge02-oksidin saamiseksi.

3) GeO pelkistetään vedyllä tai ammoniakilla puhtaaksi metalliksi.

Puolijohdeteknisissä laitteissa käytettävän puhtainta germaniumia hankittaessa suoritetaan metallin vyöhykesulatus. Puolijohteiden valmistukseen tarvittava yksikiteinen germanium saadaan yleensä vyöhykesulatuksella tai Czochralskin menetelmällä.

Neuvostoliiton tiedemies V.A. kehitti menetelmiä germaniumin eristämiseksi koksilaitosten tervavesistä. Nazarenko. Tämä raaka-aine sisältää enintään 0,0003 % germaniumia, mutta tammiuutteen avulla germanium on helppo saostaa tannidikompleksin muodossa.

Tanniinin pääkomponentti on glukoosiesteri, joka sisältää meta-digalliinihapporadikaalin, joka sitoo germaniumia, vaikka alkuaineen pitoisuus liuoksessa on hyvin pieni. Sedimentistä saat helposti rikasteen, joka sisältää jopa 45 % germaniumdioksidia.

Myöhemmät muutokset riippuvat vähän raaka-aineen tyypistä. Germanium pelkistetään vedyllä (kuten Winkler 1800-luvulla), mutta germaniumoksidi on ensin eristettävä lukuisista epäpuhtauksista. Yhden germaniumyhdisteen ominaisuuksien onnistunut yhdistelmä osoittautui erittäin hyödylliseksi tämän ongelman ratkaisemisessa.

germaniumtetrakloridi GeCl4. on haihtuva neste, joka kiehuu vain 83,1 °C:ssa. Siksi se puhdistetaan melko kätevästi tislaamalla ja rektifioimalla (kvartsikolonneissa, joissa on pakkaus).

GeCl4 on lähes liukenematon kloorivetyhappoon. Tämä tarkoittaa, että sen puhdistamiseen voit käyttää epäpuhtauksien liuottamista HCl:lla.

Puhdistettu germaniumtetrakloridi käsitellään vedellä ja puhdistetaan ioninvaihtohartseilla. Merkki vaaditusta puhtaudesta on veden resistiivisuuden nousu 15-20 miljoonaan Ohm cm.

GeCl4:n hydrolyysi tapahtuu veden vaikutuksesta:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Saatat huomata, että meillä on edessämme germaniumtetrakloridin tuottamisen reaktion yhtälö "käänteisesti kirjoitettuna".

Sitten tulee GeO2:n pelkistys puhdistetun vedyn avulla:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Tuloksena on jauhettu germanium, joka sulatetaan ja puhdistetaan sitten vyöhykesulattamalla. Tämä puhdistusmenetelmä kehitettiin jo vuonna 1952 erityisesti germaniumin puhdistamiseen.

Epäpuhtaudet, jotka ovat välttämättömiä yhden tyyppisen johtavuuden aikaansaamiseksi germaniumille, lisätään tuotannon viimeisissä vaiheissa, nimittäin vyöhykkeen sulamisen aikana, sekä yksittäisen kiteen kasvun aikana.

Sovellus

Germanium on puolijohdemateriaali, jota käytetään elektroniikassa ja tekniikassa mikropiirien ja transistorien valmistuksessa. Ohuimmat germaniumkalvot kerrostetaan lasille ja niitä käytetään vastuksena tutka-asennuksissa. Germaniumin ja eri metallien seoksia käytetään ilmaisimien ja antureiden valmistuksessa. Germaniumdioksidia käytetään laajalti infrapunasäteilyä läpäisevien lasien valmistuksessa.

Germaniumtelluridi on pitkään toiminut vakaana lämpösähköisenä materiaalina ja myös osana lämpösähköisiä metalliseoksia (termosähköisiä emf, 50 μV/K) Erittäin puhtaalla germaniumilla on poikkeuksellisen strateginen rooli prismojen ja linssien valmistuksessa. infrapuna-optiikka. Suurin germaniumin kuluttaja on infrapunaoptiikka, jota käytetään tietotekniikassa, tähtäys- ja ohjusohjausjärjestelmissä, yönäkölaitteissa, maanpinnan kartoittamisessa ja tutkimisessa satelliiteista. Germaniumia käytetään laajalti myös valokuitujärjestelmissä (germaniumtetrafluoridin lisääminen lasikuituihin) sekä puolijohdediodeissa.

Klassisena puolijohteena germaniumista on tullut avain ongelman ratkaisemiseen, kun luodaan suprajohtavia materiaaleja, jotka toimivat nestemäisen vedyn lämpötilassa, mutta eivät nestemäisen heliumin lämpötilassa. Kuten tiedät, vety muuttuu nestemäiseksi kaasumaisesta tilasta saavuttaessaan lämpötilan -252,6 °C tai 20,5 °K. 70-luvulla kehitettiin germanium- ja niobikalvokalvo, jonka paksuus oli vain muutama tuhat atomia. Tämä kalvo pystyy ylläpitämään suprajohtavuutensa jopa silloin, kun lämpötilat saavuttavat 23,2 K tai sen alle.

Sulattamalla indium HES-levyyn, jolloin muodostuu alue, jolla on ns. reikäjohtavuus, saadaan tasasuuntauslaite, ts. diodi. Diodilla on ominaisuus siirtää sähkövirtaa yhteen suuntaan: elektroniseen alueeseen reiän johtavuuden alueelta. Kun indium on sulatettu vesisähkölevyn molemmille puolille, tämä levy muuttuu transistorin pohjaksi. Ensimmäistä kertaa maailmassa germaniumista valmistettu transistori luotiin jo vuonna 1948, ja vain kaksikymmentä vuotta myöhemmin vastaavia laitteita valmistettiin satoja miljoonia.

Germaniumpohjaisia ​​diodeja ja triodeja on käytetty laajalti televisioissa ja radioissa, monenlaisissa mittalaitteissa ja tietokoneissa.

Germaniumia käytetään myös muilla erityisen tärkeillä modernin tekniikan alueilla: alhaisten lämpötilojen mittaamisessa, infrapunasäteilyn havaitsemisessa jne.

Harjan käyttäminen kaikissa näissä sovelluksissa vaatii erittäin korkean kemiallisen ja fysikaalisen puhtauden olevan germaniumia. Kemiallinen puhtaus on sellaista puhtautta, jossa haitallisten epäpuhtauksien määrä ei saa olla enempää kuin yksi kymmenesmiljoonasosa (10–7 %). Fysikaalisella puhtaudella tarkoitetaan mahdollisimman vähän dislokaatioita, mahdollisimman vähän häiriöitä aineen kiderakenteessa. Tämän saavuttamiseksi yksikiteistä germaniumia kasvatetaan erityisesti. Tässä tapauksessa koko metalliharkko on vain yksi kide.

Tätä varten sulan germaniumin pinnalle asetetaan germaniumkide, "siemen", jota nostetaan vähitellen automaattilaitteella sulan sulamislämpötilan ollessa hieman korkeampi kuin germaniumin sulamispiste (937 °C). "Siemen" pyörii niin, että yksikidekide, kuten sanotaan, "kasvaa lihan kanssa" joka puolelta tasaisesti. On huomattava, että tällaisen kasvun aikana tapahtuu sama asia kuin vyöhykkeen sulamisen aikana, ts. Lähes vain germanium siirtyy kiinteään faasiin, ja kaikki epäpuhtaudet jäävät sulatteeseen.

Fyysiset ominaisuudet

Todennäköisesti harvoilla tämän artikkelin lukijoista oli mahdollisuus nähdä visuaalisesti vanadiini. Elementti itsessään on varsin niukka ja kallis, siitä ei valmisteta kulutustavaroita, ja niiden sähkölaitteista löytyvä germaniumtäyte on niin pieni, että metallia on mahdoton nähdä.

Jotkut hakuteokset sanovat, että germaniumilla on hopean värinen. Mutta tätä ei voida sanoa, koska germaniumin väri riippuu suoraan metallipinnan käsittelymenetelmästä. Joskus se voi näyttää melkein mustalta, toisinaan se on teräksen värinen ja joskus se voi olla hopeanhohtoinen.

Germanium on niin harvinainen metalli, että sen jalometalliharkkojen hintaa voidaan verrata kullan hintaan. Germaniumille on ominaista lisääntynyt hauraus, jota voidaan verrata vain lasiin. Ulkoisesti germanium on melko lähellä piitä. Nämä kaksi elementtiä kilpailevat sekä tärkeimmän puolijohteen että analogien tittelistä. Vaikka jotkin elementtien tekniset ominaisuudet ovat pitkälti samanlaisia, mukaan lukien materiaalien ulkonäkö, germanium on erittäin helppo erottaa piistä, germanium on yli kaksi kertaa raskaampaa. Piin tiheys on 2,33 g/cm3 ja germaniumin 5,33 g/cm3.

Mutta emme voi puhua yksiselitteisesti germaniumin tiheydestä, koska luku 5,33 g/cm3 viittaa germanium-1:een. Se on yksi tärkeimmistä ja yleisimmistä elementin 32 viidestä allotrooppisesta modifikaatiosta. Niistä neljä on kiteistä ja yksi amorfista. Germanium-1 on kevyin muunnelma neljästä kiteisestä. Sen kiteet on rakennettu täsmälleen samalla tavalla kuin timanttikiteet, a = 0,533 nm. Jos hiilelle tämä rakenne on kuitenkin mahdollisimman tiheä, germaniumilla on myös tiheämpiä modifikaatioita. Kohtalainen kuumennus ja korkea paine (noin 30 tuhatta ilmakehää 100 °C:ssa) muuttaa germanium-1:n germanium-2:ksi, jonka kidehilarakenne on täsmälleen sama kuin valkoisen tinan. Samanlaista menetelmää käytetään germanium-3:n ja germanium-4:n saamiseksi, jotka ovat vieläkin tiheämpiä. Kaikki nämä "ei aivan tavalliset" modifikaatiot ovat parempia kuin germanium-1 ei vain tiheyden, vaan myös sähkönjohtavuuden suhteen.

Nestemäisen germaniumin tiheys on 5,557 g/cm3 (1000 °C:ssa), metallin sulamispiste on 937,5 °C; kiehumispiste on noin 2700 °C; lämmönjohtavuuskertoimen arvo on noin 60 W / (m (K) tai 0,14 cal / (cm (sek (deg))) 25 °C:n lämpötilassa. Tavallisissa lämpötiloissa puhdas germaniumkin on hauras, mutta kun se saavuttaa 550 °C:n se alkaa antaa plastisen muodonmuutoksen mineralogisen asteikon mukaan germaniumin kovuus on 6 - 6,5, kokoonpuristuvuuskertoimen arvo (painealueella 0 - 120 GN/m 2 tai 0 - 12000 kgf/mm 2) on 1,4 10-7 m2/mn (tai 1,4 × 10-6 cm 2/kgf), pintajännitys on 0,6 n/m (tai 600 dyne/cm).

Germanium on tyypillinen puolijohde, jonka kaistavälin koko on 1,104·10-19 tai 0,69 eV (25 °C:n lämpötilassa); erittäin puhtaan germaniumin ominaissähköresistanssi on 0,60 ohmia (m (60 ohm (cm) (25 °C)); elektronien liikkuvuus on 3900 ja aukkojen liikkuvuus on 1900 cm 2 /v.s. 25 °C:ssa ja pitoisuudessa) 8 % epäpuhtauksia) Infrapunasäteillä, joiden aallonpituus on yli 2 mikronia, metalli on läpinäkyvää.

Germanium on melko hauras, sitä ei voida työstää kuumalla tai kylmällä paineella alle 550 °C:n lämpötiloihin, mutta jos lämpötila nousee, metalli on sitkeää. Metallin kovuus mineralogisessa mittakaavassa on 6,0-6,5 (germanium sahataan levyiksi metalli- tai timanttilevyllä ja hioma-aineella).

Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisissa yhdisteissä esiintyvä germaniumilla on yleensä toinen ja neljäs valenssi, mutta neliarvoisen germaniumin yhdisteet ovat vakaampia. Germanium huoneenlämpötilassa kestää vettä, ilmaa sekä alkaliliuoksia ja laimeita rikki- tai kloorivetyhappokonsentraatteja, mutta alkuaine liukenee melko helposti vesiregiaan tai vetyperoksidin alkaliseen liuokseen. Alkuaine hapettuu hitaasti typpihapon vaikutuksesta. Kun ilman lämpötila saavuttaa 500-700 °C, germanium alkaa hapettua oksideiksi GeO 2 ja GeO. (IV) germaniumoksidi on valkoista jauhetta, jonka sulamispiste on 1116 °C ja vesiliukoisuus 4,3 g/l (20 °C:ssa). Kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan aine on amfoteerinen, liukenee emäksiin ja vaikeasti mineraalihappoon. Sitä saadaan tunkeutumalla hydrolyysin aikana vapautuvaan hydraatiosakkaan GeO 3 nH 2 O. Germaniumhappojohdannaiset, esimerkiksi metalligermanaatit (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 jne.) ovat kiinteitä aineita, joilla on korkea sulamispiste. , voidaan saada sulattamalla GeO 2:ta ja muita oksideja.

Germaniumin ja halogeenien vuorovaikutuksen seurauksena voi muodostua vastaavia tetrahalogenideja. Reaktio voi edetä helpoimmin kloorilla ja fluorilla (jopa huoneenlämpötilassa), sitten jodilla (lämpötila 700-800 °C, läsnä CO) ja bromilla (alhaisessa lämmössä). Yksi tärkeimmistä germaniumin yhdisteistä on tetrakloridi (kaava GeCl 4). Se on väritön neste, jonka sulamispiste on 49,5 °C, kiehumispiste 83,1 °C ja tiheys 1,84 g/cm3 (20 °C:ssa). Aine hydrolysoituu voimakkaasti veden vaikutuksesta vapauttaen hydratoituneen oksidin (IV) sakan. Tetrakloridia saadaan klooraamalla germaniummetallia tai saattamalla GeO 2 -oksidin ja väkevän suolahapon reagoimaan. Tunnetaan myös germaniumdihalogenidit, joilla on yleinen kaava GeX2, heksaklooridigermaani Ge2Cl6, GeCl-monokloridi sekä germaniumoksikloridit (esimerkiksi CeOCl2).

Kun 900-1000 °C saavutetaan, rikki vuorovaikuttaa voimakkaasti germaniumin kanssa muodostaen GeS2-disulfidia. Se on valkoinen kiinteä aine, jonka sulamispiste on 825 °C. Monosulfidi GeS ja vastaavien germaniumyhdisteiden muodostuminen telluurin ja seleenin kanssa, jotka ovat puolijohteita, on myös mahdollista. Lämpötilassa 1000-1100 °C vety reagoi hieman germaniumin kanssa muodostaen germinen (GeH) X, joka on epästabiili ja erittäin haihtuva yhdiste. Sarjan Ge n H 2n + 2 - Ge 9 H 20 vetygermanideja voidaan muodostaa saattamalla germanideja reagoimaan laimean HCl:n kanssa. Tunnetaan myös germyleeni, jonka koostumus on GeH2. Germanium ei reagoi suoraan typen kanssa, mutta siinä on nitridi Ge 3 N 4, joka saadaan, kun germanium altistetaan ammoniakille (700-800 ° C). Germanium ei reagoi hiilen kanssa. Monien metallien kanssa germanium muodostaa erilaisia ​​yhdisteitä - germanideja.

Tunnetaan monia monimutkaisia ​​germaniumyhdisteitä, jotka ovat tulossa yhä tärkeämmiksi alkuaineen germaniumin analyyttisessä kemiassa sekä kemiallisen alkuaineen valmistusprosesseissa. Germanium pystyy muodostamaan monimutkaisia ​​yhdisteitä hydroksyyliä sisältävien orgaanisten molekyylien kanssa (moniarvoiset alkoholit, moniemäksiset hapot jne.). On myös germaniumheteropolyhappoja. Kuten muutkin ryhmän IV alkuaineet, germanium muodostaa tyypillisesti organometallisia yhdisteitä. Esimerkki on tetraetyyligermaani (C 2 H 5) 4 Ge 3.