Електронним аналогом вуглецю є германій. Характеристика хімічного елемента германію

Германій - хімічний елемент з атомним номером 32 в періодичній системі, позначається символом Ge (нім. Germanium).

Історія відкриття германію

Існування елемента екасіліція - аналога кремнію передбачено Д.І. Менделєєвим ще в 1871 р А в 1886 р один з професорів Фрейбергской гірничої академії відкрив новий мінерал срібла - аргіродіт. Цей мінерал був потім переданий професору технічної хімії Клеменсу Вінклер для повного аналізу.

Зробили це не випадково: 48-річний Вінклер вважався найкращим аналітиком академії.

Досить швидко він з'ясував, що срібла в мінералі 74,72%, сірки - 17,13, ртуті - 0,31, закису заліза - 0,66, окису цинку - 0,22%. І майже 7% ваги нового мінералу припадало на частку якогось незрозумілого елемента, швидше за все ще невідомого. Вінклер виділив непізнаний компонент аргіродпта, вивчив його властивості і зрозумів, що дійсно знайшов новий елемент - передвіщений Менделєєвим екаспліцій. Така коротенька історія елемента з атомним номером 32.

Однак неправильно було б думати, що робота Вінклера йшла гладко, без сучка, без задирки. Ось що пише з цього приводу Менделєєв в доповненнях до восьмому розділі «Основ хімії»: «Спершу (лютий 1886 г.) недолік матеріалу, відсутність спектра в полум'я пальника і розчинність багатьох сполук германію утрудняли дослідження Вінклера ...» Зверніть увагу на «відсутність спектра в полум'я ». Як же так? Адже в 1886 р вже існував метод спектрального аналізу; цим методом на Землі вже були відкриті рубідій, цезій, талій, індій, а на Сонце - гелій. Вчені достовірно знали, що кожному хімічному елементу властивий абсолютно індивідуальний спектр, і раптом відсутність спектра!

Пояснення з'явилося пізніше. Характерні спектральні лінії у германію є - з довжиною хвиль 2651,18, 3039,06 Ǻ і ще кілька. Але всі вони лежать в невидимій ультрафіолетової частини спектра, і можна вважати, удачею прихильність Вінклера традиційним методам аналізу - саме вони привели до успіху.

Застосований Винклером спосіб виділення германію схожий на один з нинішніх промислових методів отримання елемента №32. Спочатку германій, який містився в аргароднте, був переведений в двоокис, а потім цей білий порошок нагрівали до 600 ... 700 ° C в атмосфері водню. Реакція очевидна: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 О.

Так був вперше отриманий відносно чистий германій. Вінклер спочатку мав намір назвати новий елемент нептунієм в честь планети Нептун. (Як і елемент №32, ця планета була передбачена раніше, ніж відкрита). Але потім виявилося, що таке ім'я раніше присвоювалося одному помилково відкритого елемента, і, не бажаючи компрометувати своє відкриття, Вінклер відмовився від першого наміри. Не прийняв він і пропозиції назвати новий елемент ангуляр, тобто «Незграбним, що викликає суперечки» (а суперечок це відкриття дійсно викликало чимало). Правда, французький хімік Район, який висунув таку ідею, говорив пізніше, що його пропозиція була не більше ніж жартом. Вінклер назвав новий елемент германієм в честь своєї країни, і ця назва утвердилася.

Знаходження германію в природі

Слід зазначити, що процесі геохімічної еволюції земної кори відбулося вимивання значної кількості германію з більшої частини поверхні суші в океани, тому в даний час кількість цього мікроелемента, що міститься в грунті - дуже мала.

Загальний вміст германію в земній корі 7 × 10 -4% по масі, тобто більше, ніж, наприклад, сурми, срібла, вісмуту. Германій внаслідок незначного вмісту в земній корі і геохімічного спорідненості з деякими широко поширеними елементами виявляє обмежену здатність до утворення власних мінералів, розсіюючись в гратах інших мінералів. Тому власні мінерали германію зустрічаються виключно рідко. Майже всі вони представляють собою сульфосолі Німеччина Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), аргіродіт Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), конфільдіт Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (до 2% Ge) і ін. Основна маса германію розсіяна в земній корі у великому числі гірських порід і мінералів. Так, наприклад, в деяких сфалериту вміст германію сягає кілограмів на тонну, в енаргітах до 5 кг / т, в піраргірит до 10 кг / т, в сульваніте і франкеіте 1 кг / т, в інших сульфідах і силікату - сотні і десятки г / т. Германій концентрується в родовищах багатьох металів - в сульфідних рудах кольорових металів, в залізних рудах, в деяких окисних мінералах (хром, магнетит, рутил та ін.), В гранітах, Діабаз і базальтах. Крім того, германій присутній майже у всіх силікату, в деяких родовищах кам'яного вугілля і нафти.

отримання Німеччина

Германій отримують переважно з побічних продуктів переробки руд кольорових металів (цинкової обманки, цинково-мідно-свинцевих поліметалічних концентратів), що містять 0,001-0,1% Німеччина. В якості сировини використовують також золи від спалювання вугілля, пил газогенераторів і відходи коксохімічних заводів. Спочатку з перерахованих джерел різними способами, які залежать від складу сировини, отримують германієвий концентрат (2-10% Німеччина). Витяг Німеччина з концентрату зазвичай включає наступні стадії:

1) хлорування концентрату соляної кислотой, сумішшю її з хлором у водному середовищі або інших хлоруючими агентами з отриманням технічного GeCl 4. Для очищення GеСl 4 застосовують ректифікацію і екстракцію домішок концентрованої НСl.

2) Гідроліз GeCl 4 і прожарювання продуктів гідролізу до отримання GeO 2.

3) Відновлення GeO 2 воднем або аміаком до металу. Для виділення дуже чистого Німеччина, використовуваного в напівпровідникових приладах, проводиться зонна плавка металу. Необхідний для напівпровідникової промисловості монокристалічний Німеччин отримують зазвичай зонної плавкою або методом Чохральського.

GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O

Германій напівпровідникової чистоти з вмістом домішок 10 -3 -10 -4% отримують зонної плавкою, кристалізацією або термолизом летючого моногермана GeH 4:

GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,

який утворюється при розкладанні кислотами з'єднань активних металів з Ge - германідов:

Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2

Германій зустрічається у вигляді домішки до поліметалічних, нікелевим, вольфрамовим руд, а також в силікату. В результаті складних і трудомістких операцій зі збагачення руди і її концентрування германій виділяють у вигляді оксиду GeO 2, який відновлюють воднем при 600 ° C до простого речовини:

GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O.

Очищення і вирощування монокристалів германію проводиться методом зонного плавлення.

Чистий двоокис германію вперше в СРСР була отримана на початку 1941 р З неї зробили германієве скло з дуже високим коефіцієнтом заломлення світла. Дослідження елемента №32 і способів його можливого отримання поновилися після війни, в 1947 р Тепер германій цікавив тоді ще радянських вчених саме як напівпровідник.

Фізичні властивості Німеччина

За зовнішнім виглядом германій неважко сплутати з кремнієм.

Германій кристалізується в кубічної структурою типу алмаза, параметр елементарної комірки а \u003d 5, 6575Å.

Цей елемент не так міцний, як титан або вольфрам. Щільність твердого Німеччин 5,327 г / см 3 (25 ° С); рідкого 5,557 (1000 ° С); t пл 937,5 ° С; t кип близько 2700 ° С; коефіцієнт теплопровідності ~ 60 Вт / (м · К), або 0,14 кал / (см · сек · град) при 25 ° С.

Германій майже так само крихкий, як скло, і може відповідно себе вести. Навіть при звичайній температурі, але вище 550 ° С піддається пластичній деформації. Твердість Німеччина за мінералогічною шкалою 6-6,5; коефіцієнт стисливості (в інтервалі тисків 0-120 Гн / м 2, або 0-12000 кгс / мм 2) 1,4 · 10 -7 м 2 / мн (1,4 · 10 -6 см 2 / кгс); поверхневий натяг 0,6 н / м (600 дин / см). Германій - типовий напівпровідник з шириною забороненої зони 1,104 · 10 -19 дж або 0,69 ев (25 ° С); питомий електроопір Німеччина високої чистоти 0,60 ом · м (60 ом · см) при 25 ° С; рухливість електронів 3900 і рухливість дірок 1900 см 2 / в · сек (25 ° С) (при вмісті домішок менш 10 -8%).

Всі «незвичайні» модифікації кристалічного германію перевершують Ge-I і електропровідністю. Згадка саме про цю властивість не випадково: величина питомої електропровідності (або зворотна величина - питомий опір) для елемента-напівпровідника особливо важлива.

Хімічні властивості Німеччина

У хімічних сполуках германій зазвичай проявляє валентності 4 або 2. Сполуки з валентністю 4 стабільніше. При нормальних умовах стійкий до дії повітря і води, лугів і кислот, розчинний в царській горілці і в лужному розчині перекису водню. Застосування знаходять сплави германію та скла на основі діоксиду германію.

В хімічні сполуки Германій зазвичай проявляє валентності 2 і 4, причому більш стабільні з'єднання 4-валентного Німеччина. При кімнатній температурі Німеччин стійкий до дії повітря, води, розчинів лугів і розбавлених соляної та сірчаної кислот, але легко розчиняється в царській горілці і в лужному розчині перекису водню. Азотною кислотою повільно окислюється. При нагріванні на повітрі до 500-700 ° С Німеччин окислюється до оксидів GeO і GeO 2. Оксид Німеччина (IV) - білий порошок з t пл 1116 ° C; розчинність в воді 4,3 г / л (20 ° С). За хіміческіv властивостями амфотерна, розчиняється в лугах і насилу в мінеральних кислотах. Виходить прокаливанием гідратного осаду (GeO 3 · nH 2 O), що виділяється при гідролізі тетрахлорида GeCl 4. Сплавлением GeO 2 з інших оксидами можуть бути отримані похідні германієвої кислоти - германати металів (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 та інші) - тверді речовини з високими температурами плавлення.

При взаємодії Німеччина з галогенами утворюються відповідні тетрагалогеніди. Найбільш легко реакція протікає з фтором і хлором (вже при кімнатній температурі), потім з бромом (слабке нагрівання) і з йодом (при 700-800 ° С в присутності СО). Одне з найбільш важливих дзвінків Німеччина тетрахлорид GeCl 4 - безбарвна рідина; t пл -49,5 ° С; t кип 83,1 ° С; щільність 1,84 г / см 3 (20 ° С). Водою сильно гідролізується з виділенням осаду гідратованого оксиду (IV). Виходить хлоруванням металевого Німеччина або взаємодією GeO 2 з концентрованою НСl. Відомі також дігалогеніди Німеччина загальної формули GeX 2, монохлорид GeCl, гексахлордігерман Ge 2 Cl 6 і оксихлориди Німеччина (наприклад, СеОСl 2).

Сірка енергійно взаємодіє з Германием при 900-1000 ° С з утворенням дисульфіду GeS 2 - білого твердої речовини, t пл 825 ° С. Описано також моносульфід GeS та аналогічні сполуки Німеччина з селеном і телуром, які є напівпровідниками. Водень незначно реагує з Германием при 1000-1100 ° С з утворенням Герміна (GeH) Х - малостійкі і легко летючого з'єднання. Взаємодією германідов з розведеною соляною кислотою можуть бути отримані германоводороди ряду Ge n H 2n + 2 аж до Ge 9 H 20. Відомий також гермілен складу GeH 2. З азотом Німеччин безпосередньо не реагує, однак існує нітрид Gе 3 N 4, що виходить при дії аміаку на Німеччин при 700-800 ° С. З вуглецем Німеччин не взаємодіє. Германій утворює сполуки з багатьма металами - германіди.

Відомі численні комплексні сполуки Німеччина, які набувають все більшого значення як в аналітичній хімії Німеччина, так і в процесах його отримання. Германій утворює комплексні сполуки з органічними гидроксилсодержащими молекулами (багатоатомних спиртами, багатоосновними кислотами та іншими). Отримано гетерополікислоти Німеччина. Так само, як і для інших елементів IV групи, для Німеччина характерне утворення металоорганічних сполук, прикладом яких служить тетраетілгерман (С 2 Н 5) 4 Ge 3.

З'єднання двовалентного германію.

Гідрид германію (II) GeH 2. Білий нестійкий порошок (на повітрі або в кисні він розкладається з вибухом). Реагує з лугами і бромом.

Полімер моногідріда германію (II) (полігермін) (GeH 2) n. Коричнево-чорний порошок. Погано розчиняється у воді, миттєво розкладається на повітрі і вибухає при нагріванні до 160 ° С у вакуумі або в атмосфері інертного газу. Утворюється в процесі електролізу германіда натрію NaGe.

Оксид германію (II) GeO. Чорні кристали, що володіють основними властивостями. Розкладається при 500 ° С на GeO 2 і Ge. Повільно окислюється у воді. Мало розчинний у соляної кислоти. Виявляє відбудовні властивості. Отримують дією СО 2 на металевий германій, нагрітий до 700-900 о С, лугів - на хлорид германію (II), прожарювання Ge (OН) 2 або відновленням GeO 2.

Гідроксид германію (II) Ge (OH) 2. Червоно-оранжеві кристали. При нагріванні перетворюється в GeO. Виявляє амфотерний характер. Одержують обробленням солей германію (II) лугами і гідролізом солей германію (II).

Фторид германію (II) GeF 2. Безбарвні гігроскопічні кристали, t пл \u003d 111 ° С. Одержують дією парів GeF 4 на металевий германій при нагріванні.

Хлорид германію (II) GeCl 2. Безбарвні кристали. t пл \u003d 76,4 ° С, t кип \u003d 450 ° С. При 460 ° С розкладається на GeCl 4 і металевий германій. Гідролізується водою, мало розчинний в спирті. Одержують дією парів GeCl 4 на металевий германій при нагріванні.

Бромід германію (II) GeBr 2. Прозорі голчасті кристали. t пл \u003d 122 ° С. Гідролізується водою. Мало розчинний в бензолі. Розчиняється в спирті, ацетоні. Отримують взаємодією гідроксиду германію (II) з бромоводородной кислотою. При нагріванні диспропорционирует на металевий германій та бромід германію (IV).

Йодид германію (II) GeI 2. Жовті гексагональних пластинки, диамагнитен. t пл \u003d 460 о С. Мало розчинний у хлороформі і тетрахлорметане. При нагріванні вище 210 ° С розкладається на металевий германій і тетраіодід германію. Отримують відновленням йодиду германію (II) гіпофосфорной кислотою або термічним розкладанням тетраіодіда германію.

Сульфід германію (II) GeS. Отриманий сухим шляхом - сірувато-чорні блискучі ромбические непрозорі кристали. t пл \u003d 615 ° С, щільність дорівнює 4,01г / см 3. Мало розчинний у воді і в аміаку. Розчиняється в гидроксиде калію. Отриманий мокрим шляхом - червоно-коричневий аморфний осад, щільність дорівнює 3,31г / см 3. Розчиняється в мінеральних кислотах і полісульфіди амонію. Одержують нагріванням германію з сіркою або пропускаючи сірководень через розчин солі германію (II).

З'єднання чотирьохвалентного германію.

Гідрид германію (IV) GeH 4. Безбарвний газ (щільність дорівнює 3,43 г / см 3). Він отруйний, дуже неприємно пахне, кипить при -88 ° С, плавиться близько -166 ° С, дисоціює термічно вище 280 о С. Пропускаючи GeН 4 через нагріту трубку, отримують на її стінках блискуче дзеркало з металевого германію. Отримують дією LiAlH 4 на хлорид германію (IV) в ефірі або обробкою розчину хлориду германію (IV) цинком і сірчаною кислотою.

Оксид германію (IV) GeO 2. Існує у вигляді двох кристалічних модифікацій (гексагональної з щільність дорівнює 4,703 г / см 3 і тетраедричних з щільність дорівнює 6,24 г / см 3). Обидві стійкі на повітрі. Мало розчинні у воді. t пл \u003d 1116 о С, t кип \u003d 1200 о С. Виявляє амфотерний характер. Відновлюється алюмінієм, магнієм, вуглецем до металевого германію при нагріванні. Отримують синтезом з елементів, прожарювання солей германію з летючими кислотами, окисленням сульфідів, гідролізом тетрагалогеніди германію, обробкою германітов лужних металів кислотами, металевого германію - концентрованої сірчаної або азотної кислотами.

Фторид германію (IV) GeF 4. Безбарвний газ, димлячий на повітрі. t пл \u003d -15 про C, t кип \u003d -37 ° С. Гідролізується водою. Отримують розкладанням тетрафторогерманата барію.

Хлорид германію (IV) GeCl 4. Безбарвна рідина. t пл \u003d -50 о С, t кип \u003d 86 о С, щільність дорівнює 1,874 г / см 3. Гідролізується водою, розчиняється в спирті, ефірі, сірковуглецю, тетрахлорметане. Одержують нагріванням германію з хлором і пропусканням хлороводню через суспензію оксиду германію (IV).

Бромід германію (IV) GeBr 4. Октаедричні безбарвні кристали. t пл \u003d 26 о С, t кип \u003d 187 о С, щільність дорівнює 3,13 г / см 3. Гідролізується водою. Розчиняється в бензолі, сірковуглеці. Отримують пропусканням пари брому над нагрітим металевим германієм або дією бромоводородной кислоти на оксид германію (IV).

Йодид германію (IV) GeI 4. Жовто-оранжеві октаедричні кристали, t пл \u003d 146 о С, t кип \u003d 377 о С, щільність дорівнює 4,32 г / см 3. При 445 ° С розкладається. Розчиняється в бензолі, сірковуглеці, і гідролізується водою. На повітрі поступово розкладається на йодид германію (II) і йод. Приєднує аміак. Отримують пропусканням пари йоду над нагрітим германием або дією іодоводородной кислоти на оксид германію (IV).

Сульфід германію (IV) GeS 2. Білий кристалічний порошок, t пл \u003d 800 о С, щільність дорівнює 3,03г / см 3. Мало розчинний у воді і повільно в ній гідролізується. Розчиняється в аміаку, сульфіді амонію і в сульфіду лужних металів. Одержують нагріванням оксиду германію (IV) в струмі діоксиду сірки з сіркою або пропусканням сірководню через розчин солі германію (IV).

Сульфат германію (IV) Ge (SO 4) 2. Безбарвні кристали, щільність дорівнює 3,92 г / см 3. Розкладається при 200 о С. Відновлюється вугіллям або сіркою до сульфіду. Реагує з водою і з розчинами лугів. Одержують нагріванням хлориду германію (IV) з оксидом сірки (VI).

ізотопи германію

У природі зустрічається п'ять ізотопів: 70 Ge (20,55% мас.), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67% ). Перші чотири стабільні, п'ятий (76 Ge) відчуває подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду 1,58 × 10 21 лет. Крім цього існує два «довгоживучих» штучних: 68 Ge (час напіврозпаду 270,8 дня) і 71 Ge (час напіврозпаду 11,26 дня).

застосування германію

Германій застосовують у виробництві оптики. Завдяки прозорості в інфрачервоній області спектра металевий германій надвисокої чистоти має стратегічне значення у виробництві оптичних елементів інфрачервоної оптики. У радіотехніці, германієві транзистори і детекторні діоди мають характеристики, відмінними від кремнієвих, через менший напруги відмикання pn-переходу в германии - 0.4В проти 0.6В у кремнієвих приладів.

Детальніше див. Статтю застосування германію.

Біологічна роль германію

Германій виявлений в тваринних і рослинних організмах. Малі кількості германію не роблять фізіологічної дії на рослини, але токсичні у великих кількостях. Германій нетоксичний для цвілевих грибків.

Для тварин германій малотоксичний. У сполук германію не виявлено фармакологічна дія. Допустима концентрація германію та його оксиду в повітрі - 2 мг / м³, тобто така ж, як і для азбестового пилу.

З'єднання двовалентного германію значно більш токсичні.

В експериментах, що визначають розподіл органічного германію в організмі через 1.5 години після його перорального введення, були отримані наступні результати: велика кількість органічного германію міститься в шлунку, тонкому кишечнику, кістковому мозку, селезінці і крові. Причому високий його вміст в шлунку і кишечнику показує, що процес його всмоктування в кров має пролонговану дію.

Високий вміст органічного германію в крові дозволило висунути доктору Асаї наступну теорію механізму його дії в організмі людини. Передбачаються, що в крові органічний германій веде себе аналогічно гемоглобіну, також несе в собі негативний заряд і подібно гемоглобіну бере участь в процесі перенесення кисню в тканинах організму. Тим самим попереджається розвиток кисневої недостатності (гіпоксії) на тканинному рівні. Органічний германій запобігає розвитку так званої кров'яної гіпоксії, що виникає при зменшенні кількості гемоглобіну, здатного приєднати кисень (зменшенні кисневої ємності крові), і що розвивається при крововтратах, отруєння окисом вуглецю, при радіаційних впливах. Найбільш чутливі до кисневої недостатності центральна нервова система, м'яз серця, тканини нирок, печінки.

В результаті дослідів було також встановлено, що органічний германій сприяє індукції гамма інтерферонів, які пригнічують процеси розмноження швидко діляться клітин, активують специфічні клітини (Т-кілери). Основними напрямками дії інтерферонів на рівні організму є антивірусна і протипухлинна захист, імуномодулюючі та радіозахисні функції лімфатичної системи

У процесі вивчення патологічних тканин і тканин з первинними ознаками захворювань було встановлено, що вони завжди характеризуються недоліком кисню і присутністю позитивно заряджених радикалів водню Н +. Іони Н + роблять украй негативний вплив на клітини організму людини, аж до їх загибелі. Іони кисню, володіючи здатністю об'єднуватися з іонами водню, дозволяють вибірково і локально компенсувати ушкодження клітин і тканин, які завдають їм іони водню. Дія германію на іони водню обумовлено його органічною формою - формою сесквіоксіда. При підготовці статті використані матеріали Супоненко А. Н.

У 1870 році Д.І. Менделєєв на підставі періодичного закону передбачив ще Невідкритий елемент IV групи, назвавши його екасіліціем, і описав його основні властивості. У 1886 році німецький хімік Клеменс Вінклер, при хімічному аналізі мінералу аргиродита виявив цей хімічний елемент. Спочатку Вінклер хотів назвати новий елемент «нептунієм», але ця назва вже було дано одному з передбачуваних елементів, тому елемент отримав назву на честь батьківщини вченого - Німеччини.

Знаходження в природі, одержання:

Германій зустрічається в сульфідних рудах, залізній руді, Виявляється майже у всіх силікату. Основні мінерали містять германій: аргіродіт Ag 8 GeS 6, конфільдіт Ag 8 (Sn, Ce) S 6, Стотт FeGe (OH) 6, Німеччина Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, реніеріт Cu 3 ( Fe, Ge, Zn) (S, As) 4.
В результаті складних і трудомістких операцій зі збагачення руди і її концентрування германій виділяють у вигляді оксиду GeO 2, який відновлюють воднем при 600 ° C до простого речовини.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
Очищення германію проводять методом зонного плавлення, що робить його одним з найбільш хімічно чистих матеріалів.

Фізичні властивості:

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

Хімічні властивості:

При нормальних умовах германій стійкий до дії повітря і води, лугів і кислот, розчиняється в царській горілці і в лужному розчині перекису водню. Ступені окислення германію в його з'єднаннях: 2, 4.

Найважливіші сполуки:

Оксид германію (II), GeO, сіро-черн., Слабо розчин. в-во, при нагріванні диспропорционирует: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
Гідроксид германію (II) Ge (OH) 2, крас.-оранж. крист.,
Йодид германію (II), GeI 2, жовтий. кр., розчин. в воді, гидрол. по кат.
Гідрид германію (II), GeH 2, тв. бел. пір., легко оксиди. і розкладаючись.

Оксид германію (IV), GeO 2, біл. крист., амфотерні., отримують гідролізом хлориду, сульфіду, гідриду германію, або реакцією германію з азотною кислотою.
Гідроксид германію (IV), (германієвої кислота), H 2 GeO 3, слабкий. неустой. двовісний. к-та, солі германати, напр. германат натрію, Na 2 GeO 3, біл. крист., розчин. в воді; гигроскопичен. Існують також гексагідроксогерманати Na 2 (орто-германати), і полігерманати
Сульфат германію (IV), Ge (SO 4) 2, бесцв. кр., гідролізуються водою до GeO 2, отримують нагріванням при 160 ° C хлориду германію (IV) з сірчаним ангідридом: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
Галогеніди германію (IV), фторид GeF 4 - бесц. газ, необр. гидрол., реагує з HF, утворюючи H 2 - германофторістоводородную кислоту: GeF 4 + 2HF \u003d H 2,
хлорид GeCl 4, бесцв. рі., гідр., бромід GeBr 4, сер. кр. або бесцв. рі., розчин. в орг. соед.,
йодид GeI 4, желт.-оранж. кр., медл. гідр., розчин. в орг. соед.
Сульфід германію (IV), GeS 2, біл. кр., погано розчин. в воді, гидрол., реагує з лугами:
3GeS 2 + 6NaOH \u003d Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O, утворюючи германати і тіогерманати.
Гідрид германію (IV), "герман", GeH 4, бесцв. газ, органічні похідні тетраметілгерман Ge (CH 3) 4, тетраетілгерман Ge (C 2 H 5) 4 - безбарвні. рідини.

застосування:

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

Сполуки германію мало токсичні. Германій - мікроелемент, який в організмі людини підвищує ефективність імунної системи організму, бореться з онкозахворюваннями, зменшує больові відчуття. Відзначається також, що германій сприяє переносу кисню до тканин організму і є потужним антиоксидантом - блокатором вільних радикалів в організмі.
Добова потреба організму людини - 0,4-1,5 мг.
Чемпіоном за змістом германію серед харчових продуктів є часник (750 мкг германію на 1 г сухої маси зубків часнику).

Матеріал підготовлений студентами ІФіХ ТюмГУ
Демченко Ю.В., Борноволоковой А.А.
джерела:
Германій // Вікіпедія. / URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid\u003d63504262 (дата звернення: 13.06.2014).
Германій // Allmetals.ru / URL: http://www.allmetals.ru/metals/germanium/ (дата звернення: 13.06.2014).

ВИЗНАЧЕННЯ

германій - тридцять другий елемент Періодичної таблиці. Позначення - Ge від латинського «germanium». Розташований в четвертому періоді, IVA групі. Відноситься до напівметал. Заряд ядра дорівнює 32.

У компактному стані германій має сріблястий колір (рис. 1) і за зовнішнім виглядом схожий на метал. При кімнатній температурі він стійкий до дії повітря, кисню, води, соляної і розведеною сірчаної кислот.

Мал. 1. Німеччин. Зовнішній вигляд.

Атомна і молекулярна маса германію

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносної молекулярна маса речовини (M r) - це число, яке показує, у скільки разів маса даної молекули більше 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.

Оскільки у вільному стані германій існує у вигляді одноатомних молекул Ge, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 72,630.

ізотопи германію

Відомо, що в природі германій може перебувати у вигляді п'яти стабільних ізотопів 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) і 76 Ge (7,67%). Їх масові числа рівні 70, 72, 73, 74 і 76 відповідно. Ядро атома ізотопу германію 70 Ge містить тридцять два протона і тридцять вісім нейтронів, інші ізотопи відрізняються від нього лише числом нейтронів.

Існують штучні нестабільні радіоактивні ізотопи германію з масовими числами від 58-ми до 86-ти, серед яких найбільш довготривалим є ізотоп 68 Ge з періодом напіврозпаду рівним 270,95 діб.

Іони германію

На зовнішньому енергетичному рівні атома германію є чотири електрона, які є валентними:

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

В результаті хімічної взаємодії германій віддає свої валентні електрони, тобто є їх донором, і перетворюється в позитивно заряджений іон:

Ge 0 -2e → Ge 2 +;

Ge 0 -4e → Ge 4+.

Молекула і атом германію

У вільному стані германій існує у вигляді одноатомних молекул Ge. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу германію:

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

завдання	Розрахуйте масові частки елементів, що входять до складу оксиду германію (IV), якщо його молекулярна формула має вигляд GeO 2.
Рішення	Масова частка елемента в складі будь-якої молекули визначається за формулою: ω (Х) \u003d n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

Хімічний елемент, відкритий в 1886 р в рідкісному мінералі аргіродіте, знайденому в Саксонії. словник іноземних слів, Які увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. германій (назв. В честь батьківщини вченого, який відкрив елемент) хім. елемент, ... ... Словник іншомовних слів російської мови

- (Germanium), Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59; неметалл; напівпровідниковий матеріал. Германій відкритий німецьким хіміком К. Вінклер в 1886 ... сучасна енциклопедія

германій - Ge Елемент IV групи Періодич. системи; ат. н. 32, ат. м. 72,59; тв. вещ у с металеві. блиском. Природний Ge - суміш п'яти стабільних ізотопів з масовими числами 70, 72, 73, 74 і 76. Існування і властивості Ge передбачив в 1871 р Д. І. ... ... Довідник технічного перекладача

германій - (Germanium), Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59; неметалл; напівпровідниковий матеріал. Германій відкритий німецьким хіміком К. Вінклер в 1886. ... Ілюстрований енциклопедичний словник

- (лат. Germanium) Ge, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомний номер 32, атомна маса 72,59. Названий від латинського Germania Німеччина, в честь батьківщини К. А. Вінклера. Сріблясто сірі кристали; щільність 5,33 г / см & sup3, tпл 938,3 ... Великий Енциклопедичний словник

- (символ Ge), біло сірий металевий елемент IV групи періодичної таблиці Менделєєва, в якій були передбачені властивості ще не відкритих елементів, зокрема, германію (1871 г.). Відкрито елемент в 1886 р Побічний продукт виплавки цинкових ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник

Ge (від лат. Germania Німеччина * a. Germanium; н. Germanium; ф. Germanium; і. Germanio), хім. елемент IV групи періодичної. системи Менделєєва, ат.н. 32, ат. м. 72,59. Природний Г. складається з 4 стабільних ізотопів 70Ge (20,55%), 72Ge ... ... геологічна енциклопедія

- (Ge), синтетичні. монокристал, ПП, точкова група m3m, щільність 5,327 г / см3, Tпл \u003d 936 ° С, тв. за шкалою Мооса 6, ат. м. 72,60. Прозорий в ІЧ області l від 1,5 до 20 мкм; оптично анизотропен, для l \u003d 1,80 мкм коеф. заломлення n \u003d 4,143. ... ... фізична енциклопедія

Сущ., Кол під синонімів: 3 напівпровідник (7) екасіліцій (1) елемент (159) ... Словник синонімів

ГЕРМАНІЙ - хім. елемент, символ Ge (лат. Germanium), ат. н. 32, ат. м. 72,59; крихке сріблясто сіре кристалічна речовина, щільність 5327 кг / м3, bіл \u003d 937,5 ° С. У природі неуважний; добувають його головним чином при переробці цинкової обманки і ... ... Велика політехнічна енциклопедія

книги

• Іонне легування напівпровідників (кремній і германій), Дж. Мейер, Л. Еріксон, Дж. Девіс. Книга присвячена яке з'явилося в останні роки методу введення в напівпровідники домішкових елементів у вигляді прискорених іонів. Метод дозволяє регулювати плотностьпрімесних атомів і глибину їх ...
• Життя поза Землею, В. Фірсов. Успіхи в освоєнні космосу змушують приділяти все більше уваги проблемі життя поза Землею: з області наукової фантастики ця проблема переходить в область научнихісследованій. Книга ...

Хімічний елемент германій знаходиться в четвертій групі (підгрупі головною) в таблиці елементів Менделєєва. Він відноситься до сімейства металів, його відносна атомна маса становить 73. За масі вміст германію в земній корі оцінюється показником 0,00007 відсотка за масою.

Історія відкриття

Хімічний елемент германій був встановлений завдяки прогнозам Дмитра Івановича Менделєєва. Саме їм передбачене існування екасіліція, були надані рекомендації щодо його розшуку.

Вважав, що даний металевий елемент знаходиться в титанових, цирконієвих рудах. Менделєєв намагався своїми силами знайти даний хімічний елемент, але його спроби не увінчалися успіхом. Тільки через п'ятнадцять років на копальні, розташованій в Хіммельфюрсте, був знайдений мінерал, який отримав назву аргіродіт. Своїй назві дане з'єднання зобов'язане сріблу, виявленому в цьому мінералі.

Хімічний елемент германій в складі був виявлений тільки після того, як до досліджень приступила група хіміків з гірничої академії м Фрейберга. Під керівництвом К. Вінклера вони з'ясували, що на частку оксидів цинку, заліза, а також на сірку, ртуть доводиться тільки 93 відсотки мінералу. Вінклер припустив, що залишилися сім відсотків припадає на невідомий в той час хімічний елемент. Після проведення додаткових хімічних експериментів був виявлений германій. Про своє відкриття хімік повідомив в доповіді, представив інформацію, отриману про властивості нового елемента, Німецькому хімічному суспільству.

Хімічний елемент германій був представлений Винклером як неметалла, за аналогією з сурмою і миш'яком. Хімік хотів назвати його нептунієм, але ця назва вже використовувалося. Тоді його стали називати германій. Хімічний елемент, відкритий Винклером, викликав серйозну дискусію між провідними хіміками того часу. Німецький вчений Ріхтер припустив, що це і є той самий екасіліціум, про який говорив Менделєєв. Через деякий час це припущення було підтверджено, що довело життєздатність періодичного закону, створеного великим російським хіміком.

Фізичні властивості

Як можна охарактеризувати германій? Хімічний елемент має 32 порядковий номер у Менделєєва. Цей метал плавиться при 937,4 ° С. Температура кипіння цієї речовини становить 2700 ° С.

Германій - елемент, який вперше стали застосовувати в Японії для медичних цілей. Після численних досліджень германійорганіческіх з'єднань, що проводяться на тваринах, а також в ході досліджень на людях, вдалося виявити позитивний вплив таких руд на живі організми. У 1967 році доктору К. Асаи вдалося виявити той факт, що у органічного германію існує величезний спектр біологічної дії.

біологічна активність

Яка характеристика хімічного елемента германію? Він здатний переносити кисень по всіх тканинах живого організму. Потрапляючи в кров, він веде себе по аналогії з гемоглобіном. Германій гарантує повноцінне функціонування всіх систем організму людини.

Саме цей метал є стимулятором розмноження клітин імунітету. Він, у вигляді органічних сполук, дозволяє формувати гамма-інтерферони, які пригнічують розмноження мікробів.

Германій перешкоджає утворенню злоякісних пухлин, не дає розвиватися метастазам. Органічні сполуки даного хімічного елемента сприяють виробленню інтерферону, захисного білкової молекули, яка виробляється організмом в якості захисної реакції на появу сторонніх тіл.

Області застосування

Протигрибковий, антибактеріальний, противірусний властивість германію стало основою сфер його застосування. У Німеччині цей елемент в основному отримали як побічний продукт переробки кольорових руд. Різними способами, Які залежать від складу вихідної сировини, виділяли германієвого концентрат. У його складі містилося не більше 10 відсотків металу.

Як саме в напівпровідникової сучасній техніці застосовується германій? Характеристика елемента, дана раніше, підтверджує можливість його використання для виробництва триодов, діодів, силових випрямлячів, кристалічних детекторів. Також германій використовується при створенні дозиметричних приладів, пристроїв, які необхідні для вимірювання напруженості постійного і змінного магнітного поля.

Істотну область застосування даного металу становить виготовлення детекторів інфрачервоного випромінювання.

Перспективним є використання не тільки самого германію, але і деяких його сполук.

Хімічні властивості

Германій при кімнатній температурі досить стійкий до впливу вологи, кисню повітря.

В ряду - германій - олово) спостерігається збільшення відновлювальної здатності.

Германій стійкий до впливу розчинів соляної і сірчаної кислот, він не вступає у взаємодію з розчинами лугів. При цьому даний метал досить швидко розчиняється в царській горілці (семи азотної і соляної кислот), а також в лужному розчині пероксиду водню.

як дати повну характеристику хімічному елементу? Германій та його сплави необхідно проаналізувати не тільки за фізичними, хімічними властивостями, Але і областям застосування. Процес окислення германію азотною кислотою протікає досить повільно.

Знаходження в природі

Спробуємо дати характеристику хімічному елементу. Германій в природі виявлено тільки у вигляді сполук. Серед найпоширеніших в природі германійсодержащіх мінералів надати Німеччина і аргіродіт. Крім того, германій присутній в сульфіду і силікату цинку, а в незначній кількості він є в різних типах кам'яного вугілля.

Шкода для здоров'я

Для чого приймається на організм германій? Хімічний елемент, електронна формула якого має вигляд 1е; 8 е; 18 е; 7 е, може негативно впливати на людський організм. Наприклад, при завантаженні германієвого концентрату, подрібненні, а також завантаження діоксиду даного металу, можуть з'являтися професійні захворювання. В якості інших джерел, що приносять шкоду здоров'ю, можна розглядати процес переплавки порошку германии в бруски, отримання чадного газу.

Адсорбований германій можна досить швидко вивести з організму, в більшій мірі з сечею. В даний час немає детальної інформації про те, наскільки токсичні неорганічні сполуки Німеччина.

Подразнюючу дію на шкіру надає тетрахлорид германію. У клінічних випробуваннях, а також при тривалому пероральному прийомі кумулятивних кількостей, які досягали 16 грамів спірогерманія (органічного протипухлинного препарату), а також інших германієвих з'єднань, виявлена \u200b\u200bнефротоксичний і нейротоксичні активність даного металу.

Подібні дозування в основному не характерні для промислових підприємств. Ті експерименти, що проводилися на тваринах, були спрямовані на вивчення дії германію та його сполук на живий організм. В результаті вдалося встановити погіршення здоров'я при вдиханні істотного обсягу пилу металевого германію, а також його діоксиду.

Вчені виявили в легенях тварин серйозні морфологічні зміни, які аналогічні проліферативним процесам. Наприклад, було виявлено суттєве потовщення альвеолярних розділів, а також гіперплазія лімфатичних судин навколо бронхів, потовщення кровоносних судин.

Діоксид германію не робить дратівної дії на шкіру, але безпосередній контакт цього з'єднання з оболонкою ока призводить до утворення германієвої кислоти, що є серйозним очним подразником. При тривалих внутрішньоочеревинних ін'єкціях були виявлені серйозні зміни в периферичної крові.

важливі факти

Найбільш шкідливими сполуками германію є хлорид і гідрид германію. Остання речовина провокує серйозне отруєння. В результаті морфологічного обстеження органів тварин, які загинули при гострій фазі, показали суттєві порушення в системі кровообігу, а також клітинні модифікації в паренхіматозних органах. Вчені прийшли до висновку, що гідрид є багатоцільовий отрута, який вражає нервову систему, Пригнічує систему периферійного кровообігу.

тетрахлорид германію

Він є сильним подразником дихальної системи, очей, шкіри. У концентрації 13 мг / м 3 він здатний пригнічувати на клітинному рівні легеневий відповідь. При збільшенні концентрації даної речовини спостерігається серйозне роздратування верхніх дихальних шляхів, істотні зміни ритму і частоти дихання.

Отруєння цією речовиною призводить до катарально-десквамативний бронхіту, інтерстиціальної пневмонії.

отримання

Так як в природі германій представлений в якості домішки до нікелевим, поліметалічних, вольфрамовим руд, для виділення чистого металу в промисловості проводять кілька трудомістких процесів, пов'язаних із збагаченням руди. З неї виділяють спочатку оксид германію, потім проводять його відновлення воднем при підвищеній температурі до отримання простого металу:

GeO2 + 2H2 \u003d Ge + 2H2O.

Електронні властивості і ізотопи

Германій вважають непрямозонних типовим напівпровідником. Величина його діелектричної статистичної проникності становить 16, а величина спорідненості до електрону - 4еВ.

У тонкій плівці легованим галієм можна надати германію стан надпровідності.

У природі присутній п'ять ізотопів цього металу. З них стабільними є чотири, а п'ятий піддається подвійному бета-розпаду, період напіврозпаду становить 1,58 × 10 21 лет.

висновок

В даний час органічні сполуки даного металу застосовують в різних сферах промисловості. Прозорість в інфрачервоній спектральної області металевого германію надвисокої чистоти важлива для виготовлення оптичних елементів інфрачервоної оптики: призм, лінз, оптичних вікон сучасних датчиків. Найпоширенішою областю використання германію вважають створення оптики тепловізійних камер, які функціонують в діапазоні довжин хвиль від 8 до 14 мікрон.

Подібні пристрої застосовують в військовій техніці для систем інфрачервоного наведення, нічного бачення, пасивного тепловидения, протипожежних системах. Також германій має високий показник заломлення, що необхідно для покриття антивідблиску.

У радіотехніці транзистори на основі германію мають характеристики, які за багатьма показниками перевищують показники кремнієвих елементів. Зворотні струми у германієвих елементів істотно вище, ніж у їх кремнієвих аналогів, що дозволяє істотно збільшувати ефективність подібних радіоприладів. З огляду на, що германій не так поширений в природі, як кремній, в радіоприладів в основному застосовують кремнієві напівпровідникові елементи.