Germánium fizikai tulajdonságai. Tudod, hogyan

Úgy ér, mint az arany – törékeny, mint az üveg. A germánium egy nyomelem, amely az emberi szervezetben számos folyamatban részt vesz. Ennek az elemnek a hiánya befolyásolja a gyomor-bél traktus működését, a zsíranyagcserét és más folyamatokat, különösen az érelmeszesedés kialakulását. A germánium emberi egészségre gyakorolt ​​előnyeiről először Japánban beszéltek. 1967-ben Dr. Katsuhiho Asai felfedezte, hogy a germánium rendelkezik széles körű biológiai hatás.

NÉMETORSZÁG HASZNOS TULAJDONSÁGAI

Oxigén szállítása a testszövetekbe. A germánium a vérbe kerülve a hemoglobinhoz hasonlóan viselkedik. Az oxigén, amelyet a test szöveteibe szállít, garantálja minden normális működését életrendszerekés megakadályozza az oxigénhiány kialakulását a hipoxiára leginkább érzékeny szervekben.
. Az immunitás stimulálása. A germánium szerves vegyületek formájában elősegíti a gamma-interferonok termelését, amelyek elnyomják a gyorsan osztódó mikrobasejtek szaporodását, aktiválják a makrofágokat és a specifikus immunsejteket.
. Daganatellenes hatás. A germánium késlelteti a rosszindulatú daganatok kialakulását és megakadályozza a metasztázisok megjelenését védő tulajdonságok radioaktív expozíciótól. A hatásmechanizmus a germánium atom és a daganatképződmények negatív töltésű részecskéinek kölcsönhatásával jár. A germánium megszabadítja a daganatsejtet a „felesleges” elektronoktól, és növeli elektromos töltés, ami a daganat halálához vezet.
. Biocid hatás (gombaellenes, vírusellenes, antibakteriális). A szerves germániumvegyületek serkentik az interferon termelését - védő fehérje, amelyet idegen mikroorganizmusok bejuttatására válaszul állítanak elő.
. Fájdalomcsillapító hatás. Ez a nyomelem megtalálható olyan természetes élelmiszerekben, mint a fokhagyma, ginzeng, chlorella és különféle gombák. Az 1960-as években nagy érdeklődést váltott ki az orvosi közösségben, amikor Dr. Katsuhiho Asai felfedezte a germániumot élő szervezetekben, és kimutatta, hogy növeli a szövetek oxigénellátását, és segít a kezelésben:
. Rák;
. ízületi gyulladás, csontritkulás;
. candidiasis (a Candida albicans élesztő mikroorganizmus túlszaporodása);
. AIDS és más vírusfertőzések. Ezenkívül a germánium felgyorsíthatja a sebgyógyulást és csökkentheti a fájdalmat.

SZERVES GERMÁNIUM. NYITÁS TÖRTÉNETE

Winkler vegyész, aki 1886-ban fedezte fel az ezüstércet új elem germánium periódusos rendszerét, és nem sejtette, hogy a huszadik században ez az elem mekkora figyelmet kelt majd az orvostudósok körében.
 Németország volt az első, amelyet Japánban a legszélesebb körben alkalmaztak orvosi célokra. Különböző szerves germánium vegyületek állatkísérletekben és embereken végzett klinikai kísérletekben végzett tesztelése kimutatta, hogy változó mértékben pozitív hatással vannak az emberi szervezetre. Között biológiai tulajdonságait szerves germánium
Képességeit meg lehet jegyezni:
. biztosítja az oxigén szállítását a testszövetekben;
. javítja az idegimpulzusok vezetőképességét;
. növeli a szervezet immunrendszeri állapotát;

. tumorellenes aktivitást mutatnak A vér magas szerves germániumtartalma lehetővé tette a japán tudósoknak, hogy a következő elméletet terjesszék elő az emberi szervezetben való hatásmechanizmusról. Feltételezik, hogy a vérben a szerves germánium hasonlóan viselkedik, mint a hemoglobin, amely szintén hordoz negatív töltés és a hemoglobinhoz hasonlóan részt vesz a szervezet szöveteinek oxigénszállítási folyamatában. Ez megakadályozza az oxigénhiány (hipoxia) kialakulását szöveti szinten.
 Szerves germánium megakadályozza az úgynevezett vér hipoxia kialakulását, amely akkor lép fel, ha az oxigént megkötő hemoglobin mennyisége csökken (csökken a vér oxigénkapacitása), és vérvesztéssel, szén-monoxid-mérgezéssel alakul ki, sugárzási hatások
A kísérletek eredményeként azt is megállapították, hogy a szerves germánium elősegíti a gamma-interferonok indukcióját, amelyek elnyomják a gyorsan osztódó sejtek szaporodási folyamatait, és aktiválják a specifikus sejteket (T-killereket). Az interferonok fő hatásirányai a szervezet szintjén a vírus- és daganatellenes védelem, a nyirokrendszer immunmoduláló és radioprotektív funkciói.


A kóros szövetek és a betegségek elsődleges jeleit mutató szövetek tanulmányozása során azt találták, hogy mindig oxigénhiány és pozitív töltésű hidrogéngyökök H+ jelenléte jellemzi őket. A H+ ionok rendkívül negatív hatással vannak az emberi szervezet sejtjeire, akár halálukig is. Az oxigénionok, amelyek képesek a hidrogénionokkal kombinálódni, lehetővé teszik a hidrogénionok által a sejtekben és szövetekben okozott károsodások szelektív és lokális kompenzálását. A germánium hidrogénionokra gyakorolt ​​hatása szerves formájának – a szeszkvioxid formájának – köszönhető.

HOL TARTALMAZ A GERMÁNIUM?
Megjegyzendő, hogy a földkéreg geokémiai evolúciója során a földfelszín nagy részéről jelentős mennyiségű germánium mosódott ki az óceánokba, így jelenleg ennek a mikroelemnek a mennyisége a talajban rendkívül elenyésző.

A néhány növény között, amely képes felvenni a germániumot és vegyületeit a talajból, a ginzeng (akár 0,2%) a vezető, amelyet széles körben használnak a tibeti gyógyászatban. A germánium fokhagymát, kámfort és aloét is tartalmaz, amelyeket hagyományosan különféle emberi betegségek megelőzésére és kezelésére használnak. A germánium ritka nyomelem, számos élelmiszerben megtalálható, de mikroszkopikus dózisban. A germánium ajánlott napi adagja szerves formában 8-10 mg.
 A táplálékból származó germánium bevitel becslése 125 faj elemzése alapján
élelmiszeripari termékek , kimutatta, hogy napi 1,5 mg germániumot fogyasztunk étkezés közben. 1 g nyers élelmiszer általában 0,1-1,0 mcg-ot tartalmaz. Ez a nyomelem megtalálható a paradicsomlében, a babban, a tejben és a lazacban. A szervezet napi germániumszükségletének kielégítéséhez azonban például akár 10 liter paradicsomlevet is meg kell inni naponta, vagy enni legfeljebb 5 kg lazacot, ami irreális. fizikai képességek emberi test. Ráadásul e termékek árai lehetetlenné teszik

GERMÁNIUM AZ EMBERI TESTBEN

A germániumot tudósok fedezték fel a 19. század végén, és a réz és a cink tisztítása során elválasztották. IN tiszta forma A germánium ásványi germanitot tartalmaz, amely a fosszilis szén bányászatában található, színe lehet sötétszürke vagy világos, ezüstös fényű. A germánium törékeny szerkezetű és erős ütéssel törhető, mint az üveg, de nem változtatja meg tulajdonságait víz, levegő és a legtöbb lúg és sav hatására. A XX. század közepéig a germániumot ipari célokra használták - gyárakban, optikai lencsék, félvezetők és iondetektorok gyártására.
A szerves germániumnak az állatok és az emberek szervezetében való felfedezése nyomán az orvosok részletesebben tanulmányozták ezt a mikroelemet. Számos vizsgálat során bebizonyosodott, hogy a germánium mikroelem jótékony hatással van az emberi szervezetre, a hemoglobinnal egyenrangú oxigénhordozóként működik, és nem halmozódik fel a csontszövetben, mint az ólom.

A GERMÁNIUM SZEREPE AZ EMBERI TESTBEN

A germánium mikroelem számos szerepet tölt be az emberi szervezetben: az immunrendszer védelmezője (részt vesz a mikrobák elleni küzdelemben), hemoglobin asszisztens (javítja az oxigén mozgását a keringési rendszerben) és gátló hatással van a növekedésre. rákos sejtek(áttétek kialakulása). A szervezetben lévő germánium serkenti az interferonok termelését a szervezetbe jutó káros mikrobák, baktériumok és vírusfertőzések leküzdésére.
A germánium nagy százalékát a gyomor és a lép visszatartja, részben a vékonybél falai szívják fel, majd bekerül a vérbe, és a csontvelőbe kerül. A szervezetben lévő germánium aktívan részt vesz a folyadék mozgási folyamataiban - a gyomorban és a belekben, valamint javítja a vér mozgását a vénás rendszeren keresztül. Az intercelluláris térben mozgó germánium szinte teljesen felszívódik a szervezet sejtjeiben, de egy idő után ennek a mikroelemnek körülbelül 90%-a a vesén keresztül a vizelettel együtt kiválasztódik a szervezetből. Ez megmagyarázza, hogy az emberi szervezetnek miért van szüksége állandóan szerves germániumra az élelmiszerrel együtt.
A hipoxia olyan fájdalmas állapot, amikor a hemoglobin mennyisége a vérben meredeken csökken (vérveszteség, sugárterhelés), és az oxigén nem terjed szét a szervezetben, ami oxigénéhezést okoz. Először is az oxigénhiány károsítja az agyat és idegrendszer, valamint a fő belső szervek - a szívizom, a máj és a vesék. Az emberi szervezetben található germánium (szerves eredetű) képes kölcsönhatásba lépni az oxigénnel és elosztani azt a szervezetben, átmenetileg átveszi a hemoglobin funkcióit.
A germánium másik előnye, hogy képes befolyásolni a törlesztést fájdalom(nem sérülésekkel kapcsolatos), az idegrendszer rostjaiban jelenleg fellépő elektronikus impulzusok miatt súlyos stressz. Kaotikus mozgásuk okozza ezt a fájdalmas feszültséget.

GERMÁNIUMTARTALMÚ TERMÉKEK

A szerves germánium jól ismert élelmiszerekben található, mint például a fokhagyma, ehető gomba, napraforgó és tökmag, zöldségek - sárgarépa, burgonya és cékla, búzakorpa, bab (szójabab, bab), paradicsom, hal.

GERMÁNIUM HIÁNYA A TESTBEN

Minden nap egy személynek 0,5-1,5 mg germániumra van szüksége. A germánium mikroelem az egész világon elismert, hogy biztonságos és nem mérgező az emberre. Jelenleg nincs információ a germánium túladagolásáról, de a germániumhiány növeli a rákos sejtek rosszindulatú daganatokká történő kialakulásának és fejlődésének kockázatát. A csontritkulás a szervezet germániumhiányával is összefügg.

A FOKHAGYMA EGÉSZSÉGES TULAJDONSÁGAI

Fokhagyma azon kevés termékek egyike, amelyek germánium mikroelemet tartalmaznak. A 20. század hetvenes éveiben japán tudósok kutatásokat végeztek ennek a nyomelemnek az emberi szervezet számára való fontosságáról. Kiderült, hogy a germánium aktívan részt vesz az oxigén szállításában a test szöveteihez, például a hemoglobinhoz. Ez különösen fontos a szívizom, az egész idegrendszer, a máj és a vesék számára. Az immunrendszer serkentésével a germánium aktiválja a makrofágokat és a T-gyilkosokat (speciális immunsejteket). Ez a mikroelem daganatellenes, antibakteriális, vírusellenes, gombaellenes és fájdalomcsillapító hatással is rendelkezik.

A germánium nem gyógyszer, így betegségeket nem gyógyít. De japán tudósok szerint (ott kezdtek először érdeklődni a germánium emberi szervezetre gyakorolt ​​pozitív hatásai iránt) a germánium javíthat általános állapot test, nevezetesen:
- normalizálja a vérkeringést a szervezetben;
- enyhíti a fáradtságot és az izomfeszültséget;
- felgyorsítja a sebgyógyulást;
- enyhíti a fájdalmat;
- megakadályozza a test lehűlését;
- javítja az alvást;
- elősegíti a jobb motoros aktivitást;
- normalizálja az érzelmi hátteret;
- megakadályozza az izmok és ízületek megnyúlását sportolás közben.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a germánium nyakláncoknak és karkötőknek nincs mellékhatása, és nem okoznak függőséget.

Germánium |32 | Ge| — Ár

A germánium (Ge) egy diszpergált ritka fém, atomszám — 32, atomtömeg-72,6, sűrűség:
szilárd anyag 25 °C-on - 5,323 g/cm3;
folyadék 100 °C-on - 5,557 g/cm3;
Olvadáspont - 958,5°C, lineáris tágulási együttható α,106, hőmérsékleten, KO:
273-573— 6.1
573-923— 6.6
Az ásványi skálán mért keménység 6-6,5.
Egykristályos, nagy tisztaságú germánium elektromos ellenállása (298OK-on), Ohm.m-0.55-0.6..
A germániumot 1885-ben fedezték fel, és kezdetben szulfid formájában állították elő. Ezt a fémet D. I. Mengyelejev jósolta meg 1871-ben, pontosan megjelölve a tulajdonságait, és elnevezte ökoszilíciumnak. A germániumot a tudósok annak az országnak a tiszteletére nevezték el, amelyben felfedezték.
germánium – ezüst fehér fém , megjelenésében az ónhoz hasonló, normál körülmények között törékeny. Képlékeny alakváltozásnak ellenálló 550°C feletti hőmérsékleten. A germániumnak van félvezető tulajdonságai . A germánium elektromos ellenállása a tisztaságától függ – a szennyeződések jelentősen csökkentik azt. A germánium a spektrum infravörös tartományában optikailag átlátszó és magas törésmutatója van, ami lehetővé teszi különféle optikai rendszerek gyártásához.
A germánium levegőben 700°C-ig stabil, magasabb hőmérsékleten oxidálódik, az olvadáspont felett pedig ég, germánium-dioxid keletkezik. A hidrogén nem lép kölcsönhatásba a germániummal, és az olvadásponton a germánium olvadék elnyeli az oxigént. A germánium nem lép reakcióba nitrogénnel. Klórral szobahőmérsékleten germánium-kloridot képez.
A germánium nem lép kölcsönhatásba a szénnel, vízben stabil, savakkal lassan reagál, és könnyen oldódik aqua regiában. A lúgos oldatok csekély hatással vannak a germániumra. A germániumot minden fémmel ötvözik.
Annak ellenére, hogy a germánium nagyobb mennyiségben fordul elő a természetben, mint az ólom, előállítása korlátozott a magas porlasztása miatt. földkéreg, és a germánium ára meglehetősen magas. A germánium képezi az argirodit és germanit ásványokat, de előállításához kevéssé használják őket. A germániumot melléktermékként vonják ki a kátrányvizekből a szénkokszolás során a szulfidos polifémes ércek, egyes vasércek feldolgozása során, amelyek legfeljebb 0,001% germániumot tartalmaznak.

ÁTVÉTEL.

A germánium előállítása különféle nyersanyagokból összetett módszerekkel történik, ahol a végtermék germánium-tetraklorid vagy germánium-dioxid, amelyből germániumfémet nyernek. Tisztítják, majd meghatározott elektromos tulajdonságokkal rendelkező germánium egykristályokat termesztenek zónaolvadási módszerrel. Az iparban monokristályos és polikristályos germániumot állítanak elő.
Az ásványok feldolgozásával nyert köztes termékek kis mennyiségben germániumot tartalmaznak, dúsításukra különféle piro- és hidrometallurgiai feldolgozási eljárásokat alkalmaznak. A pirometallurgiai módszerek a szublimáción alapulnak illékony vegyületek germánium tartalmú, hidrometallurgiai módszerek - germániumvegyületek szelektív oldásáról.
A germánium koncentrátumok előállításához a pirometallurgiai dúsító termékeket (szublimátumokat, salakokat) savakkal kezelik, és a germániumot oldatba helyezik, amelyből a koncentrátumot nyerik. különféle módszerek(kicsapás, koprecipitáció és szorpció, elektrokémiai módszerek). A koncentrátum 2-20% germániumot tartalmaz, amelyből tiszta germánium-dioxidot izolálnak. A germánium-dioxidot hidrogénnel redukálják, azonban a keletkező fém nem elég tiszta a félvezető eszközökhöz, ezért krisztallográfiai módszerekkel (irányított kristályosítás-zónás tisztítás-egykristály előállítás) tisztítják. Az irányított kristályosítást a germánium-dioxid hidrogénnel történő redukciójával kombinálják. Az olvadt fémet fokozatosan kinyomják a forró zónából a hűtőszekrénybe. A fém fokozatosan kristályosodik a tuskó hossza mentén. A szennyeződések a tuskó utolsó részében összegyűlnek, és eltávolítják. A maradék öntvényt darabokra vágják, amelyeket a zónatisztításba töltenek.
A zónatisztítás eredményeként olyan tuskót kapunk, amelyben a fém tisztasága a hossza mentén változik. Az öntvényt szintén levágják, és egyes részeit eltávolítják a folyamatból. Így, ha egykristályos germániumot nyernek zónában tisztított germániumból, a közvetlen hozam nem haladja meg a 25%-ot.
A félvezető eszközök előállításához germánium egykristályt ostyákká vágnak, amelyekből miniatűr alkatrészeket vágnak ki, amelyeket azután megőrölnek és políroznak. Ezek az alkatrészek a félvezető eszközök létrehozásának végtermékei.

ALKALMAZÁS.

• Félvezető tulajdonságai miatt a germániumot széles körben használják a rádióelektronikában kristályos egyenirányítók (diódák) és kristályos erősítők (triódák) gyártására, számítástechnika, telemechanika, radarok stb.

• A germánium triódákat elektromos rezgések erősítésére, generálására és átalakítására használják.

• A rádiótechnikában germánium filmellenállásokat használnak.

• A germániumot fotodiódákban és fotoellenállásokban, valamint termisztorok gyártására használják.

• A nukleáris technológiában germánium gamma sugárzás detektorokat, az infravörös technológiai eszközökben pedig arannyal adalékolt germánium lencséket használnak.

• A germániumot a rendkívül érzékeny hőelemek ötvözeteihez adják.

• A germániumot katalizátorként használják műszálak gyártásában.

• Az orvostudományban a germánium egyes szerves vegyületeit tanulmányozzák, ami arra utal, hogy biológiailag aktívak lehetnek, és késleltetik a rosszindulatú daganatok kialakulását, csökkentik a vérnyomást és enyhítik a fájdalmat.

Felhívjuk figyelmét, hogy bármilyen mennyiségben és formában kapunk germániumot, beleértve a selejt formájában. A germániumot a fent jelzett moszkvai telefonszám felhívásával értékesítheti.

A germánium egy törékeny, ezüstös-fehér félfém, amelyet 1886-ban fedeztek fel. Ez az ásvány tiszta formában nem található meg. Szilikátokban, vas- és szulfidércekben található. Egyes vegyületei mérgezőek. Germánium kapott széles körben elterjedt az elektromos iparban, ahol jól jöttek a félvezető tulajdonságai. Nélkülözhetetlen az infravörös és száloptika gyártásában.

Milyen tulajdonságai vannak a germániumnak?

Ennek az ásványnak az olvadáspontja 938,25 Celsius fok. A tudósok még mindig nem tudják megmagyarázni a hőkapacitás mutatóit, ami sok területen nélkülözhetetlenné teszi. A germánium képes megolvadva növelni a sűrűségét. Kiváló elektromos fizikai tulajdonságait, ami lehetővé teszi, hogy kiváló közvetett rés félvezetőnek nevezzük.

Ha a félfém kémiai tulajdonságairól beszélünk, meg kell jegyezni, hogy ellenáll a savaknak és lúgoknak, víznek és levegőnek. A germánium hidrogén-peroxid és aqua regia oldatában oldódik.

Németország bányászata

Ebből a félfémből jelenleg korlátozott mennyiségben bányásznak. Lerakódásai lényegesen kisebbek a bizmut-, antimon- és ezüstlerakódásokhoz képest.

Tekintettel arra, hogy ennek az ásványnak az aránya a földkéregben meglehetősen kicsi, saját ásványokat képez, mivel más fémek kerülnek a kristályrácsokba. A legmagasabb germániumtartalom a szfaleritekben, pirargiritban, szulfanitban, valamint a színesfém- és vasércekben figyelhető meg. Megtalálható, de sokkal ritkábban olaj- és szénlelőhelyekben.

A germánium felhasználása

Annak ellenére, hogy a germániumot meglehetősen régen fedezték fel, az iparban körülbelül 80 évvel ezelőtt kezdték használni. A félfémet először a katonai termelésben használták bizonyos anyagok gyártására elektronikus eszközök. Ebben az esetben diódákként talált alkalmazást. Most a helyzet némileg megváltozott.

A germánium legnépszerűbb felhasználási területei a következők:

• optika gyártása. A félfém nélkülözhetetlenné vált az optikai elemek gyártásában, ideértve az optikai érzékelő ablakokat, prizmákat és lencséket. A germánium infravörös tartományban mutatott átlátszósági tulajdonságai itt jól jöttek. A félfémet hőkamerák, tűzvédelmi rendszerek és éjjellátó készülékek optikájának gyártásában használják;
• rádióelektronika gyártása. Ezen a területen a félfémet diódák és tranzisztorok gyártására használták. A 70-es években azonban a germánium eszközöket szilíciumra cserélték, mivel a szilícium lehetővé tette a gyártott termékek műszaki és működési jellemzőinek jelentős javítását. A hőmérsékleti hatásokkal szembeni ellenállás mutatói növekedtek. Emellett a germánium eszközök nagy zajt keltettek működés közben.

A germánium jelenlegi helyzete

Jelenleg a félfémet mikrohullámú készülékek gyártásához használják. A germánium tellerid jól bevált termoelektromos anyagként. A germániumárak most meglehetősen magasak. Egy kilogramm germánium fém 1200 dollárba kerül.

Németország felvásárlása

Az ezüstszürke germánium ritka. A törékeny félfém félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják modern elektromos készülékek létrehozására. Nagy pontosság létrehozására is használják optikai műszerekés rádióberendezések. A germánium nagy értékű tiszta fém és dioxid formájában is.

A Goldform cég germánium, különféle fémhulladék és rádióalkatrészek beszerzésére specializálódott. Anyagértékelésben és szállításban segítünk. Küldhet germániumot postai úton, és teljes egészében megkapja a pénzt.

A germánium kémiai elem az elemek periódusos rendszerében a negyedik csoportban (fő alcsoportban) található. A fémek családjába tartozik, relatív atomtömege 73. Tömeg szerint a földkéreg germániumtartalmát 0,00007 tömegszázalékra becsülik.

A felfedezés története

A germánium kémiai elemet Dmitrij Ivanovics Mengyelejev előrejelzésének köszönhetően hozták létre. Ők voltak azok, akik megjósolták az eca-szilícium létezését, és ajánlásokat adtak annak felkutatására.

Azt hitte, hogy ez fém elem titán- és cirkóniumércekben találhatók. Mengyelejev megpróbálta egyedül megtalálni ezt a kémiai elemet, de próbálkozásai nem jártak sikerrel. Csak tizenöt évvel később egy Himmelfürstben található bányában találtak egy argyrodit nevű ásványt. Ez a vegyület az ásványban található ezüstnek köszönheti a nevét.

A készítményben található germánium kémiai elemet csak azután fedezték fel, hogy a Freibergi Bányászati ​​Akadémia kémikusainak egy csoportja megkezdte a kutatást. K. Winkler vezetésével azt találták, hogy a cink, a vas, valamint a kén és a higany oxidjainak aránya az ásványban mindössze 93 százalékot tesz ki. Winkler szerint a fennmaradó hét százalék egy akkor még ismeretlen kémiai elemből származott. Miután további kémiai kísérletek Germániumot fedeztek fel. A kémikus jelentésben számolt be felfedezéséről, és bemutatta az új elem tulajdonságairól szerzett információkat a Német Kémiai Társaságnak.

A germánium kémiai elemet Winkler nemfémként mutatta be, az antimonnal és az arzénnel analógiaként. A vegyész neptuniumnak akarta nevezni, de ezt a nevet már használták. Aztán germániumnak kezdték hívni. A Winkler által felfedezett kémiai elem komoly vitát váltott ki a kor vezető kémikusai között. Richter német tudós azt javasolta, hogy ez ugyanaz az ecasilicium, amelyről Mengyelejev beszélt. Egy idő után ez a feltevés beigazolódott, ami bebizonyította a nagy orosz kémikus által megalkotott periodikus törvény életképességét.

Fizikai tulajdonságok

Hogyan jellemezhető a germánium? A kémiai elemnek 32 van sorozatszámát Mengyelejevben. Ez a fém 937,4 °C-on olvad. Ennek az anyagnak a forráspontja 2700 °C.

A germánium olyan elem, amelyet először Japánban használtak gyógyászati ​​célokra. A szerves germániumvegyületek számos állaton végzett vizsgálata, valamint humán vizsgálatok után sikerült felfedezni az ilyen ércek élő szervezetekre gyakorolt ​​pozitív hatását. 1967-ben Dr. K. Asai felfedezte azt a tényt, hogy a szerves germániumnak hatalmas biológiai hatásai vannak.

Biológiai aktivitás

Mi a jellemző kémiai elem Németország? Képes oxigént szállítani az élő szervezet minden szövetébe. A vérbe kerülve a hemoglobinhoz hasonlóan viselkedik. A germánium garantálja az emberi test összes rendszerének teljes körű működését.

Ez a fém serkenti az immunsejtek szaporodását. Szerves vegyületek formájában lehetővé teszi gamma-interferonok képződését, amelyek elnyomják a mikrobák szaporodását.

A germánium megakadályozza a rosszindulatú daganatok kialakulását és megakadályozza az áttétek kialakulását. Ennek a kémiai elemnek a szerves vegyületei hozzájárulnak az interferon termeléséhez, egy védő fehérjemolekulához, amelyet a szervezet az idegen testek megjelenése elleni védekező reakcióként termel.

Alkalmazások

A germánium gombaellenes, antibakteriális és vírusellenes tulajdonságai alapjául szolgáltak alkalmazási területeinek. Németországban ezt az elemet főként a színesvas-ércek feldolgozásának melléktermékeként nyerték. A germániumkoncentrátumot a nyersanyag összetételétől függően különböző módon izoláltuk. Összetétele legfeljebb 10 százalék fémet tartalmazott.

Pontosan hogyan használják a germániumot a modern félvezető technológiában? Az elem korábban megadott jellemzői megerősítik annak lehetőségét, hogy triódák, diódák, teljesítmény-egyenirányítók és kristálydetektorok gyártására is használható. A germániumot dozimetriai műszerek készítésénél is használják, amelyek az állandó és váltakozó mágneses mezők erősségének méréséhez szükségesek.

Ennek a fémnek egy jelentős alkalmazási területe az infravörös sugárzás detektorok gyártása.

Ígéretes nemcsak magát a germániumot, hanem egyes vegyületeit is.

Kémiai tulajdonságok

A germánium szobahőmérsékleten meglehetősen ellenáll a nedvességnek és a légköri oxigénnek.

A sorozatban - germánium - ón) a redukálóképesség növekedése tapasztalható.

A germánium ellenáll a sósav és a kénsav oldatainak, nem lép kölcsönhatásba a lúgos oldatokkal. Ezenkívül ez a fém meglehetősen gyorsan oldódik aqua regiában (hét salétromsav és sósav), valamint lúgos hidrogén-peroxid oldatban.

Hogyan jellemezzünk teljes mértékben egy kémiai elemet? A germániumot és ötvözeteit nemcsak a fizikai és kémiai tulajdonságok, hanem az alkalmazási területek szempontjából is elemezni kell. A germánium salétromsavval történő oxidációja meglehetősen lassan megy végbe.

A természetben lenni

Próbáljuk meg jellemezni a kémiai elemet. A germánium a természetben csak vegyületek formájában található meg. A természetben leggyakrabban előforduló germánium tartalmú ásványok közül kiemeljük a germanitot és az argyroditot. Ezenkívül a germánium cink-szulfidokban és szilikátokban, kis mennyiségben pedig különféle típusok szén.

Egészségkárosodás

Milyen hatással van a germánium a szervezetre? Kémiai elem, amelynek elektronképlete 1e; 8 e; 18.; 7 e, negatív hatással lehet az emberi szervezetre. Például germánium koncentrátum betöltésekor, őrlésekor, valamint ennek a fémnek a dioxidjának betöltésekor előfordulhatnak foglalkozási megbetegedések. Az egészségre ártalmas egyéb források közé tartozik a germániumpor rúdká olvasztása és szén-monoxid termelése.

Az adszorbeált germánium gyorsan eltávolítható a szervezetből, be nagyobb mértékben vizelettel. Jelenleg nincs részletes információ arról, hogy a szervetlen germániumvegyületek mennyire mérgezőek.

A germánium-tetraklorid irritáló hatással van a bőrre. A klinikai vizsgálatok során, valamint a spirogermánium (szerves daganatellenes gyógyszer) és más germániumvegyületek kumulatív mennyiségének hosszú távú orális adagolásával e fém nefrotoxikus és neurotoxikus hatását fedezték fel.

Az ilyen adagok általában nem jellemzőek az ipari vállalkozásokra. Az állatokon végzett kísérletek célja a germánium és vegyületeinek élő szervezetre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata volt. Ennek eredményeként jelentős mennyiségű germánium fémpor, valamint annak dioxidjának belélegzése miatti egészségromlást lehetett megállapítani.

A tudósok súlyos morfológiai változásokat fedeztek fel az állatok tüdejében, amelyek hasonlóak a proliferációs folyamatokhoz. Például az alveoláris szakaszok jelentős megvastagodását, valamint a hörgők körüli nyirokerek hiperpláziáját, az erek megvastagodását észlelték.

A germánium-dioxid nem irritálja a bőrt, de ennek a vegyületnek a szem membránjával való közvetlen érintkezése germánsav képződéséhez vezet, amely súlyos szemirritáló hatású. Hosszan tartó intraperitoneális injekciókkal súlyos változásokat észleltek a perifériás vérben.

Fontos tények

A germánium legkárosabb vegyületei a germánium-klorid és -hidrid. Ez utóbbi anyag súlyos mérgezést vált ki. Az akut fázisban elhullott állatok szerveinek morfológiai vizsgálata eredményeként a keringési rendszer jelentős zavarait, valamint a parenchymalis szervek sejtelváltozásait mutatták ki. A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a hidrid egy többcélú méreg, amely hatással van az idegrendszerre és gátolja a perifériás keringési rendszert.

germánium-tetraklorid

Ő az erős irritáló légzőrendszer, szem, bőr. 13 mg/m3 koncentrációban sejtszinten képes elnyomni a pulmonalis választ. Ennek az anyagnak a koncentrációjának növekedésével a felső légutak súlyos irritációja, valamint a légzés ritmusának és gyakoriságának jelentős változása figyelhető meg.

Az ezzel az anyaggal való mérgezés hurutos-hámlásos hörghuruthoz és intersticiális tüdőgyulladáshoz vezet.

Nyugta

Mivel a természetben a germánium szennyeződésként van jelen a nikkel-, polifémes- és volfrámércekben, az iparban számos, az ércdúsításhoz kapcsolódó munkaigényes eljárást végeznek a tiszta fém izolálására. Először germánium-oxidot izolálnak belőle, majd emelt hőmérsékleten hidrogénnel redukálják, hogy egyszerű fémet kapjanak:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronikus tulajdonságok és izotópok

A germániumot közvetett rés tipikus félvezetőnek tekintik. Dielektromos statisztikai állandójának értéke 16, elektronaffinitásának értéke 4 eV.

Adalékolt gallium vékony filmjében a germánium szupravezető állapotot kaphat.

Ennek a fémnek öt izotópja van jelen a természetben. Ebből négy stabil, az ötödik pedig kétszeres béta-bomláson megy keresztül, a felezési idő 1,58 × 10 21 év.

Következtetés

Jelenleg ennek a fémnek a szerves vegyületeit különféle iparágakban használják. A fémes germánium infravörös spektrális tartományában az átlátszóság véget ért nagy tisztaságú fontosak az infravörös optika optikai elemeinek gyártásához: prizmák, lencsék, modern érzékelők optikai ablakai. A germánium leggyakoribb felhasználási területe a hőkamerák optikájának létrehozása, amelyek 8 és 14 mikron közötti hullámhossztartományban működnek.

Hasonló eszközöket használnak katonai felszerelés infravörös vezérlőrendszerekhez, éjjellátóhoz, passzív hőképalkotáshoz, tűzvédelmi rendszerekhez. A germániumnak magas törésmutatója is van, ami szükséges a tükröződésgátló bevonathoz.

A rádiótechnikában a germánium alapú tranzisztorok jellemzői sok tekintetben meghaladják a szilícium elemekét. A germánium elemek fordított árama lényegesen nagyobb, mint a szilícium társaiké, ami lehetővé teszi az ilyen rádiókészülékek hatékonyságának jelentős növelését. Tekintettel arra, hogy a germánium nem olyan elterjedt a természetben, mint a szilícium, a szilícium félvezető elemeket főként rádiókészülékekben használják.

Germánium (a latin germánium szóból), "Ge" jelöléssel, a IV. csoport eleme periódusos rendszer Dmitrij Ivanovics Mengyelejev kémiai elemei; az elem rendszáma 32, atomtömege 72,59. A germánium fémes fényű és szürkésfehér színű szilárd anyag. Bár a germánium színe meglehetősen relatív fogalom, minden az anyag felületkezelésétől függ. Néha lehet szürke, mint az acél, néha ezüst, néha pedig teljesen fekete. Külsőleg a germánium meglehetősen közel áll a szilíciumhoz. Ezek az elemek nemcsak hasonlóak egymáshoz, hanem nagyrészt azonos félvezető tulajdonságokkal is rendelkeznek. Jelentős különbségük az a tény, hogy a germánium több mint kétszer olyan nehéz, mint a szilícium.

A természetben előforduló germánium öt keverék keveréke stabil izotópok amelynek tömegszámok 76, 74, 73, 32, 70. Még 1871-ben a híres vegyész, a periódusos rendszer „atyja”, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev megjósolta a germánium tulajdonságait és létezését. Az akkor ismeretlen elemet „exasilicon”-nak nevezte, mert. az új anyag tulajdonságai sok tekintetben hasonlóak voltak a szilíciuméhoz. 1886-ban, az argirdit ásványi anyag tanulmányozása után a negyvennyolc éves német kémikus, K. Winkler egy teljesen új kémiai elemet fedezett fel a természetes keverékben.

A vegyész először neptuniumnak akarta nevezni az elemet, mert a Neptunusz bolygót is jóval korábban jósolták, mint ahogy felfedezték, de aztán rájött, hogy ezt a nevet már használták az egyik elem hamis felfedezésében, így Winkler úgy döntött, hogy megtagadja ennek a névnek. A tudóst arra kérték, hogy nevezze el az angularium elemet, ami azt jelenti, hogy „ellentmondásos, szögletes”, de Winkler nem értett egyet ezzel az elnevezéssel, bár a 32. számú elem valóban sok vitát váltott ki. A tudós nemzetisége szerint német volt, így végül úgy döntött, hogy az elemet germániumnak nevezi el, tiszteletére hazájában Németország.

Mint később kiderült, a germániumról kiderült, hogy nem más, mint a korábban felfedezett „exasilicon”. A XX. század második feléig a germánium gyakorlati hasznossága meglehetősen szűk és korlátozott volt. A fém ipari gyártása csak a félvezető elektronika ipari gyártásának beindítása eredményeként indult meg.

A germánium egy félvezető anyag, amelyet széles körben használnak az elektronikában és a technológiában, valamint mikroáramkörök és tranzisztorok gyártásában. A radarrendszerek vékony germániumfilmeket használnak, amelyeket üvegre helyeznek és ellenállásként használnak. A germániumot és fémeket tartalmazó ötvözetek detektorokban és érzékelőkben használatosak.

Az elem nem olyan szilárdságú, mint a volfrám vagy a titán, nem szolgál kimeríthetetlen energiaforrásként, mint a plutónium vagy az urán, az anyag elektromos vezetőképessége is messze van a legmagasabbtól, az ipari technológiában pedig a fő fém a vas. Ennek ellenére a germánium társadalmunk technikai fejlődésének egyik legfontosabb összetevője, mert még a szilíciumot is korábban kezdték használni félvezető anyagként.

Ezzel kapcsolatban helyénvaló lenne feltenni a kérdést: Mi a félvezetőképesség és a félvezető? Erre a kérdésre még a szakértők sem tudnak pontosan válaszolni, mert... beszélhetünk a félvezetők konkrétan figyelembe vett tulajdonságáról. Vannak is pontos meghatározás, de csak a folklór birodalmából: A félvezető két autó karmestere.

Egy germánium rúd majdnem ugyanannyiba kerül, mint egy aranyrúd. A fém nagyon sérülékeny, majdnem olyan, mint az üveg, így ha leejtesz egy ilyen tuskót, akkor igen nagy valószínűséggel hogy a fém egyszerűen eltörik.

Germánium fém, tulajdonságai

Biológiai tulajdonságok

A germániumot leginkább Japánban használták gyógyászati ​​célokra. A szerves germániumvegyületek állatokon és embereken végzett vizsgálati eredményei azt mutatták, hogy jótékony hatással lehetnek a szervezetre. 1967-ben a japán Dr. K. Asai felfedezte, hogy a szerves germániumnak széles körű biológiai hatásai vannak.

Minden biológiai tulajdonsága közül meg kell jegyezni:

• - az oxigén átjutásának biztosítása a testszövetekbe;
• - a szervezet immunállapotának növelése;
• - a daganatellenes aktivitás megnyilvánulása.

Ezt követően a japán tudósok megalkották a világ első germániumot tartalmazó gyógyászati ​​terméket - „Germanium - 132”.

Oroszországban az első hazai, szerves germániumot tartalmazó gyógyszer csak 2000-ben jelent meg.

Folyamatok biokémiai evolúció a földkéreg felszínét nem befolyásolta a lehető legjobb módon germániumot tartalmaz. Az elem nagy része kimosódott a szárazföldről az óceánokba, így a talaj tartalma meglehetősen alacsony marad.

Azok a növények, amelyek képesek felszívni a germániumot a talajból, a vezető a ginzeng (germánium legfeljebb 0,2%). A germánium megtalálható a fokhagymában, a kámforban és az aloéban is, amelyeket hagyományosan különféle emberi betegségek kezelésére használnak. A növényzetben a germánium karboxi-etil-szemioxid formájában található. Mostantól lehetőség van a szeszkvioxánok pirimidin-fragmenssel - a germánium szerves vegyületeivel - szintetizálni. Ez a kapcsolat szerkezete közel áll a természeteshez, mint a ginzeng gyökér.

A germánium a ritka nyomelemek közé sorolható. Számos különböző termékben van jelen, de apró adagokban. A szerves germánium napi bevitelét 8-10 mg-ban határozzák meg. 125 élelmiszertermék értékelése kimutatta, hogy körülbelül 1,5 mg germánium naponta élelmiszerrel kerül a szervezetbe. 1 g nyers élelmiszer mikroelem tartalma körülbelül 0,1-1,0 mcg. A germánium megtalálható a tejben, a paradicsomlében, a lazacban és a babban. De azért, hogy kielégítsünk napi szükséglet Németországban naponta 10 liter paradicsomlevet kell inni, vagy körülbelül 5 kilogramm lazacot kell enni. Ami ezeknek a termékeknek a költségeit illeti, élettani tulajdonságai személy, és józan ész Ilyen mennyiségű germánium tartalmú termékek fogyasztása sem lehetséges. Oroszországban a lakosság mintegy 80-90%-a germániumhiányos, ezért speciális készítményeket fejlesztettek ki.

Gyakorlati tanulmányok kimutatták, hogy a szervezetben a germánium legnagyobb mennyiségben a belekben, a gyomorban, a lépben, a csontvelőben és a vérben található. A belekben és a gyomorban található magas mikroelem-tartalom a gyógyszer vérbe való felszívódásának elhúzódó hatását jelzi. Van egy feltételezés, hogy a szerves germánium megközelítőleg ugyanúgy viselkedik a vérben, mint a hemoglobin, azaz. negatív töltésű, és részt vesz az oxigén szövetekbe történő átvitelében. Így megakadályozza a hipoxia kialakulását szöveti szinten.

Ismételt kísérletek eredményeként bebizonyosodott, hogy a germánium képes aktiválni a T-ölő sejteket, és elősegíti a gamma-interferonok indukcióját, amelyek elnyomják a gyorsan osztódó sejtek szaporodási folyamatát. Az interferonok fő hatásiránya a daganatellenes és vírusellenes védelem, a nyirokrendszer radioprotektív és immunmoduláló funkciói.

A germánium szeszkvioxid formájában képes a H+ hidrogénionokra hatni, kisimítva azok pusztító hatását a testsejtekre. Az emberi test összes rendszerének kiváló működésének garanciája a vér és minden szövet zavartalan oxigénellátása. A szerves germánium nemcsak oxigént szállít a test minden pontjára, hanem elősegíti a hidrogénionokkal való kölcsönhatását is.

• - A germánium fém, de törékenysége az üveghez hasonlítható.
• - Egyes kézikönyvek azt állítják, hogy a germánium ezüstös színű. De ez nem mondható el, mert a germánium színe közvetlenül függ a fémfelület feldolgozásának módjától. Néha szinte feketének tűnhet, máskor acél színű, néha pedig ezüstös lehet.
• - Germániumot fedeztek fel a nap felszínén, valamint az űrből lehullott meteoritokban.
• - A germánium első szerves elem vegyületét az elem felfedezője, Clemens Winkler szerezte meg germánium-tetrakloridból 1887-ben, ez a tetraetil-germánium volt. Az összes kapott modern színpad A germánium szerves elemeinek egyike sem mérgező. Ugyanakkor a legtöbb szerves ón és ólom mikroelem, amelyek fizikai tulajdonságaikban a germánium analógjai, mérgezőek.
• - Dmitrij Ivanovics Mengyelejev már a felfedezésük előtt megjósolt három kémiai elemet, köztük a germániumot, és az elemet ekasiliconnak nevezte a szilíciummal való hasonlósága miatt. A híres orosz tudós előrejelzése annyira pontos volt, hogy egyszerűen lenyűgözte a tudósokat, beleértve a tudósokat is. és Winkler, aki felfedezte a germániumot. Az atomtömeg Mengyelejev szerint 72, a valóságban 72,6 volt; a fajsúly ​​Mengyelejev szerint a valóságban 5,5 volt - 5,469; az atomtérfogat Mengyelejev szerint a valóságban 13 volt - 13,57; a legmagasabb oxid Mengyelejev szerint az EsO2, a valóságban - GeO2, fajsúlya Mengyelejev szerint 4,7, a valóságban - 4,703; kloridvegyület Mengyelejev szerint EsCl4 - folyékony, forráspontja megközelítőleg 90°C, a valóságban - kloridvegyület GeCl4 - folyékony, forráspontja 83°C, hidrogénnel rendelkező vegyület Mengyelejev szerint EsH4 gáz halmazállapotú, hidrogénnel való vegyület a valóságban - GeH4 gáznemű; Mendeleev Es(C2H5)4 szerinti fémorganikus vegyület, forráspontja 160 °C, valódi fémorganikus vegyület Ge(C2H5)4 forráspontja 163,5 °C. Amint az a fent tárgyalt információkból látható, Mengyelejev jóslata meglepően pontos volt.
• - 1886. február 26-án Clemens Winkler levelet kezdett Mengyelejevnek a „Tisztelt Uram” szavakkal. Csinos udvarias forma mesélt az orosz tudósnak egy új elem, a germánium felfedezéséről, amely tulajdonságait tekintve nem más, mint a Mengyelejev által korábban megjósolt „ekasilicon”. Dmitrij Ivanovics Mengyelejev válasza nem volt kevésbé udvarias. A tudós egyetértett kollégája felfedezésével, a germániumot „periódusos rendszere koronájának”, Winklert pedig az elem „atyjának” nevezte, aki érdemes viselni ezt a „koronát”.
• - A germánium, mint klasszikus félvezető, a folyékony hidrogén, de nem a folyékony hélium hőmérsékletén működő szupravezető anyagok létrehozásának problémája megoldásának kulcsává vált. Mint ismeretes, a hidrogén bekerül folyékony állapot gáz halmazállapotúvá válik, ha a hőmérséklet eléri a –252,6°C-ot vagy a 20,5°K-t. A 70-es években germánium és nióbium filmet fejlesztettek ki, amelynek vastagsága mindössze néhány ezer atom volt. Ez a fólia képes fenntartani a szupravezetést még akkor is, ha a hőmérséklet eléri a 23,2 K-t vagy az alatt.
• - Germánium egykristály termesztése során az olvadt germánium felületére germániumkristályt – „magot” helyeznek, amelyet automata segítségével fokozatosan emelnek, miközben az olvadáspont valamivel magasabb, mint a germánium olvadáspontja (937°). C). A „mag” úgy forog, hogy az egykristály, ahogy mondani szokás, minden oldalról egyenletesen „növekszik a hússal”. Megjegyzendő, hogy az ilyen növekedés során ugyanaz történik, mint a zónaolvadáskor, azaz. V szilárd fázis Szinte csak germánium kerül átadásra, és minden szennyeződés az olvadékban marad.

Történet

Egy ilyen elem, mint a germánium létezését még 1871-ben jósolta Dmitrij Ivanovics Mengyelejev a szilíciummal való hasonlósága miatt, az elemet eca-szilíciumnak nevezték el. 1886-ban a Freibergi Bányászati ​​Akadémia egyik professzora felfedezte az argyroditot, egy új ezüst ásványt. Aztán ezt az ásványt a műszaki kémia professzora, Clemens Winkler karmestere alaposan megvizsgálta teljes elemzésásványi. A negyvennyolc éves Winklert joggal tartották a Freibergi Bányászati ​​Akadémia legjobb elemzőjének, ezért kapott lehetőséget az argyrodit tanulmányozására.

Eléggé rövid határidők a professzor tudott beszámolót adni arról százalék különféle elemek az eredeti ásványban: összetételében az ezüst 74,72% volt; kén - 17,13%; vas-oxid – 0,66%; higany – 0,31%; cink-oxid - 0,22%, de csaknem hét százalék - ez volt valami ismeretlen elem aránya, amelyet, úgy tűnik, abban a távoli időben még nem fedeztek fel. Ezzel kapcsolatban Winkler úgy döntött, hogy izolálja az argyrodpt egy azonosítatlan komponensét, megvizsgálja tulajdonságait, és a kutatás során rájött, hogy valójában egy teljesen új elemet talált - ez az escaplicium, amelyet D. I. jósolt. Mengyelejev.

Téves volna azonban azt gondolni, hogy Winkler munkája zökkenőmentesen ment. Dmitrij Ivanovics Mengyelejev „A kémia alapjai” című könyvének nyolcadik fejezete mellett ezt írja: „Először (1886 februárjában) az anyaghiány, valamint a láng spektrumának hiánya és a germánium oldhatósága. vegyületek, komolyan hátráltatták Winkler kutatásait...” Érdemes odafigyelni a „spektrum hiánya” szavakra. De hogyan? 1886-ban már volt egy széles körben alkalmazott módszer spektrális elemzés. Ezzel a módszerrel olyan elemeket fedeztek fel, mint a tallium, a rubídium, az indium, a cézium a Földön és a hélium a Napon. A tudósok már biztosan tudták, hogy kivétel nélkül minden kémiai elemnek egyedi spektruma van, de hirtelen nincs spektrum!

A jelenség magyarázata valamivel később jelent meg. A germániumnak jellegzetes spektrális vonalai vannak. Hullámhosszuk 2651,18; 3039.06 Ǻ és még néhány. Mindazonáltal mindegyik a spektrum ultraibolya láthatatlan részén belül van, szerencsésnek tekinthető, hogy Winkler követője hagyományos módszerek elemzése, mert ezek a módszerek vezették sikerre.

A germánium ásványból történő előállítása, amelyet Winkler használt, meglehetősen közel áll a modern módszerekhez. ipari módszerek kiemelve a 32. elemet. Először az argarodnitban lévő germániumot dioxiddá alakították át. Ezután a kapott fehér port hidrogénatmoszférában 600-700 °C hőmérsékletre melegítjük. Ebben az esetben a reakció nyilvánvalónak bizonyult: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Ezzel a módszerrel nyerték először a viszonylag tiszta, 32-es számú elemet, a germániumot. Winkler először a vanádium neptunium nevet kívánta elnevezni az azonos nevű bolygó tiszteletére, mivel a Neptunust, a germániumhoz hasonlóan, először megjósolták, és csak azután találták meg. De aztán kiderült, hogy ezt a nevet már használták egyszer, az egyik hamisan felfedezett kémiai elemet neptuniumnak nevezték. Winkler úgy döntött, hogy nem veszélyezteti nevét és felfedezését, és visszautasította a neptúniumot. Egy francia tudós, Rayon javasolta, később azonban bevallotta, hogy javaslata vicc volt, azt javasolta, hogy az elemet angulariumnak nevezzék el, azaz. „ellentmondásos, szögletes”, de Winklernek ez a név sem tetszett. Ennek eredményeként a tudós önállóan választott nevet elemének, és germániumnak nevezte, szülőhazája, Németország tiszteletére, idővel ez a név kialakult.

2. félidőig. XX század gyakorlati használat Németország meglehetősen korlátozott maradt. Az ipari fémgyártás csak a félvezetők és a félvezető elektronika fejlesztése kapcsán merült fel.

A természetben lenni

A germánium a nyomelemek közé sorolható. A természetben az elem egyáltalán nem fordul elő szabad formában. Általános tartalom A bolygónk földkéregében lévő fém tömege 7 × 10 -4 %. Ez több, mint az olyan kémiai elemek tartalma, mint az ezüst, az antimon vagy a bizmut. De a germánium saját ásványai meglehetősen ritkák, és nagyon ritkán találhatók meg a természetben. Ezen ásványok szinte mindegyike szulfosó, például germanit Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, konfieldit Ag 8 (Sn, Ce)S 6, argirodit Ag8GeS6 és mások.

A földkéregben szétszórt germánium nagy része hatalmas mennyiségben található sziklák, valamint számos ásványi anyag: színesfémek szulfitércek, vasércek, egyes oxidásványok (kromit, magnetit, rutil és mások), gránitok, diabázok és bazaltok. Egyes szfaleritekben az elemtartalom elérheti a több kilogrammot is tonnánként, például a frankeitben és a szulvanitban az 1 kg/t, az enargitokban a germániumtartalom az 5 kg/t, a pirargiritban a 10 kg/t, ill. más szilikátokban és szulfidokban - több tíz és száz g/t. A germánium kis hányada szinte minden szilikátban, valamint egyes olaj- és szénlelőhelyekben megtalálható.

Az elem fő ásványa a germánium-szulfit (GeS2 képlet). Az ásvány cink-szulfitokban és más fémekben szennyeződésként található meg. A legfontosabb germánium ásványok: germanit Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanit (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, sztottit FeGe(OH) 6, renierit Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 és argirodit Ag 8 GeS 6.

Németország kivétel nélkül minden állam területén jelen van. De ennek a fémnek az ipari lelőhelyein egyik sem az ipari fejlett országokban a világnak nincs. A germánium nagyon-nagyon diffúz. A Földön ennek a fémnek az ásványait nagyon ritkanak tekintik, ha legalább 1% germániumot tartalmaznak. Ilyen ásványok a germanit, argyrodit, ultrabazit stb., beleértve az elmúlt évtizedekben felfedezett ásványokat is: schtotit, renerit, plumbogermanit és konfildit. Mindezen ásványok lelőhelyei nem képesek fedezni a modern ipar e ritka és fontos kémiai elem iránti igényét.

A germánium nagy része szétszórva van más kémiai elemek ásványi anyagaiban, és a természetes vizek, a szénben, az élő szervezetekben és a talajban. Például a közönséges szén germániumtartalma néha meghaladja a 0,1%-ot. De ez a szám meglehetősen ritka, általában a germánium aránya alacsonyabb. De az antracitban szinte nincs germánium.

Nyugta

A germánium-szulfid feldolgozása során GeO 2 -oxidot kapunk, amelyet hidrogén segítségével redukálva szabad germániumot kapunk.

Az ipari termelésben a germániumot főként színesfémércek (cink keverék, 0,001-0,1% germániumot tartalmazó cink-réz-ólom polifém koncentrátumok), szénégetésből származó hamu és néhány koksz vegyszer feldolgozása során nyerik ki. termékek.

Kezdetben germánium-koncentrátumot (2-10% germánium) izolálnak a fent tárgyalt forrásokból különféle módokon, amelyek kiválasztása a nyersanyag összetételétől függ. A bokszszének feldolgozása során a germánium részben (5-10%) kátrányvízzé és gyantává válik ki, onnan tanninnal kombinálva extrahálják, majd szárítják és 400-500°C-on égetik. . Az eredmény egy körülbelül 30-40% germániumot tartalmazó koncentrátum, amelyből a germániumot GeCl 4 formájában izolálják. A germánium ilyen koncentrátumból történő extrakciójának folyamata általában ugyanazokat a szakaszokat tartalmazza:

1) A koncentrátumot klórozzuk sósav, sav és klór keveréke vízi környezet vagy más klórozószerek, amelyek technikai GeCl 4 -ot eredményezhetnek. A GeCl 4 tisztítására rektifikálást és a szennyeződések tömény sósavval történő extrakcióját alkalmazzák.

2) A GeCl 4 hidrolízisét végrehajtják, a hidrolízistermékeket kalcinálják, hogy GeO 2 -oxidot kapjanak.

3) A GeO-t hidrogén vagy ammónia redukálja tiszta fémmé.

A félvezető-technikai berendezésekben használt legtisztább germánium megszerzésekor a fém zónás olvasztását hajtják végre. A félvezetőgyártáshoz szükséges egykristályos germániumot általában zónaolvasztással vagy Czochralski-módszerrel nyerik.

A germánium koksznövények kátrányvizéből való izolálására szolgáló módszereket a szovjet tudós, V.A. Nazarenko. Ez a nyersanyag legfeljebb 0,0003% germániumot tartalmaz, azonban tölgyfa kivonat felhasználásával a germánium könnyen kicsapható tannin komplex formájában.

A tannin fő összetevője az észter glükóz, ahol van egy meta-digallinsav gyök, amely megköti a germániumot, még akkor is, ha az elem koncentrációja az oldatban nagyon alacsony. Az üledékből könnyen nyerhet akár 45% germánium-dioxidot tartalmazó koncentrátumot.

A későbbi átalakítások kevéssé függenek a nyersanyag típusától. A germániumot hidrogén redukálja (mint Winklernél a 19. században), azonban a germánium-oxidot először el kell különíteni számos szennyeződéstől. Egy germániumvegyület tulajdonságainak sikeres kombinációja nagyon hasznosnak bizonyult a probléma megoldásában.

Germánium-tetraklorid GeCl4. egy illékony folyadék, amely mindössze 83,1 °C-on forr. Ezért meglehetősen kényelmesen tisztítható desztillációval és rektifikálással (kitöltéssel ellátott kvarcoszlopokban).

A GeCl4 szinte oldhatatlan sósavban. Ez azt jelenti, hogy a tisztításhoz használhatja a szennyeződések sósavval történő feloldását.

A tisztított germánium-tetrakloridot vízzel kezelik, és ioncserélő gyantákkal tisztítják. A szükséges tisztaság jele a mutató növekedése ellenállás víz 15-20 millió Ohm cm-ig.

A GeCl4 hidrolízise víz hatására megy végbe:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

Észreveheti, hogy előttünk van a germánium-tetraklorid előállításának reakciójának egyenlete „visszafelé írva”.

Ezután következik a GeO2 redukciója tisztított hidrogénnel:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Az eredmény porított germánium, amelyet megolvasztanak, majd zóna olvasztással tisztítanak. Ezt a tisztítási módszert még 1952-ben fejlesztették ki kifejezetten germánium tisztítására.

A germánium egy vagy másik típusú vezetőképességének biztosításához szükséges szennyeződéseket a gyártás végső szakaszában vezetik be, nevezetesen a zónaolvadás során, valamint az egykristály növekedése során.

Alkalmazás

A germánium egy félvezető anyag, amelyet az elektronikában és a technológiában használnak mikroáramkörök és tranzisztorok gyártásában. A germánium legvékonyabb filmjeit üvegre rakják, és radarberendezésekben használják ellenállásként. A germánium és a különböző fémek ötvözeteit detektorok és érzékelők gyártásához használják. A germánium-dioxidot széles körben használják infravörös sugárzást továbbító üvegek gyártásában.

A germánium-tellurid régóta stabil termoelektromos anyagként, valamint termoelektromos ötvözetek alkotóelemeként szolgál (termo-jelentése az 50 μV/K-s emf rendkívül nagy tisztaságú germánium a prizmák és lencsék gyártásában). infravörös optika. A germánium legnagyobb fogyasztója az infravörös optika, amelyet számítástechnikában, célzó- és rakétairányító rendszerekben, éjjellátó eszközökben, a földfelszín műholdakról történő feltérképezésében és tanulmányozásában használnak. A germániumot széles körben használják száloptikai rendszerekben (germánium-tetrafluorid hozzáadása üvegszálakhoz), valamint félvezető diódákban.

A germánium, mint klasszikus félvezető, a folyékony hidrogén, de nem a folyékony hélium hőmérsékletén működő szupravezető anyagok létrehozásának problémája megoldásának kulcsává vált. Tudniillik a hidrogén gáz halmazállapotból folyékony halmazállapotúvá alakul, ha eléri a -252,6°C-ot vagy a 20,5°K-t. A 70-es években germánium és nióbium filmet fejlesztettek ki, amelynek vastagsága mindössze néhány ezer atom volt. Ez a fólia képes fenntartani a szupravezetést még akkor is, ha a hőmérséklet eléri a 23,2 K-t vagy az alatt.

Az indiumot a HES lemezbe olvasztva, így úgynevezett lyukvezető képességű területet hozunk létre, egy egyenirányító berendezést kapunk, pl. dióda. A diódának megvan az a tulajdonsága, hogy az elektromos áramot egy irányba engedi át: az elektronikus tartományba a lyukvezető képességű tartományból. Miután az indiumot a hidroelektromos lemez mindkét oldalán megolvasztották, ez a lemez tranzisztor alapjává válik. A világon először még 1948-ban készítettek germániumból készült tranzisztort, és alig húsz évvel később százmilliós nagyságrendben gyártottak hasonló készülékeket.

A germánium alapú diódákat és triódákat széles körben használják televíziókban és rádiókban, sokféle mérőberendezésben és számítógépben.

Németországot a modern technológia más, különösen fontos területein is használják: a mérésben alacsony hőmérsékletek, infravörös sugárzás észlelésekor stb.

A seprű minden ilyen alkalmazáshoz nagyon magas kémiai és fizikai tisztaságú germánium szükséges. A kémiai tisztaság olyan tisztaság, amelynél a káros szennyeződések mennyisége nem haladhatja meg az egytízmillió százalékot (10-7%). A fizikai tisztaság minimális diszlokációt, minimális zavart jelent kristályszerkezet anyagokat. Ennek eléréséhez speciálisan egykristály germániumot termesztenek. IN ebben az esetben a teljes fémrúd csak egy kristály.

Ennek érdekében az olvadt germánium felületére germániumkristályt, „magot” helyeznek, amelyet automata berendezéssel fokozatosan emelnek, miközben az olvadáspont valamivel magasabb, mint a germánium olvadáspontja (937 °C). A „mag” úgy forog, hogy az egykristály, ahogy mondani szokás, minden oldalról egyenletesen „növekszik a hússal”. Megjegyzendő, hogy az ilyen növekedés során ugyanaz történik, mint a zónaolvadáskor, azaz. Szinte csak a germánium jut át ​​a szilárd fázisba, és minden szennyeződés az olvadékban marad.

Fizikai tulajdonságok

Valószínűleg a cikk olvasói közül keveseknek kellett vizuálisan látniuk a vanádiumot. Maga az elem meglehetősen szűkös és drága fogyasztási cikkeket nem készítenek belőle, az elektromos készülékekben megtalálható germánium töltelékük pedig olyan kicsi, hogy nem lehet látni a fémet.

Egyes referenciakönyvek szerint a germánium ezüstös színű. De ez nem mondható el, mert a germánium színe közvetlenül függ a fémfelület feldolgozásának módjától. Néha szinte feketének tűnhet, máskor acél színű, néha pedig ezüstös lehet.

A germánium olyan ritka fém, hogy nemesfémének ára összehasonlítható az arany árával. A germániumot fokozott törékenység jellemzi, amely csak az üveghez hasonlítható. Külsőleg a germánium meglehetősen közel áll a szilíciumhoz. Ez a két elem versenytársa a legfontosabb félvezető és az analógok címének. Bár az elemek egyes műszaki tulajdonságai nagymértékben hasonlóak, beleértve az anyagok külső megjelenését is, nagyon könnyű megkülönböztetni a germániumot a szilíciumtól, amely több mint kétszer olyan nehéz. A szilícium sűrűsége 2,33 g/cm3, a germániumé 5,33 g/cm3.

De nem beszélhetünk egyértelműen a germánium sűrűségéről, mert az 5,33 g/cm3 érték a germánium-1-re vonatkozik. A 32-es elem öt allotróp módosulatának egyik legfontosabb és leggyakoribb módosítása. Ezek közül négy kristályos, egy pedig amorf. A germánium-1 a négy kristályos közül a legkönnyebb módosítás. Kristályai pontosan ugyanúgy épülnek fel, mint a gyémántkristályok, a = 0,533 nm. Ha azonban szénre ezt a szerkezetet a lehető legsűrűbb, akkor a germániumnak is vannak sűrűbb módosításai. Mérsékelt melegítés és nagy nyomás (körülbelül 30 ezer atmoszféra 100 °C-on) a germánium-1-et germánium-2-vé alakítja, szerkezet kristályrács amelynek pontosan ugyanaz, mint a fehér ón. Hasonló módszerrel állítják elő a germánium-3-at és a germánium-4-et is, amelyek még sűrűbbek. Mindezek a „nem egészen hétköznapi” módosítások nemcsak sűrűségben, hanem elektromos vezetőképességben is felülmúlják a germánium-1-et.

A folyékony germánium sűrűsége 5,557 g/cm3 (1000 °C-on), a fém olvadáspontja 937,5 °C; forráspontja körülbelül 2700 °C; a hővezetési együttható értéke körülbelül 60 W / (m (K), vagy 0,14 cal / (cm (sec (deg))) 25 ° C-os hőmérsékleten. Normál hőmérsékleten még a tiszta germánium is törékeny, de amikor eléri az 550 °C-ot, a germánium keménysége az ásványtani skálán az összenyomhatósági együttható értéke 0-120 GN/m2, vagy 0 között van. 12000 kgf/mm2-ig) 1,4 10-7 m 2 /mn (vagy 1,4·10-6 cm 2 /kgf); felületi feszültség egyenlő 0,6 n/m (vagy 600 dyn/cm).

A germánium egy tipikus félvezető, amelynek sávszélessége 1,104·10-19 vagy 0,69 eV (25 °C hőmérsékleten); A nagy tisztaságú germánium fajlagos elektromos ellenállása 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 °C)); az elektronok mobilitása 3900, a lyukmobilitás pedig 1900 cm 2 /v. sec (25 °C-on és 25 °C-on) 8% szennyeződések) Az infravörös sugarak esetében, amelyek hullámhossza meghaladja a 2 mikronot, a fém átlátszó.

A germánium meglehetősen törékeny, hideg vagy meleg nyomással nem dolgozható 550 °C alatti hőmérsékletre, de ha a hőmérséklet emelkedik, a fém képlékeny. A fém keménysége ásványtani skálán 6,0-6,5 (a germániumot fém- vagy gyémántkoronggal és csiszolóanyaggal lemezekre fűrészeljük).

Kémiai tulajdonságok

Germánium, bent van kémiai vegyületekáltalában második és negyedik vegyértéket mutat, de a négyértékű germániumvegyületek stabilabbak. A germánium szobahőmérsékleten ellenáll a víznek, a levegőnek, valamint a lúgos oldatoknak és a híg kén- vagy sósavkoncentrátumoknak, de az elem meglehetősen könnyen oldódik vízben vagy hidrogén-peroxid lúgos oldatában. Az elem lassan oxidálódik, ha ki vannak téve salétromsav. Amikor a levegő hőmérséklete eléri az 500-700 °C-ot, a germánium oxidálódni kezd GeO 2 és GeO oxidokká. A (IV) germánium-oxid fehér por, olvadáspontja 1116 °C, vízben való oldhatósága 4,3 g/l (20 °C-on). Kémiai tulajdonságai szerint az anyag amfoter, lúgban oldódik, nehezen beszívódik ásványi sav. A hidrolízis során felszabaduló GeO 3 nH 2 O hidratációs csapadék behatolásával nyerik. A germániumsav származékai, például a fémcsírák (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3 stb.) olyan szilárd anyagok, amelyeknek van. magas hőmérsékletek olvadás, GeO 2 és más oxidok olvasztásával nyerhető.

A germánium és a halogének kölcsönhatása eredményeként a megfelelő tetrahalogenidek keletkezhetnek. A reakció legkönnyebben klórral és fluorral (szobahőmérsékleten is), majd jóddal (hőmérséklet 700-800 °C, CO jelenléte) és brómmal (hőmérsékleten is) mehet végbe a legkönnyebben. alacsony hő). A germánium egyik legfontosabb vegyülete a tetraklorid (GeCl 4 képlet). Színtelen folyadék, olvadáspontja 49,5 °C, forráspontja 83,1 °C, sűrűsége 1,84 g/cm3 (20 °C-on). Az anyag víz hatására erősen hidrolizál, oxidált oxid (IV) csapadék szabadul fel. A tetrakloridot germánium fém klórozásával vagy GeO 2 -oxid és tömény sósav reakciójával állítják elő. Germánium-dihalogenidekkel általános képlet GeX 2, hexaklór-digermán Ge 2 Cl 6, GeCl-monoklorid, valamint germánium-oxi-kloridok (például CeOCl 2).

Amikor elérjük a 900-1000 °C-ot, a kén erőteljesen kölcsönhatásba lép a germániummal, és GeS2-diszulfidot képez. Fehér szilárd anyag, olvadáspontja 825 °C. GeS-monoszulfid és hasonló germánium-vegyületek képződése tellúrral és szelénnel, amelyek félvezetők, szintén lehetségesek. 1000-1100 °C hőmérsékleten a hidrogén enyhén reagál a germániummal, germinum (GeH) X keletkezik, amely instabil és erősen illékony vegyület. A Ge n H 2n + 2 - Ge 9 H 20 sorozatú hidrogén germanidok germanidok híg sósavval történő reagáltatásával állíthatók elő. A GeH 2 összetételű germilén is ismert. A germánium nem reagál közvetlenül a nitrogénnel, de van egy Ge 3 N 4 nitrid, amely akkor keletkezik, amikor a germániumot ammóniával (700-800 ° C) érik. A germánium nem lép reakcióba a szénnel. Sok fémmel a germánium különféle vegyületeket - germanidokat - képez.

Számos összetett germániumvegyület ismert, amelyek egyre fontosabbá válnak analitikai kémia germánium elem, valamint a kémiai elem beszerzési folyamataiban. A germánium képes komplex vegyületeket képezni hidroxil-tartalmú vegyületekkel szerves molekulák (többértékű alkoholok, többbázisú savak és mások). Vannak germánium heteropolisavak is. A IV. csoport többi eleméhez hasonlóan a germánium is jellemzően fémorganikus vegyületeket képez. Ilyen például a tetraetil-germán (C 2 H 5) 4 Ge 3.