ژرمانیوم چیست؟ خواص مواد طبیعی

عنصر شیمیایی ژرمانیوم در گروه چهارم (زیرگروه اصلی) جدول تناوبی عناصر قرار دارد. از خانواده فلزات است، جرم اتمی نسبی آن 73 است. بر حسب جرم، محتوای ژرمانیوم در پوسته زمین 0.00007 درصد وزنی برآورد شده است.

تاریخچه کشف

عنصر شیمیایی ژرمانیوم به لطف پیش بینی های دیمیتری ایوانوویچ مندلیف ایجاد شد. این او بود که وجود کاسیلیکون را پیش بینی کرد و توصیه هایی برای جستجوی آن ارائه شد.

او معتقد بود که این عنصر فلزی در سنگ معدن تیتانیوم، زیرکونیوم یافت می شود. مندلیف به تنهایی تلاش کرد تا این عنصر شیمیایی را بیابد، اما تلاش های او ناموفق بود. تنها پانزده سال بعد، در معدنی واقع در هیملفورست، ماده معدنی به نام آرژیرودیت یافت شد. این ترکیب نام خود را مدیون نقره موجود در این ماده معدنی است.

عنصر شیمیایی ژرمانیوم در این ترکیب تنها پس از اینکه گروهی از شیمیدانان آکادمی معدن فرایبرگ شروع به تحقیق کردند کشف شد. تحت هدایت K. Winkler، آنها دریافتند که تنها 93 درصد از این ماده معدنی توسط اکسیدهای روی، آهن، و همچنین گوگرد، جیوه تشکیل می شود. وینکلر پیشنهاد کرد که هفت درصد باقیمانده از یک عنصر شیمیایی ناشناخته در آن زمان به دست آمده است. پس از آزمایشات شیمیایی اضافی، ژرمانیوم کشف شد. شیمیدان کشف خود را در گزارشی اعلام کرد و اطلاعات دریافتی در مورد خواص عنصر جدید را به انجمن شیمی آلمان ارائه کرد.

عنصر شیمیایی ژرمانیوم توسط وینکلر به عنوان یک غیرفلز و با قیاس با آنتیموان و آرسنیک معرفی شد. شیمیدان می خواست آن را نپتونیوم بنامد، اما این نام قبلاً استفاده شده بود. سپس آن را ژرمانیوم نامیدند. عنصر شیمیایی کشف شده توسط وینکلر باعث بحث جدی در بین شیمیدانان برجسته آن زمان شد. دانشمند آلمانی ریشتر پیشنهاد کرد که این همان اگزسیلیکونی است که مندلیف از آن صحبت کرد. مدتی بعد، این فرض تایید شد، که زنده بودن را ثابت کرد قانون دوره ایایجاد شده توسط شیمیدان بزرگ روسی.

مشخصات فیزیکی

چگونه می توان ژرمانیوم را مشخص کرد؟ عنصر شیمیایی در مندلیف دارای شماره سریال 32 است. این فلز در دمای 937.4 درجه سانتی گراد ذوب می شود. نقطه جوش این ماده 2700 درجه سانتی گراد است.

ژرمانیوم عنصری است که برای اولین بار در ژاپن برای اهداف پزشکی استفاده شد. پس از مطالعات متعدد در مورد ترکیبات ارگانوژرمانیوم انجام شده بر روی حیوانات و همچنین در طول مطالعات بر روی انسان، امکان یافتن تأثیر مثبت چنین سنگ معدنی بر موجودات زنده وجود داشت. دکتر ک آسایی در سال 1967 موفق به کشف این واقعیت شد که ژرمانیوم ارگانیکطیف گسترده ای از اثرات بیولوژیکی وجود دارد.

فعالیت بیولوژیکی

ویژگی عنصر شیمیایی ژرمانیوم چیست؟ قادر است اکسیژن را به تمام بافت های موجود زنده برساند. هنگامی که در خون قرار می گیرد، با هموگلوبین مشابه رفتار می کند. ژرمانیوم عملکرد کامل تمام سیستم های بدن انسان را تضمین می کند.

این فلز است که تولید مثل سلول های ایمنی را تحریک می کند. این به شکل ترکیبات آلی امکان تشکیل گاما اینترفرون ها را فراهم می کند که از تولید مثل میکروب ها جلوگیری می کند.

ژرمانیوم از تشکیل تومورهای بدخیم جلوگیری می کند، از ایجاد متاستاز جلوگیری می کند. ترکیبات آلی این عنصر شیمیایی به تولید اینترفرون کمک می کند، یک مولکول پروتئین محافظ که توسط بدن به عنوان یک واکنش محافظتی در برابر ظاهر اجسام خارجی تولید می شود.

مناطق استفاده

خاصیت ضد قارچی، ضد باکتریایی و ضد ویروسی ژرمانیوم مبنایی برای کاربردهای آن شده است. در آلمان، این عنصر عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی از فرآوری سنگ معدن های غیر آهنی به دست آمد. روش های مختلفکه به ترکیب مواد اولیه بستگی دارد، کنسانتره ژرمانیوم جدا شد. بیش از 10 درصد فلز در آن وجود نداشت.

ژرمانیوم دقیقاً چگونه در فناوری نیمه هادی مدرن استفاده می شود؟ ویژگی عنصری که قبلا داده شد، امکان استفاده از آن را برای تولید تریود، دیود، یکسو کننده های قدرت و آشکارسازهای کریستال تایید می کند. ژرمانیوم همچنین در ساخت ابزار دزیمتری استفاده می شود، دستگاه هایی که برای اندازه گیری قدرت یک میدان مغناطیسی ثابت و متناوب ضروری هستند.

یکی از زمینه های ضروری کاربرد این فلز، ساخت آشکارسازهای تشعشع مادون قرمز است.

استفاده از نه تنها خود ژرمانیوم، بلکه برخی از ترکیبات آن نیز امیدوار کننده است.

خواص شیمیایی

ژرمانیوم در دمای اتاق در برابر رطوبت و اکسیژن اتمسفر کاملاً مقاوم است.

در سری - ژرمانیوم - قلع) افزایش قابلیت احیا مشاهده می شود.

ژرمانیوم در برابر محلول های اسیدهای کلریدریک و سولفوریک مقاوم است و با محلول های قلیایی برهمکنش نمی کند. در همان زمان، این فلز به سرعت در آب (هفت اسید نیتریک و هیدروکلریک) و همچنین در محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می شود.

نحوه دادن توضیحات کاملعنصر شیمیایی؟ ژرمانیوم و آلیاژهای آن نه تنها باید از طریق فیزیکی، خواص شیمیاییبلکه در زمینه های کاربردی. فرآیند اکسیداسیون ژرمانیوم اسید نیتریکنسبتا کند پیش می رود

بودن در طبیعت

بیایید سعی کنیم عنصر شیمیایی را مشخص کنیم. ژرمانیوم در طبیعت فقط به صورت ترکیبات یافت می شود. در میان رایج ترین کانی های حاوی ژرمانیوم در طبیعت، ژرمانیت و آرژیرودیت را می توان نام برد. علاوه بر این، ژرمانیوم در سولفیدهای روی و سیلیکات ها و به مقدار کم در انواع مختلف زغال سنگ وجود دارد.

آسیب به سلامتی

ژرمانیوم چه تاثیری بر بدن دارد؟ یک عنصر شیمیایی که فرمول الکترونیکی آن 1e است. 8 e; 18 e; 7 e، می تواند بر بدن انسان تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، هنگام بارگیری کنسانتره ژرمانیوم، آسیاب کردن و همچنین بارگیری دی اکسید این فلز، ممکن است بیماری های شغلی ظاهر شود. به عنوان سایر منابعی که برای سلامتی مضر هستند، می‌توان فرآیند ذوب مجدد پودر ژرمانیوم را به شکل میله‌ها و به دست آوردن مونوکسید کربن در نظر گرفت.

ژرمانیوم جذب شده می تواند به سرعت از بدن دفع شود، عمدتاً با ادرار. در حال حاضر، اطلاعات دقیقی در مورد سمی بودن ترکیبات معدنی ژرمانیوم وجود ندارد.

تتراکلرید ژرمانیوم اثر تحریک کننده ای روی پوست دارد. در آزمایشات بالینی و همچنین با تجویز خوراکی طولانی مدت مقادیر تجمعی که به 16 گرم اسپیروژرمانیوم (یک داروی ضد تومور آلی) و همچنین سایر ترکیبات ژرمانیوم می رسید، فعالیت نفروتوکسیک و نوروتوکسیک این فلز مشاهده شد.

چنین دوزهایی معمولاً برای آنها معمول نیست شرکت های صنعتی. آن آزمایش‌هایی که روی حیوانات انجام شد با هدف مطالعه تأثیر ژرمانیوم و ترکیبات آن بر روی یک موجود زنده بود. در نتیجه، هنگام استنشاق مقدار قابل توجهی گرد و غبار ژرمانیوم فلزی و همچنین دی اکسید آن، می توان سلامتی را بدتر کرد.

دانشمندان تغییرات مورفولوژیکی جدی در ریه های حیوانات پیدا کرده اند که شبیه به فرآیندهای تکثیر هستند. به عنوان مثال، ضخیم شدن قابل توجهی در بخش های آلوئولی و همچنین هیپرپلازی عروق لنفاوی اطراف برونش ها، ضخیم شدن رگ های خونی آشکار شد.

دی اکسید ژرمانیوم پوست را تحریک نمی کند، اما تماس مستقیم این ترکیب با غشای چشم منجر به تشکیل اسید ژرمانیک می شود که یک محرک جدی چشم است. با تزریق داخل صفاقی طولانی مدت، تغییرات جدی در خون محیطی مشاهده شد.

حقایق مهم

مضرترین ترکیبات ژرمانیوم کلرید ژرمانیوم و هیدرید ژرمانیوم است. ماده دوم باعث مسمومیت جدی می شود. در نتیجه بررسی مورفولوژیکی اندام های حیواناتی که در مرحله حاد مرده بودند، اختلالات قابل توجهی در سیستم گردش خون و همچنین تغییرات سلولی در اندام های پارانشیمی نشان دادند. دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هیدرید یک سم چند منظوره است که بر سیستم عصبی تأثیر می گذارد و سیستم گردش خون محیطی را تحت تأثیر قرار می دهد.

تتراکلرید ژرمانیم

این ماده تحریک کننده قوی برای سیستم تنفسی، چشم ها و پوست است. در غلظت 13 میلی گرم بر متر مکعب قادر است پاسخ ریوی را در سطح سلولی سرکوب کند. با افزایش غلظت این ماده، تحریک شدید دستگاه تنفسی فوقانی مشاهده می شود. تغییرات قابل توجهریتم و تعداد تنفس

مسمومیت با این ماده منجر به برونشیت کاتارال-دسکوماتیو، پنومونی بینابینی می شود.

اعلام وصول

از آنجایی که ژرمانیوم در طبیعت به عنوان ناخالصی برای کانی‌های نیکل، پلی‌فلزی، تنگستن وجود دارد، چندین فرآیند کار فشرده مرتبط با غنی‌سازی سنگ معدن در صنعت برای جداسازی فلز خالص انجام می‌شود. ابتدا اکسید ژرمانیوم از آن جدا می شود، سپس با هیدروژن در دمای بالا کاهش می یابد تا یک فلز ساده به دست آید:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

خواص و ایزوتوپ های الکترونیکی

ژرمانیوم یک نیمه هادی معمولی با شکاف غیر مستقیم در نظر گرفته می شود. مقدار گذردهی آن 16 و مقدار میل ترکیبی الکترون 4 eV است.

در یک لایه نازک آغشته به گالیم، می توان به ژرمانیوم حالت ابررسانایی داد.

پنج ایزوتوپ از این فلز در طبیعت وجود دارد. از این تعداد، چهار مورد پایدار هستند، و پنجمی دچار فروپاشی مضاعف بتا، با نیمه عمر 1.58×10 21 سال می شود.

نتیجه

در حال حاضر از ترکیبات آلی این فلز در صنایع مختلف استفاده می شود. شفافیت در ناحیه طیفی مادون قرمز ژرمانیوم فلزی با خلوص فوق العاده بالا برای ساخت عناصر نوری اپتیک مادون قرمز مهم است: منشورها، لنزها، پنجره های نوری سنسورهای مدرن. رایج ترین کاربرد ژرمانیوم ایجاد اپتیک برای دوربین های تصویربرداری حرارتی است که در محدوده طول موج 8 تا 14 میکرون کار می کنند.

چنین دستگاه هایی در تجهیزات نظامی برای سیستم های هدایت مادون قرمز، دید در شب، تصویربرداری حرارتی غیرفعال و سیستم های آتش نشانی استفاده می شوند. همچنین ژرمانیوم دارای ضریب شکست بالایی است که برای پوشش ضد انعکاس ضروری است.

در مهندسی رادیو، ترانزیستورهای مبتنی بر ژرمانیوم دارای ویژگی هایی هستند که از بسیاری جهات بیشتر از عناصر سیلیکونی هستند. جریان معکوس سلول های ژرمانیومی به طور قابل توجهی بیشتر از جریان های مشابه سیلیکونی آنها است، که باعث می شود کارایی چنین دستگاه های رادیویی به میزان قابل توجهی افزایش یابد. با توجه به اینکه ژرمانیوم در طبیعت به اندازه سیلیکون رایج نیست، عناصر نیمه هادی سیلیکونی عمدتاً در دستگاه های رادیویی استفاده می شوند.

ژرمانیوم توسط دانشمندان در اواخر قرن نوزدهم کشف شد که در طی تصفیه مس و روی آن را جدا کردند. ژرمانیوم در شکل خالص خود حاوی ماده معدنی ژرمانیت است که در استخراج زغال سنگ فسیلی یافت می شود؛ رنگ آن می تواند خاکستری تیره یا روشن با درخشندگی نقره ای باشد. ژرمانیوم ساختار شکننده ای دارد و مانند شیشه با ضربه ای قوی شکسته می شود، اما تحت تاثیر آب، هوا و اکثر مواد قلیایی و اسیدی، خواص خود را تغییر نمی دهد. تا اواسط قرن بیستم، ژرمانیوم برای مقاصد صنعتی - در کارخانه ها، ساخت لنزهای نوری، نیمه هادی ها و آشکارسازهای یونی استفاده می شد.

کشف ژرمانیوم آلی در بدن حیوانات و انسان باعث شد تا دانشمندان علوم پزشکی با جزئیات بیشتری در مورد این عنصر میکروبی مطالعه کنند. در طی آزمایشات متعدد، ثابت شده است که عنصر کمیاب ژرمانیوم دارد اثر مفیدبر روی بدن انسان، به عنوان یک حامل اکسیژن در حد هموگلوبین عمل می کند و مانند سرب در بافت های استخوانی تجمع نمی یابد.

نقش ژرمانیوم در بدن انسان

یک عنصر کمیاب انسانی چندین نقش را ایفا می کند: یک مدافع ایمنی (در مبارزه با میکروب ها شرکت می کند)، یک کمک کننده هموگلوبین (جنبش اکسیژن را در سیستم گردش خون بهبود می بخشد) و تأثیر مضطرب بر رشد سلول های سرطانی (توسعه متاستاز) دارد. . ژرمانیوم در بدنتولید اینترفرون ها را برای مبارزه با میکروب های مضر، باکتری ها و عفونت های ویروسی که وارد بدن می شوند تحریک می کند.

درصد زیادی از ژرمانیوم توسط معده و طحال حفظ می شود، تا حدی توسط دیواره های روده کوچک جذب می شود و پس از آن وارد جریان خون شده و به مغز استخوان می رسد. ژرمانیوم در بدنبه طور فعال در فرآیندهای حرکت مایعات - در معده و روده شرکت می کند و همچنین حرکت خون را از طریق سیستم وریدی بهبود می بخشد. ژرمانیوم که در فضای بین سلولی حرکت می کند تقریباً به طور کامل توسط سلول های بدن جذب می شود، اما پس از مدتی حدود 90 درصد از این عنصر کمیاب به همراه ادرار توسط کلیه ها از بدن دفع می شود. این توضیح می دهد که چرا بدن انسان به طور مداوم به مصرف ژرمانیوم ارگانیک همراه با محصولات نیاز دارد.

هیپوکسی زمانی که مقدار هموگلوبین خون به شدت کاهش می یابد (از دست دادن خون، قرار گرفتن در معرض اشعه) و اکسیژن در سراسر بدن پخش نمی شود، وضعیت دردناکی است که باعث گرسنگی اکسیژن می شود. اول از همه، کمبود اکسیژن به مغز و سیستم عصبی و همچنین اصلی آسیب می رساند اعضای داخلی- عضله قلب، کبد و کلیه ها. ژرمانیوم(ارگانیک. آلی) در بدنیک فرد قادر است با اکسیژن وارد رابطه شود و آن را در سراسر بدن توزیع کند و به طور موقت عملکرد هموگلوبین را بر عهده بگیرد.

مزیت دیگری که ژرمانیوم دارد، توانایی آن در تأثیرگذاری بر بازپرداخت درد (غیر مرتبط با جراحات)، به دلیل تکانه های الکترونیکی است که در الیاف ایجاد می شود. سیستم عصبیدر مواقع استرس زیاد حرکت آشفته آنها باعث این تنش دردناک می شود.

محصولات حاوی ژرمانیوم

ژرمانیوم ارگانیک در محصولات شناخته شده برای همه یافت می شود، مانند: سیر، قارچ خوراکی، تخمه آفتابگردان و کدو تنبل، سبزیجات - هویج، سیب زمینی و چغندر، سبوس گندم، لوبیا (سویا، لوبیا)، گوجه فرنگی، ماهی.

کمبود ژرمانیوم در بدن

هر روز یک فرد از 0.5 میلی گرم تا 1.5 میلی گرم ژرمانیوم نیاز دارد. عنصر کمیاب ژرمانیوم در سراسر جهان به عنوان ایمن و غیر سمی برای انسان شناخته شده است. در حال حاضر هیچ اطلاعاتی در مورد مصرف بیش از حد ژرمانیوم وجود ندارد، اما کمبود ژرمانیوم خطر ظهور و توسعه سلول های سرطانی به تومورهای بدخیم را افزایش می دهد. بروز پوکی استخوان نیز با کمبود ژرمانیوم در بدن همراه است.

GERMANIUM، Ge (از لات. Germania - آلمان * a. germanium؛ n. Germanium؛ f. germanium؛ و. germanio)، - یک عنصر شیمیایی از گروه IV از سیستم تناوبی مندلیف، عدد اتمی 32، جرم اتمی 72.59. ژرمانیوم طبیعی از 4 ایزوتوپ پایدار 70 Ge (20.55%)، 72 Ge (27.37%)، 73 Ge (7.67%)، 74 Ge (36.74%) و یک ایزوتوپ رادیواکتیو 76 Ge (7، 67%) با نیمه عمر تشکیل شده است. از 2.10 6 سال. در سال 1886 توسط شیمیدان آلمانی K. Winkler در کانی آرژیرودیت کشف شد. در سال 1871 توسط D. N. Mendeleev (اکاسیلیکون) پیش بینی شد.

ژرمانیوم در طبیعت

ژرمانیوم اشاره دارد. شیوع ژرمانیوم در (1-2).10 -4%. به عنوان ناخالصی در کانی های سیلیکونی، به میزان کمتری در کانی ها و. کانی های خود ژرمانیوم بسیار نادر هستند: سولفوسالت ها - آرژیرودیت، ژرمانیت، رنیریت و برخی دیگر. اکسید هیدراته دوگانه ژرمانیوم و آهن - اشتوتیت؛ سولفات ها - ایتویت، فلیشریت و برخی دیگر که عملاً ارزش صنعتی ندارند. ژرمانیوم در فرآیندهای هیدروترمال و رسوبی تجمع می یابد، جایی که امکان جداسازی آن از سیلیکون وجود دارد. در مقادیر افزایش یافته (0.001-0.1٪) در و. منابع ژرمانیوم عبارتند از سنگ معدن چند فلزی، زغال سنگ فسیلی و برخی از انواع ذخایر آتشفشانی- رسوبی. مقدار اصلی ژرمانیوم به طور اتفاقی از آب قیر در هنگام کک شدن زغال سنگ، از خاکستر زغال سنگ حرارتی، اسفالریت و مگنتیت به دست می آید. ژرمانیوم توسط اسید، تصعید در یک محیط احیا، همجوشی با سود سوزآور و غیره استخراج می شود. دومی توسط هیدروژن به ژرمانیوم فلزی کاهش می یابد، که با تبلور کسری و جهتی، ذوب ناحیه ای خالص می شود.

کاربرد ژرمانیوم

ژرمانیوم در رادیو الکترونیک و مهندسی برق به عنوان یک ماده نیمه هادی برای ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شود. ژرمانیوم برای ساخت عدسی‌های اپتیک مادون قرمز، فتودیودها، مقاومت‌های نوری، دزیمترهای تشعشع هسته‌ای، آنالایزرهای طیف‌سنجی اشعه ایکس، مبدل‌های انرژی واپاشی رادیواکتیو به انرژی الکتریکی و غیره استفاده می‌شود. آلیاژهای ژرمانیوم با برخی فلزات که با افزایش مقاومت در برابر محیط‌های تهاجمی اسیدی مشخص می‌شوند، در ابزارسازی، مهندسی مکانیک و متالورژی استفاده می‌شوند. برخی از آلیاژهای ژرمانیوم با سایر عناصر شیمیایی ابررسانا هستند.

(Germanium؛ از lat. Germania - آلمان)، Ge - شیمیایی. عنصر گروه IV از سیستم تناوبی عناصر؛ در n 32، در. متر 72.59. ماده خاکستری نقره ای با درخشندگی فلزی. در شیمی ترکیبات حالت های اکسیداسیون +2 و +4 را نشان می دهند. ترکیبات با حالت اکسیداسیون +4 پایدارتر هستند. ژرمانیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار با عدد جرمی 70 (20.55%)، 72 (27.37%)، 73 (7.67%) و 74 (36.74%) و یک ایزوتوپ رادیواکتیو با عدد جرمی 76 (7.67%) و نیمه عمر تشکیل شده است. از 2106 سال. به طور مصنوعی (با کمک واکنش های هسته ای مختلف) بسیاری از ایزوتوپ های رادیواکتیو به دست آمده اند. بالاترین ارزشدارای ایزوتوپ 71 Ge با نیمه عمر 11.4 روز است.

وجود ژرمانیوم مقدس (تحت نام "ekasilitsiy") در سال 1871 توسط دانشمند روسی D.I. Mendeleev پیش بینی شد. با این حال، تنها در سال 1886 آن را. شیمیدان K. Winkler یک عنصر ناشناخته را در ماده معدنی آرژیرودیت کشف کرد که خواص آن با خواص "اکاسیلیکن" مطابقت داشت. شروع مراسم جشن. تولید ژرمانیوم به دهه 40 برمی گردد. قرن بیستم، زمانی که از آن به عنوان یک ماده نیمه هادی استفاده می شد. محتوای ژرمانیوم در پوسته زمین (1-2) 10 تا 4٪ است. ژرمانیوم یک عنصر کمیاب است و به ندرت به عنوان کانی خود یافت می شود. هفت کانی شناخته شده است که غلظت آن بیش از 1٪ است، از جمله: Cu2 (Cu، Ge، Ga، Fe، Zn) 2 (S، As) 4X X (6.2-10.2٪ Ge)، رنیریت (Cu، Fe)2 (Cu، Fe، Ge، Ga، Zn)2 X X (S، As)4 (5.46-7.80٪ Ge) و آرژیرودیت Ag8GeS6 (3/55-6.93٪ Ge). G. همچنین در caustobioliths (زغال سنگ هیومیک، شیل نفت، نفت) تجمع می یابد. اصلاح کریستالی الماس، پایدار در شرایط معمولی، ساختاری مکعبی مانند الماس دارد، با دوره 5.65753 A = a (ژل).

چگالی ژرمانیوم (t-ra 25 درجه سانتیگراد) 5.3234 گرم بر سانتی متر مکعب، ذوب 937.2 درجه سانتیگراد. قاشق غذاخوری 2852 درجه سانتی گراد; گرمای همجوشی 104.7 کالری در گرم، گرمای تصعید 1251 کالری در گرم، ظرفیت گرمایی (دمای 25 درجه سانتیگراد) 0.077 کالری بر گرم در گرم. ضریب هدایت حرارتی، (t-ra 0 ° C) 0.145 کالری در سانتی متر ثانیه درجه، ضریب دما. انبساط خطی (t-ra 0-260 ° C)، 5.8 x 10-6 deg-1. در طول ذوب، ژرمانیوم از نظر حجم کاهش می یابد (حدود 5.6٪)، چگالی آن 4٪ در ساعت افزایش می یابد. در فشار بالا، یک اصلاح الماس مانند. ژرمانیوم دستخوش دگرگونی‌های چندشکل می‌شود و تغییرات کریستالی ایجاد می‌کند: یک ساختار چهار ضلعی از نوع B-Sn (GeII)، یک ساختار چهار ضلعی بدن محور با دوره‌های a = 5.93 A، c = 6.98 A (GeIII) و یک ساختار مکعبی با مرکز بدن با یک دوره a = 6، 92A (GeIV). این تغییرات با GeI متفاوت است تراکم بالاو هدایت الکتریکی

ژرمانیوم آمورف را می توان به صورت لایه هایی (با ضخامت حدود 10-3 سانتی متر) با تراکم بخار بدست آورد. چگالی آن کمتر از چگالی G کریستالی است. ساختار مناطق انرژی در کریستال G. خواص نیمه هادی آن را تعیین می کند. عرض شکاف باند G. برابر با 0.785 eV (t-ra 0 K) است. مقاومت الکتریکی(t-ra 20 درجه سانتی گراد) 60 اهم سانتی متر و با افزایش t-ry طبق یک قانون نمایی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. ناخالصی ها به G. t. هدایت ناخالصی از نوع الکترونیکی (ناخالصی های آرسنیک، آنتیموان، فسفر) یا سوراخ (ناخالصی های گالیم، آلومینیوم، ایندیم). تحرک حامل های بار در G. (t-ra 25 درجه سانتی گراد) برای الکترون ها حدود 3600 سانتی متر مربع بر ولت ثانیه است، برای حفره ها - 1700 سانتی متر مربع / ولت ثانیه، غلظت ذاتی حامل های بار (t-ra 20 درجه سانتی گراد) است. 2.5. 10 13 سانتی متر-3. G. دیامغناطیس است. با ذوب شدن به حالت فلزی تبدیل می شود. ژرمانیوم بسیار شکننده است، سختی Mohs آن 6.0، میکروسختی 385 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، مقاومت فشاری (درجه حرارت 20 درجه سانتی‌گراد) 690 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. با افزایش t-ry، سختی کاهش می یابد، بالاتر از t-ry 650 درجه سانتیگراد، به پلاستیک تبدیل می شود، متمایل به خز. در حال پردازش. ژرمانیوم عملاً در برابر هوا، اکسیژن و الکترولیت های غیر اکسید کننده (در صورت عدم وجود اکسیژن محلول) در دمای تا 100 درجه سانتیگراد بی اثر است. مقاوم در برابر هیدروکلریک و رقیق اسید سولفوریک; هنگام گرم شدن به آرامی در اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ حل می شود (فیلم دی اکسید حاصل از انحلال را کند می کند)، به خوبی در آب، در محلول های هیپوکلریت ها یا هیدروکسیدها حل می شود. فلزات قلیایی(در حضور پراکسید هیدروژن)، در مذاب های قلیایی، پراکسیدها، نیترات ها و کربنات های فلزات قلیایی.

بالاتر از t-ry 600 درجه سانتیگراد در هوا و در جریانی از اکسیژن اکسید می شود و اکسید GeO و دی اکسید (Ge02) را با اکسیژن تشکیل می دهد. اکسید ژرمانیوم یک پودر خاکستری تیره است که در دمای 710 درجه سانتی گراد تصعید می شود، کمی در آب حل می شود و یک ژرمانیت ضعیف به شما (H2Ge02) تشکیل می شود، یک دسته نمک (ژرمانیت ها) با مقاومت کم. در to-takh GeO به راحتی با تشکیل نمک های H دو ظرفیتی حل می شود. دی اکسید ژرمانیوم یک پودر سفید است که در چندین تغییر چند شکلی وجود دارد که از نظر شیمیایی بسیار متفاوت است. سنت شما: اصلاح شش ضلعی دی اکسید نسبتاً به خوبی در آب محلول است (4.53 zU در t-re 25 درجه سانتی گراد)، محلول های قلیایی و to-t، اصلاح چهار ضلعی عملاً در آب نامحلول و نسبت به اسیدها بی اثر است. با حل شدن در قلیاها، دی اکسید و هیدرات آن نمکهای متاگرمانات (H2Ge03) و ارتوژرمنات (H4Ge04) به ژرمنات می شود. جوانه زنی فلزات قلیایی در آب حل می شود، ژرمنات های باقی مانده عملا نامحلول هستند. تازه رسوب داده شده در معدنی به تاه حل می شود. G. به راحتی با هالوژن ها ترکیب می شود و هنگام گرم شدن (حدود t-ry 250 درجه سانتیگراد) تتراهالوژنیدهای مربوطه - غیر نمکی را تشکیل می دهد. اتصالات مختلفبه راحتی توسط آب هیدرولیز می شود. G. شناخته شده هستند - قهوه ای تیره (GeS) و سفید (GeS2).

ژرمانیوم با ترکیباتی با نیتروژن - نیترید قهوه ای (Ge3N4) و نیترید سیاه (Ge3N2) مشخص می شود که با یک ماده شیمیایی کوچکتر مشخص می شود. سختی. با فسفر G. یک فسفید کم مقاومت (GeP) سیاه رنگ تشکیل می دهد. با کربن تعامل نمی کند و ذوب نمی شود، با سیلیکون تشکیل می شود سری پیوستهمحلول های جامد ژرمانیوم، به عنوان آنالوگ کربن و سیلیکون، با توانایی تشکیل ژرمانو هیدروژن های نوع GenH2n + 2 (ژرمان ها)، و همچنین ترکیبات جامد از انواع GeH و GeH2 (ژرمن) ​​مشخص می شود. ژرمانیوم ترکیبات فلزی را تشکیل می دهد () و با بسیاری دیگر فلزات استخراج G. از مواد خام شامل دریافت کنسانتره ژرمانیوم غنی و از آن - خلوص بالا است. در رقص. در مقیاس، ژرمانیوم از تتراکلرید به دست می‌آید، با استفاده از فراریت بالای آن در طول تصفیه (برای جداسازی از کنسانتره)، اسید هیدروکلریک غلیظ کم و حلال‌های آلی بالا (برای خالص‌سازی از ناخالصی‌ها). اغلب برای غنی‌سازی از فراریت بالای سولفید پایین و اکسید G استفاده می‌شود، چاودار به راحتی تصعید می‌شود.

برای بدست آوردن ژرمانیوم نیمه هادی از تبلور جهت دار و تبلور مجدد ناحیه استفاده می شود. ژرمانیوم تک کریستالی با کشیدن از مذاب به دست می آید. در فرآیند رشد G. آلیاژهای خاصی اضافه می شود. افزودنی ها، تنظیم خواص خاصی از تک کریستال. G. به صورت شمش به طول 380-660 میلی متر و سطح مقطع تا 6.5 سانتی متر مربع عرضه می شود. ژرمانیوم در رادیو الکترونیک و مهندسی برق به عنوان یک ماده نیمه هادی برای ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شود. عدسی‌های دستگاه‌های اپتیک مادون قرمز، دزیمتر برای تشعشعات هسته‌ای، تحلیلگرهای طیف‌سنجی اشعه ایکس، حسگرهایی با استفاده از اثر هال و مبدل‌های انرژی واپاشی رادیواکتیو به انرژی الکتریکی از آن ساخته می‌شوند. ژرمانیوم در تضعیف کننده های مایکروویو استفاده می شود، دماسنج های مقاومتی که در دمای هلیوم مایع کار می کنند. فیلم G. رسوب شده بر روی بازتابنده با بازتاب بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب متمایز می شود. ژرمانیوم با برخی از فلزات، که با افزایش مقاومت در برابر محیط‌های تهاجمی اسیدی مشخص می‌شود، در ابزارسازی، مهندسی مکانیک و متالورژی استفاده می‌شود. ژمانیم با طلا یک یوتکتیک کم ذوب تشکیل می دهد و با سرد شدن منبسط می شود. دی اکسید G. برای ساخت مواد خاص استفاده می شود. شیشه، با ضریب بالا مشخص می شود. شکست و شفافیت در قسمت مادون قرمز طیف، الکترودهای شیشه ای و ترمیستورها و همچنین لعاب ها و لعاب های تزئینی. ژرمات ها به عنوان فعال کننده فسفر و فسفر استفاده می شوند.

ژرمانیوم - عنصر شیمیایی سیستم تناوبی عناصر شیمیایی DI. مندلیف. و با علامت Ge نشان داده می شود، ژرمانیوم یک ماده ساده است که به رنگ خاکستری مایل به سفید است و دارای ویژگی های جامد مانند یک فلز است.

محتوای پوسته زمین 7.10-4٪ وزنی است. به عناصر کمیاب اشاره دارد، به دلیل واکنش پذیری آن به اکسیداسیون در حالت آزاد، به عنوان یک فلز خالص وجود ندارد.

یافتن ژرمانیوم در طبیعت

ژرمانیوم یکی از سه عنصر شیمیایی پیش بینی شده توسط D.I. مندلیف بر اساس موقعیت آنها در سیستم تناوبی (1871).

متعلق به عناصر کمیاب است.

در حال حاضر منابع اصلی تولید صنعتی ژرمانیوم ضایعات تولید روی، کک سازی زغال سنگ، خاکستر انواع خاصی از زغال سنگ، ناخالصی های سیلیکات، سنگ های آهن رسوبی، کانی های نیکل و تنگستن، ذغال سنگ نارس، نفت، آب های زمین گرمایی و برخی جلبک ها هستند. .

مواد معدنی اصلی حاوی ژرمانیوم

پلمبوهرماتیت (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 محتوای O تا 8.18٪

yargyrodite AgGeS6 شامل 3.65 تا 6.93 درصد است.آلمان

رنیریت Cu 3 (FeGeZn) (SAs) 4 حاوی 5.5 تا 7.8 درصد ژرمانیوم است.

در برخی از کشورها، به دست آوردن ژرمانیوم محصول جانبی فرآوری سنگ معدنی خاصی مانند روی-سرب-مس است. همچنین ژرمانیوم در تولید کک و همچنین در خاکستر زغال سنگ قهوه ای با محتوای 0.0005 تا 0.3 درصد و در خاکستر به دست می آید. زغال سختبا محتوای 0.001 تا 1 -2٪.

ژرمانیوم به عنوان یک فلز در برابر عملکرد اکسیژن اتمسفر، اکسیژن، آب، برخی اسیدها، سولفوریک رقیق و اسید هیدروکلریک. اما اسید سولفوریک غلیظ بسیار کند واکنش می دهد.

ژرمانیوم با اسید نیتریک HNO واکنش می دهد 3 و aqua regia، به آهستگی با قلیاهای سوزاننده واکنش می دهد و نمک جوانه زده را تشکیل می دهد، اما با افزودن پراکسید هیدروژن H 2O2 واکنش بسیار سریع است

زمانی که ژرمانیوم در معرض دمای بالای 700 درجه سانتی گراد قرار می گیرد، به راحتی در هوا اکسید می شود و GeO را تشکیل می دهد. 2 ، به آسانی با هالوژن ها واکنش می دهد و تتراهالیدها را تشکیل می دهد.

با هیدروژن، سیلیکون، نیتروژن و کربن واکنش نمی دهد.

ترکیبات فرار ژرمانیوم با ویژگی های زیر شناخته می شوند:

آلمان hexahydride-digermane, Ge 2 H 6 — گاز قابل احتراق، در ذخیره سازی طولانی مدتدر نور تجزیه می شود، زرد، سپس قهوه ای، تبدیل می شود جامدتاریک - رنگ قهوه ایتوسط آب و مواد قلیایی تجزیه می شود.

تتراهیدرید آلمان، مونوژرمان - GeH 4 .

کاربرد ژرمانیوم

ژرمانیوم مانند برخی دیگر دارای خواص به اصطلاح نیمه هادی است. همه با توجه به هدایت الکتریکی خود به سه گروه تقسیم می شوند: هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها (دی الکتریک). رسانایی الکتریکی ویژه فلزات در محدوده 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1 است، تقسیم بندی داده شده مشروط است. با این حال می توانید مشخص کنید تفاوت اساسیدر خواص الکتروفیزیکی هادی ها و نیمه هادی ها برای اولی، هدایت الکتریکی با افزایش دما کاهش می یابد، برای نیمه هادی ها افزایش می یابد. در دمای نزدیک به صفر مطلق، نیمه هادی ها به عایق تبدیل می شوند. همانطور که مشخص است هادی های فلزی در چنین شرایطی خواص ابررسانایی را از خود نشان می دهند.

نیمه هادی ها می توانند باشند مواد مختلف. اینها عبارتند از: بور، (یا

ژرمانیوم- یک عنصر از جدول تناوبی، بسیار ارزشمند برای یک فرد. خود خواص منحصر به فرد، به عنوان یک نیمه هادی، امکان ایجاد دیودهایی را به طور گسترده در ابزارهای اندازه گیری مختلف و گیرنده های رادیویی ایجاد کرد. برای تولید لنز و فیبر نوری مورد نیاز است.

با این حال، پیشرفت های فنی تنها بخشی از مزایای این عنصر است. ترکیبات آلی ژرمانیوم دارای خواص درمانی نادری هستند و تأثیر بیولوژیکی گسترده ای بر سلامت و رفاه انسان دارند و این ویژگی گرانتر از هر فلز گرانبها است.

تاریخچه کشف ژرمانیوم

دیمیتری ایوانوویچ مندلیف، با تجزیه و تحلیل جدول تناوبی عناصر خود، در سال 1871 پیشنهاد کرد که فاقد یک عنصر دیگر متعلق به گروه چهارم است. او خواص آن را تشریح کرد و بر شباهت آن به سیلیکون تاکید کرد و نام آن را ایکاسیلیکون گذاشت.

چند سال بعد، در فوریه 1886، استادی در آکادمی معدن فرایبرگ، آرژیرودیت، یک ترکیب جدید نقره را کشف کرد. خود تجزیه و تحلیل کاملانجام این کار به کلمنس وینکلر، استاد شیمی فنی و بهترین تحلیلگر آکادمی سپرده شد. او پس از مطالعه یک ماده معدنی جدید، 7 درصد وزن آن را به عنوان یک ماده ناشناس جداگانه از آن جدا کرد. مطالعه دقیق خواص آن نشان داد که آنها کاسیلیکون هستند، پیش بینی مندلیف. مهم است که روش وینکلر برای جداسازی کاسیلیکون همچنان در تولید صنعتی آن استفاده می شود.

تاریخچه نام آلمان

اکاسیلیکن در جدول تناوبی مندلیف موقعیت 32 را اشغال می کند. در ابتدا، کلمنس وینکلر می خواست به افتخار سیاره، نام نپتون را به او بدهد، که آن هم ابتدا پیش بینی و بعداً کشف شد. با این حال، معلوم شد که یکی از مؤلفه‌های کشف شده نادرست قبلاً به این نام خوانده می‌شود و ممکن است سردرگمی و اختلافات غیرضروری ایجاد شود.

در نتیجه وینکلر نام ژرمانیوم را برای او پس از کشورش انتخاب کرد تا همه اختلافات را از بین ببرد. دیمیتری ایوانوویچ از این تصمیم حمایت کرد و چنین نامی را برای "فرزند مغز" خود تضمین کرد.

ژرمانیوم چه شکلی است؟

این عنصر گران قیمت و کمیاب مانند شیشه شکننده است. یک شمش ژرمانیوم استاندارد شبیه استوانه ای با قطر 10 تا 35 میلی متر است. رنگ ژرمانیوم به عملیات سطحی آن بستگی دارد و می تواند سیاه، فولادی یا نقره ای باشد. خود ظاهربه راحتی با سیلیکون، نزدیکترین خویشاوند و رقیب آن اشتباه گرفته می شود.

برای مشاهده جزئیات کوچک ژرمانیومی در دستگاه ها، به ابزارهای مخصوص بزرگنمایی نیاز است.

استفاده از ژرمانیوم ارگانیک در پزشکی

ترکیب آلی ژرمانیوم توسط یک پزشک ژاپنی K. Asai در سال 1967 سنتز شد. او ثابت کرد که خاصیت ضد توموری دارد. تحقیقات ادامه یافته ثابت کرده است که ترکیبات مختلف ژرمانیوم دارای خواص مهمی برای انسان مانند تسکین درد، کاهش فشار خون، کاهش خطر کم خونی، تقویت ایمنی و از بین بردن باکتری های مضر است.

جهت های تاثیر ژرمانیوم در بدن:

• اشباع بافت ها با اکسیژن را افزایش می دهد و
• بهبود زخم را تسریع می کند
• به پاکسازی سلول ها و بافت ها از سموم و سموم کمک می کند.
• بهبود وضعیت سیستم عصبی مرکزی و عملکرد آن،
• بهبودی را پس از شدید تسریع می کند فعالیت بدنی,
• عملکرد کلی فرد را افزایش می دهد،
• واکنش های محافظتی کل سیستم ایمنی را تقویت می کند.

نقش ژرمانیوم آلی در سیستم ایمنی و در انتقال اکسیژن

توانایی ژرمانیوم برای حمل اکسیژن در سطح بافت های بدن به ویژه برای جلوگیری از هیپوکسی (کمبود اکسیژن) ارزشمند است. همچنین احتمال ایجاد هیپوکسی خون را کاهش می دهد، که زمانی رخ می دهد که میزان هموگلوبین در گلبول های قرمز کاهش یابد. تحویل اکسیژن به هر سلولی خطر گرسنگی اکسیژن را کاهش می‌دهد و حساس‌ترین سلول‌ها را در برابر کمبود اکسیژن از مرگ نجات می‌دهد: بافت‌های مغز، کلیه و کبد، ماهیچه‌های قلب.