ژرمانیوم در طبیعت ویژگی های عنصر شیمیایی ژرمانیوم

به نام آلمان. دانشمندی از این کشور کشف کرد و حق داشت آن را هر چه می خواهد بنامد. بنابراین در کردم ژرمانیوم.

با این حال، این مندلیف نبود که خوش شانس بود، بلکه کلمنس وینکلر بود. او به مطالعه آرژیرودیت منصوب شد. یک ماده معدنی جدید، عمدتاً از معدن، در معدن هیملفورست پیدا شد.

وینکلر 93 درصد از ترکیب سنگ را تعیین کرد و با 7 درصد باقی مانده به بن بست رسید. نتیجه این بود که آنها یک عنصر ناشناخته را شامل می شدند.

تجزیه و تحلیل دقیق تر نتیجه داده است. ژرمانیوم کشف شد. این فلز است. چگونه برای بشر مفید است؟ در مورد این، و نه تنها، ما بیشتر خواهیم گفت.

خواص ژرمانیوم

ژرمانیوم - 32 عنصر جدول تناوبی. به نظر می رسد که این فلز در گروه 4 قرار دارد. عدد مربوط به ظرفیت عناصر است.

یعنی ژرمانیوم تمایل به تشکیل 4 دارد پیوند شیمیایی. این باعث می شود عنصر کشف شده توسط وینکلر شبیه به .

از این رو تمایل مندلیف به نام عنصری که هنوز کشف نشده است اکوسیلیسیوم است که به عنوان Si نشان داده شده است. دیمیتری ایوانوویچ خواص فلز 32 را از قبل محاسبه کرد.

ژرمانیوم از نظر خواص شیمیایی مشابه سیلیکون است. با اسیدها فقط زمانی که حرارت داده می شود واکنش نشان می دهد. با قلیایی "ارتباط" در حضور عوامل اکسید کننده.

مقاوم در برابر بخار آب. با هیدروژن، کربن، واکنش نشان نمی دهد. ژرمانیوم در دمای 700 درجه سانتیگراد روشن می شود. این واکنش با تشکیل دی اکسید ژرمانیوم همراه است.

عنصر سی و دوم به راحتی با هالوژن ها تعامل دارد. اینها مواد تشکیل دهنده نمک از گروه 17 جدول هستند.

برای اینکه سردرگم نشویم، اشاره می کنیم که روی استاندارد جدید تمرکز می کنیم. در قدیم، این گروه هفتم جدول تناوبی است.

جدول هر چه باشد، فلزات موجود در آن در سمت چپ خط مورب پلکانی قرار دارند. عنصر 32 یک استثنا است.

استثنای دیگر این است. او همچنین ممکن است واکنش نشان دهد. آنتیموان روی بستر رسوب می کند.

تعامل فعال با تضمین می شود. مانند بسیاری از فلزات، ژرمانیوم قادر است در بخارات خود بسوزد.

خارجی عنصر ژرمانیوم، سفید مایل به خاکستری، با درخشش فلزی مشخص.

با بازنگری ساختار داخلی، فلز دارای ساختار مکعبی است. این نشان دهنده آرایش اتم ها در سلول های ابتدایی است.

آنها به شکل مکعب هستند. هشت اتم در راس قرار دارند. ساختار نزدیک به شبکه است.

عنصر 32 دارای 5 ایزوتوپ پایدار است. حضور آنها ملک همه است عناصر زیر گروه ژرمانیوم

آنها یکنواخت هستند، که حضور ایزوتوپ های پایدار را تعیین می کند. به عنوان مثال، 10 مورد از آنها وجود دارد.

چگالی ژرمانیوم 5.3-5.5 گرم بر سانتی متر مکعب است. شاخص اول برای حالت معمولی است، دومی - برای فلز مایع.

به شکل نرم شده، نه تنها متراکم تر است، بلکه پلاستیک است. در دمای اتاق شکننده است، این ماده در 550 درجه می شود. اینها هستند ویژگی های ژرمانیوم

سختی فلز در دمای اتاق حدود 6 نقطه است.

در این حالت، عنصر 32 یک نیمه هادی معمولی است. اما، با افزایش دما، این ویژگی "روشن تر" می شود. برای مقایسه فقط هادی ها وقتی گرم می شوند خواص خود را از دست می دهند.

ژرمانیوم جریان را نه تنها به شکل استاندارد خود، بلکه در محلول ها نیز هدایت می کند.

از نظر خواص نیمه هادی، عنصر 32 نیز نزدیک به سیلیکون است و به همان اندازه رایج است.

با این حال، زمینه های کاربرد مواد متفاوت است. سیلیکون نیمه هادی است که در سلول های خورشیدی از جمله نوع لایه نازک استفاده می شود.

این عنصر برای فتوسل ها نیز مورد نیاز است. اکنون، در نظر بگیرید که ژرمانیوم در کجا مفید است.

کاربرد ژرمانیوم

ژرمانیوم استفاده می شوددر طیف سنجی گاما ابزارهای آن، برای مثال، مطالعه ترکیب مواد افزودنی در اکسیدهای کاتالیزور مخلوط را ممکن می‌سازد.

در گذشته ژرمانیوم به دیودها و ترانزیستورها اضافه می شد. در سلول های خورشیدی، خواص نیمه هادی نیز مفید است.

اما اگر سیلیکون به مدل‌های استاندارد اضافه شود، ژرمانیوم به مدل‌های بسیار کارآمد و نسل جدید اضافه می‌شود.

نکته اصلی این است که از ژرمانیوم در دمای نزدیک به صفر مطلق استفاده نکنید. در چنین شرایطی، فلز توانایی خود را برای انتقال ولتاژ از دست می دهد.

برای اینکه ژرمانیوم هادی باشد، ناخالصی های موجود در آن نباید بیش از 10٪ باشد. فوق العاده تمیز عنصر شیمیایی.

ژرمانیومبا این روش ذوب منطقه ای ساخته شده است. بر اساس آن است حلالیت متفاوتعناصر شخص ثالث در مایع و فاز.

فرمول ژرمانیومبه شما امکان می دهد آن را در عمل اعمال کنید. در اینجا دیگر در مورد خواص نیمه هادی عنصر صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد توانایی آن در سخت شدن صحبت می کنیم.

به همین دلیل، ژرمانیوم در پروتزهای دندان کاربرد پیدا کرده است. اگرچه تاج ها در حال منسوخ شدن هستند، اما هنوز تقاضای کمی برای آنها وجود دارد.

اگر سیلیکون و آلومینیوم را به ژرمانیوم اضافه کنید، لحیم کاری به دست می آید.

نقطه ذوب آنها همیشه کمتر از فلزات متصل است. بنابراین، می توانید طرح های پیچیده و طراحی کنید.

حتی اینترنت بدون ژرمانیوم غیرممکن خواهد بود. عنصر سی و دوم در فیبر نوری وجود دارد. در هسته آن کوارتز با ترکیبی از قهرمان است.

و دی اکسید آن بازتاب الیاف را افزایش می دهد. با توجه به تقاضا برای آن، الکترونیک، صنعتگران به ژرمانیوم در حجم زیاد نیاز دارند. کدام یک و چگونه ارائه می شوند، در زیر مطالعه خواهیم کرد.

استخراج ژرمانیوم

ژرمانیوم بسیار رایج است. AT پوسته زمینبرای مثال عنصر 32 بیشتر از , آنتیموان یا .

ذخایر اکتشافی حدود 1000 تن است. تقریبا نیمی از آنها در روده های ایالات متحده پنهان شده اند. 410 تن دیگر ملک است.

بنابراین، بقیه کشورها، اساسا، باید مواد خام بخرند. با امپراتوری آسمانی همکاری می کند. این امر هم از نظر سیاسی و هم از نظر اقتصادی قابل توجیه است.

خواص عنصر ژرمانیوم، مرتبط با رابطه ژئوشیمیایی آن با مواد گسترده، اجازه نمی دهد فلز مواد معدنی خود را تشکیل دهد.

معمولاً فلز به شبکه شبکه های موجود وارد می شود. مهمان، البته، فضای زیادی را اشغال نخواهد کرد.

بنابراین باید ژرمانیوم را ذره ذره استخراج کنید. در هر تن سنگ می توانید چند کیلو پیدا کنید.

انارگیت ها در هر 1000 کیلوگرم بیش از 5 کیلو ژرمانیوم ندارند. در پیرارژیریت 2 برابر بیشتر.

یک تن عنصر 32 سولوانیت حاوی بیش از 1 کیلوگرم نیست. اغلب، ژرمانیوم به عنوان یک محصول جانبی از سنگ معدن فلزات دیگر، به عنوان مثال، یا غیر آهنی، مانند کرومیت، مگنتیت، روتیت استخراج می شود.

تولید سالانه ژرمانیوم بسته به تقاضا از 100 تا 120 تن متغیر است.

اساساً شکل تک کریستالی ماده خریداری می شود. این دقیقا همان چیزی است که برای تولید طیف سنج، فیبر نوری، گرانبها مورد نیاز است. بیایید نرخ ها را دریابیم.

قیمت ژرمانیم

ژرمانیوم تک کریستالی عمدتاً با تن خریداری می شود. برای صنایع بزرگ، این سودمند است.

1000 کیلوگرم عنصر 32 حدود 100000 روبل هزینه دارد. می توانید پیشنهادات 75000 - 85000 را پیدا کنید.

اگر پلی کریستال بگیرید، یعنی با سنگدانه های کوچکتر و استحکام بیشتر، می توانید به ازای هر کیلو مواد اولیه 2.5 برابر بیشتر بدهید.

طول استاندارد کمتر از 28 سانتی متر نیست. بلوک ها با یک فیلم محافظت می شوند، زیرا در هوا محو می شوند. ژرمانیوم پلی کریستالی - "خاک" برای رشد تک کریستال ها.

در سال 1870 D.I. مندلیف بر اساس قانون دوره ایعنصر هنوز کشف نشده گروه چهارم را پیش بینی کرد و آن را کاسیلیسیوم نامید و خواص اصلی آن را شرح داد. در سال 1886، شیمیدان آلمانی، کلمنس وینکلر، طی تجزیه و تحلیل شیمیایی کانی آرژیرودیت، این عنصر شیمیایی را کشف کرد. در ابتدا، وینکلر می خواست نام عنصر جدید را "نپتونیوم" بگذارد، اما این نام قبلاً به یکی از عناصر پیشنهادی داده شده بود، بنابراین این عنصر به نام وطن دانشمند - آلمان نامگذاری شد.

در طبیعت بودن، بدست آوردن:

ژرمانیوم در سنگ معدن های سولفیدی، سنگ آهن و تقریباً در تمام سیلیکات ها یافت می شود. کانی های اصلی حاوی ژرمانیوم: آرژیرودیت Ag 8 GeS 6، کنفیلدیت Ag 8 (Sn, Ce)S 6، استوتیت FeGe(OH) 6، ژرمانیت Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As)4, رنیریت Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 .
در نتیجه عملیات پیچیده و زمان بر برای غنی سازی سنگ معدن و غلظت آن، ژرمانیوم به شکل اکسید GeO 2 جدا می شود که با هیدروژن در دمای 600 درجه سانتی گراد به یک ماده ساده تبدیل می شود.
GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O
ژرمانیوم با ذوب منطقه ای خالص می شود که آن را به یکی از خالص ترین مواد شیمیایی تبدیل می کند.

مشخصات فیزیکی:

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

خواص شیمیایی:

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

مهمترین ارتباطات:

اکسید ژرمانیوم (II).، GeO، خاکستری مایل به سیاه، کمی sol. در داخل، هنگام گرم شدن، نامتناسب است: 2GeO \u003d Ge + GeO 2
ژرمانیوم (II) هیدروکسید Ge(OH) 2، قرمز-نارنجی. کریستال،
یدید ژرمانیم (II)., GeI 2 , زرد cr., sol. در آب، هیدرول. خدا حافظ.
هیدرید ژرمانیوم (II)., GeH 2 , tv. سفید به راحتی اکسید می شود. و پوسیدگی

اکسید ژرمانیوم (IV), GeO 2 , سفید بلورهای آمفوتریک که از هیدرولیز کلرید، سولفید، هیدرید ژرمانیوم یا واکنش ژرمانیوم با اسید نیتریک به دست می آیند.
ژرمانیوم (IV) هیدروکسید، (ژرمانیک اسید), H 2 GeO 3 , ضعیف. unst. دو محوری به عنوان مثال، نمک های جوانه زن. ژرمنات سدیم, Na 2 GeO 3 , سفید کریستال، سل در آب؛ رطوبت سنجی همچنین هگزا هیدروکسوژرمنات های Na2 (اورتو-ژرمنات ها) و پلی ژرمنات ها وجود دارد
ژرمانیوم (IV) سولفات, Ge(SO 4) 2 , بی رنگ. kr.، هیدرولیز شده توسط آب به GeO 2، به دست آمده با حرارت دادن کلرید ژرمانیوم (IV) با انیدرید سولفوریک در دمای 160 درجه سانتیگراد: GeCl 4 + 4SO 3 \u003d Ge (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2Cl 2
هالیدهای ژرمانیوم (IV)، فلوراید GeF 4 - بهترین ها. گاز، خام هیدرول، با HF واکنش می دهد و H 2 - ژرمانوفلوئوریک اسید تشکیل می دهد: GeF 4 + 2HF \u003d H 2،
کلرید GeCl 4، بی رنگ. مایع، آب، برمید GeBr 4 , ser. cr. یا بی رنگ مایع، محلول در سازمان ارتباط،
یدید GeI 4، زرد-نارنجی. کر.، کند. hydr., sol. در سازمان ارتباط
سولفید ژرمانیوم (IV)., GeS 2 , سفید kr.، ضعیف sol. در آب، هیدرول، با مواد قلیایی واکنش می دهد:
3GeS 2 + 6NaOH = Na 2 GeO 3 + 2Na 2 GeS 3 + 3H 2 O، تشکیل ژرمنات ها و تیوژرمنات ها.
هیدرید ژرمانیوم (IV)، "ژرمنی", GeH 4 , بی رنگ گاز، مشتقات آلی تترا متیل ژرمن Ge(CH 3) 4، تترااتیل ژرمن Ge(C 2 H 5) 4 - بی رنگ. مایعات

کاربرد:

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

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

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

(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 سانتی گراد) 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 را تشکیل می دهد - ترکیبات غیر نمکی که به راحتی توسط آب هیدرولیز می شوند. 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، دماسنج های مقاومتی که در دمای هلیوم مایع کار می کنند استفاده می شود. 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 - یک عنصر شیمیایی از سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. 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. ژرمانیوم همچنین در تولید کک و همچنین در خاکستر زغال سنگ قهوه ای با محتوای 0.0005 تا 0.3 درصد و در خاکستر زغال سنگ سخت با محتوای 0.001 تا 1-2 درصد به دست می آید.

ژرمانیوم به عنوان یک فلز در برابر عمل اکسیژن اتمسفر، اکسیژن، آب، برخی اسیدها، اسیدهای سولفوریک رقیق و هیدروکلریک بسیار مقاوم است. 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 ذخیره سازی طولانی مدتدر نور تجزیه می شود، زرد و قهوه ای می شود و به جامد تیره تبدیل می شود 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(lat. Germanium)، جنرال الکتریک، عنصر شیمیایی گروه IV از سیستم تناوبی مندلیف. شماره سریال 32، جرم اتمی 72.59; جامد خاکستری مایل به سفید با درخشندگی فلزی. ژرمانیوم طبیعیمخلوطی از پنج ایزوتوپ پایدار با اعداد جرمی 70، 72، 73، 74 و 76 است. وجود و خواص آلمان در سال 1871 توسط D. I. Mendeleev پیش بینی شد و این عنصر هنوز ناشناخته را ekasilicium به دلیل شباهت خواص آن با سیلیکون نامید. در سال 1886 شیمیدان آلمانی K. Winkler عنصر جدیدی را در کانی آرژیرودیت کشف کرد که به افتخار کشورش آن را آلمان نامید. ژرمانیوم کاملاً مشابه ecasilience بود. تا نیمه دوم قرن بیستم استفاده عملیآلمان بسیار محدود باقی ماند. تولید صنعتی در آلمان در ارتباط با توسعه الکترونیک نیمه هادی بوجود آمد.

محتوای کل ژرمانیوم در پوسته زمین 7·10-4٪ جرمی است، یعنی بیشتر از مثلاً آنتیموان، نقره، بیسموت. با این حال، مواد معدنی خود آلمان بسیار نادر هستند. تقریباً همه آنها سولفوسالت هستند: ژرمانیت Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, argyrodite Ag 8 GeS 6, confieldite Ag 8 (Sn, Ge)S 6 و دیگران. بخش عمده ای از آلمان در پوسته زمین پراکنده است اعداد بزرگسنگ‌ها و کانی‌ها: در کانی‌های سولفیدی فلزات غیر آهنی، در سنگ‌های آهن، در برخی از کانی‌های اکسیدی (کرومیت، مگنتیت، روتیل و غیره)، در گرانیت‌ها، دیابازها و بازالت‌ها. علاوه بر این، ژرمانیوم تقریباً در تمام سیلیکات ها، در برخی از ذخایر زغال سنگ و نفت وجود دارد.

خواص فیزیکی آلمانژرمانیوم در یک ساختار مکعبی از نوع الماس، پارامتر سلول واحد a = 5.6575Å متبلور می شود. چگالی ژرمانیوم جامد 5.327 گرم بر سانتی متر مکعب (25 درجه سانتی گراد) است. مایع 5.557 (1000 درجه سانتیگراد); t pl 937.5 درجه سانتی گراد; bp حدود 2700 درجه سانتیگراد؛ ضریب هدایت حرارتی ~60 W/(m K) یا 0.14 cal/(cm sec deg) در 25 درجه سانتی گراد. حتی ژرمانیوم بسیار خالص در دماهای معمولی شکننده است، اما در دمای بالای 550 درجه سانتیگراد خود را در معرض تغییر شکل پلاستیک قرار می دهد. سختی آلمان در مقیاس کانی شناسی 6-6،5; ضریب تراکم پذیری (در محدوده فشار 0-120 Gn/m2، یا 0-12000 kgf/mm 2) 1.4 10-7 m 2 /mn (1.4 10 -6 cm 2 / kgf). کشش سطحی 0.6 N/m (600 dynes/cm). ژرمانیوم یک نیمه هادی معمولی با فاصله باند 1.104 10 -19 J یا 0.69 eV (25 درجه سانتیگراد) است. مقاومت الکتریکی با خلوص بالا آلمان 0.60 اهم متر (60 اهم سانتی متر) در 25 درجه سانتی گراد; تحرک الکترون ها 3900 و تحرک حفره ها 1900 سانتی متر بر ولت ثانیه (25 درجه سانتی گراد) است (با میزان ناخالصی کمتر از 8-10 درصد). شفاف به پرتوهای مادون قرمز با طول موج بیشتر از 2 میکرون.

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

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

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

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

گرفتن آلماندر عمل صنعتی، ژرمانیوم عمدتاً از محصولات فرعی فرآوری سنگ‌های فلزی غیرآهنی (مخلوط روی، کنسانتره‌های پلی فلزی روی-مس-سرب) حاوی 0.001-0.1٪ آلمان به دست می‌آید. خاکستر حاصل از احتراق زغال سنگ، گرد و غبار مولدهای گاز و ضایعات کارخانه های کک نیز به عنوان مواد اولیه استفاده می شود. در اصل از منابع ذکر شده است روش های مختلفبسته به ترکیب ماده خام، کنسانتره ژرمانیوم (2-10٪ آلمان) دریافت کنید. استخراج آلمان از کنسانتره معمولاً شامل مراحل زیر است: 1) کلرزنی کنسانتره با اسید کلریدریک، مخلوط آن با کلر در یک محیط آبی یا سایر عوامل کلرکننده برای به دست آوردن GeCl4 فنی. برای خالص سازی GeCl 4، تصحیح و استخراج ناخالصی ها با HCl غلیظ استفاده می شود. 2) هیدرولیز GeCl 4 و کلسینه کردن محصولات هیدرولیز برای بدست آوردن GeO 2 . 3) کاهش GeO 2 با هیدروژن یا آمونیاک به فلز. برای جداسازی ژرمانیوم بسیار خالص که در دستگاه های نیمه هادی استفاده می شود، فلز توسط ناحیه ذوب می شود. ژرمانیوم تک کریستالی که برای صنایع نیمه هادی ضروری است، معمولاً از ذوب ناحیه ای یا با روش چوکرالسکی به دست می آید.

درخواست آلمان.ژرمانیوم یکی از با ارزش ترین مواد در تکنولوژی مدرن نیمه هادی است. از آن برای ساخت دیودها، تریودها، آشکارسازهای کریستال و یکسو کننده های قدرت استفاده می شود. ژرمانیوم تک کریستالی در ابزار دزیمتری و ابزارهایی که شدت میدان های مغناطیسی ثابت و متناوب را اندازه گیری می کنند نیز استفاده می شود. یک حوزه مهم کاربرد در آلمان، فناوری مادون قرمز است، به ویژه تولید آشکارسازهای مادون قرمز که در منطقه 8-14 میکرون کار می کنند. بسیاری از آلیاژهای حاوی ژرمانیوم، شیشه های مبتنی بر GeO2 و سایر ترکیبات ژرمانیوم برای استفاده عملی امیدوارکننده هستند.

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 قلیاها و اسیدها، 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.

تشخیص ژرمانیوم ارگانیکدر بدن حیوانات و انسان باعث شد تا دانشمندان علوم پزشکی مطالعه دقیق تری در مورد این عنصر کمیاب داشته باشند. 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 انجام می دهد: یک مدافع ایمنی (در مبارزه با میکروب ها شرکت می کند)، یک کمک کننده هموگلوبین (حرکت اکسیژن در سیستم گردش خون را بهبود می بخشد) و دارای اثر بازدارنده بر رشد سلول های سرطانی (توسعه متاستازها) است. . 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.