Властивості германію
ГЕРМАНІЙ (Germanium; від лат. Germania – Німеччина), Ge – хім. елемент IV групи періодичної системи елементів; ат. н. 32, ат. м. 72,59. Сріблясто-сіра речовина з металевим блиском. У хім. з’єднаннях виявляє ступеня окислення +2 і +4. Сполуки зі ступенем окислення +4 більш стійки. Природний Р. складається з чотирьох стабільних ізотопів з масовими числами 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73 (7, 67%) і 74 (36,74%) і одного радіоактивного ізотопу з масовим числом 76 (7,67%) і періодом напіврозпаду 2 – 106 років. Штучно (за допомогою різних ядерних реакцій) отримано багато радіоактивних ізотопів; найбільше значення має ізотоп 71 Ge з періодом напіврозпаду 11,4 дня.
Існування і св-ва Г. (під назвою “Екас-ліцій”) передбачив в 1871 рус вчений Д. І. Менделєєв. Проте лише в 1886 нім. хімік К. Вінклер виявив в мінералі аргіродіте невідомий елемент, св-ва догрого збігалися зі св-вами “екасіліція”. Початок пром. произова Г. відноситься до 40-м рр. 20 в., Коли він отримав застосування в якості напівпровідникового матеріалу. Зміст Г. В земній корі (1-2) 10 ~ 4%. Р. відноситься до розсіяних елементів і рідко зустріч ється у вигляді власних мінералів. Відомо сьомій мінералів, в яких брало його концентрація більше 1%, серед них: герма піт Cu2 (Сі, Ge, Ga, Fe, Zn) 2 – (S, As) 4X X (6,2-10,2% Ge ), реніеріт (Cu, Fe) 2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn) 2 XX (S, As) 4 (5,46-7,80% Ge) і аргіродіт Ag8GeS6 (3 / 55-6,93 % Ge). Г. накопичується також в каустобиолитам (гумусових вугіллі, горючих сланцях, нафти). Стійка при звичайних умовах кристалічна модифікація Г. має кубічну структуру типу алмаза, з періодом а = 5,65753 A (Gel).
Щільність Р. (т-ра 25 ° С) 5,3234 г / см3, tпл 937,2 ° С; tкип 2852 ° С; теплота плавлення 104,7 кал / г, теплота сублімації 1251 кал / г, теплоємність (т-ра 25 ° С) 0,077 кал / г – град; коеф. теплопровідності, (т-ра 0 ° С) 0,145 кал / см – сек – град, температурний коеф. лінійного розширення (т-ра 0-260 ° С), 5,8 х 10-6 град-1. При плавленні Г. зменшується в об’ємі (приблизно на 5,6%), щільність його збільшується на 4% ч При високому тиску алмазо-подібна модифікація Г. зазнає поліморфні перетворення, утворюючи кристалічні модифікації: тетрагональную структуру типу B-Sn (GeII), об’емноцентрірованной тетрагональную структуру з періодами а = 5,93 А, с = 6,98 A (GeIII) і об’емноцентрірованной кубічну структуру з періодом а = 6,92 A (GeIV). Ці модифікації в порівнянні з GeI відрізняються великими щільністю і електропровідністю.
Аморфний Г. може бути отриманий у вигляді плівок (товщиною приблизно 10-3 см) при конденсації пари. Щільність його менше щільності кристалічного Г. Структура енергетичних зон в кристалі Г. обумовлює його напівпровідникові св-ва. Ширина забороненої зони Г. дорівнює 0,785 ев (т-ра 0 К), питомий електричний опір (т-ра 20 ° С) 60 ом – см і з підвищенням т-ри значно знижується за експоненціальним законом. Домішки надають Г. т. Н. примесную провідність електронного (домішки миш’яку, сурми, фосфору) або діркового (домішки галію, алюмінію, індію) типу. Рухливість носіїв зарядів в Г. (т-ра 25 ° С) для електронів – близько 3600 см2 / в сек, для дірок – 1700 см2 / в – сек, власна концентрація носіїв зарядів (т-ра 20 ° С) 2,5. 10 13 см-3. Г. диамагнитен. При плавленні переходить в металевий стан. Г. дуже крихкий, твердість його по Моосу 6,0, мікротвердість 385 кгс / мм2, межа міцності на стиск (т-ра 20 ° С) 690 кгс / см2. З підвищенням т-ри твердість знижується, вище т-ри 650 ° С він стає пластичним, піддається хутро. обробці. Г. практично інертний до повітрю, кисню і до неокисляющих електролітам (якщо немає розчиненого кисню) при т-рі до 100 ° С. Стійкий до дії соляної і розведеної сірчаної к-т; повільно розчиняється в концентрованих сірчаної та азотної к-тах при нагріванні (утворюється при цьому плівка двоокису уповільнює розчинення), добре розчиняється в “царській горілці”, в розчинах ги-похлорітов або гидроокисей лужних металів (при наявності перекису водню), в розплавах лугів, перекисів, нітратів і карбонатів лужних металів.
Вище т-ри 600 ° С окислюється на повітрі і в струмі кисню, утворюючи з киснем окис GeO і двоокис (Ge02). Окис Г.- темно-сірий порошок, возгоняют при т-рі 710 ° С, незначно розчиняється у воді з утворенням слабкої германітной к-ти (H2Ge02), солі до-рій (германіти) малостойки. В к-тах GeO легко розчиняється з утворенням солей двовалентного Г. Двоокис Г.- порошок білого кольору, існує в декількох поліморфних модифікаціях, сильно розрізняються за хім. св-вам: гексагональна модифікація двоокису порівняно добре розчиняється у воді (4,53 zU при т-рі 25 ° С), розчинах лугів і к-т, тетрагональна модифікація практично нерозчинні в воді і інертна до к-там. Розчиняючись в лугах, двоокис і її гідрат утворюють солі метагерманатной (H2Ge03) і ортогерманатной (H4Ge04) к-т – германати. Германати лужних металів розчиняються у воді, інші германати практично нерозчинні; обложені розчиняються в мінеральних к-тах. Г. легко з’єднується з галогенами, утворюючи при нагріванні (близько т-ри 250 ° С) відповідні тетрагало-геніди – несолеобразние з’єднання, легко гидролизующиеся водою. Відомі сульфіди Г.- темно-коричневий (GeS) і білий (GeS2).
Для германію характерні з’єднання з азотом – коричневий нітрид (Ge3N4) і чорний нітрид (Ge3N2), що відрізняється меншою хім. стійкістю. З фосфором Г. утворює малостойкие фосфід (GeP) чорного кольору. З вуглецем не взаємодіє і не сплавляється, з кремнієм утворює безперервний ряд твердих розчинів. Для Г., як аналога вуглецю і кремнію, характерна здатність утворювати германоводороди типу GenH2n + 2 (Герман), а також тверді з’єднання типів GeH і GeH2 (гермен). Р. утворює металеві з’єднання (германіди) і сплави зі мн. металами. Витяг Г. із сировини полягає в отриманні багатого германієвого концентрату, а з нього – речовини високої чистоти. У пром. масштабі Г. отримують з тетрахлориду, використовуючи при очищенні його високу летючість (для виділення з концентрату), малу розчинність в концентрованій соляній к-ті і високу розчинність в органічних розчинниках (для очищення від домішок). Ч асто для збагачення використовують високу летючість нижчих сульфіду й окисами Г., к-які легко сублімує.
Для отримання напівпровідникового Г. застосовують спрямовану кристалізацію і зонну перекристаллизацию. Монокристалічний Г. отримують витягуванням з розплаву. У процесі вирощування Г. легируют спец. добавками, регулюючи ті чи інші св-ва монокристала. Г. поставляють у вигляді злитків довжиною 380- 660 мм і поперечним перерізом до 6,5 см2. Р. застосовують в радіоелектроніці та електротехніці як напівпровідниковий матеріал для виготовлення діодів і транзисторів. З нього виготовляють лінзи для приладів інфрачервоної оптики, дозиметри ядерних випромінювань, аналізатори рентгенівської спектроскопії, датчики, що використовують ефект Холла, перетворювачі енергії радіоактивного розпаду в електричну. Г. використовують в мікрохвильових аттенюатором, термометрах сопротив-лення, експлуатованих при т-рі рідкого гелію. Плівка Г., нанесена на рефлектор, відрізняється високою відбивною здатністю, гарною корозійною стійкістю. Сплави Г. з деякими металами, що відрізняються підвищеною стійкістю до кислих агресивних середовищ, використовують в приладобудуванні, машинобудуванні та металургії. Сплави Г. із золотом утворюють низкоплавкая евтектику і розширюються при охолодженні. Двоокис Г. застосовують для виготовлення спец. стекол, що характеризуються високим коеф. заломлення і прозорістю в інфрачервоній частині спектра, скляних електродів і терми-сторів, а також емалей і декоративних глазурей. Германати використовують як активаторів фосфором та люмінофорів.
Германій – хімічний елемент періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва. І позначається символом Ge, германій це проста речовина сіро-білого кольору і має тверді характеристики як для метала.
Cодержание в земній корі 7.10-4% за масою. відноситься до розсіяних елементів, із за палею реакційної здатності до окислення у вільному стані як чистий метал не зустрічається.
Знаходження германію в природі.
Германій – один з трьох хімічних елементів, передвіщених Д. І. Менделєєвим на підставі їх положення в періодичної системи (1871 г).
Він відноситься до рідкісних розсіяних елементів.
В даний час основними джерелами промислового отримання германію є відходи цинкового виробництва, коксування вугілля, зола деяких деяких видів вугілля, в домішках силікатів, осадових породах заліза, в нікелевих і вольфрамовий рудах, торфі, нафти, геотермальних водах і в деяких водоростях.
Основні мінерали містять германій.
Плюмбогерматіт (PbGeGa) 2SO4 (OH) 2 + H2O зміст до 8.18%
Германіт Cu (GeFeGa) (SAs) 4 містить від 6 до 10% германію.
яргіродіт AgGeS6 містить від 3.65 до 6.93% германію.
реніеріт Cu3 (FeGeZn) (SAs) 4 містить від 5.5 до 7.8% германію.
У деяких країнах отримання германію є побічним продуктом переробки деяких руд таких як цинк-свинець-мідь. Також германій отримують у виробництві коксу, а також у золі бурого вугілля з вмістом від 0.0005 до 0.3% і в золі кам’яного вугілля з вмістом від 0.001 до 1 -2%.
Германій як метал дуже стійкий до дії кисню повітря, кисню, води деяких кислот, розведеної сірчаної і соляної кислоти. Але сконцентрованої сірчаною кислотою реагує дуже повільно.
Германій реагує з азотною кислотою HNO3 і царською горілкою, повільно реагує їдкими лугами з утворенням солі германата, але при додаванні перекису водню H2O2 реакція протікає дуже швидко.
При дії високих температур понад 700 ° С германій легко окислюється на повітрі з утворенням GeO2, легко вступає в реакцію з галогенами, отримуючи при цьому тетрагалогеніти.
З воднем, кремнієм, азотом і вуглецем не вступає в реакцію.
Відомі леткі сполуки германію з характеристиками:
Німеччина гексагідрід – дігерман, Ge2H6 – горючий газ, при тривалому зберіганні на світлі розкладається, забарвлюючись в жовтий потім в коричневий колір перетворюючись на твердий речовина темно – коричневого кольору, розкладається водою і лугами.
Німеччина тетрагідрід, моногерман – GeH4.
Застосування германію
Німеччин, як кремній і деякі інші речовини, має властивості так званих напівпровідників. Всі речовини по їх електропровідності діляться на три групи: провідники, напівпровідники й ізолятори (діелектрики). Питома електропровідність металів перебувати в інтервалі 10В4 – 10В6 Ом. смВ-1, наведене розподіл умовно. Однак можна вказати принципове розходження в електрофізичних властивостях провідників і напівпровідників. У перших електропровідність з підвищенням температури падає, у напівпровідників – зростає. При температурі, близькій до абсолютного нуля, напівпровідники перетворюються в ізолятори. Як відомо, металеві провідники проявляють в таких умовах властивості надпровідності.
Напівпровідниками можуть бути різні речовини. До них відносяться прості речовини: бор, вуглець (графіт або алмаз), кремній, германій, олово. Власна їх електропровідність їх електропровідність надзвичайно мала і практично не може бути використана. Напівпровідники використовуються у вигляді ультра чистих речовин, до яких спеціально додають незначну кількість речовин, що підвищують електропровідність напівпровідникової системи і надають їй певний характер необхідної даної конструкції.
У ультрачистому германии відсоток домішок не повинен перевищувати в середньому 10-7% по масі
Германій дуже високої чистоти для напівпровідникової техніки отримують, використовуючи спеціальні методи. Вони полягають у попередньому отриманні германію, максимально звільненого від домішок хімічними методами. Потім германій доводять до ультрачистої стану методом зонної плавки.
Германій як напівпровідниковий матеріал, в основному використовується у вигляді монокристалів для виготовлення діодів, транзисторів, фотодіодів і фоторезисторів. також з нього роблять лінзи для приладів ІЧ – випромінювань, датчики Холла, у виробництві термометрів опору які експлуатуються при температурі рідкого гелію He.
Сплави германію з золотом володіють високою міцністю і використовуються в ювелірній і зубопротезном справі. Деякі сплави германію застосовуються як припої із золотом, кремнієм і алюмінієм.
Так само германій знайшов широке застосування для виробництва оптоволокна всі знають що він служити для передачі інформації з великими швидкостями, що відразу стало використовуватися в інтернеті, між містами і навіть країнами простяглися своєрідні інформаційні кабелю.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)