Германий
ГЕРМАНИЙ, Ge (от лат. Germania — Германия * а. germanium; н. Germanium; ф. germanium; и. germanio), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 32, атомная масса 72,59. Природный германий состоит из 4 стабильных изотопов 70 Ge (20,55%), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) и одного радиоактивного 76 Ge (7,67%) с периодом полураспада 2•10 6 лет. Открыт в 1886 немецким химиком К. Винклером в минерале аргиродите; был предсказан в 1871 Д. Н. Менделеевым (экасилиций).
- Физические свойства
- Химические свойства
- Нахождение в природе
- Применение и использование
Свойства германия
Германий — хрупкий серебристо-белый металл. Кристаллизуется в кубической решётке типа алмаза с периодом а = 0,56575 нм (5,6575 Е). Плотность 5326 кг/м 3 (при 25°С; t плавления 958,5°С, t кипения 2690°С; удельная теплоёмкость (при 0-300°С) 322,14 Дж/кг•К, теплопроводность 58,8 Дж/м•с•К (при 25°С). Важнейшими являются полупроводниковые свойства германия, самого распространённого природного полупроводникового материала. Электрические свойства (при 25°С): удельное сопротивление монокристаллического германия 5,6-6,0 кОм/м, концентрация носителей тока 2•10 13 см -3 , ширина запрещённой зоны 0,665 эВ, подвижность электронов mn 0,39 м 2 /с, подвижность дырок mr 0,19 m 2 /с.
Как объединилась Германия // История появления Германской империи
Германий химический
Металлический германий устойчив на воздухе при комнатной температуре и быстро окисляется при температуре выше красного каления (600-700°С) с образованием двуокиси, твёрдый германий не реагирует с азотом, водородом; жидкий германий при температуре 1000-1100°С взаимодействует с водородом. В соединениях степень окисления +2 и +4; устойчивой формой является Ge +4 . Моно- и диоксид германия амфотерны, растворяются в щелочной среде с образованием германитов и германатов. Германий имеет множество соединений с галогенами и серой; сульфиды растворяются в щелочных растворах, образуя сульфогерманаты, соли в водном растворе легко гидролизуются, давая гидратированный диоксид. Радиус иона Ge +4 промежуточный между радиусами ионов Si +4 и Ti +4 . Большинство кислородных соединений германия являются структурными аналогами соединений кремния. Многие из них диморфны; более плотные модификации (например, GeO2) аналогичны по структуре соединениям титана.
Германий в природе
Германий относится к рассеянным элементам. Распространённость германия в земной коре (1-2)•10 -4 %. В качестве примеси встречается в минералах кремния, в меньшей степени в минералах железа и цинка.
Собственные минералы германия очень редки: сульфосоли — аргиродит, германит, реньерит и некоторые другие; двойной гидратированный оксид германия и железа — штоттит; сульфаты — итоит, флейшерит и некоторые др. Промышленного значения они практически не имеют. Германий накапливается в гидротермальных и осадочных процессах, где реализуется возможность отделения его от кремния.
В повышенных количествах (0,001-0,1%) встречается в сфалерите, магнетите, каменных и бурых углях. Источниками германия являются полиметаллические руды, ископаемые угли и некоторые типы вулканогенно-осадочных месторождений железных руд. Основное количество германия получают попутно из подсмольных вод при коксовании углей, из золы энергетических углей, сфалеритовых и магнетитовых концентратов. Германий извлекается кислотным выщелачиванием, возгонкой в восстановительной среде, сплавлением с едким натром и др. Концентраты германия обрабатываются соляной кислотой при нагревании, конденсат очищается и подвергается гидролитическому разложению с образованием диоксида; последний восстанавливается водородом до металлического германия, который очищается методами фракционной и направленной кристаллизации, зонной плавки.
Применение германия
Германий применяют в радиоэлектронике и электротехнике как полупроводниковый материал для изготовления диодов и транзисторов. Из германия изготовляют линзы для ИК оптики, фотодиоды, фоторезисторы, дозиметры ядерных излучений, анализаторы рентгеновской спектроскопии, преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую и т.д. Сплавы германия с некоторыми металлами, отличающиеся повышенной стойкостью к кислым агрессивным средам, используют в приборостроении, машиностроении и металлургии. Некоторые сплавы германия с другими химическими элементами — сверхпроводники.
Источник: www.mining-enc.ru
Германий – свойства, особенности элемента и польза для человека
Этот металл наделен аномальными для большинства химических элементов свойствами. Существование германия предсказал великий русский химик Дмитрий Менделеев, а первооткрыватель назвал в честь своей родины.
Что представляет собой
Германий – это химический элемент, занимающий ячейку №32 периодической системы Дмитрия Менделеева.
Выглядит как сероватый металл, но не относится к металлам.
По физическим и химическим свойствам германий не металл, а полуметалл.
Природное вещество по составу – конгломерат одного радиоактивного и четырех стабильных изотопов.
Международное обозначение – Ge, Germanium. Формула простого вещества – Ge.
Как был открыт
История элемента начинается с 1871 года, когда Дмитрий Менделеев «вычислил» его и поместил в свою таблицу как экасилиций.
Через 15 лет немецкому химику Клеменсу Винклеру принесли на исследование новый минерал аргиродит из местных рудников.
Первооткрыватель выделил из него неизвестный элемент, описал его свойства.
Планировал назвать свое детище нептунием, но название было занято. Тогда окрестил новичка германием – по названию родной страны.
Присутствие в природе
Вещество рассеяно в массиве литосферы. Не относится к редким: процент содержания больше, чем у серебра, висмута, сурьмы.
Тонна земной коры содержит 1,5 г германия, литр морской воды – 0,0006 мг.
Типичные формы нахождения в природе:
- Собственные минералы: аргиродит, германит, реньерит, другие. Они редки, промышленного интереса не представляют.
- Компонент силикатов, гранитов, базальтов, диабазов; минералов цинка, железа.
- Скопления в гидротермальных, осадочных массах.
- Веществом насыщены магнетит, сфалерит, уголь.
Промышленные «поставщики» – угли, полиметаллические, железные руды.
Месторождения
Германий найден во всех уголках Земли.
Российские месторождения сосредоточены в Приморье, Забайкалье, на Сахалине.
Добыча сырья – углей с германием в составе – ведется шахтным способом.
Она рентабельна: тонна сырья содержит 190-210 граммов вещества.
Физико-химические характеристики
Германий хрупок, хотя по структуре его кристаллическая решетка аналогична алмазной.
Важнейшая характеристика, имеющая практическое значение, – полупроводниковость. Это самый распространенный на планете натуральный полупроводник.
Твердая форма вещества имеет следующие свойства:
- Устойчивость к газам, воде, кислотам, щелочам.
- Стабильность при комнатной температуре.
- Быстрая окисляемость при 600+°С.
- Растворяется царской водкой, щелочным раствором перекиси водорода.
- Образует органические и неорганические соединения.
- Соединения имеют показатели окисления 2 и 4, устойчивы четырехвалентные формы.
Большинство кислородных соединений вещества структурно аналогичны кремниевым (поэтому Менделеев классифицировал вещество как экасилиций). Более плотные копируют структуру титановых.
| Герма́ний / Germanium (Ge), 32 |
| 14, 4, >> |
| 72,630(8) а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d10 4s2 4p2 |
| 122,5 пм |
| 122 пм |
| (+4e) 53 (+2e) 73 пм |
| 2,01 (шкала Полинга) |
| -4; -2; -3; -2; -1; 0; +2; +3; +4 |
| 1‑я: 761,2 (7,89) кДж/моль (эВ) 2‑я: 1537,0 (15,93) кДж/моль (эВ)3‑я: 3301,2 (34,21) кДж/моль (эВ) |
| 5,323 г/см³ |
| 1210,6 K |
| 3103 K |
| 36,8 кДж/моль |
| 328 кДж/моль |
| 23,32 Дж/(K·моль) |
| 13,6 см³/моль |
| алмазная |
| 5,660 Å |
| 360 K |
| (300 K) 60,2 Вт/(м·К) |
| 7440-56-4 |
Германий наделен аномальным свойством не разжижаться, а уплотняться при плавлении.
По этой характеристике его легко отличить от большинства элементов. Но не от галлия, плутония, кремния, церия, висмута, сурьмы, воды. Они ведут себя так же.
Технология получения
Почти весь материал добывают из углей, обогащенного сфалеритового, магнетитового сырья.
Способ получения многоступенчат:
- Вещество извлекается выщелачиванием, возгонкой, сплавлением с едким натром.
- На раскаленный концентрат воздействуют соляной кислотой.
- Конденсат очищается, разлагается методом гидролиза.
- Полученный диоксид восстанавливается до металлической формы водородом.
При производстве чистого металла применяют кристаллизацию и плавку.
Где используется
Традиционные сферы применения вещества – радиоэлектроника и электротехника. Из него делали диоды и транзисторы. Сегодня такие приборы – добыча коллекционеров, поскольку германий вытеснен в этом сегменте кремнием. Однако нашел применение в устройствах, работающих на сверхвысоких частотах (СВЧ).
Ассортимент продукции из полуметалла:
- Анализаторы рентгенспектроскопии.
- Дозиметры на ядерных объектах.
- Преобразователи ядерной энергии в электричество (на АЭС).
- Теллурид вещества – термоэлектрический материал.
- Сплавы с металлами – исходник для металлургии, машино-, приборостроения.
- Сплав с галлием востребован как сверхпроводник.
Главные сферы потребления германия в новом тысячелетии (%): волоконная оптика – 34, тепловизоры – 31, электроника, химический катализ – по 15. Остаток забирают металлурги.
Стратегическое значение имеет сверхчистый металлический германий как сырье при производстве оптики, работающей в инфракрасном диапазоне (линзы, тепловизоры, гаджеты ночного видения, системы наведения).
Достоинства вещества оценили ювелиры. Микродобавка германия делает внешний слой серебряного изделия (пробы 935 и 960) прозрачным, но стойким.
Биологическое воздействие
Промышленность начала использование германия в середине 1940-х годов. Через 30 лет очередь дошла до целебного потенциала.
Этим занялись японцы. Прорыв произошел в 1967 году, когда доктор Казухико Асаи обнародовал список лечебных возможностей германия:
- Подавление онкологии.
- Повышение сопротивляемости к бактериям, вирусам, нейтрализация токсинов.
- Транспортировка кислорода тканям организма (подобно гемоглобину).
- Повышение порога восприимчивости нервных импульсов.
Команда доктора Асаи нашла германий в традиционных для Востока продуктах и лекарственных растениях. Веществом оказались насыщены трубчатые грибы, женьшень, бамбук, хлорелла. А также привычные для европейцев алоэ, чайный лист, чеснок.
Германием богат чеснок. Повышенным употреблением этого продукта в странах Азии объясняют редкость онкологии у местных жителей.
Официальная медицина элемент не использует.
Главный недостаток вещества – токсичность. Более токсичны двухвалентные соединения. Значение также имеет дозировка: превышение делает вещество опасным.
По стандартам РФ, кубометр воздуха не должен содержать более 2 мг германия либо его оксида.
Стоимость
Цена германия на мировом рынке определяется видом материала ($/ кг): двуокись – 860, металлический – 1250.
Источник: jgems.ru
Германий
Германий – химический элемент, открытие которого обеспечило прорыв технического прогресса. Германиевые полупроводники в транзисторах и другой радио- и аудиоаппаратуре, практически заменили лампы накаливания. В настоящее время ученые продолжают исследовать германий, открывая новые области его применения.
Описание элемента
Вещество относится к стабильным полуметаллам, имеет серо-белый цвет, реже серебристый или черный, с металлическим блеском. Относится к природным полупроводниковым элементам, по своим действиям уступает кремнию и алмазу.
В современной версии периодической системы материал находится в 14 группе 4 периода (в первичной таблице занимал место в четвертой группе главной подгруппы), имеет порядковый атомный номер 32. Обозначается символом Ge (лат.Germanium), формула простого вещества — Ge.
В таблице ниже можно увидеть некоторые характеристики.
| Основные физические характеристики элемента | Показатели |
| Атомная (молярная) масса | 72,630 (г/моль) |
| Распределение электронов по уровням | 3d10 4s2 4p2 |
| Радиус атома | 122,5 пм |
| Электроотрицательность | 2,01 по шкале Полинга |
| Электронный потенциал | |
| Степень окисления | 4,2 |
| Энергия ионизации | 760,0 (7,88) кДж/моль (эВ) |
| Структура решетки | Алмазная, кубическая |
| Параметры решетки | 5,660 Å |
| Основные характеристики элемента | Показатели |
| Номер CAS | 7440-56-4 |
| Точка плавления | 1210,6 K |
| Точка кипения | 3103 K |
| Удельная теплота плавления | 36,8 кДж/моль |
| Удельная теплота кипения | 328 кДж/моль |
| Температура Дебая | 360 K |
| Теплопроводность | (300 K) 60,2 Вт/(м·К) |
| Плотность | 5,323 г/см³ |
| Молярная теплоемкость | 23,32 Дж/(K·моль) в растворе |
| Молярный объем | 13,6 см³/моль |
История открытия элемента
В 1869 году на заседании Русского химического общества был представлен анализ Д.И. Менделеева, в котором ученый объяснял связь ионов и атомной массы элемента с его свойствами. Параллельно он выдвинул гипотезу о существовании некоторых химических элементов.
В 1870 году в научной статье Менделеев выдвинул предположение о том, какое место в системе будут занимать пока неизвестные науке вещества. Одно из них он назвал экасилицием, поскольку оно должно было находиться за кремнием и обладать схожими свойствами. Менделеев предсказал свойства экасилиции и атомную массу.
Спустя 15 лет в 1885 году в одной из шахт Саксонии нашли органический минерал, названный аргиродитом и имевший неизвестный состав. Провести анализ материала поручили химику Клеменсу Винклеру, который обнаружил, что он практически полностью (на 93%) состоит из серебра. А остальные 7% составляет вещество неизвестного происхождения.
Путем долгих опытов элемент удалось выделить из минерала и изучить. Это оказался металл, схожий по свойствам с сурьмой. В серии научных статей 1886-1887 года химик подробно описывает выделенное вещество, его свойства. В честь своей родины, ученый предложил дать ему название германий (Germanium) и обозначить знаком Ge. Много лет единственным соединением был тетраэтилгерманий.
Многие ученые были возмущены таким поворотом и обвинили Винклера в краже чужого научного достижения, считая, что Д.И. Менделеев уже дал название новому веществу. Для снятия спорного вопроса ученый обратился к «отцу» периодической системы, подробно изложив в обращении суть вопроса. Ответ от Менделеева пришел незамедлительно. Он разъяснил, что название новому органическому веществу может дать его первооткрыватель.
Поскольку Дмитрий Иванович только предсказал его существование и никакого отношения к открытию не имеет, то Винклер имеет право назвать вещество так, как считает нужным. Великие химики расстались друзьями, а экасилиций стал германием, заняв законную позицию в периодической системе химических элементов. Сегодня многие соединения германия, в том числе и тетраэтилгерман, активно применяются в промышленности.
Физико-химические свойства германия
Природный германий состоит из 5 изотопов (4 – стабильных, без полураспада на воздухе и 1 с периодом полураспада 1,78*10 21 ). Несмотря на то, что кубическая решетка 32 элемента имеет сходство с алмазной, это довольно хрупкое вещество.
По своим физико-химическим свойствам полупроводниковый германий, который встречается в природе, имеет сходство с кремнием, что и предполагал Д.И. Менделеев, справедливо поместив их в одну группу. Оба эти вещества могут образовывать растворы с валентностью 2 и 4. У них обнаружились и другие общие физические и химические свойства.
- высокий показатель преломления;
- в реакцию с кислотами вступают только при нагревании;
- в присутствии окислителей взаимодействуют со щелочным раствором (двуокись);
- не активны с водой, азотом, углеродом, водородом;
- водяные пары не вызывают изменений в их структуре;
- щелочной германий воспламеняется при температуре выше 700°C, горит с выделением диоксида;
- ионы вступают в реакцию с галогенами, сульфосолями, хромитами;
- активно взаимодействует с серой, сурьмой, хромом, образуют сульфосоли (GeS), хромиты;
- сульфид германия плохо растворим в воде.
Внешне германий выглядит как твердое вещество бело-серого цвета с ярким металлическим блеском. По минералогической 10 бальной шкале твердости имеет показатель 6,25 при 20°C. При таких условиях он очень хрупкий и легко разбивается, поэтому при низких температурах обработка его невозможна.
При высоких температурах 32 элемент, как и уголь, легко поддается обработке. Так, при 500°C он становится пластичным, а при 600°C можно изменять его форму. Температура плавления 958,5°C, а закипает он при 2700°C. На воздухе расширяется при охлаждении, а при нагревании сжимается. Плотность в твердом состоянии 5,3 г/моль, в жидком виде (двуокись) – 5,5 г/моль.
Важная информация
Являясь типичным полупроводником, германий встречается в чистом виде и имеет высокое удельное электросопротивление, высокую валентность при комнатной температуре.
Это свойство сильнее проявляется при нагреве. Это отличает его от простых проводников, которые теряют это свойство при повышении температуры. А вот наличие посторонних веществ в составе полупроводника значительно снижает сопротивление. Например, у сульфида (GeS).
Добыча и получение германия
Общий объем, содержащегося в недрах германия составляет 1000 тонн, основной его объем находится на территории США и Китая, и они являются крупными поставщиками этого элемента в другие страны. В России месторождения германита сосредоточены в Приморье, Забайкалье, на Сахалине.
В полиметаллических рудах и силикатах он обычно присутствует в качестве примеси. Изотопы внедряются в кристаллическую решетку, и места занимает немного. Пример: в сфалеритах германия содержится несколько килограмм на тонну породы, в энаргитах его 5 кило на тонну, а в сульванитах на этот же объем приходиться всего 1 кг. В германите количество главного элемента достигает 10%.
Получение вещества ведут чаще из железных, кремниевых, цветных руд в качестве дополнительного продукта методом обогащения. Полученный при этом GeO2 (оксид IV) доводят до простого вещества, восстанавливая его водородом.
В России впервые добывать германий и магнетит начали в 1959 году. Тогда на медно-серном комбинате Медногорска, в цехе по переработке пыли, открыли новую технологию, которая позволяла добывать концентрат вещества в результате переработки пыли и золы, оставшихся после медеплавильного процесса. После открытия этого способа германий для страны за границей больше не закупался.
Области применения германия
После того, как производство поставили на промышленные рельсы, его стали широко применять как полупроводник в электронике. Но дороговизна вещества заставила отказаться от использования его в транзисторах и полупроводники стали делать из более дешевых кремниевых руд.
До 1930 года германий не использовался в промышленности. Это не уменьшило уникальных свойств элемента, и он нашел «занятие» в других сферах.
Кроме этих сфер германий используют в анализаторах рентгенографов и дозиметрах на ядерных объектах в качестве диодов. В сплавах с металлами германий органические вещества используются в приборостроении, а в соединении с галлием – как сверхпроводник.
Биологическое воздействие на человека
Через 30 лет после открытия германия, японские ученые занялись исследованиями в области его действия в медицине. В 1967 году ими были впервые обнародованы результаты работы. Применение этого вещества показало хорошие результаты в лечении онкологии, вирусных и бактериальных инфекций.
Германий повышает порог восприимчивости нервных импульсов, что позволяет применять его при лечении неврологических заболеваний.
Полезная информация
По версии японских ученых, именно регулярным употреблением в пищу данных растений жителями Азии объясняются низкие показатели заболеваемости онкологией.
Также его обнаружили в животных организмах. Его воздействие на человеческий организм в малых количествах не ведет к побочным эффектам, но в большом количестве это довольно токсичное вещество. Устойчивыми к токсическому воздействию 32 элемента оказались плесневые грибы и большинство животных.
Цена вещества
Для производства оптоволокна, ценных сплавов, диодов, спектрометров необходима монокристаллическая форма вещества. Его закупают в больших объемах, что довольно выгодно. Тонна монокристаллического германия стоит 100 тысяч рублей, хотя на внешнем рынке можно найти предложения с более низкой ценой (75-85 тыс.р.).
А вот поликристаллическая форма 32 элемента оценивается гораздо дороже. Это связано с тем, что поликристаллы германия имеют меньший размер, повышенную прочность и являются основой для выращивания монокристаллов. Цена на 1 кг поликристаллического вещества варьирует в пределах 160-250 тыс. рублей.
Также 32 элемент реализуется в слитках стандартного размера 28 см. Их стоимость рассчитывается 150 рублей за 10 гр. веса.
Владислав Суркин
В моём личном блоге я познакомлю вас с особенностями разных драгоценных камней, влиянием зодиакальных камней в отношении каждого знака зодиака, а также целебными свойствами некоторых из них.
Источник: 1kamni.ru
Германий – помощник железа
Германий – химический элемент серо-белого цвета, обладающий полупроводниковыми свойствами. В природе встречается в сульфидных и железных рудах, и встречается почти во всех силикатах. Он широко используется электротехнической промышленности в качестве полупроводника, а также, применяется в волоконной и инфракрасной оптиках. Хотя, германий не считается важным элементом для высших животных, тем не менее, он играет свою значимую роль в организме человека, и некоторые его органические соединения даже изучаются, как потенциальные лекарственные средства.
Полезные свойства германия в организме человека
Изучение поведения этого элемента в организме животных, показало, что германий обладает способностью переносить кислород в кровеносной системе на ровне с гемоглобином, не накапливаясь при этом в костях и других органах и системах. Еще он стимулирует выработку интерферонов, которые борются в нашем организме с вирусами и бактериями, что в свою очередь, оказывает положительную помощь иммунной системе. Также, уже установлено, что органический германий проявляет мощные антиоксидантные свойства и способен подавлять рост раковых клеток.
При различных неблагоприятных условиях (травма, радиоактивное излечение и т.д. ) в организме может возникнуть такое опасное явление, как гипоксия – это когда в крови резко падает уровень гемоглобина и организм начинает испытывать кислородное голодание. И в зоне риска поражения от кислородного голодания на первом месте находится головной мозг. Германий, в этом случае, способен брать на себя роль гемоглобина и помогать переносить кислород к клеткам, в том числе и к клеткам мозга.
Установлено также еще одно положительное свойство германия. Он способен снижать болевые ощущения во время травм, помогая упорядочивать нервные импульсы, появившиеся во время сильного стресса.
Установлено, что большая часть в человеческом организме содержится в желудке, селезенке, кровяном русле и костном мозге. Попадая в межклеточное пространство, он полностью поглощается клетками, но затем 90% его быстро выделяется и выводится почками вместе с мочой.
Дефицит германия в организме человека
Установлена предположительная суточная потребность человеческого организма в германии – она примерно составляет 0,4-1,5 мг. В принципе, человеческий организм получает в достатке германия вместе с пищей, но потребность в этом микроэлементе возрастает при: малокровии, низком гемоглобине, различных инфекционных и вирусных поражениях. Также его усвоение может быть снижено при дисбактериозе, а дополнительный дефицит возникнуть при приеме мочегонных.
Симптомами проявления дефицита германия считаются: остеопороз, деминерализация костей, ослабление иммунной системы и увеличение риска развития онкологических заболеваний.
Избыток германия в организме человека
Германий во всем мире признан безопасным и нетоксичным элементом для человека и живых организмов, поэтому сведений о его передозировке нет. Токсичностью обладают лишь некоторые соединения германия, но контакт с ними может произойти только где-нибудь на производстве и, их симптоматика будет зависеть скорее от того, с чем германий был соединен. Чаще всего угрозу представляют пары соединений германия, а значит, поражаться, в первую очередь, будут легкие.
Источники германия
Усвоение германия
Большая часть германия всасывается в кишечнике, поэтому для его усвоения, он должен быть здоровым и содержать здоровую микрофлору. Синергистом (усиливающим действие) германия является селен, и вместе они составляют хорошую противорадикальную защиту для клеток организма.
Источник: www.live-long.ru