Германий нахождение в природе

Обновлено: 10.01.2025

В 1870 году Д.И. Менделеев на основании периодического закона предсказал еще неоткрытый элемент IV группы, назвав его экасилицием, и описал его основные свойства. В 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер, при химическом анализе минерала аргиродита обнаружил этот химический элемент. Первоначально Винклер хотел назвать новый элемент «нептунием», но это название уже было дано одному из предполагаемых элементов, поэтому элемент получил название в честь родины учёного — Германии.

Двуокись германия GeО₂

Белое кристаллическое вещество уд. веса 4,703; заметно растворима в воде, причем раствор проводит электрический ток. Получается несколькими способами. В частности, она может быть получена нагреванием германия в ки слороде или окислением его концентрированной азотной кислотой.

Двуокись германия — амфотерный окисел с сильно преобладающими кислотными свойствами, вследствие чего она легко растворяется в щелочах, образуя соли германиевой кислоты, — как правило, бесцветные. Калиевая и натриевая соли германиевой кислоты обладают хорошей растворимостью.

Двуокись германия применяется в технике для получения оптического стекла с очень большим коэффициентом преломления. Четыреххлористый германий GeCl₄ получается при нагревании германия в токе хлора, а также при пропускании хлористого водорода в нагретую взвесь двуокиси германия в концентрированной соляной кислоте:

Реакция обратима и при избытке воды идет справа налево.

Четыреххлорный германий представляет собой бесцветную легкоподвижную жидкость уд. веса 1,874, кипящую при 83°. По свойствам он напоминает четыреххлористый кремний.

Двусернистый германий GeS₂ известен в двух модификациях — аморфной и кристаллической. Влагой воздуха GeS₂ разлагается с выделением сероводорода:

Двусернистый германий легко образует устойчивые тиосоли.

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.

В сфалеритах, энаргитах, пирагидрите содержание измеряется килограммами на тонну, в сульфидах и силикатах – десятками/сотнями грамм.

Сфалерит

Типичные формы нахождения в природе:

Собственные минералы: аргиродит, германит, реньерит, другие. Они редки, промышленного интереса не представляют.

Промышленные «поставщики» – угли, полиметаллические, железные руды.

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).

Пример инфракрасной линзы из германия

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.

Химические свойства:

При нормальных условиях германий устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворяется в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Степени окисления германия в его соединениях: 2, 4.

Окись германия GeO

Черный кристаллический порошок. Очень нестойка. Получается при осторожном восстановлении двуокиси германия магнием или металлическим германием. Реагирует с галогеноводородными кислотами, образуя дигалогениды. Гидрат окиси германия Ge(OH)₂ осаждается щелочами или аммиаком из раствора хлористого германия:

Обладает амфотерными свойствами. Заметно растворяется в воде; водный раствор имеет кислую реакцию.

Соединения четырехвалентного германия наиболее характерны для этого элемента. Они более устойчив известны в большем числе и лучше изучены, чем производные двухвалентного германия.

Химические свойства

В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.

Соединения германия

Неорганические

Органические

Германий

Германий (лат. Germanium), Ge, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 32, атомная масса 72,59; твёрдое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском. Природный германий представляет собой смесь пяти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 73, 74 и 76. Существование и свойства германия предсказал в 1871 Д. И. Менделеев и назвал этот неизвестный еще элемент «экасилицием» из-за близости свойств его с кремнием.

В 1886 немецкий химик К. Винклер обнаружил в минерале аргиродите новый элемент, который назвал германием в честь своей страны; германий оказался вполне тождествен «экасилицию». До 2-й половины 20 в. практическое применение германия оставалось весьма ограниченным. Промышленное производство германия возникло в связи с развитием полупроводниковой электроники.

Металл германий — полупроводниковый материал, применяется в технике и радиоэлектронике при производстве транзисторов и микросхем. Тонкие пленки германия, нанесенные на стекло, применяют в качестве сопротивлений в радарных установках. Сплавы германия с металлами используются в датчиках и детекторах.

Физические свойства германия делают его практически незаменимым при изготовлении приборов некоторых типов, в частности туннельных диодов.

Нахождение в природе, получение:

Германий встречается в сульфидных рудах, железной руде, обнаруживается почти во всех силикатах. Основные минералы содержащие германий: аргиродит Ag₈GeS₆, конфильдит Ag₈(Sn,Ce)S₆, стоттит FeGe(OH)₆ , германит Cu₃(Ge,Fe,Ga)(S,As)₄ , рениерит Cu₃(Fe,Ge,Zn)(S,As)₄.
В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO₂, который восстанавливают водородом при 600°C до простого вещества.
GeO₂ + 2H₂ =Ge + 2H₂O
Очистку германия проводят методом зонной плавки, что делает его одним из самых химически чистых материалов.

Физико-химические характеристики

Германий хрупок, хотя по структуре его кристаллическая решетка аналогична алмазной.

Элементарная кристаллическая ячейка германия типа алмаза

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.

Название, символ, номер	Герма́ний / Germanium (Ge), 32
Группа, период, блок	14, 4, >>
Атомная масса (молярная масса)	72,630(8) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Радиус атома	122,5 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность	2,01 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	-4; -2; -3; -2; -1; 0; +2; +3; +4
Энергия ионизации	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)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	5,323 г/см³
Температура плавления	1210,6 K
Температура кипения	3103 K
Уд. теплота плавления	36,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения	328 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	23,32 Дж/(K·моль)
Молярный объём	13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	алмазная
Параметры решётки	5,660 Å
Температура Дебая	360 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 60,2 Вт/(м·К)
Номер CAS	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.

Нахождение в природе

Относится к рассеянным элементам. В природе в свободном виде не встречается. Общее содержание германия в земной коре 7.10—4% по массе, т. е. больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄, аргиродит Ag8GeS6, конфильдит Ag₈(Sn,Ce)S₆ и др. Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

Основной минерал: сульфид германия GeS2 встречается в качестве примеси в сульфидах цинка и других металлов. Важнейшие минералы: германит Cu₃(Ge,Fe,Ga)(S,As)₄, стоттит FeGe(OH)₆, плюмбогерманит Pb,Ge,Ga)₂SO₄(OH)₂·2H₂O, аргиродит Ag₈GeS₆, рениерит Cu₃(Fe,Ge,Zn)(S,As)₄.

Германий есть на территории всех стран. Но промышленными месторождениями минералов германия, по-видимому, не располагает ни одна промышленно-развитая страна. Германий очень рассеян. Минералы, в которых этого элемента больше 1%, – аргиродит, германит, ультрабазит и другие, включая открытые лишь в последние десятилетия реньерит, штотит, конфильдит и плюмбогерманит – большая редкость. Они не в состоянии покрыть мировую потребность в этом важном элементе.

А основная масса земного германия рассеяна в минералах других элементов, в углях, в природных водах, в почве и живых организмах. В каменном угле, например, содержание германия может достигать десятой доли процента. Может, но достигает далеко не всегда. В антраците, например, его почти нет.

Этот металл наделен аномальными для большинства химических элементов свойствами. Существование германия предсказал великий русский химик Дмитрий Менделеев, а первооткрыватель назвал в честь своей родины.

Содержание

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

Клеменс Александр Винклер — первооткрыватель германия

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.

Германий (Germanium)

Ат. вес 72,60. Германий — один из наиболее рассеянных элементов. Минералы, содержащие германий в сколько-нибудь значительных количествах, крайне редки. Важнейшими из этих минералов являются аргиродит 4Ag₂S • GeS₂ и германит 6CuS • GeS2. В то же время в очень малых количествах соединения германия находятся во многих рудах. Общее содержание германия в земной коре составляет 4 • 10 -4 весовых процента. Источником получения германия обычно служит зола каменных и бурых углей и отходы цинкового производства.

Совсем недавно германий почти не имел практического применения, но за последние годы он приобрел исключительное значение в электро- и радиотехнике в качестве полупроводника.

Физические свойства

Кристаллическая структура германия.

Кристаллическая решетка германия кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 5,660 Å .

Механические свойства

• Модуль упругости E, ГПа — 82

• Скорость звука (t=20÷25°C) в различных направлениях ·1000 м/с.
  • L₁₀₀ : 4,92
  • S₁₀₀ : 3,55
  • L₁₁₀ : 5,41
  • S₁₁₀ : 2,75
  • L₁₁₁ : 5,56
  • S₁₁₁ : 3,04

  Электронные свойства

  Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

  • Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
  • Ширина запрещённой зоны (300 К) E_g = 0,67 эВ
  • Собственная концентрация n_i=2,33×10 13 см −3
  • Эффективная масса
    • электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀
    • электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀
    • дырок, тяжелых: m_hh=0,379m₀
    • дырок, легких: m_hl=0,042m₀

    Легированный галлием германий в тонкой плёнке можно привести в сверхпроводящее состояние.

    Изотопы

    В природе встречается пять изотопов: 70 Ge (20,55 % масс.), 72 Ge (27,37 %), 73 Ge (7,67), 74 Ge (36,74 %), 76 Ge (7,67 %). Первые четыре стабильны, пятый ( 76 Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58×10 21 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68 Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71 Ge (время полураспада 11,26 дня).

    Применение:

    Важнейший полупроводниковый материал, основные направления применения: оптика, радиоэлектроника, ядерная физика.

    Соединения германия мало токсичны. Германий – микроэлемент, который в организме человека повышает эффективность иммунной системы организма, борется с онкозаболеваниями, уменьшает болевые ощущения. Отмечается также, что германий способствует переносу кислорода к тканям организма и является мощным антиоксидантом – блокатором свободных радикалов в организме.
    Суточная потребность организма человека – 0,4–1,5 мг.
    Чемпионом по содержанию германия среди пищевых продуктов является чеснок (750 мкг германия на 1 г сухой массы зубков чеснока).

    Германий (Получение Минералы)

    
    

    (Germanium; от лат. Germania — Германия), Ge — хим. элемент IV группы периодической системы элементов; ат. н. 32, ат. м. 72,59. Серебристо-серое вещество с металлическим блеском. В хим. соединениях проявляет степени окисления + 2 и +4.

    Соединения со степенью окисления +4 более стойки. Природный германий состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73(7, 67%) и 74 (36,74%) и одного радиоактивного изотопа с массовым числом 76 (7,67%) и периодом полураспада 2 • 106 лет. Искусственно (с помощью различных ядерных реакций) получено много радиоактивных изотопов; наибольшее значение имеет изотоп 71 Ge с периодом полураспада 11,4 дня.

    Существование и св-ва германия (под названием «экасилиций») предсказал в 1871 рус ученый Д. И. Менделеев. Однако лишь в 1886 нем. химик К. Винклер обнаружил в минерале аргиродите неизвестный элемент, св-ва к-рого совпадали со св-вами «экасилиция». Начало пром. произ-ва германий относится к 40-м гг. 20 в., когда он получил применение в качестве полупроводникового материала. Содержание германия в земной коре (1—2) 10 -4 %.

    Германий относится к рассеянным элементам и редко встречается в виде собственных минералов. Известно семь минералов, в к-рых его концентрация больше 1 %, среди них: германит Cu2 (Сu, Ge, Ga, Fe, Zn)2 • (S, As)4X X (6,2-10,2% Ge), рениерит (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 X X (S, As)4 (5,46-7,80% Ge) и аргиродит Ag8GeS6 (3/55—6,93% Ge). Г. накапливается также в каустобиолитах (гумусовых углях, горючих сланцах, нефти). Стойкая при обычных условиях кристаллическая модификация Г. имеет кубическую структуру типа алмаза, с периодом а = 5,65753 A (Gel).

    Германий это

    Плотность германия (т-ра 25° С) 5,3234 г/см3, tпл 937,2° С; t_кип 2852° С; теплота плавления 104,7 кал/г, теплота сублимации 1251 кал/г, теплоемкость (т-ра 25° С) 0,077 кал/г • град; коэфф. теплопроводности, (т-ра 0° С) 0,145 кал/см • сек • град, температурный коэфф. линейного расширения (т-ра 0—260° С),5,8 х 10-6 град -1 .

    При плавлении германий уменьшается в объеме (примерно на 5,6%), плотность его увеличивается на 4% ч При высоком давлении алмазо-подобная модификация. Германий претерпевает полиморфные превращения, образуя кристаллические модификации: тетрагональную структуру типа B-Sn (GeII), объемноцентрированную тетрагональную структуру с периодами α = 5,93 А, с = 6,98 A (GeIII) и объемноцентрированную кубическую структуру с периодом α = 6,92 A(GeIV). Эти модификации по сравнению с GeI отличаются большими плотностью и электропроводностью.

    Аморфный германий может быть получен в виде пленок (толщиной примерно 10—3 см) при конденсации пара. Плотность его меньше плотности кристаллического Г. Структура энергетических зон в кристалле Г. обусловливает его полупроводниковые св-ва. Ширина запрещенной зоны Г. равна 0,785 эв (т-ра 0 К), удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 60 ом · см и с повышением т-ры значительно понижается по экспоненциальному закону.

    Примеси придают Г. т. н. примесную проводимость электронного (примеси мышьяка, сурьмы, фосфора) или дырочного (примеси галлия, алюминия, индия) типа. Подвижность носителей зарядов в Г. (т-ра 25° С) для электронов — около 3600 см2/в сек, для дырок — 1700 см2/в · сек, собственная концентрация носителей зарядов (т-ра 20° С) 2,5 . 10 13 см-3. Г. диамагнитен. При плавлении переходит в металлическое состояние.

    Германий очень хрупок, твердость его по Моосу 6,0, микротвердость 385 кгс/мм2, предел прочности на сжатие (т-ра 20° С) 690 кгс/см2. С повышением т-ры твердость снижается, выше т-ры 650° С он становится пластичным, поддается мех. обработке. Германий практически инертен к воздуху, кислороду и к неокисляющим электролитам (если нет растворенного кислорода) при т-ре до 100° С.

    Стойкий к действию соляной и разбавленной серной к-т; медленно растворяется в концентрированных серной и азотной к-тах при нагревании (образующаяся при этом пленка двуокиси замедляет растворение), хорошо растворяется в «царской водке», в растворах гипохлоритов или гидроокисей щелочных металлов (при наличии перекиси водорода), в расплавах щелочей, перекисей, нитратов и карбонатов щелочных металлов.

    Выше т-ры 600° С окисляется на воздухе и в токе кислорода, образуя с кислородом окись GeO и двуокись (GeО₂). Окись германия— темно-серый порошок, возгоняющийся при т-ре 710° С, незначительно растворяется в воде с образованием слабой германитной к-ты (H2GeO₂), соли к-рой (германиты) малостойки. В к-тах GeO легко растворяется с образованием солей двухвалентного Г. Двуокись германия— порошок белого цвета, существует в нескольких полиморфных модификациях, сильно различающихся по хим. св-вам: гексагональная модификация двуокиси сравнительно хорошо растворяется в воде (4,53 zU при т-ре 25° С), растворах щелочей и к-т, тетрагональная модификация практически нерастворима в воде и инертна к к-там.

    Растворяясь в щелочах, двуокись и ее гидрат образуют соли метагерманатной (H₂GeO₃) и ортогерманатной (H₄GeO₄) к-т — германаты. Германаты щелочных металлов растворяются в воде, остальные германаты практически нерастворимы; свежеосажденные растворяются в минеральных к-тах. Г. легко соединяется с галогенами, образуя при нагревании (около т-ры 250° С) соответствующие тетрагалогениды — не солеобразные соединения, легко гидролизующиеся водой. Известны сульфиды Г.— темно-коричневый (GeS) и белый (GeS₂).

    Соединения с другими элементами

    Для германия характерны соединения с азотом — коричневый нитрид (Ge₃N₄) и черный нитрид (Ge₃N₂), отличающийся меньшей хим. стойкостью. С фосфором Г. образует малостойкий фосфид (GeP) черного цвета. С углеродом не взаимодействует и не сплавляется, с кремнием образует непрерывный ряд твердых растворов.

    Для германий, как аналога углерода и кремния, характерна способность образовывать германоводороды типа GenH2n + 2 (германы), а также твердые соединения типов GeH и GeH2 (гермены). Германий образует металлические соединения (германиды) и сплавы со мн. металлами. Извлечение Г. из сырья заключается в получении богатого германиевого концентрата, а из него — вещества высокой чистоты.

    В пром. масштабе германий получают из тетрахлорида, используя при очистке его высокую летучесть (для выделения из концентрата), малую растворимость в концентрированной соляной к-те и высокую растворимость в органических растворителях (для очистки от примесей). Часто для обогащения используют высокую летучесть низших сульфида и окисла Г., к-рые легко сублимируются.

    Для получения полупроводникового германий применяют направленную кристаллизацию и зонную перекристаллизацию. Монокристаллический германий получают вытягиванием из расплава. В процессе выращивания Г. легируют спец. добавками, регулируя те или иные св-ва монокристалла. Г. поставляют в виде слитков длиной 380— 660 мм и поперечным сечением до 6,5 см2.

    Германий применяют в радиоэлектронике и электротехнике как полупроводниковый материал для изготовления диодов и транзисторов. Из него изготовляют линзы для приборов инфракрасной оптики, дозиметры ядерных излучений, анализаторы рентгеновской спектроскопии, датчики, использующие эффект Холла, преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую.

    Германий используют в микроволновых аттенюаторах, термометрах сопротивления, эксплуатируемых при т-ре жидкого гелия. Пленка Г., нанесенная на рефлектор, отличается высокой отражательной способностью, хорошей коррозионной стойкостью. Сплавы германия с некоторыми металлами, отличающиеся повышенной стойкостью к кислым агрессивным средам, используют в приборостроении, машиностроении и металлургии.

    Сплавы германия с золотом образуют низкоплавкую эвтектику и расширяются при охлаждении. Двуокись Г. применяют для изготовления спец. стекол, характеризующихся высоким коэфф. преломления и прозрачностью в инфракрасной части спектра, стеклянных электродов и термисторов, а также эмалей и декоративных глазурей. Германаты используют в качестве активаторов фосфоров и люминофоров.

    Германий это простое вещество серо-белого цвета и имеет твердые характеристики как для метала .

    Содержание в земной коре 7.10—4% по массе . относится к рассеянным элементам , из за сваей реакционной способности к окислению в свободном состоянии как чистый метал не встречается.

    Нахождение германия в природе

    Минералы содержащие германий

    Плюмбогерматит (PbGeGa)₂SO₄(OH)₂+H2O содержание до 8.18 %
    германит Cu(GeFeGa)(SAs)₄ содержит от 6 до 10% германия .
    яргиродит AgGeS₆ содержит от 3.65 до 6.93 % германия .
    рениерит Cu₃(FeGeZn)(SAs)₄ содержит от 5.5 до 7.8% германия .

    В некоторых странах получение германия является побочным продуктом переработки некоторых руд таких как цинк-свинец-медь . Также германий получают в производстве кокса , а также в золе бурого угля с содержанием от 0.0005 до 0.3% и в золе каменных углей с содержанием от 0.001 до 1 -2 % .

    Окисление и соединения

    Германий как металл очень устойчив к действию кислорода воздуха , кислорода , воды некоторых кислот , разбавленной серной и соляной кислоты . Но сконцентрированной серной кислотой реагирует очень медленно.

    Германий реагирует с азотной кислотой HNO₃ и царской водкой , медленно реагирует едкими щелочами с образованием соли германата , но при добавлении перекиси водорода H₂O₂ реакция протекает очень быстро.

    При воздействии высоких температур свыше 700 °С германий легко окисляется на воздухе с образованием GeO₂ , легко вступает в реакцию с галогенами , получая при этом тетрагалогениты .
    с водородом , кремнием , азотом и углеродом не вступает в реакцию.

    Применение германия

    Полупроводниками могут быть различные вещества . К ним относятся простые вещества : бор , углерод ( графит или алмаз ) , кремний , германий , олово . Собственная их электропроводность их электропроводность чрезвычайно мала и практически не может быть использована . Полупроводники используются в виде ультра чистых веществ , к которым специально добавляют незначительное количество веществ , повышающих электропроводность полупроводниковой системы и придающих ей определённый характер требуемой данной конструкции.

    Ультрачистый германий

    В ультрачистом германии процент примесей не должен превышать в среднем 10—7% по массе
    Германий очень высокой чистоты для полупроводниковой техники получают , используя специальные методы . Они заключаются в предварительном получении германия , максимально освобождённого от примесей химическими методами . Затем германий доводят до ультрачистого состояния методом зонной плавки.

    Германий как полупроводниковый материал , в основном используется в виде монокристаллов для изготовления диодов , транзисторов , фотодиодов и фоторезисторов . также из него делают линзы для приборов ИК- излучений , датчики Холла , в производстве термометров сопротивления которые эксплуатируются при температуре жидкого гелия He.

    Сплавы германия с золотом обладают высокой прочностью и используются в ювелирном и зубопротезном деле . Некоторые сплавы германия применяются как припои с золотом , кремнием и алюминием .

    Так же германий нашёл широкое применение для производства оптоволокна все знают что он служить для передачи информации с большими скоростями , что сразу стало использоваться в интернете , между городами и даже странами протянулись своеобразные информационные кабеля.

    Лит: Ломашов И. П. Германий и кремний — важнейшие полупроводниковые материалы.

    Полупроводники

    Полупроводниками называют вещества, занимающие по величине электропроводности промежуточное положение между проводниками и изоляторами. Характерной особенностью полупроводников является то, что в обычных условиях они неэлектропроводны, но под влиянием внешних воздействий (тепло, свет и др.) приобретают способность проводить электрический ток. Контакт между полупроводниками определенного типа обладает свойством проводить ток только в одном направлении.

    Качественное отличие полупроводников от металлов и изоляторов позволило современной электро- и радиотехнике решить с их помощью ряд технических проблем, представляющих огромное практическое значение.

    Полупроводники широко применяются в различных приборах для автоматического регулирования многих производственных процессов. Электропромышленность применяет германиевые выпрямители для преобразования переменного тока большой мощности в постоянный ток. Полупроводники дают возможность прямого превращения тепловой и световой энергии в электрическую, причем их коэффициент полезного действия в этом процессе, достигнутый в настоящее время, составляет 8—10%. С помощью полупроводников энергия радиоактивного излучения может быть преобразована в электрический ток.

    Кроме германия, полупроводниками являются кремний, серое олово, некоторые химические соединения и сплавы.

    Применяемый для полупроводниковых приборов германий должен быть высокой степени чистоты, так как даже 1 атом при месей на 10 миллионов атомов германия увеличивает его электропроводность. Германий такой чистоты получают путем «зонной» плавки .

    Германий — серебристо-белый, очень хрупкий металл уд веса 5,36, плавящийся при 959°. В компактном состоянии он не изменяется ни в сухом, ни во влажном воздухе, даже ори нагревании. Порошкообразный германий уже при умеренном нагревании переходит в двуокись GeO₂.

    Соляная и разбавленная серная кислоты не действуют на германий, азотная и концентрированная серная кислоты окисляют его в двуокись. В щелочах германий медленно растворяется. При температурах порядка 200—250° германий активно реагирует с галогенами и серой.

    В своих соединениях германий двух- и четырехвалентен. Соединения двухвалентного германия сравнительно мало устойчивы; они легко окисляются, переходя в соединения четырехвалентного германия, вследствие чего являются хорошими восстановителями.

    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.

    Применение

    • Германий металлический $1200/кг
    • Германий диоксид (двуокись) $840/кг
    • Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).
    • Совершенно исключительное стратегическое значение имеет металлический германий сверхвысокой чистоты в производстве линз, и призм инфракрасной оптики.
    • В радиотехнике, германиевые транзисторы и детекторныедиоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода в германии — 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В своё время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE (в отечественной радиотехнике известная как блокинг-генератор) позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0,6 В, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0,125 В, если германиевый. HI-End усилители на германиевых транзисторах обладают качеством звука, сопоставимым с усилителями на радиолампах, так как германиевые транзисторы мягче переключатся в схемах усилителя класса «AB», имеют более линейную переходную характеристику (чем сопоставимые кремниевые транзисторы тех же лет выпуска), и не пропускают гармоники дальше пятой (тогда как кремниевые — до 11-той — из-за чего звук становится «жестким» на высоких частотах). В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Существует старая система обозначений, например, П210,213,214,217, и некоторые транзисторы «МПxx» — также германиевые. Ещё более высоким частотным потенциалом (имеется ввиду подвижность носителей заряда в полупроводниках, а не скорость работы готового полупропроводникового прибора) обладает арсенид галлия, применяемый в светодиодах. В настоящее время кремниевые диоды и транзисторы полностью вытеснили германиевые, и они не выпускаются ни в одной стране мира. Найти их можно только в старых радиоаппаратах либо из запасов радиолюбителей тех лет.
    • Качер Бровина («генератор Бровина-Теслы») [источник?] лучше работает на германиевых транзисторах.
    • Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

    Получение

    Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO₂, который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:

    Стоимость

    Цена германия на мировом рынке определяется видом материала ($/ кг): двуокись – 860, металлический – 1250.

    Германий

    
    

    Общее содержание германия в земной коре 7×10 −4 % по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄, аргиродит Ag₈GeS₆, конфильдит Ag₈(Sn, Ce) S₆ и др. Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

    Важнейшие соединения:

    Оксид германия(II) , GeO, серо-чёрн., слабо раств. в-во, при нагревании диспропорционирует: 2GeO = Ge + GeO₂
    Гидроксид германия(II) Ge(OH)₂, крас.-оранж. крист.,
    Йодид германия(II) , GeI₂, желт. кр., раств. в воде, гидрол. по кат.
    Гидрид германия(II) , GeH₂, тв. бел. пор., легко окисл. и разлаг.

    Оксид германия(IV) , GeO₂, бел. крист., амфотерн., получают гидролизом хлорида, сульфида, гидрида германия, или реакцией германия с азотной кислотой.
    Гидроксид германия(IV), (германиевая кислота) , H₂GeO₃, слаб. неуст. двухосн. к-та, соли германаты, напр. германат натрия , Na₂GeO₃, бел. крист., раств. в воде; гигроскопичен. Существуют также гексагидроксогерманаты Na₂[Ge(OH)₆] (орто-германаты), и полигерманаты
    Сульфат германия(IV) , Ge(SO₄)₂, бесцв. кр., гидролизуются водой до GeO₂, получают нагреванием при 160°C хлорида германия(IV) с серным ангидридом: GeCl₄ + 4SO₃ = Ge(SO₄)₂ + 2SO₂ + 2Cl₂
    Галогениды германия(IV), фторид GeF₄ - бесц. газ, необр. гидрол., реагирует с HF, образуя H₂[GeF₆] – германофтористоводородную кислоту: GeF₄ + 2HF = H₂[GeF₆],
    хлорид GeCl₄, бесцв. жидк., гидр., бромид GeBr₄, сер. кр. или бесцв. жидк., раств. в орг. соед.,
    йодид GeI₄, желт.-оранж. кр., медл. гидр., раств. в орг. соед.
    Сульфид германия(IV) , GeS₂, бел. кр., плохо раств. в воде, гидрол., реагирует со щелочами:
    3GeS₂ + 6NaOH = Na₂GeO₃ + 2Na₂GeS₃ + 3H₂O, образуя германаты и тиогерманаты.
    Гидрид германия(IV), "герман" , GeH₄, бесцв. газ, органические производные тетраметилгерман Ge(CH₃)₄, тетраэтилгерман Ge(C₂H₅)₄ - бесцв. жидкости.

    Технология получения

    Почти весь материал добывают из углей, обогащенного сфалеритового, магнетитового сырья.

    Способ получения многоступенчат:

    1. Вещество извлекается выщелачиванием, возгонкой, сплавлением с едким натром.
    2. На раскаленный концентрат воздействуют соляной кислотой.
    3. Конденсат очищается, разлагается методом гидролиза.
    4. Полученный диоксид восстанавливается до металлической формы водородом.

    При производстве чистого металла применяют кристаллизацию и плавку.

    Физические свойства:

    Твёрдое вещество серо-белого цвета, с металлическим блеском(tпл 938°C, tкип 2830°С)

    Дополнительная информация

    Периодическая система химических элементов Менделеева

    Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

    198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

    20 интересных фактов про германий

    Германий (от латинского Germanium), обозначается «Ge», элемент IV-й группы периодической системы химических элементов Дмитрия Менделеева; порядковый номер элемента 32, атомная масса составляет 72,59. Германий - твёрдое вещество с металлическим блеском, имеющее серо-белый цвет. Хотя если честно, иногда он может быть серым как сталь, иногда серебристым, а иногда и вовсе черным. Внешне германий довольно близок к кремнию.

    1. В своём докладе о периодическом законе химических элементов в 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев предсказал существование нескольких неизвестных на то время химических элементов, в частности и германия. В статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, Д. И. Менделеев назвал неоткрытый элемент экасилицием (из-за его местонахождения в Периодической таблице) и предсказал его атомную массу и другие свойства. В 1885 году в Фрайберге (Саксония) в одной из шахт был обнаружен новый минерал аргиродит. При химическом анализе нового минерала немецкий химик Клеменс Винклер обнаружил новый химический элемент. Учёному удалось в 1886 году выделить этот элемент, также химиком была отмечена схожесть германия с сурьмой. Об открытии нового элемента Винклер сообщил в двухстраничной статье, датируемой 6 февраля 1886 года и предложил в ней имя для нового элемента Germanium и символ Ge. В последующих двух больших статьях 1886-1887 гг. Винклер подробно описал свойства германия.

    2. Первоначально Винклер хотел назвать новый элемент «нептунием», но это название было дано одному из предполагаемых элементов, поэтому элемент получил название в честь родины учёного - Германии.

    3. Германий можно отнести к рассеянным элементам. В природе элемент вообще не встречается в свободном виде. Общее содержание германия в земной коре 1,5⋅10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Это больше чем содержание таких химических элементов, как серебро, сурьма или висмут. Но вот собственные минералы германия довольно дефицитны и весьма редко встречаются в природе.

    4. 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.

    5. Температура плавления германия составляет 938,25 °C, а температура кипения 2850 °C.

    6. Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см3 (25 °С), жидкого - 5,557 г/см3 (1000 °С). Другие вещества, обладающие аналогичным свойством - вода, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий.

    7. Германий по электрофизическим свойствам является непрямозонным полупроводником.

    8. Германий проводит ток не только в стандартном виде, но и в твердых растворах.

    9. Слиток германия стоит практически столько же, сколько и слиток золота. Металл очень хрупок, почти как стекло, поэтому, уронив такой слиток, есть большая вероятность того, что металл просто разобьется.

    10. Германий устойчив к воздействию растворов соляной и серной кислот, он не вступает во взаимодействие с растворами щелочей. При этом данный металл довольно быстро растворяется в царской водке (семи азотной и соляной кислот), а также в щелочном растворе пероксида водорода.

    11. Германий был обнаружен на поверхности солнца, а также в составе упавших с космоса метеоритов.

    12. Германий - это элемент, который впервые стали применять в Японии для медицинских целей. После многочисленных исследований германийорганических соединений, проводимых на животных, а также в ходе исследований на людях, удалось обнаружить положительное воздействие таких руд на живые организмы. В 1967 году доктору К. Асаи удалось обнаружить тот факт, что у органического германия существует огромный спектр биологического воздействия.

    13. Именно этот металл является стимулятором размножения клеток иммунитета. Он, в виде органических соединений, позволяет формировать гамма-интерфероны, которые подавляют размножение микробов.

    14. Разведанные запасы германия в мире составляют около 1 000 тонн. Почти половина из них сокрыта в недрах США. Еще 410 тонн - достояние Китая.

    15. Годовое производство германия колеблется в пределах 100-120 тонн, в зависимости от спроса.

    17. До конца 1930-х годов германий не использовался в промышленности. Элемент не обладает такой прочностью как вольфрам или титан, он не служит неисчерпаемым источником энергии как плутоний или уран, электропроводность материала также далеко не самая высокая, да и в промышленной технике главным металлом является железо. Несмотря на это, германий является одной из важнейших составляющих технического прогресса нашего общества, т.к. он еще раньше, даже чем кремний стал использоваться как полупроводниковый материал. Сегодня основными потребителями германия являются: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия. Также германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

    18. Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков. Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе - 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.

    20. Германий препятствует образованию злокачественных опухолей, не дает развиваться метастазам. Органические соединения данного химического элемента способствуют выработке интерферона, защитной белковой молекулы, которая вырабатывается организмом в качестве защитной реакции на появление инородных тел.

    Ещё по теме:

    На данный момент я уже лично посетил более 400 предприятий, а вот и ссылки на все мои промрепортажи:

    Германоводороды

    Действуя на хлористый германий амальгамой натрия в токе водорода или же разлагая кислотами сплав германия с магнием, можно получить тетрагидрид германия GeH₄. Это — бесцветный газ, который, аналогично мышьяковистому водороду, при нагревании разлагается, давая металлическое зеркало. Тетрагидрид германия имеет т. пл. —166° и т. кип. —88°.

    При получении простейшего германоводорода образуются в небольшом количестве его гомологи Ge₂Н₆ и Ge₃H₈.

    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:

    1. Подавление онкологии.
    2. Повышение сопротивляемости к бактериям, вирусам, нейтрализация токсинов.
    3. Транспортировка кислорода тканям организма (подобно гемоглобину).
    4. 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.

    Биологическая роль

    Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

    Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.

    Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны.

    Читайте также:

      
    • Отдых для двоих томск
      
    • Русско таджикский переводчик для туристов
      
    • Случаи с туристами на кипре
      
    • Голикова отдых за границей
      
    • Рыбалка и отдых в подмосковье химки вашутино