Plik german Jest to pierwiastek metaloidalny reprezentowany przez symbol chemiczny Ge i należący do grupy 14 układu okresowego. Znajduje się pod krzemem i ma wiele wspólnych właściwości fizycznych i chemicznych; tak bardzo, że kiedyś nazywał się Ekasilicio, przepowiedział go sam Dmitrij Mendelejew.
Jego obecna nazwa została nadana przez Clemensa A. Winklera na cześć jego ojczyzny, Niemiec. Stąd german jest powiązany z tym krajem i jest to pierwszy obraz, który przywołuje na myśl tych, którzy go za bardzo nie znają..
German, podobnie jak krzem, składa się z kowalencyjnych kryształów trójwymiarowych tetraedrycznych sieci z wiązaniami Ge-Ge. Podobnie można go znaleźć w postaci monokrystalicznej, w której jego ziarna są duże lub polikrystalicznego, złożonego z setek małych kryształów..
Jest elementem półprzewodnikowym przy ciśnieniu otoczenia, ale gdy wzrośnie powyżej 120 kbar, staje się metalicznym alotropem; to znaczy, prawdopodobnie wiązania Ge-Ge są zerwane, a ich układy są indywidualnie owinięte w morzu ich elektronów.
Jest uważany za nietoksyczny pierwiastek, ponieważ można go obsługiwać bez żadnego rodzaju odzieży ochronnej; chociaż jego wdychanie i nadmierne spożycie może prowadzić do klasycznych objawów podrażnienia u osób. Jego prężność par jest bardzo niska, więc jego dym raczej nie spowoduje pożaru.
Jednak nieorganiczne (sole) i organiczne germany mogą być niebezpieczne dla organizmu, mimo że ich atomy Ge oddziałują w tajemniczy sposób z biologicznymi matrycami..
Nie wiadomo, czy organiczny german można uznać za cudowne lekarstwo na niektóre schorzenia jako lek alternatywny. Jednak badania naukowe nie potwierdzają tych twierdzeń, ale je odrzucają i piętnują ten element nawet jako rakotwórczy..
German to nie tylko półprzewodnik, towarzyszący krzemowi, selenowi, galowi i całemu szeregowi pierwiastków w świecie materiałów półprzewodnikowych i ich zastosowaniach; Jest również przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, dzięki czemu jest przydatny do produkcji detektorów ciepła z różnych źródeł lub regionów..
Indeks artykułów
German był jednym z pierwiastków, których istnienie przewidział w 1869 roku rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew w swoim układzie okresowym. Tymczasowo nazwał go ekasilicon i umieścił w przestrzeni w układzie okresowym między cyną a krzemem..
W 1886 roku Clemens A. Winkler odkrył german w próbce minerału z kopalni srebra niedaleko Freibergu w Saksonii. Był to minerał zwany argyrodytem, ze względu na wysoką zawartość srebra, odkryty dopiero w 1885 roku.
Próbka argyrodytu zawierała 73-75% srebra, 17-18% siarki, 0,2% rtęci i 6-7% nowego pierwiastka, który Winkler później nazwał germanem..
Mendeleev przewidział, że gęstość odkrytego pierwiastka powinna wynosić 5,5 g / cm3 i jego masie atomowej około 70. Jego przewidywania okazały się bardzo zbliżone do tych, które przedstawiał german.
W 1886 roku Winkler był w stanie wyodrębnić nowy metal i uznał go za podobny do antymonu, ale ponownie przemyślał i zdał sobie sprawę, że pierwiastek, który odkrył, odpowiada ekasilikonowi..
Winkler nazwał ten element „germanium”, który wywodzi się od łacińskiego słowa „germania”, którego używali na określenie Niemiec. Z tego powodu Winkler nazwał nowy pierwiastek germanem, po swoich rodzinnych Niemczech..
W 1887 Winkler określił właściwości chemiczne germanu, uzyskując masę atomową 72,32 na podstawie analizy czystego czterochlorku germanu (GeCl4).
W międzyczasie Lecoq de Boisbaudran wydedukował masę atomową 72,3, badając widmo iskry pierwiastka. Winkler przygotował kilka nowych związków z germanu, w tym fluorki, chlorki, siarczki i dwutlenki..
W latach dwudziestych XX wieku badania właściwości elektrycznych germanu doprowadziły do opracowania monokrystalicznego germanu o wysokiej czystości..
Rozwój ten pozwolił na zastosowanie germanu w diodach, prostownikach i odbiornikach radarów mikrofalowych podczas II wojny światowej..
Pierwsze przemysłowe zastosowanie pojawiło się po wojnie w 1947 roku, wraz z wynalezieniem przez Johna Bardeena, Waltera Brattaina i Williama Shockleya tranzystorów germanowych, które były używane w sprzęcie komunikacyjnym, komputerach i przenośnych radiotelefonach..
W 1954 r. Wysokiej czystości tranzystory krzemowe zaczęły wypierać tranzystory germanowe ze względu na posiadane zalety elektroniczne. W latach sześćdziesiątych XX wieku tranzystory germanowe prawie zniknęły..
German okazał się kluczowym składnikiem w produkcji soczewek i okien na podczerwień (IR). W latach 70. wyprodukowano ogniwa galwaniczne (PVC) z germanu krzemowego (SiGe), które nadal mają krytyczne znaczenie dla operacji satelitarnych..
W latach 90-tych rozwój i ekspansja światłowodów zwiększyły zapotrzebowanie na german. Element służy do formowania rdzenia szklanego światłowodów.
Począwszy od 2000 r. Wysokowydajne PVC i diody elektroluminescencyjne (LED) wykorzystujące german doprowadziły do wzrostu produkcji i zużycia germanu..
Srebrzysto-biały i błyszczący. Kiedy jego ciało stałe składa się z wielu kryształów (polikrystalicznych), ma łuszczącą się lub pomarszczoną powierzchnię, pełną podtekstów i cieni. Czasami może nawet wydawać się szarawy lub czarny jak silikon..
W normalnych warunkach jest to element półmetaliczny, kruchy i metaliczny połysk..
German jest półprzewodnikiem, mało plastycznym. Ma wysoki współczynnik załamania światła widzialnego, ale jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, ponieważ jest używany w oknach urządzeń do wykrywania i pomiaru tego promieniowania..
72,63 u
32
938,25 ° C
2833 ° C
W temperaturze pokojowej: 5,323 g / cm3
W temperaturze topnienia (ciecz): 5,60 g / cm3
German, podobnie jak krzem, gal, bizmut, antymon i woda, rozszerza się w miarę zestalania. Z tego powodu jego gęstość jest większa w stanie ciekłym niż w stanie stałym..
36,94 kJ / mol
334 kJ / mol
23,222 J / (mol K)
W temperaturze 1644 K jego prężność par wynosi zaledwie 1 Pa. Oznacza to, że ciecz prawie nie wydziela oparów w tej temperaturze, więc nie stwarza ryzyka wdychania..
2,01 w skali Paulinga
-Pierwsza: 762 kJ / mol
-Po drugie: 1537 kJ / mol
-Po trzecie: 3302,1 kJ / mol
60,2 W / (m · K)
1 Ω · m przy 20 ºC
3S cm-1
Diamagnetyczny
6,0 w skali Mohsa
Relatywnie stabilny. Nie ma na niego wpływu powietrze w temperaturze pokojowej i utlenia się w temperaturach powyżej 600 ° C.
6 10-1 N / m przy 1673,1 K.
Utlenia się w temperaturach powyżej 600 ° C tworząc dwutlenek germanu (GeOdwa). Z germanu powstają dwie formy tlenków: dwutlenek germanu (GeOdwa) i tlenek germanu (GeO).
Związki germanu na ogół wykazują stopień utlenienia +4, chociaż w wielu związkach german występuje na stopniu utlenienia +2. Stan utlenienia - 4 występuje np. W germanidzie magnezu (MgdwaGe).
German reaguje z halogenami, tworząc tetrahalogenki: tetrafluorek germanu (GeF4), związek gazowy; tetrajodek germanu (GeI4), związek stały; czterochlorek germanu (GeCl4) i czterobromek germanu (GeBr4), oba związki ciekłe.
German jest obojętny wobec kwasu solnego; ale jest atakowany przez kwas azotowy i kwas siarkowy. Chociaż wodorotlenki w roztworze wodnym mają niewielki wpływ na german, łatwo rozpuszczają się w stopionych wodorotlenkach, tworząc geroniany..
German ma cztery elektrony walencyjne zgodnie z jego konfiguracją elektroniczną:
[Ar] 3d10 4sdwa 4pdwa
Podobnie jak węgiel i krzem, ich atomy Ge hybrydyzują swoje orbitale 4s i 4p, tworząc cztery orbitale hybrydowe sp.3. Z tymi orbitaliami łączą się, aby spełnić oktet walencyjny, a zatem mają taką samą liczbę elektronów jak gaz szlachetny z tego samego okresu (krypton).
W ten sposób powstają wiązania kowalencyjne Ge-Ge, a mając cztery z nich na każdy atom, definiuje się otaczające czworościany (z jednym Ge w środku, a pozostałe w wierzchołkach). W ten sposób trójwymiarowa sieć jest tworzona przez przemieszczenie tych czworościanów wzdłuż kryształu kowalencyjnego; która zachowuje się tak, jakby była ogromną cząsteczką.
Kowalencyjny kryształ germanu przyjmuje tę samą, centrowaną na twarz, sześcienną strukturę diamentu (i krzemu). Ten alotrop jest znany jako α-Ge. Jeśli ciśnienie wzrośnie do 120 kbar (około 118 000 atm), struktura krystaliczna α-Ge stanie się tetragonalna w centrum ciała (BCT, od angielskiego akronimu: Body-centered tetragonal).
Te kryształy BCT odpowiadają drugiemu alotropowi germanu: β-Ge, w którym wiązania Ge-Ge są zrywane i układane w izolacji, jak to ma miejsce w przypadku metali. Zatem α-Ge jest półmetaliczna; podczas gdy β-Ge jest metaliczny.
German może stracić swoje cztery elektrony walencyjne lub zyskać cztery kolejne, aby stać się izoelektronicznym z kryptonem..
Kiedy traci elektrony w swoich związkach, mówi się, że ma liczby dodatnie lub stany utlenienia, w których zakłada się istnienie kationów o takich samych ładunkach, jak te liczby. Wśród nich mamy +2 (Rdzdwa+), +3 (Ge3+) i +4 (Ge4+).
Na przykład następujące związki mają german z dodatnimi stopniami utlenienia: GeO (Gedwa+LUBdwa-), GeTe (Gedwa+Herbatadwa-), GedwaCl6 (Gedwa3+Cl6-), GeOdwa (Ge4+LUBdwadwa-) i GeSdwa (Ge4+Sdwadwa-).
Natomiast kiedy pozyskuje elektrony w swoich związkach, ma ujemne stopnie utlenienia. Wśród nich najczęściej jest -4; to znaczy, zakłada się istnienie anionu Ge4-. W germanidach tak się dzieje, a jako ich przykłady mamy Li4Ge (Li4+Ge4-) i MgdwaGe (Mgdwadwa+Ge4-).
German jest stosunkowo rzadkim pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Niewiele minerałów zawiera go w znacznych ilościach, wśród których możemy wymienić: argyrodyt (4AgdwaS · GeSdwa), germanit (7CuS · FeS · GeSdwa), bryartyt (CudwaFeGeS4), renierite i canfieldite.
Wszystkie mają coś wspólnego: są to minerały siarkowe lub siarkowe. Dlatego w naturze dominuje german (a przynajmniej tutaj na Ziemi), podobnie jak GeSdwa a nie GeOdwa (w przeciwieństwie do swojego odpowiednika SiOdwa, krzemionka, szeroko rozpowszechniona).
Oprócz wyżej wymienionych minerałów stwierdzono również obecność germanu w stężeniach masowych 0,3% w złożach węgla. Ponadto niektóre mikroorganizmy mogą go przetwarzać, aby wytwarzać niewielkie ilości GeHdwa(CH3)dwa i GeH3(CH3), które ostatecznie przesuwają się w kierunku rzek i mórz.
German jest produktem ubocznym przetwarzania metali, takich jak cynk i miedź. Aby go uzyskać, musi przejść szereg reakcji chemicznych, aby zredukować swoją siarkę do odpowiedniego metalu; to znaczy zabierz GeSdwa jego atomy siarki, więc pozostaje po prostu jako Ge.
Minerały siarkowe poddawane są procesowi prażenia, w którym są podgrzewane wraz z powietrzem w celu ich utlenienia:
GeSdwa + 3 Odwa → GeOdwa + 2 SOdwa
Aby oddzielić german od pozostałości, przekształca się go w odpowiedni chlorek, który można destylować:
Geodwa + 4 HCl → GeCl4 + 2 godzdwaLUB
Geodwa + 2 Cldwa → GeCl4 + LUBdwa
Jak widać, transformację można przeprowadzić przy użyciu kwasu solnego lub chloru gazowego. Plik GeCl4 następnie hydrolizuje z powrotem do GeOdwa, więc wytrąca się jako białawe ciało stałe. Wreszcie tlenek reaguje z wodorem, aby zredukować do metalicznego germanu:
Geodwa + 2 godzdwa → Ge + 2 H.dwaLUB
Redukcja, którą można również zrobić za pomocą węgla drzewnego:
Geodwa + C → Ge + COdwa
Otrzymany german składa się z proszku, który jest formowany lub ubijany w metalowe pręty, z których można wyhodować promienne kryształy germanu..
German nie posiada żadnych izotopów występujących w dużej ilości w przyrodzie. Zamiast tego ma pięć izotopów, których obfitość jest stosunkowo niska: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) i 76Ge (7,75%). Zauważ, że masa atomowa wynosi 72,630 u, co oznacza średnią wszystkich mas atomowych z odpowiednimi obfitościami izotopów.
Izotop 76Ge jest faktycznie radioaktywna; ale jego okres półtrwania jest tak wspaniały (t1/2= 1,78 × 10dwadzieścia jeden lat), który jest praktycznie jednym z pięciu najbardziej stabilnych izotopów germanu. Inne radioizotopy, takie jak 68Ge i 71Ge, oba syntetyczne, mają krótsze okresy półtrwania (odpowiednio 270,95 dnia i 11,3 dnia).
Zagrożenia środowiskowe dla germanu są nieco kontrowersyjne. Będąc metalem lekko ciężkim, rozprzestrzenianie się jego jonów z rozpuszczalnych w wodzie soli może spowodować szkody w ekosystemie; to znaczy, że spożywanie jonów Ge może mieć wpływ na zwierzęta i rośliny3+.
Elementarny german jest bezpieczny, o ile nie jest sproszkowany. Jeśli znajduje się w pyle, prąd powietrza może przeciągnąć go do źródeł ciepła lub substancji silnie utleniających; iw konsekwencji istnieje ryzyko pożaru lub wybuchu. Podobnie jego kryształy mogą dostać się do płuc lub oczu, powodując poważne podrażnienia..
Osoba może bezpiecznie posługiwać się dyskiem germanowym w swoim biurze, nie martwiąc się o wypadek. Jednak tego samego nie można powiedzieć o jego związkach nieorganicznych; to znaczy jego sole, tlenki i wodorki. Na przykład plik GeH4 lub germański (analogiczny do CH4 i tak4), jest to bardzo drażniący i łatwopalny gaz.
Obecnie istnieją organiczne źródła germanu; Wśród nich można wymienić 2-karboksyetylogermaskwioksan lub german-132, alternatywny suplement znany z leczenia niektórych dolegliwości; chociaż z dowodami wątpliwymi.
Niektóre z efektów leczniczych przypisywanych germanowi-132 to wzmacnianie układu odpornościowego, dlatego pomaga on w walce z rakiem, HIV i AIDS; reguluje funkcje organizmu, a także poprawia stopień dotlenienia krwi, eliminuje wolne rodniki; a także leczy zapalenie stawów, jaskrę i choroby serca.
Jednak organiczny german jest powiązany z poważnymi uszkodzeniami nerek, wątroby i układu nerwowego. Dlatego istnieje ukryte ryzyko, jeśli chodzi o spożywanie tego dodatku germanu; Cóż, chociaż są tacy, którzy uważają to za cudowne lekarstwo, są inni, którzy ostrzegają, że nie oferuje on żadnych naukowo udowodnionych korzyści.
German jest przezroczysty dla promieniowania podczerwonego; to znaczy, mogą przez nią przejść, nie będąc wchłoniętymi.
Dzięki temu zbudowano okulary i soczewki germanowe do urządzeń optycznych na podczerwień; na przykład w połączeniu z detektorem podczerwieni do analizy spektroskopowej, w soczewkach używanych w teleskopach dalekiej podczerwieni do badania najbardziej odległych gwiazd we Wszechświecie lub w czujnikach światła i temperatury.
Promieniowanie podczerwone jest związane z wibracjami molekularnymi lub źródłami ciepła; tak więc urządzenia używane w przemyśle wojskowym do obserwacji celów za pomocą noktowizora mają elementy wykonane z germanu.
German jako metaloid półprzewodnikowy był używany do budowy tranzystorów, obwodów elektrycznych, diod elektroluminescencyjnych i mikroczipów. W tym ostatnim przypadku, stopy germanowo-krzemowe, a nawet german, same zaczęły zastępować krzem, dzięki czemu można projektować mniejsze i mocniejsze obwody..
Jego rdza, GeOdwa, Ze względu na wysoki współczynnik załamania światła jest dodawany do okularów, dzięki czemu można je stosować w mikroskopii, obiektywach szerokokątnych i światłowodach..
German nie tylko zastąpił krzem w niektórych zastosowaniach elektronicznych, ale może być również łączony z arsenkiem galu (GaAs). Tak więc ten metaloid jest również obecny w panelach słonecznych.
GeOdwa był używany jako katalizator reakcji polimeryzacji; na przykład w tym niezbędnym do syntezy politereftalanu etylenu, tworzywa sztucznego, z którego wykonane są błyszczące butelki sprzedawane w Japonii.
Podobnie nanocząstki ich stopów platyny katalizują reakcje redoks, w których tworzą się gazowy wodór, dzięki czemu ogniwa galwaniczne są bardziej skuteczne..
Wreszcie wspomniano, że istnieją stopy Ge-Si i Ge-Pt. Poza tym jego atomy Ge mogą być dodawane do kryształów innych metali, takich jak srebro, złoto, miedź i beryl. Stopy te wykazują większą ciągliwość i odporność chemiczną niż ich poszczególne metale..
Jeszcze bez komentarzy