Опубликовано 1 комментарий

Германий как серовато-белый металлоид

Германий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 32 и условным обозначением Ge. Германий в свободном виде представляет собой блестящий, твердо-хрупкий, серовато-белый металлоид который внешне похож на кремний .

Открытие

История открытия такого химического элемента как Германий начинается в 1869 году, когда русский ученый энциклопедист Д.И. Менделеев опубликовал свою работу «Периодический закон химических элементов». Он предсказал существование нескольких неизвестных химических элементов, включая элемент, который заполнит пробел в семействе углерода, расположенный между кремнием и оловом. Из-за его положения в своей периодической таблице Менделеев назвал его экасилиций (Es) и оценил его атомный вес в 70 (в реальности 72).

В середине 1885 года на руднике недалеко от Фрайберга(Саксония) был обнаружен новый минерал, названный аргиродитом из-за высокого содержания серебра. Немецкий химик Клеменс Винклер проанализировал этот новый минерал, который оказался комбинацией серебра, серы и нового элемента. У Винклера получилось выделить новый элемент только в 1886 году и он обнаружил, что он имеет значительные сходства с сурьмой. Первоначально Винклер определил новый элемент как экасурьма, но вскоре изменил свое решение и пришел к выводу, что новый элемент является экакремнием.

Прежде чем немецкий ученый опубликовал окончательный результат исследования нового элемента, Винклер назвал элемент нептунием, так как открытие планеты Нептун в 1846 году также предшествовало математическим предсказаниям ее существования. Проблема оказалась в том, что название «нептуний» уже было дано другому предложенному химическому элементу, но не тому который сегодня носит это название. Поэтому вместо нептуния Винклер назвал новый элемент германием в честь своей родины. Впоследствие было выяснено, что аргиродит имеет химическую формулу Ag8 GeS6. Ученые долго не могли определиться с местом нового химического элемента в периодической таблице, но в 1887 году используя большое количество руды Винклер подтвердил свойства германия. Его точный атомный вес был оценен в 72.32


Характеристики

Физические характеристики
Состояние при Н.У. Твердое
Температура плавления 938,25 ° С
Точка кипения 2833 °С
Плотность при Н.У. 5,327 г/см 3
Твердость по шкале Мооса 6.0
Критическая точка
Мол. теплота плавления 36,8 кДж/моль
Мол. теплота испарения 328 кДж/моль
Мол. теплоемкость 23,32 Дж/(моль·К)
Молярный объем 13,6 см 3 ·моль -1
Химические характеристики
Атомный номер(Z) 32
Атомная масса 72,630
Электронная конфигурация 3d104s24p2
Радиус атома 122,5 пм
Ковалентный радиус 122 пм
Степени окисления −4, −3, −2, −1, 0, +2, +3, +4
Радиус иона 53 пм
Электроотрицательность 2,01 (шкала Полинга)
Энергия ионизации 761,2 кДж/моль
Изотопы 68Ge; 70Ge; 71Ge; 72Ge; 73Ge; 74Ge; 76Ge

Добыча и производство

Германий является стратегически важным химическим элементом и объемы его производства во многих странах держатся в секрете. По данным из открытых источников, общемировое производство германия составляет порядка 130 тонн. Более 70% от общего количества производимого германия приходится на Китай. Вторую строчку рейтинга занимает Россия с объемом производства 5 тонн и тройку лидеров замыкают США с объемом 3 тонны.

Основными источником германия являются сфалеритовые цинковые руды, но так же встречается в свинцовых, серебряных и медных рудах. Главные месторождения в Китае расположены в основном в лигнитовых шахтах около Линьцана, Юньнань. Месторождения на территории Российской Федерации располагаются на дальнем востоке  включая остров Сахалин и к северо-востоку от Владивостока.

Процесс выделения германия заключается в преобразовании руды в оксиды, а так как руды в основном сульфидные преобразование осуществляется методом обжига по формуле:

GeS2 + 3O2 → GeO2 + 2SO2

Германий из дымовых газов обогащается путем растворения летучей пыли в серной кислоте. После осаждения растворенных GeO2 и ZnO происходит дальнейшая обработка путем отгонки хлоридов металлов. Затем гидролиз снова приводит к образованию оксида, который восстанавливается до германия водородом.

GeO 2 + 4 HCl → GeCl 4 + 2 H 2 O

GeO 2 + 2 Cl 2 → GeCl 4 + O 2

GeO2 + 2H2 → Ge + 2H2

Получение германия высокой чистоты может осуществляться методом зонной плавки.


Применение

Применение германия является с одной стороны масштабным и разнообразным, но области применения достаточно ограничены и имеют стратегическое значение. В числе самых известных применений германия значатся такие области как :

  1. электроника;
  2. оптические изделия;
  3. катализаторы полимеризации;
  4. медицина;
  5. металлургия;

Германий является важным химическим элементом при производстве электроники. Сплавы германия и кремния являются важным полупроводниковым материалом при производстве высокопроизводительных интегральных схем. Схемы, использующие свойства гетеропереходов Si-SiGe, могут быть намного быстрее, чем те, которые используют просто кремний. Чипы SiGe с высокоскоростными свойствами могут быть изготовлены с использованием недорогих, хорошо зарекомендовавших себя производственных технологий в индустрии кремниевых чипов.

Германий используется в инфракрасной оптике в виде окон и линз из монокристаллического германия. Области применения германиевых линз включают приборы ночного видения и тепловизионные камеры. Монокристаллический германий с высоким показателем преломления (около 4) также используется в FTIR/НПВО-спектроскопии (НПВО-инфракрасная спектроскопия). Кроме этого данный химический элемент является основой для изготовления оптоволокна, где диоксид германия обеспечивает наиболее высокий показатель преломления по сравнению с другими материалами.

Другими значимыми применениями германия являются использование в катализаторах полимеризации при производстве полиэтилентерефталата (ПЭТ). Высокая яркость этого полиэфира особенно ценится при производстве ПЭТ-бутылок и других подобных изделий. В медицинских целях изотоп 68Ge используется в качестве источника для калибровки детекторов в позитронно-эмиссионной томографии. Плюс ко всему «вещество» под названием Ge-132 рекламировалось в Европе как пищевая добавка для использования при ряде заболеваний: рак, синдром хронической усталости, иммунодефицит, СПИД, гипертонию, артрит и пищевую аллергию, но каких-либо научных доказательств имеющих положительный эффект при данных заболеваниях предоставлено не было. Так же германий достаточно часто используется в сплавах драгоценных металлов. В стерлинговом серебре он уменьшает окалину, повышает устойчивость к потускнению и улучшает дисперсионное твердение. Сплав серебра, устойчивый к потускнению, под торговой маркой Argentium содержит 1,2% германия.

 


Безопасность

Германий не считается химическим элементом необходимым для здоровья растений или животных. Его воздействие в окружающей среде оказывает незначительное влияние на здоровье. Вред здоровью, вызванный германием, наблюдался у людей после длительного употребления соединений элемента в качестве пищевых добавок. Длительное применение привело к дисфункции почек и даже почечной недостаточности, что может стать даже причиной смерти. Из исследований на животных известно, что германий обладает низкой острой пероральной токсичностью. У крыс доза, при которой погибает половина подопытных животных составляет 3700 мг на килограмм массы тела. Согласно имеющимся к настоящему времени данным экспериментов на животных, германий не тератогенен и не канцерогенен. Механизм токсичности германия еще до конца не изучен, но пока исследования показывают, что данный химический элемент относительно безопасен.

1 комментарий к “Германий как серовато-белый металлоид

  1. Пищевая добавка Ge-132 как средство отрака . Очень интересно

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *