Ģermija ķīmiskais elements

Germānija (Ge), ķīmiskais elements starp silīciju un alvu periodiskās tabulas 14.grupā (IVa), sudrabaini pelēks metalloīds, starpprodukts starp metāliem un nemetāļiem. Kaut arī germāniju līdz 1886. gadam neatklāja vācu ķīmiķis Klemenss Vinklers, tā esamību, īpašības un stāvokli periodiskajā sistēmā 1871. gadā paredzēja krievu ķīmiķis Dmitrijs Ivanovičs Mendeļejevs, kurš hipotētisko elementu sauca par ekasilikonu. (Nosaukums germānija ir cēlies no latīņu vārda Germania [Vācija] un elementam to piešķīris Winklers.) Germijs kļuva ekonomiski nozīmīgs tikai pēc 1945. gada, kad tā kā pusvadītāja īpašības tika atzītas par vērtīgām elektronikā. Tagad par pusvadītājiem tiek izmantotas arī daudzas citas vielas, taču germānija joprojām ir galvenā nozīme tranzistoru un tādu ierīču kā taisngriežu un fotoelementu sastāvdaļu ražošanā.

oglekļa grupas elements

(C), silīcijs (Si), germānija (Ge), alva (Sn), svins (Pb) un flerovijs (Fl).

Pēc svara germānija ir neliels, bet ne īpaši rets (apmēram 1,5 miljons daļas) elements Zemes garozā, kas ar berilija, molibdēna un cēzija daudzumu ir līdzvērtīgs un pārsniedz arsēna, kadmija, antimona un dzīvsudraba elementus.. Germānija atomu pārpilnība kosmosā ir 50,5 (pamatojoties uz Si = 1 × 10 ⁶), vērtība ir aptuveni vienāda ar kriptoņa un cirkonija vērtībām un tikai nedaudz mazāka par selēna vērtību. Kosmiskais pārpilnība ir daudz mazāka nekā vairākiem smagākiem elementiem; piemēram, broms, stroncijs, alva, bārijs, dzīvsudrabs un svins. Visi elementi ar zemāku kodollādiņu nekā germānija, izņemot beriliju, boru, skandiju un galliju, ir kosmiski daudz bagātīgāki nekā germānija. Kosmiski tiek uzskatīts, ka germānija ir viens no daudzajiem elementiem, ko veido neitronu absorbcija pēc sākotnējiem ūdeņraža un hēlija sadedzināšanas un alfa-daļiņu absorbcijas procesiem.

Ģerumāns ir plaši izplatīts dabā, bet ir pārāk reaģējošs, lai tajā nerastos brīvs. Pie primārajiem minerāliem pieder argyrodīts (no kura tas pirmo reizi tika izolēts), germanīts, renierīts un kanfieldīts - tie visi ir reti; tikai germanīts un renierīts ir izmantoti kā elementa komerciālie avoti. Nelielos daudzumos germānija atrodams dažos cinka maisījumos, vara un arsēna sulfīdiskajās rūdās un oglēs, pēdējās, iespējams, ir sekas tam, ka oglekļa perioda augi elementā koncentrējas ģeoloģiskajā vēsturē. Ir zināms, ka daži mūsdienu augi koncentrē germāniju. Gan cinka procesa koncentrāti, gan pelni un dūmu putekļi no ogļu dedzināšanas iekārtām nodrošina germānija komerciālus avotus.

Rafinējot germāniju, zemas kvalitātes atlikumus, kas iegūti no tā rūdām, apstrādā ar stipru sālsskābi, un iegūtais germija tetrahlorīds tiek destilēts, attīrīts ar atkārtotu atkārtotu destilāciju un hidrolizēts, lai iegūtu germānija dioksīdu, kuru pēc tam ar ūdeņradi reducē pulverveida formā metālu, kas tiek izkusis apmēram 1100 ° C (2000 ° F [inertā atmosfērā]) temperatūrā un ielej lietņos vai sagatavēs.

Elements ir trausls, nevis lokans; atomi tā kristālos ir izvietoti tāpat kā oglekļa atomi dimantā. Germānija elektriskās un pusvadīšanas īpašības ir salīdzināmas ar silīcija īpašībām. To istabas temperatūrā neuzspiež gaiss, bet tiek oksidēts 600–700 ° C (1100–1 300 ° F) temperatūrā un ātri reaģē ar halogēniem, veidojot tetrahalīdus. Starp skābēm tikai koncentrēta slāpekļa vai sērskābe vai aqua regia (slāpekļa un sālsskābes maisījums) ievērojami uzbrūk germānijam. Kaut arī kaustiskie ūdens šķīdumi to maz ietekmē, germānija ātri izšķīst izkausētā nātrija hidroksīdā vai kālija hidroksīdā, tādējādi veidojot attiecīgos germanātus.

Germijs veido stabilus oksidācijas stāvokļus +2 un +4, pēdējo savienojumi ir stabilāki un daudz. Divi vissvarīgākie germānija savienojumi ir dioksīds (GeO ₂) un tetrahlorīds (GeCl ₄). Germātos, kas veidojas, sildot dioksīdu ar pamata oksīdiem, ietilpst cinka germanāts (Zn ₂ GeO ₄), ko izmanto kā fosforu (viela, kas izstaro gaismu, ja tiek darbināta ar radiāciju). Tetrahlorīds, kas jau minēts kā starpprodukts germānija iegūšanai no dabīgajiem avotiem, ir gaistošs, bezkrāsains šķidrums, kas sasalst aptuveni -50 ° C (-58 ° F) un vārās 84 ° C (183,2 ° F).

Lai izmantotu elektroniskās ierīcēs, germānija lietņiem vai sagatavēm nepieciešama turpmāka attīrīšana, ko parasti veic ar zonas attīrīšanas paņēmienu. Pēc tam ļoti tīru germāniju izkausē un “lej”, pievienojot nelielu daudzumu arsēna, gallija vai citu elementu, lai iegūtu vēlamos elektroniskos parametrus. Visbeidzot, no kausējuma rūpīgi kontrolētā temperatūrā tiek ģenerēti atsevišķi kristāli, par kodolu izmantojot sēklas kristālu. Atsevišķi germānijas kristāli tiek audzēti slāpekļa vai hēlija atmosfērā no izkausētā materiāla. Pēc tam tos pārveido pusvadītājos, tos lejot (uzpūšot) ar elektronu donoru vai akceptoru atomiem, vai nu iekļaujot piemaisījumus kausējumā kristāla augšanas laikā, vai arī difuzējot piemaisījumus kristālā pēc tā veidošanās.

Germija savienojumi, kuros germānija ir +2 oksidācijas stāvoklī, ir labi raksturojami kā cietās vielas, un kopumā tie ir viegli oksidēti. Elementāru germāniju var elektrolītiski nogulsnēt no daudziem tā savienojumu šķīdumiem un kausējumiem. Interesanti, ka tikai viens miligrams izšķīdināta germija litrā nopietni traucē cinka elektrolītisko nogulsnēšanos.

Papildus lietojumiem elektroniskajās ierīcēs germānija tiek izmantota kā sakausējumu sastāvdaļa un luminiscences spuldžu fosforos. Tā kā germānija ir caurspīdīga ar infrasarkano starojumu, to izmanto iekārtās, ko izmanto šāda starojuma noteikšanai un mērīšanai, piemēram, logos un objektīvos. Augstais germānija dioksīda refrakcijas indekss padara to par vērtīgu kā brilles sastāvdaļu, ko izmanto optiskajās ierīcēs, piemēram, kameru platleņķa objektīvos un mikroskopa objektos. Germānija un tā savienojumu toksikoloģija ir vāji definēta.

Pieci stabili germānijas izotopi sastopami šādos relatīvos daudzumos: germānija-70, 20,5 procenti; germānija-72, 27,4 procenti; germānija-73, 7,8 procenti; germānija-74, 36,5 procenti; un germānija-76, 7,8 procenti. Ziņots par deviņiem radioaktīviem izotopiem.

Elementa īpašības

atomu skaitlis	32
atomsvars	72,59
kušanas punkts	937,4 ° C (1,719,3 ° F)
vārīšanās punkts	2830 ° C (5,130 ° F)
blīvums	5,332 g / cm ³
oksidācijas stāvokļi	+2, +4
elektronu konfigur.	1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ²