Германий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Запрос «Ge» перенаправляется сюда; о корпорации см. General Electric.
32 Галлий ← Германий → Мышьяк
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Унунквадий Унунпентий Унунгексий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
32Ge
Unknown.svg
Electron shell 032 Germanium.svg
Внешний вид простого вещества
Кристалл германия
Светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Свойства атома
Имя, символ, номер

Герма́ний / Germanium (Ge), 32
Атомная масса
(молярная масса)

72,61 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация

[Ar] 3d10 4s2 4p2
Радиус атома

137 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
Энергия ионизации
(первый электрон)

760,0 (7,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

5,323 г/см³
Температура плавления

1210,6 K
Температура кипения

3103 K
Теплота плавления

36,8 кДж/моль
Теплота испарения

328 кДж/моль
Молярная теплоёмкость

23,32[1] 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)
32
Германий
Ge
72,61
3d104s24p2

Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе, обозначается символом Ge (нем. Germanium).

Содержание

[править] История

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.

[править] Происхождение названия

Назван в честь Германии, родины Винклера.

[править] Нахождение в природе

Общее содержание германия в земной коре 7·10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Германий вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства с некоторыми широко распространёнными элементами обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, рассеиваясь в решётках других минералов. Поэтому собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4 (6 — 10 % Ge), аргиродит Ag8GeS6 (3,6 — 7 % Ge), конфильдит Ag8(Sn, Ge) S6 (до 2 % Ge) и др. Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов. Так, например, в некоторых сфалеритах содержание германия достигает килограммов на тонну, в энаргитах до 5 кг/т, в пираргирите до 10 кг/т, в сульваните и франкеите 1 кг/т, в других сульфидах и силикатах — сотни и десятки г/т. Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — 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. Концентрация германия в морской воде 6·10−5 мг/л[2].

[править] 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:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Очистка и выращивание монокристаллов германия производится методом зонной плавки.

[править] Физические свойства

Кристаллическая структура германия.

Кристаллическая решетка германия кубическая гранецентрированная типа алмаза, пространственная группа F d3m, параметр а = 0,5658 нм.

[править] Механические свойства[3]

  • 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

[править] Электронные свойства

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

Легированный галлием германий в тонкой плёнке можно привести в сверхпроводящее состояние[6].

[править] Изотопы

В природе встречается пять изотопов: 70Ge (20,55 % масс.), 72Ge (27,37 %), 73Ge (7,67 %), 74Ge (36,74 %), 76Ge (7,67 %). Первые четыре стабильны, пятый (76Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58·1021 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71Ge (время полураспада 11,26 дня).

[править] 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.

[править] Соединения германия

[править] Неорганические

  • Соли
    • Галогениды
      • Бромид германия (IV) GeBr4
      • Иодид германия (II) GeI2
      • Иодид германия (IV) GeI4
      • Фторид германия (IV) GeF4
      • Хлорид германия (IV) GeCl4
    • Нитрид германия (IV) Ge3N4
    • Сульфид германия (II) GeS
    • Сульфид германия (IV) GeS2
    • Сульфат германия (IV) Ge(SO4)2

[править] Органические

Основная статья: Германийорганические соединения

Германийорганические соединения — металлоорганические соединения содержащие связь «германий-углерод». Иногда ими называются любые органические соединения, содержащие германий.

Первое германоорганическое соединение — тетраэтилгерман, было синтезировано немецким химиком Клеменсом Винклером (нем. Clemens Winkler) в 1887 году


[править] Применение

[править] Оптика

  • Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм, оптических окон датчиков[7][8]. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 микрон. Такие устройства используются в системах пассивного тепловидения, военных системах инфракрасного наведения, приборах ночного видения, противопожарных системах. Германий также используется в ИК-спектроскопии в оптических приборах, использующих высокочувствительные ИК-датчики[8]. Материал обладает очень высоким показателем преломления (4,0) и требует использования антибликового покрытия. В частности, используется покрытие из очень твердого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0[9][10].
  • Наиболее заметные физические характеристики оксида германия (GeO2) — его высокий показатель преломления и низкая оптическая дисперсия. Эти свойства находят применение в изготовлении широкоугольных объективов камер, микроскопии, и производстве оптического волокна.
  • Тетрахлорид германия благодаря своей высокой степени рефракции и низкому оптическому рассеиванию применяется в производстве оптоволокна.
  • Изменения оптических свойств при фазовом переходе сплава GeSbTe используется при производстве Перезаписываемых DVD.[11]

[править] Радиоэлектроника

  • Германий используется в производстве полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов. Германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания p-n-перехода в германии — 0,35-0,4 В против 0,6-0,7 В у кремниевых приборов[12]. Кроме того, обратные токи у германиевых приборов на несколько порядков больше таковых у кремниевых — скажем, в одинаковых условиях кремниевый диод будет иметь обратный ток 10 пА, а германиевый — 100 нА, что в 10000 раз больше[13]. До 1960-х гг. германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно. По советскому ГОСТ 10862-64 (1964 г.) и более поздним стандартам, германиевые полупроводниковые приборы имеют обозначение, начинающиеся с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — высокочастотные маломощные транзисторы, ГД507 — импульсный диод. До того транзисторы имели индексы, начинающиеся с букв С, Т или П (МП), а диоды — Д, и определить материал прибора по индексу было невозможно; впрочем, большинство из них были германиевые. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми.
  • Теллурид германия применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

[править] Прочие применения

[править] Экономика

[править] Цены

Год Цена
($/кг)[14]
1999 1 400
2000 1 250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1 240
2008 1 490
2009 950


Средние цены на германий в 2007 году /по материалам infogeo.ru/metalls

  • Германий металлический $1200/кг
  • Германий диоксид (двуокись) $840/кг

[править] 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[15].

[править] См. также

[править] Примечания

  1. ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т.. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 531. — 623 с. — 100 000 экз.
  2. ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  3. ↑ 1 2 Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  4. ↑ Баранский П. И., Клочев В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 704с
  5. ↑ 1 2 3 Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  6. ↑ Compulenta
  7. ↑ Rieke, G.H. (2007). «Infrared Detector Arrays for Astronomy». Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: 77. DOI:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
  8. ↑ 1 2 Brown, Jr., Robert D. Germanium (pdf). U.S. Geological Survey (2000). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 22 сентября 2008.
  9. ↑ Lettington, Alan H. (1998). «Applications of diamond-like carbon thin films». Carbon 36 (5–6): 555–560. DOI:10.1016/S0008-6223(98)00062-1.
  10. ↑ Gardos, Michael N.; Bonnie L. Soriano, Steven H. Propst (1990). «Study on correlating rain erosion resistance with sliding abrasion resistance of DLC on germanium». Proc. SPIE, 1325 (Mechanical Properties): 99. DOI:10.1117/12.22449.
  11. ↑ Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA).(недоступная ссылка) Проверено 22 сентября 2008.
  12. ↑ Полупроводники. Принцип действия. Свойства электронно-дырочных переходов. - Принцип действия
  13. ↑ Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника М.: Мир, 1982, 512 с.
  14. ↑ R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). «Germanium» (pdf). U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries: 1–2. Проверено 2008-08-28.
  15. ↑ Назаренко В. А. Аналитическая химия германия. М., Наука, 1973. 264 с.

[править] Ссылки

commons: Германий на Викискладе?
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Щелочные металлы  Щёлочноземельные металлы  Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы
п·о·р
Электрохимический ряд активности металлов

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.
Соединения германия

Бромид германия(II) (GeBr2) • Бромид германия(IV) (GeBr4) • Гексагидроксо-германид натрия (Na2[Ge(OH)6]) • Герман (GeH4) • Германат натрия (Na2GeO3) • Гидрид германия(II) (GeH2) • Гидроксид германия(II) (Ge(OH)2) • Дигерман (Ge2H6) • Иодид германия(II) (GeI2) • Иодид германия(IV) (GeI4) • Нитрид германия(IV) (Ge3N4) • Оксид германия(II) (GeO) • Оксид германия(IV) (GeO2) • Селенид германия(II) (GeSe) • Селенид германия(IV) (GeSe2) • Сульфат германия(IV) (Ge(SO4)2) • Сульфид германия(II) (GeS) • Сульфид германия(IV) (GeS2) • Теллурид германия (GeTe) • Трибромгерман (GeHBr3) • Тригерман (Ge3H8) • Трииодгерман (GeHI3) • Трихлоргерман (GeHCl3) • Фторид германия(II) (GeF2) • Фторид германия(IV) (GeF4) • Хлорид германия(II) (GeCl2) • Хлорид германия(IV) (GeCl4)

 


Есть более полная статья
 В другом языковом разделе есть более полная статья Germanium (англ.)
Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода.

Источник — «http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9&oldid=42085883»
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Участие
Печать/экспорт
Инструменты
На других языках