Германий и его характеристики

Германий и его характеристикиГерманий и его характеристики
Германий и его характеристики

История происхождения

В 1869 году русский химик Д. И. Менделеев заявил, что в природе должно существовать несколько элементов, которые всё ещё не найдены людьми. Его идея была связана с Периодической таблицей, по которой между некоторыми веществами находились пробелы. Один из элементов он назвал экасилиций. Менделеев считал, что по свойствам это вещество похоже на кремний.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Германий и его характеристики

В 1886 году в Фрейбергской академии наук открыли новый минерал, который назвали аргиродит. Профессор К. Винклер тщательно изучил его и нашёл в его составе неизвестный элемент. Вскоре он раскрыл его свойства и несколько соединений.

Винклер пришёл к выводу, что это и есть то самое вещество, названное Менделеевым экасилиций.

Сначала химик хотел назвать его нептунием, но это наименование дали другому предполагаемому веществу, поэтому элемент получил название Germanium в честь родины Винклера.

До второй половины XX века германий почти не применялся в промышленности. Только во время Второй мировой войны элемент стали использовать в диодах и других электронных устройствах.

Местонахождение и получение

В чистом виде химический элемент не встречается в природе. Обычно его можно отыскать в качестве примесей в разных полезных ископаемых. Общий объём вещества по массе в земной коре планеты составляет около 1,5⋅10−4%. Редко металл встречается в собственных минералах (сульфосолях):

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Внесение под знак дифференциала, с примерами

Оценим за полчаса!
  • германит;
  • плюмбогерманит;
  • конфильдит;
  • рениерит;
  • стоттит;
  • аргиродит.

Германий и его характеристики

В основном германий добывают из горных пород и различных минералов таких, как железные руды, сульфидные руды цветных металлов, базальт, диабаз, магнетит, рутил, хромит, гранит. В больших объёмах вещество содержится в некоторых сфалеритах. Примеси германия присутствуют почти во всех силикатах и некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

Химический элемент распространён практически по всей планете. Однако промышленных месторождений этого металла нет ни в одной стране. Небольшое количество элемента, содержащегося в его минералах, не может покрыть потребность современной промышленности в этом редком, но важном веществе.

Германий можно получить несколькими методами. Основной способ заключается в применении сульфида металла, который перерабатывают до получения оксида GeO2 и затем освобождают элемент с добавлением водорода. В промышленной области материал выходит в побочных продуктах после переработки руд цветных металлов или золы от сжигания угля.

Физические особенности

Германий и его характеристики

Германий относится к 14-й группе 4 периода в таблице Менделеева. Его порядковый номер — 32, обозначение — Ge. В виде простого вещества германий выглядит как хрупкий полуметалл стального или серебристого оттенка. Материал характеризуется металлическим блеском. Элемент относится к непрямозонным полупроводникам.

Валентность металла в разных соединениях может быть II или IV; электронная формула германия (конфигурация) — 1s22s22p63s23p63d104s24p2. Следует узнать и о строении атома элемента. Он включает 32 протона и 41 нейтрон. По четырём орбитам движутся 32 электрона.

В нормальном состоянии атом элемента характеризуется двумя s-парными и двумя p-парными отрицательно заряженными частицами, поэтому вещество может образовывать две химические связи.

В возбуждённом состоянии один из s-электронов покидает свою орбиталь и переходит на свободное место на p-подуровне.

Поскольку образуется 4 неспаренных электрона, германий способен образовывать 4 связи по обменному механизму.

Основные физические свойства элемента:

  • температура плавления — 938,2 °C;
  • температура кипения — 2850 °C;
  • плотность — 5,33 г/см³;
  • молярный объём — 13,6 см³/моль;
  • атомная масса — 72,6 а. е. м.;
  • молярная теплоёмкость — 23,32 Дж/К·моль.

При нормальных условиях кристаллическая решётка элемента алмазная, или кубическая. У полуметалла есть необычное физическое свойство: германий считается одним из редких аномальных веществ, у которых при плавлении увеличивается показатель плотности. Кроме того, при повышении температуры возрастает почти в 13 раз удельная проводимость германия, однако при достижении 1100 °C она падает.

Химическая природа

В соединениях металл проявляет степень окисления +4, +2 или -4. Если рассматривать химические свойства германия, вещество напоминает кремний. При нормальных условиях он устойчив к воздействию воздуха, воды, щелочей и кислот. Германий способен растворяться в царской водке и в щелочном растворе пероксида водорода.

На воздухе при 500−700 °C металл окисляется до оксидов. Производные кислоты элемента представлены твёрдыми веществами, которые характеризуются высокими температурами плавления. Их можно получить путём сплавления оксидов германия.

Германий и его характеристики

При реакции с галогенами металл образует тетрагалогениды. Легче процесс проходит с фтором и хлором. Тетрахлорид получают при хлорировании германия в твёрдом состоянии или при реакции его оксида (GeO2) с концентрированной соляной кислотой. При гидролизе дигалогенидов элемента получается гидроксид. Монооксид можно получить при нагревании металла с его диоксидом.

Взаимодействуя с серой при температуре 1000 °C, германий образует дисульфид, который представлен твёрдым веществом белого цвета. При нагревании до 1100 °C металл незначительно реагирует с водородом. В результате получается малоустойчивое соединение гермин.

При воздействии на германий аммиака образуется нитрид. С углеродом элемент не взаимодействует.

Также вещество способно образовывать металлорганические (например, тетраэтилгерман) и комплексные соединения с гидроксилсодержащими органическими молекулами (многоосновные кислоты, многоатомные спирты).

Сферы использования

Германий и его характеристики

Поскольку германий выступает полупроводником, он широко применяется в электронике и технике при создании микросхем и транзисторов. Сплавы металла необходимы при изготовлении датчиков и детекторов, а его диоксид применяется для производства стёкол, пропускающих инфракрасное излучение. Элемент используют в радарных установках в качестве сопротивления.

Германий используют при создании призм и линз инфракрасной оптики. Без материала не обходятся оптоволоконные системы и полупроводниковые диоды. Элемент применяется при измерении низких температур и обнаружении инфракрасного излучения. Диоды и триоды на основе вещества используются в телевизорах, радиоприёмниках и счётно-решающих средствах.

Влияние на здоровье человека

Германий в незначительном объёме обнаружен в организме человека. Пока учёные не смогли установить, в каком количестве должен присутствовать этот элемент в составе тканей и крови. Металл практически полностью усваивается человеческим организмом. Излишки микроэлемента выводятся через почки. Также не выявлено, какие вещества могут улучшить или ухудшить его поглощаемость.

Специалистам удалось открыть в металле некоторые лечебные свойства. Германий оказывает положительное воздействие на здоровье человека:

Германий и его характеристики

  • Вещество транспортирует кислород к тканям.
  • Элемент замещает свойства пониженного гемоглобина.
  • Германий укрепляет иммунную систему, подавляет размножение вредных бактерий и стимулирует выработку противомикробных клеток.
  • Металл выступает антиоксидантом, предотвращая образование опухолей.
  • Вещество способно подавлять болезненные ощущения.

Но у германия есть не только плюсы. Среди минусов следует отметить, что большие дозировки этого вещества представляют опасность для организма человека и могут вызвать отравление.

Обычно такие последствия вызывает вдыхание паров чистого металла и его оксидов на производственных мероприятиях.

После перорального приёма больших дозировок германия может наблюдаться раздражение кожного покрова или нарушение работы почек и печени.

Очистить организм от избытка элемента необходимо с помощью симптоматического лечения с сорбентами. Из-за недостатка германия возможно развитие остеопороза.

Поддерживать необходимый уровень элемента в организме помогут следующие продукты:

Германий и его характеристики

  • бобовые;
  • молоко;
  • грибы;
  • лосось;
  • чеснок;
  • корень женьшеня;
  • томатный сок.

В Японии производят добавки с германием для поддержания здоровья. Поскольку это вещество ещё недостаточно изучено, средство пока не получило массового распространения. В начале XXI века в России начали выпускать БАД «Гермавит». Добавку выписывают для укрепления иммунной и костной систем, а также для защиты от кислородного голодания.

Занимательные факты

Любой химический элемент отличается определёнными особенностями и свойствами, которые не характерны для других веществ. О германии имеется немало интересных фактов:

  • Хотя элемент относится к группе металлов, по хрупкости его можно сравнить со стеклом. Если его уронить, он может разбиться.
  • Германий может быть не только серебристого оттенка. Его цвет зависит от метода обработки. В некоторых случаях металл имеет стальной окрас, а иногда получается практически чёрным.
  • Элемент обнаружен на поверхности солнца и в упавших с космоса метеоритах.
  • Практически все свойства и характеристики вещества, которые предсказал Менделеев, оказались на удивление точными.
  • Около 500 тонн элемента, что составляет половину разведанных запасов металла, скрыто в недрах США. Почти 400 тонн обнаружено в Китае.
  • Элемент способен проводить ток не только в стандартном виде, но и в твёрдых растворах.
  • Цена слитка германия и золота практически одинаковая.
  • Плёнка из германия и ниобия, имеющая толщину несколько тысяч атомов, может сохранять сверхпроводимость даже при температуре 23,2 °К и ниже.
  • Ни одно из полученных элементоорганических соединений этого металла не ядовито.

Ежегодно специалисты открывают новые свойства веществ, которые могут повлиять на дальнейшее развитие технологий. Возможно, что в скором будущем германию найдут широкое применение не только в промышленности, но и в области медицины.

Источник: https://nauka.club/khimiya/germaniy.html

Германий, свойства атома, химические и физические свойства

Германий и его характеристикиГерманий и его характеристикиГерманий и его характеристикиГерманий и его характеристики

Ge 32  Германий

72,630(8)      1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2

Германий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 32. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), четвертом периоде периодической системы.

Атом и молекула германия. Формула германия. Строение германия

  • Изотопы и модификации германия
  • Свойства германия (таблица): температура, плотность, давление и пр.
  • Физические свойства германия

Химические свойства германия. Взаимодействие германия. Реакции с германием

Получение германия

Применение германия

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Атом и молекула германия. Формула германия. Строение германия:

Германий (лат. Germanium) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ge и атомным номером 32. Расположен в 14-й группе (по старой классификации – главной подгруппе четвертой группы), четвертом периоде периодической системы.

Германий – металл. Относится к полуметаллам.

  1. Как простое вещество германий при нормальных условиях представляет собой металл серо-белого цвета, с металлическим блеском.
  2. Молекула германия одноатомна.
  3. Химическая формула германия Ge.

Электронная конфигурация атома германия 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2. Потенциал ионизации атома германия равен 7,88 эВ (760,0 кДж/моль).

Строение атома германия. Атом германия состоит из положительно заряженного ядра (+32), вокруг которого по четырем атомным оболочкам движутся 32 электрона. При этом 28 электронов находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку германий расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью.

Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s- и р- орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома германия находятся два спаренных – на s-орбитали и два неспаренных – на p-орбитали электроны.

Читайте также:  Валентность бора (b), формулы и примеры

В свою очередь ядро атома германия состоит из 32 протонов и 41 нейтрона.

Радиус атома германия составляет 122,5 пм.

Атомная масса атома германия составляет 72,630(8) а. е. м.

Германий, подобно кремнию, является полупроводником.

Изотопы и модификации германия:

Свойства германия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Общие сведения
Название Германий/ Germanium
Символ Ge
Номер в таблице 32
Тип Металл
Открыт Клеменс Винклер, Германия, 1886 г.
Внешний вид и пр. Светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Содержание в земной коре 0,00014 %
Содержание в океане 6,0×10-9 %
Свойства атома 
Атомная масса (молярная масса) 72,630(8) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2
Радиус атома 122,5 пм
Химические свойства 
Степени окисления +2, +4
Валентность -4, +2, +4
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность 2,01 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон) 760,0 кДж/моль (7,88 эВ)
Электродный потенциал
Физические свойства
Плотность (при  20 °C и нормальных условиях) 5,323 г/см3
Температура плавления 938,25 °C (1211,40 K)
Температура кипения 2833 °C (3106 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
Давление паров 0,01 мм.рт.ст. (при 1414 °C),
0,1 мм.рт.ст. (при 1588 °C),
1 мм.рт.ст. (при 1802 °C),
10 мм.рт.ст. (при 2074 °C),
100 мм.рт.ст. (при 2430 °C)
Удельная теплоемкость при постоянном давлении 0,31 Дж/г·K (при 0 – 100 °C)
Поверхностное натяжение 600 мН/м (при 959 °C)
Стандартная энтальпия образования ΔH (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) 0 кДж/моль
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) 0 кДж/моль
Стандартная энтропия вещества S (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) 31,1 Дж/(моль·K)
Теплопроводность (при 300 K) 60,2 Вт/(м·К)
Электропроводность в твердой фазе 2,0х103 См/м
Сверхпроводимость при температуре
Твёрдость 6 по шкале Мооса
Структура решётки алмазная
Параметры решётки 5,660 Å
Температура Дебая 360 К

Физические свойства германия:

Химические свойства германия. Взаимодействие германия. Реакции с германием:

  • 1. Реакция взаимодействия германия и атомарного водорода:
  • Ge + 2H2 → GeH4.
  • В результате реакции образуется гидрид германия.
  • 2. Реакция взаимодействия германия и кислорода:
  • Ge + O2 → GeO2 (t > 700 °C).
  • В результате реакции образуется оксид германия.
  • 3. Реакция взаимодействия германия и фтора:
  • Ge + 2F2 → GeF4 (t = 100 °C).
  • В результате реакции образуется фторид германия.
  • 4. Реакция взаимодействия германия и хлора:
  • Ge + 2Cl2 → GeCl4 (t = 150-200 °C).
  • В результате реакции образуется хлорид германия.
  • 5. Реакция взаимодействия германия и брома:
  • Ge + 2Br2  GeBr4 (t = 350 °C).
  • В результате реакции образуется бромид германия.
  • 6. Реакция взаимодействия германия и йода:
  • Ge + 2I2  GeI4 (t = 560 °C).
  • В результате реакции образуется йодид германия.
  • 7. Реакция взаимодействия германия и серы:
  • Ge + 2S → GeS2 (t = 600-860 °C),
  • Ge + S → GeS (t = 1000 °C).
  • В результате реакции образуется в первом случае сульфид германия (IV), во втором – сульфид германия (II).
  • 8. Реакция взаимодействия германия и селена:
  • Ge + Se → GeSe (t = 600-700 °C).
  • В результате реакции образуется селенид германия.
  • 9. Реакция взаимодействия германия и оксида углерода:
  • Ge + CO2 → GeO + CO (t = 700-900 °C).
  • В результате реакции образуются оксид германия (II) и оксид углерода (II).
  • 10. Реакция взаимодействия германия и оксида германия (IV):
  • GeO2 + Ge → 2GeO (t = 1350-1400 °C).
  • В результате реакции образуется оксид германия (II).
  • 11. Реакция взаимодействия германия и оксида серы:
  • 3Ge + 2SO2 → 2GeO2 + GeS2 (t > 500 °C).
  • В результате реакции образуются оксид германия (IV) и сульфид германия.
  • 12. Реакция взаимодействия германия и фтороводорода:
  • Ge + 2HF → GeF2 + H2 (t = 200 °C, р).

В результате реакции образуются фторид германия (II) и водород. В ходе реакции используется жидкий фтороводород. Реакция протекает при избыточном давлении.

  1. 13. Реакция взаимодействия германия и сероводорода:
  2. Ge + H2S → GeS + H2 (t = 600-800 °C).
  3. В результате реакции образуются сульфид германия (II) и водород.
  4. 14. Реакция взаимодействия германия и азотной кислоты:
  5. Ge + 4HNO3 → H2GeO3 + 4NO2 + H2O,
  6. Ge + 4HNO3 → GeO2 + 4NO2 + 2H2O

В результате реакции в первом случае образуются германиевая кислота, оксид азота и вода, во втором – оксид германия, оксид азота и вода. В ходе реакции в обоих случаях используется концентрированная азотная кислота. Вторая реакция протекает медленно.

  • Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.
  • 15. Реакция взаимодействия германия и хлорида германия (IV):
  • Ge + GeCl4 → GeCl2 (t = 300-350 °C).
  • В результате реакции образуется хлорид германия (II).
  • 16. Реакция взаимодействия германия, гидроксида натрия и пероксида водорода:
  • Ge + 2NaOH + 2H2O2 → Na2GeO3 + 3H2O,
  • Ge + 2NaOH + 2H2O2 → Na2[Ge(OH)6].

В результате реакции в первом случае образуются германат натрия и вода, во втором гексагидроксогерманат натрия. В ходе реакции в первом случае используется разбавленный раствор гидроксида натрия, во втором – концентрированный раствор гидроксида натрия.

  1. 17. Реакция взаимодействия германия, гидроксида калия и пероксида водорода:
  2. Ge + 2KOH + 2H2O2 → K2[Ge(OH)6].
  3. В результате реакции образуется гексагидроксогерманат калия.

Получение германия:

Применение германия:

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

  • Германий и его характеристикиГерманий и его характеристикиГерманий и его характеристикиГерманий и его характеристики
  • карта сайта
  • германий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
    атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
    электронные формулы сколько атомов в молекуле германия
    сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/germaniy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/

Германий элемент. Свойства, добыча и применение германия

Назван в честь Германии. Ученый из этой страны открыл элемент и имел право именовать его, как захочет. Так в таблицу Менделеева попал германий.

Автор списка предполагал о существовании элемента, хотел назвать экасилицием, потратил на поиски 15 лет.

Однако, посчастливилось не Менделееву, а Клеменсу Винклеру. Ему поручили изучить аргиродит. Новый минерал, состоящий, в основном, из серебра, нашли на прииске Химмельфюрст.

Германий и его характеристики

Винклер определил 93% состава камня и зашел в тупик с оставшимися 7%. Напрашивался вывод, что в них входит неизвестный элемент.

Более тщательный анализ принес плоды, — был открыт германий. Это металл. Чем он пригодился человечеству? Об этом, и не только, расскажем далее.

Свойства германия

Германий – 32 элемент таблицы Менделеева. Получается, металл входит в 4-ю группу. Номер соответствует валентности элементов.

То есть, германий склонен образовывать 4 химических связи. Это делает элемент, открытый Винклером, похожим на кремний.

Отсюда и желание Менделеева назвать еще неоткрытый элемент экосилицием, обозначаемым, как Si. Дмитрий Ивановичь заранее просчитал свойства 32-го металла.

На кремний германий похож химическими свойствами. С кислотами реагирует только при нагревании. Со щелочами «общается» в присутствии окислителей.

Устойчив к парам воды. Не вступает в реакции с водородом, углеродом, азотом. Загорается германий при температуре в 700-от градусов Цельсия. Реакция сопровождается образованием диоксида германия.

32-ой элемент легко взаимодействует с галогенами. Это солеобразующие вещества из 17 группы таблицы.

Дабы не запутаться, укажем, что ориентируемся на новый стандарт. В старом, это 7-я группа таблицы Менделеева.

Какой бы ни была таблица, металлы в ней располагаются слева от ступенчатой диагональной линии. 32-ой элемент – исключение.

Еще одно исключение – сурьма. С ней тоже возможна реакция. Сурьма осаждается на подложке.

Активное взаимодействие обеспеченно и с серой. Как большинство металлов, германий способен гореть в ее парах.

Внешне элемент германий твердый, серовато-белый, с выраженным металлическим блеском.

Германий и его характеристики

При рассмотрении внутреннего строения, металл имеет кубическую структуру. Она отражает расположение атомов в элементарных ячейках.

Они имеют форму кубов. Восемь атомов располагаются в вершинах. Строение близко к решетке алмаза.

У 32-го элемента 5 стабильных изотопов. Их наличие – свойство всех элементов подгруппы германия.

Они четные, что и обуславливает присутствие стабильных изотопов. У олова, к примеру, их 10.

Плотность германия составляет 5,3-5,5 граммов на кубический сантиметр. Первый показатель характерен для твердого состояния, второй – для жидкого металла.

В размягченном виде он не только более плотный, но и пластичный. Хрупкое при комнатной температуре вещество становится ковким при 550-ти градусах. Таковы особенности германия.

Твердость металла при комнатной температуре составляет около 6 баллов по шкале Мооса.

В таком состоянии 32-ой элемент является типичным полупроводником. Но, свойство становится «ярче» при повышении температуры. Просто проводники, для сравнения, теряют свои свойства при нагреве.

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

По полупроводниковым свойствам 32-ой элемент, так же, близок кремнию и столь же распространен.

Однако, сферы применения веществ разнятся. Кремний – полупроводник, используемый в солнечных батареях, в том числе, и тонкопленочного типа.

Элемент нужен, так же, для фотоэлементов. Теперь, рассмотрим, где пригождается германий.

Применение германия

Германий применяют в гаммо-спектроскопии. Ее приборы позволяют, к примеру, изучить состав добавок в смешанных окислах катализаторов.

В прошлом, германий добавляли в диоды и транзисторы. В фотоэлементах свойства полупроводника тоже пригождаются.

Германий и его характеристики

Но, если кремний добавляют в стандартные модели, то германий – в высокоэффективные, нового поколения.

Главное, не использовать германий при температуре близкой к абсолютному нулю. В таких условиях металл теряет способность передавать напряжение.

Чтобы германий был проводником, примесей в нем должно быть не более 10%. Идеален ультрачистый химический элемент.

Германий делают таким методом зонной плавки. Она основана на различной растворимости сторонних элементов в жидкой и твердой фазах.

Формула германия позволяет применять его и в ювелирном деле. Здесь речь уже не о полупроводниковых свойствах элемента, а о его способности придать твердость золоту.

По этой же причине, германий нашел применение в зубопротезировании. Хотя, золотые коронки отживают свой век, небольшой спрос на них, все еще, есть.

Если добавить к германию и золоту еще и кремний с алюминием, получаются припои.

Их температура плавления всегда ниже, чем у соединяемых металлов. Так что, можно делать сложные, дизайнерские конструкции.

Даже интернет без германия был бы невозможен. 32-ой элемент присутствует в оптоволокне. В его сердцевине находится кварц с примесью героя статьи.

А его двуокись увеличивает отражательные способности оптоволокна. Учитывая спрос на него, ювелирные изделия, электронику, германий нужен промышленникам в больших объемах. Каких именно, и как их обеспечивают, изучим ниже.

Добыча германия

Германий довольно распространен. В земной коре 32-го элемента, к примеру, больше, чем серебра, сурьмы, или висмута.

Разведанные запасы – около 1 000 тонн. Почти половина из них сокрыта в недрах США. Еще 410 тонн – достояние Китая.

Так что, остальным странам, в основном, приходиться закупать сырье. Россия сотрудничает с Поднебесной. Это обосновано и с политической точки зрения, и с позиции экономии.

Германий и его характеристики

Свойства элемента германий, связанные с его геохимическим родством с широко распространенными веществами, не позволяют металлу образовывать собственные минералы.

Обычно, металл внедряется в решетку уже существующих камней. Много места гость, естественно, не займет.

Поэтому, приходиться извлекать германий по крупицам. В сфалеритах можно найти несколько кило на тонну породы.

В энаргитах на 1000 килограммов приходиться не больше 5 кило германия. В пираргирите в 2 раза больше.

В тонне сульванита 32-го элемента содержится не больше 1 килограмма. Чаще всего, германий извлекают в качестве побочного продукта из руд других металлов, к примеру, железа, или цветных, таких как хромит, магнитит, рутит.

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

В основном, закупается монокристаллическая форма вещества. Именно такая нужна для производства спектрометров, оптоволокна, драгоценных сплавов. Узнаем расценки.

Цена германия

Монокристаллический германий, в основном, закупают тоннами. Для больших производств это выгодно.

1 000 килограммов 32-го элемента стоит около 100 000 рублей. Можно найти предложения за 75 000 – 85 000.

Германий и его характеристики

Если брать поликристаллический, то есть, с агрегатами меньшего размера и повышенной прочностью, можно отдать в 2,5 раза больше всего за кило сырья.

Стандартны слитки длинной не меньше 28-ми сантиметров. Блоки защищают пленкой, поскольку на воздухе они тускнеют. Поликристаллический германий – «почва» для выращивания монокристаллов.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/germanij-element-svojstva-dobycha-i-primenenie-germaniya/

Германий

Германий Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 32
Внешний вид простого вещества Германий и его характеристики Кристалл германия — светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Атомная масса (молярная масса) 72,61 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 137 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 760,0 (7,88) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p2
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 2,01
Электродный потенциал 0
Степени окисления 4
Плотность 5,323 г/см³
Молярная теплоёмкость 23,32[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность 60,2 Вт/(м·K)
Температура плавления 1210,6 K
Теплота плавления 36,8 кДж/моль
Температура кипения 3103 K
Теплота испарения 328 кДж/моль
Молярный объём 13,6 см³/моль
Структура решётки алмазная
Параметры решётки 5,660 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 360 K
Ge 32
72,61
4s24p2
Германий

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

Германий и его характеристики

Схема атома германия

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6. Происхождение названия- назван в честь Германии, родины Винклера.

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.

Читайте также:  Теллур и его характеристики

Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

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.

Физические свойства

Германий и его характеристики 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) Eg = 0,67 эВ
  • Собственная концентрация ni=2,33×1013 см−3
  • Эффективная масса
    • электронов, продольная: mII=1,58m0, mII=1,64m0
    • электронов, поперечная: m┴=0,0815m0 , m┴=0,082m0
    • дырок, тяжелых: mhh=0,379m0
    • дырок, легких: mhl=0,042m0
  • Электронное сродство: χ = 4,0 эВ

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

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).

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

  • Гидриды
    • Герман GeH4
    • Дигерман Ge2H6
    • Тригерман Ge3H8
  • Оксиды
    • Оксид германия (II) GeO
    • Оксид германия (IV) GeO2
  • 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

Органические

Применение

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

  • 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 детекторные диоды 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.

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.

Дополнительная информация

Кремний

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/ge

Краткая характеристика Германии

Федеративная Республика Германия это современное государство, которое расположено в центре Европы. Государственные границы государства Польша и Чехия на востоке, на юге с Швейцарией и Австрией, север Дания, западные границы с Люксембургом, Францией, Нидерландами и Бельгией.

Столицей государства является город Берлин, однако множество министерств и ведомств расположены в Бонне. Германия состоит из 16 федеративных суверенных земель. Форма правления в государстве парламентская, высшая власть принадлежит законодательному органу Бундестагу. 

Рельеф и климат Германии

Территории Германии присущи равнины и впадины, однако на юге страны начинаются горная система Альп. Центральная часть представляет собой покрытые смешанными лесами предгорья.

На территории государства протекает множество полноводных рек, самые крупные из которых Дунай, Рейн, Везер, Эльба и Одер. Все реки соединены между собой каналами. Также весьма распространенные в стране и озера. Боденское озеро является самым крупным, его глубина становит 260 м, а общая площадь 550 км2.

Климатические погодные условия в стране весьма неустойчивы: жара сменяется резким похолоданием. Из за большого количества рек для Германии весьма характерны частые наводнения.

Благодаря тому, что страна расположена Евразийской плите и не имеет внутренних пересечений между тектоническими плитами, землетрясения здесь редкость. Среднегодовая температура — + 6 — + 12, что очень характерно для умеренного климатического пояса. 

Население государства

Численность населения Германии 83 млн. жителей. За последнее десятилетие значительно уменьшается годовой прирост, и на сегодняшний день составляет приблизительно 0.1 %.

В Германии высокий уровень урбанизации населения, городские жители 92% населения. Крупнейшие города страны Гамбург, Берлин, Мюнхен и Кельн. Германия мононациональная страна, численность этнических немцев составляет 94%.

Большинство жителей Германии христиане, доминирующие позиции занимает католицизм и лютеранство. За счет иммигрантов со стран Ближнего востока, ислам составляет 6 %, значительно опережая православие и иудаизм. 

Экономика современной Германии

Несмотря на повышенный уровень безработицы, вызванный недавним экономическим кризисом, Германия занимает пятое место в мире по уровню ВВП на душу населения. Германия страна с высокоразвитой индустрией.

Промышленность представлена электротехнической, машиностроительной, автомобильной, химической и каменноугольной отраслями. За исключением центрального региона, территория государства бедна на сырьевые запасы.

Поэтому добычное и обрабатывающее производство представлено только угольной промышленностью. Германия является лидером мирового экспорта автомобилей и электронной техники. Эти сферы хозяйственного производства монополизированы крупными предприятиями.

Сельское хозяйство значительно отстает от индустриальной промышленности, однако государством ведется активная политика по его укреплению. Это дает видимые результаты уже сегодня: государство экспортирует злаковые, виноград, кормовые культуры, а также продукцию животноводства.

Нужна помощь в учебе?

Германий и его характеристики Предыдущая тема: Франция: географическое положение и природные условия
Следующая тема:   Характеристика Италии: география и территория, населения и хозяйство

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/germaniya-harakteristika

№32 Германий

Германий и его характеристики

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.

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.

Физические свойства:

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

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.

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.

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).

Источник: http://www.kontren.narod.ru/x_el/info32.htm

Германий

ГЕРМАНИЙ, Ge (от лат. Germania — Германия * а. germanium; н. Germanium; ф. germanium; и. germanio), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 32, атомная масса 72,59.

Природный германий состоит из 4 стабильных изотопов 70Ge (20,55%), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67%), 74Ge (36,74%) и одного радиоактивного 76Ge (7,67%) с периодом полураспада 2•106 лет. Открыт в 1886 немецким химиком К.

Винклером в минерале аргиродите; был предсказан в 1871 Д. Н. Менделеевым (экасилиций).

Свойства германия

Германий — хрупкий серебристо-белый металл. Кристаллизуется в кубической решётке типа алмаза с периодом а = 0,56575 нм (5,6575 Е). Плотность 5326 кг/м3 (при 25°С; t плавления 958,5°С, t кипения 2690°С; удельная теплоёмкость (при 0-300°С) 322,14 Дж/кг•К, теплопроводность 58,8 Дж/м•с•К (при 25°С).

Важнейшими являются полупроводниковые свойства германия, самого распространённого природного полупроводникового материала.

Электрические свойства (при 25°С): удельное сопротивление монокристаллического германия 5,6-6,0 кОм/м, концентрация носителей тока 2•1013 см-3, ширина запрещённой зоны 0,665 эВ, подвижность электронов mn 0,39 м2/с, подвижность дырок mr 0,19 m2/с.

Германий химический

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.

В соединениях степень окисления +2 и +4; устойчивой формой является Ge+4. Моно- и диоксид германия амфотерны, растворяются в щелочной среде с образованием германитов и германатов.

Германий имеет множество соединений с галогенами и серой; сульфиды растворяются в щелочных растворах, образуя сульфогерманаты, соли в водном растворе легко гидролизуются, давая гидратированный диоксид. Радиус иона Ge+4 промежуточный между радиусами ионов Si+4 и Ti+4.

Большинство кислородных соединений германия являются структурными аналогами соединений кремния. Многие из них диморфны; более плотные модификации (например, GeO2) аналогичны по структуре соединениям титана.

Германий в природе

Германий относится к рассеянным элементам. Распространённость германия в земной коре (1-2)•10-4%. В качестве примеси встречается в минералах кремния, в меньшей степени в минералах железа и цинка.

Собственные минералы германия очень редки: сульфосоли — аргиродит, германит, реньерит и некоторые другие; двойной гидратированный оксид германия и железа — штоттит; сульфаты — итоит, флейшерит и некоторые др. Промышленного значения они практически не имеют.

Германий накапливается в гидротермальных и осадочных процессах, где реализуется возможность отделения его от кремния. В повышенных количествах (0,001-0,1%) встречается в сфалерите, магнетите, каменных и бурых углях.

Источниками германия являются полиметаллические руды, ископаемые угли и некоторые типы вулканогенно-осадочных месторождений железных руд. Основное количество германия получают попутно из подсмольных вод при коксовании углей, из золы энергетических углей, сфалеритовых и магнетитовых концентратов.

Германий извлекается кислотным выщелачиванием, возгонкой в восстановительной среде, сплавлением с едким натром и др. Концентраты германия обрабатываются соляной кислотой при нагревании, конденсат очищается и подвергается гидролитическому разложению с образованием диоксида; последний восстанавливается водородом до металлического германия, который очищается методами фракционной и направленной кристаллизации, зонной плавки.

Применение германия

Германий применяют в радиоэлектронике и электротехнике как полупроводниковый материал для изготовления диодов и транзисторов.

Из германия изготовляют линзы для ИК оптики, фотодиоды, фоторезисторы, дозиметры ядерных излучений, анализаторы рентгеновской спектроскопии, преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую и т.д.

Сплавы германия с некоторыми металлами, отличающиеся повышенной стойкостью к кислым агрессивным средам, используют в приборостроении, машиностроении и металлургии. Некоторые сплавы германия с другими химическими элементами — сверхпроводники.

Источник: http://www.mining-enc.ru/g/germanij

Ссылка на основную публикацию