Германий это металл или неметалл

Обновлено: 04.10.2024

Ge, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 32, атомная масса 72,59; твёрдое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском. Природный Г. представляет собой смесь пяти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 73, 74 и 76. Существование и свойства Г. предсказал в 1871 Д. И. Менделеев и назвал этот неизвестный еще элемент «экасилицием» из-за близости свойств его с кремнием. В 1886 немецкий химик К. Винклер обнаружил в минерале аргиродите новый элемент, который назвал Г. в честь своей страны; Г. оказался вполне тождествен «экасилицию». До 2-й половины 20 в. практическое применение Г. оставалось весьма ограниченным. Промышленное производство Г. возникло в связи с развитием полупроводниковой электроники.

Общее содержание Г. в земной коре 7 . 10 —4 % по массе, т. е. больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы Г. 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 Г. 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. Кроме того, Г. присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

Физические и химические свойства. Г. кристаллизуется в кубической структуре типа алмаза, параметр элементарной ячейки а = 5, 6575 Å. Плотность твёрдого Г. 5,327 г/см 3 (25°С); жидкого 5,557 (1000°С); t_пл 937,5°С; t_kип около 2700°С; коэффициент теплопроводности Германий60 вт/(м (К), или 0,14 кал/(см (сек (град) при 25°С. Даже весьма чистый Г. хрупок при обычной температуре, но выше 550°С поддаётся пластической деформации. Твёрдость Г. по минералогической шкале 6—6,5; коэффициент сжимаемости (в интервале давлений 0—120 Гн/м 2 или 0—12000 кгс/мм 2 ) 1,4·10 —7 м 2 /мн (1,4·10 —6 см 2 /кгс); поверхностное натяжение 0,6 н/м (600 дин/см). Г. — типичный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,104·10 —19 , или 0,69 эв (25°С); удельное электросопротивление Г. высокой чистоты 0,60 ом (м (60 ом (см) при 25°С; подвижность электронов 3900 и подвижность дырок 1900 см 2 /в . сек (25°С) (при содержании примесей менее 10 —8 %). Прозрачен для инфракрасных лучей с длиной волны больше 2 мкм.

В химических соединениях Г. обычно проявляет валентности 2 и 4, причём более стабильны соединения 4-валентного Г. При комнатной температуре Г. устойчив к действию воздуха, воды, растворам щелочей и разбавленных соляной и серной кислот, но легко растворяется в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Азотной кислотой медленно окисляется. При нагревании на воздухе до 500—700°С Г. окисляется до окиси GeO и двуокиси GeO₂. Двуокись Г. — белый порошок с t_пл 1116°С; растворимость в воде 4,3 г/л (20°С). По химическим свойствам амфотерна, растворяется в щелочах и с трудом в минеральных кислотах. Получается прокаливанием гидратного осадка (GeO₂ . nH₂O), выделяемого при гидролизе тетрахлорида GeCl₄. Сплавлением GeO₂ с др. окислами могут быть получены производные германиевой кислоты — германаты металлов (In₂CeO₃, Na₂Ge О₃ и др.) — твёрдые вещества с высокими температурами плавления.

При взаимодействии Г. с галогенами образуются соответствующие тетрагалогениды. Наиболее легко реакция протекает с фтором и хлором (уже при комнатной температуре), затем с бромом (слабое нагревание) и с иодом (при 700—800°С в присутствии CO). Одно из наиболее важных соединений Г. тетрахлорид GeCl₄ — бесцветная жидкость; t_пл —49,5°С; t_kип 83,1°С; плотность 1,84 г/см 3 (20°С). Водой сильно гидролизуется с выделением осадка гидратированной двуокиси. Получается хлорированием металлического Г. или взаимодействием GeO₂ с концентрированной НС1. Известны также дигалогениды Г. общей формулы GeX₂, монохлорид GeCl, гексахлордигерман Ge₂Cl₆ и оксихлориды Г. (например, GeOCl₂).

Сера энергично взаимодействует с Г. при 900—1000°С с образованием дисульфида GeS₂ — белого твёрдого вещества, t_пл 825°С. Описаны также моносульфид GeS и аналогичные соединения Г. с селеном и теллуром, которые являются полупроводниками. Водород незначительно реагирует с Г. при 1000—1100°С с образованием гермина (GeH) _x — малоустойчивого и легко летучего соединения. Взаимодействием германидов с разбавленной соляной кислотой могут быть получены германоводороды ряда Ge_nH_2n+2 вплоть до Ge₉H₂₀. Известен также гермилен состава GeH₂. С азотом Г. непосредственно не реагирует, однако существует нитрид Ge₃N₄, получающийся при действии аммиака на Г. при 700—800°С. С углеродом Г. не взаимодействует. Г. образует соединения со многими металлами — германиды.

Известны многочисленные комплексные соединения Г., которые приобретают всё большее значение как в аналитической химии Г., так и в процессах его получения. Г. образует комплексные соединения с органическими гидроксилсодержащими молекулами (многоатомными спиртами, многоосновными кислотами и др.). Получены гетерополикислоты Г. Так же, как и для др. элементов IV группы, для Г. характерно образование металлорганических соединений, примером которых служит тетраэтилгерман (C₂H₅)₄ Ge₃.

Получение и применение. В промышленной практике Г. получают преимущественно из побочных продуктов переработки руд цветных металлов (цинковой обманки, цинково-медно-свинцовых полиметаллических концентратов), содержащих 0,001—0,1% Г. В качестве сырья используют также золы от сжигания угля, пыль газогенераторов и отходы коксохимических заводов. Первоначально из перечисленных источников различными способами, зависящими от состава сырья, получают германиевый концентрат (2—10% Г.). Извлечение Г. из концентрата обычно включает следующие стадии: 1) хлорирование концентрата соляной кислотой, смесью её с хлором в водной среде или др. хлорирующими агентами с получением технического GeCl₄. Для очистки GeCl₄ применяют ректификацию и экстракцию примесей концентрированной HCl. 2) Гидролиз GeCl₄ и прокаливание продуктов гидролиза до получения GeO₂. 3) Восстановление GeO водородом или аммиаком до металла. Для выделения очень чистого Г., используемого в полупроводниковых приборах, проводится Зонная плавка металла. Необходимый для полупроводниковой промышленности монокристаллический Г. получают обычно зонной плавкой или методом Чохральского (см. Монокристаллы).

Г. — один из наиболее ценных материалов в современной полупроводниковой технике (см. Полупроводниковые материалы). Он используется для изготовления диодов, триодов, кристаллических детекторов и силовых выпрямителей. Монокристаллический Г. применяется также в дозиметрических приборах и приборах, измеряющих напряжённость постоянных и переменных магнитных полей. Важной областью применения Г. является инфракрасная техника, в частности производство детекторов инфракрасного излучения, работающих в области 8—14 мк. Перспективны для практического использования многие сплавы, в состав которых входят Г., стекла на основе GeO₂ и др. соединения Г. (см. также Германиды).

Лит.: Тананаев И. В., Шпирт М. Я., Химия германия, М., 1967; Угай Я. А., Введение в химию полупроводников, М., 1965; Давыдов В. И., Германий, М., 1964; Зеликман А. Н., Крейн О. Е., Самсонов Г. В., Металлургия редких металлов, 2 изд., М., 1964; Самсонов Г. В., Бондарев В. Н., Германиды, М., 1968.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Германий

Светло-серый полупроводник с металлическим блеском

Герма́ний / Germanium (Ge), 32

[Ar] 3d 10 4s 2 4p 2

2,01 (шкала Полинга)

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

Содержание

История

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт [2] [3] в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером, профессором Фрейбергской горной академии, при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆.

Происхождение названия

Назван в честь Германии, родины Винклера.

Нахождение в природе

Общее содержание германия в земной коре 1,5·10 −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, внедряясь в кристаллические решётки 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. редкие минералы (ультрабазит, ранерит, франкеит). 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 [4] .

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:

Очистка и выращивание монокристаллов германия производится методом зонной плавки.

Физические свойства

Кристаллическая решётка германия — кубическая гранецентрированная типа алмаза, пространственная группа F d3m, постоянная решётки а = 0,5658 нм. Германий — один из немногих элементов и веществ, плотность которого в жидком состоянии (5,57 г/см 3 ) выше, чем в твёрдом (5,33 г/см 3 ). Другие, например, — кремний, галлий, висмут, вода.

Механические свойства [5]

E, ГПа — 82

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) E_g = 0,67 эВ
Собственная концентрация n_i=2,33·10 13 см −3 [5][6] :
- электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀[7]
- электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀[7]
- дырок, тяжелых: m_hh=0,379m₀
- дырок, легких: m_hl=0,042m₀
Легированный галлием германий в тонкой плёнке можно привести в сверхпроводящее состояние [8] .

Изотопы

В природе встречается пять изотопов: 70 Ge (20,55 % масс.), 72 Ge (27,37 %), 73 Ge (7,67 %), 74 Ge (36,74 %), 76 Ge (7,67 %). Первые четыре стабильны, пятый ( 76 Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58·10 21 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68 Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71 Ge (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

Органические

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

Применение

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 [9][10] . 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 [10] . Оптические детали из Ge обладают очень высоким показателем преломления (4,0) и обязательно требует использования просветляющих покрытий. В частности, используется покрытие из очень твердого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0 [11][12] .
- 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. используется в производстве оптоволокна, так как образующийся в процессе разложения этого соединения диоксид германия удобен для данного применения благодаря своему высокому показателю преломления и низкому оптическому рассеиванию и поглощению.
- Сплав GeSbTe используется при производстве перезаписываемых DVD. Сущность перезаписи заключается в изменении оптических свойств этого соединения при фазовом переходе под действием лазерного излучения. [13]
Радиоэлектроника
- Германий используется в производстве полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов. Германиевые транзисторы и детекторныедиоды 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 [14] . 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 [15] . 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).
Прочие применения
- Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.
Экономика

Год Цена
($/кг) [16]

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 [17]
- Германий металлический $1200/кг
- Германий диоксид (двуокись) $840/кг
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 [18] .

См. также

Примечания

Литература

Ссылки
- Химические элементы
- Соединения германия
- Полупроводники
- Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым
- Германий
Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Германий" в других словарях:

ГЕРМАНИЙ — Химический элемент, открытый в 1886 г. в редком минерале аргиродите, найденном в Саксонии. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. германий (назв. в честь родины ученого, открывшего элемент) хим. элемент,… … Словарь иностранных слов русского языка

ГЕРМАНИЙ — (Germanium), Ge, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 32, атомная масса 72,59; неметалл; полупроводниковый материал. Германий открыт немецким химиком К. Винклером в 1886 … Современная энциклопедия

германий — Ge Элемент IV группы Периодич. системы; ат. н. 32, ат. м. 72,59; тв. вещ во с металлич. блеском. Природный Ge — смесь пяти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 73, 74 и 76. Существование и свойства Ge предсказал в 1871 г. Д. И.… … Справочник технического переводчика

Германий — (Germanium), Ge, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 32, атомная масса 72,59; неметалл; полупроводниковый материал. Германий открыт немецким химиком К. Винклером в 1886. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ГЕРМАНИЙ — (лат. Germanium) Ge, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 32, атомная масса 72,59. Назван от латинского Germania Германия, в честь родины К. А. Винклера. Серебристо серые кристаллы; плотность 5,33 г/см³, tпл 938,3 … Большой Энциклопедический словарь

ГЕРМАНИЙ — (символ Ge), бело серый металлический элемент IV группы периодической таблицы МЕНДЕЛЕЕВА, в которой были предсказаны свойства еще не открытых элементов, в частности, германия (1871 г.). Открыт элемент в 1886 г. Побочный продукт выплавки цинковых… … Научно-технический энциклопедический словарь

Германий — Ge (от лат. Germania Германия * a. germanium; н. Germanium; ф. germanium; и. germanio), хим. элемент IV группы периодич. системы Менделеева, ат.н. 32, ат. м. 72,59. Природный Г. состоит из 4 стабильных изотопов 70Ge (20,55%), 72Ge… … Геологическая энциклопедия

ГЕРМАНИЙ — (Ge), синтетич. монокристалл, ПП, точечная группа симметрии m3m, плотность 5,327 г/см3, Tпл=936 °С, тв. по шкале Мооса 6, ат. м. 72,60. Прозрачен в ИК области l от 1,5 до 20 мкм; оптически анизотропен, для l=1,80 мкм коэфф. преломления n=4,143.… … Физическая энциклопедия

германий — сущ., кол во синонимов: 3 • полупроводник (7) • экасилиций (1) • элемент (159) … Словарь синонимов

ГЕРМАНИЙ — хим. элемент, символ Ge (лат. Germanium), ат. н. 32, ат. м. 72,59; хрупкое серебристо серое кристаллическое вещество, плотность 5327 кг/м3, bил = 937,5°С. В природе рассеян; добывают его главным образом при переработке цинковой обманки и… … Большая политехническая энциклопедия
(лат. Germanium), химический элемент IV группы периодической системы. Название от латинского Germania — Германия, в честь родины К. А. Винклера. Серебристо-серые кристаллы; плотность 5,33 г/см 3 , t_пл 938,3ºC. В природе рассеян (собственные минералы редки); добывают из руд цветных металлов. Полупроводниковый материал для электронных приборов (диоды, транзисторы и др.), компонент сплавов, материал для линз в ИК-приборах, детекторов ионизирующего излучения.
ГЕРМА́НИЙ (лат. Germanium), Gе (читается «гертемпманий»), химический элемент с атомным номером 32, атомная масса 72,61. Природный германий состоит из пяти изотопов с массовыми числами 70 (содержание в природной смеси 20,51% по массе), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%), и 76 (7,76%). Конфигурация внешнего электронного слоя 4s 2 p 2 . Степени окисления +4, +2 (валентности IV, II). Расположен в группе IVA, в 4 периоде в периодической системе элементов.
История открытия
Был открыт К. А. Винклером (см. ВИНКЛЕР Клеменс Александр) (и назван в честь его родины — Германии) в 1886 при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆ после того, как существование этого элемента и некоторые его свойства были предсказаны Д. И. Менделеевым (см. МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович) .
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 1,5·10 -4 % по массе. Относится к рассеянным элементам. В природе в свободном виде не встречается. Содержится в виде примеси в силикатах, осадочных железных, полиметаллических, никелевых и вольфрамовых рудах, углях, торфе, нефтях, термальных водах и водорослях. Важнейшие минералы: германит Cu₃(Ge,Fe,Ga)(S,As)₄, стоттит FeGe(OH)₆, плюмбогерманит (Pb,Ge,Ga)₂SO₄(OH)₂·2H₂O, аргиродит Ag₈GeS₆, рениерит Cu₃(Fe,Ge,Zn)(S,As)₄.
Получение германия
Для получения германия используют побочные продукты переработки руд цветных металлов, золу от сжигания углей, некоторые продукты коксохимии. Сырье, содержащее Ge, обогащают флотацией. Затем концентрат переводят в оксид GeO₂, который восстанавливают водородом (см. ВОДОРОД) :
GeO₂ + 4H₂ = Ge + 2H₂O
Германий полупроводниковой чистоты с содержанием примесей 10 -3 -10 -4 % получают зонной плавкой (см. ЗОННАЯ ПЛАВКА) , кристаллизацией (см. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ) или термолизом летучего моногермана GeH₄:
GeH₄ = Ge + 2H₂,
который образуется при разложении кислотами соединений активных металлов с Ge — германидов:
Mg₂Ge + 4HCl = GeH₄ – + 2MgCl₂
Физические и химические свойства
Германий — вещество серебристого цвета с металлическим блеском. Кристаллическая решетка устойчивой модификации (Ge I), кубическая, гранецентрированная типа алмаза, а = 0,533 нм (при высоких давлениях получены три другие модификации). Температура плавления 938,25 °C, кипения 2850 °C, плотность 5,33 кг/дм 3 . Обладает полупроводниковыми свойствами, ширина запрещенной зоны 0,66 эВ (при 300 К). Германий прозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны больше 2 мкм.
По химическим свойствам Ge напоминает кремний (см. КРЕМНИЙ) . При обычных условиях устойчив к кислороду (см. КИСЛОРОД) , парам воды, разбавленным кислотам. В присутствии сильных комплексообразователей или окислителей, при нагревании Ge реагирует с кислотами:
Ge + H₂SO_{4 конц} = Ge(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O,
Ge + 6HF = H₂[GeF₆] + 2H₂,
Ge + 4HNO₃ _конц. = H₂GeO₃ + 4NO₂ + 2H₂O
Ge реагирует с царской водкой (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА) :
Ge + 4HNO₃ + 12HCl = GeCl₄ + 4NO + 8H₂O.
С растворами щелочей Ge взаимодействует в присутствии окислителей:
Ge + 2NaOH + 2H₂O₂ = Na₂[Ge(OH)₆].
При нагревании на воздухе до 700 °C Ge загорается. Ge легко взаимодействует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) и серой (см. СЕРА) :
Ge + 2I₂ = GeI₄
С водородом (см. ВОДОРОД) , азотом (см. АЗОТ) , углеродом (см. УГЛЕРОД) германий непосредственно в реакции не вступает, соединения с этими элементами получают косвенным путем. Например, нитрид Ge₃N₄ образуется при растворении дииодида германия GeI₂ в жидком аммиаке:
GeI₂ + NH₃ _жидк —> [GeNH]_n —> Ge₃N₄
Оксид германия (IV), GeO₂, — белое кристаллическое вещество, существующее в двух модификациях. Одна из модификаций частично растворима в воде с образование сложных германиевых кислот. Проявляет амфотерные свойства.
С щелочами GeO₂ взаимодействует как кислотный оксид:
GeO₂ + 2NaOH = Na₂GeO₃ + H₂O
GeO₂ взаимодействует с кислотами:
GeO₂ + 4HCl = GeCl₄ + 2H₂O
Тетрагалогениды Ge — неполярные соединения, легко гидролизующиеся водой.
3GeF₄ + 2H₂O = GeO₂ + 2H₂GeF₆
Тетрагалогениды получают прямым взаимодействием:
Ge + 2Cl₂ = GeCl₄
или термическим разложением:
BaGeF₆ = GeF₄ + BaF₂
Гидриды германия по химическим свойствам подобны гидридам кремния, но моногерман GeH₄ более устойчив, чем моносилан SiH₄. Германы образуют гомологические ряды Ge_nH_2n+2, Ge_nH_2n и другие, но эти ряды короче, чем у силанов.
Моногерман GeH₄ — газ, устойчивый на воздухе, не реагирующий с водой. При длительном хранении разлагается на H₂ и Ge. Получают моногерман восстановлением диоксида германия GeO₂ борогидридом натрия NaBH₄:
GeO₂ + NaBH₄ = GeH₄ + NaBO₂.
Очень неустойчивый монооксид GeO образуется при умеренном нагревании смеси германия и диоксида GeO₂:
Ge + GeO₂ = 2GeO.
Соединения Ge (II) легко диспропорционируют с выделением Ge:
2GeCl₂ —> Ge + GeCl₄
Дисульфида германия GeS₂ — белое аморфное или кристаллическое вещество, получается осаждением H₂S из кислых растворов GeCl₄:
GeCl₄ + 2H₂S = GeS₂Ї + 4HCl
GeS₂ растворяется в щелочах и сульфидах аммония или щелочных металлов:
GeS₂ + 6NaOH = Na₂[Ge(OH)₆] + 2Na₂S,
GeS₂ + (NH₄)₂S = (NH₄)₂GeS₃
Ge может входить в состав органических соединений. Известны (CH₃)₄Ge, (C₆H₅)₄Ge, (CH₃)₃GeBr, (C₂H₅)₃GeOH и другие.
Применение
Германий — полупроводниковый материал, применяется в технике и радиоэлектронике при производстве транзисторов и микросхем. Тонкие пленки Ge, нанесенные на стекло, применяют в качестве сопротивлений в радарных установках. Сплавы Ge с металлами используются в датчиках и детекторах. Диоксид германия применяют в производстве стекол, пропускающих инфракрасное излучение.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Германий — Запрос «Ge» перенаправляется сюда; о корпорации см. General Electric. 32 Галлий ← Германий → Мышьяк … Википедия

Химический элемент германий (Ge) - состав, характеристика и основные свойства

Химия охватывает практически все аспекты жизни человека. Знания в этой области помогают справляться с разными жизненными ситуациями. Кроме того, школьный предмет даёт возможность некоторым реализовать себя в той или иной профессии, связанной с такой наукой. Для начала учеников знакомят с таблицей Менделеева. Многие вещества интересны своей историей и характеристиками, например, химический элемент германий.
- История происхождения
- Местонахождение и получение
- Физические особенности
- Химическая природа
- Сферы использования
- Влияние на здоровье человека
- Занимательные факты
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.

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):
- германит;
- плюмбогерманит;
- конфильдит;
- рениерит;
- стоттит;
- аргиродит.
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 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) — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 . 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.

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

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:
- 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:
- 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.

Читайте также: