Германий металл или неметалл

Обновлено: 03.07.2024

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

(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) 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 + 4HNO_{3 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 + NH_{3 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

  
  

  Германий — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы) 4-го периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 32. Обозначается символом Ge (нем. Germanium ). Простое вещество германий — типичный полуметалл серо-белого цвета, с металлическим блеском. Подобно кремнию, является полупроводником.

  • 1 История открытия и этимология
  • 2 Нахождение в природе
  • 3 Получение
    • 3.1 Промышленное производство германия в России
    • 4.1 Изотопы
    • 5.1 Соединения германия
      • 5.1.1 Неорганические
      • 5.1.2 Органические
      • 6.1 Оптика
      • 6.2 Радиоэлектроника
      • 6.3 Прочие применения
      • 7.1 Цены

      
      

      История открытия и этимология

      
      

      
      

      В своём докладе о периодическом законе химических элементов в 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев предсказал существование нескольких неизвестных на то время химических элементов, в частности и германия. В статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, Д. И. Менделеев назвал неоткрытый элемент экасилицием (из-за его местонахождения в Периодической таблице) и предсказал его атомную массу и другие свойства.

      В 1885 году в Фрайберге (Саксония) в одной из шахт был обнаружен новый минерал аргиродит. При химическом анализе нового минерала немецкий химик Клеменс Винклер обнаружил новый химический элемент. Учёному удалось в 1886 году выделить этот элемент, также химиком была отмечена схожесть германия с сурьмой. Об открытии нового элемента Винклер сообщил в двухстраничной статье, датируемой 6 февраля 1886 года и предложил в ней имя для нового элемента Germanium и символ Ge. В последующих двух больших статьях 1886—1887 гг. Винклер подробно описал свойства германия.

      Первоначально Винклер хотел назвать новый элемент «нептунием», но это название было дано одному из предполагаемых элементов, поэтому элемент получил название в честь родины учёного — Германии.

      Путём анализа тетрахлорида германия GeCl₄ Винклер определил атомный вес германия, а также открыл несколько новых соединений этого металла.

      До конца 1930-х годов германий не использовался в промышленности. Во время Второй мировой войны германий использовался в некоторых электронных устройствах, главным образом в диодах.

      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.

      Получение чистого германия происходит методом зонной плавки, что делает его одним из самых химически чистых материалов.

      Промышленное производство германия в России

      
      

      Производство германия в промышленных масштабах в России началось в 1959 году, когда на Медногорском медно-серном комбинате (ММСК) был введён в действие цех переработки пыли. Специалисты комбината под руководством А. А. Бурбы в сотрудничестве с проектным институтом «Унипромедь» разработали и внедрили в производство уникальную химико-металлургическую технологию получения германиевого концентрата путём комплексной переработки пылей шахтных металлургических печей медеплавильного производства и золы от сжигания энергетических углей, служивших топливом для электростанции. После этого СССР смог полностью отказаться от импорта германия. Впервые в мировой практике было выполнено извлечение германия из медноколчеданных руд. Пуск промышленного цеха переработки пыли на ММСК относят к крупнейшим внедрениям в цветной металлургии XX века.

      В 1962 году по инициативе и при участии А. А. Бурбы аналогичное производство было создано также на Ангренском химико-металлургическом заводе (АХМЗ) в городе Ангрен в Узбекистане (ныне предприятие «Ангренэнергоцветмет»). Практически весь объём производства концентрата германия в СССР приходился на ММСК и АХМЗ. Создание крупномасштабного производства германия внесло значительный вклад в обеспечение экономической и оборонной безопасности страны. Уже в 1960-е годы Советский Союз смог отказаться от импорта германия, а в 1970-е начать его экспорт и стать мировым лидером по производству германия.

      Для переработки выпускавшегося на ММСК и АХМЗ германиевого концентрата в конечные продукты (чистый германий и его соединения) в 1961—1962 гг. на Красноярском аффинажном заводе (с 1967 г. — Красноярский завод цветных металлов, затем — ОАО «Красцветмет») был создан цех по производству германия (с 1991 г. — ОАО «Германий»). В 1962—1963 гг. цех производил 600 кг монокристаллического германия в год. В 1968—1969 гг., когда внутренние потребности в германии были обеспечены, СССР впервые начал экспортировать диоксид германия, а в 1970 г. начался также экспорт поликристаллического зонноочищенного германия. СССР удерживал мировое лидерство по производству германия, увеличив выпуск металла настолько, что до 40 % производства уходило на экспорт. После распада СССР, вплоть до 2010 г., ММСК оставался единственным производителем германиевого концентрата в России. С 2010 г. производство германия в концентрате на ММСК приостановлено, а оборудование законсервировано. Одновременно с этим начато производство германия в концентрате на ООО «Германий и приложения» в г. Новомосковске Тульской области.

      В 2000-х годах для получения германия в России используются германиеносные угли следующих месторождений: Павловское (Михайловский район Приморского края), Новиковское (Корсаковский городской округ Сахалинской области), Тарбагатайское (Петровск-Забайкальский район Забайкальского края). Германиеносные угли этих месторождений в среднем содержат 200 граммов германия на тонну.

      
      

      Аномальный пик на кривой теплоёмкости германия: 1 — экспериментальная кривая; 2 — дебаевская (колебательная) составляющая; 3 — аномальный остаток (разность кривой 1 и 2); 4,5,6 — больцмановские составляющие аномального остатка 3.

      Германий — хрупкий, серебристо-белый полуметалл. Кристаллическая решётка устойчивой при нормальных условиях аллотропной модификации — кубическая типа алмаза.

      Температура плавления 938,25 °C, температура кипения 2850 °C, плотность германия 5,33 г/см 3 .

      Теплоёмкость германия имеет аномальный вид, а именно, содержит пик над уровнем нормальной (колебательной) составляющей, который, как пишет Ф.Зейтц : «не может быть объяснён никакой теорией, предполагающей гуковский закон сил, ибо никакая суперпозиция эйнштейновских функций не даёт кривой с максимумом» и объясняется, как и аномальность поведения теплоёмкостей гафния, алмаза и графита, больцмановским фактором, контролирующим диффузионную (диссоциационную) компоненту.

      Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см 3 (25 °С), жидкого — 5,557 г/см 3 (1000 °С). Другие вещества, обладающие этим свойством — вода, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий, плутоний.

      Германий по электрофизическим свойствам является непрямозонным полупроводником.

      • Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
      • Ширина запрещённой зоны (при 300 К) E_g = 0,67 эВ
      • Собственная концентрация n_i=2,33⋅10 13 см −3
      • Эффективная масса:
        • электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀
        • электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀
        • дырок, тяжелых: m_hh=0,379m₀
        • дырок, легких: m_hl=0,042m₀

        Легированный галлием германий в виде тонкой плёнки переходит при низких температурах в сверхпроводящее состояние.

        Природный германий состоит из смеси пяти изотопов: 70 Ge (20,55 % ат.), 72 Ge (27,37 %), 73 Ge (7,67 %), 74 Ge (36,74 %), 76 Ge (7,67 %).

        Первые четыре изотопа стабильны, пятый ( 76 Ge) весьма слабо радиоактивен и испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58⋅10 21 лет.

        Искусственно получено 27 радиоизотопов с атомными массами от 58 до 89. Наиболее стабильным из радиоизотопов является 68 Ge, с периодом полураспада 270,95 суток. А наименее стабильным — 60 Ge, с периодом полураспада 30 мс.

        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.

        • Гидриды
          • Гермилен GeH₂
          • Герман GeH₄
          • Дигерман Ge₂H₆
          • Тригерман Ge₃H₈
          • Оксид германия (II) GeO
          • Оксид германия (IV) GeO₂
          • Гидроксид германия (II) Ge(OH)₂
          • Гидроксид германия (IV) Ge(OH)₄
          • Метагидроксид германия (IV) GeO(OH)₂
          • Галогениды
            • Бромид германия (IV) GeBr₄
            • Йодид германия (II) GeI₂
            • Йодид германия (IV) GeI₄
            • Фторид германия (IV) GeF₄
            • Хлорид германия (IV) GeCl₄

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

            В 2007 году основными потребителями германия были: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия.

            
            

            
            

            • Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм, оптических окон датчиков. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 микрон. Это диапазон для наиболее популярных инфракрасных матриц на микроболометрах используемых 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. Германий проигрывает по пропускающей способности света в диапазоне от 8 до 14 микрон сульфиду цинка. Однако германий в отличие от сульфида цинка продолжает пропускать порядка 25 % инфракрасного излучения до длины волны 23 микрона, поэтому является одним из основных материалов для длинноволновой инфракрасной оптики, обычно используемой в военных прицелах.
            • 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.
            • 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 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.
            • До 1970-х годов германий был основным полупроводниковым материалом электронной промышленности и широко использовался в производстве транзисторов и диодов. Впоследствии германий был полностью вытеснен кремнием. Германиевые транзисторы и 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. Кроме того, обратные токи у германиевых приборов имеют сильную зависимость от температуры, и 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. Также у германиевых приборов значительно выше шум и ниже температура, при которой происходит разрушение p-n-переходов. 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 сложнее. Диоды и транзисторы с индексами меньше 100, были германиевыми, от 100 до 199, — кремниевыми. Далее индексы зависели от частоты и мощности, причём, у транзисторов и диодов правила отличались. До конца 1960-х гг. германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно, в настоящее время германиевые диоды и транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми, как имеющими значительно лучшие эксплуатационные характеристики.
            • Сейчас в электронике германий используется в СВЧ-устройствах, как составная часть структур SiGe, позволяя достичь субтерагерцовых частот. Работы Жореса Алфёрова по структурам SiGe, в частности, заложили основу этого направления.
            • Теллурид германия применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).
            • Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.
            • В ювелирном сплаве Argentium® (серебро пробы 935 либо 960) германий является легирующим элементом, обеспечивающим формирование прозрачного и стойкого защитного оксидного слоя на поверхности изделий.

            Год	Цена ($/кг)
            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

            • Германий металлический $1200/кг
            • Германия диоксид $840/кг

            Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны.

            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

            Читайте также:

              
            • Металлические наличники входные двери
              
            • Воронение металла в домашних условиях кока колой
              
            • Класс сплошности металла это
              
            • Монтаж металлических оконных блоков
              
            • Резка металла на заводе