The germanium Jedná se o metaloidní prvek, který je reprezentován chemickým symbolem Ge a který patří do skupiny 14 periodické tabulky. Nachází se pod křemíkem a sdílí s ním mnoho svých fyzikálních a chemických vlastností; natolik, že kdysi se jmenoval Ekasilicio, což předpověděl sám Dmitrij Mendělejev.
Současný název dostal Clemens A. Winkler na počest své vlasti Německa. Germanie je tedy spojeno s touto zemí a je to první obraz, který evokuje v mysli ty, kteří ho příliš neznají..
Germanium, podobně jako křemík, se skládá z kovalentních krystalů trojrozměrných čtyřbokých mřížek s vazbami Ge-Ge. Podobně jej lze nalézt v monokrystalické formě, ve které jsou jeho zrna velká, nebo polykrystalická, složená ze stovek malých krystalů..
Je to polovodičový prvek při okolním tlaku, ale když stoupne nad 120 kbar, stane se z něj kovový allotrope; to znamená, že možná jsou vazby Ge-Ge rozbité a jsou uspořádány jednotlivě zabalené v moři jejich elektronů.
Je považován za netoxický prvek, protože s ním lze manipulovat bez jakéhokoli typu ochranného oděvu; ačkoli jeho vdechování a nadměrný příjem mohou u jednotlivců vést ke klasickým příznakům podráždění. Jeho tlak par je velmi nízký, takže je nepravděpodobné, že by kouř způsobil požár.
Anorganické (soli) a organické germania však mohou být pro tělo nebezpečné, a to navzdory skutečnosti, že jejich atomy Ge interagují záhadným způsobem s biologickými maticemi..
Není skutečně známo, zda lze organické germánium považovat za zázračný lék při léčbě určitých poruch jako alternativní medicíny. Vědecké studie však tato tvrzení nepodporují, ale odmítají je a označují tento prvek dokonce za karcinogenní..
Germanium není jen polovodič, který doprovází křemík, selen, gallium a celou řadu prvků ve světě polovodičových materiálů a jejich aplikací; Je také transparentní pro infračervené záření, což je užitečné pro výrobu tepelných detektorů z různých zdrojů nebo oblastí..
Rejstřík článků
Germanium bylo jedním z prvků, jejichž existenci předpověděl v roce 1869 ruský chemik Dmitrij Mendělejev ve své periodické tabulce. Prozatímně to nazval ekasilicon a umístil jej do prostoru na periodické tabulce mezi cínem a křemíkem..
V roce 1886 objevil Clemens A. Winkler germanie ve vzorku minerálu ze stříbrného dolu poblíž saského Freibergu. Byl to minerál zvaný argyrodit, který byl díky vysokému obsahu stříbra právě objeven v roce 1885.
Vzorek argyroditu obsahoval 73-75% stříbra, 17-18% síry, 0,2% rtuti a 6-7% nového prvku, který Winkler později pojmenoval germanium..
Mendělejev předpověděl, že hustota prvku, který má být objeven, by měla být 5,5 g / cm3 a jeho atomová hmotnost kolem 70. Ukázalo se, že jeho předpovědi jsou docela podobné předpovědím germania.
V roce 1886 se Winklerovi podařilo izolovat nový kov a zjistil, že je podobný antimonu, ale znovu zvážil a uvědomil si, že prvek, který objevil, odpovídá ekasilikonu..
Winkler pojmenoval prvek „germanium“, který pochází z latinského slova „germania“, což je slovo, které označovali Německo. Z tohoto důvodu Winkler pojmenoval nový prvek germanium po svém rodném Německu..
V roce 1887 Winkler určil chemické vlastnosti germania a atomovou hmotnost 72,32 zjistil analýzou čistého chloridu germania (GeCl4).
Mezitím Lecoq de Boisbaudran odvodil atomovou hmotnost 72,3 studiem jiskrového spektra prvku. Winkler připravil několik nových sloučenin z germania, včetně fluoridů, chloridů, sulfidů a dioxidů..
Ve 20. letech 20. století vedlo vyšetřování elektrických vlastností germania k vývoji vysoce čistého monokrystalického germania.
Tento vývoj umožnil použití germania v diodách, usměrňovačích a mikrovlnných radarových přijímačích během druhé světové války..
První průmyslová aplikace přišla po válce v roce 1947, s vynálezem germániových tranzistorů od Johna Bardeena, Waltera Brattaina a Williama Shockleye, které byly použity v komunikačních zařízeních, počítačích a přenosných rádiích..
V roce 1954 začaly vysoce čisté křemíkové tranzistory vytěsňovat germaniové tranzistory kvůli elektronickým výhodám, které vlastnily. A do šedesátých let germánské tranzistory téměř zmizely..
Germanium se ukázalo jako klíčová součást při výrobě infračervených (IR) čoček a oken. V 70. letech byly vyrobeny galvanické články z křemíku a germania (SiGe) (PVC), které zůstávají kritické pro satelitní provoz..
V 90. letech zvýšil vývoj a expanze vláknové optiky poptávku po germániu. Tento prvek se používá k vytvoření skleněného jádra kabelů z optických vláken.
Počínaje rokem 2000 vedly vysoce účinné PVC a světelné diody (LED), které používají germanie, ke zvýšení výroby a spotřeby germania..
Stříbřitě bílá a lesklá. Když je jeho pevná látka tvořena mnoha krystaly (polykrystalickými), má šupinatý nebo zvrásněný povrch, plný podtextů a stínů. Někdy může dokonce vypadat šedavě nebo černě jako křemík..
Za standardních podmínek je to polokovový prvek, křehký a kovový lesk..
Germanium je polovodič, který není příliš tvárný. Má vysoký index lomu pro viditelné světlo, ale je transparentní pro infračervené záření, používá se v oknech zařízení k detekci a měření tohoto záření..
72,63 u
32
938,25 ° C
2 833 ° C
Při pokojové teplotě: 5,323 g / cm3
Při teplotě tání (kapalina): 5,60 g / cm3
Germanium, jako křemík, galium, vizmut, antimon a voda, se při tuhnutí rozšiřuje. Z tohoto důvodu je jeho hustota větší v kapalném stavu než v pevném stavu..
36,94 kJ / mol
334 kJ / mol
23,222 J / (mol K)
Při teplotě 1 644 K je jeho tlak par pouze 1 Pa. To znamená, že jeho kapalina při této teplotě téměř nevydává žádné páry, takže to neznamená riziko vdechnutí..
2,01 na Paulingově stupnici
-První: 762 kJ / mol
-Za druhé: 1 537 kJ / mol
-Za třetí: 3 302,1 kJ / mol
60,2 W / (m K)
1 Ω · m při 20 ° C
3S cm-1
Diamagnetický
6,0 na Mohsově stupnici
Relativně stabilní. Není ovlivňován vzduchem při pokojové teplotě a oxiduje při teplotách nad 600 ° C.
6 10-1 N / m při 1673,1 K.
Oxiduje při teplotách nad 600 ° C za vzniku oxidu germaničitého (GeOdva). Z germania vznikají dvě formy oxidů: oxid germaničitý (GeOdva) a oxid germaničitý (GeO).
Sloučeniny germania obecně vykazují oxidační stav +4, i když u mnoha sloučenin se germánium vyskytuje v oxidačním stavu +2. Oxidační stav - 4 se vyskytuje například v germanidu hořečnatém (MgdvaGe).
Germanium reaguje s halogeny za vzniku tetrahalogenidů: tetrafluorid germánium (GeF4), plynná sloučenina; germaniumtetrajodid (GeI4), pevná sloučenina; chlorid germania (GeCl4) a tetrabromid germánium (GeBr4), obě kapalné sloučeniny.
Germanium je vůči kyselině chlorovodíkové inertní; ale je napaden kyselinou dusičnou a kyselinou sírovou. Ačkoli hydroxidy ve vodném roztoku mají malý účinek na germanie, snadno se rozpouští v roztavených hydroxidech za vzniku geronátů..
Germanium má podle své elektronické konfigurace čtyři valenční elektrony:
[Ar] 3d10 4 sdva 4pdva
Stejně jako uhlík a křemík jejich atomy Ge hybridizují své 4s a 4p orbitaly za vzniku čtyř sp hybridních orbitalů.3. S těmito orbitaly se spojují, aby uspokojily valenční oktet, a v důsledku toho mají stejný počet elektronů jako vzácný plyn stejné doby (krypton).
Tímto způsobem vznikají kovalentní vazby Ge-Ge, které mají čtyři pro každý atom a jsou definovány okolní čtyřstěny (s jedním Ge ve středu a ostatními na vrcholech). Posunem těchto čtyřstěnů podél kovalentního krystalu je tedy vytvořena trojrozměrná síť; který se chová, jako by to byla obrovská molekula.
Kovalentní krystal germania přijímá stejnou kubickou strukturu diamantu (a křemíku) zaměřenou na obličej. Tento allotrope je známý jako α-Ge. Pokud se tlak zvýší na 120 kbar (asi 118 000 atm), stane se krystalová struktura α-Ge tetragonální na střed těla (BCT, pro jeho zkratku v angličtině: Body-centered tetragonal).
Tyto krystaly BCT odpovídají druhému alotropu germania: β-Ge, kde jsou vazby Ge-Ge rozbity a uspořádány izolovaně, jako je tomu u kovů. Α-Ge je tedy polokovový; zatímco β-Ge je kovový.
Germanium může buď ztratit své čtyři valenční elektrony, nebo získat další čtyři, aby se stalo kryoelektronickým izoelektronickým..
Když ztrácí elektrony ve svých sloučeninách, říká se, že má kladná čísla nebo oxidační stavy, ve kterých se předpokládá existence kationtů se stejnými náboji jako tato čísla. Mezi nimi máme +2 (Gedva+), +3 (Ge3+) a +4 (Ge4+).
Například následující sloučeniny mají germánium s kladnými oxidačními čísly: GeO (Gedva+NEBOdva-), GeTe (gedva+Čajdva-), GedvaCl6 (Gedva3+Cl6-), GeOdva (Ge4+NEBOdvadva-) a GeSdva (Ge4+Sdvadva-).
Zatímco když ve svých sloučeninách získává elektrony, má negativní oxidační čísla. Mezi nimi nejběžnější je -4; to znamená, že se předpokládá existence aniontu Ge4-. U germanidů se to stává a jako jejich příklad máme Li4Ge (Li4+Ge4-) a MgdvaGe (Mgdvadva+Ge4-).
Germanium je relativně vzácný prvek v zemské kůře. Několik minerálů obsahuje jeho značné množství, z nichž můžeme zmínit: argyrodit (4AgdvaS · GeSdva), germanit (7CuS · FeS · GeSdva), briartit (CudvaFeGeS4), renierit a canfieldit.
Všichni mají něco společného: jsou to síra nebo sirné minerály. Proto v přírodě (nebo alespoň zde na Zemi) převládá germanium, podobně jako GeSdva a ne GeOdva (na rozdíl od svého protějšku SiOdva, oxid křemičitý, široce rozšířený).
Kromě výše zmíněných minerálů bylo zjištěno, že germanie se také nachází v uhelných ložiscích v hmotnostních koncentracích 0,3%. Některé mikroorganismy ho také mohou zpracovat a generovat malé množství GeHdva(CH3)dva a GeH3(CH3), které končí přemístěny směrem k řekám a mořím.
Germanium je vedlejším produktem při zpracování kovů, jako je zinek a měď. K jeho získání musí podstoupit řadu chemických reakcí, aby se snížila jeho síra na odpovídající kov; to znamená odnést GeSdva jeho atomy síry, takže zůstane jako Ge jednoduše.
Sirné minerály procházejí procesem pražení, při kterém se zahřívají spolu se vzduchem, aby došlo k oxidaci:
GeSdva + 3 O.dva → GeOdva + 2 SOdva
K oddělení germania od zbytku se transformuje na příslušný chlorid, který lze destilovat:
Geodva + 4 HCl → GeCl4 + 2 hdvaNEBO
Geodva + 2 Cldva → GeCl4 + NEBOdva
Jak je vidět, transformace může být provedena pomocí kyseliny chlorovodíkové nebo plynného chloru. GeCl4 pak hydrolyzuje zpět na GeOdva, takže se vysráží jako bělavá pevná látka. Nakonec oxid reaguje s vodíkem a redukuje se na kovové germánium:
Geodva + 2 hdva → Ge + 2 HdvaNEBO
Snížení, které lze provést také uhlím:
Geodva + C → Ge + COdva
Získané germánium sestává z prášku, který je formován nebo utlačován do kovových tyčí, ze kterých lze pěstovat zářivé krystaly germania..
Germanium nemá v přírodě žádný izotop velké hojnosti. Místo toho má pět izotopů, jejichž hojnost je relativně nízká: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) a 76Ge (7,75%). Všimněte si, že atomová hmotnost je 72 630 u, což je průměr všech atomových hmot s příslušným množstvím izotopů.
Izotop 76Ge je ve skutečnosti radioaktivní; ale jeho poločas je tak skvělý (t1/2= 1,78 × 10dvacet jedna let), což je prakticky jeden z pěti nejstabilnějších izotopů germania. Jiné radioizotopy, jako např 68Ge a 71Ge, oba syntetické, mají kratší poločasy rozpadu (270,95 dne, respektive 11,3 dne).
Environmentální rizika pro germanie jsou poněkud kontroverzní. Protože je to mírně těžký kov, mohlo by jeho šíření z vodorozpustných solí způsobit poškození ekosystému; to znamená, že zvířata a rostliny mohou být ovlivněny konzumací iontů Ge3+.
Elementární germánium je bezpečné, pokud není práškové. Pokud je v prachu, může jej proud vzduchu táhnout ke zdrojům tepla nebo vysoce oxidujícím látkám; a v důsledku toho existuje riziko požáru nebo výbuchu. Stejně tak mohou jeho krystaly skončit v plicích nebo očích a způsobit vážné podráždění..
Osoba může bezpečně manipulovat s germaniovým diskem ve své kanceláři bez obav z jakékoli nehody. Totéž však nelze říci o jeho anorganických sloučeninách; tj. jeho soli, oxidy a hydridy. Například GeH4 nebo germánský (analogicky k CH4 a YesH4), je to velmi dráždivý a hořlavý plyn.
Nyní existují organické zdroje germania; Mezi nimi lze zmínit 2-karboxyethylgermasquioxan nebo germanium-132, alternativní doplněk známý pro léčbu určitých onemocnění; ačkoli s důkazy zpochybňovanými.
Některé z léčivých účinků připisovaných germaniu-132 je posílení imunitního systému, a proto pomáhá v boji proti rakovině, HIV a AIDS; reguluje funkce těla a zlepšuje stupeň okysličení v krvi, eliminuje volné radikály; a také léčí artritidu, glaukom a srdeční choroby.
Organické germanie je však spojováno s vážným poškozením ledvin, jater a nervového systému. To je důvod, proč existuje latentní riziko, pokud jde o konzumaci tohoto doplňku germania; I když existují lidé, kteří to považují za zázračný lék, existují i další, kteří varují, že nenabízí žádný vědecky prokázaný přínos.
Germanium je transparentní pro infračervené záření; to znamená, že jím mohou projít, aniž by byli absorbováni.
Díky tomu byly vyrobeny germánské brýle a čočky pro infračervená optická zařízení; například ve spojení s infračerveným detektorem pro spektroskopickou analýzu, v čočkách používaných v daleko infračervených kosmických dalekohledech ke studiu nejvzdálenějších hvězd ve vesmíru nebo ve světelných a teplotních senzorech.
Infračervené záření je spojeno s molekulárními vibracemi nebo zdroji tepla; takže zařízení používaná ve vojenském průmyslu k prohlížení cílů pomocí nočního vidění mají součásti vyrobené z germania.
Germánium jako polovodičový metaloid se používá k výrobě tranzistorů, elektrických obvodů, světelných diod a mikročipů. V posledně jmenovaném začali slitiny germanium-křemík a dokonce i germanium nahrazovat křemík, takže lze navrhovat menší a výkonnější obvody..
Jeho rez, GeOdva, Díky vysokému indexu lomu se přidává do brýlí, aby je bylo možné použít v mikroskopii, širokoúhlých objektivech a optických vláknech..
Germanium nejen nahradilo křemík v určitých elektronických aplikacích, ale může být také spojeno s arsenidem gália (GaAs). Tento metaloid je tedy přítomen také v solárních panelech.
GeOdva byl použit jako katalyzátor pro polymerační reakce; například v případě, který je nezbytný pro syntézu polyethylentereftalátu, plastu, z něhož se vyrábějí lesklé lahve prodávané v Japonsku.
Podobně nanočástice jejich platinových slitin katalyzují redoxní reakce, při nichž dochází k tvorbě plynného vodíku, což zvyšuje účinnost těchto galvanických článků..
Nakonec bylo zmíněno, že existují slitiny Ge-Si a Ge-Pt. Kromě toho mohou být jeho atomy Ge přidány ke krystalům jiných kovů, jako je stříbro, zlato, měď a berylium. Tyto slitiny vykazují větší tažnost a chemickou odolnost než jejich jednotlivé kovy..
Zatím žádné komentáře