Saksan historia, ominaisuudet, rakenne, hanki, käyttää

Hän germanium Se on metalloidielementti, jota edustaa GE -kemiallinen symboli ja joka kuuluu jaksollisen taulukon ryhmään 14. Se on piin alla ja jakaa tämän monien sen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien kanssa; Niin paljon, että hänen nimensä oli Ekasilicio, jonka Dmitri Mendelev itse ennustaa.

Clemens antoi hänen nykyisen nimensä. Winkler, hänen kotimaansa Saksan kunniaksi. Siksi Germanio on yhteydessä tähän maahan, ja se on ensimmäinen kuva, joka herättää mielen, joka ei tiedä sitä liikaa.

Saksalainen ultra -näyte. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä [CC 3: lla.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]

Germanio, kuten pii. Samoin sitä löytyy monokriteettistä muodosta, jossa sen jyvät ovat suuria tai polyristaliinia, jotka koostuvat sadoista pienistä kiteistä.

Se on puolijohde -elementti ympäröivän paineessa, mutta kun se nousee 120 kbarin yläpuolelle, siitä tulee metallialotrooppi; Toisin sanoen GE-GE-sidokset ovat mahdollisesti rikki ja ne ovat saatavilla erikseen käärittynä elektronien mereen.

Sitä pidetään ei -toksisena elementtinä, koska sitä voidaan manipuloida ilman suojavaateita; Vaikka sen hengitys ja liiallinen saanti voivat johtaa klassisiin ärsytyksen oireisiin yksilöillä. Höyryn paine on erittäin alhainen, joten on epätodennäköistä, että savusi voi aiheuttaa tulen.

Epäorgaaniset saksalaiset (suolat) ja orgaaniset voivat kuitenkin olla vaarallisia organismille huolimatta siitä, että heidän GE -atomit ovat vuorovaikutuksessa salaperäisesti biologisten matriisien kanssa.

Ei oikeastaan ​​tiedetä, voidaanko orgaanista germaniota pitää ihmeellisenä parannuksena tiettyjen häiriöiden käsittelemiseksi vaihtoehtoisena lääketieteenä. Tieteelliset tutkimukset eivät kuitenkaan tue näitä lausuntoja, vaan hylkäävät ne ja kutsuvat tätä elementtiä jopa syöpää aiheuttajana.

Germanio ei ole vain puolijohde, mukana oleva pii, seleeni, gallium ja koko sarja elementtejä puolijohdemateriaalien ja niiden sovellusten maailmassa; Mutta se on myös läpinäkyvä infrapunasäteilylle, joten se on hyödyllinen eri lähteiden tai alueiden lämmönilmaisimien valmistuksessa.

[TOC]

Historia

Mendeleev -ennusteet

Germanio oli yksi niistä elementeistä, joiden olemassaolon ennusti vuonna 1869 venäläisen kemisti Dmitri Mendeleev hänen jaksollisessa taulukossaan. Väliaikaisesti nimeltään Ekasilicio ja asetti sen avaruuteen jaksollisessa taulukossa tinan ja piin välissä.

Vuonna 1886 Clemens a. Winkler löysi Germanion mineraalinäytteestä hopeakaivosta lähellä Freibergia, Saksi. Se oli mineraali nimeltään Argirodita, korkeasta hopeapitoisuudestaan ​​ja löydettiin äskettäin vuonna 1885.

Argirodit-näyte sisälsi 73-75% hopeaa, 17-18% rikkiä, 0,2% elohopeaa ja 6-7% uudesta elementistä, jonka myöhemmin Winkler nimitti Germanio.

Mendeleev oli ennustanut, että löydettävän elementin tiheyden on oltava 5,5 g/cm³ ja sen atomipaino noin 70. Hänen ennusteensa osoittautuivat melko lähellä Germanion esittämiä.

Eristys ja nimi

Vuonna 1886 Winkler pystyi eristämään uuden metallin ja löysi sen samanlaisena kuin antimoni, mutta harkitsi uudelleen ja huomasi, että hänen löytämänsä elementti vastasi Ekasilicioa.

Winkler nimitti 'Germanio' -elementin, joka oli peräisin latinalaisesta sanasta 'germania', sanasta, jonka he käyttivät Saksaan. Tästä syystä Winkler nimitti uuden elementin Germanioksi kotimaansa, Saksan kunniaksi.

Sen ominaisuuksien määrittäminen

Vuonna 1887 Winkler määritteli Germanion kemialliset ominaisuudet, löytäen atomipainon 72,32 puhdasta saksa -tetrakloridia (GECL₄-A.

Samaan aikaan Lecoq de Boisbaudran päätti atomipainon 72,3 tutkimalla elementin kipinäspektriä. Winkler valmisti useita uusia germaniumyhdisteitä, mukaan lukien fluoridit, kloridit, sulfidit ja dioksidit.

1920 -luvulla Germanion sähköominaisuuksien tutkimus tuotti korkean puhtauden yksivärisen saksan kehityksen.

Tämä kehitys mahdollisti saksan käytön diodeissa, tasasuuntaajissa ja mikroaaltotutkareseptoreissa toisen maailmansodan aikana.

Sovellusten kehittäminen

Ensimmäinen teollisuushakemus tapahtui sodan jälkeen vuonna 1947 John Bardeenin, Walter Brattainin ja William Shockleyn keksimällä Germanion transistorit, joita käytettiin viestinnässä, tietokoneissa ja kannettavissa radioissa.

Voi palvella sinua: neutraali atomi

Vuonna 1954 korkea puhtaus pii -transistorit alkoivat siirtyä Germanion transistoreihin heidän hallussaan olevien sähköisten etujen takia. Ja 1960 -luvulla Germanio -transistorit olivat käytännössä kadonneet.

Germanio osoittautui avainkomponenttiin infrapuna -linssien ja ikkunoiden (IR) kehittämisessä (IR). 1970 -luvulla tuotettiin pii- ja germanion (SIGE) voltaatisoluja (PVC), jotka ovat edelleen kriittisiä satelliittitoiminnassa.

1990 -luvulla kuituoptiikan kehitys ja laajeneminen lisäsi Germanion kysyntää. Elementtiä käytetään kuituoptisten kaapeleiden lasin muodostamiseen.

Vuodesta 2000 lähtien Germanioa käyttävät korkean tehokkuuden PVC: t ja valoa säteilevät diodeja (LED) tuottivat Germanion tuotannon ja kulutuksen lisääntymisen.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Ulkomuoto

Hopea ja kirkas valkoinen. Kun niiden kiinteä muodostuu monilla kiteillä (polyristaliini), se näyttää surkealta tai ryppyiseltä pinnalta, täynnä visioita ja varjoja. Joskus voit jopa antaa niin harmahtavan tai mustan kuin pii.

Tavallisissa olosuhteissa se on puolimetalli, hauras ja metallinen kirkkauselementti.

Germanio on puolijohde, ei kovin taipuisa. Sillä on korkea taittumisindeksi näkyvälle valolle, mutta se on läpinäkyvä infrapunasäteilylle, jota käytetään laitteiden ikkunoissa näiden säteilyn havaitsemiseksi ja mittaamiseksi.

Vakioatomipaino

72,63 u

Atominumero (z)

32

Sulamispiste

938,25 ºC

Kiehumispiste

2.833 ºC

Tiheys

Huoneenlämpötilassa: 5 323 g/cm³

Sulamispisteessä (neste): 5,60 g/cm³

Saksa sekä pii, gallium, vismutti, antimoni ja vesi laajenevat kiinteyttämään. Tästä syystä sen tiheys on suurempi nestemäisessä tilassa kuin kiinteässä.

Sulamislämpö

36,94 kJ/mol

Höyrystyslämpö

334 kJ/mol

Molaarinen kalorikapasiteetti

23 222 J/(mol · k)

Höyrynpaine

Lämpötilassa 1.644 k höyrynpaine on vain 1 pa. Tämä tarkoittaa, että nestesi emittoi tuskin höyryä kyseisessä lämpötilassa, joten se ei tarkoita riskiä, ​​jota pidetään hengityksenä.

Elektronegatiivisuus

2.01 Pauling -asteikolla

Ionisaatioenergiat

-Ensimmäinen: 762 kJ/mol

-Toiseksi: 1.537 kJ/mol

-Kolmas: 3.302,1 kJ/mol

Lämmönjohtokyky

60,2 w/(m · k)

Sähkövastus

1 ω · m - 20 ºC

Sähkönjohtavuus

3 s cm^-1

Magneettinen järjestys

Diagneettinen

Kovuus

6.0 MOHS -asteikolla

Vakaus

Suhteellisen vakaa. Ilma ei vaikuta siihen huoneenlämpötilassa ja hapettuu yli 600 ºC: n lämpötiloissa.

Pintajännitys

6 · 10^-1 N/m a 1.673,1 K

Reaktiivisuus

Hapettaa yli 600 ºC: n lämpötiloissa saksalaisen dioksidin muodostamiseksi (GEO₂-A. Germanio on peräisin kahdesta oksidimuodosta: Germanion dioksidi (Geo₂) ja Germanio (GEO) -monoksidi.

Germaniumyhdisteillä on yleensä hapettumistila + 4, vaikka monissa yhdisteissä germanio esitetään hapetustilassa +2. Hapetustila - 4 esitetään, esimerkiksi Saksan magnesiumissa (MG₂Ge).

Germanio reagoi halogeenien kanssa Tetrahalurosin muodostamiseksi: Germanio Tetrafluoride (GEF₄), kaasumainen yhdiste; Germanio Tetrayoduro (kasvihuonekaasupäästö₄), kiinteä yhdiste; Germanio -tetrakloridi (GECL₄) ja Germanio Tetrabromuro (GEBR₄), Molemmat nestemäiset yhdisteet.

Germanio inertti suolahappoa vastaan; Mutta typpihappo ja rikkihappo hyökkäävät sitä. Vaikka vesiliuoksen hydroksidit ovat juurikaan vaikutuksia Germanioon, se liukenee helposti sulateisiin hydroksideihin saksalaisten muodostamiseksi.

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Germanio ja sen linkit

Germaniossa on neljä Valencian elektronia sähköisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D¹⁰ 4S² 4P²

Kuten hiili ja piili³. Näiden orbitaalien kanssa ne on kytketty Valencian oktetin tyydyttämiseen ja siten niillä on sama määrä elektroneja kuin saman ajanjakson jalokaasu (Kripton).

Tällä tavoin syntyy GE-GE-kovalenttisia sidoksia, ja ollessaan neljä heistä jokaiselle atomille, Tetrahedrabic-ympäristö on määritelty (GE: n keskellä ja muut kärjessä). Siten kolmiulotteinen verkko vahvistetaan näiden tetraedran siirtymisen vuoksi kovalenttia lasia pitkin; joka käyttäytyy ikään kuin se olisi valtava molekyyli.

Alotrooppit

Germanion kovalenttinen lasi omaksuu saman kuutiometrin rakenteen, joka on keskittynyt timanttipinnoille (ja piille). Tämä alotrooppi tunnetaan nimellä α-Ge. Jos paine nousee jopa 120 kbariin (noin 118.000 atm), α-GE: n kiteisestä rakenteesta tulee tetragonaalinen, joka on keskittynyt runkoon (BCT).

Se voi palvella sinua: natriumsyanidi (NACN): rakenne, ominaisuudet, riskit, käyttötarkoitukset

Nämä BCT-kiteet vastaavat Germanion toista alotrooppista: β-Ge, jossa GE-GE-yhteydet ovat rikki ja eristetään, kuten metallien kanssa tapahtuu. Siten α-Ge on puolimetallinen; Vaikka β-GE on metallinen.

Hapetusluvut

Germanio voi hyvinkin menettää neljä Valencian elektronia tai voittaa vielä neljä tullakseen isolektroniksi Kriptonin kanssa.

Yhdisteissä se menettää elektroneja, sanotaan, että sillä on positiivisia hapettumislukuja tai tiloja, joissa kationien olemassaolo oletetaan samoilla kuormilla kuin nämä numerot. Näistä meillä on +2 (ge²⁺), +3 (GE³⁺) ja +4 (GE⁴⁺-A.

Esimerkiksi seuraavissa yhdisteissä on saksa, jolla on positiivisia hapettumislukuja: GEO (GE²⁺JOMPIKUMPI^2-), Ge (ge²⁺Teetä^2-), GE₂Cl₆ (GE₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (GE⁴⁺JOMPIKUMPI₂^2-) ja ges₂ (GE⁴⁺S₂^2--A.

Vaikka elektronit saavat yhdisteissään, sillä on negatiiviset hapettumisluvut. Niistä yleisin on -4; eli GE: n olemassaolo^4-. Saksalaisissa näin tapahtuu, ja esimerkkeinä heistä on li₄GE (Li₄⁺Ge^4-) ja mg₂GE (MG₂²⁺Ge^4--A.

Missä se on ja saa

Rikkipäällyste

Argirodite mineraalinäyte, vähän runsautta, mutta ainutlaatuinen malmi Germanion uuttamiseen. Lähde: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Germanio on suhteellisen harvinainen elementti maankuoressa. On vähän mineraaleja, jotka sisältävät huomattavan määrän siitä, joista voimme mainita: Argirodita (4AG₂S · ges₂), Germanita (7Cus · Fest₂), Briartita (Cu₂Kuvat₄), Renierita ja Canfieldita.

Heillä kaikilla on jotain yhteistä: ne ovat rikki- tai rikki -mineraaleja. Siksi Germanio hallitsee luonteeltaan (tai ainakin täällä maan päällä), eleinä₂ Eikä Geo₂ (Päinvastoin kuin hänen kollegansa SIO₂, piidioksidi, laajalti levitetty).

Edellä mainittujen mineraalien lisäksi Germanio on havaittu myös 0,3%: n massapitoisuuksina hiilitalletuksissa. Jotkut mikro -organismit voivat myös käsitellä sitä pienten määrien geh -määrien tuottamiseksi₂(CH₃-A₂ ja Geh₃(CH₃), jotka päätyvät jokiin ja meriin siirtymään.

Germanio on toissijainen tuote metallinprosessoinnista, kuten sinkki ja kupari. Saadaksesi sen, sinun on kärsittävä sarja kemiallisia reaktioita sulfidin vähentämiseksi vastaavassa metallissa; eli vie GE: t₂ sen rikkiatomit niin, että se on yksinkertaisesti GE.

Paahdettu

Rikkimineraalit altistetaan paahdetulle prosessille, jossa ne kuumenevat ilman kanssa niin, että hapetukset tapahtuvat:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 niin₂

Saksan erottamiseksi jäännöksestä tulee sen vastaava kloridi, joka voidaan tislata:

Geo₂ + 4 HCL → GECL₄ + 2 h₂JOMPIKUMPI

Geo₂ + 2 Cl₂ → GECL₄ + JOMPIKUMPI₂

Kuten voidaan nähdä, muutos voidaan suorittaa käyttämällä suolahappoa tai kloorikaasua. GECL₄ Sitten se hydrolysoidaan jälleen geoon₂, Joten saostuu kuin valkeahko kiinteä. Lopuksi oksidi reagoi vedyn kanssa metallisen germaniumin vähentämiseksi:

Geo₂ + 2 h₂ → ge + 2 h₂JOMPIKUMPI

Vähennys, joka voidaan tehdä myös hiilellä:

Geo₂ + C → ge + co₂

Saatu Germanio koostuu jauhesta, joka on valettu tai Apisona metallipalkkeissa, joista germaniokiteet voivat kasvaa.

Isotoopit

Germaniolla ei ole luonnossa mitään suuren runsauden isotooppia. Sen sijaan siinä on viisi isotooppia, joiden runsaat ovat suhteellisen alhaiset: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) ja ⁷⁶GE (7,75%). Huomaa, että atomipaino on 72 630 U, joka on keskimäärin kaikki atomimassat, joissa on vastaavat isotooppien määrät.

Isotooppi ⁷⁶GE on oikeastaan ​​radioaktiivinen; Mutta hänen puoli -elämänsä on niin suuri (t_1/2= 1.78 × 10^{kaksikymmentäyksi} vuotta), joka käytännössä on viiden vakaimman germanium -isotooppien joukossa. Muut radioisotoopit, kuten ⁶⁸Ge ja ⁷¹GE, molemmat synteettiset, on lyhyempi puoli -elämäajat (vastaavasti 270,95 päivää ja 11,3 päivää).

Voi palvella sinua: 20 esimerkkiä kemiallisesta sublimaatiosta ja ominaisuuksista

Riskejä

Perus- ja epäorgaaninen saksalainen

Germaniumympäristöt ovat hiukan kiistanalaisia. Koska ionit ovat hiukan raskasmetallina, veden liukoisten suolojen leviäminen voi rikkoa ekosysteemiä; Eli GE: n käyttäminen voi vaikuttaa eläimiin ja kasveihin³⁺.

Elemental Germanio ei edusta riskiä niin kauan kuin se ei ole jauhettu. Jos se on jauhettu, ilmavirta voi vetää sen lämpölähteisiin tai erittäin hapettaviin aineisiin; Ja näin ollen on palo- tai räjähdysriski. Lisäksi niiden kiteet voivat päättyä keuhkoihin tai silmiin aiheuttaen voimakkaita ärsytyksiä.

Henkilö voi hiljaa manipuloida saksalaista albumia toimistossaan huolehtimatta onnettomuudesta. Samaa ei kuitenkaan voida sanoa sen epäorgaanisista yhdisteistä; eli niiden suolat, oksidit ja hydridit. Esimerkiksi geh₄ tai saksa (analoginen CHO: n kanssa₄ Ja kyllä₄), Se on melko ärsyttävä ja syttyvä kaasu.

Orgaaninen saksalainen

Nyt on orgaanisia germaniumlähteitä; Niiden joukossa se voidaan mainita 2-karboksyetyyliesilmasquioxan tai Germanio-132, vaihtoehtoinen lisäosa, joka tunnetaan tiettyjen vaivojen hoitamisesta; Vaikka todisteilla on epävarma.

Jotkut Germanio-132: lle annetuista lääkevaikutuksista on immuunijärjestelmän vahvistaminen, joten se auttaa torjumaan syöpää, HIV: tä ja apuvälineitä; Kehon toiminnot, samoin kuin veren hapetusaste, eliminoi vapaat radikaalit; Ja parantaa myös niveltulehduksia, glaukoomaa ja sydänsairauksia.

Orgaaninen germanio on kuitenkin liitetty vakaviin vaurioihin munuaisten, maksan ja hermoston kanssa. Siksi on piilevä riski kuluttaessasi tätä Germanio -lisäystä; Vaikka on niitä, jotka pitävät sitä ihmeellisenä parannuksena, on muitakin, jotka varoittavat, että se ei tarjoa tieteellisesti todistettuja etuja.

Sovellukset

Infrapunaoptiikka

Jotkut infrapunasäteilyanturit on valmistettu Germaniosta tai niiden seoksista. Lähde: Adafruit Industries Flickrin kautta.

Germanio on läpinäkyvä infrapunasäteilylle; eli he voivat siirtää sen imeytymättä.

Tämän ansiosta on rakennettu Germanio -linssit ja lasi optisiin infrapunalaitteisiin; Esimerkiksi yhdessä IR -ilmaisimen kanssa spektroskooppista analyysiä varten, linsseissä, joita käytettiin etäällä infrapuna -alueellisissa teleskoopeissa, maailmankaikkeuden kauimpana tähtiä tai valo- ja lämpötila -antureita.

Infrapunasäteily liittyy molekyylin värähtelyihin tai lämpölähteisiin; Joten armeijan teollisuudessa käytetyt laitteet visualisoimaan tavoitteet Night Vision -sovelluksella on komponentteja, jotka on tehty Germanion kanssa.

Puolijohdemateriaali

Germanio -diodeja, jotka on kapseloitu lasiin ja joita käytetään 60- ja 70 -luvuilla. Lähde: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Saksaa puolijohteen metalloidina on käytetty transistorien, sähköpiirien, valoa säteilevien diodien ja mikrosirujen rakentamiseen. Jälkimmäisessä saksalainen-Silicio-seokset ja jopa Germanio ovat yksin alkaneet korvata piin, jotta yhä pienemmät ja voimakkaammat piirit voidaan suunnitella pienempiä ja enemmän.

Oksidisi, geo₂, Korkean taitekerroksensa vuoksi lasi lisätään siten, että niitä voidaan käyttää mikroskopiassa, suuressa kulmassa ja optisessa kuidussa.

Germanio ei ole vain korvannut piitä tietyissä elektronisissa sovelluksissa, vaan se voidaan myös yhdistää Gallium Arseniuron (GAAS) kanssa. Siten tätä metalloidia on läsnä myös aurinkopaneeleissa.

Katalyytit

Geo₂ Sitä on käytetty katalysaattorina polymerointireaktioille; Esimerkiksi tarvittaessa polyeteenitereftalaatin synteesiä varten, muovi, jonka kanssa japanissa markkinoidut kirkkaat pullot valmistetaan.

Myös niiden seosten nanohiukkaset platina katalysoi redox -reaktioita, joissa niihin liittyy kaasumaisen vedyn muodostuminen, palauttamalla nämä tehokkaammat voltaatisolut.

Seokset

Lopuksi on mainittu, että GE-Si- ja GE-PT-seoksia on. Tämän lisäksi niiden GE -atomit voidaan lisätä muiden metallien kiteisiin, kuten hopea, kulta, kupari ja beryllium. Nämä seokset osoittavat suurempaa taipuisuutta ja kemiallista resistenssiä kuin niiden yksittäiset metallit.

Viitteet

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Germanium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Fysiikka OPENLAB. (2019). Pii- ja germanium -kiderakenne. Toipunut: Physicsopenlab.org
4. Susan York Morris. (19. heinäkuuta 2016). On germanium ihmeen parantamiseen? Healthline -keskiarvo. Toipunut: Healthline.com
5. Lentech b.V. (2019). Aikataulukko: Germanium. Toipunut: lentech.com
6. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Germanium. Pubchem -tietokanta. CID = 6326954. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus
7. DR. Doug Stewart. (2019). Germaniumelementit. Kemikooli. Toipunut: Chemicool.com
8. Emil Venere. (8. joulukuuta 2014). Germanium tulee kotiin Purdueen puolijohdevirtakiveä varten. Toipunut: Purdue.Edu
9. Marques Miguel. (S.F.-A. Germanium. Toipunut: Nautilus.Fis.UC.Pt
10. Rosenberg, E. Rev Environment Sci Biotechnol. (2009). Germanium: Ympäristö, merkitys ja spesifikaatio. 8: 29. doi.org/10.1007/S11157-008-9143-X