Germanio História, vlastnosti, štruktúra, získanie, použitia

On germánsko Je to metaloidný prvok, ktorý predstavuje chemický symbol GE a ktorý patrí do skupiny 14 periodickej tabuľky. Je pod silikónom a zdieľa s týmto mnohým z jeho fyzikálnych a chemických vlastností; Natoľko, že jeho meno bolo Ekasilicio, predpovedané samotným Dmitri Mendelev.

Jeho súčasné meno dal Clemens. Winkler, na počesť jeho vlasti Nemecko. Preto je germánio spojený s touto krajinou a že je to prvý obraz, ktorý evokuje myseľ, ktorá ju príliš nepozná.

Germanio ultra vzorka. Zdroj: Hi-RES obrázky chemických prvkov [CC po 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)]

Germanio, ako kremík. Podobne sa nachádza v monochryštalickej forme, v ktorej sú jeho zrná veľké alebo polyristalín zložené zo stoviek malých kryštálov.

Je to polovodičový prvok pri okolitom tlaku, ale keď stúpa nad 120 kbar, stáva sa kovovým alotropom; To znamená, že Ge-Ge Bonds sú pravdepodobne rozbité a sú k dispozícii individuálne zabalené do mora svojich elektrónov.

Považuje sa za netoxický prvok, pretože ho možno manipulovať bez ochranného oblečenia; Aj keď jeho vdýchnutie a nadmerný príjem môžu viesť k klasickým príznakom podráždenia jednotlivcov. Váš tlak pary je veľmi nízky, takže je nepravdepodobné, že váš dym môže spôsobiť oheň.

Anorganickí Nemci (soli) a organické však môžu byť pre organizmus nebezpeční, napriek tomu, že ich atómy GE záhadne interagujú s biologickými matkami.

Nie je skutočne známe, či sa organické germánio možno považovať za zázračné liečenie na zaobchádzanie s určitými poruchami ako s alternatívnym liekom. Vedecké štúdie však tieto výroky nepodporujú, ale odmietajú ich a nazývajú tento prvok aj ako karcinogénny.

Germanio nie je len polovodičom, sprievodným kremíkom, selénom, galliom a celým radom prvkov vo svete polovodičových materiálov a ich aplikácií; ale je tiež priehľadné pre infračervené žiarenie, takže je užitočné pri výrobe tepelných detektorov rôznych zdrojov alebo regiónov.

[TOC]

História

Mendeleev predpovede

Germanio bol jedným z prvkov, ktorých existencia predpovedala v roku 1869 ruský chemik Dmitri Mendeleev vo svojom periodickom stole. Dočasne nazývané Ekasilicio a umiestnite ho do priestoru v periodickej tabuľke medzi cínu a kremíkom.

V roku 1886 Clemens a. Winkler objavil Germanio v minerálnej vzorke striebornej bane neďaleko Freiberg v Sasku. Bol to minerál nazývaný Argirodita, pre svoj vysoký obsah striebra a novo objavený v roku 1885.

Vzorka Argirodita obsahovala 73-75% striebro, 17-18% síry, 0,2% ortuť a 6-7% nového prvku, ktorý neskôr Winkler pomenoval Germanio.

Mendeleev predpovedal, že hustota prvku, ktorý sa má objaviť, musí byť 5,5 g/cm³ a jeho atómová hmotnosť okolo 70. Ukázalo sa, že jeho predpovede sú celkom blízko k predpovedám, ktoré prezentoval Germanio.

Izolácia a meno

V roku 1886 bol Winkler schopný izolovať nový kov a zistil, že je podobný antimónu, ale prehodnotil a uvedomil si, že prvok, ktorý objavil, zodpovedal Ekasilicio.

Winkler pomenoval prvok „germanio“ pochádza z latinského slova „Germania“, čo nazývalo Nemecko. Z tohto dôvodu Winkler vymenoval nový prvok za Germanio na počesť svojej rodnej krajiny v Nemecku.

Určenie jeho vlastností

V roku 1887 Winkler určil chemické vlastnosti Germania a našli atómovú hmotnosť 72,32 prostredníctvom analýzy čistého germanio tetrachloridu (GECL₄).

Medzitým Lecoq de Boisbaudran odvodil atómovú hmotnosť 72,3 štúdiom iskrového spektra prvku. Winkler pripravil niekoľko nových zlúčenín germánia vrátane fluoridov, chloridov, sulfidov a oxidov.

V 20. rokoch 20. storočia výskum v oblasti elektrických vlastností spoločnosti Germanio priniesol vývoj monochronického germána s vysokou čistotou.

Tento vývoj umožnil použitie germániu v diódach, usmerňovačoch a mikrovlnných radarových receptoroch počas druhej svetovej vojny.

Vývoj vašich aplikácií

Prvá priemyselná aplikácia sa uskutočnila po vojne v roku 1947 s vynálezom Germanovských tranzistorov Johna Bardeenom, Walterom Brattainom a Williamom Shockleym, ktoré sa používali v komunikáciách, počítačoch a prenosných rádiách.

Môže vám slúžiť: neutrálny atóm

V roku 1954 sa kremíkové tranzistory s vysokou čistotou začali sťahovať do Germanovských tranzistorov kvôli elektronickým výhodám, ktoré vlastnili. A v 60. rokoch 20. storočia Germanio Tranzistors prakticky zmizli.

Germanio sa ukázalo byť kľúčovou súčasťou rozpracovania infračervených šošoviek a okien (IR). V 70. rokoch 20. storočia sa vytvorili voltaické bunky (PVC) kremíka a germanio (SIGE), ktoré zostávajú kritické pre satelitné operácie.

V 90. rokoch 20. storočia rozvoj a rozširovanie optiky vlákien zvýšili dopyt po germániu. Prvok sa používa na vytvorenie skleneného jadra káblov z optických vlákien.

Od roku 2000, vysoko účinné PVC a diódy emitujúce svetlo (LED), ktoré používajú Germanio, zvýšili výrobu a spotrebu germániu.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vzhľad

Strieborné a jasne biele. Keď je ich tuhá látka tvorená mnohými kryštálmi (polyristalín), vyzerá to scmous alebo pokrčený povrch, plný vízií a tieňov. Niekedy môžete dokonca zjaviť, že by ste boli rovnako šedí alebo čierni ako kremík.

V štandardných podmienkach je to semimetalický, krehký a kovový svet.

Germanio je polovodič, nie príliš ťažný. Má vysoký index lomu pre viditeľné svetlo, ale je priehľadný pre infračervené žiarenie, ktorý sa používa v oknách zariadení na detekciu a meranie tohto žiarenia.

Štandardná hmotnosť

72,63 u

Atómové číslo (z)

32

Bod topenia

938,25 ° C

Bod varu

2.833 ° C

Hustota

Pri izbovej teplote: 5 323 g/cm³

V bode topenia (kvapalina): 5,60 g/cm³

Germanio, ako aj kremík, gallium, bizmut, antimón a voda sa rozširuje na stuhnutie. Z tohto dôvodu je jeho hustota väčšia v kvapalnom stave ako v tuhej farbe.

Fúzne teplo

36,94 kj/mol

Odparovanie

334 kj/mol

Molárna kalikára

23 222 J/(mol · k)

Tlak vodnej pary

Pri teplote 1.644 K Váš tlak pary je iba 1 pa. To znamená, že vaša kvapalina emituje sotva výpary pri tejto teplote, takže neznamená riziko, ktoré sa považuje za inhaláciu.

Elektronegativita

2.01 v Pauling Scale

Ionizačné energie

-Prvé: 762 kj/mol

-Po druhé: 1.537 kj/mol

-Tretie: 3.302,1 kJ/mol

Tepelná vodivosť

60,2 w/(m · k)

Elektrický odpor

1 Ω · m až 20 ° C

Elektrická vodivosť

3 s cm^-1

Magnetický poriadok

Diamagnetický

Tvrdosť

6.0 na stupnici Mohs

Stabilita

Relatívne stabilný. Nie je ovplyvnený vzduchom pri teplote miestnosti a oxiduje pri teplotách vyšších ako 600 ° C.

Povrchové napätie

6 · 10^-1 N/M A 1.673,1 K

Reaktivita

Oxiduje pri teplotách vyšších ako 600 ° C, aby sa vytvoril oxid Germania (Geo₂). Germanio pochádza z dvoch foriem oxidov: oxid Germanio (Geo₂) a germanio (geo) oxid.

Germániové zlúčeniny vo všeobecnosti vykazujú oxidačný stav + 4, hoci v mnohých zlúčeninách je germánio prezentovaný oxidačným stavom +2. Oxidačný stav - 4 je prezentovaný napríklad na nemeckom horčíku (mg₂Ge).

Germanio reaguje s halogénmi za vzniku tetrahaluros: germanio tetrafluorid (gef₄), plynná zlúčenina; Germanio Tetrayoduro (Ghg₄), tuhá zlúčenina; Germanio tetrachlorid (gecl₄) a germanio tetrabromuro (gebr₄), Obe kvapalné zlúčeniny.

Germanio je inertný proti kyseline chlorovodíkovej; Ale je napadnutá kyselinou dusičnou a kyselinou sírovou. Aj keď hydroxidy vodného roztoku majú malý vplyv na germanio, ľahko sa rozpustí v roztavených hydroxidoch, aby sa vytvorili galmáty.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Germanio a jeho odkazy

Germanio má štyri elektróny Valencie podľa svojej elektronickej konfigurácie:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p²

Rovnako ako uhlík a kremík, jeho atómy GE hybridizujú svoje orbitály 4S a 4p, aby vytvorili štyri hybridné orbitály SP³. S týmito orbitami sú spojené s uspokojením oktetu Valencie, a preto majú rovnaký počet elektrónov ako vznešený plyn v rovnakom období (Kripton).

Týmto spôsobom vznikajú kovalentné väzby GE-GE a majú štyri z nich pre každý atóm, sú definované tetrahedrabské prostredie (s GE v strede a ostatné vo vrcholoch). Preto je vytvorená trojrozmerná sieť v dôsledku presunu týchto tetraedry pozdĺž kovalentného skla; Čo sa správa, akoby to bola obrovská molekula.

Alotropy

Germanovské kovalentné sklo prijíma rovnakú kubickú štruktúru zameranú na diamantové tváre (a kremík). Tento Alotrope je známy ako a-ge. Ak sa tlak zvyšuje až na 120 kbar (asi 118.000 atm), kryštalická štruktúra a-GE sa stáva tetragonálnym sústredeným na tele (BCT).

Môže vám slúžiť: Kyanid sodný (NACN): Štruktúra, vlastnosti, riziká, použitia

Tieto kryštály BCT zodpovedajú druhému alotropickému germániu: β-ge, kde sú prepojenia GE-GE rozbité a sú izolované, ako sa deje pri kovoch. Preto je a-GE semimetalický; zatiaľ čo p-ge je kovový.

Oxidácia

Germanio môže stratiť svoje štyri elektróny vo Valencii, alebo vyhrať ďalšie štyri, aby sa stal izolektronickým s Kriptonom.

Keď vo svojich zlúčeninách stráca elektróny, hovorí sa, že má kladné oxidačné čísla alebo stavy, v ktorých sa predpokladá existencia katiónov s rovnakým zaťažením ako tieto čísla. Medzi nimi máme +2 (ge²⁺), +3 (ge³⁺) a +4 (ge⁴⁺).

Napríklad nasledujúce zlúčeniny majú germanio s pozitívnymi oxidačnými číslami: GEO (GE²⁺Ani^2-), Gete (ge²⁺Čaj^2-), Ge₂Cl₆ (GE₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (GE⁴⁺Ani₂^2-) a GES₂ (GE⁴⁺Siež₂^2-).

Zatiaľ čo keď elektróny získavajú vo svojich zlúčeninách, má záporné oxidačné čísla. Medzi nimi je najbežnejšia -4; to znamená existencia GE^4-. V germanos sa to stáva a ako ich príklady máme Li₄GE (Li₄⁺Ge^4-) a mg₂GE (mg₂²⁺Ge^4-).

Kde je to a získajte

Ležiace minerály

Argirodita minerálny vzor, ​​s malým hojnosťou, ale jedinečná ruda pre extrakciu germanio. Zdroj: Rob Lavinsky, Irocks.com-ccy-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Germanio je relatívne zriedkavý prvok v zemskej kôre. Existuje málo minerálov, ktoré obsahujú značné množstvo, z ktorých môžeme spomenúť: Argirodita (4AG₂S · GES₂), Germanita (7cus · fest₂), Briartita (cu₂Včelárstvo₄), Renierita a Canfieldita.

Všetci majú niečo spoločné: sú to síra alebo sírové minerály. Preto Germanio prevažuje v prírode (alebo aspoň tu na Zemi) ako gesto₂ A nie geo₂ (Na rozdiel od jeho náprotivku SIO₂, oxid kremičitý, široko šírený).

Okrem vyššie uvedených minerálov sa Germanio našli aj v hmotnostných koncentráciách 0,3% v ložiskách uhlia. Niektoré mikroorganizmy ho tiež môžu spracovať tak, aby generovali malé množstvá GEH₂(Ch₃)₂ a geh₃(Ch₃), ktoré nakoniec vysídlené smerom k riekam a moriam.

Germanio je sekundárny produkt spracovania kovov, ako je zinok a meď. Na jeho získanie musíte utrpieť sériu chemických reakcií, aby ste znížili svoj sulfid v zodpovedajúcom kovu; to znamená, odoberte GES₂ jeho atómy síry, takže je jednoducho ge.

Opečený

Síry minerály sú vystavené praženému procesu, v ktorom sa zahrievajú vzduchom, aby sa vyskytli oxidácie:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 SO₂

Na oddelenie Germania od zvyškov sa stáva jeho príslušným chloridom, ktorý je možné destilovať:

Geo₂ + 4 HCL → GECL₄ + 2 h₂Ani

Geo₂ + 2 cl₂ → GECL₄ + Ani₂

Ako je zrejmé, transformácia sa môže vykonať pomocou kyseliny chlorovodíkovej alebo plynného chlóru. Gecl₄ Potom sa znova hydrolyzuje na geo₂, Takže sa vyzráža ako belavá pevná látka. Nakoniec oxid reaguje s vodíkom na zníženie kovového germánia:

Geo₂ + 2 h₂ → GE + 2 h₂Ani

Zníženie, ktoré je možné urobiť aj s uhlím:

Geo₂ + C → GE + CO₂

Získané germánio pozostáva z prášku, ktorý je formovaný alebo apozon v kovových baroch, z ktorých môžu germanio kryštály rásť.

Izotopy

Germanio nemá v prírode žiadny izotop s veľkým množstvom. Namiesto toho má päť izotopov, ktorých hojnosť je pomerne nízka: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) a ⁷⁶GE (7,75%). Všimnite si, že atómová hmotnosť je 72 630 U, čo v priemere všetky atómové masy s príslušnými výskytmi izotopov.

Izotop ⁷⁶GE je v skutočnosti rádioaktívny; Ale jeho polovičný život je taký veľký (tón_1/2= 1.78 × 10^{dvadsaťjeden} roky), ktoré sa prakticky počíta medzi piatimi najstabilnejšími germánskymi izotopmi. Iné rádioizotopy, napríklad ⁶⁸Ge a ⁷¹GE, obaja syntetickí, majú kratší polovičný život (270,95 dní a 11,3 dní).

Môže vám slúžiť: 20 príkladov chemickej sublimácie a charakteristík

Riziká

Základné a anorganické germanio

Germániové prostredie sú trochu kontroverzné. Byť mierne ťažkým kovom, rozšírenie jeho iónov z vo vode rozpustných soli by mohlo porušovať ekosystém; to znamená, že zvieratá a rastliny môžu byť ovplyvnené konzumáciou GE³⁺.

Elemental Germanio nepredstavuje žiadne riziko, pokiaľ nie je rozdrvené. Ak je práškový, vzduchový prúd ho môže vtiahnuť do zdrojov tepla alebo vysoko oxidačných látok; A preto existuje riziko požiaru alebo výbuchu. Ich kryštály môžu tiež skončiť v pľúcach alebo očiach, čo spôsobuje silné podráždenie.

Človek môže potichu manipulovať s nemeckým albumom vo svojej kancelárii bez obáv z akejkoľvek nehody. To isté však nemožno povedať o jeho anorganických zlúčeninách; to znamená ich soli, oxidy a hydridy. Napríklad GEH₄ alebo nemecká (analogická s cho₄ A áno₄), Je to pomerne dráždivý a horľavý plyn.

Organický germán

Teraz existujú organické germániové zdroje; Medzi nimi možno spomenúť na 2-karboxyetylestilmasquioxan alebo germanio-132, alternatívny doplnok známy pre liečbu určitých ochorení; Aj keď s dôkazmi sú pochybné.

Niektoré z liečivých účinkov pripisovaných Germanio-132 je posilnenie imunitného systému, takže pomáha bojovať proti rakovine, HIV a AIDS; Regulalizuje funkcie tela, ako aj stupeň okysličenia v krvi, eliminuje voľné radikály; A tiež lieči artritídu, glaukóm a srdcové choroby.

Organic Germanio však súvisí so závažným poškodením obličiek, pečene a nervového systému. Preto pri konzumácii tohto doplnku Germanio existuje latentné riziko; Aj keď existujú tí, ktorí to považujú za zázračné lieky, existujú aj iní, ktorí varujú, že neponúka vedecky preukázaný prínos.

Žiadosti

Infračervená optika

Niektoré infračervené snímače žiarenia sú vyrobené z germára alebo ich zliatiny. Zdroj: Adafruit Industries prostredníctvom Flickr.

Germanio je transparentné pre infračervené žiarenie; to znamená, že ho môžu preniesť bez toho, aby boli absorbované.

Vďaka tomu boli postavené šošovky a sklo Germanio a sklo pre optické infračervené zariadenia; Napríklad spojené s IR detektorom pre spektroskopickú analýzu, vo šošovkách používaných vo vzdialených infračervených priestorových teleskope na štúdium najvzdialenejších hviezd vesmíru alebo v svetlom a teplotnom senzoroch.

Infračervené žiarenie je spojené s molekulárnymi vibráciami alebo zdrojmi tepla; Takže zariadenia používané vo vojenskom priemysle na vizualizáciu cieľov s nočným videním majú komponenty s Germanomom.

Polovodičový materiál

Germanio diódy zapuzdrené do skla a používané v 60. a 70. rokoch 20. storočia. Zdroj: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Germanio ako polovodičový metaloid sa používa na konštrukciu tranzistorov, elektrických obvodov, diód emitujúce svetlo a mikročipy. V poslednom menovanom zliatinách germánskeho silica a dokonca aj Germanio začali nahradiť kremík, takže čoraz viac malých a silnejších obvodov je možné navrhnúť menšie a viac.

Váš oxid, geo₂, Vďaka svojmu vysokému indexu lomu sa pridá sklo tak, aby sa dalo použiť v mikroskopii, veľký uhol a optické vlákna.

Germanio nahradil nielen kremík v určitých elektronických aplikáciách, ale môže byť spojený aj s Gallium Arseniuro (GAAS). Tento metaloid je teda prítomný aj v solárnych paneloch.

Katalyzátory

Geo₂ Používa sa ako katalyzátor pre polymerizačné reakcie; Napríklad v potrebnej syntéze polyetylénového tereftalátu, plast, s ktorým sa vyrábajú jasné fľaše predávané v Japonsku.

Tiež nanočastice ich zliatin s platinou katalyzujú redoxné reakcie, kde zahŕňajú tvorbu plynného vodíka, čím sa vrátia tieto účinnejšie voltaické bunky.

Zliatiny

Nakoniec sa uvádza, že existujú zliatiny GE-SI a GE-PT. Okrem toho môžu byť ich atómy GE pridané do kryštálov iných kovov, ako je striebro, zlato, meď a berylium. Tieto zliatiny vykazujú väčšiu ťažnosť a chemickú rezistenciu ako ich jednotlivé kovy.

Odkazy

1. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Germánsko. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Fyzikálny. (2019). Kryštálová štruktúra kremíka a germánia. Získané z: PhysicsopenLab.orgán
4. Susan York Morris. (19. júla 2016). Je germánium na zázračný liek? Zdravotný priemer. Získané z: Healthline.com
5. Šošovica B.Vložka. (2019). Tabuľka obdobia: germánium. Získané z: Lentech.com
6. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Germánsko. Databáza pubchem. CID = 6326954. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda
7. DR. Doug Stewart. (2019). Fakty o germánom. Chemickolák. Získané z: Chemicool.com
8. Emil Venere. (8. decembra 2014). Germánium sa vracia do Purdue pre polovodičový míľnik. Získané z: Purdue.Edu
9. Marques Miguel. (s.F.). Germánsko. Získané z: Nautilus.Fis.Uc.Pt
10. Rosenberg, e. Rev Environment Sci Biotechnol. (2009). Germánium: Environmentálna environmentálna hodnota, dôležitosť a špekulácia. 8: 29. doi.org/10.1007/s11157-008-9143-x