- Эка-кремний
-
Герма́ний / Germanium (Ge) Атомный номер 32 Внешний вид простого вещества Свойства атома Атомная масса
(молярная масса)72,61 а. е. м. (г/моль) Радиус атома 137 пм Энергия ионизации
(первый электрон)760,0 (7,88) кДж/моль (эВ) Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p2 Химические свойства Ковалентный радиус 122 пм Радиус иона (+4e) 53 (+2e) 73 пм Электроотрицательность
(по Полингу)2,01 Электродный потенциал 0 Степени окисления 4 Термодинамические свойства простого вещества Плотность 5,323 г/см³ Удельная теплоёмкость 0,322 Дж/(K·моль) Теплопроводность 60,2 Вт/(м·K) Температура плавления 1210,6 K Теплота плавления 36,8 кДж/моль Температура кипения 3103 K Теплота испарения 328 кДж/моль Молярный объём 13,6 см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки алмаз Период решётки 5,660 Å Отношение c/a n/a Температура Дебая 360,00 K Ge 32 72,61 4s²4p² Германий 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 в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.
Происхождение названия
Назван в честь Германии, родины Винклера.
Нахождение в природе
Общее содержание Германия в земной коре 7×10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы германия 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 германия 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, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.
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: GeO2+2H2=Ge+2H2O.
Физические свойства
Кристаллическая решетка германия кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 5,660 Å .
Механические свойства [1]
- Модуль упругости E, ГПа — 82
- Скорость звука (t=20÷25°C) в различных напрвлениях ·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) Eg = 0,67 эВ
- Собственная концентрация ni=2,33×1013 см−3 [2]
- Эффективная масса [3]:
- Электронное сродство: χ = 4,0 эВ [6]
Изотопы
В природе встречается пять изотопов: 70Ge (20,55% масс.), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67), 74Ge (36,74%), 76Ge (7,67%). Первые четыре стабильны, пятый (76Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58×1021 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71Ge (время полураспада 11,26 дня).
Сверхпроводимость
Легированный галлием германий в тонкой плёнке можно привести в сверхпроводящее состояние при температуре около 0.5К[7].
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
- Оксиды
- Оксид германия (II) GeO
- Оксид германия (IV) GeO2
- Галогениды
- Бромид германия (IV) GeBr4
- Иодид германия (II) GeI2
- Иодид германия (IV) GeI4
- Фторид германия (IV) GeF4
- Хлорид германия (IV) GeCl4
- Нитрид германия (IV) Ge3N4
- Сульфид германия (II) GeS
- Сульфид германия (IV) GeS2
Органические
- Тетраметилгерман (Ge(CH3)4)
- Тетраэтилгерман (Ge(C2H5)4).
- Изобутилгерман ((CH3)2CHCH2GeH3)
Применение
Средние цены на германий в 2007 году /по материалам infogeo.ru/metalls
- Германий металлический $1200/кг
- Германий диоксид (двуокись) $840/кг
- Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).
- Совершенно исключительное стратегическое значение имеет металлический германий сверхвысокой чистоты в производстве линз, и призм инфракрасной оптики.
- В радиотехнике, германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода в германии - 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В своё время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE[8] (в отечественной радиотехнике известная как блокинг-генератор) позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0,6 В, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0,125 В, если германиевый. HI-End усилители на германиевых транзисторах обладают качеством звука, сопоставимым с усилителями на радиолампах, т.к. германиевые транзисторы мягче переключатся в схемах усилителя класса "AB", имеют более линейную переходную характеристику (чем сопоставимые кремниевые транзисторы тех же лет выпуска), и не пропускают гармоники дальше пятой (тогда как кремниевые - до 11-той - из-за чего звук становится "жестким" на высоких частотах). В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Существует старая система обозначений, например, П210,213,214,217, и некоторые транзисторы "МПxx" - также германиевые. Ещё более высоким частотным потенциалом (имеется ввиду подвижность носителей заряда в полупроводниках, а не скорость работы готового полупропроводникового прибора) обладает арсенид галлия, применяемый в светодиодах. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы полностью вытеснены кремниевыми и не выпускаются ни в одной стране мира. Найти их можно только в старых радиоаппаратах либо из запасов радиолюбителей тех лет.
- Качере Бровина ("генератор Бровина-Теслы") (ссылка?) лучше работает на германиевых транзисторах.
- Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.
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, т.е. такая же, как и для асбестовой пыли.
Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны [9].
См. также
Примечания
- ↑ Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
- ↑ Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
- ↑ Баранский П. И., Клочев В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 704с
- ↑ Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
- ↑ Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
- ↑ Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
- ↑ Компьюлента [1]
- ↑ Схема «Juole Thief» на ↑ Назаренко В.А. Аналитическая химия германия. М., Наука, 1973. 264 с.
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.