Этот металл наделен аномальными для большинства химических элементов свойствами. Существование германия предсказал великий русский химик Дмитрий Менделеев, а первооткрыватель назвал в честь своей родины.
Что представляет собой
Германий – это химический элемент, занимающий ячейку №32 периодической системы Дмитрия Менделеева.
Выглядит как сероватый металл, но не относится к металлам.
По физическим и химическим свойствам германий не металл, а полуметалл.
Природное вещество по составу – конгломерат одного радиоактивного и четырех стабильных изотопов.
Международное обозначение – Ge, Germanium. Формула простого вещества – Ge.
Как был открыт
История элемента начинается с 1871 года, когда Дмитрий Менделеев «вычислил» его и поместил в свою таблицу как экасилиций.
Через 15 лет немецкому химику Клеменсу Винклеру принесли на исследование новый минерал аргиродит из местных рудников.
Первооткрыватель выделил из него неизвестный элемент, описал его свойства.
Планировал назвать свое детище нептунием, но название было занято. Тогда окрестил новичка германием – по названию родной страны.
Присутствие в природе
Вещество рассеяно в массиве литосферы. Не относится к редким: процент содержания больше, чем у серебра, висмута, сурьмы.
Тонна земной коры содержит 1,5 г германия, литр морской воды – 0,0006 мг.
В сфалеритах, энаргитах, пирагидрите содержание измеряется килограммами на тонну, в сульфидах и силикатах – десятками/сотнями грамм.
Типичные формы нахождения в природе:
- Собственные минералы: аргиродит, германит, реньерит, другие. Они редки, промышленного интереса не представляют.
Аргиродит - Компонент силикатов, гранитов, базальтов, диабазов; минералов цинка, железа.
Базальт - Скопления в гидротермальных, осадочных массах.
- Веществом насыщены магнетит, сфалерит, уголь.
Магнетит
Промышленные «поставщики» – угли, полиметаллические, железные руды.
Месторождения
Германий найден во всех уголках Земли.
Российские месторождения сосредоточены в Приморье, Забайкалье, на Сахалине.
Добыча сырья – углей с германием в составе – ведется шахтным способом.
Она рентабельна: тонна сырья содержит 190-210 граммов вещества.
Физико-химические характеристики
Германий хрупок, хотя по структуре его кристаллическая решетка аналогична алмазной.
Важнейшая характеристика, имеющая практическое значение, – полупроводниковость. Это самый распространенный на планете натуральный полупроводник.
Твердая форма вещества имеет следующие свойства:
- Устойчивость к газам, воде, кислотам, щелочам.
- Стабильность при комнатной температуре.
- Быстрая окисляемость при 600+°С.
- Растворяется царской водкой, щелочным раствором перекиси водорода.
- Образует органические и неорганические соединения.
- Соединения имеют показатели окисления 2 и 4, устойчивы четырехвалентные формы.
Большинство кислородных соединений вещества структурно аналогичны кремниевым (поэтому Менделеев классифицировал вещество как экасилиций). Более плотные копируют структуру титановых.
| Название, символ, номер | Герма́ний / Germanium (Ge), 32 |
|---|---|
| Группа, период, блок | 14, 4, {{{блок}}} |
| Атомная масса (молярная масса) |
72,630(8) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d10 4s2 4p2 |
| Радиус атома | 122,5 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 122 пм |
| Радиус иона | (+4e) 53 (+2e) 73 пм |
| Электроотрицательность | 2,01 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | -4; -2; -3; -2; -1; 0; +2; +3; +4 |
| Энергия ионизации | 1‑я: 761,2 (7,89) кДж/моль (эВ) 2‑я: 1537,0 (15,93) кДж/моль (эВ)3‑я: 3301,2 (34,21) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 5,323 г/см³ |
| Температура плавления | 1210,6 K |
| Температура кипения | 3103 K |
| Уд. теплота плавления | 36,8 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 328 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 23,32 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 13,6 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | алмазная |
| Параметры решётки | 5,660 Å |
| Температура Дебая | 360 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 60,2 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-56-4 |
Германий наделен аномальным свойством не разжижаться, а уплотняться при плавлении.
По этой характеристике его легко отличить от большинства элементов. Но не от галлия, плутония, кремния, церия, висмута, сурьмы, воды. Они ведут себя так же.
Технология получения
Почти весь материал добывают из углей, обогащенного сфалеритового, магнетитового сырья.
Способ получения многоступенчат:
- Вещество извлекается выщелачиванием, возгонкой, сплавлением с едким натром.
- На раскаленный концентрат воздействуют соляной кислотой.
- Конденсат очищается, разлагается методом гидролиза.
- Полученный диоксид восстанавливается до металлической формы водородом.
При производстве чистого металла применяют кристаллизацию и плавку.
Где используется
Традиционные сферы применения вещества – радиоэлектроника и электротехника. Из него делали диоды и транзисторы. Сегодня такие приборы – добыча коллекционеров, поскольку германий вытеснен в этом сегменте кремнием. Однако нашел применение в устройствах, работающих на сверхвысоких частотах (СВЧ).
Ассортимент продукции из полуметалла:
- Анализаторы рентгенспектроскопии.
- Дозиметры на ядерных объектах.
- Преобразователи ядерной энергии в электричество (на АЭС).
- Теллурид вещества – термоэлектрический материал.
- Сплавы с металлами – исходник для металлургии, машино-, приборостроения.
- Сплав с галлием востребован как сверхпроводник.
Главные сферы потребления германия в новом тысячелетии (%): волоконная оптика – 34, тепловизоры – 31, электроника, химический катализ – по 15. Остаток забирают металлурги.
Стратегическое значение имеет сверхчистый металлический германий как сырье при производстве оптики, работающей в инфракрасном диапазоне (линзы, тепловизоры, гаджеты ночного видения, системы наведения).
Достоинства вещества оценили ювелиры. Микродобавка германия делает внешний слой серебряного изделия (пробы 935 и 960) прозрачным, но стойким.
Биологическое воздействие
Промышленность начала использование германия в середине 1940-х годов. Через 30 лет очередь дошла до целебного потенциала.
Этим занялись японцы. Прорыв произошел в 1967 году, когда доктор Казухико Асаи обнародовал список лечебных возможностей германия:
- Подавление онкологии.
- Повышение сопротивляемости к бактериям, вирусам, нейтрализация токсинов.
- Транспортировка кислорода тканям организма (подобно гемоглобину).
- Повышение порога восприимчивости нервных импульсов.
Команда доктора Асаи нашла германий в традиционных для Востока продуктах и лекарственных растениях. Веществом оказались насыщены трубчатые грибы, женьшень, бамбук, хлорелла. А также привычные для европейцев алоэ, чайный лист, чеснок.
Германием богат чеснок. Повышенным употреблением этого продукта в странах Азии объясняют редкость онкологии у местных жителей.
Официальная медицина элемент не использует.
Главный недостаток вещества – токсичность. Более токсичны двухвалентные соединения. Значение также имеет дозировка: превышение делает вещество опасным.
По стандартам РФ, кубометр воздуха не должен содержать более 2 мг германия либо его оксида.
Стоимость
Цена германия на мировом рынке определяется видом материала ($/ кг): двуокись – 860, металлический – 1250.
Загрузка...
