Germanio -Geschichte, Eigenschaften, Struktur, erhalten, verwendet, verwendet

Er Germanium Es handelt. Es ist unter Silizium und teilt so viele seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften; So sehr, dass sein Name Ekasilicio war, vorhergesagt von Dmitri Mendelev selbst.

Sein aktueller Name wurde von Clemens gegeben. Winkler zu Ehren seiner Heimatdeutschland. Daher ist das Germanio mit diesem Land verbunden, und es ist das erste Bild, das den Geist erinnert, der es nicht zu sehr weißt.

Germanio Ultra Probe. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Das Germanio wie Silizium. Ebenso kann es in monochystalliner Form gefunden werden, in der seine Körner groß oder polyristalin sind und aus Hunderten kleiner Kristalle bestehen.

Es ist ein Halbleiterelement bei Umgebungsdruck, aber wenn es über dem 120 kbar steigt, wird es zu einem Metall -Alotrop; Das heißt, die GE-GE-Bindungen sind möglicherweise kaputt und ihre sind einzeln im Meer ihrer Elektronen eingewickelt.

Es wird als nicht -toxisches Element angesehen, da es ohne Schutzkleidung manipuliert werden kann; Obwohl seine Inhalation und die übermäßige Aufnahme zu klassischen Symptomen der Reizung bei Individuen führen können. Ihr Dampfdruck ist sehr niedrig, daher ist es unwahrscheinlich, dass Ihr Rauch ein Feuer verursachen kann.

Anorganische Deutsche (Salze) und Organic können jedoch für den Organismus gefährlich sein, obwohl ihre GE -Atome auf mysteriöse Weise mit biologischen Matrizen interagieren.

Es ist nicht wirklich bekannt, ob organisches Germanio als wundersame Heilung angesehen werden kann, um bestimmte Störungen als alternative Medizin zu behandeln. Wissenschaftliche Studien unterstützen diese Aussagen jedoch nicht, sondern lehnen sie ab und nennen dieses Element auch als krebserregend.

Germanio ist nicht nur eine Halbleiterin, ein Begleit von Silizium, Selen, Gallium und einer ganzen Reihe von Elementen in der Welt der Halbleitermaterialien und deren Anwendungen. Aber es ist auch für Infrarotstrahlung transparent, daher ist es für die Herstellung von Wärmedetektoren verschiedener Quellen oder Regionen nützlich.

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Geschichte

Mendeleev -Vorhersagen

Das Germanio war eines der Elemente, deren Existenz 1869 vom russischen Chemiker Dmitri Mendeleev in seinem periodischen Tisch vorhergesagt wurde. Vorläufig Ekasilicio bezeichnet und in einen Raum im Periodenzüchter zwischen Zinn und Silizium platziert.

1886 Clemens a. Winkler entdeckte Germanio in einer Mineralprobe einer Silbermine in der Nähe von Freiberg, Sachsen. Es war das Mineral namens Argirodita für seinen hohen Silbergehalt und wurde 1885 neu entdeckt.

Die Argirodite-Stichprobe enthielt 73-75% Silber, 17-18% Schwefel, 0,2% Quecksilber und 6-7% eines neuen Elements, das später Winkler namens Germanio namens.

Mendeleev hatte vorausgesagt, dass die zu entdeckende Dichte des Elements 5,5 g/cm betragen muss³ und sein Atomgewicht um 70. Seine Vorhersagen erwiesen sich als ziemlich nahe an den von Germanio vorgestellten.

Isolation und Name

1886 war Winkler in der Lage, das neue Metall zu isolieren und fand es ähnlich wie das Antimon, überdurchschnittlich und erkannte, dass das von ihm entdeckte Element dem Ekasilicio entsprach.

Winkler nannte das 'Germanio' Element, das aus dem lateinischen Wort 'Germania' stammt, ein Wort, mit dem sie Deutschland bezeichneten. Aus diesem Grund ernannte Winkler das neue Element zu Ehren seines Heimatlandes, Deutschland.

Bestimmung seiner Eigenschaften

Im Jahr 1887 bestimmte Winkler die chemischen Eigenschaften von Germanio und fand ein Atomgewicht von 72,32 durch eine Analyse von reinem Germanio -Tetrachlorid (GECL₄).

Inzwischen leitete Lecoq de Boisbaudran ein Atomgewicht von 72,3, indem er das Funkenspektrum des Elements untersuchte. Winkler herstellte mehrere neue Germaniumverbindungen, darunter Fluoride, Chloride, Sulfide und Dioxide.

In den 1920er Jahren führte die Forschung zu den elektrischen Eigenschaften von Germanio zur Entwicklung von monochronem Germanio mit hoher Reinheit.

Diese Entwicklung ermöglichte die Verwendung von Germanio in Dioden, Gleichrichter und Mikrowellenradarrezeptoren während des Zweiten Weltkriegs.

Entwicklung Ihrer Anwendungen

Die erste industrielle Anwendung ereignete.

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Im Jahr 1954 wechselten Hochreinheit -Siliziumtransistoren aufgrund der elektronischen Vorteile, die sie besaßen. Und für die 1960er Jahre waren die Deutschlandtransistoren praktisch verschwunden.

Das Germanio erwies sich als Schlüsselkomponente bei der Ausarbeitung von Infrarotlinsen und Fenstern (IR). In den 1970er Jahren wurden Voltaic -Zellen (PVC) von Silicium und Germanio (SIGE) produziert, die für Satellitenoperationen von entscheidender Bedeutung sind.

In den neunziger Jahren erhöhte die Entwicklung und Expansion der Faseroptik die Nachfrage von Germanio. Das Element wird verwendet, um den Glaskern von Glasfaserkabeln zu bilden.

Ab dem Jahr 2000 führten hocheffiziente PVCs und leichte Dioden (LED), die Germanio verwenden, zu einem Anstieg der Produktion und des Verbrauchs von Germanio.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Aussehen

Silber und hellweiß. Wenn ihr Feststoff durch viele Kristalle (polyristalin) gebildet wird, sieht es eine schemme oder faltige Oberfläche aus, voller Visionen und Schatten aussieht. Manchmal kann man sogar den Anschein geben, so grau oder schwarz wie Silizium zu sein.

Unter Standardbedingungen handelt es sich.

Germanio ist Halbleiter, nicht sehr duktil. Es verfügt über einen hohen Brechungsindex für sichtbares Licht, ist jedoch für die Infrarotstrahlung transparent und wird in Gerätefenstern verwendet, um diese Strahlung zu erkennen und zu messen.

Standard Atomgewicht

72.63 u

Atomnummer (z)

32

Schmelzpunkt

938,25 ºC

Siedepunkt

2.833 ºC

Dichte

Bei Raumtemperatur: 5.323 g/cm³

Am Schmelzpunkt (Flüssigkeit): 5,60 g/cm³

Germanio sowie Silizium, Gallium, Wismut, Antimon und Wasser dehnen sich aus. Aus diesem Grund ist seine Dichte im flüssigen Zustand größer als im Feststoff.

Fusionshitze

36,94 kJ/mol

Verdampfungswärme

334 kJ/mol

Molkalorienkapazität

23.222 j/(mol · k)

Dampfdruck

Bei einer Temperatur 1.644 K Ihr Dampfdruck ist nur 1 PA. Dies bedeutet, dass Ihre Flüssigkeit kaum Dämpfe bei dieser Temperatur ausgibt, sodass sie kein Risiko impliziert.

Elektronegativität

2.01 auf der Paulingskala

Ionisationsenergien

-Erstens: 762 kJ/mol

-Zweitens: 1.537 kJ/mol

-Dritte: 3.302.1 kJ/mol

Wärmeleitfähigkeit

60,2 W/(M · k)

Elektrischer widerstand

1 Ω · m bis 20 ° C

Elektrische Leitfähigkeit

3 s cm^-1

Magnetische Ordnung

Diamagnetisch

Härte

6.0 auf der MOHS -Skala

Stabilität

Relativ Stabil. Es wird bei Raumtemperatur nicht durch Luft betroffen und oxidiert bei Temperaturen von mehr als 600 ºC.

Oberflächenspannung

6 · 10^-1 N/m a 1.673.1 k

Reaktivität

Oxidiert bei Temperaturen von mehr als 600 ° C, um Germanios Dioxid (GEO) zu bilden₂). Germanio stammt aus zwei Oxidenformen: Germanios Dioxid (Geo₂) und Germanio (Geo) Monoxid.

Die Germaniumverbindungen zeigen im Allgemeinen den Oxidationszustand + 4, obwohl in vielen Verbindungen das Germanio mit dem Oxidationszustand +2 präsentiert wird. Der Oxidationszustand - 4 wird vorgestellt, zum Beispiel im deutschen Magnesium (Mg₂GE).

Germanio reagiert mit Halogenen, um Tetrahaluros zu bilden: Germanio Tetrafluorid (GEF₄), gasförmige Verbindung; Germanio Tetrayoduro (GHG₄), feste Verbindung; Germanio Tetrachlorid (GECL₄und Germanio Tetrabromuro (GEBR₄) Beide flüssigen Verbindungen.

Germanio ist gegen Salzsäure inert; Aber es wird durch Salpetersäure und Schwefelsäure angegriffen. Obwohl Wasserlösunghydroxide auf Germanio nur geringe Auswirkungen haben, löst sie sich leicht in geschmolzenen Hydroxiden auf, um Germanate zu bilden.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Deutsch und seine Links

Das Deutsch hat vier Elektronen Valencia gemäß seiner elektronischen Konfiguration:

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p²

Wie Kohlenstoff und Silizium hybridisieren seine Atome seine 4S- und 4P -Orbitale, um vier SP -Hybridorbitale zu bilden³. Mit diesen Orbitalen sind sie miteinander verbunden, um den Oktett von Valencia zu erfüllen, und haben folglich die gleiche Anzahl von Elektronen wie das edle Gas des gleichen Zeitraums (Kripton).

Auf diese Weise entstehen die kovalenten GE-GE-Bindungen, und für jedes Atom werden vier tetraedrabische Umgebungen definiert (mit einem GE in der Mitte und den anderen in den Eckpunkten). Somit wird ein dreidimensionales Netzwerk aufgrund der Verschiebung dieser Tetraeder entlang des kovalenten Glas festgelegt; das verhält sich so, als wäre es ein riesiges Molekül.

Alotropes

Das kovalente Glas von Germanio nimmt die gleiche kubische Struktur an, die sich auf den Diamantgesichtern (und Silizium) konzentriert. Dieses Alotrop ist als α-GE bekannt. Wenn der Druck bis zu 120 kbar steigt (ca. 118.000 atm), die kristalline Struktur von α-GE wird zu einem tetragonalen, der auf dem Körper zentriert ist (BCT).

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Diese BCT-Kristalle entsprechen dem zweiten Alotrop von Germanio: dem β-GE, wo die GE-GE-Verbindungen gebrochen und isoliert sind, wie es bei Metallen passiert. Somit ist α-GE semimetallisch; während β-GE metallisch ist.

Oxidationszahlen

Das Deutsch kann durchaus seine vier Elektronen von Valencia verlieren oder vier weitere gewinnen, um mit dem Kripton isoliert zu werden.

Wenn es in seinen Verbindungen Elektronen verliert, wird gesagt. Unter diesen haben wir +2 (Ge²⁺), Die +3 (Ge³⁺) und die +4 (Ge⁴⁺).

Zum Beispiel haben die folgenden Verbindungen Germanio mit positiven Oxidationszahlen: GEO (GE)²⁺ENTWEDER^2-), Get (Ge²⁺Tee^2-), Ge₂Cl₆ (Ge₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (Ge⁴⁺ENTWEDER₂^2-) und Ges₂ (Ge⁴⁺S₂^2-).

Während die Elektronen in seinen Verbindungen Gewinne erhalten, hat sie negative Oxidationszahlen. Unter ihnen ist der häufigste ist -4; das heißt die Existenz der GE^4-. In den Germanos geschieht dies, und als Beispiele von ihnen haben wir das Li₄GE (li₄⁺Ge^4-) und mg₂GE (mg₂²⁺Ge^4-).

Wo ist es und erhalten

Schwefelmineralien

Argirodite Mineral Probe von wenig Fülle, aber ein einzigartiges Erz für die Deutschlio -Extraktion. Quelle: Rob Lavinsky, Irocks.com-c-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Germanio ist ein relativ seltenes Element in der Erdkruste. Es gibt nur wenige Mineralien, die eine nennenswerte Menge davon enthalten, unter denen wir erwähnen können: Argirodita (4Ag₂S · GES₂), Germanita (7cus · Fest₂), Briartita (cu₂Feges₄), Renierita und Canfieldita.

Sie alle haben etwas gemeinsam: Sie sind Schwefel oder Schwefelmineralien. Daher überwiegt Germanio in der Natur (oder zumindest hier auf der Erde) als Geste₂ Und nicht Geo₂ (Im Gegensatz zu seinem Gegenstück Sio₂, Kieselsäure, weit verbreitet).

Zusätzlich zu den oben genannten Mineralien wurde Germanio auch in Massenkonzentrationen von 0,3% in Kohlevorkommen gefunden. Außerdem können einige Mikroorganismen es verarbeiten, um kleine Mengen an GEH zu erzeugen₂(CH₃)₂ und Geh₃(CH₃), die zu Flüssen und Meeren verdrängt werden.

Germanio ist ein sekundäres Produkt der Metallverarbeitung wie Zink und Kupfer. Um dies zu erhalten, müssen Sie eine Reihe von chemischen Reaktionen erleiden, um Ihr Sulfid im entsprechenden Metall zu reduzieren. das heißt, nimm die GES weg₂ seine Schwefelatome so, dass es einfach GE ist.

Getoastet

Die schwefelförmigen Mineralien sind einem gerösteten Verfahren ausgesetzt, bei dem sie sich mit der Luft erwärmen, damit Oxidationen auftreten:

Gees₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 Also₂

Um Germanio von den Rückständen zu trennen, wird es zu seinem jeweiligen Chlorid, der destilliert werden kann:

Geo₂ + 4 HCl → GECL₄ + 2 h₂ENTWEDER

Geo₂ + 2 Cl₂ → Gecl₄ + ENTWEDER₂

Wie zu sehen ist, kann die Transformation unter Verwendung von Salzsäure oder Chlorgas durchgeführt werden. Die Gecl₄ Es wird dann erneut nach Geo hydrolysiert₂, So schlägt sich wie ein weißlicher Feststoff aus. Schließlich reagiert Oxid mit Wasserstoff, um das metallische Germanium zu reduzieren:

Geo₂ + 2 h₂ → Ge + 2 h₂ENTWEDER

Reduzierung, die auch mit Kohle erfolgen kann:

Geo₂ + C → Ge + Co₂

Das erhaltene Germanio besteht aus einem Pulver, das in Metallstäben geformt oder Apisona ist, von denen Germanio -Kristalle wachsen können.

Isotope

Germanio besitzt in der Natur kein Isotop von großer Fülle. Stattdessen hat es fünf Isotope, deren Häufigkeit relativ niedrig ist: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) und ⁷⁶GE (7,75%). Beachten Sie, dass das Atomgewicht 72.630 U beträgt, was alle Atommassen mit den jeweiligen Häufigkeiten von Isotopen durchschnittlich beträgt.

Das Isotop ⁷⁶GE ist tatsächlich radioaktiv; Aber sein halbes Leben ist so großartig (großartig (T_1/2= 1.78 × 10^{einundzwanzig} Jahre), die praktisch zu den fünf stabilsten Germanium -Isotopen zählen. Andere Radioisotope, wie z ⁶⁸Ge und ⁷¹GE, beide synthetisch, haben kürzere halbe Lebenszeiten (270,95 Tage bzw. 11,3 Tage).

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Risiken

Elementare und anorganische Germanio

Die deutschen Umgebungen sind etwas umstritten. Als leicht schweres Metall könnte eine Ausbreitung seiner Ionen aus wasserlöslichen Salzen gegen das Ökosystem verstoßen. Das heißt, Tiere und Pflanzen können durch den Verzehr des GE betroffen sein³⁺.

Elementar Germanio ist kein Risiko, solange es nicht pulverisiert ist. Wenn es pulverisiert ist, kann ein Luftstrom ihn auf die Heizquellen oder die stark oxidierenden Substanzen ziehen. Und folglich besteht ein Feuer- oder Explosionsrisiko. Außerdem können ihre Kristalle in der Lunge oder Augen enden und starke Reizungen verursachen.

Eine Person kann leise ein deutsches Album in seinem Büro manipulieren, ohne sich um einen Unfall zu kümmern. Gleiches gilt jedoch nicht von seinen anorganischen Verbindungen; das heißt, ihre Salze, Oxide und Hydride. Zum Beispiel die GEH₄ oder Deutsch (analog zu Cho₄ Und ja₄), Es ist ein ziemlich irritierendes und brennbares Gas.

Bio -Deutsch

Jetzt gibt es organische Germaniumquellen; Unter ihnen kann es in 2-Carboxyethylestilmasquioxan oder Germanio-132 erwähnt werden, alternativer Ergänzungsmittel, die für die Behandlung bestimmter Krankheiten bekannt sind; obwohl mit Beweisen Zweifel festgelegt wurde.

Einige der medizinischen Wirkungen, die auf Germanio-132 zurückzuführen sind, besteht darin, das Immunsystem zu stärken. Daher hilft es bei der Bekämpfung von Krebs, HIV und AIDS. Regularisiert die Körperfunktionen sowie den Grad der Sauerstoffversorgung im Blut, beseitigt freie Radikale. Und heilt auch Arthritis, Glaukom und Herzerkrankungen.

Das organische Germanio wurde jedoch mit schwerwiegenden Schäden an Nieren, Leber und Nervensystem in Verbindung gebracht. Deshalb besteht ein latentes Risiko beim Verzehr dieses Deutsch -Supplements. Während es diejenigen gibt, die es für eine wundersame Heilung betrachten, gibt es andere, die warnen, dass es keinen wissenschaftlich nachgewiesenen Nutzen bietet.

Anwendungen

Infrarot -Optik

Einige Infrarot -Strahlungssensoren bestehen aus Germanio oder ihren Legierungen. Quelle: Adafruit Industries über Flickr.

Germanio ist transparent für Infrarotstrahlung; Das heißt, sie können es übertragen, ohne absorbiert zu werden.

Dank diesem wurden Germanio -Objektive und Glas für optische Infrarotgeräte gebaut. Zum Beispiel in Verbindung mit einem IR -Detektor für die spektroskopische Analyse in Linsen, die in entfernten räumlichen Infrarot -Teleskopen verwendet werden, um die weitesten Sterne des Universums oder in Licht- und Temperatursensoren zu untersuchen.

Infrarotstrahlung sind mit molekularen Schwingungen oder Wärmequellen verbunden; Die in der Militärindustrie verwendeten Geräte zur Visualisierung von Zielen mit Nachtsicht haben Komponenten mit Germanio gemacht.

Halbleitermaterial

Deutschdioden, die in Glas eingekapselt und in den 60ern und 70ern verwendet wurden. Quelle: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Germanio als Halbleitermetalloid wurde zum Bau von Transistoren, elektrischen Schaltungen, leichten Dioden und Mikrochips verwendet. In letzterem haben Germanio-Silicio-Legierungen und sogar Germanio selbst begonnen, das Silizium zu ersetzen, so.

Ihr Oxid, Geo₂, Aufgrund seines hohen Brechungsindex wird Glas hinzugefügt, damit sie in Mikroskopie, großem Winkel und optischen Fasern verwendet werden können.

Germanio hat nicht nur Silizium in bestimmten elektronischen Anwendungen ersetzt, sondern kann auch mit Gallium Arseniuro (GaAs) gekoppelt werden. Somit ist dieses Metalloid auch in Sonnenkollektoren vorhanden.

Katalysatoren

Die Geo₂ Es wurde als Katalysator für Polymerisationsreaktionen verwendet; Beispiel.

Auch die Nanopartikel ihrer Legierungen mit Platin -Katalyse -Redox -Reaktionen, bei denen sie die Bildung von gasförmiger Wasserstoff beinhalten, wobei diese wirksameren Volta -Zellen zurückgegeben werden.

Legierungen

Schließlich wurde erwähnt, dass es GE-Si- und GE-PT-Legierungen gibt. Darüber hinaus können ihre GE -Atome zu den Kristallen anderer Metalle wie Silber, Gold, Kupfer und Beryllium hinzugefügt werden. Diese Legierungen zeigen eine größere Duktilität und chemische Resistenz als ihre individuellen Metalle.

Verweise

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