Zgodovina Germanio, lastnosti, struktura, pridobivanje, uporaba

On Germanium Gre. Je pod silicijem in deli s temi številnimi fizikalnimi in kemičnimi lastnostmi; Toliko, da je bilo njegovo ime Ekasilicio, ki ga je napovedal sam Dmitri Mendelev.

Njegovo trenutno ime je Clemens dal. Winkler, v čast svoje domovine Nemčije. Zato je Germanio povezan s to državo in da je prva slika, ki vzbuja um, ki ga ne pozna preveč.

Vzorec Germanio Ultra. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Germanio, kot silicij. Prav tako ga lahko najdemo v enokristalni obliki, v kateri so njena zrna velika ali poliristalna, sestavljena iz sto majhnih kristalov.

To je polprevodniški element pri zunanjem tlaku, ko pa se dvigne nad 120 kbar, postane kovinski alotrop; To pomeni, da so vezi GE-GE morda pokvarjene in so na voljo posamično zavite v morje svojih elektronov.

Velja za netoksični element, saj se lahko manipulira brez zaščitnih oblačil; Čeprav lahko vdihavanje in prekomerni vnos pri posameznikih privedeta do klasičnih simptomov draženja. Vaš parni tlak je zelo nizek, zato je malo verjetno, da lahko vaš dim povzroči ogenj.

Vendar so lahko anorganski Nemci (soli) in organski za organizem nevarni, kljub temu, da njihovi atomi GE skrivnostno delujejo z biološkimi matricami.

V resnici ni znano, ali lahko organski germanio šteje za čudežno zdravilo za obravnavo nekaterih motenj kot alternativnega zdravila. Vendar znanstvene študije teh izjav ne podpirajo, ampak jih zavračajo in ta element imenujejo tudi kot rakotvornik.

Germanio ni le polprevodnik, ki spremlja silicij, selen, galij in celotna vrsta elementov v svetu polprevodniških materialov in njihovih aplikacij; Vendar je tudi prozoren za infrardeče sevanje, zato je uporaben za proizvodnjo toplotnih detektorjev različnih virov ali regij.

[TOC]

Zgodovina

Mendeleeve napovedi

Germanio je bil eden izmed elementov, katerega obstoj je leta 1869 napovedal ruski kemik Dmitri Mendeleev v svoji periodični tabeli. Začasno imenovan Ekasilicio in ga postavil v prostor v periodični tabeli med kositrom in silicijem.

Leta 1886, Clemens a. Winkler je odkril Germanio v mineralnem vzorcu srebrnega rudnika v bližini Freiberga v Saškem. To je bil mineral, imenovan Argirodita, za svojo visoko vsebnost srebra in na novo odkrit leta 1885.

Vzorec argirodita je vseboval 73-75% srebro, 17-18% žvepla, 0,2% živega srebra in 6-7% novega elementa, ki ga je pozneje poimenoval Germanio.

Mendeleev je napovedal, da mora biti gostota elementa, ki ga je treba odkriti, 5,5 g/cm³ in njeno atomsko težo okoli 70. Njegove napovedi so se izkazale za precej blizu tistim, ki jih je predstavil Germanio.

Izolacija in ime

Leta 1886 je Winkler lahko izoliral novo kovino in se mu zdel podobno antimonu, vendar je ponovno preučil in spoznal, da element, ki ga je odkril, ustreza Ekasilicio.

Winkler je poimenoval element "Germanio", ki izvira iz latinske besede "Germanija", besede, ki so jo imenovali Nemčijo. Zaradi tega je Winkler v čast svoje rodne države v Nemčiji imenoval nov element kot Germanio.

Določitev njegovih lastnosti

Leta 1887 je Winkler določil kemijske lastnosti Germania in z analizo čistega tetraklorida Germanio (GECL našel atomsko težo 72,32₄).

Medtem je Lecoq de Boisbaudran ugotovil atomsko težo 72,3 s preučevanjem iskrivega spektra elementa. Winkler je pripravil več novih germanijevih spojin, vključno s fluoridi, kloridi, sulfidi in dioksidi.

V dvajsetih letih prejšnjega stoletja so raziskave o električnih lastnostih Germanio prinesle razvoj monohronskega germania visoke čistosti.

Ta razvoj je omogočil uporabo Germanio v diodah, usmerurjev in mikrovalovnih radarskih receptorjih med drugo svetovno vojno.

Razvoj vaših aplikacij

Prva industrijska aplikacija se je zgodila po vojni leta 1947, z izumom Tranzistorjev Germania Johna Bardeena, Walterja Brattaina in Williama Shockleyja, ki so bili uporabljeni v komunikacijah, računalnikih in prenosnih radijih.

Vam lahko služi: nevtralni atom

Leta 1954 so se silicijevi tranzistorji z visoko čistostjo začeli premikati v tranzistorje Germania zaradi elektronskih prednosti, ki so jih imeli. In za šestdeseta leta prejšnjega stoletja so nemški tranzistorji praktično izginili.

Germanio se je izkazal za ključno sestavino pri izdelavi infrardečih leč in oken (IR). V 70. letih prejšnjega stoletja so bile proizvedene voltaične celice (PVC) silicija in germania (SIGE), ki ostajajo kritične za satelitske operacije.

V devetdesetih letih je razvoj in širitev optičnih vlaken povečala povpraševanje Germania. Element se uporablja za oblikovanje steklenega jedra optičnih kablov vlaken.

Od leta 2000 so PVC -.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

Srebrno in svetlo belo. Ko njihovo trdno snov tvorijo številni kristali (poliristalin), je videti ločena ali nagubana površina, polna vizij in senc. Včasih lahko celo daste videz, da ste tako sivkasti ali črni kot silicij.

V standardnih pogojih je semimetalni, krhki in kovinski element svetlosti.

Germanio je polprevodnik, ne zelo duktilen. Ima visok indeks loma za vidno svetlobo, vendar je prozoren za infrardeče sevanje, ki se uporablja v oknih opreme za zaznavanje in merjenje teh sevanja.

Standardna atomska teža

72.63 u

Atomsko število (z)

32

Tališče

938,25 ° C

Vrelišče

2.833 ° C

Gostota

Pri sobni temperaturi: 5.323 g/cm³

Na tališču (tekočina): 5,60 g/cm³

Germanio, pa tudi silicij, galij, bizmut, antimon in voda se širijo, da se strdi. Zaradi tega je njegova gostota v tekočem stanju večja kot v trdni snovi.

Fuzijska toplota

36,94 kJ/mol

Toplota za uparjanje

334 kJ/mol

Molarna kalorična sposobnost

23,222 j/(mol · k)

Parni tlak

Pri temperaturi 1.644 K Trak Pare je le 1 Pa. To pomeni, da vaša tekočina pri tej temperaturi oddaja komaj hlape, zato ne pomeni, da tveganje upošteva vdihavanje.

Elektronegativnost

2.01 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

-Prvi: 762 kJ/mol

-Drugi: 1.537 kJ/mol

-Tretjič: 3.302,1 kJ/mol

Toplotna prevodnost

60,2 w/(m · k)

Električna upornost

1 ω · m do 20 ° C

Električna prevodnost

3 s cm^-1

Magnetni vrstni red

Diamagnet

Trdota

6.0 na lestvici MOHS

Stabilnost

Razmeroma stabilen. Nanj pri sobni temperaturi ne vpliva in oksidira pri temperaturah, večjih od 600 ° C.

Površinska napetost

6 · 10^-1 N/m a 1.673,1 k

Reaktivnost

Oksidira pri temperaturah, večjih od 600 ° C, da tvori Germaniov dioksid (Geo₂). Germanio izvira dve obliki oksidov: Germaniov dioksid (Geo₂) in germanio (geo) monoksid.

Germanijeve spojine na splošno kažejo stanje oksidacije + 4, čeprav je v mnogih spojinah Germanio predstavljen z oksidacijskim stanjem +2. Stanje oksidacije - 4 je predstavljeno, na primer v nemškem magneziju (MG₂Ge).

Germanio reagira s halogeni, da tvori tetrahaluros: Germanio tetrafluorid (GEF₄), plinasta spojina; Germanio Tetrayoduro (GHG₄), trdna spojina; Germanio tetraklorid (GECL₄) in Germanio Tetrabromuro (GEBR₄), Obe tekoči spojini.

Germanio je inerten proti klorovodiki; Toda napade ga dušikova kislina in žveplova kislina. Čeprav hidroksidi vodne raztopine malo vplivajo na germanio, se v staljenih hidroksidih zlahka raztopi, da tvori germanate.

Elektronska struktura in konfiguracija

Germanio in njegove povezave

Germanio ima štiri elektrone Valencije v skladu z elektronsko konfiguracijo:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p²

Tako kot ogljik in silikon, tudi njeni atomi hibridizirajo svoje orbitale 4S in 4P, da tvorijo štiri hibridne orbitale SP³. S temi orbitali so povezani tako, da zadovoljijo okto Valencije in imajo posledično enako število elektronov kot plemeniti plin istega obdobja (Kripton).

Na ta način se pojavljajo kovalentne vezi GE-GE in imajo štiri od njih za vsak atom, tetraedrabično okolje so opredeljene (z GE v središču in ostalimi v točkah). Tako se vzpostavi tridimenzionalna mreža zaradi premika teh tetraedrov vzdolž kovalentnega stekla; ki se obnaša, kot da bi bila velika molekula.

Alotropi

Kovalentno steklo Germanio sprejme isto kubično strukturo, osredotočeno na diamantne obraze (in silicij). Ta alotrop je znan kot α-gen. Če se tlak poveča do 120 kbar (približno 118.000 atm), kristalna struktura α-GO postane tetragonalna osredotočena na telo (BCT).

Lahko vam služi: natrijev cianid (NACN): struktura, lastnosti, tveganja, uporabe

Ti kristali BCT ustrezajo drugemu alotropskemu Germaniu: β-GE, kjer so povezave GE-GO lomljene in so izolirane, kot se dogaja s kovinami. Tako je α-GE semimetalno; medtem ko je β-gen kovinski.

Oksidacijske številke

Germanio lahko izgubi svoje štiri elektrone Valencije ali osvoji še štiri, da bi postal izolektronski s Kriptonom.

Ko v svojih spojinah izgubi elektrone, pravi se, da ima pozitivne oksidacijske številke ali stanja, v katerih se obstoj kationov predpostavlja z enakimi obremenitvami kot te številke. Med njimi imamo +2 (GE²⁺), +3 (ge³⁺) in +4 (ge⁴⁺).

Na primer, naslednje spojine imajo germanio s pozitivnimi oksidacijskimi številkami: Geo (GE²⁺Tudi^2-), Get (ge²⁺Čaj^2-), Ge₂Cl₆ (GE₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (GE⁴⁺Tudi₂^2-) in ges₂ (GE⁴⁺S₂^2-).

Medtem ko elektroni v svojih spojinah pridobijo negativne oksidacijske številke. Med njimi je najpogostejši -4; torej obstoj GE^4-. V Germanosu se to zgodi, in kot primeri njih imamo Li₄Ge (li₄⁺GE^4-) in mg₂GE (Mg₂²⁺GE^4-).

Kje je in dobimo

Žveplov minerali

Vzorec mineralov argirodita, malo številčnosti, vendar edinstvena ruda za ekstrakcijo germania. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Germanio je razmeroma redek element v Zemljini skorji. Malo je mineralov, ki vsebujejo občutno količino, med katerimi lahko omenimo: Argirodita (4AG₂S · ges₂),, Germanita (7CUS · fest₂), Briartita (Cu₂Feges₄), Renierita in Canfieldita.

Vsi imajo nekaj skupnega: so žveplo ali žveplove minerale. Zato germanio prevladuje v naravi (ali vsaj tukaj na zemlji) kot gesta₂ In ne geo₂ (V nasprotju s svojim kolegom Sio₂, Silicijev dioksid, široko razširjen).

Poleg zgoraj omenjenih mineralov je bilo najdeno tudi Germanio v masnih koncentracijah 0,3% v nahajališčih premoga. Tudi nekateri mikroorganizmi ga lahko predelajo tako, da ustvarijo majhne količine GEH₂(Pogl₃)₂ in geh₃(Pogl₃), ki se je na koncu razseli proti rekam in morjem.

Germanio je sekundarni produkt predelave kovin, kot sta cink in baker. Če ga želite pridobiti, morate trpeti vrsto kemičnih reakcij, da zmanjšate svoj sulfid v ustrezni kovini; to pomeni, da odvzamete ges₂ njegovi žveplovi atomi, tako da je preprosto GE.

Opečen

Žveplov minerali so podvrženi praženemu procesu, v katerem se segrejejo z zrakom, tako da pride do oksidacij:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 Torej₂

Za ločitev Germanio od ostanka postane njegov klorid, ki ga je mogoče destilirati:

Geo₂ + 4 HCl → GECL₄ + 2 h₂Tudi

Geo₂ + 2 Cl₂ → GECL₄ + Tudi₂

Kot je razvidno, se lahko transformacija izvede z uporabo klorovodikove kisline ali klora. Gecl₄ Nato se spet hidrolizira do geo₂, Tako obori kot belkasto trdno. Končno oksid reagira z vodikom, da zmanjša kovinski germanij:

Geo₂ + 2 h₂ → GE + 2 h₂Tudi

Zmanjšanje, ki ga je mogoče storiti tudi s premog:

Geo₂ + C → GE + CO₂

Pridobljeni Germanio je sestavljen iz prahu, ki je oblikovan ali apisona v kovinskih palicah, od katerih lahko rastejo kristali Germanio.

Izotopi

Germanio v naravi nima nobenega izotopa velikega obilja. Namesto tega ima pet izotopov, katerih številčnosti so razmeroma nizke: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) in ⁷⁶GE (7,75%). Upoštevajte, da je atomska teža 72.630 U, kar povprečno vse atomske mase z ustreznimi številčnostjo izotopov.

Izotop ⁷⁶GE je dejansko radioaktiven; Toda njegovo polovico je tako super (t_1/2= 1.78 × 10^enaindvajset leta), ki praktično štejejo med petimi najbolj stabilnimi nemškimi izotopi. Drugi radioizotopi, kot so ⁶⁸Ge in ⁷¹GE, oba sintetična, ima krajši čas polovice (270,95 dni oziroma 11,3 dni).

Vam lahko služi: 20 primerov kemične sublimacije in značilnosti

Tveganja

Osnovni in anorganski germanio

Okolje Germanium je nekoliko sporno. Ker je rahlo težka kovina, lahko širjenje ionov iz vodnih topnih soli krši ekosistem; to pomeni, da lahko na živali in rastline vpliva na uživanje GE³⁺.

Elemental Germanio ne predstavlja nobenega tveganja, dokler ni prah. Če je v prahu, ga lahko zračni tok vleče v vire toplote ali visoko oksidacijske snovi; In posledično obstaja tveganje za požar ali eksplozijo. Tudi njihovi kristali se lahko končajo v pljučih ali očeh, kar povzroči močne draženja.

Oseba lahko tiho manipulira z nemškim albumom v svoji pisarni, ne da bi skrbel za kakršno koli nesrečo. Vendar pa ne moremo reči tudi o svojih anorganskih spojinah; torej njihove soli, oksidi in hidridi. Na primer GEH₄ ali nemško (analogno CHO₄ In ja₄), To je dokaj razdražljiv in vnetljiv plin.

Organski germanio

Zdaj obstajajo organski viri germanija; Med njimi ga je mogoče omeniti na 2-karboksilestilmasukvioksanu ali Germanio-132, alternativnem dodatku, znanem po zdravljenju nekaterih bolezni; čeprav z dokazi, ki dvomijo.

Nekateri zdravilni učinki, pripisani Germanio-132, so krepitev imunskega sistema, zato pomaga pri boju proti raku, HIV in aidsu; Regurira telesne funkcije, pa tudi stopnjo oksigenacije v krvi, odpravlja proste radikale; In tudi zdravi artritis, glavkom in srčne bolezni.

Vendar je organski germanio povezan z resno škodo ledvic, jeter in živčnega sistema. Zato obstaja latentno tveganje pri uživanju tega dodatka Germanio; Medtem ko obstajajo tisti, ki menijo, da je čudežno zdravilo, obstajajo tudi drugi, ki opozarjajo, da ne ponuja znanstveno dokazane koristi.

Prijave

Infrardeča optika

Nekateri infrardeči senzorji sevanja so narejeni iz germania ali njihovih zlitin. Vir: Adafruit Industries prek Flickr.

Germanio je pregleden za infrardeče sevanje; to pomeni, da ga lahko prenesejo, ne da bi ga absorbirali.

Zahvaljujoč temu so bile zgrajene leče Germanio in steklo za optične infrardeče naprave; Na primer, skupaj z IR detektorjem za spektroskopsko analizo, v lečah, ki se uporabljajo v oddaljenih infrardečih prostorskih teleskopih za preučevanje najbolj oddaljenih zvezd vesolja ali v senzorjih svetlobe in temperature.

Infrardeče sevanje je povezano z molekularnimi vibracijami ali toplotnimi viri; Torej so naprave, ki se v vojaški industriji uporabljajo za vizualizacijo ciljev z nočnim vidom.

Polprevodniški material

Germanio diode, zaprte v steklo in se uporabljajo v 60. in 70. letih. Vir: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Germanio kot polprevodniški metaloid je bil uporabljen za konstrukcijo tranzistorjev, električnih vezij, lahkih diod in mikročipov. V slednjem so silicij začeli nadomeščati silicij, tako da so vse manj majhne in močne vezje oblikovati manjše in še več, celo Germanio zlitine in celo Germanio.

Vaš oksid, geo₂, Zaradi visokega indeksa loma se steklo doda tako, da ga lahko uporabimo v mikroskopiji, odličnem kotu in optičnih vlaknih.

Germanio v nekaterih elektronskih aplikacijah ni samo zamenjal silicija, ampak je lahko povezan tudi z Gallium arseniuro (GAAS). Tako je ta metaloid prisoten tudi v sončnih ploščah.

Katalizatorji

Geo₂ Uporablja se kot katalizator za reakcije polimerizacije; Na primer, v potrebnem za sintezo polietilen tereftalata, plastike, s katero se proizvajajo svetle steklenice na Japonskem.

Tudi nanodelci njihovih zlitin s platino katalizirajo redoks reakcije, kjer vključujejo tvorbo plinaste vodika in vrnejo te učinkovitejše voltaične celice.

Zlitine

Končno je bilo omenjeno, da obstajajo zlitine Ge-Si in Ge-Pt. Poleg tega lahko njihove atome GE dodamo tudi kristalom drugih kovin, kot so srebro, zlato, baker in berilij. Te zlitine kažejo večjo duktilnost in kemično odpornost kot njihove posamezne kovine.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Germanium. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. PhysicsOpenLab. (2019). Kristalna struktura silicijeve in germanijeve. Okrevano od: PhysicsOpenLab.org
4. Susan York Morris. (19. julij 2016). Je germanium do čudežnega zdravljenja? Povprečno zdravstveno linijo. Okrevano od: Healthline.com
5. Lentech b.V. (2019). Tabela obdobja: germanium. Okrevano od: Lentech.com
6. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Germanium. Baza podatkov Pubchem. Cid = 6326954. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
7. Doktor. Doug Stewart. (2019). Dejstva o elementih Germanium. Kemikool. Okrevano od: Chemicool.com
8. Emil Venere. (8. december 2014). Germanium pride domov v Purdue na polprevodniški mejnik. Okreval od: Purdue.Edu
9. Marques Miguel. (s.F.). Germanium. Okreval od: Nautilus.Fis.UC.Pt
10. Rosenberg, e. Rev Environment Sci Biotechnol. (2009). Germanium: Odločitev o okolju, pomembnosti in specifikaciji. 8: 29. doi.org/10.1007/S11157-008-9143-X