Det germanium Det er et metalloid element, der er repræsenteret af det kemiske symbol Ge, og som hører til gruppe 14 i det periodiske system. Det findes under silicium og deler mange af dets fysiske og kemiske egenskaber med det; så meget, at engang hans navn var Ekasilicio, forudsagt af Dmitri Mendeleev selv.
Dets nuværende navn blev givet af Clemens A. Winkler til ære for sit hjemland Tyskland. Derfor er germanium knyttet til dette land, og at det er det første billede, der fremkalder sindet dem, der ikke kender det for meget..
Germanium, ligesom silicium, består af kovalente krystaller af tredimensionelle tetraedriske gitter med Ge-Ge-bindinger. Ligeledes kan den findes i monokrystallinsk form, hvor dens korn er store eller polykrystallinske, sammensat af hundreder af små krystaller..
Det er et halvlederelement ved omgivende tryk, men når det stiger over 120 kbar, bliver det en metallisk allotrop; det vil sige, muligvis er Ge-Ge-bindingerne brudt, og de er arrangeret individuelt indpakket i havet af deres elektroner.
Det betragtes som et ikke-giftigt element, da det kan håndteres uden nogen form for beskyttelsesbeklædning; skønt indånding og overdreven indtagelse kan føre til klassiske symptomer på irritation hos individer. Damptrykket er meget lavt, så det er usandsynligt, at dets røg kan forårsage brand.
Uorganiske (salte) og organiske germaniums kan imidlertid være farlige for kroppen, på trods af at deres Ge-atomer interagerer på en mystisk måde med biologiske matricer..
Det vides ikke rigtigt, om organisk germanium kan betragtes som en mirakelkur mod behandling af visse lidelser som en alternativ medicin. Imidlertid understøtter videnskabelige undersøgelser ikke disse påstande, men afviser dem og mærker dette element selv som kræftfremkaldende..
Germanium er ikke kun en halvleder, der ledsager silicium, selen, gallium og en hel række elementer i verden af halvledermaterialer og deres anvendelser; Det er også gennemsigtigt for infrarød stråling, hvilket gør det nyttigt til fremstilling af varmedetektorer fra forskellige kilder eller regioner..
Artikelindeks
Germanium var et af de elementer, hvis eksistens blev forudsagt i 1869 af den russiske kemiker Dmitri Mendeleev i sit periodiske system. Han kaldte det foreløbigt ekasilicon og placerede det i et rum på det periodiske bord mellem tin og silicium..
I 1886 opdagede Clemens A. Winkler germanium i en mineralprøve fra en sølvmine nær Freiberg, Sachsen. Det var mineralet kaldet argyrodit på grund af dets høje sølvindhold og netop opdaget i 1885.
Argyroditprøven indeholdt 73-75% sølv, 17-18% svovl, 0,2% kviksølv og 6-7% et nyt element, som Winkler senere kaldte germanium..
Mendeleev havde forudsagt, at densiteten af det element, der skulle opdages, skulle være 5,5 g / cm3 og dets atomvægt omkring 70. Hans forudsigelser viste sig at være ret tæt på dem, der blev fremsat af germanium.
I 1886 var Winkler i stand til at isolere det nye metal og fandt det ligner antimon, men han genovervejede og indså, at det element, han havde opdaget, svarede til ekasilicon..
Winkler kaldte elementet 'germanium' stammer fra det latinske ord 'germania', et ord de brugte til at beskrive Tyskland. Af denne grund navngav Winkler det nye element germanium efter sit hjemland Tyskland..
I 1887 bestemte Winkler germaniums kemiske egenskaber ved at finde en atomvægt på 72,32 ved en analyse af rent germaniumtetrachlorid (GeCl4).
I mellemtiden udledte Lecoq de Boisbaudran en atomvægt på 72,3 ved at studere elementets gnistspektrum. Winkler fremstillede flere nye forbindelser fra germanium, herunder fluorider, chlorider, sulfider og dioxider..
I 1920'erne førte undersøgelser af de elektriske egenskaber ved germanium til udviklingen af monokrystallinsk germanium med høj renhed.
Denne udvikling tillod brugen af germanium i dioder, ensrettere og mikrobølgeradarmodtagere under Anden Verdenskrig..
Den første industrielle anvendelse kom efter krigen i 1947 med opfindelsen af germanium transistorer af John Bardeen, Walter Brattain og William Shockley, som blev brugt i kommunikationsudstyr, computere og bærbare radioer..
I 1954 begyndte silicium-transistorer med høj renhed at fortrænge germanium-transistorer på grund af de elektroniske fordele, de havde. Og i 1960'erne var germanium transistorer næsten forsvundet..
Germanium viste sig at være en nøglekomponent i fremstillingen af infrarøde (IR) linser og vinduer. I 1970'erne blev der produceret siliciumgermanium (SiGe) voltaiske celler (PVC), der stadig er kritiske for satellitoperationer..
I 1990'erne øgede udviklingen og udvidelsen af fiberoptik efterspørgslen efter germanium. Elementet bruges til at danne glaskerne af fiberoptiske kabler.
Fra og med 2000 førte højeffektive PVC'er og lysdioder (LED'er), der bruger germanium, til en stigning i produktion og forbrug af germanium..
Sølvhvid og skinnende. Når dets faste stof består af mange krystaller (polykrystallinske), har det en skællet eller rynket overflade, fuld af overtoner og skygger. Nogle gange kan det endda fremstå som grålig eller sort som silicium..
Under standardbetingelser er det et semi-metallisk element, sprød og metallisk glans..
Germanium er en halvleder, ikke særlig duktil. Det har et højt brydningsindeks for synligt lys, men er gennemsigtigt til infrarød stråling og bruges i udstyrsvinduer til at opdage og måle denne stråling..
72,63 u
32
938,25 ºC
2.833 ºC
Ved stuetemperatur: 5,323 g / cm3
Ved smeltepunkt (væske): 5,60 g / cm3
Germanium, som silicium, gallium, bismuth, antimon og vand, udvider sig, når det størkner. Af denne grund er dens densitet større i flydende tilstand end i fast tilstand..
36,94 kJ / mol
334 kJ / mol
23,222 J / (mol K)
Damptrykket er kun 1 Pa ved en temperatur på 1.644 K. Det betyder, at dets væske næsten ikke udsender dampe ved den temperatur, så det indebærer ikke en risiko for indånding..
2.01 på Pauling-skalaen
-Først: 762 kJ / mol
-Andet: 1.537 kJ / mol
-Tredje: 3.302,1 kJ / mol
60,2 W / (m K)
1 Ω · m ved 20 ºC
3S cm-1
Diamagnetisk
6.0 på Mohs-skalaen
Relativt stabil. Det påvirkes ikke af luft ved stuetemperatur og oxideres ved temperaturer over 600 ºC.
6 10-1 N / m ved 1.673,1 K
Det oxiderer ved temperaturer over 600 ° C til dannelse af germaniumdioxid (GeOto). Germanium giver anledning til to former for oxider: germaniumdioxid (GeOto) og germaniummonoxid (GeO).
Germaniumforbindelser udviser generelt +4-oxidationstilstanden, selvom germanium i mange forbindelser forekommer med +2-oxidationstilstanden. Oxidationstilstanden - 4 forekommer for eksempel i magnesiumgermanid (MgtoGe).
Germanium reagerer med halogener og danner tetrahalogenider: germanium tetrafluorid (GeF4gasformig forbindelse; germanium tetraiodid (GeI4fast forbindelse; germaniumtetrachlorid (GeCl4) og germaniumtetrabromid (GeBr4), begge flydende forbindelser.
Germanium er inert over for saltsyre; men det angribes af salpetersyre og svovlsyre. Selvom hydroxider i vandig opløsning har ringe virkning på germanium, opløses det let i smeltede hydroxider til dannelse af geronater..
Germanium har fire valenselektroner i henhold til sin elektroniske konfiguration:
[Ar] 3d10 4sto 4pto
Ligesom kulstof og silicium hybridiserer deres Ge-atomer deres 4'er og 4p orbitaler til dannelse af fire sp hybridorbitaler.3. Med disse orbitaler binder de sig for at tilfredsstille valensoktet og har følgelig det samme antal elektroner som ædelgassen i samme periode (krypton).
På denne måde opstår Ge-Ge kovalente bindinger, og der er fire af dem for hvert atom, der omgiver tetraeder er defineret (med en Ge i midten og de andre i hjørnerne). Således etableres et tredimensionelt netværk ved forskydning af disse tetraeder langs den kovalente krystal; der opfører sig som om det var et kæmpe molekyle.
Den kovalente germaniumkrystal anvender den samme ansigtscentrerede kubiske struktur af diamant (og silicium). Denne allotrop er kendt som α-Ge. Hvis trykket stiger til 120 kbar (ca. 118.000 atm), bliver α-Ge's krystalstruktur kropscentreret tetragonal (BCT for dets akronym på engelsk: Body-centreret tetragonal).
Disse BCT-krystaller svarer til den anden allotrop af germanium: β-Ge, hvor Ge-Ge-bindingerne brydes og arrangeres isoleret, som det sker med metaller. Således er a-Ge semimetallisk; mens β-Ge er metallisk.
Germanium kan enten miste sine fire valenselektroner eller vinde fire mere for at blive isoelektronisk med krypton..
Når det mister elektroner i dets forbindelser, siges det at have positive tal eller oxidationstilstande, hvor eksistensen af kationer med de samme ladninger som disse tal antages. Blandt disse har vi +2 (Geto+), +3 (Ge3+) og +4 (Ge4+).
For eksempel har de følgende forbindelser germanium med positive oxidationstal: GeO (Geto+ELLERto-), GeTe (Geto+Teto-), GetoCl6 (Geto3+Cl6-), GeOto (Ge4+ELLERtoto-) og GeSto (Ge4+Stoto-).
Mens det får elektroner i dets forbindelser, har det negative oxidationstal. Blandt de mest almindelige er -4; eksistensen af anionen Ge antages4-. På germanides sker dette, og som eksempler på dem har vi Li4Ge (Li4+Ge4-) og MgtoGe (Mgtoto+Ge4-).
Germanium er et relativt sjældent element i jordskorpen. Få mineraler indeholder en mærkbar mængde af det, blandt hvilke vi kan nævne: argyrodit (4AgtoS · GeSto), germanit (7CuS · FeS · GeSto), briartit (CutoFeGeS4), renierite og canfieldite.
De har alle noget til fælles: de er svovl- eller svovlholdige mineraler. Derfor dominerer germanium i naturen (eller i det mindste her på jorden), som GeSto og ikke GeOto (i modsætning til dets modstykke SiOto, silica, bredt spredt).
Ud over de ovenfor nævnte mineraler har germanium også vist sig at findes i massekoncentrationer på 0,3% i kulaflejringer. Nogle mikroorganismer kan også behandle det for at generere små mængder GeHto(CH3)to og GeH3(CH3), som ender med at blive fordrevet mod floder og have.
Germanium er et biprodukt ved forarbejdning af metaller som zink og kobber. For at opnå det skal det gennemgå en række kemiske reaktioner for at reducere dets svovl til det tilsvarende metal; tag GeS vækto dets svovlatomer, så det forbliver som Ge ganske enkelt.
Svovlholdige mineraler gennemgår en ristningsproces, hvor de opvarmes sammen med luften, så der sker oxidation:
GeSto + 3 Oto → GeOto + 2 SÅto
For at adskille germanium fra resten omdannes det til dets respektive chlorid, som kan destilleres:
Geoto + 4 HCI → GeCl4 + 2 timertoELLER
Geoto + 2 Clto → GeCl4 + ELLERto
Som det kan ses, kan transformationen udføres ved anvendelse af saltsyre eller chlorgas. GeCl4 hydrolyserer derefter tilbage til GeOto, så det udfældes som et hvidligt fast stof. Endelig reagerer oxidet med brintet for at reducere til det metalliske germanium:
Geoto + 2 timerto → Ge + 2 HtoELLER
Reduktion, der også kan udføres med trækul:
Geoto + C → Ge + COto
Det opnåede germanium består af et pulver, der er støbt eller stemplet i metalstænger, hvorfra strålende germaniumkrystaller kan dyrkes..
Germanium har ingen isotop med stor overflod i naturen. I stedet har den fem isotoper, hvis overflod er relativt lav: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) og 76Ge (7,75%). Bemærk, at atomvægten er 72,630 u, som gennemsnit af alle atommasserne med de respektive overflader af isotoperne.
Isotop 76Ge er faktisk radioaktiv; men halveringstiden er så stor (t1/2= 1,78 × 10enogtyve år), som praktisk talt er blandt de fem mest stabile isotoper af germanium. Andre radioisotoper, såsom 68Ge og 71Ge, begge syntetiske, har kortere halveringstider (henholdsvis 270,95 dage og 11,3 dage).
Miljørisici for germanium er noget kontroversielle. At være et let tungmetal, kan en formering af dets ioner fra vandopløselige salte påføre økosystemet skade. det vil sige, dyr og planter kan blive påvirket af indtagelse af Ge-ioner3+.
Elementært germanium er sikkert, så længe det ikke er pulveriseret. Hvis det er i støv, kan en luftstrøm trække det til varmekilder eller stærkt oxiderende stoffer; og derfor er der risiko for brand eller eksplosion. Ligeledes kan dets krystaller ende i lungerne eller øjnene og forårsage alvorlige irritationer..
En person kan sikkert håndtere en germanium-disk på sit kontor uden at bekymre sig om nogen ulykke. Det samme kan imidlertid ikke siges for dets uorganiske forbindelser; det vil sige dets salte, oxider og hydrider. For eksempel GeH4 eller germansk (analog med CH4 og YesH4), det er en meget irriterende og brandfarlig gas.
Nu er der organiske kilder til germanium; Blandt dem kan nævnes 2-carboxyethylgermasquioxan eller germanium-132, et alternativt supplement, der vides at behandle visse lidelser; dog med beviser, der er tvivlet.
Nogle af de medicinske virkninger, der tilskrives germanium-132, er at styrke immunforsvaret, hvorfor det hjælper med at bekæmpe kræft, hiv og aids; regulerer kroppens funktioner samt forbedrer iltningsgraden i blodet, eliminerer frie radikaler; og kurerer også gigt, glaukom og hjertesygdomme.
Imidlertid har organisk germanium været forbundet med alvorlig skade på nyrerne, leveren og nervesystemet. Derfor er der en latent risiko, når det kommer til at indtage dette germaniumtilskud; Selvom der er dem, der betragter det som en mirakelkur, er der andre, der advarer om, at det ikke giver nogen videnskabeligt bevist fordel.
Germanium er transparent for infrarød stråling; det vil sige, de kan passere igennem det uden at blive absorberet.
Takket være dette er der bygget germanium-briller og linser til infrarøde optiske enheder; for eksempel kombineret med en IR-detektor til spektroskopisk analyse, i linser, der bruges i langt-infrarøde rumteleskoper til at studere de fjerneste stjerner i universet eller i lys- og temperaturfølere.
Infrarød stråling er forbundet med molekylære vibrationer eller varmekilder; så de enheder, der bruges i militærindustrien til at se mål med nattesyn, har komponenter fremstillet med germanium.
Germanium som en halvledermetalloid er blevet brugt til at bygge transistorer, elektriske kredsløb, lysemitterende dioder og mikrochips. I sidstnævnte er germanium-siliciumlegeringer og endog germanium i sig selv begyndt at erstatte silicium, så mindre og mere kraftfulde kredsløb kan designes..
Dens rust, GeOto, På grund af dets høje brydningsindeks føjes det til brillerne, så de kan bruges i mikroskopi, vidvinkelmål og fiberoptik..
Germanium er ikke kun kommet til at erstatte silicium i visse elektroniske applikationer, men det kan også kobles med galliumarsenid (GaAs). Således er denne metalloid også til stede i solpaneler.
GeOto det er blevet anvendt som en katalysator til polymerisationsreaktioner; for eksempel i den, der er nødvendig til syntesen af polyethylenterephthalat, en plast, hvormed der fremstilles skinnende flasker, der sælges i Japan.
Ligeledes katalyserer nanopartiklerne i deres platinlegeringer redoxreaktioner, hvor de involverer dannelsen af hydrogengas, hvilket gør disse voltaiske celler mere effektive..
Endelig er det blevet nævnt, at der findes Ge-Si og Ge-Pt legeringer. Udover dette kan dets Ge-atomer føjes til krystaller af andre metaller, såsom sølv, guld, kobber og beryllium. Disse legeringer viser større duktilitet og kemisk resistens end deres individuelle metaller..
Endnu ingen kommentarer