Historia germanio, właściwości, struktura, uzyskiwanie, użycia

On german Jest to element metaloidowy reprezentowany przez symbol chemiczny GE i należy do grupy 14 tabeli okresowej. Jest pod krzemionem i dzieli się z wieloma swoimi właściwościami fizycznymi i chemicznymi; Tak bardzo, że nazywał się Ekasilicio, przewidywany przez samego Dmitri Mendev.

Jego obecne imię zostało nadane przez Clemensa. Winkler, na cześć swojej ojczyzny Niemiec. Stąd Germanio jest powiązane z tym krajem i że jest to pierwszy obraz, który przywołuje umysł, który nie wie za dużo.

Próbka Ultra Ultra Próbka. Źródło: obrazy Hi-Resa elementów chemicznych [CC przez 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Germano, jak krzem. Podobnie można go znaleźć w formie monochrystalicznej, w której jego ziarna są duże, lub poliristalan, złożony z setek małych kryształów.

Jest to element półprzewodnikowy pod ciśnieniem otoczenia, ale gdy wznosi się powyżej 120 kbar, staje się metalowym alotropem; Oznacza to, że wiązania GE-Ge są prawdopodobnie złamane, a ich są dostępne indywidualnie owinięte w morze ich elektronów.

Jest uważany za element nietoksyczny, ponieważ można go manipulować bez żadnej odzieży ochronnej; Chociaż jego inhalacja i nadmierne spożycie mogą prowadzić do klasycznych objawów podrażnienia u osób. Twoje ciśnienie pary jest bardzo niskie, więc jest mało prawdopodobne, aby twój dym może spowodować pożar.

Jednak nieorganiczni Niemcy (sole) i organiczne mogą być niebezpieczne dla organizmu, pomimo faktu, że ich atomy GE w tajemniczy sposób oddziałują na matryce biologiczne.

Nie wiadomo, czy ekologiczne germanio można uznać za cudowne lekarstwo na leczenie niektórych zaburzeń jako medycyny alternatywne. Jednak badania naukowe nie potwierdzają tych stwierdzeń, ale odrzucają je i nazywają ten element nawet jako rakotwórczy.

Germańskie jest nie tylko półprzewodnik, towarzyszący krzem, selen, galu i całą serię elementów w świecie materiałów półprzewodników i ich zastosowań; ale także jest przezroczysty dla promieniowania w podczerwieni, więc jest przydatny do produkcji detektorów ciepła różnych źródeł lub regionów.

[TOC]

Historia

Prognozy Mendeleeva

Germano był jednym z elementów, których istnienie przewidywało w 1869 r. Tymczasowo nazywany Ekasilicio i umieścił go w przestrzeni w okresowym stole między cyną a krzemionem.

W 1886 roku Clemens a. Winkler odkrył Germano w próbce mineralnej srebrnej kopalni w pobliżu Freiberg, Saksonia. Był to minerał o nazwie Argirodita, ze względu na wysoką zawartość srebrną i nowo odkryty w 1885 roku.

Próbka argrodytu zawierała 73-75% srebra, 17-18% siarki, 0,2% rtęci i 6-7% nowego elementu, który później Winkler nazwał Germerio.

Mendeleev przewidział, że gęstość odkrytego elementu musi wynosić 5,5 g/cm³ i jego masa atomowa około 70. Jego prognozy okazały się dość blisko przewidywanych przez Germańczyków.

Izolacja i nazwa

W 1886 r. Winkler był w stanie odizolować nowy metal i znalazł go podobny do antymonu, ale ponownie rozważył i zdał sobie sprawę, że element, który odkrył, odpowiadał Ekasilicio.

Winkler nazwał element „Germanio” pochodzi od łacińskiego słowa „Germania”, słowo, którego używali do nazywania Niemiec. Z tego powodu Winkler mianował nowym elementem Germano, na cześć swojego rodzinnego kraju w Niemczech.

Określenie jego właściwości

W 1887 r. Winkler określił właściwości chemiczne Germano, znajdując masę atomową 72,32 poprzez analizę czystych tetrachlorku Germano (GECL₄).

Tymczasem Lecoq de Boisbaudran wydedukował masę atomową 72,3. Winkler przygotował kilka nowych związków germanów, w tym fluorki, chlorki, sulfidy i dwutlenek.

W latach dwudziestych badania nad właściwościami elektrycznymi Germanio spowodowały rozwój monochronicznego Germanio o wysokiej czystości.

Rozwój ten pozwolił na stosowanie Germeero w diodach, prostownikach i receptorach radarowych mikrofalowych podczas II wojny światowej.

Opracowanie twoich aplikacji

Pierwsze zastosowanie przemysłowe nastąpiło po wojnie w 1947 r., Wraz z wynalazkiem tranzystorów Germano autorstwa Johna Bardeen, Waltera Brattain i Williama Shockleya, które były używane w komunikacji, komputerach i radiotelefonach przenośnych.

Może ci służyć: neutralny atom

W 1954 r. A w latach 60. XX wieku tranzystory Germano praktycznie zniknęły.

Germańska okazała się kluczowym elementem opracowania soczewek w podczerwieni i okien (IR). W latach siedemdziesiątych wyprodukowano komórki woltw (PVC) krzemu i germanio (SIGE), które pozostają krytyczne dla operacji satelitarnych.

W latach 90. rozwój i ekspansja światłowodów zwiększyła zapotrzebowanie Germańskiego. Element służy do utworzenia szklanego jądra kabli światłowodowych.

Od 2000 r. PVC o wysokiej wydajności i diody emitujące światło (LED), które wykorzystują Germańskie, spowodowały wzrost produkcji i konsumpcji Germańczycy.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wygląd

Srebrny i jasny biały. Kiedy ich ciało stałe powstaje przez wiele kryształów (polyristalina), wygląda na chustę lub pomarszczoną powierzchnię, pełną wizji i cieni. Czasami możesz nawet wyglądać na bycie tak szarawym lub czarnym jak krzemion.

W standardowych warunkach jest to półmetaliczny, kruchy i metaliczny element jasności.

Germanio jest półprzewodnikiem, niezbyt plastycznym. Ma wysoki wskaźnik refrakcji dla światła widzialnego, ale jest przezroczysty dla promieniowania w podczerwieni, jest używany w oknach sprzętu do wykrywania i pomiaru tych promieniowania.

Standardowa masa atomowa

72,63 u

Liczba atomowa (z)

32

Temperatura topnienia

938,25 ºC

Punkt wrzenia

2.833 ºC

Gęstość

W temperaturze pokojowej: 5323 g/cm³

W temperaturze topnienia (ciecz): 5,60 g/cm³

Germanio, a także krzem, galu, bizmut, antymon i woda rozszerzają się, aby zestalić. Z tego powodu jego gęstość jest większa w stanie ciekłym niż w stałym.

Fusion Heat

36,94 kJ/mol

Ciepło parowe

334 kJ/mol

Pojemność kaloryczna trzonowa

23 222 J/(mol · k)

Ciśnienie pary

W temperaturze 1.644 k ciśnienie pary wynosi tylko 1 pa. Oznacza to, że Twoja ciecz emituje ledwo oparowanie się w tej temperaturze, więc nie oznacza to ryzyka rozważanego na inhalację.

Elektronialiczność

2.01 na skali Pauling

Energie jonizacyjne

-Po pierwsze: 762 kJ/mol

-Po drugie: 1.537 kJ/mol

-Po trzecie: 3.302,1 kJ/mol

Przewodność cieplna

60,2 W/(M · K)

Rezystancja

1 Ω · m do 20 ° C

Przewodność elektryczna

3 s cm^-1

Zakon magnetyczny

Diamagnetyczny

Twardość

6.0 w skali MOHS

Stabilność

Relatywnie stabilny. Air w temperaturze pokojowej nie ma wpływu na temperatury większe niż 600 ° C.

Napięcie powierzchniowe

6 · 10^-1 N/m a 1.673.1 K

Reaktywność

Utlenia się w temperaturach większych niż 600 °₂). Germańca pochodzi z dwóch form tlenków: dwutlenku Germanio (Geo₂) i Germanio (Geo) tlenek.

Związki germanu zazwyczaj wykazują stan utleniania + 4, chociaż w wielu związkach Germano ma stan utleniania +2. Stan utleniania - 4 jest prezentowany, na przykład na niemieckim magnezie (Mg₂Ge).

Germanio reaguje z halogenami, tworząc tetrahaluros: germańskie tetrafluoride (GEF₄), związek gazowy; Germańska tetrayoduro (GHG₄), związek stały; Tetrachlor germano (gecl₄) i Germanio Tetrabromuro (GEBR₄), Oba płynne związki.

Germańskie jest obojętne przed kwasem solnym; Ale jest atakowany przez kwas azotowy i kwas siarkowy. Chociaż wodorotlenki roztworu wodnego mają niewielki wpływ na Germano, łatwo rozpuszcza się w stopionych wodorotlenkach, tworząc Niemcy.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Germanio i jego linki

Germano ma cztery elektrony Walencji zgodnie z konfiguracją elektroniczną:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p²

Podobnie jak węgiel i krzemion, jego atomy GE hybrydyzują jego orbitale 4S i 4P, tworząc cztery hybrydowe orbitale SP³. Z tymi orbitaliami są one powiązane w celu zaspokojenia oktetu Walencji, a w związku z tym mają taką samą liczbę elektronów jak gaz szlachetny z tego samego okresu (Kripton).

W ten sposób powstają kowalencyjne wiązania GE-Ge, a posiadanie czterech z nich dla każdego atomu, środowiska tetrahedrabiczne są zdefiniowane (z GE w środku, a pozostałych w wierzchołkach). Zatem ustalono sieć trójwymiarową ze względu na przesunięcie tych czworościaków wzdłuż kowalencyjnego szkła; co zachowuje się tak, jakby była to ogromna cząsteczka.

Alotropy

Kowalencyjne szkło Germańskie przyjmuje tę samą strukturę sześcienną skupioną na twarzach diamentowych (i krzemu). Ten alotrope jest znany jako α-gene. Jeśli ciśnienie wzrośnie do 120 kbar (około 118.000 atm), krystaliczna struktura α-Ge staje się tetragonalną wyśrodkowaną na ciele (BCT).

Może ci służyć: cyjanku sodu (nacn): struktura, właściwości, ryzyko, zastosowania

Te kryształy BCT odpowiadają drugiego alotropowego Germańskiego: β-Ge, w którym łącza GE-Ge są zepsute i izolowane, jak to ma miejsce w przypadku metali. Zatem α-gene jest półmetaliczny; Podczas gdy β-gene jest metaliczny.

Liczby utleniania

Germano może dobrze stracić cztery elektrony Walencji lub wygrać cztery kolejne, aby stać się izolektronicznym z Kripton.

Gdy w swoich związkach traci elektrony, mówi się, że ma dodatnie liczby utleniania lub stany, w których istnieje istnienie kationów z takimi samymi obciążeniami, jak te liczby. Wśród nich mamy +2 (ge²⁺), +3 (ge³⁺) i +4 (ge⁴⁺).

Na przykład następujące związki mają Germonio z dodatnimi liczbami utleniania: Geo (GE²⁺ALBO^2-), Gete (ge²⁺Herbata^2-), Ge₂Cl₆ (Ge₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (Ge⁴⁺ALBO₂^2-) i GES₂ (Ge⁴⁺S₂^2-).

Gdy elektrony zyskują w swoich związkach, ma ujemne liczby utleniania. Wśród nich najczęstszym jest -4; to znaczy istnienie GE^4-. W niemieckich dzieje się tak, a jako ich przykłady mamy li₄GE (Li₄⁺Ge^4-) i Mg₂GE (Mg₂²⁺Ge^4-).

Gdzie to jest i uzyskaj

Minerały siarkowe

Próbka mineralna argrodytu, o niewielkiej obfitości, ale wyjątkowa ruda do wydobycia Germańskiego. Źródło: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Germanio jest stosunkowo rzadkim elementem skorupy ziemskiej. Istnieje niewiele minerałów, które zawierają znaczącą ilość, wśród których możemy wspomnieć: argirodita (4ag₂S · ges₂), Germanita (7cus · fest₂), Briritita (cu₂Feges₄), Renierita i Canfieldita.

Wszyscy mają coś wspólnego: są siarką lub sulphurnymi minerałami. Dlatego Germańca dominuje w naturze (lub przynajmniej tutaj na ziemi), jako gest gestowy₂ I nie Geo₂ (W przeciwieństwie do jego odpowiednika Sio₂, krzemionka, szeroko rozpowszechniona).

Oprócz wspomnianych wyżej minerałów, Germańskie stwierdzono również w stężeniach masy 0,3% w złożach węgla. Ponadto niektóre mikroorganizmy mogą go przetworzyć w celu wygenerowania niewielkich ilości GEH₂(Ch₃)₂ i Geh₃(Ch₃), które kończą się na rzekach i morzach.

Germanio jest drugorzędnym produktem przetwarzania metalu, takiego jak cynk i miedź. Aby go uzyskać, musisz cierpieć szereg reakcji chemicznych, aby zmniejszyć siarkę w odpowiednim metalu; to znaczy, zabierz ges₂ jego atomy siarki, tak że jest po prostu ge.

Opieczony

Sulphury Minerals są poddawane prażonemu procesowi, w którym ogrzewają się z powietrzem, aby wystąpić utleniania:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 Tak₂

Aby oddzielić Germano od pozostałości, staje się jego odpowiednim chlorek, który można destylować:

Geo₂ + 4 HCl → GECL₄ + 2 godz₂ALBO

Geo₂ + 2 Cl₂ → Gecl₄ + ALBO₂

Jak widać, transformację można przeprowadzić za pomocą kwasu solnego lub gazu chloru. Gecl₄ Następnie ponownie hydrolizuje się do Geo₂, Więc wytrąca się jak białawe stałe. Wreszcie tlenek reaguje z wodorem w celu zmniejszenia metalicznego germanu:

Geo₂ + 2 godz₂ → GE + 2 H₂ALBO

Redukcja, którą można również wykonać za pomocą węgla:

Geo₂ + C → GE + CO₂

Uzyskane przez Niemców składa się z proszku uformowanego lub apisony w metalowych prętach, z których kryształy germańskie mogą rosnąć.

Izotopy

Germanio nie ma w naturze żadnego izotopu wielkiej obfitości. Zamiast tego ma pięć izotopów, których liczebność są stosunkowo niskie: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) i ⁷⁶GE (7,75%). Należy zauważyć, że masa atomowa wynosi 72 630 u, co średnio wszystkie masy atomowe z odpowiednimi obfitościami izotopów.

Izotop ⁷⁶GE jest w rzeczywistości radioaktywne; Ale jego pół -życie jest takie świetne (T_1/2= 1.78 × 10^{dwadzieścia jeden} lata), która praktycznie liczy się wśród pięciu najbardziej stabilnych izotopów germanów. Inne radioizotopy, takie jak ⁶⁸GE i ⁷¹GE, oba syntetyczne, mają krótszy czas pół -life (odpowiednio 270,95 dni i 11,3 dni).

Może ci służyć: 20 przykładów sublimacji chemicznej i cech

Ryzyko

Elementary i nieorganiczne germano

Środowiska germanów są nieco kontrowersyjne. Będąc lekko ciężkim metalem, rozprzestrzenianie się jego jonów z rozpuszczalnych w wodzie soli może naruszyć ekosystem; to znaczy na zwierzęta i rośliny mogą mieć wpływ zużycie ge³⁺.

Elemental Germano nie reprezentuje żadnego ryzyka, o ile nie jest sproszkowane. Jeśli jest sproszkowany, prąd powietrza może przeciągnąć go na źródła ciepła lub wysoce utleniające; I w konsekwencji istnieje ryzyko pożaru lub wybuchu. Ponadto ich kryształy mogą skończyć się w płucach lub oczu, powodując silne podrażnienia.

Osoba może po cichu manipulować niemieckim albumem w swoim biurze, nie martwiąc się o wypadek. Tego samego nie można jednak powiedzieć o związkach nieorganicznych; to znaczy ich sole, tlenki i wodorki. Na przykład GEH₄ lub niemiecki (analogiczny do Cho₄ I tak₄), Jest to dość irytujący i łatwopalny gaz.

Organiczny Germanio

Teraz istnieją ekologiczne źródła germanu; Wśród nich można to wymienić na 2-karboksytylestilmasquioxan lub germanio-132, alternatywny suplement znany z leczenia niektórych dolegliwości; Chociaż z dowodami wątpli.

Niektóre efekty lecznicze przypisywane Germerio-132 to wzmocnienie układu odpornościowego, aby pomaga walczyć z rakiem, HIV i AIDS; Regularność funkcji ciała, a także stopień natlenienia we krwi, eliminuje wolne rodniki; A także leczy zapalenie stawów, jaskra i choroby serca.

Jednak ekologiczne germanio było powiązane z poważnym uszkodzeniem nerek, wątroby i układu nerwowego. Dlatego przy konsumowaniu tego suplementu Germano istnieje utajone ryzyko; Chociaż są tacy, którzy uważają to za cudowne lekarstwo, są inni, którzy ostrzegają, że nie oferuje żadnej naukowo sprawdzonej korzyści.

Aplikacje

Optyka na podczerwień

Niektóre czujniki promieniowania podczerwieni są wykonane z Germańczycy lub ich stopów. Źródło: Adafruit Industries przez Flickr.

Germańskie jest przejrzyste w przypadku promieniowania podczerwieni; to znaczy, że mogą to przenieść bez wchłaniania.

Dzięki temu zbudowano soczewki germańskie i szkło optyczne urządzenia podczerwieni; Na przykład, w połączeniu z detektorem IR do analizy spektroskopowej, w soczewkach stosowanych w odległych teleskopach przestrzennych w celu zbadania najdalszych gwiazd wszechświata lub w czujnikach światła i temperatury.

Promieniowanie podczerwieni są związane z wibracjami molekularnymi lub źródłami ciepła; Tak więc urządzenia używane w przemyśle wojskowym do wizualizacji celów z noktowizją mają elementy wykonane z Germano.

Materiał półprzewodnikowy

Diody germanio zamknięte w szkle i używane w latach 60. i 70. Źródło: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Germańskie jako półprzewodnikowy metaloid był zastosowany do budowy tranzystorów, obwodów elektrycznych, diod emitujących światło i mikroczipów. W tych ostatnich stopach Germetio-Silicio, a nawet Germanio, same zaczęły zastępować krzem, dzięki czemu coraz małe i potężne obwody mogą być zaprojektowane coraz mniejsze i więcej.

Twój tlenek, Geo₂, Ze względu na wysoki wskaźnik refrakcji dodaje się szkło, aby można je było stosować w mikroskopii, świetnym kątowi i włóknach optycznych.

Germańskie nie tylko zastąpił krzem w niektórych zastosowaniach elektronicznych, ale można go również połączyć z galu arseniuro (GAAS). Zatem ten metaloid jest również obecny w panelach słonecznych.

Katalizatory

Geo₂ Został użyty jako katalizator reakcji polimeryzacji; Na przykład w niezbędnej syntezy tereftalanu polietylenu, plastiku, z którym produkowane są jasne butelki sprzedawane w Japonii.

Ponadto nanocząstki ich stopów z reakcjami redoks katalizatorów platyny, w których obejmują tworzenie wodoru gazowego, zwracając te bardziej efektywne komórki woltomowe.

Stopy

Wreszcie wspomniano, że istnieją stopy GE-SI i GE-PT. Oprócz tego ich atomy GE można dodać do kryształów innych metali, takich jak srebro, złoto, miedź i beryl. Te stopy wykazują większą ciągliwość i odporność chemiczną niż ich poszczególne metale.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). German. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Physicsopenlab. (2019). Struktura krystaliczna krzemowa i germanu. Odzyskane z: Physicsopenlab.org
4. Susan York Morris. (19 lipca 2016 r.). Czy german do cudownego lekarstwa? Średnia linii zdrowia. Odzyskane z: Healthline.com
5. Lentech b.V. (2019). Tabela okresu: german. Odzyskane z: lentech.com
6. National Center for Biotechnology Information. (2019). German. Baza danych Pubchem. CID = 6326954. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakty elementów germanu. Chemicool. Odzyskane z: Chemicool.com
8. Emil Venere. (8 grudnia 2014 r.). German wraca do domu do Purdue na półprzewodnikowy kamień milowy. Odzyskane z: Purdue.Edu
9. Marques Miguel. (S.F.). German. Odzyskane z: Nautilus.Fis.UC.Pt
10. Rosenberg, e. Rev Environment Sci Biotechnol. (2009). German: Odkazanie środowiska, znaczenia i specjacji. 8: 29. doi.Org/10.1007/S11157-008-9143-X