Germanium kommt in der Natur vor. Germanium-Element

Und schon vor Silizium wurde Germanium zum wichtigsten Halbleitermaterial.

Hier stellt sich die Frage: Was sind Halbleiter und Halbleiter? Selbst Fachleuten fällt es manchmal schwer, diese Frage eindeutig zu beantworten. „Die genaue Definition von Halbleiterfähigkeit ist schwierig und hängt davon ab, welche Eigenschaft von Halbleitern betrachtet wird“ – diese ausweichende Antwort ist einer durchaus respektablen wissenschaftlichen Arbeit über Halbleiter entlehnt. Zwar gibt es eine sehr klare Definition: „Ein Halbleiter ist ein Leiter für zwei Autos“, aber das stammt bereits aus dem Bereich der Folklore ...

Das Wichtigste an Element Nummer 32 ist, dass es ein Halbleiter ist. Wir werden später auf die Erläuterung dieser Eigenschaft zurückkommen. Inzwischen über Germanium als physikalisch-chemische „Persönlichkeit“.

Germanium wie es ist

Wahrscheinlich hat die überwiegende Mehrheit der Leser noch nie Germanium gesehen. Dieses Element ist ziemlich selten, teuer, es werden keine Konsumgüter daraus hergestellt, und die Germanium-„Füllung“ von Halbleiterbauelementen ist so klein, dass man sehen kann, was es ist. Germanium, schwierig, selbst wenn das Gehäuse des Geräts kaputt ist. Daher werden wir über die Haupteigenschaften von Germanium, sein Aussehen und seine Merkmale sprechen. Und Sie versuchen, diese einfachen Operationen im Kopf auszuführen, die der Autor mehr als einmal ausführen musste.

Wir entnehmen der Packung einen Standardbarren Germanium. Dabei handelt es sich um einen kleinen Körper von nahezu regelmäßiger zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 10 bis 35 und einer Länge von mehreren zehn Millimetern. In einigen Nachschlagewerken wird angegeben, dass es sich bei Artikel Nr. 32 um Silber handelt, aber das stimmt nicht immer: Die Farbe von Germanium hängt von seiner Oberflächenbehandlung ab. Manchmal sieht es fast schwarz aus, manchmal sieht es aus wie Stahl, manchmal ist es aber auch silbern.

Wenn Sie einen Germaniumbarren in Betracht ziehen, vergessen Sie nicht, dass er etwa genauso viel kostet wie Gold, und dass Sie ihn zumindest aus diesem Grund nicht auf den Boden fallen lassen sollten. Aber es gibt noch einen anderen, viel wichtigeren Grund: Germanium ist fast so spröde wie Glas und kann sich entsprechend verhalten. Ich habe gesehen, wie nach einem solchen Misserfolg ein unvorsichtiger Experimentator lange Zeit über den Boden kroch und versuchte, alle Teile zu einem einzigen zusammenzufügen ... Germanium ist optisch leicht mit Silizium zu verwechseln. Diese Elemente sind nicht nur Konkurrenten, die behaupten, das Haupthalbleitermaterial zu sein, sondern auch Analoga. Trotz der Ähnlichkeit vieler technischer Eigenschaften und des Aussehens ist es jedoch recht einfach, einen Germaniumbarren von einem Siliziumbarren zu unterscheiden: Germanium ist mehr als doppelt so schwer wie Silizium (Dichte 5,33 bzw. 2,33 g/cm 3).

Die letzte Aussage muss präzisiert werden, auch wenn es den Anschein hat, dass die Zahlen keinen Kommentar abgeben. Tatsache ist, dass sich die Zahl 5,33 auf Germanium-1 bezieht – die häufigste und wichtigste der fünf allotropen Modifikationen des Elements Nr. 32. Eine davon ist amorph, vier sind kristallin. Von den kristallinen Stoffen ist Germanium-1 das leichteste. Seine Kristalle sind ähnlich aufgebaut wie Diamantkristalle, aber wenn eine solche Struktur die maximale Dichte für Kohlenstoff bestimmt, dann hat Germanium auch dichtere „Packungen“. Hoher Druck bei mäßiger Erwärmung (30.000 atm und 100 °C) wandelt Ge-I in Ge-II mit einem Kristallgitter, wie weißes Zinn, um.

Auf ähnliche Weise können sogar dichtere Stoffe als Ge-II, Ge-III und Ge-IV erhalten werden.

Alle „ungewöhnlichen“ Modifikationen des kristallinen Germaniums sind Ge-I und der elektrischen Leitfähigkeit überlegen. Die Erwähnung dieser besonderen Eigenschaft ist kein Zufall: Der Wert der elektrischen Leitfähigkeit (oder der Kehrwert – spezifischer Widerstand) für ein Halbleiterelement ist besonders wichtig.

Aber was ist ein Halbleiter?

Formal ist ein Halbleiter eine Substanz mit einem spezifischen Widerstand von Tausendstel bis zu Millionen Ohm pro 1 cm. Die „von“- und „bis“-Rahmen sind sehr breit, aber der Platz von Germanium in diesem Bereich ist ziemlich eindeutig. Der Widerstand eines Zentimeterwürfels aus reinem Germanium beträgt bei 18°C ​​72 Ohm. Bei 19°C verringert sich der Widerstand desselben Würfels auf 68 Ohm. Dies ist im Allgemeinen charakteristisch für Halbleiter – eine erhebliche Änderung des elektrischen Widerstands bei einer geringfügigen Temperaturänderung. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand normalerweise ab. Es verändert sich sowohl unter Einwirkung von Strahlung als auch bei mechanischen Verformungen erheblich.

Bemerkenswert ist die Empfindlichkeit von Germanium (wie auch anderer Halbleiter) nicht nur gegenüber äußeren Einflüssen. Die Eigenschaften von Germanium werden bereits durch vernachlässigbare Mengen an Verunreinigungen stark beeinflusst. Die chemische Natur der Verunreinigungen ist nicht weniger wichtig.

Die Zugabe eines Elements der V-Gruppe ermöglicht es, einen Halbleiter mit elektronischer Leitfähigkeit zu erhalten. So werden Wasserkraftwerke vorbereitet (mit Antimon dotiertes elektronisches Germanium). Durch die Zugabe eines Elements der Gruppe III erzeugen wir darin eine Lochleitfähigkeit (am häufigsten handelt es sich um GDH – mit Gallium dotiertes Loch-Germanium).

Denken Sie daran, dass „Löcher“ Orte sind, die von Elektronen frei werden, die auf ein anderes Energieniveau übergegangen sind. Die vom Migranten frei gewordene „Wohnung“ kann sofort von seinem Nachbarn bezogen werden, er hatte aber auch eine eigene Wohnung. Umsiedlungen werden nacheinander vorgenommen und das Loch bewegt sich.

Die Kombination von Bereichen mit Elektronen- und Löcherleitfähigkeit bildete die Grundlage der wichtigsten Halbleiterbauelemente – Dioden und Transistoren. Wenn wir beispielsweise Indium in eine HES-Platte einschmelzen und so einen Bereich mit Lochleitung erzeugen, erhalten wir ein Gleichrichtergerät – eine Diode. Es leitet elektrischen Strom hauptsächlich in eine Richtung – vom Bereich mit Lochleitfähigkeit zum elektronischen Bereich. Nachdem wir Indium auf beiden Seiten der HPP-Platte geschmolzen haben, verwandeln wir diese Platte in die Basis des Transistors.

Der weltweit erste Germaniumtransistor wurde 1948 entwickelt und nach 20 Jahren wurden Hunderte Millionen solcher Geräte hergestellt. Germaniumdioden und -trioden werden häufig in Radios und Fernsehgeräten, Computern und verschiedenen Messgeräten verwendet.

Germanium wird auch in anderen wichtigen Bereichen der modernen Technik eingesetzt: zur Messung niedriger Temperaturen, zur Erkennung von Infrarotstrahlung usw. Alle diese Bereiche erfordern Germanium von sehr hoher Reinheit – physikalisch und chemisch. Die chemische Reinheit ist so, dass die Menge an schädlichen Verunreinigungen ein Zehnmillionstel Prozent (107 %) nicht überschreitet. Physikalische Reinheit ist ein Minimum an Versetzungen, Störungen in der Kristallstruktur. Um dies zu erreichen, wird einkristallines Germanium gezüchtet: Der gesamte Barren besteht aus einem Kristall.

Für diese unglaubliche Reinheit

In der Erdkruste ist Germanium nicht sehr klein – 7 * 10 -4 % seiner Masse. Das ist mehr als Blei, Silber, Wolfram. Germanium kommt auf der Sonne und in Meteoriten vor. Deutschland ist in allen Ländern präsent. Aber offenbar gibt es in keinem industrialisierten Land industrielle Vorkommen an Germaniummineralien. Germanium ist sehr verstreut. Mineralien, in denen dieses Element mehr als 1 % ausmacht – Argyrodit, Germanit, Ultramafisch und andere, einschließlich Renierit, Shtotit, Confieldit und Plumbogermanit, die erst in den letzten Jahrzehnten entdeckt wurden – sind sehr selten. Sie sind nicht in der Lage, den weltweiten Bedarf an diesem wichtigen Element zu decken.

Und der Großteil des terrestrischen Germaniums ist in Mineralien anderer Elemente, in Kohlen, in natürlichen Gewässern, im Boden und in lebenden Organismen verteilt. In Kohle beispielsweise kann der Gehalt an Germanium bis zu einem Zehntel Prozent betragen. Vielleicht, aber es reicht nicht immer. In Anthrazit zum Beispiel fehlt es fast ... Mit einem Wort, Germanium ist überall und nirgendwo.

Daher sind die Methoden zur Konzentration von Germanium sehr komplex und vielfältig. Sie hängen in erster Linie von der Art des Rohstoffs und dem Gehalt dieses Elements darin ab.

Der Akademiker Nikolai Petrowitsch Saschin war der Leiter der umfassenden Untersuchung und Lösung des Germaniumproblems in der UdSSR. Wie die sowjetische Halbleiterindustrie entstand, beschreibt sein Artikel, der anderthalb Jahre vor dem Tod dieses herausragenden Wissenschaftlers und Wissenschaftsorganisators in der Zeitschrift „Chemistry and Life“ veröffentlicht wurde.

Anfang 1941 wurde in unserem Land erstmals reines Germaniumdioxid gewonnen. Daraus wurde Germaniumglas mit einem sehr hohen Lichtbrechungsindex hergestellt. Die Erforschung des Elements Nr. 32 und Methoden zu seiner möglichen Herstellung wurde nach dem Krieg im Jahr 1947 wieder aufgenommen. Nun interessierten sich Wissenschaftler für Germanium gerade als Halbleiter.

Neue Analysemethoden trugen dazu bei, eine neue Quelle für Germanium-Rohstoffe zu entdecken – Teerwasser von Kokereien. Deutschland enthält in ihnen nicht mehr als 0,0003 %, aber mit Hilfe eines Eichenextrakts aus ihnen konnte Germanium leicht in Form eines Tannidkomplexes ausgefällt werden. Der Hauptbestandteil von Tannin ist ein Glucoseester. Es ist in der Lage, Germanium zu binden, selbst wenn die Konzentration dieses Elements in Lösung verschwindend gering ist.

Aus dem entstehenden Niederschlag, der die organische Substanz zerstört, lässt sich leicht ein Konzentrat mit bis zu 45 % Germaniumdioxid gewinnen.

Weitere Umwandlungen hängen wenig von der Art des Rohstoffs ab. Germanium wird mit Wasserstoff reduziert (wie Winkler es tat), aber zuerst muss man Germaniumoxid von zahlreichen Verunreinigungen trennen. Um dieses Problem zu lösen, erwies sich eine gelungene Kombination der Eigenschaften einer der Germaniumverbindungen als sehr nützlich.

Germaniumtetrachlorid GeCl 4 ist eine flüchtige Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt (83,1 °C). Daher ist es zweckmäßig, es durch Destillation und Rektifikation zu reinigen (der Prozess findet in Quarzkolonnen mit Packung statt). Germaniumtetrachlorid ist in konzentrierter Salzsäure nahezu unlöslich. Daher kann die Auflösung von Verunreinigungen mit Salzsäure zur Reinigung von GeCl 4 genutzt werden.

Gereinigtes GeCl4 wird mit Wasser behandelt, aus dem zuvor mithilfe von Ionenaustauscherharzen nahezu alle Verunreinigungen entfernt wurden. Ein Zeichen für die gewünschte Reinheit ist ein Anstieg des spezifischen Widerstands von Wasser auf 15-20 Millionen Ohm-cm.

Unter dem Einfluss von Wasser wird Germaniumtetrachlorid hydrolysiert: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Beachten Sie, dass dies die „umgekehrte“ Gleichung der Reaktion ist, bei der Germaniumtetrachlorid erhalten wird. Anschließend erfolgt die Reduktion von GeO 2 mit gereinigtem Wasserstoff: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. Man erhält pulverförmiges Germanium, das legiert und anschließend durch Zonenschmelzen weiter gereinigt wird. Diese Methode zur Materialreinigung wurde übrigens 1952 speziell für die Reinigung von Halbleitergermanium entwickelt.

Verunreinigungen, die notwendig sind, um Germanium die eine oder andere Leitfähigkeit (elektronisch oder Loch) zu verleihen, werden in den letzten Phasen der Produktion eingebracht, d. h. beim Zonenschmelzen und beim Züchten eines Einkristalls.

Seit 1942 festgestellt wurde, dass es vorteilhaft wäre, einen Teil der Vakuumröhren in Radarsystemen durch Halbleiterdetektoren zu ersetzen, ist das Interesse an Germanium von Jahr zu Jahr gewachsen. Die Erforschung dieses bisher ungenutzten Elements trug zur Entwicklung der Wissenschaft im Allgemeinen und vor allem der Festkörperphysik bei. Und die Bedeutung von Halbleiterbauelementen – Dioden, Transistoren, Thermistoren, Dehnungsmessstreifen, Fotodioden und anderen – für die Entwicklung der Funkelektronik und der Funktechnik im Allgemeinen ist so groß und bekannt, dass es sich lohnt, darüber zu sprechen. in erhabenen Tönen mal wieder irgendwie ungemütlich. Bis 1965 wurden die meisten Halbleiterbauelemente auf Germaniumbasis hergestellt. Doch in den Folgejahren begann sich der Prozess der allmählichen Verdrängung von „Ecasilizium“ durch Silizium selbst zu entwickeln.

Germanium unter dem Druck von Silizium

Halbleiterbauelemente aus Silizium schneiden im Vergleich zu Germaniumbauelementen vor allem aufgrund der besseren Leistung bei erhöhten Temperaturen und geringeren Rückströmen positiv ab. Der große Vorteil von Silizium war auch die Widerstandsfähigkeit seines Dioxids gegenüber äußeren Einflüssen. Sie war es, die es ermöglichte, eine fortschrittlichere planare Technologie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen zu entwickeln, die darin besteht, dass eine Siliziumplatte in Sauerstoff oder einer Mischung aus Sauerstoff und Wasserdampf erhitzt und mit einer Schutzschicht bedeckt wird von SiO 2.

Nachdem die „Fenster“ dann an den richtigen Stellen geätzt wurden, werden Dotierstoffe durch sie eingebracht, Kontakte werden hier angeschlossen und das Gerät als Ganzes ist gleichzeitig vor äußeren Einflüssen geschützt. Für Germanium ist eine solche Technologie noch nicht möglich: Die Stabilität seines Dioxids ist unzureichend. Unter dem Ansturm von Silizium, Galliumarsenid und anderen Halbleitern verlor Germanium seine Position als wichtigstes Halbleitermaterial. Im Jahr 1968 produzierten die Vereinigten Staaten weit mehr Siliziumtransistoren als Germaniumtransistoren. Mittlerweile liegt die Weltproduktion von Germanium nach Angaben ausländischer Experten bei 90 bis 100 Tonnen pro Jahr. Seine Position im Technologiebereich ist ziemlich stark.

• Erstens ist Halbleiter-Germanium deutlich günstiger als Halbleiter-Silizium.
• Zweitens ist es einfacher und rentabler, einige Halbleiterbauelemente nach wie vor aus Germanium und nicht aus Silizium herzustellen.
• Drittens ist Germanium aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bei der Herstellung bestimmter Gerätetypen, insbesondere Tunneldioden, praktisch unverzichtbar.

All dies gibt Anlass zu der Annahme, dass der Wert von Germanium immer groß sein wird.

EINE WEITERE GENAUE VORHERSAGE. Über die Weitsicht von D. I. Mendeleev, der die Eigenschaften von drei noch unentdeckten Elementen beschrieb, ist viel geschrieben worden. Wir möchten uns nicht wiederholen, sondern nur auf die Richtigkeit der Mendelejew-Prognose aufmerksam machen. Vergleichen Sie die in der Tabelle zusammengefassten Daten von Mendelejew und Winkler.

Ekasilicon Atomgewicht 72 Spezifisches Gewicht 5,5 Atomvolumen 13 Höheres Oxid EsO 2 Sein spezifisches Gewicht 4,7

Chloridverbindung EsCl 4 – Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von etwa 90 °C

Wasserstoffbindung EsH 4 gasförmig

Organometallische Verbindung Es(C2H 5) 4 mit einem Siedepunkt von 160°C

Germanium Atomgewicht 72,6 Spezifisches Gewicht 5,469 Atomvolumen 13,57 Höheres Oxid GeO 2 Sein spezifisches Gewicht 4,703

Chloridverbindung GeCl 4 – Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 83 °C

Wasserstoffbindung GeH 4 gasförmig

Organometallische Verbindung Ge (C2H 5) 4 mit einem Siedepunkt von 163,5 °C

BRIEF VON CLEMENS WINKLER

"Eure Majestät!

Erlauben Sie mir, Ihnen einen Nachdruck der Nachricht zu geben, aus der hervorgeht, dass ich ein neues Element „Germanium“ entdeckt habe. Anfangs war ich der Meinung, dass dieses Element die Lücke zwischen Antimon und Wismut in Ihrem wunderbar eindringlich konstruierten Periodensystem füllt und dass dieses Element mit Ihrem Ekaantimon übereinstimmt, aber alles deutet darauf hin, dass wir es hier mit Ekasilizium zu tun haben.

Ich hoffe, Ihnen bald mehr über diesen interessanten Stoff erzählen zu können; Heute beschränke ich mich darauf, Sie über den sehr wahrscheinlichen Triumph Ihrer brillanten Forschung zu informieren und Ihnen meinen Respekt und meinen tiefen Respekt zu bezeugen.

MENDELEEV ANTWORTETE: „Da die Entdeckung von Germanium die Krone des Periodensystems ist, besitzen Sie als „Vater“ des Germaniums diese Krone; Für mich ist meine Rolle als Vorgänger und die freundliche Einstellung, die ich Ihnen entgegengebracht habe, wertvoll.

GERMANIUM UND ORGANIK. Die erste Organoelementverbindung des Elements Nr. 32, Tetraethylgermanium, wurde von Winkler aus Germaniumtetrachlorid gewonnen. Interessanterweise ist keine der bisher erhaltenen Germanium-Organoelementverbindungen giftig, während die meisten Blei- und Organozinnverbindungen (diese Elemente sind Analoga von Germanium) giftig sind.

WIE GERMANIUM-MONOKRISTALL GEWACHSEN WIRD. Auf der Oberfläche des geschmolzenen Germaniums wird ein Germaniumkristall platziert – ein „Samen“, der durch eine automatische Vorrichtung nach und nach angehoben wird; Die Schmelztemperatur liegt etwas höher als der Schmelzpunkt von Germanium (937 °C). Der Keim wird so gedreht, dass der Einkristall gleichmäßig von allen Seiten „mit Fleisch bewachsen“ wird. Wichtig ist, dass bei einem solchen Wachstum das Gleiche passiert wie beim Zonenschmelzen: Fast ausschließlich Germanium geht in den „Aufbau“ (feste Phase) über und die meisten Verunreinigungen verbleiben in der Schmelze.

GERMANIUM UND SUPRALEITUNG. Es stellte sich heraus, dass der klassische Halbleiter Germanium an der Lösung eines weiteren wichtigen Problems beteiligt war – der Schaffung supraleitender Materialien, die bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff und nicht von flüssigem Helium arbeiten. Wasserstoff geht bekanntlich bei einer Temperatur von -252,6 °C bzw. 20,5 °K vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über. In den frühen 70er Jahren wurde aus einer Germanium-Niob-Legierung ein Film mit einer Dicke von nur a erhalten einige tausend Atome. Dieser Film behält seine Supraleitung bei Temperaturen von 24,3 °K und darunter.

Das chemische Element Germanium gehört zur vierten Gruppe (Hauptnebengruppe) im Periodensystem der Elemente. Es gehört zur Familie der Metalle, seine relative Atommasse beträgt 73. Der Massenanteil von Germanium in der Erdkruste wird auf 0,00007 Massenprozent geschätzt.

Entdeckungsgeschichte

Das chemische Element Germanium wurde dank der Vorhersagen von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew etabliert. Er war es, der die Existenz von Ecasilizium vorhersagte und Empfehlungen für seine Suche gab.

Er glaubte, dass dieses Metallelement in Titan- und Zirkoniumerzen vorkommt. Mendelejew versuchte auf eigene Faust, dieses chemische Element zu finden, doch seine Versuche blieben erfolglos. Nur fünfzehn Jahre später wurde in einem Bergwerk in Himmelfürst ein Mineral namens Argyrodit gefunden. Diese Verbindung verdankt ihren Namen dem in diesem Mineral enthaltenen Silber.

Das in der Zusammensetzung enthaltene chemische Element Germanium wurde erst entdeckt, als eine Gruppe von Chemikern der Bergakademie Freiberg mit der Forschung begann. Unter der Anleitung von K. Winkler fanden sie heraus, dass nur 93 Prozent des Minerals aus Oxiden von Zink, Eisen sowie Schwefel und Quecksilber bestehen. Winkler vermutete, dass die restlichen sieben Prozent von einem damals unbekannten chemischen Element stammten. Nach weiteren chemischen Experimenten wurde Germanium entdeckt. Der Chemiker gab seine Entdeckung in einem Bericht bekannt und legte der Gesellschaft Deutscher Chemiker die erhaltenen Informationen über die Eigenschaften des neuen Elements vor.

Das chemische Element Germanium wurde von Winkler in Analogie zu Antimon und Arsen als Nichtmetall eingeführt. Der Chemiker wollte es Neptunium nennen, aber dieser Name war bereits verwendet worden. Dann wurde es Germanium genannt. Das von Winkler entdeckte chemische Element löste unter den führenden Chemikern seiner Zeit eine ernsthafte Diskussion aus. Der deutsche Wissenschaftler Richter vermutete, dass es sich hierbei um dasselbe Exasilikon handelte, von dem Mendelejew sprach. Einige Zeit später wurde diese Annahme bestätigt, was die Gültigkeit des vom großen russischen Chemikers geschaffenen Periodengesetzes bewies.

Physikalische Eigenschaften

Wie lässt sich Germanium charakterisieren? Das chemische Element hat bei Mendeleev die Seriennummer 32. Dieses Metall schmilzt bei 937,4 °C. Der Siedepunkt dieser Substanz liegt bei 2700 °C.

Germanium ist ein Element, das erstmals in Japan für medizinische Zwecke verwendet wurde. Nach zahlreichen Studien an Organogermaniumverbindungen an Tieren sowie im Rahmen von Studien am Menschen konnte eine positive Wirkung solcher Erze auf lebende Organismen festgestellt werden. Im Jahr 1967 gelang es Dr. K. Asai, die Tatsache zu entdecken, dass organisches Germanium ein riesiges Spektrum an biologischen Wirkungen hat.

Biologische Aktivität

Was zeichnet das chemische Element Germanium aus? Es ist in der Lage, Sauerstoff zu allen Geweben eines lebenden Organismus zu transportieren. Im Blut verhält es sich analog zum Hämoglobin. Germanium garantiert die volle Funktionsfähigkeit aller Systeme des menschlichen Körpers.

Es ist dieses Metall, das die Vermehrung von Immunzellen stimuliert. In Form organischer Verbindungen ermöglicht es die Bildung von Gamma-Interferonen, die die Vermehrung von Mikroben hemmen.

Germanium verhindert die Bildung bösartiger Tumoren und verhindert die Entstehung von Metastasen. Organische Verbindungen dieses chemischen Elements tragen zur Produktion von Interferon bei, einem schützenden Proteinmolekül, das vom Körper als Schutzreaktion auf das Auftreten von Fremdkörpern produziert wird.

Einsatzgebiete

Die antimykotische, antibakterielle und antivirale Eigenschaft von Germanium ist zur Grundlage seiner Anwendungsgebiete geworden. In Deutschland wurde dieses Element hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Nichteisenerzen gewonnen. Germaniumkonzentrat wurde mit verschiedenen Methoden isoliert, die von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials abhängen. Es enthielt nicht mehr als 10 Prozent des Metalls.

Wie genau wird Germanium in der modernen Halbleitertechnologie eingesetzt? Die zuvor angegebenen Eigenschaften des Elements bestätigen die Möglichkeit seiner Verwendung zur Herstellung von Trioden, Dioden, Leistungsgleichrichtern und Kristalldetektoren. Germanium wird auch bei der Herstellung dosimetrischer Instrumente verwendet, Geräten, die zur Messung der Stärke eines konstanten und wechselnden Magnetfelds erforderlich sind.

Ein wesentliches Einsatzgebiet dieses Metalls ist die Herstellung von Infrarotstrahlungsdetektoren.

Es ist vielversprechend, nicht nur Germanium selbst, sondern auch einige seiner Verbindungen zu verwenden.

Chemische Eigenschaften

Germanium ist bei Raumtemperatur recht beständig gegen Feuchtigkeit und Luftsauerstoff.

In der Reihe - Germanium - Zinn) ist eine Steigerung der Reduktionsfähigkeit zu beobachten.

Germanium ist beständig gegen Lösungen von Salz- und Schwefelsäure und interagiert nicht mit alkalischen Lösungen. Gleichzeitig löst sich dieses Metall relativ schnell in Königswasser (sieben Salpeter- und Salzsäuren) sowie in einer alkalischen Lösung von Wasserstoffperoxid.

Wie kann man ein chemisches Element vollständig beschreiben? Germanium und seine Legierungen müssen nicht nur hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften, sondern auch hinsichtlich ihrer Anwendungen analysiert werden. Der Prozess der Oxidation von Germanium mit Salpetersäure verläuft eher langsam.

In der Natur sein

Versuchen wir, das chemische Element zu charakterisieren. Germanium kommt in der Natur nur in Form von Verbindungen vor. Unter den häufigsten germaniumhaltigen Mineralien in der Natur heben wir Germanit und Argyrodit hervor. Darüber hinaus ist Germanium in Zinksulfiden und -silikaten sowie in geringen Mengen in verschiedenen Kohlearten enthalten.

Gesundheitsschädlich

Welche Wirkung hat Germanium auf den Körper? Ein chemisches Element, dessen elektronische Formel 1e ist; 8 e; 18 e; 7 e, kann sich negativ auf den menschlichen Körper auswirken. Beispielsweise können beim Laden eines Germaniumkonzentrats, beim Mahlen sowie beim Laden des Dioxids dieses Metalls Berufskrankheiten auftreten. Als weitere gesundheitsschädliche Quellen können wir den Prozess des Umschmelzens von Germaniumpulver in Riegel betrachten, wodurch Kohlenmonoxid entsteht.

Adsorbiertes Germanium kann schnell aus dem Körper ausgeschieden werden, meist mit dem Urin. Derzeit gibt es keine detaillierten Informationen darüber, wie giftig anorganische Germaniumverbindungen sind.

Germaniumtetrachlorid hat eine reizende Wirkung auf die Haut. In klinischen Studien sowie bei langfristiger oraler Verabreichung von kumulativen Mengen von bis zu 16 Gramm Spirogermanium (einem organischen Antitumormittel) sowie anderen Germaniumverbindungen wurde eine nephrotoxische und neurotoxische Wirkung dieses Metalls festgestellt.

Solche Dosierungen sind in der Regel für Industriebetriebe untypisch. Die an Tieren durchgeführten Experimente zielten darauf ab, die Wirkung von Germanium und seinen Verbindungen auf einen lebenden Organismus zu untersuchen. Dadurch konnte eine Verschlechterung des Gesundheitszustandes beim Einatmen einer erheblichen Menge Staub aus metallischem Germanium sowie dessen Dioxid festgestellt werden.

Wissenschaftler haben in der Lunge von Tieren schwerwiegende morphologische Veränderungen festgestellt, die proliferativen Prozessen ähneln. Beispielsweise wurde eine deutliche Verdickung der Alveolarabschnitte sowie eine Hyperplasie der Lymphgefäße um die Bronchien und eine Verdickung der Blutgefäße festgestellt.

Germaniumdioxid reizt die Haut nicht, aber der direkte Kontakt dieser Verbindung mit der Augenmembran führt zur Bildung von Germaniumsäure, die stark augenreizend ist. Bei längerer intraperitonealer Injektion wurden schwerwiegende Veränderungen im peripheren Blut festgestellt.

Wichtige Fakten

Die schädlichsten Germaniumverbindungen sind Germaniumchlorid und Germaniumhydrid. Letztere Substanz führt zu schweren Vergiftungen. Als Ergebnis einer morphologischen Untersuchung der Organe von Tieren, die in der akuten Phase starben, zeigten diese erhebliche Störungen im Kreislaufsystem sowie zelluläre Veränderungen in den Parenchymorganen. Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass Hydrid ein Mehrzweckgift ist, das das Nervensystem beeinflusst und das periphere Kreislaufsystem schwächt.

Germaniumtetrachlorid

Es wirkt stark reizend auf Atemwege, Augen und Haut. Bei einer Konzentration von 13 mg/m 3 ist es in der Lage, die Lungenreaktion auf zellulärer Ebene zu unterdrücken. Bei einer Erhöhung der Konzentration dieser Substanz kommt es zu einer starken Reizung der oberen Atemwege sowie zu erheblichen Veränderungen des Atemrhythmus und der Atemfrequenz.

Eine Vergiftung mit dieser Substanz führt zu einer katarrhalisch-desquamativen Bronchitis und einer interstitiellen Pneumonie.

Quittung

Da Germanium in der Natur als Verunreinigung von Nickel-, polymetallischen und Wolframerzen vorkommt, werden in der Industrie mehrere arbeitsintensive Prozesse im Zusammenhang mit der Erzanreicherung durchgeführt, um reines Metall zu isolieren. Daraus wird zunächst Germaniumoxid isoliert, dann bei erhöhter Temperatur mit Wasserstoff reduziert, um ein einfaches Metall zu erhalten:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

Elektronische Eigenschaften und Isotope

Germanium gilt als typischer Halbleiter mit indirekter Bandlücke. Der Wert seiner Permittivität beträgt 16 und der Wert der Elektronenaffinität beträgt 4 eV.

In einem mit Gallium dotierten dünnen Film ist es möglich, Germanium in einen supraleitenden Zustand zu versetzen.

In der Natur gibt es fünf Isotope dieses Metalls. Davon sind vier stabil und der fünfte unterliegt einem doppelten Betazerfall mit einer Halbwertszeit von 1,58×10 21 Jahren.

Abschluss

Derzeit werden organische Verbindungen dieses Metalls in verschiedenen Industrien verwendet. Die Transparenz im infraroten Spektralbereich von metallischem Germanium höchster Reinheit ist wichtig für die Herstellung optischer Elemente der Infrarotoptik: Prismen, Linsen, optische Fenster moderner Sensoren. Die häufigste Verwendung von Germanium ist die Herstellung von Optiken für Wärmebildkameras, die im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 Mikrometern arbeiten.

Solche Geräte werden in militärischer Ausrüstung für Infrarot-Leitsysteme, Nachtsichtgeräte, passive Wärmebildkameras und Feuerlöschsysteme eingesetzt. Außerdem hat Germanium einen hohen Brechungsindex, der für eine Antireflexbeschichtung notwendig ist.

In der Funktechnik weisen Transistoren auf Germaniumbasis Eigenschaften auf, die die von Siliziumelementen in vielerlei Hinsicht übertreffen. Die Rückströme von Germanium-Zellen sind deutlich höher als die ihrer Silizium-Pendants, wodurch die Effizienz solcher Funkgeräte deutlich gesteigert werden kann. Da Germanium in der Natur nicht so häufig vorkommt wie Silizium, werden Silizium-Halbleiterelemente hauptsächlich in Funkgeräten verwendet.

DEFINITION

Germanium ist das zweiunddreißigste Element des Periodensystems. Bezeichnung - Ge vom lateinischen „germanium“. Befindet sich in der vierten Periode der IVA-Gruppe. Bezieht sich auf Halbmetalle. Die Atomladung beträgt 32.

Im kompakten Zustand hat Germanium eine silbrige Farbe (Abb. 1) und sieht optisch wie ein Metall aus. Bei Raumtemperatur ist es beständig gegen Luft, Sauerstoff, Wasser, Salzsäure und verdünnte Schwefelsäure.

Reis. 1. Germanium. Aussehen.

Atom- und Molekulargewicht von Germanium

DEFINITION

Relatives Molekulargewicht einer Substanz (M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und relative Atommasse eines Elements (A r)- Wie oft ist die durchschnittliche Masse der Atome eines chemischen Elements größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms?

Da Germanium im freien Zustand in Form einatomiger Ge-Moleküle vorliegt, stimmen die Werte seiner Atom- und Molekülmassen überein. Sie betragen 72,630.

Isotope von Germanium

Es ist bekannt, dass Germanium in der Natur in Form der fünf stabilen Isotope 70 Ge (20,55 %), 72 Ge (20,55 %), 73 Ge (7,67 %), 74 Ge (36,74 %) und 76 Ge (7,67 %) vorkommen kann. . Ihre Massenzahlen betragen 70, 72, 73, 74 bzw. 76. Der Kern des Germaniumisotops 70 Ge enthält zweiunddreißig Protonen und achtunddreißig Neutronen, die übrigen Isotope unterscheiden sich davon nur durch die Anzahl der Neutronen.

Es gibt künstliche instabile radioaktive Isotope von Germanium mit Massenzahlen von 58 bis 86, von denen das 68-Ge-Isotop mit einer Halbwertszeit von 270,95 Tagen das langlebigste ist.

Germaniumionen

Auf dem äußeren Energieniveau des Germaniumatoms befinden sich vier Valenzelektronen:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .

Durch chemische Wechselwirkung gibt Germanium seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Donor und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+.

Molekül und Atom von Germanium

Im freien Zustand liegt Germanium in Form einatomiger Ge-Moleküle vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Germaniumatom und -molekül charakterisieren:

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Übung	Berechnen Sie die Massenanteile der Elemente, aus denen Germanium(IV)-oxid besteht, wenn seine Summenformel GeO 2 lautet.
Lösung	Der Massenanteil eines Elements in der Zusammensetzung eines beliebigen Moleküls wird durch die Formel bestimmt: ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100 %.

(Germanium; von lat. Germania – Deutschland), Ge – chemisch. Element der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente; bei. N. 32, bei. m. 72,59. Silbergraue Substanz mit metallischem Glanz. In chem. Verbindungen weisen die Oxidationsstufen +2 und +4 auf. Stabiler sind Verbindungen mit der Oxidationsstufe +4. Natürliches Germanium besteht aus vier stabilen Isotopen mit den Massenzahlen 70 (20,55 %), 72 (27,37 %), 73 (7,67 %) und 74 (36,74 %) und einem radioaktiven Isotop mit der Massenzahl 76 (7,67 %) und einer Halbwertszeit von 2.106 Jahren. Künstlich (mit Hilfe verschiedener Kernreaktionen) wurden viele radioaktive Isotope gewonnen; das wichtigste ist das 71Ge-Isotop mit einer Halbwertszeit von 11,4 Tagen.

Die Existenz von heiligem Germanium (unter dem Namen „Ekasilitsiy“) wurde 1871 vom russischen Wissenschaftler D. I. Mendeleev vorhergesagt. Allerdings erst im Jahr 1886. Der Chemiker K. Winkler entdeckte im Mineral Argyrodit ein unbekanntes Element, dessen Eigenschaften mit den Eigenschaften von „Ecasilizium“ übereinstimmten. Beginn des Abschlussballs. Die Produktion von Germanium reicht bis in die 40er Jahre zurück. 20. Jahrhundert, als es als Halbleitermaterial verwendet wurde. Der Germaniumgehalt in der Erdkruste (1-2) beträgt 10~4 %. Germanium ist ein Spurenelement und kommt selten als eigenes Mineral vor. Es sind sieben Mineralien bekannt, in denen die Konzentration mehr als 1 % beträgt, darunter: Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn) 2 (S, As) 4X X (6,2-10,2 % Ge), Rhenierit (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 X X (S, As)4 (5,46–7,80 % Ge) und Argyrodit Ag8GeS6 (3/55–6,93 % Ge). G. reichert sich auch in Caustobiolithen (Huminkohlen, Ölschiefer, Öl) an. Die unter normalen Bedingungen stabile kristalline Modifikation von Diamant hat eine kubische Struktur wie Diamant mit einer Periode a = 5,65753 A (Gel).

Germanium ist

Die Dichte von Germanium (t-ra 25 °C) beträgt 5,3234 g/cm3, tmelt 937,2 °C; tbp 2852°C; Schmelzwärme 104,7 cal/g, Sublimationswärme 1251 cal/g, Wärmekapazität (Temperatur 25°C) 0,077 cal/g Grad; Koeffizient Wärmeleitfähigkeit, (t-ra 0 °C) 0,145 cal/cm sec deg, Temperaturkoeffizient. lineare Ausdehnung (t-ra 0-260 °C), 5,8 x 10-6 Grad-1. Beim Schmelzen verringert sich das Volumen von Germanium (um etwa 5,6 %), seine Dichte nimmt um 4 % zu. Bei hohem Druck entsteht eine diamantähnliche Modifikation. Germanium unterliegt polymorphen Umwandlungen und bildet kristalline Modifikationen: eine tetragonale Struktur vom Typ B-Sn (GeII), eine raumzentrierte tetragonale Struktur mit Perioden a = 5,93 A, c = 6,98 A (GeIII) und eine raumzentrierte kubische Struktur mit eine Periode a = 6, 92A(GeIV). Diese Modifikationen zeichnen sich im Vergleich zu GeI durch eine höhere Dichte und elektrische Leitfähigkeit aus.

Amorphes Germanium kann durch Dampfkondensation in Form von Filmen (ca. 10-3 cm dick) gewonnen werden. Seine Dichte ist geringer als die Dichte von kristallinem G. Die Struktur der Energiezonen im G.-Kristall bestimmt seine Halbleitereigenschaften. Die Breite der Bandlücke G. beträgt 0,785 eV (t-ra 0 K), der elektrische Widerstand (t-ra 20 °C) beträgt 60 Ohm cm und nimmt mit steigender Temperatur nach einem Exponentialgesetz deutlich ab. Verunreinigungen geben G. t. Verunreinigungsleitfähigkeit vom elektronischen (Verunreinigungen von Arsen, Antimon, Phosphor) oder Lochtyp (Verunreinigungen von Gallium, Aluminium, Indium). Die Beweglichkeit der Ladungsträger in G. (t-ra 25 °C) für Elektronen beträgt etwa 3600 cm2/v sek, für Löcher - 1700 cm2/v sek, die intrinsische Ladungsträgerkonzentration (t-ra 20 °C) beträgt 2.5. 10 13 cm-3. G. ist diamagnetisch. Beim Schmelzen geht es in einen metallischen Zustand über. Germanium ist sehr spröde, seine Mohs-Härte beträgt 6,0, die Mikrohärte beträgt 385 kgf/mm2, die Druckfestigkeit (Temperatur 20°C) beträgt 690 kgf/cm2. Mit zunehmendem T-Ry nimmt die Härte ab, oberhalb von T-Ry 650 °C wird es plastisch und für Fell geeignet. wird bearbeitet. Germanium ist bei Temperaturen bis 100 °C gegenüber Luft, Sauerstoff und nichtoxidierenden Elektrolyten (sofern kein gelöster Sauerstoff vorhanden ist) praktisch inert. Beständig gegen die Einwirkung von Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure; Löst sich beim Erhitzen langsam in konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure (der entstehende Dioxidfilm verlangsamt die Auflösung), löst sich gut in Königswasser, in Lösungen von Hypochloriten oder Alkalihydroxiden (in Gegenwart von Wasserstoffperoxid), in Alkalischmelzen, Peroxiden, Nitraten und Carbonate von Alkalimetallen.

Oberhalb von 600 °C wird es an der Luft und im Sauerstoffstrom oxidiert und bildet mit Sauerstoff Oxid GeO und Dioxid (GeO2). Germaniumoxid ist ein dunkelgraues Pulver, das bei t-re 710 °C sublimiert, schwer löslich in Wasser unter Bildung eines schwachen Germanits (H2Ge02), eines Salzschwarms (Germanite) mit geringem Widerstand. In To-Takh löst sich GeO leicht unter Bildung von zweiwertigen H-Salzen auf. Germaniumdioxid ist ein weißes Pulver und liegt in mehreren polymorphen Modifikationen vor, die sich chemisch stark unterscheiden. St. Sie: Die hexagonale Modifikation von Dioxid ist in Wasser relativ gut löslich (4,53 zU bei t-re 25 °C), Alkalilösungen und to-t, die tetragonale Modifikation ist in Wasser praktisch unlöslich und gegenüber Säuren inert. Beim Auflösen in Alkalien bilden das Dioxid und sein Hydrat Salze von Metagermanat (H2Ge03) und Orthogermanat (H4Ge04) zu-t-Germanaten. Alkalimetallgermanate lösen sich in Wasser, die übrigen Germanate sind praktisch unlöslich; frisch ausgefälltes in mineralischem To-Tah auflösen. G. verbindet sich leicht mit Halogenen und bildet beim Erhitzen (ca. 250 ° C) die entsprechenden Tetrahalogenide – nicht salzartige Verbindungen, die durch Wasser leicht hydrolysiert werden. G. sind bekannt - dunkelbraun (GeS) und weiß (GeS2).

Germanium zeichnet sich durch Verbindungen mit Stickstoff aus – braunes Nitrid (Ge3N4) und schwarzes Nitrid (Ge3N2), gekennzeichnet durch eine kleinere Chemikalie. Beharrlichkeit. Mit Phosphor bildet G. ein niedrig resistentes Phosphid (GeP) von schwarzer Farbe. Es interagiert nicht mit Kohlenstoff und legiert nicht; es bildet mit Silizium eine kontinuierliche Reihe fester Lösungen. Germanium zeichnet sich als Analogon von Kohlenstoff und Silizium durch die Fähigkeit aus, Germanowasserstoffe vom Typ GenH2n + 2 (Germane) sowie feste Verbindungen vom Typ GeH und GeH2 (Germene) zu bilden. Germanium bildet Metallverbindungen () und mit vielen anderen. Metalle. Die Gewinnung von G. aus Rohstoffen besteht darin, ein reichhaltiges Germaniumkonzentrat und daraus eine hohe Reinheit zu erhalten. Im Abschlussball. Im Maßstab wird Germanium aus Tetrachlorid gewonnen, wobei seine hohe Flüchtigkeit während der Reinigung (zur Isolierung aus dem Konzentrat), sein geringer Gehalt an konzentrierter Salzsäure und sein hoher Gehalt an organischen Lösungsmitteln (zur Reinigung von Verunreinigungen) genutzt werden. Zur Anreicherung werden häufig niedere Sulfide und Oxide mit hoher Flüchtigkeit verwendet. To-Roggen lässt sich leicht sublimieren.

Um Halbleitergermanium zu erhalten, werden gerichtete Kristallisation und Zonenrekristallisation verwendet. Einkristallines Germanium wird durch Ziehen aus der Schmelze gewonnen. Beim Wachstum von G. werden spezielle Legierungen hinzugefügt. Additive, die bestimmte Eigenschaften des Einkristalls anpassen. G. wird in Form von Barren mit einer Länge von 380-660 mm und einem Querschnitt von bis zu 6,5 cm2 geliefert. Germanium wird in der Funkelektronik und Elektrotechnik als Halbleitermaterial zur Herstellung von Dioden und Transistoren verwendet. Daraus werden Linsen für Infrarotoptikgeräte, Kernstrahlungsdosimeter, Röntgenspektroskopieanalysatoren, Sensoren, die den Hall-Effekt nutzen, und Konverter radioaktiver Zerfallsenergie in elektrische Energie hergestellt. Germanium wird in Mikrowellendämpfern und Widerstandsthermometern verwendet, die bei der Temperatur von flüssigem Helium betrieben werden. Der auf dem Reflektor abgeschiedene G.-Film zeichnet sich durch ein hohes Reflexionsvermögen und eine gute Korrosionsbeständigkeit aus. Germanium zeichnet sich zusammen mit einigen Metallen durch eine erhöhte Beständigkeit gegenüber sauren, aggressiven Umgebungen aus und wird im Instrumentenbau, im Maschinenbau und in der Metallurgie verwendet. Germanium bildet mit Gold ein niedrig schmelzendes Eutektikum und dehnt sich beim Abkühlen aus. G.s Dioxid wird zur Herstellung von Spezialprodukten verwendet. Glas, gekennzeichnet durch einen hohen Koeffizienten. Brechung und Transparenz im Infrarotbereich des Spektrums, Glaselektroden und Thermistoren sowie Emails und dekorative Glasuren. Germanate werden als Aktivatoren von Leuchtstoffen und Leuchtstoffen verwendet.

- ein chemisches Element des Periodensystems der chemischen Elemente D.I. Mendelejew. Germanium wird mit dem Symbol Ge bezeichnet und ist eine einfache Substanz mit grauweißer Farbe und festen Eigenschaften wie ein Metall.

Der Gehalt in der Erdkruste beträgt 7,10-4 Gew.-%. bezieht sich auf Spurenelemente und kommt aufgrund seiner Oxidationsreaktivität im freien Zustand nicht als reines Metall vor.

Germanium in der Natur finden

Germanium ist eines der drei von D.I. vorhergesagten chemischen Elemente. Mendelejew auf der Grundlage ihrer Stellung im Periodensystem (1871).

Es gehört zu den seltenen Spurenelementen.

Derzeit sind die Hauptquellen der industriellen Produktion von Germanium Abfälle aus der Zinkproduktion, Kohleverkokung, Asche einiger bestimmter Kohlearten, Silikatverunreinigungen, sedimentäres Eisengestein, Nickel- und Wolframerze, Torf, Öl, geothermisches Wasser und einige Algen .

Die wichtigsten Mineralien enthalten Germanium

Plumbohermatit (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 O-Gehalt bis zu 8,18 %

Yargyrodit AgGeS6 enthält 3,65 bis 6,93 % Deutschland.

Rhenierit Cu 3 (FeGeZn)(SAs) 4 enthält 5,5 bis 7,8 % Germanium.

In einigen Ländern ist die Gewinnung von Germanium ein Nebenprodukt bei der Verarbeitung bestimmter Erze wie Zink-Blei-Kupfer. Germanium fällt auch bei der Koksherstellung an, sowie in Braunkohlenasche mit einem Gehalt von 0,0005 bis 0,3 % und in Steinkohlenasche mit einem Gehalt von 0,001 bis 1-2 %.

Germanium ist als Metall sehr beständig gegen die Einwirkung von Luftsauerstoff, Sauerstoff, Wasser, einigen Säuren, verdünnter Schwefel- und Salzsäure. Konzentrierte Schwefelsäure reagiert jedoch sehr langsam.

Germanium reagiert mit Salpetersäure HNO 3 und Königswasser, reagiert langsam mit Ätzalkalien unter Bildung eines Germanatsalzes, jedoch unter Zusatz von Wasserstoffperoxid H 2O2 die reaktion ist sehr schnell.

Bei hohen Temperaturen über 700 °C oxidiert Germanium an der Luft leicht zu GeO 2 , reagiert leicht mit Halogenen unter Bildung von Tetrahalogeniden.

Reagiert nicht mit Wasserstoff, Silizium, Stickstoff und Kohlenstoff.

Es sind flüchtige Germaniumverbindungen mit folgenden Eigenschaften bekannt:

Deutschland Hexahydrid-Digerman, Ge 2 H 6 - brennbares Gas, zersetzt sich bei längerer Lagerung im Licht, wird gelb, dann braun und verwandelt sich in einen dunkelbraunen Feststoff, der durch Wasser und Alkalien zersetzt wird.

Deutschland-Tetrahydrid, Monogerman - GeH 4 .

Anwendung von Germanium

Germanium hat, wie einige andere auch, die Eigenschaften sogenannter Halbleiter. Alle werden entsprechend ihrer elektrischen Leitfähigkeit in drei Gruppen eingeteilt: Leiter, Halbleiter und Isolatoren (Dielektrika). Die spezifische elektrische Leitfähigkeit von Metallen liegt im Bereich 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1, die angegebene Einteilung ist bedingt. Man kann jedoch auf einen grundsätzlichen Unterschied in den elektrophysikalischen Eigenschaften von Leitern und Halbleitern hinweisen. Bei ersteren nimmt die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur ab, bei Halbleitern steigt sie. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt verwandeln sich Halbleiter in Isolatoren. Bekanntlich weisen metallische Leiter unter solchen Bedingungen die Eigenschaften der Supraleitung auf.

Halbleiter können verschiedene Stoffe sein. Dazu gehören: Bor, (

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Germanium ist ein sprödes, silberweißes Halbmetall, das 1886 entdeckt wurde. Dieses Mineral kommt nicht in seiner reinen Form vor. Es kommt in Silikaten, Eisen- und Sulfiderzen vor. Einige seiner Verbindungen sind giftig. Germanium wurde häufig in der Elektroindustrie verwendet, wo sich seine Halbleitereigenschaften als nützlich erwiesen. Es ist unverzichtbar bei der Herstellung von Infrarot- und Faseroptiken.

Welche Eigenschaften hat Germanium?

Dieses Mineral hat einen Schmelzpunkt von 938,25 Grad Celsius. Die Indikatoren seiner Wärmekapazität können von Wissenschaftlern noch nicht erklärt werden, was es in vielen Bereichen unverzichtbar macht. Germanium hat die Fähigkeit, beim Schmelzen seine Dichte zu erhöhen. Es verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften, was es zu einem hervorragenden Halbleiter mit indirekter Lücke macht.

Wenn wir über die chemischen Eigenschaften dieses Halbmetalls sprechen, ist zu beachten, dass es gegen Säuren und Laugen, Wasser und Luft beständig ist. Germanium löst sich in einer Lösung aus Wasserstoffperoxid und Königswasser.

Abbau von Germanium

Mittlerweile wird eine begrenzte Menge dieses Halbmetalls abgebaut. Seine Vorkommen sind viel kleiner als die von Wismut, Antimon und Silber.

Da der Anteil dieses Minerals in der Erdkruste recht gering ist, bildet es durch die Einbringung anderer Metalle in die Kristallgitter eigene Mineralien. Der höchste Germaniumgehalt wird in Sphalerit, Pyrargyrit, Sulfanit, in Nichteisen- und Eisenerzen beobachtet. Es kommt, allerdings deutlich seltener, in Öl- und Kohlevorkommen vor.

Verwendung von Germanium

Obwohl Germanium schon vor langer Zeit entdeckt wurde, begann es vor etwa 80 Jahren in der Industrie eingesetzt zu werden. Halbmetall wurde erstmals in der militärischen Produktion für die Herstellung einiger elektronischer Geräte verwendet. In diesem Fall fand es Verwendung als Dioden. Mittlerweile hat sich die Situation etwas geändert.

Zu den beliebtesten Einsatzgebieten von Germanium gehören:

• Optikproduktion. Halbmetall ist bei der Herstellung optischer Elemente, zu denen optische Fenster von Sensoren, Prismen und Linsen gehören, unverzichtbar geworden. Hier kamen die Transparenzeigenschaften von Germanium im Infrarotbereich zum Tragen. Halbmetall wird bei der Herstellung von Optiken für Wärmebildkameras, Feuerlöschsysteme und Nachtsichtgeräte verwendet.
• Produktion von Funkelektronik. In diesem Bereich wurde Halbmetall zur Herstellung von Dioden und Transistoren verwendet. In den 1970er Jahren wurden Germaniumgeräte jedoch durch Siliziumgeräte ersetzt, da Silizium eine deutliche Verbesserung der technischen und betrieblichen Eigenschaften der hergestellten Produkte ermöglichte. Erhöhte Beständigkeit gegen Temperatureinflüsse. Darüber hinaus emittierten Germaniumgeräte im Betrieb viel Lärm.

Die aktuelle Situation mit Deutschland

Derzeit wird Halbmetall bei der Herstellung von Mikrowellengeräten verwendet. Telleride Germanium hat sich als thermoelektrisches Material bewährt. Die Germaniumpreise sind mittlerweile ziemlich hoch. Ein Kilogramm metallisches Germanium kostet 1.200 US-Dollar.

Deutschland kaufen

Silbergraues Germanium ist selten. Das spröde Halbmetall zeichnet sich durch seine Halbleitereigenschaften aus und wird häufig zur Herstellung moderner Elektrogeräte verwendet. Es wird auch zur Herstellung hochpräziser optischer Instrumente und Funkgeräte verwendet. Germanium ist sowohl in Form eines reinen Metalls als auch in Form von Dioxid von großem Wert.

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