ژرمانیوم موجود در طبیعت عنصر ژرمانیوم

و حتی قبل از سیلیکون، ژرمانیوم به مهمترین ماده نیمه هادی تبدیل شد.

در اینجا سؤال مناسب است: نیمه هادی ها و نیمه هادی ها چیست؟ حتی متخصصان نیز گاهی پاسخ صریح به آن را دشوار می دانند. "تعریف دقیق نیمه رسانایی دشوار است و بستگی به این دارد که چه ویژگی نیمه هادی ها در نظر گرفته می شود" - این پاسخ گریزان از یک کار علمی کاملاً قابل احترام در مورد نیمه هادی ها وام گرفته شده است. درست است ، یک تعریف بسیار واضح وجود دارد: "نیمه هادی یک هادی برای دو ماشین است" ، اما این قبلاً از حوزه فولکلور است ...

نکته اصلی در مورد عنصر شماره 32 این است که یک نیمه هادی است. در ادامه به توضیح این ویژگی خواهیم پرداخت. در این میان، درباره ژرمانیوم به عنوان یک "شخصیت" فیزیکوشیمیایی.

ژرمانیوم همانطور که هست

احتمالا اکثریت قریب به اتفاق خوانندگان هرگز ژرمانیوم را ندیده اند. این عنصر بسیار کمیاب است، گران است، کالاهای مصرفی از آن ساخته نمی شود، و "پرکردن" ژرمانیوم دستگاه های نیمه هادی آنقدر کوچک است که می توانید ببینید چه چیزی است، ژرمانیوم، دشوار است حتی اگر بدنه دستگاه شکسته باشد. بنابراین، ما در مورد خواص اصلی ژرمانیوم، ظاهر، ویژگی های آن صحبت خواهیم کرد. و شما سعی می کنید به صورت ذهنی آن عملیات ساده ای را انجام دهید که نویسنده مجبور بود بیش از یک بار انجام دهد.

یک شمش استاندارد ژرمانیوم را از بسته استخراج می کنیم. این بدنه کوچک به شکل استوانه ای تقریبا منظم، با قطر 10 تا 35 و طول چند ده میلی متر است. برخی از کتاب های مرجع بیان می کنند که مورد شماره 32 نقره است، اما این همیشه درست نیست: رنگ ژرمانیوم به عملیات سطحی آن بستگی دارد. گاهی تقریبا سیاه به نظر می رسد، گاهی اوقات شبیه فولاد است، اما گاهی اوقات نقره ای است.

هنگام در نظر گرفتن شمش ژرمانیوم، فراموش نکنید که قیمت آن به اندازه طلا است و حداقل به همین دلیل نباید آن را روی زمین بیندازید. اما دلیل دیگری وجود دارد که بسیار مهمتر است: ژرمانیوم تقریباً به اندازه شیشه شکننده است و می تواند مطابق با آن رفتار کند. من دیده ام که چگونه، پس از چنین شکستی، یک آزمایشگر بی دقت برای مدت طولانی در امتداد زمین خزیده است، و سعی می کند همه قطعات را به یک تکه جمع کند ... از نظر ظاهری، ژرمانیوم به راحتی با سیلیکون اشتباه می شود. این عناصر نه تنها رقبایی هستند که ادعا می کنند مواد نیمه هادی اصلی هستند، بلکه آنالوگ نیز هستند. با این حال، علیرغم شباهت بسیاری از ویژگی های فنی و ظاهر، تشخیص شمش ژرمانیوم از شمش سیلیکون بسیار ساده است: ژرمانیوم بیش از دو برابر سنگین تر از سیلیکون است (به ترتیب چگالی 5.33 و 2.33 گرم در سانتی متر مکعب).

آخرین بیانیه نیاز به توضیح دارد، اگرچه به نظر می رسد که این اعداد مانع از اظهار نظر هستند. واقعیت این است که عدد 5.33 به ژرمانیوم-1 اشاره دارد - رایج ترین و مهم ترین اصلاح از پنج تغییر آلوتروپیک عنصر شماره 32. یکی از آنها آمورف است و چهار مورد کریستالی هستند. از ژرمانیوم 1 کریستالی سبک ترین است. بلورهای آن مانند کریستال های الماس ساخته می شوند، اما اگر چنین ساختاری حداکثر چگالی کربن را تعیین کند، ژرمانیوم نیز دارای "بسته بندی" متراکم تر است. فشار بالا با گرمایش متوسط ​​(30 هزار اتمسفر و 100 درجه سانتیگراد) Ge-I را با یک شبکه کریستالی مانند قلع سفید به Ge-II تبدیل می کند.

به روشی مشابه، حتی چگالی تر از Ge-II، Ge-III و Ge-IV را می توان به دست آورد.

همه اصلاحات "غیر معمول" ژرمانیوم کریستالی نسبت به Ge-I و رسانایی الکتریکی برتری دارند. ذکر این ویژگی خاص تصادفی نیست: مقدار رسانایی الکتریکی (یا مقدار متقابل - مقاومت) برای یک عنصر نیمه هادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

اما نیمه هادی چیست؟

به طور رسمی، نیمه هادی ماده ای است با مقاومتی از هزارم تا میلیون اهم در هر 1 سانتی متر، قاب های "از" و "به" بسیار گسترده هستند، اما جایگاه ژرمانیوم در این محدوده کاملاً مشخص است. مقاومت یک مکعب سانتی متری ژرمانیوم خالص در دمای 18 درجه سانتی گراد 72 اهم است. در دمای 19 درجه سانتی گراد مقاومت همان مکعب به 68 اهم کاهش می یابد. این به طور کلی مشخصه نیمه هادی ها است - تغییر قابل توجهی در مقاومت الکتریکی با تغییر جزئی دما. با افزایش دما، مقاومت معمولا کاهش می یابد. هم تحت تأثیر تابش و هم در طول تغییر شکل های مکانیکی به طور قابل توجهی تغییر می کند.

قابل توجه حساسیت ژرمانیوم (در واقع، سایر نیمه هادی ها) نه تنها به تأثیرات خارجی است. خواص ژرمانیوم به شدت تحت تأثیر حتی مقادیر ناچیز ناخالصی ها قرار دارد. ماهیت شیمیایی ناخالصی ها کم اهمیت نیست.

افزودن یک عنصر از گروه V امکان به دست آوردن یک نیمه هادی با نوع رسانایی الکترونیکی را فراهم می کند. نیروگاه های برق آبی (ژرمانیوم الکترونیکی دوپ شده با آنتیموان) اینگونه است. با افزودن یک عنصر از گروه III، یک نوع رسانایی سوراخ در آن ایجاد می کنیم (بیشتر GDH است - ژرمانیوم سوراخ دوپ شده با گالیوم).

به یاد بیاورید که "حفره ها" مکان هایی هستند که توسط الکترون هایی که به سطح انرژی دیگری منتقل شده اند خالی می شوند. "آپارتمان" تخلیه شده توسط مهاجر می تواند بلافاصله توسط همسایه او اشغال شود، اما او همچنین آپارتمان خود را داشت. اسکان مجدد یکی پس از دیگری انجام می شود و سوراخ حرکت می کند.

ترکیبی از مناطق با هدایت الکترونیکی و حفره ای اساس مهم ترین دستگاه های نیمه هادی - دیودها و ترانزیستورها را تشکیل می دهد. به عنوان مثال، با ذوب ایندیم در یک صفحه HES و در نتیجه ایجاد ناحیه ای با هدایت سوراخ، یک دستگاه یکسو کننده - یک دیود به دست می آوریم. جریان الکتریکی را عمدتاً در یک جهت عبور می دهد - از ناحیه دارای رسانایی سوراخ به سمت الکترونیکی. با ذوب ایندیم در دو طرف صفحه HPP، این صفحه را به پایه ترانزیستور تبدیل می کنیم.

اولین ترانزیستور ژرمانیومی جهان در سال 1948 ساخته شد و پس از 20 سال صدها میلیون دستگاه از این دست تولید شد. دیودها و تریودهای ژرمانیوم به طور گسترده در رادیو و تلویزیون، رایانه و تجهیزات اندازه گیری مختلف استفاده می شود.

ژرمانیوم همچنین در سایر زمینه های مهم فناوری مدرن استفاده می شود: برای اندازه گیری دماهای پایین، برای تشخیص تشعشعات فروسرخ و غیره. همه این مناطق به ژرمانیوم با خلوص بسیار بالا - فیزیکی و شیمیایی نیاز دارند. خلوص شیمیایی به گونه ای است که میزان ناخالصی های مضر از یک ده میلیونم درصد (107%) تجاوز نمی کند. خلوص فیزیکی حداقل دررفتگی، اختلال در ساختار کریستالی است. برای دستیابی به آن، ژرمانیوم تک کریستالی رشد می کند: کل شمش یک کریستال است.

برای این خلوص باورنکردنی

در پوسته زمین، ژرمانیوم خیلی کوچک نیست - 7 * 10 -4٪ از جرم آن. این بیشتر از سرب، نقره، تنگستن است. ژرمانیوم در خورشید و در شهاب سنگ ها یافت می شود. آلمان در همه کشورها حضور دارد. اما ذخایر صنعتی مواد معدنی ژرمانیوم ظاهراً هیچ کشور صنعتی ندارد. ژرمانیوم بسیار پراکنده است. مواد معدنی که در آنها این عنصر بیش از 1٪ است - آرژیرودیت، ژرمانیت، اولترامافیک و غیره، از جمله رنیریت، شتوتیت، کنفیلدیت و پلمبوژرمانیت که فقط در دهه های اخیر کشف شده اند - بسیار نادر هستند. آنها قادر به پوشش نیاز جهان به این عنصر مهم نیستند.

و بخش عمده ای از ژرمانیوم زمینی در مواد معدنی عناصر دیگر، در زغال سنگ، در آب های طبیعی، در خاک و موجودات زنده پراکنده شده است. به عنوان مثال در زغال سنگ، محتوای ژرمانیوم می تواند به یک دهم درصد برسد. شاید، اما همیشه نمی رسد. مثلاً در آنتراسیت تقریباً وجود ندارد ... در یک کلام ژرمانیوم همه جا و هیچ جا نیست.

بنابراین روش های تغلیظ ژرمانیوم بسیار پیچیده و متنوع است. آنها در درجه اول به نوع ماده خام و محتوای این عنصر در آن بستگی دارند.

آکادمیک نیکلای پتروویچ ساژین رئیس مطالعه جامع و حل مشکل ژرمانیوم در اتحاد جماهیر شوروی بود. چگونگی تولد صنعت نیمه هادی شوروی در مقاله او که یک سال و نیم قبل از مرگ این دانشمند برجسته و سازمان دهنده علم در مجله "شیمی و زندگی" منتشر شده است شرح داده شده است.

دی اکسید ژرمانیوم خالص برای اولین بار در کشور ما در اوایل سال 1941 بدست آمد و برای ساخت شیشه ژرمانیوم با ضریب شکست نور بسیار بالا استفاده شد. تحقیقات در مورد عنصر شماره 32 و روش های تولید احتمالی آن پس از جنگ، در سال 1947 از سر گرفته شد. اکنون دانشمندان به ژرمانیوم دقیقاً به عنوان یک نیمه هادی علاقه مند بودند.

روش‌های جدید آنالیز به کشف منبع جدیدی از مواد خام ژرمانیوم کمک کرد - آب قیر گیاهان کک. آلمان در آنها بیش از 0.0003٪ نیست، اما با کمک عصاره بلوط از آنها معلوم شد که رسوب ژرمانیوم به شکل یک مجتمع تانید آسان است. جزء اصلی تانن استر گلوکز است. حتی اگر غلظت این عنصر در محلول بسیار کم باشد، قادر به اتصال ژرمانیوم است.

از رسوب به دست آمده، که مواد آلی را از بین می برد، به راحتی می توان کنسانتره ای حاوی تا 45 درصد دی اکسید ژرمانیوم به دست آورد.

تغییرات بیشتر بستگی کمی به نوع ماده خام دارد. ژرمانیوم با هیدروژن کاهش می یابد (همانطور که وینکلر انجام داد)، اما ابتدا باید اکسید ژرمانیوم را از ناخالصی های متعدد جدا کنید. برای حل این مشکل، ترکیب موفقی از خواص یکی از ترکیبات ژرمانیوم بسیار مفید بود.

ژرمانیوم تتراکلرید GeCl 4 یک مایع فرار با نقطه جوش کم (83.1 درجه سانتیگراد) است. بنابراین، تصفیه آن با تقطیر و یکسوسازی راحت است (فرایند در ستون های کوارتز با بسته بندی انجام می شود). تتراکلرید ژرمانیوم تقریباً در اسید هیدروکلریک غلیظ نامحلول است. بنابراین می توان از انحلال ناخالصی ها با اسید هیدروکلریک برای خالص سازی GeCl 4 استفاده کرد.

GeCl4 خالص شده با آب تصفیه می شود، که تقریباً تمام آلاینده ها قبلاً با استفاده از رزین های تبادل یونی از آن حذف شده بودند. نشانه خلوص مطلوب افزایش مقاومت آب به 15-20 میلیون اهم سانتی متر است.

تحت تأثیر آب، تتراکلرید ژرمانیوم هیدرولیز می شود: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. توجه داشته باشید که این معادله "معکوس" واکنشی است که در آن تتراکلرید ژرمانیوم به دست می آید. به دنبال کاهش GeO 2 با هیدروژن خالص می شود: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. ژرمانیوم پودری به دست می آید که آلیاژ می شود و سپس با ذوب ناحیه ای بیشتر خالص می شود. به هر حال، این روش تصفیه مواد در سال 1952 به طور خاص برای خالص سازی ژرمانیوم نیمه هادی توسعه یافت.

ناخالصی های لازم برای رسانایی ژرمانیوم (الکترونیکی یا سوراخ) در آخرین مراحل تولید، یعنی در حین ذوب منطقه و در فرآیند رشد یک کریستال، وارد می شوند.

از زمانی که در سال 1942 مشخص شد که جایگزینی بخشی از لوله های خلاء در سیستم های راداری با آشکارسازهای نیمه هادی سودمند است، علاقه به ژرمانیوم سال به سال افزایش یافته است. مطالعه این عنصر که قبلاً استفاده نشده بود به توسعه علم به طور کلی و بالاتر از همه، فیزیک حالت جامد کمک کرد. و اهمیت دستگاه های نیمه هادی - دیودها، ترانزیستورها، ترمیستورها، فشار سنج ها، دیودهای نوری و غیره - برای توسعه الکترونیک رادیویی و به طور کلی فناوری آنقدر زیاد و شناخته شده است که ارزش صحبت کردن را دارد. در زنگ های بلند بار دیگر به نوعی ناراحت کننده است. تا سال 1965 اکثر دستگاه های نیمه هادی بر پایه ژرمانیوم ساخته می شدند. اما در سال های بعد، روند جابجایی تدریجی "اکاسیلیکن" توسط سیلیسیم شروع به توسعه کرد.

ژرمانیوم تحت فشار سیلیکون

دستگاه‌های نیمه‌رسانای سیلیکونی عمدتاً با عملکرد بهتر در دماهای بالا و جریان‌های معکوس کمتر با دستگاه‌های ژرمانیومی مقایسه می‌شوند. مزیت بزرگ سیلیکون همچنین مقاومت دی اکسید آن در برابر تأثیرات خارجی بود. این او بود که امکان ایجاد یک فناوری پیشرفته تر - مسطح را برای تولید دستگاه های نیمه هادی ایجاد کرد که شامل این واقعیت است که یک صفحه سیلیکونی در اکسیژن یا مخلوطی از اکسیژن با بخار آب گرم می شود و با یک لایه محافظ پوشانده می شود. از SiO 2.

پس از حک کردن "پنجره ها" در مکان های مناسب، مواد ناخالص از طریق آنها وارد می شوند، مخاطبین در اینجا متصل می شوند و در عین حال، دستگاه به طور کلی از تأثیرات خارجی محافظت می شود. برای ژرمانیوم، چنین فناوری هنوز امکان پذیر نیست: پایداری دی اکسید آن کافی نیست. تحت هجوم سیلیکون، آرسنید گالیم و سایر نیمه هادی ها، ژرمانیوم جایگاه خود را به عنوان ماده نیمه هادی اصلی از دست داد. در سال 1968، ایالات متحده ترانزیستورهای سیلیکونی بسیار بیشتری نسبت به ترانزیستورهای ژرمانیومی تولید می کرد. اکنون تولید جهانی ژرمانیوم به گفته کارشناسان خارجی 90 تا 100 تن در سال است. موقعیت او در فناوری بسیار قوی است.

• اول اینکه ژرمانیوم نیمه هادی به طور قابل توجهی ارزان تر از سیلیکون نیمه هادی است.
• ثانیا، ساختن برخی از دستگاه های نیمه هادی، مانند قبل، از ژرمانیوم، و نه از سیلیکون، آسان تر و سودآورتر است.
• ثالثاً، ویژگی‌های فیزیکی ژرمانیوم آن را عملاً در ساخت انواع خاصی از دستگاه‌ها، به ویژه دیودهای تونلی، ضروری می‌سازد.

همه اینها دلیلی برای این باور است که ارزش ژرمانیوم همیشه عالی خواهد بود.

یک پیش بینی دقیق دیگر. در مورد آینده نگری D.I. Mendeleev که خواص سه عنصر هنوز کشف نشده را توصیف کرد، مطالب زیادی نوشته شده است. ما نمی خواهیم خودمان را تکرار کنیم، فقط می خواهیم توجه را به صحت پیش بینی مندلیف جلب کنیم. داده های مندلیف و وینکلر را که در جدول خلاصه شده اند مقایسه کنید.

Ekasilicon وزن اتمی 72 وزن مخصوص 5.5 حجم اتمی 13 اکسید بالاتر EsO 2 وزن مخصوص آن 4.7

ترکیب کلرید EsCl 4 - مایع با نقطه جوش حدود 90 درجه سانتیگراد

پیوند هیدروژنی EsH 4 گازی

ترکیب آلی فلزی Es(C2H 5) 4 با نقطه جوش 160 درجه سانتی گراد

ژرمانیوم وزن اتمی 72.6 وزن مخصوص 5.469 حجم اتمی 13.57 اکسید بالاتر GeO 2 وزن مخصوص آن 4.703

ترکیب کلرید GeCl 4 - مایع با نقطه جوش 83 درجه سانتیگراد

پیوند هیدروژنی GeH 4 گازی

ترکیب آلی فلزی Ge (C2H 5) 4 با نقطه جوش 163.5 درجه سانتی گراد

نامه ای از کلمنس وینکلر

«اعلیحضرت!

به من اجازه دهید که پیام را مجدداً چاپ کنم، که از آن نتیجه می شود که عنصر جدیدی "ژرمانیوم" را کشف کرده ام. در ابتدا من بر این عقیده بودم که این عنصر شکاف بین آنتیموان و بیسموت را در سیستم تناوبی شما که به طرز شگفت انگیزی نافذ ساخته شده است پر می کند و این عنصر با اکانتیمونی شما همزمان است، اما همه چیز نشان می دهد که ما در اینجا با اکاسیلیسیوم سروکار داریم.

امیدوارم به زودی بیشتر در مورد این ماده جالب به شما بگویم. امروز به اطلاع شما از پیروزی محتمل تحقیقات درخشانتان بسنده می کنم و احترام و احترام عمیق خود را به شما شهادت می دهم.

مندلیف پاسخ داد: «از آنجایی که کشف ژرمانیوم تاج سیستم تناوبی است، پس شما به عنوان «پدر» ژرمانیوم صاحب این تاج هستید. برای من، نقش من به عنوان یک سلف و نگرش دوستانه ای که با شما ملاقات کردم ارزشمند است.

ژرمانیوم و ارگانیک. اولین ترکیب ارگانو عنصری عنصر شماره 32، تترااتیل ژرمانیوم، توسط وینکلر از تتراکلرید ژرمانیوم به دست آمد. جالب توجه است که هیچ یک از ترکیبات ارگانو المان ژرمانیوم که تاکنون به دست آمده سمی نیستند، در حالی که بیشتر ترکیبات سرب و آلی قلع (این عناصر مشابه ژرمانیوم هستند) سمی هستند.

چگونه تک کریستال ژرمانیوم رشد می کند. یک کریستال ژرمانیوم روی سطح ژرمانیوم مذاب قرار می گیرد - یک "دانه" که به تدریج توسط یک دستگاه اتوماتیک بزرگ می شود. دمای مذاب کمی بالاتر از نقطه ذوب ژرمانیوم (937 درجه سانتیگراد) است. دانه چرخانده می شود تا تک کریستال از همه طرف به طور یکنواخت "با گوشت رشد کند". مهم است که در فرآیند چنین رشدی، همان چیزی که در ذوب منطقه اتفاق می افتد: تقریباً منحصراً ژرمانیوم به "ساخت" (فاز جامد) می رود و بیشتر ناخالصی ها در مذاب باقی می مانند.

ژرمانیوم و ابررسانایی معلوم شد که ژرمانیوم نیمه هادی کلاسیک در حل مشکل مهم دیگری دخیل است - ایجاد مواد ابررسانا که در دمای هیدروژن مایع کار می کنند و نه هلیوم مایع. همانطور که مشخص است، هیدروژن از حالت گازی به حالت مایع در دمای -252.6 درجه سانتیگراد یا 20.5 درجه کلوین منتقل می شود. در اوایل دهه 70، یک فیلم از آلیاژ ژرمانیوم با نیوبیم با ضخامت تنها یک به دست آمد. چند هزار اتم این فیلم ابررسانایی را در دماهای 24.3 درجه کلوین و کمتر حفظ می کند.

عنصر شیمیایی ژرمانیوم در گروه چهارم (زیرگروه اصلی) جدول تناوبی عناصر قرار دارد. از خانواده فلزات است، جرم اتمی نسبی آن 73 است. بر حسب جرم، محتوای ژرمانیوم در پوسته زمین 0.00007 درصد جرمی تخمین زده می شود.

تاریخچه کشف

عنصر شیمیایی ژرمانیوم به لطف پیش بینی های دیمیتری ایوانوویچ مندلیف ایجاد شد. این او بود که وجود کاسیلیکون را پیش بینی کرد و توصیه هایی برای جستجوی آن ارائه شد.

او معتقد بود که این عنصر فلزی در سنگ معدن تیتانیوم، زیرکونیوم یافت می شود. مندلیف به تنهایی تلاش کرد تا این عنصر شیمیایی را بیابد، اما تلاش های او ناموفق بود. تنها پانزده سال بعد، در معدنی واقع در هیملفورست، ماده معدنی به نام آرژیرودیت یافت شد. این ترکیب نام خود را مدیون نقره موجود در این ماده معدنی است.

عنصر شیمیایی ژرمانیوم در این ترکیب تنها پس از اینکه گروهی از شیمیدانان آکادمی معدن فرایبرگ شروع به تحقیق کردند کشف شد. تحت هدایت K. Winkler، آنها دریافتند که تنها 93 درصد از این ماده معدنی توسط اکسیدهای روی، آهن، و همچنین گوگرد، جیوه تشکیل می شود. وینکلر پیشنهاد کرد که هفت درصد باقیمانده از یک عنصر شیمیایی ناشناخته در آن زمان به دست آمده است. پس از آزمایشات شیمیایی اضافی، ژرمانیوم کشف شد. شیمیدان کشف خود را در گزارشی اعلام کرد و اطلاعات دریافتی در مورد خواص عنصر جدید را به انجمن شیمی آلمان ارائه کرد.

عنصر شیمیایی ژرمانیوم توسط وینکلر به عنوان یک غیرفلز و با قیاس با آنتیموان و آرسنیک معرفی شد. شیمیدان می خواست آن را نپتونیوم بنامد، اما این نام قبلاً استفاده شده بود. سپس آن را ژرمانیوم نامیدند. عنصر شیمیایی کشف شده توسط وینکلر باعث بحث جدی در بین شیمیدانان برجسته آن زمان شد. دانشمند آلمانی ریشتر پیشنهاد کرد که این همان اگزسیلیکونی است که مندلیف از آن صحبت کرد. مدتی بعد، این فرض تایید شد، که ثابت کرد قانون تناوبی ایجاد شده توسط شیمیدان بزرگ روسی.

مشخصات فیزیکی

چگونه می توان ژرمانیوم را مشخص کرد؟ عنصر شیمیایی در مندلیف دارای شماره سریال 32 است. این فلز در دمای 937.4 درجه سانتی گراد ذوب می شود. نقطه جوش این ماده 2700 درجه سانتی گراد است.

ژرمانیوم عنصری است که برای اولین بار در ژاپن برای اهداف پزشکی استفاده شد. پس از مطالعات متعدد در مورد ترکیبات ارگانوژرمانیوم انجام شده بر روی حیوانات، و همچنین در طول مطالعات بر روی انسان، امکان یافتن تأثیر مثبت چنین سنگ معدنی بر موجودات زنده وجود داشت. در سال 1967، دکتر K. Asai موفق به کشف این واقعیت شد که ژرمانیوم آلی دارای طیف عظیمی از اثرات بیولوژیکی است.

فعالیت بیولوژیکی

ویژگی عنصر شیمیایی ژرمانیوم چیست؟ قادر است اکسیژن را به تمام بافت های موجود زنده برساند. هنگامی که در خون قرار می گیرد، با هموگلوبین مشابه رفتار می کند. ژرمانیوم عملکرد کامل تمام سیستم های بدن انسان را تضمین می کند.

این فلز است که تولید مثل سلول های ایمنی را تحریک می کند. این به شکل ترکیبات آلی امکان تشکیل گاما اینترفرون ها را فراهم می کند که از تولید مثل میکروب ها جلوگیری می کند.

ژرمانیوم از تشکیل تومورهای بدخیم جلوگیری می کند، از ایجاد متاستاز جلوگیری می کند. ترکیبات آلی این عنصر شیمیایی به تولید اینترفرون کمک می کند، یک مولکول پروتئین محافظ که توسط بدن به عنوان یک واکنش محافظتی در برابر ظاهر اجسام خارجی تولید می شود.

مناطق استفاده

خاصیت ضد قارچی، ضد باکتریایی و ضد ویروسی ژرمانیوم مبنایی برای کاربردهای آن شده است. در آلمان، این عنصر عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی از فرآوری سنگ معدن های غیر آهنی به دست آمد. کنسانتره ژرمانیوم با روش های مختلفی که به ترکیب مواد اولیه بستگی دارد، جداسازی شد. بیش از 10 درصد فلز در آن وجود نداشت.

ژرمانیوم دقیقاً چگونه در فناوری نیمه هادی مدرن استفاده می شود؟ ویژگی عنصری که قبلا داده شد، امکان استفاده از آن را برای تولید تریود، دیود، یکسو کننده های قدرت و آشکارسازهای کریستال تایید می کند. ژرمانیوم همچنین در ساخت ابزار دزیمتری استفاده می شود، دستگاه هایی که برای اندازه گیری قدرت یک میدان مغناطیسی ثابت و متناوب ضروری هستند.

یکی از زمینه های ضروری کاربرد این فلز، ساخت آشکارسازهای تشعشع مادون قرمز است.

استفاده از نه تنها خود ژرمانیوم، بلکه برخی از ترکیبات آن نیز امیدوار کننده است.

خواص شیمیایی

ژرمانیوم در دمای اتاق در برابر رطوبت و اکسیژن اتمسفر کاملاً مقاوم است.

در سری - ژرمانیوم - قلع) افزایش قابلیت احیا مشاهده می شود.

ژرمانیوم در برابر محلول های اسیدهای کلریدریک و سولفوریک مقاوم است و با محلول های قلیایی برهمکنش نمی کند. در همان زمان، این فلز به سرعت در آب (هفت اسید نیتریک و هیدروکلریک) و همچنین در محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می شود.

چگونه یک عنصر شیمیایی را به طور کامل توضیح دهیم؟ ژرمانیوم و آلیاژهای آن نه تنها از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی، بلکه از نظر کاربرد نیز باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. فرآیند اکسیداسیون ژرمانیوم با اسید نیتریک به آرامی پیش می رود.

بودن در طبیعت

بیایید سعی کنیم عنصر شیمیایی را مشخص کنیم. ژرمانیوم در طبیعت فقط به صورت ترکیبات یافت می شود. در میان رایج ترین کانی های حاوی ژرمانیوم در طبیعت، ژرمانیت و آرژیرودیت را می توان نام برد. علاوه بر این، ژرمانیوم در سولفیدهای روی و سیلیکات ها و به مقدار کم در انواع مختلف زغال سنگ وجود دارد.

آسیب به سلامتی

ژرمانیوم چه تاثیری بر بدن دارد؟ یک عنصر شیمیایی که فرمول الکترونیکی آن 1e است. 8 e; 18 e; 7 e، می تواند بر بدن انسان تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، هنگام بارگیری کنسانتره ژرمانیوم، آسیاب کردن و همچنین بارگیری دی اکسید این فلز، ممکن است بیماری های شغلی ظاهر شود. به عنوان سایر منابعی که برای سلامتی مضر هستند، می‌توان فرآیند ذوب مجدد پودر ژرمانیوم را به شکل میله‌ها و به دست آوردن مونوکسید کربن در نظر گرفت.

ژرمانیوم جذب شده می تواند به سرعت از بدن دفع شود، عمدتاً با ادرار. در حال حاضر، اطلاعات دقیقی در مورد سمی بودن ترکیبات معدنی ژرمانیوم وجود ندارد.

تتراکلرید ژرمانیوم اثر تحریک کننده ای روی پوست دارد. در آزمایشات بالینی و همچنین با تجویز خوراکی طولانی مدت مقادیر تجمعی که به 16 گرم اسپیروژرمانیوم (یک داروی آلی ضد تومور) و همچنین سایر ترکیبات ژرمانیوم می رسید، فعالیت نفروتوکسیک و نوروتوکسیک این فلز مشاهده شد.

چنین دوزهایی معمولاً برای شرکت های صنعتی معمولی نیستند. آن آزمایش‌هایی که روی حیوانات انجام شد با هدف مطالعه تأثیر ژرمانیوم و ترکیبات آن بر روی یک موجود زنده بود. در نتیجه، هنگام استنشاق مقدار قابل توجهی گرد و غبار ژرمانیوم فلزی و همچنین دی اکسید آن، می توان سلامتی را بدتر کرد.

دانشمندان تغییرات مورفولوژیکی جدی در ریه های حیوانات پیدا کرده اند که شبیه به فرآیندهای تکثیر هستند. به عنوان مثال، ضخیم شدن قابل توجهی در بخش های آلوئولی و همچنین هیپرپلازی عروق لنفاوی اطراف برونش ها، ضخیم شدن رگ های خونی آشکار شد.

دی اکسید ژرمانیوم پوست را تحریک نمی کند، اما تماس مستقیم این ترکیب با غشای چشم منجر به تشکیل اسید ژرمانیک می شود که یک محرک جدی چشم است. با تزریق داخل صفاقی طولانی مدت، تغییرات جدی در خون محیطی مشاهده شد.

حقایق مهم

مضرترین ترکیبات ژرمانیوم کلرید ژرمانیوم و هیدرید ژرمانیوم است. ماده دوم باعث مسمومیت جدی می شود. در نتیجه بررسی مورفولوژیکی اندام های حیواناتی که در مرحله حاد مرده اند، اختلالات قابل توجهی در سیستم گردش خون و همچنین تغییرات سلولی در اندام های پارانشیمی نشان دادند. دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هیدرید یک سم چند منظوره است که بر سیستم عصبی تأثیر می گذارد و سیستم گردش خون محیطی را تحت تأثیر قرار می دهد.

تتراکلرید ژرمانیم

این ماده تحریک کننده قوی برای سیستم تنفسی، چشم ها و پوست است. در غلظت 13 میلی گرم بر متر مکعب قادر است پاسخ ریوی را در سطح سلولی سرکوب کند. با افزایش غلظت این ماده، تحریک جدی دستگاه تنفسی فوقانی، تغییرات قابل توجهی در ریتم و تعداد دفعات تنفس ایجاد می شود.

مسمومیت با این ماده منجر به برونشیت کاتارال-دسکوماتیو، پنومونی بینابینی می شود.

اعلام وصول

از آنجایی که در طبیعت ژرمانیوم به عنوان ناخالصی برای کانی‌های نیکل، پلی‌فلزی، تنگستن وجود دارد، چندین فرآیند کار فشرده مرتبط با غنی‌سازی سنگ معدن در صنعت برای جداسازی فلز خالص انجام می‌شود. ابتدا اکسید ژرمانیوم از آن جدا می شود، سپس با هیدروژن در دمای بالا کاهش می یابد تا یک فلز ساده به دست آید:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

خواص و ایزوتوپ های الکترونیکی

ژرمانیوم یک نیمه هادی معمولی با شکاف غیر مستقیم در نظر گرفته می شود. مقدار گذردهی آن 16 و مقدار میل ترکیبی الکترون 4 eV است.

در یک لایه نازک آغشته به گالیم، می توان به ژرمانیوم حالت ابررسانایی داد.

پنج ایزوتوپ از این فلز در طبیعت وجود دارد. از این تعداد، چهار مورد پایدار هستند، و پنجمی دچار فروپاشی مضاعف بتا، با نیمه عمر 1.58×10 21 سال می شود.

نتیجه

در حال حاضر از ترکیبات آلی این فلز در صنایع مختلف استفاده می شود. شفافیت در ناحیه طیفی مادون قرمز ژرمانیوم فلزی با خلوص فوق العاده بالا برای ساخت عناصر نوری اپتیک مادون قرمز مهم است: منشورها، لنزها، پنجره های نوری سنسورهای مدرن. رایج ترین کاربرد ژرمانیوم ایجاد اپتیک برای دوربین های تصویربرداری حرارتی است که در محدوده طول موج 8 تا 14 میکرون کار می کنند.

چنین دستگاه هایی در تجهیزات نظامی برای سیستم های هدایت مادون قرمز، دید در شب، تصویربرداری حرارتی غیرفعال و سیستم های آتش نشانی استفاده می شوند. همچنین ژرمانیوم دارای ضریب شکست بالایی است که برای پوشش ضد انعکاس ضروری است.

در مهندسی رادیو، ترانزیستورهای مبتنی بر ژرمانیوم دارای ویژگی هایی هستند که از بسیاری جهات بیشتر از عناصر سیلیکونی هستند. جریان معکوس سلول های ژرمانیومی به طور قابل توجهی بیشتر از جریان های مشابه سیلیکونی آنها است، که باعث می شود کارایی چنین دستگاه های رادیویی به میزان قابل توجهی افزایش یابد. با توجه به اینکه ژرمانیوم در طبیعت به اندازه سیلیکون رایج نیست، عناصر نیمه هادی سیلیکونی عمدتاً در دستگاه های رادیویی استفاده می شوند.

تعریف

ژرمانیومعنصر سی و دوم جدول تناوبی است. نام - Ge از لاتین "germanium". واقع در دوره چهارم گروه IVA. به نیمه فلزات اشاره دارد. بار هسته ای 32 است.

در حالت فشرده، ژرمانیوم دارای رنگ نقره ای است (شکل 1) و از نظر ظاهری مانند فلز به نظر می رسد. در دمای اتاق در برابر هوا، اکسیژن، آب، اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک رقیق مقاوم است.

برنج. 1. ژرمانیوم. ظاهر.

وزن اتمی و مولکولی ژرمانیوم

تعریف

وزن مولکولی نسبی یک ماده (M r)عددی است که نشان می دهد چند برابر جرم یک مولکول معین بزرگتر از 1/12 جرم یک اتم کربن است، و جرم اتمی نسبی یک عنصر (A r)- چند برابر جرم متوسط ​​اتم های یک عنصر شیمیایی بیشتر از 1/12 جرم اتم کربن است.

از آنجایی که ژرمانیوم در حالت آزاد به شکل مولکول های تک اتمی جنرال الکتریک وجود دارد، مقادیر جرم اتمی و مولکولی آن بر هم منطبق است. آنها برابر با 72.630 هستند.

ایزوتوپ های ژرمانیوم

مشخص شده است که ژرمانیوم می تواند در طبیعت به شکل پنج ایزوتوپ پایدار 70 Ge (20.55%)، 72 Ge (20.55%)، 73 Ge (7.67%)، 74 Ge (36.74%) و 76 Ge (7.67%) در طبیعت وجود داشته باشد. . اعداد جرمی آنها به ترتیب 70، 72، 73، 74 و 76 است. هسته ایزوتوپ ژرمانیوم 70 Ge شامل سی و دو پروتون و سی و هشت نوترون است، ایزوتوپ های باقی مانده تنها در تعداد نوترون ها با آن تفاوت دارند.

ایزوتوپ های رادیواکتیو مصنوعی ناپایدار ژرمانیوم با اعداد جرمی از 58 تا 86 وجود دارد که در این میان ایزوتوپ 68 Ge با نیمه عمر 270.95 روز بیشترین عمر را دارد.

یون های ژرمانیوم

در سطح انرژی بیرونی اتم ژرمانیوم، چهار الکترون وجود دارد که ظرفیت دارند:

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

در نتیجه برهمکنش شیمیایی، ژرمانیوم الکترون های ظرفیت خود را رها می کند، یعنی. اهدا کننده آنها است و به یک یون با بار مثبت تبدیل می شود:

Ge 0 -2e → Ge 2+;

Ge 0 -4e → Ge 4+.

مولکول و اتم ژرمانیوم

در حالت آزاد، ژرمانیوم به شکل مولکول های تک اتمی جنرال الکتریک وجود دارد. در اینجا برخی از خواصی که اتم و مولکول ژرمانیوم را مشخص می کند آورده شده است:

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

ورزش	کسر جرمی عناصر تشکیل دهنده اکسید ژرمانیوم (IV) را در صورتی که فرمول مولکولی آن GeO 2 باشد محاسبه کنید.
راه حل	کسر جرمی یک عنصر در ترکیب هر مولکولی با فرمول تعیین می شود: ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

(Germanium؛ از lat. Germania - آلمان)، Ge - شیمیایی. عنصر گروه IV از سیستم تناوبی عناصر؛ در n 32، در. متر 72.59. ماده خاکستری نقره ای با درخشندگی فلزی. در شیمی ترکیبات حالت های اکسیداسیون +2 و +4 را نشان می دهند. ترکیبات با حالت اکسیداسیون +4 پایدارتر هستند. ژرمانیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار با عدد جرمی 70 (20.55%)، 72 (27.37%)، 73 (7.67%) و 74 (36.74%) و یک ایزوتوپ رادیواکتیو با عدد جرمی 76 (7.67%) و نیمه عمر تشکیل شده است. از 2106 سال. به طور مصنوعی (با کمک واکنش های هسته ای مختلف) بسیاری از ایزوتوپ های رادیواکتیو به دست آمده اند. مهمترین آنها ایزوتوپ 71 Ge با نیمه عمر 11.4 روز است.

وجود ژرمانیوم مقدس (تحت نام "ekasilitsiy") در سال 1871 توسط دانشمند روسی D.I. Mendeleev پیش بینی شد. با این حال، تنها در سال 1886 آن را. شیمیدان K. Winkler یک عنصر ناشناخته را در ماده معدنی آرژیرودیت کشف کرد که خواص آن با خواص "اکاسیلیکن" مطابقت داشت. شروع مراسم جشن. تولید ژرمانیوم به دهه 40 برمی گردد. قرن بیستم، زمانی که از آن به عنوان یک ماده نیمه هادی استفاده می شد. محتوای ژرمانیوم در پوسته زمین (1-2) 10 تا 4٪ است. ژرمانیوم یک عنصر کمیاب است و به ندرت به عنوان کانی خود یافت می شود. هفت کانی شناخته شده است که غلظت آن بیش از 1٪ است، از جمله: Cu2 (Cu، Ge، Ga، Fe، Zn) 2 (S، As) 4X X (6.2-10.2٪ Ge)، رنیریت (Cu، Fe)2 (Cu، Fe، Ge، Ga، Zn)2 X X (S، As)4 (5.46-7.80٪ Ge) و آرژیرودیت Ag8GeS6 (3/55-6.93٪ Ge). G. همچنین در caustobioliths (زغال سنگ هیومیک، شیل نفت، نفت) تجمع می یابد. اصلاح کریستالی الماس، پایدار در شرایط معمولی، ساختاری مکعبی مانند الماس دارد، با دوره 5.65753 A = a (ژل).

ژرمانیوم است

چگالی ژرمانیوم (t-ra 25 درجه سانتیگراد) 5.3234 گرم بر سانتی متر مکعب، ذوب 937.2 درجه سانتیگراد. قاشق غذاخوری 2852 درجه سانتی گراد; گرمای همجوشی 104.7 کالری در گرم، گرمای تصعید 1251 کالری در گرم، ظرفیت گرمایی (دمای 25 درجه سانتی گراد) 0.077 کالری بر گرم در گرم. ضریب هدایت حرارتی، (t-ra 0 ° C) 0.145 کالری در سانتی متر ثانیه درجه، ضریب دما. انبساط خطی (t-ra 0-260 ° C)، 5.8 x 10-6 deg-1. در طول ذوب، ژرمانیوم از نظر حجم کاهش می یابد (حدود 5.6٪)، چگالی آن 4٪ در ساعت افزایش می یابد. در فشار بالا، یک اصلاح الماس مانند. ژرمانیوم دستخوش دگرگونی‌های چندشکل می‌شود و تغییرات کریستالی ایجاد می‌کند: یک ساختار چهار ضلعی از نوع B-Sn (GeII)، یک ساختار چهارضلعی بدن محور با دوره‌های a = 5.93 A، c = 6.98 A (GeIII) و یک ساختار مکعبی با مرکز بدن با یک دوره a = 6، 92A (GeIV). این تغییرات با چگالی و هدایت الکتریکی بالاتر در مقایسه با GeI مشخص می شوند.

ژرمانیوم آمورف را می توان به صورت لایه هایی (با ضخامت حدود 10-3 سانتی متر) با تراکم بخار بدست آورد. چگالی آن کمتر از چگالی G کریستالی است. ساختار مناطق انرژی در کریستال G. خواص نیمه هادی آن را تعیین می کند. عرض شکاف باند G. برابر با 0.785 eV (t-ra 0 K)، مقاومت الکتریکی (t-ra 20 درجه سانتیگراد) 60 اهم سانتی متر است و با افزایش دما طبق یک قانون نمایی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. ناخالصی ها به G. t. هدایت ناخالصی از نوع الکترونیکی (ناخالصی های آرسنیک، آنتیموان، فسفر) یا سوراخ (ناخالصی های گالیم، آلومینیوم، ایندیم). تحرک حامل های بار در G. (t-ra 25 درجه سانتی گراد) برای الکترون ها حدود 3600 سانتی متر مربع بر ولت ثانیه است، برای حفره ها - 1700 سانتی متر مربع / ولت ثانیه، غلظت ذاتی حامل های بار (t-ra 20 درجه سانتی گراد) است. 2.5. 10 13 سانتی متر-3. G. دیامغناطیس است. با ذوب شدن به حالت فلزی تبدیل می شود. ژرمانیوم بسیار شکننده است، سختی Mohs آن 6.0، میکروسختی 385 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، مقاومت فشاری (درجه حرارت 20 درجه سانتی‌گراد) 690 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. با افزایش t-ry، سختی کاهش می یابد، بالاتر از t-ry 650 درجه سانتیگراد، به پلاستیک تبدیل می شود، متمایل به خز. در حال پردازش. ژرمانیوم عملاً در برابر هوا، اکسیژن و الکترولیت های غیر اکسید کننده (در صورت عدم وجود اکسیژن محلول) در دمای تا 100 درجه سانتیگراد بی اثر است. هنگام گرم شدن به آرامی در اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ حل می شود (فیلم دی اکسید حاصل از انحلال را کند می کند)، به خوبی در آب، در محلول های هیپوکلریت ها یا هیدروکسیدهای قلیایی (در حضور پراکسید هیدروژن)، در مذاب های قلیایی، پراکسیدها، نیترات ها حل می شود. و کربنات های فلزات قلیایی.

بالاتر از t-ry 600 درجه سانتیگراد در هوا و در جریانی از اکسیژن اکسید می شود و اکسید GeO و دی اکسید (Ge02) را با اکسیژن تشکیل می دهد. اکسید ژرمانیوم یک پودر خاکستری تیره است که در دمای 710 درجه سانتی گراد تصعید می شود، کمی در آب حل می شود و یک ژرمانیت ضعیف به شما (H2Ge02) تشکیل می شود، یک دسته نمک (ژرمانیت ها) با مقاومت کم. در to-takh GeO به راحتی با تشکیل نمک های H دو ظرفیتی حل می شود. دی اکسید ژرمانیوم یک پودر سفید است که در چندین تغییر چند شکلی وجود دارد که از نظر شیمیایی بسیار متفاوت است. سنت شما: اصلاح شش ضلعی دی اکسید نسبتاً به خوبی در آب (4.53 zU در t-re 25 درجه سانتی گراد)، محلول های قلیایی و to-t محلول است، اصلاح چهار ضلعی عملاً در آب نامحلول و نسبت به اسیدها بی اثر است. با حل شدن در قلیاها، دی اکسید و هیدرات آن نمکهای متاگرمانات (H2Ge03) و ارتوژرمنات (H4Ge04) به ژرمنات می شود. جوانه زنی فلزات قلیایی در آب حل می شود، ژرمنات های باقی مانده عملا نامحلول هستند. تازه رسوب داده شده در معدنی به تاه حل می شود. G. به راحتی با هالوژن ها ترکیب می شود و هنگام گرم شدن (حدود t-ry 250 درجه سانتیگراد) تتراهالوژنیدهای مربوطه را تشکیل می دهد - ترکیبات غیر نمکی که به راحتی توسط آب هیدرولیز می شوند. G. شناخته شده هستند - قهوه ای تیره (GeS) و سفید (GeS2).

ژرمانیوم با ترکیباتی با نیتروژن - نیترید قهوه ای (Ge3N4) و نیترید سیاه (Ge3N2) مشخص می شود که با یک ماده شیمیایی کوچکتر مشخص می شود. سختی. با فسفر G. یک فسفید کم مقاومت (GeP) سیاه رنگ تشکیل می دهد. با کربن برهمکنش نمی‌کند و آلیاژ نمی‌کند؛ مجموعه‌ای پیوسته از محلول‌های جامد را با سیلیکون تشکیل می‌دهد. ژرمانیوم، به عنوان آنالوگ کربن و سیلیکون، با توانایی تشکیل ژرمانوهیدروژن از نوع GenH2n + 2 (ژرمن ها)، و همچنین ترکیبات جامد از انواع GeH و GeH2 (ژرمن) ​​مشخص می شود. ژرمانیوم ترکیبات فلزی را تشکیل می دهد () و با بسیاری دیگر فلزات استخراج G. از مواد خام شامل دریافت کنسانتره ژرمانیوم غنی و از آن - خلوص بالا است. در رقص. در مقیاس، ژرمانیوم از تتراکلرید، با استفاده از فراریت بالای آن در طول خالص سازی (برای جداسازی از کنسانتره)، اسید هیدروکلریک غلیظ کم و حلال های آلی بالا (برای خالص سازی از ناخالصی ها) به دست می آید. اغلب برای غنی‌سازی از فراریت بالای سولفید پایین و اکسید G استفاده می‌شود، چاودار به راحتی تصعید می‌شود.

برای بدست آوردن ژرمانیوم نیمه هادی از تبلور جهت دار و تبلور مجدد ناحیه استفاده می شود. ژرمانیوم تک کریستالی با کشیدن از مذاب به دست می آید. در فرآیند رشد G. آلیاژهای خاصی اضافه می شود. افزودنی ها، تنظیم خواص خاصی از تک کریستال. G. به صورت شمش به طول 380-660 میلی متر و سطح مقطع تا 6.5 سانتی متر مربع عرضه می شود. ژرمانیوم در رادیو الکترونیک و مهندسی برق به عنوان یک ماده نیمه هادی برای ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شود. عدسی‌های دستگاه‌های نوری مادون قرمز، دزیمترهای تشعشع هسته‌ای، آنالایزرهای طیف‌سنجی اشعه ایکس، حسگرهایی با استفاده از اثر هال و مبدل‌های انرژی واپاشی رادیواکتیو به انرژی الکتریکی از آن ساخته می‌شوند. ژرمانیوم در تضعیف کننده های مایکروویو، دماسنج های مقاومتی که در دمای هلیوم مایع کار می کنند استفاده می شود. فیلم G. رسوب شده بر روی بازتابنده با بازتاب بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب متمایز می شود. ژرمانیوم با برخی از فلزات، که با افزایش مقاومت در برابر محیط‌های تهاجمی اسیدی مشخص می‌شود، در ابزارسازی، مهندسی مکانیک و متالورژی استفاده می‌شود. ژمانیم با طلا یک یوتکتیک کم ذوب تشکیل می دهد و با سرد شدن منبسط می شود. دی اکسید G. برای ساخت مواد خاص استفاده می شود. شیشه، با ضریب بالا مشخص می شود. شکست و شفافیت در قسمت مادون قرمز طیف، الکترودهای شیشه ای و ترمیستورها و همچنین لعاب ها و لعاب های تزئینی. ژرمات ها به عنوان فعال کننده فسفر و فسفر استفاده می شوند.

- یک عنصر شیمیایی از سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف. و با علامت Ge نشان داده می شود، ژرمانیوم یک ماده ساده است که به رنگ خاکستری مایل به سفید است و دارای ویژگی های جامد مانند یک فلز است.

محتوای پوسته زمین 7.10-4٪ وزنی است. به عناصر کمیاب اشاره دارد، به دلیل واکنش پذیری آن به اکسیداسیون در حالت آزاد، به عنوان یک فلز خالص وجود ندارد.

یافتن ژرمانیوم در طبیعت

ژرمانیوم یکی از سه عنصر شیمیایی پیش بینی شده توسط D.I. مندلیف بر اساس موقعیت آنها در سیستم تناوبی (1871).

متعلق به عناصر کمیاب است.

در حال حاضر منابع اصلی تولید صنعتی ژرمانیوم ضایعات تولید روی، کک‌سازی زغال سنگ، خاکستر برخی از انواع زغال‌سنگ، در ناخالصی‌های سیلیکات، سنگ‌های آهن رسوبی، کانی‌های نیکل و تنگستن، ذغال سنگ نارس، نفت، آب‌های زمین گرمایی و برخی جلبک‌ها هستند. .

مواد معدنی اصلی حاوی ژرمانیوم

پلمبوهرماتیت (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 محتوای O تا 8.18٪

yargyrodite AgGeS6 شامل 3.65 تا 6.93 درصد است.آلمان

رنیریت Cu 3 (FeGeZn) (SAs) 4 حاوی 5.5 تا 7.8 درصد ژرمانیوم است.

در برخی از کشورها، به دست آوردن ژرمانیوم محصول جانبی فرآوری سنگ معدنی خاصی مانند روی-سرب-مس است. ژرمانیوم همچنین در تولید کک و همچنین در خاکستر زغال سنگ قهوه ای با محتوای 0.0005 تا 0.3 درصد و در خاکستر زغال سنگ سخت با محتوای 0.001 تا 1-2 درصد به دست می آید.

ژرمانیوم به عنوان یک فلز در برابر عمل اکسیژن اتمسفر، اکسیژن، آب، برخی اسیدها، اسیدهای سولفوریک رقیق و هیدروکلریک بسیار مقاوم است. اما اسید سولفوریک غلیظ بسیار کند واکنش می دهد.

ژرمانیوم با اسید نیتریک HNO واکنش می دهد 3 و aqua regia، به آهستگی با قلیاهای سوزاننده واکنش می دهد و نمک جوانه زده را تشکیل می دهد، اما با افزودن پراکسید هیدروژن H 2O2 واکنش بسیار سریع است

زمانی که ژرمانیوم در معرض دمای بالای 700 درجه سانتی گراد قرار می گیرد، به راحتی در هوا اکسید می شود و GeO را تشکیل می دهد. 2 ، به آسانی با هالوژن ها واکنش می دهد و تتراهالیدها را تشکیل می دهد.

با هیدروژن، سیلیکون، نیتروژن و کربن واکنش نمی دهد.

ترکیبات فرار ژرمانیوم با ویژگی های زیر شناخته می شوند:

آلمان hexahydride-digermane, Ge 2 H 6 - گاز قابل احتراق، در طول نگهداری طولانی مدت در نور تجزیه می شود، زرد و قهوه ای می شود و به جامد قهوه ای تیره تبدیل می شود که توسط آب و مواد قلیایی تجزیه می شود.

تتراهیدرید آلمان، مونوژرمان - GeH 4 .

کاربرد ژرمانیوم

ژرمانیوم مانند برخی دیگر دارای خواص به اصطلاح نیمه هادی است. همه با توجه به هدایت الکتریکی خود به سه گروه تقسیم می شوند: هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها (دی الکتریک). رسانایی الکتریکی ویژه فلزات در محدوده 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1 است، تقسیم بندی داده شده مشروط است. با این حال، می توان به یک تفاوت اساسی در خواص الکتروفیزیکی هادی ها و نیمه هادی ها اشاره کرد. برای اولی، هدایت الکتریکی با افزایش دما کاهش می یابد، برای نیمه هادی ها افزایش می یابد. در دمای نزدیک به صفر مطلق، نیمه هادی ها به عایق تبدیل می شوند. همانطور که مشخص است هادی های فلزی در چنین شرایطی خواص ابررسانایی را از خود نشان می دهند.

نیمه هادی ها می توانند مواد مختلفی باشند. اینها عبارتند از: بور، (

لطفا توجه داشته باشید که ژرمانیوم توسط ما در هر مقدار و شکلی از جمله گرفته می شود. شکل قراضه شما می توانید ژرمانیوم را با تماس با شماره تلفن در مسکو که در بالا ذکر شده است بفروشید.

ژرمانیوم یک نیمه فلز شکننده و سفید نقره ای است که در سال 1886 کشف شد. این ماده معدنی به صورت خالص یافت نمی شود. در سیلیکات ها، سنگ معدن آهن و سولفید یافت می شود. برخی از ترکیبات آن سمی هستند. ژرمانیوم به طور گسترده در صنعت برق مورد استفاده قرار گرفت، جایی که خواص نیمه هادی آن مفید بود. در تولید مادون قرمز و فیبر نوری ضروری است.

خواص ژرمانیوم چیست؟

این ماده معدنی دارای نقطه ذوب 938.25 درجه سانتیگراد است. شاخص های ظرفیت گرمایی آن هنوز توسط دانشمندان قابل توضیح نیست، که آن را در بسیاری از مناطق ضروری می کند. ژرمانیوم این توانایی را دارد که در هنگام ذوب چگالی خود را افزایش دهد. دارای خواص الکتریکی عالی است که آن را به یک نیمه هادی با شکاف غیر مستقیم عالی تبدیل می کند.

اگر در مورد خواص شیمیایی این نیمه فلز صحبت کنیم، باید توجه داشت که در برابر اسیدها و قلیاها، آب و هوا مقاوم است. ژرمانیوم در محلول پراکسید هیدروژن و آب رگیا حل می شود.

استخراج ژرمانیوم

اکنون مقدار محدودی از این نیمه فلز استخراج می شود. ذخایر آن در مقایسه با بیسموت، آنتیموان و نقره بسیار کوچکتر است.

با توجه به اینکه نسبت محتوای این ماده معدنی در پوسته زمین بسیار کم است، به دلیل ورود فلزات دیگر به شبکه های کریستالی، کانی های خود را تشکیل می دهد. بیشترین مقدار ژرمانیوم در اسفالریت، پیرارژیریت، سولفانیت، در سنگ‌های غیرآهنی و آهن مشاهده می‌شود. در ذخایر نفت و زغال سنگ رخ می دهد، اما بسیار کمتر.

استفاده از ژرمانیوم

علیرغم این واقعیت که ژرمانیوم مدتها پیش کشف شد، حدود 80 سال پیش شروع به استفاده در صنعت کرد. نیمه فلزی برای اولین بار در تولیدات نظامی برای ساخت برخی از وسایل الکترونیکی استفاده شد. در این مورد، از آن به عنوان دیود استفاده می شود. اکنون وضعیت تا حدودی تغییر کرده است.

محبوب ترین زمینه های کاربرد ژرمانیوم عبارتند از:

• تولید اپتیک Semimetal در ساخت عناصر نوری، که شامل پنجره های نوری حسگرها، منشورها و لنزها است، ضروری شده است. در اینجا، ویژگی های شفافیت ژرمانیوم در ناحیه مادون قرمز مفید واقع شد. Semimetal در تولید اپتیک برای دوربین های تصویربرداری حرارتی، سیستم های آتش نشانی، دستگاه های دید در شب استفاده می شود.
• تولید وسایل الکترونیکی رادیویی در این زمینه از نیمه فلزی در ساخت دیودها و ترانزیستورها استفاده می شد. با این حال، در دهه 1970، دستگاه های ژرمانیومی با دستگاه های سیلیکونی جایگزین شدند، زیرا سیلیکون امکان بهبود قابل توجهی ویژگی های فنی و عملیاتی محصولات تولیدی را فراهم کرد. افزایش مقاومت در برابر اثرات دما. علاوه بر این، دستگاه های ژرمانیومی در حین کار صدای زیادی از خود ساطع می کردند.

وضعیت فعلی آلمان

در حال حاضر از semimetal در تولید دستگاه های مایکروویو استفاده می شود. ژرمانیوم تلرید خود را به عنوان یک ماده ترموالکتریک ثابت کرده است. قیمت ژرمانیوم در حال حاضر بسیار بالا است. یک کیلوگرم ژرمانیوم متالیک 1200 دلار قیمت دارد.

خرید آلمان

ژرمانیوم خاکستری نقره ای نادر است. نیمه فلزی شکننده با خواص نیمه هادی خود متمایز می شود و به طور گسترده ای برای ایجاد وسایل برقی مدرن استفاده می شود. همچنین برای ایجاد ابزارهای نوری با دقت بالا و تجهیزات رادیویی استفاده می شود. ژرمانیوم هم به صورت یک فلز خالص و هم به صورت دی اکسید ارزش زیادی دارد.

شرکت Goldform در خرید ژرمانیوم، انواع ضایعات فلزی و قطعات رادیویی تخصص دارد. ما در ارزیابی مواد و حمل و نقل کمک می کنیم. می توانید ژرمانیوم را پست کنید و پول خود را به طور کامل پس بگیرید.