Գերմանիումը հանդիպում է բնության մեջ։ Գերմանիումի տարր

Եվ նույնիսկ սիլիցիումից առաջ գերմանիումը դարձավ ամենակարևոր կիսահաղորդչային նյութը:

Այստեղ տեղին հարց է. ի՞նչ են կիսահաղորդիչները և կիսահաղորդչությունը: Նույնիսկ փորձագետները երբեմն դժվարանում են միանշանակ պատասխանել այս հարցին: «Կիսահաղորդչության ճշգրիտ որոշումը դժվար է և կախված է նրանից, թե ինչ հատկություն է դիտարկվում կիսահաղորդիչների», - այս խուսափողական պատասխանը փոխառված է կիսահաղորդիչների վերաբերյալ միանգամայն հարգելի գիտական ​​աշխատանքից: Այնուամենայնիվ, կա շատ հստակ սահմանում. «Կիսահաղորդիչը մեկ հաղորդիչ է երկու մեքենայի համար», բայց սա արդեն բանահյուսության տիրույթում է...

Թիվ 32 տարրի մասին գլխավորն այն է, որ այն կիսահաղորդիչ է: Այս գույքի բացատրությանը կանդրադառնանք ավելի ուշ։ Միևնույն ժամանակ Գերմանիայի մասին՝ որպես ֆիզիկաքիմիական «անձնավորություն»։

Գերմանիում, ինչպես որ կա

Հավանաբար ընթերցողների ճնշող մեծամասնությունը երբեք չի տեսել գերմանիում: Այս տարրը բավականին հազվադեպ է, թանկ, սպառողական ապրանքներ չեն պատրաստվում դրանից, իսկ կիսահաղորդչային սարքերի գերմանիումի «լցոնումը» այնքան փոքր է, որ դժվար է տեսնել, թե ինչպիսին է այն: գերմանիա, դժվար է, նույնիսկ եթե սարքի կորպուսը ջարդես։ Հետևաբար, մենք կխոսենք գերմանիումի հիմնական հատկությունների, արտաքին տեսքի և առանձնահատկությունների մասին: Եվ դու փորձում ես մտովի կատարել այն պարզ գործողությունները, որոնք հեղինակը ստիպված է եղել կատարել մեկից ավելի անգամ։

Մենք փաթեթավորումից հեռացնում ենք գերմանիումի ստանդարտ ձուլակտորը: Սա գրեթե կանոնավոր գլանաձև փոքր մարմին է՝ 10-ից 35 տրամագծով և մի քանի տասնյակ միլիմետր երկարությամբ: Որոշ տեղեկատու գրքերում նշվում է, որ թիվ 32 կետը արծաթ է, բայց դա միշտ չէ, որ ճիշտ է. Գերմանիումի գույնը կախված է մակերեսի մշակումից. Երբեմն այն գրեթե սև է թվում, երբեմն պողպատի տեսք ունի, բայց երբեմն կարող է արծաթագույն լինել։

Գերմանիումի ձուլակտորին նայելիս մի մոռացեք, որ դրա արժեքը մոտավորապես նույնն է, ինչ ոսկու ձուլակտորը, և այդ պատճառով այն չպետք է գցեք հատակին: Բայց կա ևս մեկ պատճառ, շատ ավելի կարևոր. գերմանիումը գրեթե նույնքան փխրուն է, որքան ապակին, և կարող է համապատասխանաբար վարվել: Ես տեսել եմ, թե ինչպես է նման անհաջողությունից հետո անզգույշ փորձարարը երկար ժամանակ սողում էր հատակին՝ փորձելով հավաքել յուրաքանչյուր բեկորը... Արտաքինից գերմանիումը դժվար չէ շփոթել սիլիցիումի հետ։ Այս տարրերը ոչ միայն մրցակիցներ են, որոնք հավակնում են լինել հիմնական կիսահաղորդչային նյութ, այլ նաև անալոգներ: Այնուամենայնիվ, չնայած բազմաթիվ տեխնիկական հատկությունների և արտաքին տեսքի նմանությանը, գերմանիումի ձուլակտորը սիլիցիումից տարբերելը բավականին պարզ է.

Վերջին հայտարարությունը պարզաբանման կարիք ունի, թեև թվերը, թվում է, բացառում են մեկնաբանությունները։ Բանն այն է, որ 5.33 թիվը վերաբերում է գերմանիում-1-ին՝ թիվ 32 տարրի հինգ ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներից ամենատարածվածն ու ամենակարևորը։ Դրանցից մեկը ամորֆ է, չորսը՝ բյուրեղային։ Բյուրեղային գերմանիում-1-ից այն ամենաթեթևն է։ Նրա բյուրեղները կառուցված են այնպես, ինչպես ադամանդի բյուրեղները, բայց եթե ածխածնի համար նման կառուցվածքը որոշում է առավելագույն խտությունը, ապա գերմանիումն ունի նաև ավելի խիտ «փաթեթներ»: Բարձր ճնշումը չափավոր ջեռուցմամբ (30 հազար ատմ և 100°C) Ge-I-ն վերածում է Ge-II-ի՝ սպիտակ թիթեղի պես բյուրեղյա ցանցով։

Նման կերպ հնարավոր է ստանալ նույնիսկ ավելի խիտ, քան Ge-II, Ge-III և Ge-IV

Բյուրեղային գերմանիումի բոլոր «անսովոր» փոփոխությունները էլեկտրական հաղորդունակությամբ գերազանցում են Ge-I-ին: Այս հատուկ հատկության հիշատակումը պատահական չէ. կիսահաղորդչային տարրի համար հատկապես կարևոր է էլեկտրական հաղորդունակության արժեքը (կամ դրա հակադարձ արժեքը՝ դիմադրողականությունը):

Բայց ի՞նչ է կիսահաղորդիչը:

Ֆորմալ առումով կիսահաղորդիչը մի նյութ է, որի դիմադրողականությունը 1 սմ-ի վրա հազարերորդականից մինչև միլիոնավոր ohms է: «-ից» և «դեպի» շրջանակները շատ լայն են, բայց գերմանիումի տեղը այս տիրույթում լիովին որոշակի է: Մաքուր գերմանից պատրաստված սանտիմետր խորանարդի դիմադրությունը 18°C ​​ջերմաստիճանում 72 ohms է։ 19°C-ում նույն խորանարդի դիմադրությունը նվազում է մինչև 68 ohms: Սա ընդհանուր առմամբ բնորոշ է կիսահաղորդիչների համար՝ էլեկտրական դիմադրության զգալի փոփոխություն՝ ջերմաստիճանի աննշան փոփոխությամբ: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիմադրությունը սովորաբար նվազում է: Այն զգալիորեն փոխվում է ինչպես ճառագայթման, այնպես էլ մեխանիկական դեֆորմացիայի ազդեցության տակ։

Ուշագրավ է գերմանիումի (ինչպես նաև այլ կիսահաղորդիչների) զգայունությունը ոչ միայն արտաքին ազդեցությունների նկատմամբ։ Գերմանիումի հատկությունների վրա մեծ ազդեցություն են ունենում նույնիսկ փոքր քանակությամբ կեղտերը: Պակաս կարևոր չէ կեղտերի քիմիական բնույթը։

V խմբի տարրի ավելացումը հնարավորություն է տալիս ստանալ կիսահաղորդիչ՝ հաղորդունակության էլեկտրոնային տեսակով։ Այսպես է պատրաստվում ԳԷՍ-ը (էլեկտրոնային գերմանիում, որը լցված է անտիմոնով): III խմբի տարր ավելացնելով՝ մենք դրանում կստեղծենք հաղորդունակության անցք (առավել հաճախ սա GDH է՝ գալիումով լցված փոս գերմանիում):

Հիշենք, որ «անցքերը» այն վայրերն են, որոնք ազատվում են էլեկտրոններից, որոնք տեղափոխվել են էներգիայի այլ մակարդակ: Միգրանտի կողմից ազատված «բնակարանը» կարող է անմիջապես զբաղեցնել նրա հարեւանը, բայց նա էլ ուներ իր սեփական բնակարանը։ Փոխադրումները կատարվում են մեկը մյուսի հետևից, և անցքը շարժվում է:

Էլեկտրոնների և անցքերի հաղորդունակությամբ շրջանների համադրությունը հիմք է հանդիսացել ամենակարևոր կիսահաղորդչային սարքերի՝ դիոդների և տրանզիստորների համար: Օրինակ, ինդիումը հալեցնելով HES ափսեի մեջ և այդպիսով ստեղծելով անցքերի հաղորդունակությամբ տարածք, մենք ստանում ենք ուղղիչ սարք՝ դիոդ: Այն անցնում է էլեկտրական հոսանքը հիմնականում մեկ ուղղությամբ՝ անցքերի հաղորդունակությամբ շրջանից մինչև էլեկտրոնային հաղորդունակություն: HES ափսեի երկու կողմերում ինդիումը հալեցնելով, մենք այս թիթեղը վերածում ենք տրանզիստորի հիմքի:

Աշխարհի առաջին գերմանիումի տրանզիստորը ստեղծվել է 1948 թվականին, և արդեն 20 տարի անց արտադրվել են հարյուր միլիոնավոր նման սարքեր։ Գերմանիումի դիոդները և տրիոդները լայնորեն օգտագործվում են ռադիոներում և հեռուստացույցներում, համակարգիչներում և տարբեր չափիչ սարքավորումներում:

Գերմանիումը օգտագործվում է նաև ժամանակակից տեխնոլոգիայի այլ կարևոր ոլորտներում՝ ցածր ջերմաստիճանների չափման, ինֆրակարմիր ճառագայթման հայտնաբերման և այլնի համար: Այս բոլոր տարածքները պահանջում են շատ բարձր մաքրության գերմանիում` ֆիզիկական և քիմիական: Քիմիական մաքրությունն այնպիսին է, որ վնասակար կեղտերի քանակը չի գերազանցում տոկոսի տասը միլիոներորդ մասը (107%): Ֆիզիկական մաքրությունը բյուրեղային կառուցվածքում տեղահանումների և խանգարումների նվազագույնն է: Դրան հասնելու համար աճեցվում է միաբյուրեղ գերմանիում. ամբողջ ձուլակտորը մեկ բյուրեղ է:

Հանուն այս աներևակայելի մաքրության

Երկրակեղևում գերմանիումը շատ քիչ է` զանգվածի 7 * 10 -4%-ը: Սա ավելին է, քան կապարը, արծաթը, վոլֆրամը: Գերմանիումը հայտնաբերվել է Արեգակի վրա և երկնաքարերում: Գերմանիումը հանդիպում է բոլոր երկրներում։ Բայց, ըստ երևույթին, ոչ մի արդյունաբերական երկիր չունի գերմանիումի օգտակար հանածոների արդյունաբերական հանքավայրեր։ Գերմանիումը շատ բացակա է։ Հանքանյութերը, որոնցում այս տարրը կազմում է ավելի քան 1%՝ արգիրոդիտ, գերմանիտ, ուլտրաբազիտ և այլն, ներառյալ ռեներիտը, շտոտիտը, կոնֆիլդիտը և պլամբոգերմանիտը, որոնք հայտնաբերվել են միայն վերջին տասնամյակներում, շատ հազվադեպ են: Նրանք չեն կարողանում ծածկել այս կարևոր տարրի համաշխարհային պահանջարկը։

Իսկ ցամաքային գերմանիումի հիմնական մասը ցրված է այլ տարրերի հանքանյութերում, ածուխներում, բնական ջրերում, հողում և կենդանի օրգանիզմներում: Օրինակ՝ ածխի մեջ գերմանիումի պարունակությունը կարող է հասնել տոկոսի տասներորդին։ Կարող է, բայց միշտ չէ, որ դրան հասնում է: Անտրացիտի մեջ, օրինակ, գրեթե բացակայում է... Մի խոսքով, գերմանիան ամենուր է և ոչ մի տեղ։

Հետևաբար, գերմանիումի խտացման մեթոդները շատ բարդ և բազմազան են: Դրանք հիմնականում կախված են հումքի տեսակից և դրանում այս տարրի պարունակությունից:

ԽՍՀՄ-ում գերմանիումի խնդրի համապարփակ ուսումնասիրության և լուծման ղեկավարն էր ակադեմիկոս Նիկոլայ Պետրովիչ Սաժինը։ Ինչպես ծնվեց խորհրդային կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը, նկարագրված է նրա հոդվածում, որը հրապարակվել է «Քիմիա և կյանք» ամսագրում այս նշանավոր գիտնականի և գիտության կազմակերպչի մահից մեկուկես տարի առաջ:

Մաքուր գերմանիումի երկօքսիդը մեր երկրում առաջին անգամ ստացվել է 1941թ. սկզբին: Դրանից պատրաստվել է գերմանիումի ապակի՝ լույսի բեկման շատ բարձր ինդեքսով: Թիվ 32 տարրի և դրա հնարավոր արտադրության մեթոդների վերաբերյալ հետազոտությունները վերսկսվեցին պատերազմից հետո՝ 1947 թվականին: Այժմ գիտնականներին հետաքրքրում էր գերմանիումը հենց որպես կիսահաղորդիչ:

Վերլուծության նոր մեթոդները օգնեցին բացահայտել գերմանիումի հումքի նոր աղբյուրը` կոքսի բույսերի խեժային ջրերը: Գերմանիան դրանցում ոչ ավելի, քան 0,0003%, բայց կաղնու մզվածքի օգնությամբ պարզվեց, որ հեշտ է նստեցնել գերմանիումը տաննիդային համալիրի տեսքով: Տանինի հիմնական բաղադրիչը գլյուկոզայի էսթերն է։ Այն ունակ է կապելու գերմանիումը, նույնիսկ եթե այս տարրի կոնցենտրացիան լուծույթում անհետացող փոքր է:

Ստացված նստվածքից, ոչնչացնելով օրգանական նյութերը, դժվար չէ ստանալ մինչև 45% գերմանիումի երկօքսիդ պարունակող խտանյութ։

Հետագա փոխակերպումները այլևս մեծապես կախված չեն հումքի տեսակից։ Գերմանիումը կրճատվում է ջրածնով (Վինքլերը դա արեց), բայց նախ անհրաժեշտ է առանձնացնել գերմանիումի օքսիդը բազմաթիվ կեղտերից: Այս խնդիրը լուծելու համար գերմանիումի միացություններից մեկի հատկությունների հաջող համադրությունը շատ օգտակար է ստացվել։

Գերմանիումի տետրաքլորիդ GeCl 4-ը ցածր եռման կետով (83,1°C) ցնդող հեղուկ է։ Հետևաբար, հարմար է այն մաքրել թորման և շտկման միջոցով (գործընթացը տեղի է ունենում քվարցային սյունակներում՝ վարդակով)։ Գերմանիումի տետրաքլորիդը գրեթե չի լուծվում խտացված աղաթթվի մեջ: Հետևաբար, GeCl 4-ը մաքրելու համար կարելի է օգտագործել կեղտերի տարրալուծումը աղաթթվով:

Մաքրված GeCl4-ը մշակվում է ջրով, որից գրեթե բոլոր աղտոտիչները նախկինում հեռացվել են իոնափոխանակման խեժերի միջոցով: Պահանջվող մաքրության նշան է ջրի դիմադրողականության բարձրացումը մինչև 15-20 միլիոն Օմ-սմ:

Ջրի ազդեցությամբ տեղի է ունենում գերմանիումի տետրաքլորիդի հիդրոլիզ՝ GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl։ Նկատի ունեցեք, որ սա գերմանիումի տետրաքլորիդ առաջացնող ռեակցիայի «հակադարձ» հավասարումն է: Դրան հաջորդում է GeO 2-ի կրճատումը մաքրված ջրածնով. GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O: Արդյունքում ստացվում է փոշու գերմանիում, որը միաձուլվում և այնուհետև զտվում է գոտու հալման միջոցով: Ի դեպ, նյութերի մաքրման այս մեթոդը մշակվել է 1952 թվականին հատուկ կիսահաղորդչային գերմանիումի մաքրման համար։

Գերմանիումին այս կամ այն ​​տեսակի հաղորդունակություն (էլեկտրոնային կամ ծակոց) տալու համար անհրաժեշտ կեղտերը ներմուծվում են արտադրության վերջին փուլերում, այսինքն՝ գոտու հալման և մեկ բյուրեղի աճի ժամանակ։

Քանի որ 1942 թվականին պարզվեց, որ ձեռնտու է ռադիոլոկացիոն համակարգերում էլեկտրոնային խողովակների մի մասը փոխարինել կիսահաղորդչային դետեկտորներով, գերմանիումի նկատմամբ հետաքրքրությունը տարեցտարի աճում է: Նախկինում չօգտագործված այս տարրի ուսումնասիրությունը նպաստեց ընդհանրապես գիտության և, առաջին հերթին, պինդ վիճակի ֆիզիկայի զարգացմանը։ Իսկ կիսահաղորդչային սարքերի՝ դիոդների, տրանզիստորների, թերմիստորների, լարման չափիչների, ֆոտոդիոդների և այլնի կարևորությունը ռադիոէլեկտրոնիկայի և ընդհանրապես տեխնոլոգիայի զարգացման համար այնքան մեծ է և այնքան հայտնի, որ չարժե խոսել: վեհ երանգներով կրկին ինչ-որ կերպ անհարմար է: Մինչև 1965 թվականը կիսահաղորդչային սարքերի մեծ մասը արտադրվում էր գերմանիումի հիման վրա։ Բայց հետագա տարիներին սկսեց զարգանալ «էկա-սիլիցիումի» աստիճանական տեղաշարժը հենց սիլիցիումով։

Գերմանիումը սիլիցիումի հարձակման տակ

Սիլիկոնային կիսահաղորդչային սարքերը բարենպաստորեն տարբերվում են գերմանիումային սարքերից՝ հիմնականում բարձր ջերմաստիճաններում և ավելի ցածր հակադարձ հոսանքներում իրենց ավելի լավ գործունակությամբ: Սիլիցիումի մեծ առավելությունը նրա երկօքսիդի դիմադրությունն էր արտաքին ազդեցություններին: Սա էր, որ հնարավորություն տվեց ստեղծել կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության ավելի առաջադեմ հարթ տեխնոլոգիա, որը բաղկացած է թթվածնի մեջ սիլիկոնային վաֆլի տաքացումից կամ թթվածնի և ջրի գոլորշու խառնուրդից և այն ծածկելով SiO 2 պաշտպանիչ շերտով:

Այնուհետև ճիշտ տեղերում «պատուհաններ» փորագրելով՝ դրանց միջոցով ներմուծվում են դոպինգային կեղտեր, այստեղ միացվում են նաև կոնտակտները, և սարքն ամբողջությամբ պաշտպանված է արտաքին ազդեցություններից։ Գերմանիումի համար նման տեխնոլոգիա դեռ հնարավոր չէ՝ նրա երկօքսիդի կայունությունը անբավարար է։ Սիլիցիումի, գալիումի արսենիդի և այլ կիսահաղորդիչների հարձակման ներքո գերմանիումը կորցրեց իր դիրքը որպես հիմնական կիսահաղորդչային նյութ։ 1968 թվականին Միացյալ Նահանգներն արդեն արտադրում էր շատ ավելի շատ սիլիցիումային տրանզիստորներ, քան գերմանիումային։ Այժմ գերմանիումի համաշխարհային արտադրությունը, ըստ արտասահմանյան փորձագետների, կազմում է տարեկան 90-100 տոննա։ Նրա դիրքերը տեխնիկայում բավականին ամուր են։

• Նախ, կիսահաղորդչային գերմանիումը նկատելիորեն ավելի էժան է, քան կիսահաղորդչային սիլիցիումը:
• Երկրորդ, որոշ կիսահաղորդչային սարքեր դեռ ավելի պարզ և շահավետ են գերմանից պատրաստելը, քան սիլիցիումից:
• Երրորդ, գերմանիումի ֆիզիկական հատկությունները նրան գործնականում անփոխարինելի են դարձնում որոշ տեսակի սարքերի, մասնավորապես թունելային դիոդների արտադրության մեջ:

Այս ամենը հիմք է տալիս ենթադրելու, որ գերմանիումի նշանակությունը միշտ մեծ է լինելու։

ՀԵՐԹԱԿԱՆ ՃՇՏԻՐ ԿԱՆԽԱՏԵՍՈՒՄ. Շատ է գրվել Դ.Ի. Մենդելեևի խորաթափանցության մասին, ով նկարագրել է դեռևս չբացահայտված երեք տարրերի հատկությունները: Չցանկանալով կրկնվել՝ մենք պարզապես ուզում ենք ուշադրություն հրավիրել Մենդելեևի կանխատեսման ճշգրտության վրա։ Համեմատեք Մենդելեևի և Վինկլերի աղյուսակային տվյալները։

Exasilicon Ատոմային քաշ 72 Տեսակարար կշիռ 5.5 Ատոմային ծավալ 13 Բարձրագույն օքսիդ EsO 2 Տեսակարար կշիռ 4.7

Քլորիդային միացությունը EsCl 4-ը հեղուկ է, որի եռման կետը մոտ 90°C է

EsH 4 ջրածնի հետ միացությունը գազային է

Օրգանամետաղական միացություն Es(C2H 5) 4 160°C եռման կետով

Գերմանիում Ատոմային քաշը 72.6 Տեսակարար կշիռը 5.469 Ատոմային ծավալը 13.57 Բարձրագույն օքսիդ GeO 2 Տեսակարար կշիռը 4.703

Քլորիդային միացությունը GeCl 4-ը 83°C եռման կետով հեղուկ է

GeH 4 ջրածնի հետ միացությունը գազային է

Մետաղական օրգանական միացություն Ge(C2H 5) 4 163,5°C եռման կետով

ԿԼԵՄԵՆՍ ՎԻՆՔԼԵՐԻ ՆԱՄԱԿ

«Ձերդ մեծություն.

Թույլ տվեք ձեզ վերատպել հաղորդագրությունը, որից հետևում է, որ ես հայտնաբերել եմ «գերմանիում» նոր տարր: Սկզբում ես այն կարծիքին էի, որ այս տարրը լրացնում է անտիմոնի և բիսմութի միջև առկա բացը ձեր զարմանալիորեն խորաթափանց պարբերական աղյուսակում, և որ այս տարրը համընկնում է ձեր էկասիլիկոնի հետ, բայց ամեն ինչ ցույց է տալիս, որ այստեղ մենք գործ ունենք էկասիլիկոնի հետ:

Հուսով եմ շուտով ձեզ ավելի շատ կպատմեմ այս հետաքրքիր նյութի մասին. Այսօր ես սահմանափակվում եմ միայն տեղեկացնելով ձեզ ձեր հնարամիտ հետազոտության շատ հավանական հաղթանակի մասին և վկայելով ձեզ իմ հարգանքն ու խորին հարգանքը:

ՄԵՆԴԵԼԵԵՎԸ ՊԱՏԱՍԽԱՆԵԼ Է. «Քանի որ գերմանիումի հայտնաբերումը պարբերական համակարգի պսակն է, ուրեմն այս թագը պատկանում է ձեզ՝ որպես գերմանիումի «հայր». Ինձ համար արժեքավոր են իմ՝ որպես նախորդի դերը և այն բարեկամական վերաբերմունքը, որ հանդիպեցի ձեզ հետ»։

ԳԵՐՄԱՆԻՈՒՄ ԵՎ ՕՐԳԱՆԻԿԱ. Թիվ 32 տարրի առաջին օրգանական միացությունը՝ տետրէթիլգերմանիան, ստացել է Վինքլերը գերմանիումի տետրաքլորիդից։ Հետաքրքիր է, որ մինչ այժմ ստացված գերմանիումի օրգանական տարրերից ոչ մեկը թունավոր չէ, մինչդեռ կապարի և օրգանական միացությունների մեծ մասը (այդ տարրերը գերմանիումի անալոգներ են) թունավոր են։

ԻՆՉՊԵՍ ԱՃԵԼ ԳԵՐՄԱՆԻՈՒՄ ՄԵԿ Բյուրեղյա: Գերմանիումի բյուրեղը` «սերմը», տեղադրվում է հալված գերմանիումի մակերեսին, որն աստիճանաբար բարձրանում է ավտոմատ սարքի միջոցով. հալման ջերմաստիճանը մի փոքր ավելի բարձր է, քան գերմանիումի հալման կետը (937°C): Սերմը պտտվում է այնպես, որ միաբյուրեղը բոլոր կողմերից հավասարապես «աճում է մսի հետ»: Կարևոր է, որ նման աճի ժամանակ տեղի է ունենում նույնը, ինչ գոտու հալման ժամանակ. գրեթե բացառապես գերմանիումը անցնում է «աճի» (պինդ փուլ), և կեղտերի մեծ մասը մնում է հալման մեջ։

ԳԵՐՄԱՆԻՈՒՄ ԵՎ ԳԵՐհաղորդունակություն. Դասական կիսահաղորդչային գերմանիումը ներգրավված էր մեկ այլ կարևոր խնդրի լուծման մեջ՝ ստեղծելով գերհաղորդիչ նյութեր, որոնք գործում են ոչ թե հեղուկ հելիումի, այլ հեղուկ ջրածնի ջերմաստիճանում: Ջրածինը, ինչպես հայտնի է, գազային վիճակից անցնում է հեղուկ վիճակի - 252,6 ° C կամ 20,5 ° K ջերմաստիճանում: 70-ականների սկզբին գերմանիումի համաձուլվածքի թաղանթ նիոբիումով, որի հաստությունը կազմում է ընդամենը մի քանի հազար ատոմ: ձեռք է բերվել։ Այս թաղանթը պահպանում է գերհաղորդունակությունը 24,3° Կ և ցածր ջերմաստիճաններում:

Գերմանիում քիմիական տարրը գտնվում է տարրերի պարբերական աղյուսակի չորրորդ խմբում (հիմնական ենթախումբ)։ Պատկանում է մետաղների ընտանիքին և ունի 73 հարաբերական ատոմային զանգված։ Ըստ զանգվածի գերմանիումի պարունակությունը երկրակեղևում գնահատվում է 0,00007% զանգվածային։

Հայտնաբերման պատմություն

Գերմանիում քիմիական տարրը ստեղծվել է Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի կանխատեսումների շնորհիվ։ Հենց նրանք էլ կանխատեսել են էկա-սիլիկոնի գոյությունը և առաջարկություններ տվել դրա որոնման համար։

Ես հավատում էի, որ այս մետաղական տարրը կա տիտանի և ցիրկոնիումի հանքաքարերում: Մենդելեևը փորձել է ինքնուրույն գտնել այս քիմիական տարրը, սակայն նրա փորձերն անհաջող են եղել։ Միայն տասնհինգ տարի անց Հիմելֆյուրստում գտնվող հանքավայրում հայտնաբերվել է արգիրոդիտ կոչվող հանքանյութ: Այս միացությունն իր անվան համար պարտական ​​է այս հանքանյութում հայտնաբերված արծաթին:

Կազմում գերմանիումի քիմիական տարրը հայտնաբերվել է միայն այն բանից հետո, երբ Ֆրայբերգի հանքարդյունաբերության ակադեմիայի մի խումբ քիմիկոսներ սկսել են հետազոտությունները: Կ.Վինքլերի ղեկավարությամբ նրանք պարզել են, որ ցինկի, երկաթի, ինչպես նաև ծծմբի և սնդիկի օքսիդների մասնաբաժինը կազմում է հանքանյութի միայն 93 տոկոսը։ Վինքլերը ենթադրեց, որ մնացած յոթ տոկոսը առաջացել է այդ ժամանակ անհայտ քիմիական տարրից: Հետագա քիմիական փորձերից հետո հայտնաբերվել է գերմանիում։ Քիմիկոսն իր հայտնագործությունը զեկուցել է զեկույցում և նոր տարրի հատկությունների մասին ստացված տեղեկատվությունը ներկայացրել Գերմանիայի քիմիական ընկերությանը։

Գերմանիում քիմիական տարրը Վինկլերի կողմից ներկայացվել է որպես ոչ մետաղ՝ անտիմոնի և մկնդեղի անալոգիայով։ Քիմիկոսը ցանկանում էր այն անվանել նեպտունիում, սակայն այս անվանումն արդեն օգտագործվում էր։ Հետո սկսեցին այն անվանել գերմանիում։ Վինքլերի հայտնաբերած քիմիական տարրը լուրջ բանավեճ առաջացրեց ժամանակի առաջատար քիմիկոսների շրջանում։ Գերմանացի գիտնական Ռիխտերը ենթադրել է, որ սա նույն էկասիլիկիան է, որի մասին խոսել է Մենդելեևը։ Որոշ ժամանակ անց այս ենթադրությունը հաստատվեց, որն ապացուցեց ռուս մեծ քիմիկոսի ստեղծած պարբերական օրենքի կենսունակությունը։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ինչպե՞ս կարելի է բնութագրել գերմանիումը: Մենդելեևում քիմիական տարրն ունի 32 ատոմային համար: Այս մետաղը հալվում է 937,4 °C ջերմաստիճանում։ Այս նյութի եռման ջերմաստիճանը 2700 °C է։

Գերմանիումը տարր է, որն առաջին անգամ օգտագործվել է Ճապոնիայում բժշկական նպատակներով: Գերմանիումի օրգանական միացությունների բազմաթիվ ուսումնասիրություններից հետո, որոնք կատարվել են կենդանիների, ինչպես նաև մարդկանց վրա, հնարավոր եղավ բացահայտել նման հանքաքարերի դրական ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների վրա: 1967 թվականին դոկտոր Կ. Ասայը հայտնաբերեց այն փաստը, որ օրգանական գերմանիան ունի կենսաբանական ազդեցությունների հսկայական շարք:

Կենսաբանական ակտիվություն

Ո՞րն է գերմանիումի քիմիական տարրի առանձնահատկությունը: Այն ունակ է թթվածին տեղափոխել կենդանի օրգանիզմի բոլոր հյուսվածքներով։ Արյան մեջ մտնելուց հետո այն վարվում է հեմոգլոբինի նման: Germanium-ը երաշխավորում է մարդու մարմնի բոլոր համակարգերի լիարժեք գործունեությունը:

Հենց այս մետաղն է խթանում իմունային բջիջների բազմացումը։ Այն օրգանական միացությունների տեսքով թույլ է տալիս առաջացնել գամմա ինտերֆերոններ, որոնք ճնշում են միկրոբների բազմացումը։

Գերմանիումը կանխում է չարորակ ուռուցքների առաջացումը և կանխում մետաստազների զարգացումը։ Այս քիմիական տարրի օրգանական միացությունները նպաստում են ինտերֆերոնի՝ պաշտպանիչ սպիտակուցի մոլեկուլի արտադրությանը, որն արտադրվում է օրգանիզմի կողմից՝ որպես պաշտպանիչ ռեակցիա օտար մարմինների արտաքին տեսքին:

Օգտագործման ոլորտները

Գերմանիումի հակասնկային, հակաբակտերիալ և հակավիրուսային հատկությունները հիմք են դարձել դրա կիրառման ոլորտների համար: Գերմանիայում այս տարրը հիմնականում ստացվել է որպես գունավոր հանքաքարերի վերամշակման կողմնակի արտադրանք։ Գերմանիումի խտանյութը մեկուսացվել է տարբեր ձևերով՝ կախված հումքի բաղադրությունից: Դրա բաղադրությունը պարունակում էր ոչ ավելի, քան 10 տոկոս մետաղ։

Ինչպե՞ս է գերմանիումը օգտագործվում ժամանակակից կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի մեջ: Նախկինում տրված տարրի բնութագրերը հաստատում են դրա օգտագործման հնարավորությունը տրիոդների, դիոդների, ուժային ուղղիչ սարքերի և բյուրեղյա դետեկտորների արտադրության համար: Գերմանիումը օգտագործվում է նաև դոզիմետրիկ գործիքների ստեղծման մեջ, սարքեր, որոնք անհրաժեշտ են մշտական ​​և փոփոխական մագնիսական դաշտերի ուժը չափելու համար։

Այս մետաղի կիրառման զգալի ոլորտը ինֆրակարմիր ճառագայթման դետեկտորների արտադրությունն է:

Խոստումնալից է ոչ միայն բուն գերմանիումի, այլ նաև նրա որոշ միացությունների օգտագործումը։

Քիմիական հատկություններ

Գերմանիումը սենյակային ջերմաստիճանում բավականին դիմացկուն է խոնավության և մթնոլորտային թթվածնի նկատմամբ։

Շարքում՝ գերմանիում - անագ) նկատվում է նվազեցնող ունակության աճ։

Գերմանիումը դիմացկուն է աղաթթուների և ծծմբաթթուների լուծույթներին, այն չի փոխազդում ալկալային լուծույթների հետ: Ավելին, այս մետաղը բավականին արագ լուծվում է ջրային ռեգիայում (յոթ ազոտական ​​և աղաթթուներ), ինչպես նաև ջրածնի պերօքսիդի ալկալային լուծույթում։

Ինչպե՞ս ամբողջությամբ բնութագրել քիմիական տարրը: Գերմանիումը և նրա համաձուլվածքները պետք է վերլուծվեն ոչ միայն ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների, այլև կիրառման ոլորտների համար: Ազոտական ​​թթվով գերմանիումի օքսիդացման գործընթացը բավականին դանդաղ է ընթանում։

Բնության մեջ լինելը

Փորձենք բնութագրել քիմիական տարրը։ Գերմանիումը բնության մեջ հանդիպում է միայն միացությունների տեսքով։ Բնության մեջ գերմանիում պարունակող ամենատարածված միներալներից մենք առանձնացնում ենք գերմանիտը և արգիրոդիտը: Բացի այդ, գերմանիումը առկա է ցինկի սուլֆիդներում և սիլիկատներում, իսկ փոքր քանակությամբ՝ տարբեր տեսակի ածուխներում։

Վնասը առողջությանը

Ի՞նչ ազդեցություն ունի գերմանիումը օրգանիզմի վրա: Քիմիական տարր, որի էլեկտրոնային բանաձևը 1e է; 8 ե; 18-րդ; 7 ե, կարող է բացասաբար ազդել մարդու օրգանիզմի վրա։ Օրինակ՝ գերմանիումի խտանյութը բեռնելիս, մանրացնելիս, ինչպես նաև այս մետաղի երկօքսիդը բեռնելիս կարող են առաջանալ մասնագիտական ​​հիվանդություններ։ Առողջության համար վնասակար այլ աղբյուրներից են գերմանիումի փոշին ձուլակտորների մեջ հալեցնելու և ածխածնի մոնօքսիդ արտադրելու գործընթացը:

Ադսորբված գերմանիումը կարող է արագ դուրս գալ օրգանիզմից՝ հիմնականում մեզի միջոցով: Ներկայումս մանրամասն տեղեկություններ չկան, թե որքան թունավոր են գերմանիումի անօրգանական միացությունները:

Գերմանիումի տետրաքլորիդը գրգռիչ ազդեցություն ունի մաշկի վրա։ Կլինիկական փորձարկումներում, ինչպես նաև 16 գրամ սպիրոգերմանիումի (օրգանական հակաուռուցքային դեղամիջոց), ինչպես նաև գերմանիումի այլ միացությունների կուտակային քանակությունների երկարաժամկետ բանավոր ընդունմամբ, հայտնաբերվել է այս մետաղի նեֆրոտոքսիկ և նեյրոտոքսիկ ակտիվություն:

Նման չափաբաժինները հիմնականում բնորոշ չեն արդյունաբերական ձեռնարկություններին։ Այդ փորձերը, որոնք իրականացվել են կենդանիների վրա, նպատակ են ունեցել ուսումնասիրել գերմանիումի և նրա միացությունների ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմի վրա։ Արդյունքում հնարավոր է եղել առողջության վատթարացում հաստատել գերմանիումի մետաղի զգալի քանակությամբ փոշու, ինչպես նաև դրա երկօքսիդի ներշնչման պատճառով։

Գիտնականները կենդանիների թոքերի մեջ հայտնաբերել են մորֆոլոգիական լուրջ փոփոխություններ, որոնք նման են բազմացման գործընթացներին։ Օրինակ, հայտնաբերվել է ալվեոլային հատվածների զգալի խտացում, ինչպես նաև բրոնխների շրջակայքում գտնվող ավշային անոթների հիպերպլազիա և արյունատար անոթների խտացում։

Գերմանիումի երկօքսիդը չի գրգռում մաշկը, սակայն այս միացության անմիջական շփումը աչքի թաղանթի հետ հանգեցնում է գերմանական թթվի ձևավորմանը, որը աչքի լուրջ գրգռիչ է: Երկարատև ներերակային ներարկումներով ծայրամասային արյան մեջ լուրջ փոփոխություններ են հայտնաբերվել։

Կարևոր փաստեր

Գերմանիումի առավել վնասակար միացություններն են գերմանիումի քլորիդը և հիդրիդը։ Վերջին նյութը լուրջ թունավորումներ է առաջացնում։ Սուր փուլում սատկած կենդանիների օրգանների մորֆոլոգիական հետազոտության արդյունքում նկատվել են արյան շրջանառության զգալի խանգարումներ, ինչպես նաև պարենխիմային օրգանների բջջային փոփոխություններ։ Գիտնականները եզրակացրել են, որ հիդրիդը բազմաֆունկցիոնալ թույն է, որն ազդում է նյարդային համակարգի վրա և արգելակում ծայրամասային շրջանառության համակարգը։

Գերմանիումի տետրաքլորիդ

Այն ուժեղ գրգռիչ է շնչառական համակարգի, աչքերի և մաշկի համար: 13 մգ/մ3 կոնցենտրացիայի դեպքում այն ​​ունակ է ճնշել թոքային արձագանքը բջջային մակարդակում։ Քանի որ այս նյութի կոնցենտրացիան մեծանում է, նկատվում է վերին շնչուղիների լուրջ գրգռվածություն և շնչառության ռիթմի և հաճախականության զգալի փոփոխություններ։

Այս նյութով թունավորումը հանգեցնում է կատարալ-դեսկավամատիվ բրոնխիտի և ինտերստիցիալ թոքաբորբի:

Անդորրագիր

Քանի որ բնության մեջ գերմանիումը առկա է նիկելի, բազմամետաղային և վոլֆրամի հանքաքարերում որպես կեղտ, արդյունաբերությունում իրականացվում են մի քանի աշխատատար գործընթացներ՝ կապված հանքաքարի հարստացման հետ՝ մաքուր մետաղը մեկուսացնելու համար: Գերմանիումի օքսիդը սկզբում մեկուսացվում է դրանից, այնուհետև այն իջեցվում է ջրածնով բարձր ջերմաստիճանում՝ պարզ մետաղ ստանալու համար.

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O:

Էլեկտրոնային հատկություններ և իզոտոպներ

Գերմանիումը համարվում է անուղղակի բացը բնորոշ կիսահաղորդիչ: Նրա դիէլեկտրական վիճակագրական հաստատունի արժեքը 16 է, իսկ էլեկտրոնների հարաբերակցության արժեքը՝ 4 էՎ։

Դոպավորված գալիումի բարակ թաղանթում գերմանիումին կարող է տրվել գերհաղորդիչ վիճակ։

Բնության մեջ կան այս մետաղի հինգ իզոտոպներ: Դրանցից չորսը կայուն են, իսկ հինգերորդը ենթարկվում է կրկնակի բետա քայքայման, կիսամյակը 1,58 × 10 21 տարի է:

Եզրակացություն

Ներկայումս այս մետաղի օրգանական միացությունները օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում: Գերբարձր մաքրության մետաղական գերմանիումի ինֆրակարմիր սպեկտրային շրջանում թափանցիկությունը կարևոր է ինֆրակարմիր օպտիկայի օպտիկական տարրերի՝ պրիզմաների, ոսպնյակների, ժամանակակից սենսորների օպտիկական պատուհանների արտադրության համար: Գերմանիումի օգտագործման ամենատարածված ոլորտը ջերմային պատկերման տեսախցիկների համար օպտիկայի ստեղծումն է, որոնք գործում են 8-ից 14 մկմ ալիքի երկարության միջակայքում:

Նմանատիպ սարքեր օգտագործվում են ռազմական տեխնիկայում՝ ինֆրակարմիր ուղղորդման համակարգերի, գիշերային տեսողության, պասիվ ջերմային պատկերման և հրդեհային պաշտպանության համակարգերի համար։ Գերմանիումը ունի նաև բեկման բարձր ինդեքս, որն անհրաժեշտ է հակառեֆլեկտիվ ծածկույթի համար։

Ռադիոտեխնիկայում գերմանիումի վրա հիմնված տրանզիստորներն ունեն բնութագրեր, որոնք շատ առումներով գերազանցում են սիլիցիումի տարրերին: Գերմանիումի տարրերի հակադարձ հոսանքները զգալիորեն ավելի բարձր են, քան նրանց սիլիցիումային նմանակները, ինչը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն բարձրացնել նման ռադիոսարքերի արդյունավետությունը: Հաշվի առնելով, որ գերմանիումը բնության մեջ այնքան տարածված չէ, որքան սիլիցիումը, սիլիցիումի կիսահաղորդչային տարրերը հիմնականում օգտագործվում են ռադիոսարքերում։

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Գերմանիում- Պարբերական աղյուսակի երեսուն երկրորդ տարրը: Նշանակումը - Ge լատիներեն «germanium» բառից: Գտնվում է չորրորդ շրջանում, IVA խումբ. Վերաբերում է կիսամետաղներին։ Միջուկային լիցքը 32 է։

Իր կոմպակտ վիճակում գերմանիումն ունի արծաթափայլ գույն (նկ. 1) և արտաքին տեսքով նման է մետաղին։ Սենյակային ջերմաստիճանում դիմացկուն է օդի, թթվածնի, ջրի, աղաթթուների և նոսր ծծմբաթթուների նկատմամբ։

Բրինձ. 1. Գերմանիում. Արտաքին տեսք.

Գերմանիումի ատոմային և մոլեկուլային զանգված

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Նյութի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը (Mr)թիվ է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ մոլեկուլի զանգվածը քանի անգամ է մեծ ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ից, և տարրի հարաբերական ատոմային զանգված (A r)— Քիմիական տարրի ատոմների միջին զանգվածը քանի անգամ է մեծ ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ից։

Քանի որ գերմանիումը գոյություն ունի ազատ վիճակում՝ մոնատոմային Ge-ի մոլեկուլների տեսքով, նրա ատոմային և մոլեկուլային զանգվածների արժեքները համընկնում են։ Դրանք հավասար են 72.630-ի։

Գերմանիումի իզոտոպներ

Հայտնի է, որ բնության մեջ գերմանիումը կարելի է գտնել հինգ կայուն իզոտոպների տեսքով՝ 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) և 76 Ge (7,67%)։ ) Նրանց զանգվածային թիվը համապատասխանաբար 70, 72, 73, 74 և 76 է։ Գերմանիումի 70 Ge իզոտոպի ատոմի միջուկը պարունակում է երեսուներկու պրոտոն և երեսունութ նեյտրոն, մյուս իզոտոպները նրանից տարբերվում են միայն նեյտրոնների քանակով։

Գոյություն ունեն գերմանիումի արհեստական ​​անկայուն ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ 58-ից 86 զանգվածային թվերով, որոնց թվում ամենաերկարակյաց իզոտոպը 68 Ge-ն է՝ 270,95 օր կիսամյակ։

Գերմանիումի իոններ

Գերմանիումի ատոմի արտաքին էներգիայի մակարդակն ունի չորս էլեկտրոն, որոնք վալենտային էլեկտրոններ են.

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

Քիմիական փոխազդեցության արդյունքում գերմանիումը հրաժարվում է իր վալենտային էլեկտրոններից, այսինքն. նրանց դոնորն է և վերածվում է դրական լիցքավորված իոնի.

Ge 0 -2e → Ge 2+ ;

Ge 0 -4e → Ge 4+ .

Գերմանիումի մոլեկուլ և ատոմ

Ազատ վիճակում գերմանիումը գոյություն ունի միատոմային Ge մոլեկուլների տեսքով։ Ահա մի քանի հատկություններ, որոնք բնութագրում են գերմանիումի ատոմը և մոլեկուլը.

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	Հաշվե՛ք այն տարրերի զանգվածային բաժինները, որոնք կազմում են գերմանիումի (IV) օքսիդը, եթե նրա մոլեկուլային բանաձևը GeO 2 է։
Լուծում	Ցանկացած մոլեկուլի բաղադրության մեջ տարրի զանգվածային բաժինը որոշվում է բանաձևով. ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

(Germanium; լատիներեն Germania - Գերմանիա), Ge - քիմ. Տարրերի պարբերական համակարգի IV խմբի տարր; ժամը. n. 32, ժ. մ 72,59. Արծաթագույն-մոխրագույն նյութ՝ մետաղական փայլով: քիմ. միացությունները ցույց են տալիս օքսիդացման աստիճաններ + 2 և +4: Ավելի կայուն են +4 օքսիդացման աստիճան ունեցող միացությունները։ Բնական գերմանիումը բաղկացած է չորս կայուն իզոտոպներից՝ զանգվածային թվերով 70 (20,55%), 72 (27,37%), 73 (7,67%) և 74 (36,74%) և մեկ ռադիոակտիվ իզոտոպ՝ 76 զանգվածային համարով (7,67%) և կիսամյակ։ 2106 տարի: Շատ ռադիոակտիվ իզոտոպներ արտադրվել են արհեստականորեն (օգտագործելով տարբեր միջուկային ռեակցիաներ); Առավելագույն նշանակություն ունի 71 Ge իզոտոպը՝ 11,4 օր կիսաքանդման ժամանակով:

Սուրբ գերմանիումի («էկազիլիկոն» անվան տակ) գոյությունը կանխատեսել էր ռուս գիտնական Դ.Ի. Մենդելեևը 1871 թվականին։ Սակայն միայն 1886 թ Քիմիկոս Կ.Վինքլերը հայտնաբերել է մի անհայտ տարր արգիրոդիտ միներալում, որի հատկությունները համընկնում են «էկազիլիցիումի» հատկությունների հետ։ ՊՐՈՄ-ի սկիզբ. Գերմանիումի արտադրությունը սկսվում է 40-ական թվականներից։ 20-րդ դարում, երբ այն օգտագործվել է որպես կիսահաղորդչային նյութ։ Գերմանիումի պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է (1-2) 10~4%: Գերմանիումը հետքի տարր է և հազվադեպ է հանդիպում սեփական միներալների տեսքով: Հայտնի է յոթ միներալ, որոնցում նրա կոնցենտրացիան 1%-ից ավելի է, այդ թվում՝ Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn)2 (S, As)4X X (6.2-10.2% Ge), ռենիերիտ (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 X X (S, As)4 (5.46-7.80% Ge) և արգիրոդիտ Ag8GeS6 (3/55-6.93% Ge) . Գ.-ն կուտակվում է նաև կաուստոբիոլիտներում (հումուսային ածուխներ, նավթային թերթաքարեր, նավթ)։ Գելի բյուրեղային մոդիֆիկացիան, որը կայուն է նորմալ պայմաններում, ունի ադամանդի նման խորանարդ կառուցվածք՝ a = 5,65753 A (գել) ժամանակաշրջանով:

Գերմանիան է

Գերմանիումի խտությունը (ջերմաստիճանը 25°C) 5,3234 գ/սմ3, հալման կետը՝ 937,2°C; եռման կետ 2852 ° C; միաձուլման ջերմություն 104,7 կկալ/գ, սուբլիմացիայի ջերմություն 1251 կկալ/գ, ջերմային հզորություն (ջերմաստիճանը 25°C) 0,077 կկալ/գ աստիճան; գործակիցը ջերմահաղորդականություն, (ջերմաստիճանը 0°C) 0,145 կալ/սմ վրկ աստիճան, ջերմաստիճանի գործակից։ գծային ընդլայնում (ջերմաստիճանը 0-260° C), 5,8 x 10-6 deg-1. Հալվելիս գերմանիումի ծավալը նվազում է (մոտ 5,6%-ով), խտությունը մեծանում է 4%-ով ժ. Բարձր ճնշման դեպքում՝ ադամանդի ձևափոխություն։ Գերմանիումը ենթարկվում է պոլիմորֆ փոխակերպումների՝ առաջացնելով բյուրեղային փոփոխություններ՝ B-Sn տիպի քառանկյուն կառուցվածք (GeII), մարմնի կենտրոնացված քառանկյուն կառուցվածք՝ a = 5,93 A, c = 6,98 A (GeIII) պարբերություններով և մարմնակենտրոն խորանարդ կառուցվածք։ ժամանակաշրջան a = 6, 92 A (GeIV): Այս փոփոխությունները տարբերվում են GeI-ի համեմատ ավելի մեծ խտությամբ և էլեկտրական հաղորդունակությամբ:

Ամորֆ գերմանիումը կարելի է ստանալ թաղանթների տեսքով (մոտ 10-3 սմ հաստությամբ) գոլորշու խտացումով։ Նրա խտությունը փոքր է բյուրեղային բյուրեղների խտությունից:Բյուրեղային բյուրեղների էներգիայի շերտերի կառուցվածքը որոշում է նրա կիսահաղորդչային հատկությունները: Գոտի բացվածքի լայնությունը 0,785 էՎ է (ջերմաստիճանը 0 Կ), էլեկտրական դիմադրողականությունը (ջերմաստիճանը 20°C) 60 օմ սմ է, իսկ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ այն զգալիորեն նվազում է ըստ էքսպոնենցիալ օրենքի։ Մաքուրները Գ.-ին տալիս են այսպես կոչված. Էլեկտրոնային (մկնդեղի, անտիմոնի, ֆոսֆորի կեղտեր) կամ անցքի (գալիումի, ալյումինի, ինդիումի կեղտեր) տիպի անմաքրության հաղորդունակություն։ Լիցքակիրների շարժունակությունը ծանրության մեջ (ջերմաստիճանը 25°C) էլեկտրոնների համար կազմում է մոտ 3600 սմ2/վրկ, անցքերի համար՝ 1700 սմ2/վրկ, լիցքակիրների ներքին կոնցենտրացիան (ջերմաստիճանը 20°C) 2,5 է։ 10 13 սմ-3. Գ.դիամագնիսական. Երբ հալվում է, այն վերածվում է մետաղական վիճակի։ Գերմանիումը շատ փխրուն է, նրա Մոհսի կարծրությունը 6,0 է, միկրոկարծրությունը՝ 385 կգ/մմ2, սեղմման ուժը (ջերմաստիճանը 20°C)՝ 690 կգֆ/սմ2։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ կարծրությունը նվազում է, 650°C ջերմաստիճանից բարձր այն դառնում է պլաստիկ և իր տեղը զիջում մորթուն։ վերամշակում։ Գերմանիումը գործնականում իներտ է օդի, թթվածնի և չօքսիդացող էլեկտրոլիտների նկատմամբ (եթե չկա լուծված թթվածին) մինչև 100°C ջերմաստիճանում: Դիմացկուն է աղաթթվի և նոսրացված ծծմբաթթվի ազդեցությանը. դանդաղորեն լուծվում է ծծմբի և ազոտի խտացված միացություններում տաքացնելիս (առաջացած երկօքսիդի թաղանթը դանդաղեցնում է տարրալուծումը), լավ լուծվում է ջրային ռեգիաում, հիպոքլորիտների կամ ալկալիական մետաղների հիդրօքսիդների լուծույթներում (ջրածնի պերօքսիդի առկայությամբ), ալկալիների հալոցներում, պերօքսիդներում։ , ալկալիական մետաղների նիտրատներ և կարբոնատներ։

600°C-ից բարձր ջերմաստիճանում այն ​​օքսիդանում է օդում և թթվածնի հոսքում՝ թթվածնի հետ առաջացնելով GeO օքսիդ և երկօքսիդ (Ge02): Գերմանիումի օքսիդը մուգ մոխրագույն փոշի է, որը վեհանում է 710°C ջերմաստիճանում, փոքր-ինչ լուծվում է ջրի մեջ՝ առաջացնելով թույլ գերմանիտային միացություն (H2Ge02), աղերը (գերմանիտները) կայուն չեն։ GeO-ն հեշտությամբ լուծվում է միացություններում՝ առաջացնելով երկվալենտ G աղեր: Գերմանիումի երկօքսիդը սպիտակ փոշի է, որը գոյություն ունի մի քանի պոլիմորֆ ձևափոխումներով, որոնք էապես տարբերվում են քիմիական հատկություններով: Սրբեր. երկօքսիդի վեցանկյուն մոդիֆիկացիան համեմատաբար լավ է լուծվում ջրում (4,53 zU 25 ° C ջերմաստիճանում), ալկալային լուծույթներում և այլն, քառանկյուն ձևափոխումը գործնականում անլուծելի է ջրի մեջ և իներտ է դրանց նկատմամբ: Ալկալիների, երկօքսիդի և դրա հիդրատի մեջ լուծարվելով առաջանում են մետագերմանատ (H2Ge03) և օրթոգերմանատ (H4Ge04) աղեր՝ գերմանատներ։ Ալկալիական մետաղների բողբոջները լուծելի են ջրում, մինչդեռ մյուս բողբոջները գործնականում անլուծելի են. թարմ նստվածքները լուծվում են հանքային միացություններում: G. հեշտությամբ միավորվում է հալոգենների հետ՝ տաքացնելիս (մոտ 250 ° C) առաջացնելով համապատասխան տետրահալոգենիդներ՝ ոչ աղի նման միացություններ, որոնք հեշտությամբ հիդրոլիզվում են ջրով։ Հայտնի է.- մուգ շագանակագույն (GeS) և սպիտակ (GeS2):

Գերմանիումը բնութագրվում է ազոտով միացություններով՝ շագանակագույն նիտրիդ (Ge3N4) և սև նիտրիդ (Ge3N2), որոնք բնութագրվում են ավելի ցածր քիմիական նյութով։ հաստատակամություն. Ֆոսֆորի հետ Գ.-ն առաջացնում է սև գույնի ցածր դիմացկուն ֆոսֆիդ (GeP): Այն չի փոխազդում ածխածնի հետ և չի միաձուլվում, սիլիցիումի հետ կազմում է պինդ լուծույթների շարունակական շարք։ Գերմանիումը, որպես ածխածնի և սիլիցիումի անալոգ, բնութագրվում է GenH2n + 2 տիպի գերմանական ջրածիններ (գերմաններ), ինչպես նաև GeH և GeH2 տիպերի պինդ միացություններ (գերմեններ) ձևավորելու ունակությամբ: Գերմանիումը առաջացնում է մետաղական միացություններ () և շատ ուրիշների հետ: մետաղներ. Հումքից գերմանիումի արդյունահանումը ներառում է գերմանիումի հարուստ խտանյութի ստացում, իսկ դրանից բարձր մաքրություն։ ՊՐՈՄ. Մեծ մասշտաբով գերմանիումը ստացվում է տետրաքլորիդից՝ օգտագործելով մաքրման ժամանակ նրա բարձր ցնդողությունը (խտանյութից մեկուսացման համար), ցածր խտացված աղաթթվի պարունակությամբ և բարձր օրգանական լուծիչներով (կեղտերից մաքրվելու համար): Հաճախ հարստացման համար օգտագործվում է ցածր սուլֆիդների և օքսիդների բարձր անկայունությունը, որոնք հեշտությամբ սուբլիմացվում են։

Կիսահաղորդչային գերմանիում ստանալու համար օգտագործվում են ուղղորդված բյուրեղացում և գոտիական վերաբյուրեղացում։ Միաբյուրեղային գերմանիումը ստացվում է հալոցքից քաշելով: Աճեցման ընթացքում դոպինգ են անում հատուկ. հավելումներ, որոնք կարգավորում են մեկ բյուրեղի որոշակի հատկություններ: Գ.-ն մատակարարվում է 380-660 մմ երկարությամբ և մինչև 6,5 սմ2 հատույթով ձուլակտորների տեսքով։ Գերմանիումը օգտագործվում է ռադիոէլեկտրոնիկայի և էլեկտրատեխնիկայի մեջ՝ որպես կիսահաղորդչային նյութ դիոդների և տրանզիստորների արտադրության համար։ Դրանից պատրաստվում են ինֆրակարմիր օպտիկայի սարքերի ոսպնյակներ, միջուկային ճառագայթման դոզիմետրեր, ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի անալիզատորներ, Hall-ի էֆեկտի օգտագործմամբ տվիչներ և ռադիոակտիվ քայքայման էներգիան էլեկտրական էներգիայի փոխարկիչներ: Գերմանիումը օգտագործվում է միկրոալիքային թուլացնող սարքերում և դիմադրողական ջերմաչափերում, որոնք աշխատում են հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում: Ռեֆլեկտորի վրա կիրառվող G. թաղանթը բնութագրվում է բարձր արտացոլմամբ և լավ կոռոզիոն դիմադրությամբ: գերմանիումը որոշ մետաղներով, որոնք բնութագրվում են թթվային ագրեսիվ միջավայրերի նկատմամբ բարձր դիմադրությամբ, օգտագործվում են գործիքաշինության, մեքենաշինության և մետաղագործության մեջ: Հեմանիումը և ոսկին ձևավորում են ցածր հալեցման էվեկտիկա և ընդարձակվում սառչելիս: G. երկօքսիդը օգտագործվում է հատուկ արտադրանքի արտադրության համար: ակնոցներ, որոնք բնութագրվում են բարձր գործակցով. բեկում և թափանցիկություն սպեկտրի ինֆրակարմիր հատվածում, ապակե էլեկտրոդներ և թերմիստորներ, ինչպես նաև էմալներ և դեկորատիվ ջնարակներ: Գերմանատներն օգտագործվում են որպես ֆոսֆորի և ֆոսֆորի ակտիվացնողներ։

— քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի քիմիական տարր D.I. Մենդելեևը. Գերմանիումը, որը նշվում է Ge նշանով, մոխրագույն-սպիտակ գույնի պարզ նյութ է և ունի մետաղի կարծր բնութագրեր։

Երկրակեղևում պարունակությունը կազմում է 7,10-4%՝ ըստ քաշի։ վերաբերում է հետքի տարրերին, ազատ վիճակում օքսիդացման նկատմամբ ռեակտիվության կույտերի պատճառով այն չի հայտնաբերվում որպես մաքուր մետաղ:

Բնության մեջ գերմանիումի որոնում

Գերմանիումը երեք քիմիական տարրերից մեկն է, որը կանխատեսել է Դ.Ի. Մենդելեևը՝ հիմնվելով պարբերական աղյուսակում նրանց դիրքի վրա (1871):

Այն պատկանում է հազվագյուտ հետքի տարրերին։

Ներկայումս գերմանիումի արդյունաբերական արտադրության հիմնական աղբյուրներն են ցինկի արտադրության թափոնները, ածխի կոքսացումը, ածխի որոշ տեսակների մոխիրը, սիլիկատային կեղտերում, նստվածքային երկաթի ապարները, նիկելի և վոլֆրամի հանքաքարերը, տորֆը, նավթը, երկրաջերմային ջրերը և որոշ ջրիմուռներ։ .

Գերմանիում պարունակող հիմնական հանքանյութերը

Plumbogermatite (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 O պարունակությունը մինչև 8,18%

yargyrodite AgGeS6 պարունակում է 3,65-ից մինչև 6,93%Գերմանիա

rhenierite Cu 3 (FeGeZn) (SAs) 4 պարունակում է 5,5-ից մինչև 7,8% գերմանիում:

Որոշ երկրներում գերմանիումը ստանում են որպես որոշակի հանքաքարերի վերամշակման կողմնակի արտադրանք, ինչպիսիք են ցինկ-կապար-պղինձը: Գերմանիումը ստացվում է նաև կոքսի արտադրության մեջ, ինչպես նաև 0,0005-ից 0,3% պարունակությամբ շագանակագույն ածխի մոխրի մեջ և 0,001-ից 1-2% պարունակությամբ կարծր ածխի մոխրի մեջ:

Գերմանիումը որպես մետաղ շատ դիմացկուն է մթնոլորտի թթվածնի, թթվածնի, ջրի, որոշ թթուների, նոսր ծծմբական և աղաթթվի նկատմամբ։ Բայց այն շատ դանդաղ է արձագանքում խտացված ծծմբաթթվի հետ։

Գերմանիումը փոխազդում է HNO ազոտական ​​թթվի հետ 3 և aqua regia, դանդաղ արձագանքում է կաուստիկ ալկալիների հետ՝ առաջացնելով բողբոջային աղ, բայց ջրածնի պերօքսիդ H-ի ավելացմամբ 2 O 2 ռեակցիան շատ արագ է ընթանում.

700 °C-ից բարձր բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության դեպքում գերմանիումը հեշտությամբ օքսիդանում է օդում՝ առաջացնելով GeO: 2 , հեշտությամբ փոխազդում է հալոգենների հետ՝ դրանով իսկ առաջացնելով տետրահալոգենիտներ։

Այն չի փոխազդում ջրածնի, սիլիցիումի, ազոտի և ածխածնի հետ։

Գերմանիումի հայտնի ցնդող միացություններ կան հետևյալ բնութագրերով.

Գերմանիա hexahydride -digerman, Ge 2 Հ 6 - դյուրավառ գազ, որը երկար ժամանակ լույսի տակ պահվելիս քայքայվում է, դառնում դեղին, ապա դարչնագույն՝ վերածվելով մուգ շագանակագույն պինդի, որը քայքայվում է ջրի և ալկալիների կողմից։

Գերմանիայի տետրահիդրիդ, մոնոգերման՝ ԳեՀ 4 .

Գերմանիումի կիրառում

Գերմանիումը, ինչպես և մի քանիսը, ունի այսպես կոչված կիսահաղորդիչների հատկություններ: Ելնելով դրանց էլեկտրական հաղորդունակությունից՝ ամեն ինչ բաժանվում է երեք խմբի՝ հաղորդիչներ, կիսահաղորդիչներ և մեկուսիչներ (դիէլեկտրիկներ)։ Մետաղների հատուկ էլեկտրական հաղորդունակությունը գտնվում է 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1 միջակայքում, տրված բաժանումը կամայական է։ Այնուամենայնիվ, կարելի է նշել հաղորդիչների և կիսահաղորդիչների էլեկտրական հատկությունների հիմնարար տարբերությունը: Առաջինների համար էլեկտրական հաղորդունակությունը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, մինչդեռ կիսահաղորդիչների դեպքում այն ​​մեծանում է: Բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում կիսահաղորդիչները վերածվում են մեկուսիչների։ Ինչպես հայտնի է, նման պայմաններում մետաղական հաղորդիչները գերհաղորդիչ հատկություններ են ցուցաբերում։

Կիսահաղորդիչները կարող են լինել տարբեր նյութեր: Դրանք ներառում են՝ բոր, (

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ մենք ստանում ենք գերմանիում ցանկացած քանակությամբ և ձևով, ներառյալ: ջարդոնի տեսքով։ Գերմանիում կարող եք վաճառել՝ զանգահարելով Մոսկվայի վերը նշված հեռախոսահամարով։

Գերմանիումը փխրուն, արծաթափայլ կիսամետաղ է, որը հայտնաբերվել է 1886 թվականին։ Այս հանքանյութը չի հայտնաբերվում իր մաքուր տեսքով: Այն գտնվում է սիլիկատներում, երկաթի և սուլֆիդային հանքաքարերում։ Նրա որոշ միացություններ թունավոր են։ Գերմանիումը լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրաարդյունաբերության մեջ, որտեղ օգտակար են նրա կիսահաղորդչային հատկությունները։ Այն անփոխարինելի է ինֆրակարմիր և օպտիկամանրաթելային սարքերի արտադրության մեջ։

Ի՞նչ հատկություններ ունի գերմանիումը:

Այս հանքանյութի հալման ջերմաստիճանը կազմում է 938,25 աստիճան Ցելսիուս: Գիտնականները դեռևս չեն կարողանում բացատրել դրա ջերմային հզորության ցուցանիշները, ինչը այն դարձնում է անփոխարինելի շատ ոլորտներում։ Գերմանիումը հալվելիս ունի իր խտությունը մեծացնելու հատկություն։ Այն ունի գերազանց էլեկտրաֆիզիկական հատկություններ, ինչը այն դարձնում է հիանալի անուղղակի կիսահաղորդիչ:

Եթե ​​խոսենք այս կիսամետալի քիմիական հատկությունների մասին, ապա պետք է նշել, որ այն դիմացկուն է թթուների ու ալկալիների, ջրի ու օդի նկատմամբ։ Գերմանիումը լուծվում է ջրածնի պերօքսիդի և ջրային ռեգիայի լուծույթում։

Գերմանիայի հանքարդյունաբերություն

Այս կիսամետաղը ներկայումս արդյունահանվում է սահմանափակ քանակությամբ: Նրա հանքավայրերը զգալիորեն ավելի փոքր են՝ համեմատած բիսմութի, անտիմոնի և արծաթի հանքավայրերի հետ։

Շնորհիվ այն բանի, որ այս հանքանյութի մասնաբաժինը երկրի ընդերքում բավականին փոքր է, այն ձևավորում է իր սեփական հանքանյութերը բյուրեղային ցանցերի մեջ այլ մետաղների ներմուծման պատճառով: Գերմանիումի ամենաբարձր պարունակությունը նկատվում է սֆալերիտներում, պիրարգիրիտում, սուլֆանիտներում, ինչպես նաև գունավոր և երկաթի հանքաքարերում։ Այն հայտնաբերվել է, բայց շատ ավելի հազվադեպ, նավթի և ածխի հանքավայրերում:

Գերմանիումի օգտագործումը

Չնայած այն հանգամանքին, որ գերմանիումը հայտնաբերվել է բավականին վաղուց, այն սկսել է օգտագործվել արդյունաբերության մեջ մոտ 80 տարի առաջ: Կիսամետաղն առաջին անգամ օգտագործվել է ռազմական արտադրության մեջ՝ որոշակի էլեկտրոնային սարքերի արտադրության համար: Այս դեպքում այն ​​գտել է կիրառություն որպես դիոդներ: Հիմա իրավիճակը որոշակիորեն փոխվել է։

Գերմանիումի կիրառման ամենատարածված ոլորտները ներառում են.

• օպտիկայի արտադրություն։ Կիսամետալը դարձել է անփոխարինելի օպտիկական տարրերի արտադրության մեջ, որոնք ներառում են օպտիկական սենսորային պատուհաններ, պրիզմաներ և ոսպնյակներ: Գերմանիումի թափանցիկության հատկությունները ինֆրակարմիր տարածաշրջանում օգտակար էին այստեղ: Կիսամետաղն օգտագործվում է ջերմային պատկերման տեսախցիկների, հրդեհային համակարգերի և գիշերային տեսողության սարքերի օպտիկայի արտադրության մեջ.
• ռադիոէլեկտրոնիկայի արտադրություն։ Այս ոլորտում կիսամետաղն օգտագործվել է դիոդների և տրանզիստորների արտադրության մեջ: Այնուամենայնիվ, 70-ականներին գերմանական սարքերը փոխարինվեցին սիլիկոնայիններով, քանի որ սիլիցիումը հնարավորություն տվեց զգալիորեն բարելավել արտադրված արտադրանքի տեխնիկական և գործառնական բնութագրերը: Բարձրացել են ջերմաստիճանի ազդեցության նկատմամբ դիմադրության ցուցանիշները։ Բացի այդ, գերմանական սարքերը շահագործման ընթացքում մեծ աղմուկ են բարձրացրել։

Գերմանիումի հետ կապված ներկայիս իրավիճակը

Ներկայումս կիսամետաղն օգտագործվում է միկրոալիքային սարքերի արտադրության մեջ։ Գերմանիումի տելերիդը լավ է ապացուցել իրեն որպես ջերմաէլեկտրական նյութ: Գերմանիումի գներն այժմ բավականին բարձր են։ Գերմանիումի մեկ կիլոգրամ մետաղի արժեքը 1200 դոլար է։

Գնելով Գերմանիա

Արծաթագույն-մոխրագույն գերմանիումը հազվադեպ է: Փխրուն կիսամետաղն ունի կիսահաղորդչային հատկություններ և լայնորեն օգտագործվում է ժամանակակից էլեկտրական սարքեր ստեղծելու համար: Այն նաև օգտագործվում է բարձր ճշգրտության օպտիկական գործիքների և ռադիոսարքավորումների ստեղծման համար։ Գերմանիումը մեծ արժեք ունի ինչպես մաքուր մետաղի, այնպես էլ երկօքսիդի տեսքով։

Goldform ընկերությունը մասնագիտացած է գերմանիումի, մետաղի տարբեր ջարդոնի և ռադիո բաղադրիչների գնման մեջ: Մենք առաջարկում ենք օգնություն նյութի գնահատման և տեղափոխման հարցում: Դուք կարող եք փոստով ուղարկել գերմանիա և ստանալ ձեր գումարը ամբողջությամբ: