გერმანიუმი ბუნებაში გვხვდება. გერმანიუმის ელემენტი

სილიკონამდეც კი, გერმანიუმი გახდა ყველაზე მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარული მასალა.

აქვე აქტუალური კითხვაა: რა არის ნახევარგამტარები და ნახევარგამტარობა? ექსპერტებსაც კი ზოგჯერ უჭირთ ამ კითხვაზე ცალსახად პასუხის გაცემა. ”ნახევარგამტარობის ზუსტი დადგენა რთულია და დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა თვისებაა განხილული ნახევარგამტარების შესახებ”, - ეს მორიდებით პასუხი ნასესხებია ნახევარგამტარების შესახებ სრულიად საპატიო სამეცნიერო ნაშრომიდან. თუმცა, არსებობს ძალიან მკაფიო განმარტება: "ნახევარგამტარი არის ერთი გამტარი ორი მანქანისთვის", მაგრამ ეს უკვე ფოლკლორის სფეროშია...

32-ე ელემენტის მთავარია ის, რომ ის არის ნახევარგამტარი. ამ ქონების ახსნას მოგვიანებით დავუბრუნდებით. ამასობაში გერმანიაზე, როგორც ფიზიკურ-ქიმიურ „პიროვნებაზე“.

გერმანიუმი როგორც არის

ალბათ მკითხველთა დიდ უმრავლესობას არასოდეს უნახავს გერმანიუმი. ეს ელემენტი საკმაოდ იშვიათია, ძვირი, მისგან არ მზადდება სამომხმარებლო საქონელი და ნახევარგამტარული მოწყობილობების გერმანიუმის „შევსება“ იმდენად მცირეა, რომ ძნელია იმის დანახვა, როგორია. გერმანიუმი, ძნელია, მაშინაც კი, თუ მოწყობილობის კორპუსი გატეხეთ. აქედან გამომდინარე, ვისაუბრებთ გერმანიუმის ძირითად თვისებებზე, მის გარეგნობაზე და თავისებურებებზე. და თქვენ ცდილობთ გონებრივად შეასრულოთ ის მარტივი ოპერაციები, რომლებიც ავტორს არაერთხელ მოუწია.

შეფუთვიდან ამოვიღებთ სტანდარტული გერმანიუმის ინგოტს. ეს არის თითქმის რეგულარული ცილინდრული ფორმის პატარა სხეული, რომლის დიამეტრი 10-დან 35-მდეა და სიგრძე რამდენიმე ათეული მილიმეტრია. ზოგიერთ საცნობარო წიგნში ნათქვამია, რომ პუნქტი #32 არის ვერცხლი, მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ არის: გერმანიუმის ფერი დამოკიდებულია ზედაპირის დამუშავებაზე. ზოგჯერ ის თითქმის შავი ჩანს, ზოგჯერ ფოლადის ჰგავს, მაგრამ ზოგჯერ შეიძლება ვერცხლისფერი იყოს.

გერმანიუმის ზოდის დათვალიერებისას არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ მისი ღირებულება დაახლოებით იგივეა, რაც ოქროს ზოდი და ამიტომ არ უნდა ჩამოაგდოთ იგი იატაკზე. მაგრამ არის კიდევ ერთი მიზეზი, ბევრად უფრო მნიშვნელოვანი: გერმანიუმი თითქმის ისეთივე მყიფეა, როგორც მინა და შეუძლია მოიქცეს შესაბამისად. მინახავს, ​​ასეთი წარუმატებლობის შემდეგ როგორ ცოცავდა უყურადღებო ექსპერიმენტატორი იატაკზე დიდხანს და ცდილობდა ყოველი ფრაგმენტის შეგროვებას... გარეგნულად, გერმანიუმი სილიკონთან ძნელი არ არის აურიო. ეს ელემენტები არა მხოლოდ კონკურენტები არიან, რომლებიც აცხადებენ, რომ არიან მთავარი ნახევარგამტარული მასალა, არამედ ანალოგებიც. თუმცა, მიუხედავად მრავალი ტექნიკური თვისებისა და გარეგნობის მსგავსებისა, საკმაოდ მარტივია განასხვავოთ გერმანიუმის ინგოტი სილიკონისგან: გერმანიუმი ორჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე სილიკონი (სიმკვრივე 5.33 და 2.33 გ/სმ 3, შესაბამისად).

ბოლო განცხადება დაზუსტებას საჭიროებს, თუმცა, როგორც ჩანს, ციფრები კომენტარს გამორიცხავს. ფაქტია, რომ რიცხვი 5.33 ეხება გერმანიუმ-1-ს - ყველაზე გავრცელებული და ყველაზე მნიშვნელოვანი 32 ელემენტის ხუთი ალოტროპული მოდიფიკაციიდან. ერთი მათგანი ამორფულია, ოთხი კრისტალური. კრისტალური გერმანიუმ-1-დან ის ყველაზე მსუბუქია. მისი კრისტალები აგებულია ისევე, როგორც ალმასის კრისტალები, მაგრამ თუ ნახშირბადისთვის ასეთი სტრუქტურა განსაზღვრავს მაქსიმალურ სიმკვრივეს, მაშინ გერმანიუმსაც აქვს უფრო მკვრივი "პაკეტები". მაღალი წნევა ზომიერი გათბობით (30 ათასი ატმოსფერო და 100°C) გარდაქმნის Ge-I-ს Ge-II-ად თეთრი თუნუქის მსგავსი კრისტალური ბადით.

ანალოგიურად, შესაძლებელია უფრო მკვრივიც კი მიიღოთ ვიდრე Ge-II, Ge-III და Ge-IV

კრისტალური გერმანიუმის ყველა "არაჩვეულებრივი" მოდიფიკაცია აღემატება Ge-I-ს ელექტროგამტარობით. ამ კონკრეტული თვისების ხსენება შემთხვევითი არ არის: ელექტრული გამტარობის მნიშვნელობა (ან მისი შებრუნებული მნიშვნელობა - წინაღობა) განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ნახევარგამტარული ელემენტისთვის.

მაგრამ რა არის ნახევარგამტარი?

ფორმალურად, ნახევარგამტარი არის ნივთიერება, რომლის წინაღობა მეათასედიდან მილიონ ომამდეა 1 სმ-ზე, ჩარჩოები "დან" და "მდე" ძალიან ფართოა, მაგრამ გერმანიუმის ადგილი ამ დიაპაზონში სრულიად გარკვეულია. სუფთა გერმანიუმისგან დამზადებული სანტიმეტრიანი კუბის წინააღმდეგობა 18°C ​​ტემპერატურაზე არის 72 ohms. 19°C-ზე იგივე კუბის წინააღმდეგობა მცირდება 68 ომამდე. ეს ზოგადად დამახასიათებელია ნახევარგამტარებისთვის - ელექტრული წინააღმდეგობის მნიშვნელოვანი ცვლილება ტემპერატურის უმნიშვნელო ცვლილებით. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, წინააღმდეგობა ჩვეულებრივ მცირდება. ის მნიშვნელოვნად იცვლება როგორც დასხივების, ასევე მექანიკური დეფორმაციის გავლენის ქვეშ.

აღსანიშნავია გერმანიუმის (ისევე როგორც სხვა ნახევარგამტარების) მგრძნობელობა არა მხოლოდ გარე გავლენის მიმართ. გერმანიუმის თვისებებზე დიდ გავლენას ახდენს მინარევების თუნდაც მცირე რაოდენობა. არანაკლებ მნიშვნელოვანია მინარევების ქიმიური ბუნება.

V ჯგუფის ელემენტის დამატება შესაძლებელს ხდის ელექტრონული ტიპის გამტარობის მქონე ნახევარგამტარის მიღებას. ასე მზადდება GES (ელექტრონული გერმანიუმი ანტიმონით დოპირებული). III ჯგუფის ელემენტის დამატებით, ჩვენ შევქმნით მასში გამტარობის ხვრელის ტიპს (ყველაზე ხშირად ეს არის GDH - ხვრელი გერმანიუმი გალიუმით დოპირებული).

შეგახსენებთ, რომ "ხვრელები" არის ადგილები, რომლებიც ათავისუფლებენ ელექტრონებს, რომლებიც გადავიდნენ სხვა ენერგეტიკულ დონეზე. მიგრანტის მიერ გამოთავისუფლებულ „ბინაში“ მეზობელს შეუძლია დაუყონებლივ დაიკავოს, მაგრამ მას საკუთარი ბინაც ჰქონდა. გადაადგილებები ხდება ერთმანეთის მიყოლებით და ხვრელი მოძრაობს.

ელექტრონისა და ხვრელების გამტარობით რეგიონების ერთობლიობამ შექმნა ყველაზე მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარული მოწყობილობების - დიოდებისა და ტრანზისტორების საფუძველი. მაგალითად, ინდიუმის HES ფირფიტაში დნობით და ამგვარად ხვრელების გამტარობის მქონე უბნის შექმნით, ვიღებთ გამასწორებელ მოწყობილობას - დიოდს. ის გადის ელექტრო დენს უპირატესად ერთი მიმართულებით - ხვრელების გამტარობის რეგიონიდან ელექტრონულ გამტარობამდე. HES ფირფიტის ორივე მხარეს ინდიუმის დნობით, ჩვენ ვაქცევთ ამ ფირფიტას ტრანზისტორის ფუძედ.

მსოფლიოში პირველი გერმანიუმის ტრანზისტორი შეიქმნა 1948 წელს და უკვე 20 წლის შემდეგ ასობით მილიონი ასეთი მოწყობილობა იქნა წარმოებული. გერმანიუმის დიოდები და ტრიოდები ფართოდ გამოიყენება რადიოებსა და ტელევიზორებში, კომპიუტერებსა და სხვადასხვა საზომ მოწყობილობებში.

გერმანიუმი ასევე გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიების სხვა კრიტიკულად მნიშვნელოვან სფეროებშიც: დაბალი ტემპერატურის გასაზომად, ინფრაწითელი გამოსხივების აღმოსაჩენად და ა.შ. ყველა ეს ადგილი მოითხოვს ძალიან მაღალი სისუფთავის გერმანიუმს - ფიზიკურ და ქიმიურს. ქიმიური სისუფთავე ისეთია, რომ მავნე მინარევების რაოდენობა არ აღემატება პროცენტის ათმილიონედი (107%). ფიზიკური სისუფთავე არის მინიმალური დისლოკაციები და დარღვევები ბროლის სტრუქტურაში. ამ მიზნის მისაღწევად, მონოკრისტალური გერმანიუმი იზრდება: მთელი ინგოტი ერთი კრისტალია.

ამ წარმოუდგენელი სიწმინდის გულისთვის

დედამიწის ქერქში არც თუ ისე ცოტაა გერმანიუმი - მისი მასის 7 * 10 -4%. ეს უფრო მეტია ვიდრე ტყვია, ვერცხლი, ვოლფრამი. გერმანიუმი ნაპოვნია მზეზე და მეტეორიტებში. გერმანიუმი გვხვდება ყველა ქვეყანაში. მაგრამ, როგორც ჩანს, არცერთ ინდუსტრიულ ქვეყანას არ აქვს გერმანიუმის მინერალების სამრეწველო საბადოები. გერმანიუმი ძალიან უაზროა. მინერალები, რომლებშიც ეს ელემენტი 1%-ზე მეტია - არგიროდიტი, გერმანიტი, ულტრაბაზიტი და სხვა, მათ შორის რენერიტი, შტოტიტი, კონფილდიტი და პლუმბოგერმანიტი, რომელიც მხოლოდ ბოლო ათწლეულებში აღმოაჩინეს, ძალიან იშვიათია. მათ არ შეუძლიათ დაფარონ მსოფლიო მოთხოვნა ამ მნიშვნელოვან ელემენტზე.

ხოლო ხმელეთის გერმანიუმის უმეტესი ნაწილი გაფანტულია სხვა ელემენტების მინერალებში, ნახშირში, ბუნებრივ წყლებში, ნიადაგში და ცოცხალ ორგანიზმებში. ნახშირში, მაგალითად, გერმანიუმის შემცველობამ შეიძლება მიაღწიოს პროცენტის მეათედს. შეუძლია, მაგრამ ყოველთვის არ აღწევს ამას. ანტრაციტში, მაგალითად, თითქმის არ არის... ერთი სიტყვით, გერმანიუმი ყველგან არის და არსად.

ამიტომ, გერმანიუმის კონცენტრაციის მეთოდები ძალიან რთული და მრავალფეროვანია. ისინი პირველ რიგში დამოკიდებულია ნედლეულის ტიპზე და მასში ამ ელემენტის შემცველობაზე.

სსრკ-ში გერმანიუმის პრობლემის ყოვლისმომცველი შესწავლისა და გადაწყვეტის ხელმძღვანელი იყო აკადემიკოსი ნიკოლაი პეტროვიჩ საჟინი. როგორ დაიბადა საბჭოთა ნახევარგამტარული ინდუსტრია, აღწერილია მის სტატიაში, რომელიც გამოქვეყნდა ჟურნალში Chemistry and Life ამ გამოჩენილი მეცნიერის და მეცნიერების ორგანიზატორის გარდაცვალებამდე წელიწადნახევრით ადრე.

სუფთა გერმანიუმის დიოქსიდი პირველად მიიღეს ჩვენს ქვეყანაში 1941 წლის დასაწყისში. მისგან დამზადდა გერმანიუმის მინა სინათლის ძალიან მაღალი გარდატეხის ინდექსით. №32 ელემენტისა და მისი შესაძლო წარმოების მეთოდების კვლევა განახლდა ომის შემდეგ, 1947 წელს. ახლა მეცნიერები დაინტერესდნენ გერმანიით ზუსტად, როგორც ნახევარგამტარი.

ანალიზის ახალმა მეთოდებმა დაეხმარა გერმანიუმის ნედლეულის ახალი წყაროს იდენტიფიცირებას - ტარის წყლები კოქსის მცენარეებიდან. გერმანია მათში არაუმეტეს 0,0003%-ია, მაგრამ მუხის ექსტრაქტის დახმარებით ადვილი აღმოჩნდა გერმანიუმის დალექვა ტანიდის კომპლექსის სახით. ტანინის ძირითადი კომპონენტია გლუკოზის ესტერი. მას შეუძლია დააკავშიროს გერმანიუმი, მაშინაც კი, თუ ამ ელემენტის კონცენტრაცია ხსნარში ქრება.

მიღებული ნალექიდან, ორგანული ნივთიერებების განადგურებით, არ არის რთული 45%-მდე გერმანიუმის დიოქსიდის შემცველი კონცენტრატის მიღება.

შემდგომი გარდაქმნები დიდად აღარ არის დამოკიდებული ნედლეულის ტიპზე. გერმანიუმი მცირდება წყალბადით (ეს გააკეთა ვინკლერმა), მაგრამ ჯერ აუცილებელია გერმანიუმის ოქსიდის გამოყოფა მრავალი მინარევებისაგან. ამ პრობლემის გადასაჭრელად გერმანიუმის ერთ-ერთი ნაერთის თვისებების წარმატებული კომბინაცია ძალიან სასარგებლო აღმოჩნდა.

გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი GeCl 4 არის აქროლადი სითხე დაბალი დუღილის წერტილით (83,1°C). შესაბამისად, მოსახერხებელია მისი გაწმენდა დისტილაციით და რექტიფიკაციით (პროცესი მიმდინარეობს კვარცის სვეტებში საქშენით). გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი თითქმის უხსნადია კონცენტრირებულ მარილმჟავაში. ამიტომ, GeCl 4-ის გასაწმენდად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინარევების დაშლა მარილმჟავასთან.

გაწმენდილი GeCl4 მუშავდება წყლით, საიდანაც ადრე ამოღებულია თითქმის ყველა დამაბინძურებელი იონგამცვლელი ფისების გამოყენებით. საჭირო სისუფთავის ნიშანია წყლის წინააღმდეგობის გაზრდა 15-20 მილიონ ომ-სმ-მდე.

წყლის ზემოქმედებით ხდება გერმანიუმის ტეტრაქლორიდის ჰიდროლიზი: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. გაითვალისწინეთ, რომ ეს არის "შებრუნებული" განტოლება რეაქციისთვის, რომელიც წარმოქმნის გერმანიუმის ტეტრაქლორიდს. ამას მოჰყვება GeO 2-ის შემცირება გასუფთავებული წყალბადით: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. შედეგი არის ფხვნილი გერმანიუმი, რომელიც ერწყმის და შემდგომ იწმინდება ზონის დნობით. სხვათა შორის, მასალების გამწმენდის ეს მეთოდი შეიქმნა 1952 წელს სპეციალურად ნახევარგამტარული გერმანიუმის გასაწმენდად.

მინარევები, რომლებიც აუცილებელია გერმანიუმის ამა თუ იმ ტიპის გამტარობის (ელექტრონული ან ხვრელი) მისაცემად, შეყვანილია წარმოების ბოლო ეტაპებზე, ანუ ზონის დნობის დროს და ერთი ბროლის ზრდის დროს.

მას შემდეგ, რაც 1942 წელს გაირკვა, რომ სარადარო სისტემებში ელექტრონული მილების ნაწილის შეცვლა ხელსაყრელი იქნებოდა ნახევარგამტარული დეტექტორებით, გერმანიუმის მიმართ ინტერესი წლიდან წლამდე იზრდება. ამ ადრე გამოუყენებელი ელემენტის შესწავლამ ხელი შეუწყო მეცნიერების განვითარებას ზოგადად და, უპირველეს ყოვლისა, მყარი მდგომარეობის ფიზიკის განვითარებას. და ნახევარგამტარული მოწყობილობების - დიოდების, ტრანზისტორების, თერმისტორების, დაძაბულობის ლიანდაგების, ფოტოდიოდების და სხვათა მნიშვნელობა - რადიოელექტრონიკასა და ზოგადად ტექნოლოგიების განვითარებისთვის იმდენად დიდი და ცნობილია, რომ ამაზე ლაპარაკი არ ღირს. ამაღლებულ ტონებში კიდევ ერთხელ რატომღაც არასასიამოვნოა. 1965 წლამდე ნახევარგამტარული მოწყობილობების უმეტესობა დამზადებულია გერმანიუმის ბაზაზე. მაგრამ შემდგომ წლებში დაიწყო თავად სილიციუმის მიერ "ეკა-სილიციუმის" თანდათანობითი გადაადგილების პროცესი.

გერმანიუმი სილიკონის თავდასხმის ქვეშ

სილიკონის ნახევარგამტარული მოწყობილობები დადებითად განსხვავდებიან გერმანიუმის მოწყობილობებისგან, უპირველეს ყოვლისა, მათი უკეთესი ფუნქციონირებით ამაღლებულ ტემპერატურაზე და დაბალი საპირისპირო დენებისაგან. სილიციუმის დიდი უპირატესობა იყო მისი დიოქსიდის წინააღმდეგობა გარე გავლენის მიმართ. სწორედ ამან შესაძლებელი გახადა ნახევარგამტარული მოწყობილობების წარმოების უფრო მოწინავე პლანური ტექნოლოგიის შექმნა, რომელიც შედგება სილიკონის ვაფლის ჟანგბადში ან ჟანგბადისა და წყლის ორთქლის ნარევში გაცხელებისგან და დაფარვისგან SiO 2-ის დამცავი ფენით.

შემდეგ სწორ ადგილებში "ფანჯრების" ამოკვეთის შემდეგ, მათში დოპინგური მინარევები შეჰყავთ, კონტაქტებიც აქ არის დაკავშირებული და მთლიანობაში მოწყობილობა ამავდროულად დაცულია გარე გავლენისგან. გერმანიუმისთვის ასეთი ტექნოლოგია ჯერ არ არის შესაძლებელი: მისი დიოქსიდის სტაბილურობა არასაკმარისია. სილიციუმის, გალიუმის არსენიდის და სხვა ნახევარგამტარების შემოტევის შედეგად გერმანიუმმა დაკარგა თავისი პოზიცია, როგორც მთავარი ნახევარგამტარული მასალა. 1968 წელს შეერთებული შტატები უკვე აწარმოებდა ბევრად მეტ სილიკონის ტრანზისტორს, ვიდრე გერმანიუმის. ახლა გერმანიუმის მსოფლიო წარმოება, უცხოელი ექსპერტების აზრით, წელიწადში 90-100 ტონაა. მისი პოზიცია ტექნოლოგიაში საკმაოდ ძლიერია.

• ჯერ ერთი, ნახევარგამტარული გერმანიუმი შესამჩნევად იაფია, ვიდრე ნახევარგამტარული სილიკონი.
• მეორეც, ზოგიერთი ნახევარგამტარული მოწყობილობა ჯერ კიდევ უფრო მარტივი და მომგებიანია გერმანიუმისგან, ვიდრე სილიკონისგან.
• მესამე, გერმანიუმის ფიზიკური თვისებები მას პრაქტიკულად შეუცვლელს ხდის გარკვეული ტიპის მოწყობილობების, კერძოდ გვირაბის დიოდების წარმოებაში.

ყოველივე ეს იძლევა იმის დასაჯერებლად, რომ გერმანიუმის მნიშვნელობა ყოველთვის დიდი იქნება.

კიდევ ერთი ზუსტი პროგნოზი. ბევრი დაიწერა დ.ი.მენდელეევის ჩანაფიქრის შესახებ, რომელმაც აღწერა სამი ჯერ კიდევ აღმოუჩენელი ელემენტის თვისებები. გამეორების სურვილის გარეშე, ჩვენ უბრალოდ გვინდა გავამახვილოთ ყურადღება მენდელეევის პროგნოზის სიზუსტეზე. შეადარეთ მენდელეევისა და ვინკლერის მიერ ჩამოთვლილი მონაცემები.

ეგზილიკონი ატომური წონა 72 ხვედრითი წონა 5.5 ატომური მოცულობა 13 უმაღლესი ოქსიდი EsO 2 ხვედრითი წონა 4.7

ქლორიდის ნაერთი EsCl 4 არის სითხე, რომლის დუღილის ტემპერატურაა დაახლოებით 90°C

ნაერთი წყალბადით EsH 4 არის აირისებრი

ორგანომეტალური ნაერთი Es(C2H 5) 4 დუღილის წერტილით 160°C

გერმანიუმი ატომური წონა 72.6 ხვედრითი წონა 5.469 ატომური მოცულობა 13.57 უმაღლესი ოქსიდი GeO 2 ხვედრითი წონა 4.703

ქლორიდის ნაერთი GeCl 4 არის სითხე, რომლის დუღილის წერტილია 83°C

წყალბადის GeH 4 ნაერთი არის აირისებრი

ორგანომეტალური ნაერთი Ge(C2H 5) 4 დუღილის წერტილით 163,5°C

კლემენს ვინკლერის წერილი

„თქვენო უდიდებულესობავ!

ნება მომეცით მოგაწოდოთ წერილის ხელახალი დაბეჭდვა, საიდანაც ირკვევა, რომ მე აღმოვაჩინე ახალი ელემენტი "გერმანიუმი". თავიდან მე ვფიქრობდი, რომ ეს ელემენტი ავსებს უფსკრული ანტიმონსა და ბისმუტს შორის თქვენს საოცრად გამჭრიახ პერიოდულ სისტემაში და რომ ეს ელემენტი ემთხვევა თქვენს ეკასილიკონს, მაგრამ ყველაფერი იმაზე მიუთითებს, რომ აქ საქმე გვაქვს ეკასილიკონთან.

იმედი მაქვს, მალე უფრო მეტს გეტყვით ამ საინტერესო ნივთიერების შესახებ; დღეს შემოვიფარგლები მხოლოდ იმით, რომ შეგატყობინოთ თქვენი გენიალური კვლევის ძალიან სავარაუდო ტრიუმფის შესახებ და დავამოწმოთ ჩემი პატივისცემა და ღრმა პატივისცემა.

მენდელეევმა უპასუხა: „რადგან გერმანიუმის აღმოჩენა პერიოდული სისტემის გვირგვინია, მაშინ ეს გვირგვინი შენ გეკუთვნის, როგორც გერმანიუმის „მამას“; ჩემთვის ღირებულია ჩემი, როგორც წინამორბედის როლი და ის მეგობრული დამოკიდებულება, რომელიც მე შეგხვდი“.

გერმანიუმი და ორგანიკა. No32 ელემენტის პირველი ორგანულელემენტური ნაერთი, ტეტრაეთილგერმანიუმი, Winkler-მა მიიღო გერმანიუმის ტეტრაქლორიდიდან. საინტერესოა, რომ აქამდე მიღებული გერმანიუმის არცერთი ორგანული ნაერთი არ არის ტოქსიკური, ხოლო ტყვიისა და ორგანო-ორგანული ნაერთების უმეტესობა (ეს ელემენტები გერმანიუმის ანალოგია) ტოქსიკურია.

როგორ გავზარდოთ გერმანიის ერთკრისტალი. გამდნარი გერმანიუმის ზედაპირზე მოთავსებულია გერმანიუმის კრისტალი - „თესლი“, რომელიც თანდათან მაღლდება ავტომატური მოწყობილობით; დნობის ტემპერატურა ოდნავ აღემატება გერმანიუმის დნობის წერტილს (937°C). თესლი ბრუნავს ისე, რომ ერთკრისტალი ყველა მხრიდან თანაბრად "იზრდება ხორცთან ერთად". მნიშვნელოვანია, რომ ასეთი ზრდის დროს მოხდეს იგივე, რაც ზონის დნობის დროს: თითქმის ექსკლუზიურად გერმანიუმი გადადის "ზრდაში" (მყარ ფაზაში) და მინარევების უმეტესობა რჩება დნობაში.

გერმანიუმი და ზეგამტარობა. კლასიკური ნახევარგამტარი გერმანიუმი მონაწილეობდა კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პრობლემის გადაჭრაში - ზეგამტარი მასალების შექმნა, რომლებიც მოქმედებენ თხევადი წყალბადის და არა თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე. წყალბადი, როგორც ცნობილია, გადის აირისებრი მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში - 252,6 ° C ან 20,5 ° K ტემპერატურაზე. 70-იანი წლების დასაწყისში გერმანიუმის შენადნობის ფილმი ნიობიუმთან ერთად, რომლის სისქე მხოლოდ რამდენიმე ათასი ატომია. იქნა მიღებული. ეს ფილმი ინარჩუნებს ზეგამტარობას 24,3° K და ქვემოთ ტემპერატურაზე.

ქიმიური ელემენტი გერმანიუმი ელემენტების პერიოდულ სისტემაში მეოთხე ჯგუფშია (მთავარი ქვეჯგუფი). იგი ეკუთვნის ლითონთა ოჯახს და აქვს ფარდობითი ატომური მასა 73. მასის მიხედვით გერმანიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეფასებულია 0,00007 პროცენტით მასის მიხედვით.

აღმოჩენის ისტორია

ქიმიური ელემენტი გერმანიუმი შეიქმნა დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევის პროგნოზების წყალობით. სწორედ მათ იწინასწარმეტყველეს ეკა-სილიკონის არსებობა და მისცეს რეკომენდაციები მის ძებნაზე.

მე მჯეროდა, რომ ეს ლითონის ელემენტი გვხვდება ტიტანისა და ცირკონიუმის მადნებში. მენდელეევი ცდილობდა დამოუკიდებლად ეპოვა ეს ქიმიური ელემენტი, მაგრამ მისი მცდელობები წარუმატებელი აღმოჩნდა. მხოლოდ თხუთმეტი წლის შემდეგ ჰიმელფურსტში მდებარე მაღაროში აღმოაჩინეს მინერალი, სახელად არგიროდიტი. ეს ნაერთი თავის სახელს ატარებს ამ მინერალში ნაპოვნი ვერცხლის გამო.

შემადგენლობაში შემავალი ქიმიური ელემენტი გერმანიუმი მხოლოდ მას შემდეგ აღმოაჩინეს, რაც ფრაიბერგის სამთო აკადემიის ქიმიკოსთა ჯგუფმა დაიწყო კვლევა. კ.ვინკლერის ხელმძღვანელობით მათ აღმოაჩინეს, რომ თუთიის, რკინის, ასევე გოგირდის და ვერცხლისწყლის ოქსიდების წილი მინერალის მხოლოდ 93 პროცენტს შეადგენს. ვინკლერი ვარაუდობს, რომ დარჩენილი შვიდი პროცენტი იმ დროისთვის უცნობი ქიმიური ელემენტისგან მოდის. შემდგომი ქიმიური ექსპერიმენტების შემდეგ აღმოაჩინეს გერმანიუმი. ქიმიკოსმა თავისი აღმოჩენა მოხსენებით მოახსენა და ახალი ელემენტის თვისებების შესახებ მიღებული ინფორმაცია გერმანიის ქიმიურ საზოგადოებას წარუდგინა.

ქიმიური ელემენტი გერმანიუმი ვინკლერმა წარმოადგინა როგორც არალითონი, ანტიმონისა და დარიშხანის ანალოგიით. ქიმიკოსს სურდა დაერქვა მას ნეპტუნიუმი, მაგრამ ეს სახელი უკვე გამოიყენებოდა. შემდეგ მათ დაიწყეს გერმანიუმის დარქმევა. ვინკლერის მიერ აღმოჩენილმა ქიმიურმა ელემენტმა სერიოზული დებატები გამოიწვია იმ დროის წამყვან ქიმიკოსებს შორის. გერმანელი მეცნიერი რიხტერი ვარაუდობს, რომ ეს არის იგივე ეკასილიციუმი, რომელზეც მენდელეევი საუბრობდა. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ეს ვარაუდი დადასტურდა, რამაც დაადასტურა დიდი რუსი ქიმიკოსის მიერ შექმნილი პერიოდული კანონის სიცოცხლისუნარიანობა.

ფიზიკური თვისებები

როგორ შეიძლება გერმანიუმის დახასიათება? ქიმიურ ელემენტს მენდელეევში ატომური ნომერი 32 აქვს. ეს ლითონი დნება 937,4 °C ტემპერატურაზე. ამ ნივთიერების დუღილის წერტილი არის 2700 °C.

გერმანიუმი არის ელემენტი, რომელიც პირველად გამოიყენეს იაპონიაში სამედიცინო მიზნებისთვის. ცხოველებზე ჩატარებული ორგანოგერმანიუმის ნაერთების მრავალრიცხოვანი გამოკვლევების შემდეგ, ისევე როგორც ადამიანებზე, შესაძლებელი გახდა ასეთი მადნების დადებითი ზემოქმედების აღმოჩენა ცოცხალ ორგანიზმებზე. 1967 წელს ექიმმა კ. ასაიმ აღმოაჩინა ის ფაქტი, რომ ორგანულ გერმანიუმს აქვს ბიოლოგიური ეფექტის უზარმაზარი სპექტრი.

ბიოლოგიური აქტივობა

რა არის დამახასიათებელი ქიმიური ელემენტი გერმანიუმი? მას შეუძლია ჟანგბადის ტრანსპორტირება ცოცხალი ორგანიზმის ყველა ქსოვილში. სისხლში მოხვედრისას ის ჰემოგლობინის ანალოგიურად იქცევა. გერმანიუმი უზრუნველყოფს ადამიანის სხეულის ყველა სისტემის სრულ ფუნქციონირებას.

სწორედ ეს ლითონი ასტიმულირებს იმუნური უჯრედების გამრავლებას. ის ორგანული ნაერთების სახით იძლევა გამა ინტერფერონების წარმოქმნის საშუალებას, რომლებიც თრგუნავენ მიკრობების გამრავლებას.

გერმანიუმი ხელს უშლის ავთვისებიანი სიმსივნეების წარმოქმნას და ხელს უშლის მეტასტაზების განვითარებას. ამ ქიმიური ელემენტის ორგანული ნაერთები ხელს უწყობენ ინტერფერონის წარმოებას, დამცავი ცილის მოლეკულას, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის მიერ, როგორც დამცავი რეაქცია უცხო სხეულების გამოჩენაზე.

გამოყენების სფეროები

გერმანიუმის სოკოს საწინააღმდეგო, ანტიბაქტერიული და ანტივირუსული თვისებები გახდა მისი გამოყენების სფეროების საფუძველი. გერმანიაში ამ ელემენტს ძირითადად ღებულობდნენ, როგორც ფერადი მადნების გადამუშავების ქვეპროდუქტს. გერმანიუმის კონცენტრატი იზოლირებული იყო სხვადასხვა გზით, საკვების შემადგენლობის მიხედვით. მისი შემადგენლობა შეიცავდა 10 პროცენტზე მეტ ლითონს.

როგორ გამოიყენება გერმანიუმი თანამედროვე ნახევარგამტარულ ტექნოლოგიაში? ადრე მოცემული ელემენტის მახასიათებლები ადასტურებს მისი გამოყენების შესაძლებლობას ტრიოდების, დიოდების, დენის გამსწორებლების და ბროლის დეტექტორების წარმოებისთვის. გერმანიუმი ასევე გამოიყენება დოზიმეტრული ინსტრუმენტების შესაქმნელად, მოწყობილობები, რომლებიც აუცილებელია მუდმივი და ალტერნატიული მაგნიტური ველების სიძლიერის გასაზომად.

ამ ლითონის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა ინფრაწითელი გამოსხივების დეტექტორების წარმოება.

პერსპექტიულია არა მხოლოდ თავად გერმანიუმის, არამედ მისი ზოგიერთი ნაერთების გამოყენებაც.

ქიმიური თვისებები

გერმანიუმი ოთახის ტემპერატურაზე საკმაოდ მდგრადია ტენისა და ატმოსფერული ჟანგბადის მიმართ.

სერიაში - გერმანიუმი - კალა) აღინიშნება შემცირების უნარის მატება.

გერმანიუმი მდგრადია ჰიდროქლორინის და გოგირდის მჟავების ხსნარების მიმართ, ის არ ურთიერთქმედებს ტუტე ხსნარებთან. უფრო მეტიც, ეს ლითონი საკმაოდ სწრაფად იხსნება აკვა რეგიაში (შვიდი აზოტის და მარილმჟავა), ასევე წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში.

როგორ სრულად დავახასიათოთ ქიმიური ელემენტი? გერმანიუმი და მისი შენადნობები უნდა გაანალიზდეს არა მხოლოდ ფიზიკური და ქიმიური თვისებების, არამედ გამოყენების სფეროებისთვის. გერმანიუმის აზოტის მჟავით დაჟანგვის პროცესი საკმაოდ ნელა მიმდინარეობს.

ბუნებაში ყოფნა

შევეცადოთ დავახასიათოთ ქიმიური ელემენტი. გერმანიუმი ბუნებაში მხოლოდ ნაერთების სახით გვხვდება. ბუნებაში ყველაზე გავრცელებულ გერმანიუმის შემცველ მინერალებს შორის გამოვყოფთ გერმანიტს და არგიროდიტს. გარდა ამისა, გერმანიუმი გვხვდება თუთიის სულფიდებში და სილიკატებში, მცირე რაოდენობით კი გვხვდება ნახშირის სხვადასხვა სახეობაში.

ჯანმრთელობისთვის ზიანის მიყენება

რა გავლენას ახდენს გერმანიუმი სხეულზე? ქიმიური ელემენტი, რომლის ელექტრონული ფორმულა არის 1e; 8 ე; მე-18; 7 ე, შეიძლება უარყოფითი გავლენა იქონიოს ადამიანის ორგანიზმზე. მაგალითად, გერმანიუმის კონცენტრატის ჩატვირთვისას, დაფქვისას, ასევე ამ ლითონის დიოქსიდის ჩატვირთვისას შეიძლება გამოჩნდეს პროფესიული დაავადებები. ჯანმრთელობისთვის საზიანო სხვა წყაროები მოიცავს გერმანიუმის ფხვნილის ზოლებად დნობის პროცესს და ნახშირბადის მონოქსიდის წარმოქმნას.

ადსორბირებული გერმანიუმი შეიძლება სწრაფად გამოიდევნოს ორგანიზმიდან, ძირითადად შარდით. ამჟამად არ არსებობს დეტალური ინფორმაცია იმის შესახებ, თუ რამდენად ტოქსიკურია გერმანიუმის არაორგანული ნაერთები.

გერმანიუმის ტეტრაქლორიდს აქვს გამაღიზიანებელი ეფექტი კანზე. კლინიკურ კვლევებში, ისევე როგორც ხანგრძლივი პერორალური მიღებისას კუმულაციური რაოდენობით, რომელიც აღწევდა 16 გრამ სპიროგერმანიუმს (ორგანული სიმსივნის საწინააღმდეგო პრეპარატი), ისევე როგორც სხვა გერმანიუმის ნაერთებს, ამ ლითონის ნეფროტოქსიური და ნეიროტოქსიკური აქტივობა აღმოაჩინეს.

ასეთი დოზები ზოგადად არ არის დამახასიათებელი სამრეწველო საწარმოებისთვის. ის ექსპერიმენტები, რომლებიც ჩატარდა ცხოველებზე, მიზნად ისახავდა ცოცხალ ორგანიზმზე გერმანიუმის და მისი ნაერთების ზემოქმედების შესწავლას. შედეგად, შესაძლებელი გახდა ჯანმრთელობის გაუარესების დადგენა გერმანიუმის ლითონის მტვრის მნიშვნელოვანი რაოდენობით, აგრეთვე მისი დიოქსიდის ინჰალაციის გამო.

მეცნიერებმა ცხოველების ფილტვებში სერიოზული მორფოლოგიური ცვლილებები აღმოაჩინეს, რომლებიც პროლიფერაციული პროცესების მსგავსია. მაგალითად, გამოვლინდა ალვეოლური მონაკვეთების მნიშვნელოვანი გასქელება, ასევე ბრონქების ირგვლივ ლიმფური სისხლძარღვების ჰიპერპლაზია და სისხლძარღვების გასქელება.

გერმანიუმის დიოქსიდი არ აღიზიანებს კანს, მაგრამ ამ ნაერთის უშუალო შეხება თვალის გარსთან იწვევს გერმანული მჟავის წარმოქმნას, რომელიც თვალის სერიოზული გამაღიზიანებელია. გახანგრძლივებული ინტრაპერიტონეალური ინექციების დროს გამოვლინდა სერიოზული ცვლილებები პერიფერიულ სისხლში.

მნიშვნელოვანი ფაქტები

გერმანიუმის ყველაზე მავნე ნაერთებია გერმანიუმის ქლორიდი და ჰიდრიდი. ეს უკანასკნელი ნივთიერება იწვევს სერიოზულ მოწამვლას. მწვავე ფაზაში დაღუპული ცხოველების ორგანოების მორფოლოგიური გამოკვლევის შედეგად გამოვლინდა სისხლის მიმოქცევის სისტემის მნიშვნელოვანი დარღვევები, აგრეთვე უჯრედული ცვლილებები პარენქიმულ ორგანოებში. მეცნიერებმა დაასკვნეს, რომ ჰიდრიდი არის მრავალფუნქციური შხამი, რომელიც გავლენას ახდენს ნერვულ სისტემაზე და აფერხებს პერიფერიულ სისხლის მიმოქცევის სისტემას.

გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი

ეს არის სასუნთქი სისტემის, თვალების და კანის ძლიერი გამაღიზიანებელი. 13 მგ/მ3 კონცენტრაციით მას შეუძლია დათრგუნოს ფილტვის რეაქცია უჯრედულ დონეზე. ამ ნივთიერების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად აღინიშნება ზედა სასუნთქი გზების სერიოზული გაღიზიანება და სუნთქვის რიტმისა და სიხშირის მნიშვნელოვანი ცვლილებები.

ამ ნივთიერებით მოწამვლა იწვევს კატარალურ-დესქვამაციურ ბრონქიტს და ინტერსტიციულ პნევმონიას.

ქვითარი

ვინაიდან ბუნებაში გერმანიუმი არის მინარევის სახით ნიკელის, პოლიმეტალის და ვოლფრამის საბადოებში, მადნის გამდიდრებასთან დაკავშირებული რამდენიმე შრომატევადი პროცესი ტარდება მრეწველობაში სუფთა ლითონის იზოლირებისთვის. გერმანიუმის ოქსიდი ჯერ იზოლირებულია მისგან, შემდეგ იგი წყალბადით მცირდება ამაღლებულ ტემპერატურაზე მარტივი ლითონის მისაღებად:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

ელექტრონული თვისებები და იზოტოპები

გერმანიუმი ითვლება არაპირდაპირი უფსკრული ტიპიური ნახევარგამტარად. მისი დიელექტრიკული სტატისტიკური მუდმივი სიდიდეა 16, ხოლო ელექტრონის აფინურობის მნიშვნელობა 4 ევ.

დოპირებული გალიუმის თხელ ფენაში გერმანიუმს შეიძლება მიეცეს სუპერგამტარი მდგომარეობა.

ბუნებაში ამ ლითონის ხუთი იზოტოპია. აქედან ოთხი სტაბილურია, ხოლო მეხუთე განიცდის ორმაგ ბეტა დაშლას, ნახევარგამოყოფის პერიოდი არის 1,58 × 10 21 წელი.

დასკვნა

ამჟამად, ამ ლითონის ორგანული ნაერთები გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. ულტრა მაღალი სისუფთავის მეტალის გერმანიუმის ინფრაწითელ სპექტრულ რეგიონში გამჭვირვალობა მნიშვნელოვანია ინფრაწითელი ოპტიკის ოპტიკური ელემენტების წარმოებისთვის: პრიზმები, ლინზები, თანამედროვე სენსორების ოპტიკური ფანჯრები. გერმანიუმის გამოყენების ყველაზე გავრცელებული სფეროა თერმული გამოსახულების კამერებისთვის ოპტიკის შექმნა, რომელიც მუშაობს ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 8-დან 14 მიკრონიმდე.

მსგავსი მოწყობილობები გამოიყენება სამხედრო აღჭურვილობაში ინფრაწითელი მართვის სისტემებისთვის, ღამის ხედვისთვის, პასიური თერმული გამოსახულების და ხანძარსაწინააღმდეგო სისტემებისთვის. გერმანიუმს ასევე აქვს მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, რაც აუცილებელია რეფლექსური საფარისთვის.

რადიოინჟინერიაში, გერმანიუმზე დაფუძნებულ ტრანზისტორებს აქვთ მახასიათებლები, რომლებიც მრავალი თვალსაზრისით აღემატება სილიკონის ელემენტებს. გერმანიუმის ელემენტების საპირისპირო დენები მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე მათი სილიკონის კოლეგები, რაც შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად გაზარდოს ასეთი რადიო მოწყობილობების ეფექტურობა. იმის გათვალისწინებით, რომ გერმანიუმი ბუნებაში არ არის ისეთი გავრცელებული, როგორც სილიციუმი, სილიციუმის ნახევარგამტარული ელემენტები ძირითადად გამოიყენება რადიო მოწყობილობებში.

განმარტება

გერმანიუმი- პერიოდული ცხრილის ოცდამეორე ელემენტი. აღნიშვნა - Ge ლათინური "germanium". მეოთხე პერიოდში განლაგებულია IVA ჯგუფი. ეხება ნახევრადმეტალებს. ბირთვული მუხტი არის 32.

კომპაქტურ მდგომარეობაში გერმანიუმს აქვს ვერცხლისფერი ფერი (ნახ. 1) და გარეგნულად მსგავსია ლითონისა. ოთახის ტემპერატურაზე მდგრადია ჰაერის, ჟანგბადის, წყლის, ჰიდროქლორინის და განზავებული გოგირდის მჟავების მიმართ.

ბრინჯი. 1. გერმანიუმი. გარეგნობა.

გერმანიუმის ატომური და მოლეკულური მასა

განმარტება

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური მასა (M r)არის რიცხვი, რომელიც აჩვენებს, რამდენჯერ აღემატება მოცემული მოლეკულის მასას ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე და ელემენტის ფარდობითი ატომური მასა (A r)- რამდენჯერ მეტია ქიმიური ელემენტის ატომების საშუალო მასა ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე მეტი.

იმის გამო, რომ გერმანიუმი თავისუფალ მდგომარეობაში არსებობს მონოტომური Ge მოლეკულების სახით, მისი ატომური და მოლეკულური მასების მნიშვნელობები ემთხვევა ერთმანეთს. ისინი უდრის 72.630-ს.

გერმანიუმის იზოტოპები

ცნობილია, რომ ბუნებაში გერმანიუმი გვხვდება ხუთი სტაბილური იზოტოპის სახით 70 Ge (20,55%), 72 Ge (20,55%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) და 76 Ge (7,67%). ). მათი მასობრივი რიცხვია 70, 72, 73, 74 და 76, შესაბამისად. გერმანიუმის იზოტოპის 70 Ge-ს ატომის ბირთვი შეიცავს ოცდათორმეტ პროტონს და ოცდათვრამეტ ნეიტრონს; სხვა იზოტოპები მისგან განსხვავდება მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით.

არსებობს გერმანიუმის ხელოვნური არასტაბილური რადიოაქტიური იზოტოპები, რომელთა მასობრივი რიცხვი 58-დან 86-მდეა, მათ შორის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპი 68 Ge, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 270,95 დღე.

გერმანიუმის იონები

გერმანიუმის ატომის გარე ენერგიის დონეს აქვს ოთხი ელექტრონი, რომლებიც ვალენტური ელექტრონებია:

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

ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად გერმანიუმი თმობს თავის ვალენტურ ელექტრონებს, ე.ი. არის მათი დონორი და იქცევა დადებითად დამუხტულ იონად:

Ge 0 -2e → Ge 2+ ;

Ge 0 -4e → Ge 4+.

გერმანიუმის მოლეკულა და ატომი

თავისუფალ მდგომარეობაში გერმანიუმი არსებობს მონატომური Ge მოლეკულების სახით. აქ მოცემულია რამდენიმე თვისება, რომელიც ახასიათებს გერმანიუმის ატომს და მოლეკულას:

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

მაგალითი 2

ვარჯიში	გამოთვალეთ ელემენტების მასური წილადები, რომლებიც ქმნიან გერმანიუმის (IV) ოქსიდს, თუ მისი მოლეკულური ფორმულა არის GeO 2.
გამოსავალი	ელემენტის მასური წილი ნებისმიერი მოლეკულის შემადგენლობაში განისაზღვრება ფორმულით: ω (X) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

(Germanium; ლათინური Germania - გერმანია), Ge - ქიმ. ელემენტთა პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ელემენტი; ზე. ნ. 32 საათზე. მ 72,59. ვერცხლისფერი ნაცრისფერი ნივთიერება მეტალის ბზინვარებით. ქიმ. ნაერთები ავლენენ ჟანგვის მდგომარეობებს + 2 და +4. +4 ჟანგვის მდგომარეობის მქონე ნაერთები უფრო სტაბილურია. ბუნებრივი გერმანიუმი შედგება ოთხი სტაბილური იზოტოპისგან, მასობრივი ნომრებით 70 (20.55%), 72 (27.37%), 73 (7.67%) და 74 (36.74%) და ერთი რადიოაქტიური იზოტოპი 76 მასის ნომრით (7.67%) და ნახევარგამოყოფის პერიოდი. 2106 წლის განმავლობაში. მრავალი რადიოაქტიური იზოტოპი წარმოებულია ხელოვნურად (სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების გამოყენებით); ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს იზოტოპს 71 Ge, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 11,4 დღე.

წმინდა გერმანიუმის არსებობა (სახელწოდებით "ეკასილიკონი") იწინასწარმეტყველა 1871 წელს რუსმა მეცნიერმა დ.ი.მენდელეევმა. თუმცა, მხოლოდ 1886 წ ქიმიკოსმა კ. ვინკლერმა აღმოაჩინა უცნობი ელემენტი მინერალურ არგიროდიტში, რომლის თვისებები ემთხვეოდა "ეგზილიციუმის" თვისებებს. გამოსაშვები საღამოს დაწყება. გერმანიუმის წარმოება 40-იანი წლებით თარიღდება. მე-20 საუკუნეში, როდესაც გამოიყენებოდა ნახევარგამტარ მასალად. გერმანიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში არის (1-2) 10~4%. გერმანიუმი კვალი ელემენტია და იშვიათად გვხვდება საკუთარი მინერალების სახით. ცნობილია შვიდი მინერალი, რომლებშიც მისი კონცენტრაცია 1%-ზე მეტია, მათ შორის: Cu2 (Cu, Ge, Ga, Fe, Zn)2 (S, As)4X X (6.2-10.2% Ge), რენიერიტი (Cu, Fe)2 (Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2 X X (S, As)4 (5.46-7.80% Ge) და არგიროდიტი Ag8GeS6 (3/55-6.93% Ge) . გ. ასევე გროვდება კაუსტობიოლითებში (ჰუმუს ნახშირი, ნავთობის ფიქალი, ზეთი). გელის კრისტალურ მოდიფიკაციას, რომელიც სტაბილურია ნორმალურ პირობებში, აქვს ალმასის მსგავსი კუბური სტრუქტურა, პერიოდი a = 5.65753 A (ლარი).

გერმანიუმი არის

გერმანიუმის სიმკვრივე (ტემპერატურა 25°C) 5,3234 გ/სმ3, დნობის წერტილი 937,2°C; დუღილის წერტილი 2852°C; შერწყმის სითბო 104,7 კალ/გ, სუბლიმაციის სიცხე 1251 კალ/გ, თბოტევადობა (ტემპერატურა 25°C) 0,077 კალ/გ გრადუსი; კოეფიციენტი თბოგამტარობა, (ტემპერატურა 0°C) 0,145 კალ/სმ წმ გრადუსი, ტემპერატურის კოეფიციენტი. ხაზოვანი გაფართოება (ტემპერატურა 0-260°C), 5,8 x 10-6 გ-1. დნობისას გერმანიუმი მცირდება მოცულობით (დაახლოებით 5,6%), მისი სიმკვრივე იზრდება 4% სთ-ით მაღალი წნევის დროს, ალმასის მსგავსი მოდიფიკაცია. გერმანიუმი განიცდის პოლიმორფულ გარდაქმნებს, ქმნის კრისტალურ მოდიფიკაციას: B-Sn ტიპის ტეტრაგონური სტრუქტურა (GeII), სხეულზე ორიენტირებული ტეტრაგონური სტრუქტურა პერიოდებით a = 5.93 A, c = 6.98 A (GeIII) და სხეულზე ორიენტირებული კუბური სტრუქტურა. პერიოდი a = 6, 92 A(GeIV). ეს მოდიფიკაციები გამოირჩევა უფრო მაღალი სიმკვრივით და ელექტრული გამტარობით GeI-სთან შედარებით.

ამორფული გერმანიუმის მიღება შესაძლებელია ფირის სახით (დაახლოებით 10-3 სმ სისქის) ორთქლის კონდენსაციის გზით. მისი სიმკვრივე კრისტალური კრისტალური კრისტალების სიმკვრივეზე ნაკლებია.კრისტალური კრისტალური კრისტალის ენერგეტიკული ზოლების სტრუქტურა განსაზღვრავს მის ნახევარგამტარ თვისებებს. ზოლის უფსკრული სიგანეა 0,785 ევ (ტემპერატურა 0 K), ელექტრული წინაღობა (ტემპერატურა 20°C) არის 60 ომ სმ, ხოლო ტემპერატურის მატებასთან ერთად ის მნიშვნელოვნად მცირდება ექსპონენციალური კანონის მიხედვით. მინარევები იძლევა გ-ს ე.წ. ელექტრონული (დარიშხანის, ანტიმონის, ფოსფორის მინარევები) ან ხვრელების (გალიუმის, ალუმინის, ინდიუმის მინარევები) ტიპის მინარევის გამტარობა. მუხტის მატარებლების მობილურობა გრავიტაციაში (ტემპერატურა 25°C) ელექტრონებისთვის არის დაახლოებით 3600 სმ2/წამში, ხვრელებისთვის - 1700 სმ2/წმ, მუხტის მატარებლების შინაგანი კონცენტრაცია (ტემპერატურა 20°C) არის 2,5. 10 13 სმ-3. გ.დიამაგნიტური. როდესაც დნება, ის გარდაიქმნება მეტალის მდგომარეობაში. გერმანიუმი ძალიან მყიფეა, მოჰს სიმტკიცე 6.0, მიკროსიმტკიცე 385 კგფ/მმ2, კომპრესიული სიმტკიცე (ტემპერატურა 20°C) 690 კგფ/სმ2. ტემპერატურის მატებასთან ერთად სიმტკიცე იკლებს; 650°C ტემპერატურაზე მაღლა ხდება პლასტიკური და უთმობს ბეწვს. დამუშავება. გერმანიუმი პრაქტიკულად ინერტულია ჰაერის, ჟანგბადისა და არაჟანგბადი ელექტროლიტების მიმართ (თუ არ არის გახსნილი ჟანგბადი) 100°C-მდე ტემპერატურაზე. მდგრადია მარილმჟავას და განზავებული გოგირდმჟავას მოქმედების მიმართ; ნელა იხსნება კონცენტრირებულ გოგირდის და აზოტის ნაერთებში გაცხელებისას (წარმოქმნილი დიოქსიდის ფირი ანელებს დაშლას), კარგად იხსნება აკვა რეგიაში, ჰიპოქლორიტების ან ტუტე ლითონის ჰიდროქსიდების ხსნარებში (წყალბადის ზეჟანგის თანდასწრებით), ტუტეების დნობაში, პეროქსიდებში. , ტუტე ლითონების ნიტრატები და კარბონატები.

600°C ტემპერატურაზე ზევით, ის იჟანგება ჰაერში და ჟანგბადის ნაკადში, წარმოქმნის GeO ოქსიდს და დიოქსიდს (Ge02) ჟანგბადთან ერთად. გერმანიუმის ოქსიდი არის მუქი ნაცრისფერი ფხვნილი, რომელიც სუბლიმდება 710°C ტემპერატურაზე, ოდნავ იხსნება წყალში სუსტი გერმანიტის ნაერთის (H2Ge02) წარმოქმნით, მარილები (გერმანიტები) არ არის სტაბილური. GeO ადვილად იხსნება ნაერთებში და წარმოქმნის ორვალენტიან G მარილებს. გერმანიუმის დიოქსიდი არის თეთრი ფხვნილი, რომელიც არსებობს რამდენიმე პოლიმორფული მოდიფიკაციით, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ქიმიური თვისებებით. წმინდანები: დიოქსიდის ექვსკუთხა მოდიფიკაცია შედარებით კარგად იხსნება წყალში (4,53 zU 25 ° C ტემპერატურაზე), ტუტე ხსნარებში და სხვა მსგავსი, ტეტრაგონალური მოდიფიკაცია პრაქტიკულად წყალში ხსნადია და მათ მიმართ ინერტულია. ტუტეებში ხსნადი დიოქსიდი და მისი ჰიდრატი წარმოქმნის მეტაგერმანატს (H2Ge03) და ორთოგერმანატულ (H4Ge04) მარილებს - გერმანატებს. ტუტე ლითონის გერმანატები წყალში ხსნადია, ხოლო სხვა გერმანატები პრაქტიკულად უხსნადია; ახლად დალექილი იხსნება მინერალურ ნაერთებში. G. ადვილად ერწყმის ჰალოგენებს, გაცხელებისას (დაახლოებით 250°C) წარმოქმნის შესაბამის ტეტრაჰალოგენიდებს - არამარილისმაგვარ ნაერთებს, რომლებიც ადვილად ჰიდროლიზდება წყლით. ცნობილი გ - მუქი ყავისფერი (GeS) და თეთრი (GeS2).

გერმანიუმს ახასიათებს აზოტის მქონე ნაერთები - ყავისფერი ნიტრიდი (Ge3N4) და შავი ნიტრიდი (Ge3N2), რომელიც ხასიათდება უფრო დაბალი ქიმიურით. შეუპოვრობა. ფოსფორთან ერთად G. აყალიბებს შავი ფერის დაბალი რეზისტენტულ ფოსფიდს (GeP). ის არ ურთიერთქმედებს ნახშირბადთან და არ ერწყმის; სილიციუმთან იგი ქმნის მყარი ხსნარების უწყვეტ სერიას. გერმანიუმი, როგორც ნახშირბადის და სილიციუმის ანალოგი, ხასიათდება GenH2n + 2 ტიპის გერმანიუმის წყალბადის (გერმანები), ასევე GeH და GeH2 ტიპის მყარი ნაერთების (გერმენების) წარმოქმნის უნარით. გერმანიუმი ქმნის მეტალურ ნაერთებს () და ბევრ სხვასთან ერთად. ლითონები. ნედლეულიდან გერმანიუმის მოპოვება გულისხმობს მდიდარი გერმანიუმის კონცენტრატის და მისგან მაღალი სისუფთავის მიღებას. გამოსაშვებზე. დიდი მასშტაბით, გერმანიუმი მიიღება ტეტრაქლორიდისგან, გაწმენდის დროს გამოიყენება მისი მაღალი ცვალებადობა (კონცენტრატისგან იზოლირებისთვის), დაბალი კონცენტრირებული მარილმჟავა და მაღალი ორგანული გამხსნელები (მინარევებისაგან გაწმენდისთვის). ხშირად გამდიდრებისთვის გამოიყენება ქვედა სულფიდების და ოქსიდების მაღალი ცვალებადობა, რომლებიც ადვილად სუბლიმირებულია.

ნახევარგამტარული გერმანიუმის მისაღებად გამოიყენება მიმართულების კრისტალიზაცია და ზონის რეკრისტალიზაცია. მონოკრისტალური გერმანიუმი მიიღება დნობისგან ამოღებით. ზრდის პროცესში გ. დანამატები, რომლებიც არეგულირებენ ერთკრისტალის გარკვეულ თვისებებს. გ.-ს მიეწოდება 380-660 მმ სიგრძით და 6,5 სმ2-მდე ჯვრის მონაკვეთის სახით. გერმანიუმი გამოიყენება რადიოელექტრონიკასა და ელექტროტექნიკაში, როგორც ნახევარგამტარული მასალა დიოდებისა და ტრანზისტორების წარმოებისთვის. მისგან მზადდება ინფრაწითელი ოპტიკური მოწყობილობების ლინზები, ბირთვული გამოსხივების დოზიმეტრები, რენტგენის სპექტროსკოპიის ანალიზატორები, სენსორები ჰოლის ეფექტის გამოყენებით და რადიოაქტიური დაშლის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადამყვანები. გერმანიუმი გამოიყენება მიკროტალღური ატენუატორებისა და წინააღმდეგობის თერმომეტრებში, რომლებიც მუშაობენ თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე. რეფლექტორზე გამოყენებული G. ფილმი ხასიათდება მაღალი არეკვლით და კარგი კოროზიის წინააღმდეგობით. გერმანიუმი ზოგიერთ ლითონთან ერთად, რომელსაც ახასიათებს მჟავე აგრესიული გარემოსადმი გაზრდილი წინააღმდეგობა, გამოიყენება ხელსაწყოების წარმოებაში, მანქანათმშენებლობასა და მეტალურგიაში. ჰემანიუმი და ოქრო ქმნიან დაბალი დნობის ევტექტიკას და ფართოვდებიან გაციებისას. G. დიოქსიდი გამოიყენება სპეციალური პროდუქტების დასამზადებლად. სათვალეები ხასიათდება მაღალი კოეფიციენტით. სპექტრის ინფრაწითელ ნაწილში რეფრაქცია და გამჭვირვალობა, მინის ელექტროდები და თერმისტორები, ასევე მინანქრები და დეკორატიული ჭიქურები. გერმანატები გამოიყენება როგორც ფოსფორის და ფოსფორის აქტივატორები.

— ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის ქიმიური ელემენტი D.I. მენდელეევი. და აღინიშნა Ge სიმბოლოთი, გერმანიუმი არის რუხი-თეთრი ფერის მარტივი ნივთიერება და აქვს ლითონის მყარი მახასიათებლები.

დედამიწის ქერქში შემცველობა წონით 7,10-4%-ს შეადგენს. ეხება კვალი ელემენტებს, თავისუფალ მდგომარეობაში დაჟანგვისადმი რეაქტიულობის გამო, იგი არ არის ნაპოვნი როგორც სუფთა ლითონი.

ბუნებაში გერმანიუმის აღმოჩენა

გერმანიუმი არის სამი ქიმიური ელემენტიდან ერთ-ერთი, რომელიც იწინასწარმეტყველა D.I. მენდელეევი პერიოდულ სისტემაში მათი პოზიციის საფუძველზე (1871).

ის მიეკუთვნება იშვიათ მიკროელემენტებს.

ამჟამად, გერმანიუმის სამრეწველო წარმოების ძირითადი წყაროა თუთიის წარმოების ნარჩენები, ნახშირის კოქსირება, ნახშირის ზოგიერთი სახეობის ნაცარი, სილიკატური მინარევები, დანალექი რკინის ქანები, ნიკელის და ვოლფრამის მადნები, ტორფი, ზეთი, გეოთერმული წყლები და ზოგიერთ წყალმცენარეებში. .

გერმანიუმის შემცველი ძირითადი მინერალები

Plumbogermatite (PbGeGa) 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 O შემცველობა 8.18%-მდე

yargyrodite AgGeS6 შეიცავს 3.65-დან 6.93%-მდეგერმანია

რენიერიტი Cu 3 (FeGeZn) (SAs) 4 შეიცავს 5,5-დან 7,8%-მდე გერმანიუმს.

ზოგიერთ ქვეყანაში გერმანიუმი მიიღება როგორც გარკვეული მადნების გადამუშავების გვერდითი პროდუქტი, როგორიცაა თუთია-ტყვია-სპილენძი. გერმანიუმი ასევე მიიღება კოქსის წარმოებაში, აგრეთვე ყავისფერ ნახშირის ფერფლში 0,0005-დან 0,3%-მდე და ნახშირის ნაცარში 0,001-დან 1-2%-მდე შემცველობით.

გერმანიუმი, როგორც ლითონი, ძალიან მდგრადია ატმოსფერული ჟანგბადის, ჟანგბადის, წყლის, ზოგიერთი მჟავის, განზავებული გოგირდის და მარილმჟავას მიმართ. მაგრამ ის ძალიან ნელა რეაგირებს კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასთან.

გერმანიუმი რეაგირებს აზოტის მჟავასთან HNO 3 და aqua regia, ნელა რეაგირებს კაუსტიკური ტუტეებით, წარმოქმნის მარილს, მაგრამ წყალბადის ზეჟანგის დამატებით H 2 O 2 რეაქცია ძალიან სწრაფად მიმდინარეობს.

700 °C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ზემოქმედებისას გერმანიუმი ადვილად იჟანგება ჰაერში და წარმოიქმნება GeO. 2 ადვილად რეაგირებს ჰალოგენებთან, რითაც წარმოქმნის ტეტრაჰალოგენიტებს.

ის არ რეაგირებს წყალბადთან, სილიციუმთან, აზოტთან და ნახშირბადთან.

ცნობილია გერმანიუმის აქროლადი ნაერთები შემდეგი მახასიათებლებით:

გერმანია ჰექსაჰიდრიდი -დიგერმანი, გე 2 H 6 - აალებადი გაზი, სინათლეში დიდი ხნის განმავლობაში შენახვისას იშლება, ყვითლდება და შემდეგ ყავისფერდება, იქცევა მუქ ყავისფერ მყარად, რომელიც იშლება წყლისა და ტუტეების მიერ.

გერმანიის ტეტრაჰიდრიდი, მონოგერმანი - GeH 4 .

გერმანიუმის გამოყენება

გერმანიუმს, ისევე როგორც ზოგიერთ სხვას, აქვს ე.წ. ნახევარგამტარების თვისებები. მათი ელექტრული გამტარობის მიხედვით, ყველაფერი იყოფა სამ ჯგუფად: გამტარები, ნახევარგამტარები და იზოლატორები (დიელექტრიკები). ლითონების სპეციფიკური ელექტროგამტარობა არის 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1 დიაპაზონში, მოცემული დაყოფა არის თვითნებური. თუმცა, შესაძლებელია აღინიშნოს ფუნდამენტური განსხვავება გამტარებისა და ნახევარგამტარების ელექტრულ თვისებებში. პირველისთვის, ელექტრული გამტარობა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხოლო ნახევარგამტარებისთვის ის იზრდება. აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურაზე, ნახევარგამტარები იზოლატორებად იქცევა. როგორც ცნობილია, ლითონის გამტარები ავლენენ ზეგამტარ თვისებებს ასეთ პირობებში.

ნახევარგამტარები შეიძლება იყოს სხვადასხვა ნივთიერებები. ესენია: ბორი, (

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ჩვენ ვიღებთ გერმანიუმს ნებისმიერი რაოდენობით და ფორმით, მათ შორის. ჯართის სახით. გერმანიუმის გაყიდვა შეგიძლიათ მოსკოვში ზემოთ მითითებულ ტელეფონის ნომერზე დარეკვით.

გერმანიუმი არის მყიფე, მოვერცხლისფრო-თეთრი ნახევრადმეტალი, რომელიც აღმოაჩინეს 1886 წელს. ეს მინერალი არ არის ნაპოვნი მისი სუფთა სახით. ის გვხვდება სილიკატებში, რკინასა და სულფიდურ მადნებში. მისი ზოგიერთი ნაერთი ტოქსიკურია. გერმანიუმი ფართოდ გამოიყენება ელექტრო ინდუსტრიაში, სადაც მისი ნახევარგამტარული თვისებები სასარგებლოა. ის შეუცვლელია ინფრაწითელი და ბოჭკოვანი ოპტიკის წარმოებაში.

რა თვისებები აქვს გერმანიუმს?

ამ მინერალს აქვს დნობის წერტილი 938,25 გრადუსი ცელსიუსით. მეცნიერებს ჯერ კიდევ არ შეუძლიათ ახსნან მისი სითბოს სიმძლავრის მაჩვენებლები, რაც მას შეუცვლელს ხდის ბევრ სფეროში. გერმანიუმს აქვს უნარი გაზარდოს სიმკვრივე დნობისას. მას აქვს შესანიშნავი ელექტროფიზიკური თვისებები, რაც მას შესანიშნავ არაპირდაპირი უფსკრული ნახევარგამტარად აქცევს.

თუ ვსაუბრობთ ამ ნახევრადმეტალის ქიმიურ თვისებებზე, უნდა აღინიშნოს, რომ ის მდგრადია მჟავებისა და ტუტეების, წყლისა და ჰაერის მიმართ. გერმანიუმი იხსნება წყალბადის ზეჟანგის ხსნარში და აკვა რეგია.

გერმანიის სამთო

ამ ნახევრად ლითონის შეზღუდული რაოდენობა ამჟამად მოპოვებულია. მისი საბადოები მნიშვნელოვნად მცირეა ბისმუტის, ანტიმონისა და ვერცხლის საბადოებთან შედარებით.

გამომდინარე იქიდან, რომ ამ მინერალის წილი დედამიწის ქერქში საკმაოდ მცირეა, ის ქმნის საკუთარ მინერალებს სხვა ლითონების კრისტალურ ბადეებში შეყვანის გამო. გერმანიუმის ყველაზე მაღალი შემცველობა შეინიშნება სფალერიტებში, პირარგირიტში, სულფანიტში და ფერადი და რკინის მადნებში. ის გვხვდება, მაგრამ ბევრად უფრო იშვიათად, ნავთობისა და ქვანახშირის საბადოებში.

გერმანიუმის გამოყენება

იმისდა მიუხედავად, რომ გერმანიუმი საკმაოდ დიდი ხნის წინ აღმოაჩინეს, მისი გამოყენება ინდუსტრიაში დაახლოებით 80 წლის წინ დაიწყო. ნახევრადმეტალი პირველად გამოიყენებოდა სამხედრო წარმოებაში გარკვეული ელექტრონული მოწყობილობების დასამზადებლად. ამ შემთხვევაში, მან იპოვა გამოყენება როგორც დიოდები. ახლა სიტუაცია გარკვეულწილად შეიცვალა.

გერმანიუმის გამოყენების ყველაზე პოპულარული სფეროებია:

• ოპტიკის წარმოება. ნახევრადმეტალი შეუცვლელი გახდა ოპტიკური ელემენტების წარმოებაში, რომელიც მოიცავს ოპტიკურ სენსორულ ფანჯრებს, პრიზმებს და ლინზებს. გერმანიუმის გამჭვირვალობის თვისებები ინფრაწითელ რეგიონში აქ გამოგადგებათ. ნახევრად ლითონი გამოიყენება თერმოგრაფიული კამერების, სახანძრო სისტემებისა და ღამის ხედვის მოწყობილობების ოპტიკის წარმოებაში;
• რადიო ელექტრონიკის წარმოება. ამ სფეროში ნახევრადმეტალი გამოიყენებოდა დიოდებისა და ტრანზისტორების წარმოებაში. თუმცა, 70-იან წლებში გერმანიუმის მოწყობილობები შეიცვალა სილიკონით, რადგან სილიკონმა შესაძლებელი გახადა წარმოებული პროდუქციის ტექნიკური და ოპერატიული მახასიათებლების მნიშვნელოვნად გაუმჯობესება. გაიზარდა ტემპერატურის გავლენისადმი წინააღმდეგობის ინდიკატორები. გარდა ამისა, გერმანიუმის მოწყობილობები მუშაობდნენ დიდ ხმაურს.

გერმანიუმის ამჟამინდელი მდგომარეობა

ამჟამად ნახევრადმეტალი გამოიყენება მიკროტალღური მოწყობილობების წარმოებაში. გერმანიუმის თელერიდმა კარგად დაამტკიცა თავი, როგორც თერმოელექტრული მასალა. გერმანიუმის ფასი ახლა საკმაოდ მაღალია. ერთი კილოგრამი გერმანიუმის ლითონი 1200 დოლარი ღირს.

ყიდულობს გერმანიას

ვერცხლისფერი ნაცრისფერი გერმანიუმი იშვიათია. მყიფე ნახევარმეტალს აქვს ნახევარგამტარული თვისებები და ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ელექტრო მოწყობილობების შესაქმნელად. იგი ასევე გამოიყენება მაღალი სიზუსტის ოპტიკური ინსტრუმენტებისა და რადიოტექნიკის შესაქმნელად. გერმანიუმს დიდი მნიშვნელობა აქვს როგორც სუფთა ლითონის, ასევე დიოქსიდის სახით.

კომპანია Goldform სპეციალიზირებულია გერმანიუმის, სხვადასხვა ჯართის და რადიო კომპონენტების შეძენაში. ჩვენ გთავაზობთ დახმარებას მასალის შეფასებასა და ტრანსპორტირებაში. თქვენ შეგიძლიათ გაგზავნოთ გერმანიუმი ფოსტით და მიიღოთ თანხა სრულად.