Германій

хімічний елемент з атомним номером 32

Германій, Ґерманій, Ge (від лат. Germania — Німеччина) — хімічний елемент номер 32, крихкий сріблясто-білий металоїд. Найпоширеніший напівпровідник.

Германій (Ge)
Атомний номер32
Зовнішній вигляд простої речовинисвітло-сірий металоїд
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)72,61 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома137 пм
Енергія іонізації (перший електрон)760,0(7,88) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація[Ar] 3d10 4s2 4p2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус122 пм
Радіус іона(+4e)53 (+2e)73 пм
Електронегативність (за Полінгом)2,01
Електродний потенціал0
Ступені окиснення4
Термодинамічні властивості
Густина5,323 г/см³
Молярна теплоємність0,322 Дж/(К·моль)
Теплопровідність60,2 Вт/(м·К)
Температура плавлення1210,6 К
Теплота плавлення36,8 кДж/моль
Температура кипіння3103 К
Теплота випаровування328 кДж/моль
Молярний об'єм13,6 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґраткитипу алмазної
Період ґратки5,660 Å
Відношення с/аn/a
Температура Дебая370[1] К
Інші властовості
Критична точкан/д
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
CMNS: Германій у Вікісховищі

Кристалізується в кубічну ґратку типу алмазу. Металічний германій стійкий на повітрі за кімнатної температури; швидко окислюється за температури розжарювання (600–700 °C). Поширеність у земній корі (1-2)×10−4 %. Германій — розсіяний елемент. Як домішка зустрічається в мінералах кремнію, меншою мірою — у мінералах заліза і цинку. Власні мінерали дуже рідкісні: сульфосолі — аргіродит, германіт, реньєрит та ін.; подвійний гідратований оксид германію та заліза — штоттит; сульфати — ітоїт, флейшерит та ін. Промислового значення вони практично не мають.

Германій

Історія та походження назви

ред.

Вперше германій був передбачений Менделєєвим ще у 1871 році під назвою ека-силіцій[2].

У 1885 році, гірники шахти «Хіммельсфюрст» знайшли невідомий раніше мінерал, що отримав назву аргіродит. Наступного року, німецький хімік Клеменс Вінклер, професор неорганічної хімії гірничої академії Фрейберга, досліджуючи аргіродит, виявив, що на 7 % той складається з невідомого елементу. 6 лютого 1886 року Вінклер виділив сульфід нового елементу, і зміг визначити його властивості, які збігалися з гіпотетично передбаченими властивостями ека-силіцію[3].

Германій став третім, після галію і скандію, відкритим елементом, існування якого було передбачено періодичним законом.

Спектр германію лежить в ультрафіолетовому діапазоні, тому, незважаючи на те, що спектральний аналіз на той час вже 25 років використовувався для відкриття нових елементів, германій був відкритий більш традиційними методами[4].

Вінклер хотів назвати нововідкритий елемент нептунієм, через те, що його існування було передбачено до відкриття, так само як було передбачено існування планети Нептун, проте з'ясувалося, що назва «нептуній» вже використовувалася для одного хибно відкритого елементу, тому було вирішено відмовитись від неї щоб уникнути негативних конотацій. Іншою, жартівливою, пропозицією була назва «ангулярій» — той що викликає суперечки. Врешті елемент було названо на честь Німеччини (лат. Germania), батьківщини Вінклера[4].

Розповсюдженість

ред.

Частка германію у земній корі становить 1,5 мільйонних, що робить його 55-м за розповсюдженістю[5]. Незважаючи на те, що германій є значно розповсюдженішим за такі елементи як золото, срібло, йод або ртуть, його мінерали є вкрай рідкісними, бо він є розсіяним елементом. Серед власних мінералів германію можна назвати германіт, аргіродит і реньєрит, проте через рідкісність вони не можуть задовольнити потреби у ньому. Германій зустрічається як домішка у мінералах кремнію, рідше — у мінералах свинцю, заліза і цинку[6]. Також, германій накопичується у рослинах, внаслідок чого є й у вугіллі[7].

Природний германій представлений п'ятьма ізотопами:

Атомна маса Концентрація Період напіврозпаду
70 20,37 %
72 27,31 %
73 7,76 %
74 36,73 %
76 36,73 % 1.78×1021 років[8]

Усього відомо 38 ізотопів германію з атомними масами від 58 до 90, 5 з яких — метастабільні[9].

Германій утворюється під час s-процесу у AGB-зорях[10]. Його частка у Всесвіті становить 0,2 мільйонних.

Отримання

ред.

Джерелами германію є поліметалічні руди, викопне вугілля і деякі типи вулканогенно-осадового залізняку. Три чверті германію отримують як супутній продукт при виробництві цинку з сфалеритових концентратів, а решту — з надсмольних вод під час коксування вугілля, з попелу енергетичного вугілля[11]. Невелику частку добувають з магнетитових концентратів.

При певних умовах спалювання вугілля вміст германію у золі збільшується у 10–100 разів у порівнянні з вихідним. Для вилучення германію із золи використовується його властивість легкого перегону при температурі коксування. Після конденсації рідких продуктів коксування сполуки германію конденсуються у пірогенетичній воді і смолі. Крім того, висока концентрація германію спостерігається у генераторному пилу при газифікації вугілля.

У 2017 році у світі було видобуто 134 тонни германію, з яких 88 — у Китаї[12].

Близько 30 % германію отримується завдяки вторинній переробці[12].

Застосування

ред.

Германій застосовують у радіоелектроніці й електротехніці як напівпровідник, в ядерній техніці, приладобудуванні, машинобудуванні й металургії.

Кристалічний германій є важливим напівпровідниковим матеріалом із шириною забороненої зони 0,66 еВ. Основними донорами для германію є фосфор, літій, арсен; акцепторами — бор, алюміній, галій, індій.

Германій — непрямозонний напівпровідник, що ускладнює його використання в оптичних пристроях.

Аморфний германій за своїми властивостями належить до аморфних напівпровідників.

У напівпровідникових приладах використовуються також сплави германію з кремнієм.

Примітки

ред.
  1. A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
  2. Хімічні речовини: Елемент, атом, молекула і найдавніші походження назв. Архів оригіналу за 12 січня 2019. Процитовано 11 січня 2019.
  3. МОШЕННИКИ, ОБМАНЩИКИ И УЧЕНЫЕ В ИСТОРИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(рос.)
  4. а б Германий [Архівовано 31 грудня 2018 у Wayback Machine.](рос.)
  5. Abundance in Earth's Crust of the elements [Архівовано 13 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  6. Review of germanium processing worldwide [Архівовано 12 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  7. Краткие сведения о редких и рассеянных химических элементах и минеральном сырье для их получения [Архівовано 12 січня 2019 у Wayback Machine.](рос.)
  8. Results of the experiment on investigation of Germanium-76 double beta decay [Архівовано 13 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  9. Isotopes of the Element Germanium [Архівовано 12 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  10. Germanium Production in Asymptotic Giant Branch stars: Implications for Observations of Planetary Nebulae [Архівовано 13 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  11. Germanium [Архівовано 13 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  12. а б GERMANIUM [Архівовано 10 січня 2019 у Wayback Machine.](англ.)

Див. також

ред.

Література

ред.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Координационные соединения германия (IV) с анионами лимонной, винной и ксиларовой кислот: монография / И. И. Сейфуллина, Е. Э. Марцинко ; М-во образования и науки Украины, Одес. нац. ун-т им. И. И. Мечникова. — Одесса: ОНУ, 2015. — 148 с. : табл., схемы, граф. — Библиогр.: с. 128—144 (149 назв.). — ISBN 978-617-689-115-4