Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Герма́ний / Germanium (Ge)
Атомный номер 32
Внешний вид простого вещества
Файл:Germanium.jpg

Кристалл германия - светло-серый полупроводник с металлическим блеском

Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
72,61 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 137 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
760,0 (7,88) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p2
Химические свойства
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
2,01
Электродный потенциал 0
Степени окисления 4
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 5,323 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,322 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 60,2 Вт/(м·K)
Температура плавления 1210,6 K
Теплота плавления 36,8 кДж/моль
Температура кипения 3103 K
Теплота испарения 328 кДж/моль
Молярный объём 13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки алмаз
Период решётки 5,660 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 360,00 K


Ge 32
72,61
4s²4p²
Германий


Герма́нийхимический элемент с атомным номером 32 в периодической системе, обозначается символом Ge (нем. Germanium).

История

Файл:Electron shell 032 Germanium.svg

Схема атома германия

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.

Происхождение названия

Назван в честь Германии, родины Винклера.

Нахождение в природе [1]

Общее содержание Германия в земной коре 7×10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы Германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, конфильдит Ag8(Sn, Ce) S6 и др. Основная масса Г. рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, Г. присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

Получение

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2,который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества: GeO2+2H2=Ge+2H2O.

Физические свойства

Механические свойства [2]

  • Модуль упругости E, ГПа — 82
  • Скорость звука (t=20÷25°C) в различных напрвлениях ·1000 м/с.
    • L100 : 4,92
    • S100 : 3,55
    • L110 : 5,41
    • S110 : 2,75
    • L111 : 5,56
    • S111 : 3,04

Электронные свойства

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

  • Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
  • Ширина запрещённой зоны (300 К) Eg = 0,67 эВ
  • Собственная концентрация ni=2,33×1013 см−3 [3]
  • Эффективная масса [4]:
    • электронов, продольная: mII=1,58m0, mII=1,64m0 [5]
    • электронов, поперечная: m=0,0815m0 , m=0,082m0[6]
    • дырок, тяжелых: mhh=0,379m0
    • дырок, легких: mhl=0,042m0
  • Электронное сродство: χ = 4,0 эВ [7]

Изотопы

В природе встречается пять изотопов: 70Ge (20,55% масс.), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67), 74Ge (36,74%), 76Ge (7,67%). Первые четыре стабильны, пятый (76Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58×1021 лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: 68Ge (время полураспада 270,8 дня) и 71Ge (время полураспада 11,26 дня).

Химические свойства

В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.

Соединения германия

Неорганические

  • Гидриды
    • Герман
    • Дигерман
    • Тригерман
  • Оксиды
    • Оксид германия (II)
    • Оксид германия (IV)
  • Галогениды
    • Бромид германия (IV)
    • Иодид германия (II)
    • Иодид германия (IV)
    • Фторид германия (IV)
    • Хлорид германия (IV)
  • Нитрид германия (IV)
  • Сульфид германия (II)
  • Сульфид германия (IV)

Органические

  • Тетраметилгерман (Ge(CH3)4)
  • Тетраэтилгерман (Ge(C2H5)4).
  • Изобутилгерман ((CH3)2CHCH2GeH3)

Применение

Средние цены на германий в 2007 году /по материалам infogeo.ru/metalls

  • Германий металлический $1200/кг
  • Германий диоксид (двуокись) $840/кг
  • Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).
  • Совершенно исключительное стратегическое значение имеет металлический германий сверхвысокой чистоты в производстве линз, и призм инфракрасной оптики.
  • В радиотехнике, германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода в германии - 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В своё время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE[8] (в отечественной радиотехнике известная как блокинг-генератор) позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0,6 В, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0,125 В, если германиевый. HI-End усилители на германиевых транзисторах обладают качеством звука, сопоставимым с усилителями на радиолампах, т.к. германиевые транзисторы мягче переключатся в схемах усилителя класса "AB", имеют более линейную переходную характеристику (чем сопоставимые кремниевые транзисторы тех же лет выпуска), и не пропускают гармоники дальше пятой (тогда как кремниевые - до 11-той - из-за чего звук становится "жестким" на высоких частотах). В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Существует старая система обозначений, например, П210,213,214,217, и некоторые транзисторы "МПxx" - также германиевые. Ещё более высоким частотным потенциалом (имеется ввиду подвижность носителей заряда в полупроводниках, а не скорость работы готового полупропроводникового прибора) обладает арсенид галлия, применяемый в светодиодах. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы полностью вытеснены кремниевыми и не выпускаются ни в одной стране мира. Найти их можно только в старых радиоаппаратах либо из запасов радиолюбителей тех лет.
  • Качере Бровина ("генератор Бровина-Теслы") (ссылка?) лучше работает на германиевых транзисторах.
  • Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

Биологическая роль

Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе - 2 мг/м3, т.е. такая же, как и для асбестовой пыли.

Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны [9].

Примечания

  1. БСЭ
  2. Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  3. Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  4. Баранский П. И., Клочев В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 704с
  5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.:Мир, 1984. 455с
  8. Схема «Juole Thief» на YouTube
  9. Назаренко В.А. Аналитическая химия германия. М., Наука, 1973. 264 с.

Ссылки





Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Германий. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement