Գերմանիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
32 ԳալիումԳերմանիումԱրսեն
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կլիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
32Ge
Unknown.svg
Electron shell 032 Germanium.svg
Գերմանիումի բյուրեղները
Բաց մոխրագույն, փխրուն պինդ նյութ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Գերմանիում/ Germanium (Ge), 32
Խումբ, պարբերություն, բլոկ 2, , d
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
72,630(8)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ar] 3d10 4s2 4p2
Ատոմի շառավիղ 122,5 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 122 պմ
Իոնի շառավիղ (+4e) 53 (+2e) 73 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 2,01 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ 0, 2
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 905,8(9,39) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 7,133 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 1210,6
Եռման ջերմաստիճան 3103
Մոլյար ջերմունակություն 23,32[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 13,6 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք ադամանդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 5,660
Դեբայի ջերմաստիճան 360 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 60,2 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար 7440-56-4
32
Գերմանիում
Ge
72,61
3d104s24p2

Գերմանիում (լատ.՝ Germanium), Ge, տարրերի պարբերական համակարգի 5-րդ պարբերության 4-րդ խմբի քիմիական տարր, կարգահամարը՝ 32, ատոմական զանգվածը՝ 72,60։ Ունի հինգ կայուն իզոտոպ՝ 70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge և 75Ge համապատասխանաբար՝ 20,55%, 27,35%, 7,78%, 76 5% և 7,86%։

Արհեստականորեն ստացվել են գերմանիումի բազմաթիվ ռադիոակտիվ իզոտոպները։ Գերմանիումը p տարր է, նրա ատոմի արտաքին Էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքն Է՝ 4s24p2։ Գերմանիումը հայտնաբերել է գերմանացի քիմիկոս Կ․ Վինկլերը (1886) և անվանել ի պատիվ իր հայրենիքի։

Հայտնաբերման պատմություն և ստուգաբանություն[խմբագրել]

Ալեքսանդր Կլեմենկս Վինկլեր
Argyrodite-243406.jpg

1869 թվականին ռուս քիմիկոս Դմիտրի Մենդելեևը հայտնեց մի քանի քիմիական տարրերի գոյություն մասին, այդ թվում նաև գերմանիումի: 1870 թվականի դեկտեմբերի 11-ին Մենդելեևը իր հոդվածում որոշել էր տվյալ տարրի ատոմային զանգվածը և հատկությունները:

1885 թվականին Ֆրայբերգը հանքավայրերից մեկում հայտնաբերեց մի նոր հանքաքար: Գերմանացի քիմիկոս Կլեմեքս Վինկլերը քիմիական անալիզի ժամանակ հայտնաբերեց մի նոր քիմիական տարր: 1886 թվականին գիտնականներին հաջողվեց հայտնաբերել այդ տարրը:

Վինկլերը նոր տարրը բացահայտելուց հետո այն անվանեց Germanium, իսկ քիմիական նշանը՝ Ge[3]: 1886-1887 թվականներին Վինկլերը մանրամասն նկարագրեց գերմանիումի[4][5] հատկությունները: Սկզբում Վինկլերը ցանկանում էր տարրը անվանել «նեպտունիում», բայց այդ անվանումը արդեն տրվել էր մեկ ուրիշ տարրի, այդ պատճառով էլ անվանեցին ի պատիվ իր հայրենիքի՝ Գերմանիա:

1930-ական թվականների վերջին գերմանիումը չէր օգտագործվում արդյունաբերությունում[6]: Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ գերմանիումը օգտագործվում էր որոշ էլեկտրական սարքերում, հիմնականում դիոդներում[7]:

Բնության մեջ[խմբագրել]

Գերմանիումի պարունակությունը երկրակեղևում 7•10-4 % է (ըստ զանգվածի)։ Ցրված տարր է, մտնում է բազմաթիվ ապարների և միներալների բաղադրության մեջ։ Գերմանիումի միներալները՝

  • գերմանիտ Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4 (6-10 % Ge),
  • արգիրոդիտ Ag8GeS6,
  • կոնֆիլդիտ Ag8(Sn, Ge) S6 (մինև 2 % Ge) և այլն, չափազանց հազվագյուտ են։

Գերմանիումի կոնցենտրացիան ծովի ջրերում կազմում է 6·10−5 մգ/լ[8]:

Ստացում[խմբագրել]

Գերմանիումը արդյունաբերության մեջ ստանում են հիմնականում գունավոր մետաղների հանքերի (օրրնակ ցինկի փայլ) վերամշակման կողմնակի արգասիքներից, որոնք պարունակում են 0,001-0,1 % գերմանիում։

\mathsf{GeO_2 + 2H_2 \rightarrow Ge + 2H_2O}

Որպես հումք օգտագործում են նաև քարածխի մոխիրը, գազագեներա-տորների փոշին ն կոքսաքիմիական գործարանների մնացուկները։ Չափազանց մաքուր գերմանիում ստանում են զոնային հալումով և օգտագործում դիողներ, տրիոդներ, դետեկտորներ, ուժային ուղղիչներ պատրաստելու համար։

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Silicon-unit-cell-3D-balls.png
Գերմանիումի բյուրեղացանցի կառուցվածքը

Գերմանիումը բաց մոխրագույն, փխրուն պինդ նյութ է,

Թափանցիկ է ինֆրակարմիր ճառագայթների համար, կիսահաղորդիչ է (ΔЕ= 0,69 էվ, 1,104 10-19 ջ, 25 °С)։ Խառնուրդների ակայությունը և տաքացումը մեծացնում են նրա էլեկտրահաղորդականությունը։ Ստացված ամենամաքուր գերմանիումի տեսակարար դիմադրությունը՝ 60 օհմ•սմ (25°C)։

Միացություններում 2 և 4 արժեքանի է։ Մետաղների լարման շարքում գտնվում է պղնձի և արծաթի միջև։ Սովորական ջեմաստիճաններում կայուն է օդի, ջրի, ալկալիների և նոսր թթուների նկատմամբ։ Ազոտական թթվում և խիտ ծծմբական թթվում օքսիդանում է։ Տեշտությամբ լուծվում է արքայաջրում և H2O2 պարունակող ալկալիների լուծույթներում։

Իզոտոպներ[խմբագրել]

Ունի հինգ կայուն իզոտոպ՝ 70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge և 75Ge համապատասխանաբար՝ 20,55%, 27,35%, 7,78%, 76 5% և 7,86%։

Winkler preparate 1886 1904.png
Germanium.jpg
Argyrodite-154922.jpg
Նուկլիդի
բանաձև
Z(p) N(n) Իզոտոպի կշիռ<
(զ. ա. մ.)
Կայունություն
(T1/2)
Սպին և
Միջուկի զույգություն
Գրգռման էներգիա
58Ge 32 26 57,99101 0+
59Ge 32 27 58,98175 7/2-
60Ge 32 28 59,97019 30 մվ 0+
61Ge 32 29 60,96379 39 մվ 3/2-
62Ge 32 30 61,95465 129 մվ 0+
63Ge 32 31 62,94964 142 մվ 3/2-
64Ge 32 32 63,94165 63,7 վրկ 0+
65Ge 32 33 64,93944 30,9 վրկ 3/2-
66Ge 32 34 65,93384 2,26 ժ 0+
67Ge 32 35 66,932734 18,9 մին 1/2-
67m1Ge 18,20 ԿէՎ 13,7 մվրկ 5/2-
67m2Ge 751,70 ԿէՎ 110,9 նվրկ 9/2+
68Ge 32 36 67,928094 270,95 օր 0+
69Ge 32 37 68,9279645 39,05 ժ 5/2-
69m1Ge 86,765 ԿէՎ 5,1 մվրկ 1/2-
69m2Ge 397,944 ԿէՎ 2,81 մվրկ 9/2+
70Ge 32 38 69,9242474 կայուն 0+
71Ge 32 39 70,9249510 11,43 օր 1/2-
71mGe 198,367 ԿէՎ 20,40 մվ 9/2+
72Ge 32 40 71,9220758 կայուն 0+
72mGe 691,43 ԿէՎ 444,2 նվրկ 0+
73Ge 32 41 72,9234589 կայուն 9/2+
73m1Ge 13,2845 ԿէՎ 2,92 մաքս 5/2+
73m2Ge 66,726 ԿէՎ 499 մվ 1/2-
74Ge 32 42 73,9211778 կայուն 0+
75Ge 32 43 74,9228589 82,78 րոպե 1/2-
75m1Ge 139,69 ԿէՎ 47,7 с 7/2+
75m2Ge 192,18 ԿէՎ 216 նվրկ 5/2+
76Ge 32 44 75,9214026 1,78×1021 տարի 0+
77Ge 32 45 76,9235486 11,30 ժ 7/2+
77mGe 159,70 ԿէՎ 52,9 с 1/2-
78Ge 32 46 77,922853 88 մին 0+
79Ge 32 47 78,9254 18,98 վրկ 1/2-
79mGe 185,95 ԿէՎ 39,0 վրկ 7/2+
80Ge 32 48 79,92537 29,5 վրկ 0+
81Ge 32 49 80,92882 7,6 վրկ 9/2+
81mGe 679,13 ԿէՎ 7,6 վրկ 1/2+
82Ge 32 50 81,92955 4,55 վրկ 0+
83Ge 32 51 82,93462 1,85 վրկ 5/2+
84Ge 32 52 83,93747 947 մվ 0+
85Ge 32 53 84,94303 535 մվ 5/2+
86Ge 32 54 85,94649 150 նվրկ 0+
87Ge 32 55 86,95251 140 մվ 5/2+
88Ge 32 56 87,95691 300 նվրկ 0+
89Ge 32 57 88,96383 150 նվրկ 3/2+

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Տաքացնելիս (500-700 °C) գերմանիումը օդում օքսիդանում է՝ առաջացնելով GeO և GeO2։ Վերջինս սպիտակ փոշի է, հալվում է 1116 °C-ում, ամֆոտեր է՝ արտաևայտված թթվային հատկությամբ։

\mathsf{GeS_2 + 3O_2 \rightarrow GeO_2 + 2SO_2}

Ալկալինևրի և մետաղների օքսիդների հետ միահալելիս առաջացնում է գերմաևատներ (օրինակ Na2GeO3), որոնք գերմանիումական թթվի աղեր են։ Վատ է լուծվում ջրում (4,3 գհ, 20°C)։

GeO ունի հիմնային հատկություն։ Ջրածնային միացությունները՝ գերմանիտրոածխաջրածինները կամ գերմինները, անկայուն են, կարող են ստացվել տարրերի անմիջական միացումից՝ 1000-1100 °C-ում։

\mathsf{GeO_2 + 2H_2 \rightarrow Ge + 2H_2O}

Գերմանիումի քառաքլորիդը՝ GeCl, անգույն հեղուկ է, ջրում հիդրոլիզվում[9] է՝ առաջացնելով հիդրատացված երկօքսիդի՝ GeO2nH2O նստվածքը։ Հայտնի են նաև գերմանիումի երկհալոգենիդները՝ GeX2։

\mathsf{GeO_2 + 4HCl \rightarrow GeCl_4 + 2H_2O}
\mathsf{GeO_2 + Cl_2 \rightarrow GeCl_4 + O_2}

Ծծմբին գերմանիումը միանում է տաքացնելիս (900-1000 °C), առաջացնելով երկսուլֆիդը՝ GeS2։ Հայտնի է նաև գերմանիումի սուլֆիդը՝ GeS, սելենիդը՝ GeSe, և թելուրիդը՝ GeTe, որոնք կիսահաղորդիչներ են։ Գերմանիումը ազոտին անմիջապես չի միանում, հայտնի է սակայն նրա նիտրիդը՝ Ge3N4, որը կայուն է օդի, ջրի, թթուների և հիմքերի նկատմամբ։

Ֆոսֆորի հետ առաջացնում է անկայուն ֆոսֆիդը՝ GeP։ Ածխածնի հետ գերմանիումը չի միանում, այդ պատճառով կարելի է այն հալել գրաֆիտե հալքանոթներում։

\mathsf{GeO_2 + C \rightarrow Ge + CO_2}

Միանում է բազմաթիվ մետաղների հետ՝ առաջացնելով գերմանիդներ (օրինակ Mg2Ge)։

Գերմանիումը առաջացնում է բազմաթիվ կոմպլեքս միացություններ։

Տարի Գին
($/կգ)[10]
1999 1 400
2000 1 250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1 240
2008 1 490
2009 950

Անօրգանական[խմբագրել]

Կիրառություն[խմբագրել]

thumb

2007 թվականին գերմանիումի հիմնական սպառողներն են.

  • Օպտիկամանրաթել 35%,
  • Ջերմային օպտիկայում 30%,
  • քիմիական կատալիզատորներում 15%,
  • էլեկտրոնիկայում 15%:

Բազմաբյուրեղային գերմանիումը օգտագործվում է դոզիմետրիկ և մագնիսական դաշտի լարվածությունը չափող սարքերում։ Գերմազնումի օգտագործման կարևոր բնագավառներից է ինֆրակարմիր ճառագայթների (8-14 մկ) դետեկտորների արտադրությունը։ Գերմանիումը մտնում է բազմաթիվ մետաղական համաձուլվածքների բաղադրության մեջ։

Տնտեսություն[խմբագրել]

Գներ[խմբագրել]

2007 թվականին գերմանիումի միջին գնաճը կազմում է.

  • Մետաղական գերմանիումը $1200/կգ,
  • Գերմանիումի դիօքսիդ $840/կգ

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 531. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Winkler C. (1886). «Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 19: 210–211.
  4. Winkler C. (1886). «Mittheilungen über des Germanium». Journal für praktische Chemie 34: 177–229.
  5. Winkler C. (1887). «Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung». Journal für praktische Chemie 36 (1): 177–209.
  6. Haller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (PDF). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley
  7. W. K. (1953-05-10). "Germanium for Electronic Devices". NY Times
  8. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  9. Naumov, A. V. (2007). "World market of germanium and its prospects". Russian Journal of Non-Ferrous Metals 48 (4): 265–272. doi:10.3103/S1067821207040049.
  10. R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). "Germanium". U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf) (USGS Mineral Resources Program): 1–2. ISBN 0859340392. OCLC 16437701.  Check date values in: |date=, |year= / |date= mismatch (help);

Գրականություն[խմբագրել]

  • Бурба А. А. Разработка и освоение технологии получения германия при шахтной плавке руд цветных металлов // В сб.: Мат-лы научн. семинара по проблеме извлеч. германия при переработке руд: Информ. Гиредмета, 1960, № 7(18).
  • Сосновский Г. Н., Бурба А. А. Германий: Учебн. пособие для студентов металлургич. специальности. Иркутск: Иркут. политехн. ин-т, 1967. — 161 с.
  • Бурба А. А., Чижиков Д. М. Из опыта работы Медногорского МСК по извлечению германия из металлургических пылей и зол энергетических углей // В сб.: Мат-лы совещания по обмену опытом в области производства германиевого сырья: Сб. Гиредмета, 1969, т. 1.
  • Окунев А. И., Кирр Л. Д., Чижов Е. А. Комплексная переработка медеплавильных пылей с извлечением германия и элементов-спутников // 300 лет уральской металлургии: Тр. междунар. конгресса. 4—5 окт. 2001 г. — Екатеринбург, 2001. — С. 305.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]


Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։ CC-BY-SA-icon-80x15.png