Вход
Регистрация Зарегистрируйтесь, чтобы получить расширенные возможности...

Германий

Герма́ний (лат. Germanium), Gе (читается «гертемпманий»), химический элемент с атомным номером 32, атомная масса 72,61. Природный германий состоит из пяти изотопов с массовыми числами 70 (содержание в природной смеси 20,51% по массе), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%), и 76 (7,76%). Конфигурация внешнего электронного слоя 4s2p2. Степени окисления +4, +2 (валентности IV, II). Расположен в группе IVA, в 4 периоде в периодической системе элементов.
Редактировать

История открытия

Был открыт К. А. Винклером (и назван в честь его родины — Германии) в 1886 при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6 после того, как существование этого элемента и некоторые его свойства были предсказаны Д. И. Менделеевым.
Редактировать

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,5·10-4 % по массе. Относится к рассеянным элементам. В природе в свободном виде не встречается. Содержится в виде примеси в силикатах, осадочных железных, полиметаллических, никелевых и вольфрамовых рудах, углях, торфе, нефтях, термальных водах и водорослях. Важнейшие минералы: германит Cu3(Ge,Fe,Ga)(S,As)4, стоттит FeGe(OH)6, плюмбогерманит (Pb,Ge,Ga)2SO4(OH)2·2H2O, аргиродит Ag8GeS6, рениерит Cu3(Fe,Ge,Zn)(S,As)4.
Редактировать

Получение германия

Для получения германия используют побочные продукты переработки руд цветных металлов, золу от сжигания углей, некоторые продукты коксохимии. Сырье, содержащее Ge, обогащают флотацией. Затем концентрат переводят в оксид GeO2, который восстанавливают водородом:
GeO2 + 4H2 = Ge + 2H2O
Германий полупроводниковой чистоты с содержанием примесей 10-3 -10-4% получают зонной плавкой, кристаллизацией или термолизом летучего моногермана GeH4:
GeH4 = Ge + 2H2,
который образуется при разложении кислотами соединений активных металлов с Ge — германидов:
Mg2Ge + 4HCl = GeH4 + 2MgCl2
Редактировать

Физические и химические свойства

Германий — вещество серебристого цвета с металлическим блеском. Кристаллическая решетка устойчивой модификации (Ge I), кубическая, гранецентрированная типа алмаза, а = 0,533 нм (при высоких давлениях получены три другие модификации). Температура плавления 938,25 °C, кипения 2850 °C, плотность 5,33 кг/дм3. Обладает полупроводниковыми свойствами, ширина запрещенной зоны 0,66 эВ (при 300 К). Германий прозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны больше 2 мкм.
По химическим свойствам Ge напоминает кремний. При обычных условиях устойчив к кислороду, парам воды, разбавленным кислотам. В присутствии сильных комплексообразователей или окислителей, при нагревании Ge реагирует с кислотами:
Ge + H2SO4 конц = Ge(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O,
Ge + 6HF = H2[GeF6] + 2H2,
Ge + 4HNO3конц. = H2GeO3 + 4NO2 + 2H2O
Ge реагирует с царской водкой:
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO + 8H2O.
С растворами щелочей Ge взаимодействует в присутствии окислителей:
Ge + 2NaOH + 2H2O2 = Na2[Ge(OH)6].
При нагревании на воздухе до 700 °C Ge загорается. Ge легко взаимодействует с галогенами и серой:
Ge + 2I2 = GeI4
С водородом, азотом, углеродом германий непосредственно в реакции не вступает, соединения с этими элементами получают косвенным путем. Например, нитрид Ge3N4 образуется при растворении дииодида германия GeI2 в жидком аммиаке:
GeI2 + NH3жидк —> [GeNH]n —> Ge3N4
Оксид германия (IV), GeO2, — белое кристаллическое вещество, существующее в двух модификациях. Одна из модификаций частично растворима в воде с образование сложных германиевых кислот. Проявляет амфотерные свойства.
С щелочами GeO2 взаимодействует как кислотный оксид:
GeO2 + 2NaOH = Na2GeO3 + H2O
GeO2 взаимодействует с кислотами:
GeO2 + 4HCl = GeCl4 + 2H2O
Тетрагалогениды Ge — неполярные соединения, легко гидролизующиеся водой.
3GeF4 + 2H2O = GeO2 + 2H2GeF6
Тетрагалогениды получают прямым взаимодействием:
Ge + 2Cl2 = GeCl4
или термическим разложением:
BaGeF6 = GeF4­ + BaF2
Гидриды германия по химическим свойствам подобны гидридам кремния, но моногерман GeH4 более устойчив, чем моносилан SiH4. Германы образуют гомологические ряды GenH2n+2, GenH2n и другие, но эти ряды короче, чем у силанов.
Моногерман GeH4 — газ, устойчивый на воздухе, не реагирующий с водой. При длительном хранении разлагается на H2 и Ge. Получают моногерман восстановлением диоксида германия GeO2 борогидридом натрия NaBH4:
GeO2 + NaBH4 = GeH4­ + NaBO2.
Очень неустойчивый монооксид GeO образуется при умеренном нагревании смеси германия и диоксида GeO2:
Ge + GeO2 = 2GeO.
Соединения Ge (II) легко диспропорционируют с выделением Ge:
2GeCl2 —> Ge + GeCl4
Дисульфида германия GeS2 — белое аморфное или кристаллическое вещество, получается осаждением H2S из кислых растворов GeCl4:
GeCl4 + 2H2S = GeS2Ї + 4HCl
GeS2 растворяется в щелочах и сульфидах аммония или щелочных металлов:
GeS2 + 6NaOH = Na2[Ge(OH)6] + 2Na2S,
GeS2 + (NH4)2S = (NH4)2GeS3
Ge может входить в состав органических соединений. Известны (CH3)4Ge, (C6H5)4Ge, (CH3)3GeBr, (C2H5)3GeOH и другие.
Редактировать

Применение

Германий — полупроводниковый материал, применяется в технике и радиоэлектронике при производстве транзисторов и микросхем. Тонкие пленки Ge, нанесенные на стекло, применяют в качестве сопротивлений в радарных установках. Сплавы Ge с металлами используются в датчиках и детекторах. Диоксид германия применяют в производстве стекол, пропускающих инфракрасное излучение.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Назаренко В. А. Аналитическая химия элементов: Германий. М., 1973.
  • Тананаев И. В., Шпирт М. Я. Химия германия. М., 1968.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика