De germanium Det är ett metalloidelement som representeras av den kemiska symbolen Ge och som tillhör grupp 14 i det periodiska systemet. Det finns under kisel och delar många av dess fysikaliska och kemiska egenskaper med det; så mycket att en gång hans namn var Ekasilicio, förutsagt av Dmitri Mendeleev själv.
Dess nuvarande namn gavs av Clemens A. Winkler, för att hedra sitt hemland Tyskland. Därför är germanium kopplat till detta land, och att det är den första bilden som framkallar sinnet de som inte vet det för mycket..
Germanium, liksom kisel, består av kovalenta kristaller av tredimensionella tetraedriska gitter med Ge-Ge-bindningar. På samma sätt kan den hittas i monokristallin form, i vilken dess korn är stora eller polykristallina, sammansatta av hundratals små kristaller..
Det är ett halvledarelement vid omgivande tryck, men när det stiger över 120 kbar blir det en metallisk allotrop; det vill säga, möjligen är Ge-Ge-bindningarna trasiga och deras ordnade individuellt förpackade i havet av sina elektroner.
Det anses vara ett giftfritt element, eftersom det kan hanteras utan någon form av skyddskläder. även om inandning och överdrivet intag kan leda till de klassiska symtomen på irritation hos individer. Ångtrycket är mycket lågt, så det är osannolikt att det orsakar brand.
Oorganiska (salter) och organiska germaniums kan emellertid vara farliga för kroppen, trots att deras Ge-atomer interagerar på ett mystiskt sätt med biologiska matriser..
Det är inte riktigt känt om organiskt germanium kan betraktas som ett mirakel för att behandla vissa sjukdomar som en alternativ medicin. Vetenskapliga studier stöder dock inte dessa påståenden utan avvisar dem och märker detta element även som cancerframkallande..
Germanium är inte bara en halvledare, medföljande kisel, selen, gallium och en hel serie element i världen av halvledarmaterial och deras tillämpningar; Den är också transparent för infraröd strålning, vilket gör den användbar för tillverkning av värmedetektorer från olika källor eller regioner..
Artikelindex
Germanium var ett av elementen vars existens förutspåddes 1869 av den ryska kemisten Dmitri Mendeleev i sitt periodiska system. Han kallade det preliminärt ekasilikon och placerade det i ett utrymme på det periodiska bordet mellan tenn och kisel..
1886 upptäckte Clemens A. Winkler germanium i ett mineralprov från en silvergruva nära Freiberg, Sachsen. Det var mineralet som kallas argyrodit på grund av dess höga silverinnehåll och upptäcktes precis 1885.
Argyroditprovet innehöll 73-75% silver, 17-18% svavel, 0,2% kvicksilver och 6-7% ett nytt element, som Winkler senare kallade germanium..
Mendeleev hade förutspått att densiteten hos det element som skulle upptäckas skulle vara 5,5 g / cm3 och dess atomvikt omkring 70. Hans förutsägelser visade sig vara ganska nära de som gjorts av germanium.
År 1886 kunde Winkler isolera den nya metallen och tyckte att den liknade antimon, men han omprövade och insåg att det element han upptäckte motsvarade ekasilicon..
Winkler kallade elementet 'germanium' härstammar från det latinska ordet 'germania', ett ord de använde för att beskriva Tyskland. Av denna anledning utnämnde Winkler det nya elementet germanium efter sitt hemland Tyskland..
1887 bestämde Winkler de kemiska egenskaperna hos germanium och fann en atomvikt på 72,32 genom en analys av ren germaniumtetraklorid (GeCl).4).
Under tiden härledde Lecoq de Boisbaudran en atomvikt på 72,3 genom att studera elementets gnistspektrum. Winkler framställde flera nya föreningar från germanium, inklusive fluorider, klorider, sulfider och dioxider..
På 1920-talet ledde undersökningar av de elektriska egenskaperna hos germanium till utvecklingen av monokristallint germanium med hög renhet.
Denna utveckling möjliggjorde användning av germanium i dioder, likriktare och mikrovågsradarmottagare under andra världskriget..
Den första industriella applikationen kom efter kriget 1947, med uppfinningen av germaniumtransistorer av John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley, som användes i kommunikationsutrustning, datorer och bärbara radioapparater..
1954 började kiseltransistorer med hög renhet förskjuta germaniumtransistorer på grund av de elektroniska fördelar de hade. Och på 1960-talet hade germaniumtransistorer nästan försvunnit..
Germanium visade sig vara en nyckelkomponent i tillverkningen av infraröda (IR) linser och fönster. På 1970-talet producerades kiselgermanium (SiGe) voltaiska celler (PVC) som förblir kritiska för satellitoperationer..
På 1990-talet ökade utvecklingen och utbyggnaden av fiberoptik efterfrågan på germanium. Elementet används för att bilda glaskärnan i fiberoptiska kablar.
Från och med år 2000 ledde högeffektiva PVC och ljusdioder (LED) som använder germanium till en ökning av produktion och konsumtion av germanium..
Silvervit och blank. När det fasta ämnet består av många kristaller (polykristallina) har det en fjällig eller skrynklig yta, full av övertoner och skuggor. Ibland kan det till och med verka så gråaktigt eller svart som kisel..
Under vanliga förhållanden är det ett halvmetalliskt element, sprött och metalliskt lyster..
Germanium är en halvledare, inte särskilt duktil. Den har ett högt brytningsindex för synligt ljus, men är transparent för infraröd strålning, används i utrustningsfönster för att upptäcka och mäta denna strålning..
72,63 u
32
938,25 ºC
2,833 ºC
Vid rumstemperatur: 5,323 g / cm3
Vid smältpunkt (flytande): 5,60 g / cm3
Germanium, som kisel, gallium, vismut, antimon och vatten, expanderar när det stelnar. Av denna anledning är densiteten större i flytande tillstånd än i fast tillstånd..
36,94 kJ / mol
334 kJ / mol
23,222 J / (mol K)
Vid en temperatur på 1644 K är dess ångtryck endast 1 Pa. Detta innebär att dess vätska avger knappast några ångor vid den temperaturen, så det innebär ingen risk för inandning..
2.01 på Pauling-skalan
-Först: 762 kJ / mol
-Andra: 1537 kJ / mol
-Tredje: 3,302,1 kJ / mol
60,2 W / (m K)
1 Ω · m vid 20 ºC
3S cm-1
Diamagnetisk
6.0 på Mohs-skalan
Relativt stabil. Den påverkas inte av luft vid rumstemperatur och oxiderar vid temperaturer över 600 ºC.
6 10-1 N / m vid 1 673,1 K
Det oxiderar vid temperaturer över 600 ° C för att bilda germaniumdioxid (GeOtvå). Germanium ger upphov till två former av oxider: germaniumdioxid (GeOtvå) och germaniummonoxid (GeO).
Germaniumföreningar uppvisar i allmänhet +4-oxidationstillståndet, även om germanium i många föreningar förekommer med +2-oxidationstillståndet. Oxidationstillståndet - 4 förekommer, till exempel i magnesiumgermanid (MgtvåGe).
Germanium reagerar med halogener för att bilda tetrahalider: germaniumtetrafluorid (GeF4gasformig förening; germaniumtetraiodid (GeI4fast förening; germaniumtetraklorid (GeCl4) och germaniumtetrabromid (GeBr4), båda flytande föreningar.
Germanium är inert mot saltsyra; men den attackeras av salpetersyra och svavelsyra. Även om hydroxider i vattenhaltig lösning har liten effekt på germanium, löses det lätt i smält hydroxid för att bilda geronater..
Germanium har fyra valenselektroner enligt sin elektroniska konfiguration:
[Ar] 3d10 4stvå 4ptvå
Liksom kol och kisel hybridiserar deras Ge-atomer sina 4- och 4p-orbitaler för att bilda fyra-sp-hybridorbitaler.3. Med dessa orbitaler binder de för att tillfredsställa valensoktet och har följaktligen samma antal elektroner som ädelgasen från samma period (krypton).
På detta sätt uppstår Ge-Ge kovalenta bindningar, och med fyra av dem för varje atom definieras omgivande tetraeder (med en Ge i mitten och de andra i topparna). Således etableras ett tredimensionellt nätverk genom förskjutning av dessa tetraeder längs den kovalenta kristallen; som beter sig som om det var en enorm molekyl.
Den kovalenta germaniumkristallen antar samma ansiktscentrerade kubiska struktur av diamant (och kisel). Denna allotrop kallas α-Ge. Om trycket ökar till 120 kbar (cirka 118 000 atm) blir α-Ge-kristallstrukturen kroppscentrerad tetragonal (BCT, för dess akronym på engelska: Body-centred tetragonal).
Dessa BCT-kristaller motsvarar den andra allotropen av germanium: β-Ge, där Ge-Ge-bindningarna bryts och arrangeras isolerat, som händer med metaller. Således är a-Ge halvmetalliskt; medan β-Ge är metalliskt.
Germanium kan antingen förlora sina fyra valenselektroner eller få ytterligare fyra för att bli isoelektronisk med krypton..
När den förlorar elektroner i sina föreningar sägs det ha positiva tal eller oxidationstillstånd, i vilka det antas att katjoner med samma laddningar som dessa siffror antas. Bland dessa har vi +2 (Getvå+), +3 (Ge3+) och +4 (Ge4+).
Till exempel har följande föreningar germanium med positiva oxidationsnummer: GeO (Getvå+ELLERtvå-), GeTe (Getvå+Tetvå-), GetvåCl6 (Getvå3+Cl6-), GeOtvå (Ge4+ELLERtvåtvå-) och GeStvå (Ge4+Stvåtvå-).
Medan det får elektroner i sina föreningar har det negativa oxidationsantal. Bland dem är det vanligaste -4; dvs antagandet av anjonen Ge antas4-. På germanides händer detta, och som exempel på dem har vi Li4Ge (Li4+Ge4-) och MgtvåGe (Mgtvåtvå+Ge4-).
Germanium är ett relativt sällsynt element i jordskorpan. Få mineraler innehåller en märkbar mängd av det, bland vilka vi kan nämna: argyrodite (4AgtvåS · GeStvå), germanit (7CuS · FeS · GeStvå), briartit (CutvåFeGeS4), renierite och canfieldite.
De har alla något gemensamt: de är svavel eller svavelhaltiga mineraler. Därför dominerar germanium i naturen (eller åtminstone här på jorden), som GeStvå och inte GeOtvå (i motsats till dess motsvarighet SiOtvå, kiseldioxid, allmänt spridd).
Förutom de mineraler som nämns ovan har germanium också visat sig förekomma i masskoncentrationer på 0,3% i kolavlagringar. Vissa mikroorganismer kan också bearbeta det för att generera små mängder GeHtvå(CH3)två och GeH3(CH3), som hamnar fördrivna mot floder och hav.
Germanium är en biprodukt från bearbetning av metaller som zink och koppar. För att få det måste det genomgå en serie kemiska reaktioner för att reducera svavlet till motsvarande metall; ta bort GeStvå dess svavelatomer så att den förblir som Ge helt enkelt.
Svavelhaltiga mineraler genomgår en rostningsprocess där de värms upp tillsammans med luften för oxidation:
GeStvå + 3 Otvå → GeOtvå + 2 SÅtvå
För att separera germanium från resten omvandlas det till sin respektive klorid, som kan destilleras:
Geotvå + 4 HCl → GeCl4 + 2 timmartvåELLER
Geotvå + 2 Cltvå → GeCl4 + ELLERtvå
Som framgår kan omvandlingen utföras med användning av saltsyra eller klorgas. GeCl4 hydrolyserar sedan tillbaka till GeOtvå, så det fälls ut som ett vitaktigt fast ämne. Slutligen reagerar oxiden med väte för att reducera till metallgermanium:
Geotvå + 2 timmartvå → Ge + 2 HtvåELLER
Minskning som också kan göras med kol:
Geotvå + C → Ge + COtvå
Det erhållna germanium består av ett pulver som formas eller tappas i metallstänger, från vilka strålande germaniumkristaller kan odlas..
Germanium har ingen isotop med stort överflöd i naturen. Istället har den fem isotoper vars överflöd är relativt låga: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) och 76Ge (7,75%). Observera att atomvikten är 72,630 u, vilket genomsnitt alla atommassor med respektive överflöd av isotoperna.
Isotop 76Ge är faktiskt radioaktivt; men dess halveringstid är så stor (t1/2= 1,78 × 10tjugoett år) som praktiskt taget är bland de fem mest stabila isotoperna av germanium. Andra radioisotoper, såsom 68Ge och 71Ge, båda syntetiska, har kortare halveringstider (270,95 dagar respektive 11,3 dagar).
Miljöriskerna för germanium är något kontroversiella. Att vara en lätt tungmetall kan en förökning av dess joner från vattenlösliga salter orsaka skador på ekosystemet. djur och växter kan påverkas av konsumtion av gejoner3+.
Elementärt germanium är säkert så länge det inte är pulveriserat. Om det är i damm kan en luftström dra den till värmekällor eller starkt oxiderande ämnen; och följaktligen finns det risk för brand eller explosion. På samma sätt kan dess kristaller hamna i lungorna eller ögonen och orsaka allvarliga irritationer..
En person kan säkert hantera en germaniumskiva på sitt kontor utan att oroa sig för någon olycka. Detsamma kan emellertid inte sägas för dess oorganiska föreningar; det vill säga dess salter, oxider och hydrider. Till exempel GeH4 eller germanska (analogt med CH4 och YesH4), det är en mycket irriterande och brandfarlig gas.
Nu finns det organiska källor till germanium; Bland dem kan nämnas 2-karboxietylgermaskvioxan eller germanium-132, ett alternativt tillskott som är känt för att behandla vissa sjukdomar; men med bevis tvivlade.
Några av de medicinska effekter som tillskrivs germanium-132 är att stärka immunförsvaret, varför det hjälper till att bekämpa cancer, hiv och aids; reglerar kroppens funktioner, samt förbättrar graden av syresättning i blodet, eliminerar fria radikaler; och botar också artrit, glaukom och hjärtsjukdom.
Organiskt germanium har dock kopplats till allvarliga skador på njurarna, levern och nervsystemet. Det är därför det finns en latent risk när det gäller att konsumera detta germaniumtillskott; Även om det finns de som anser att det är ett mirakel, finns det andra som varnar för att det inte ger någon vetenskapligt bevisad fördel..
Germanium är transparent för infraröd strålning; det vill säga de kan passera genom den utan att bli uppslukade.
Tack vare detta har germaniumglasögon och linser byggts för infraröda optiska enheter; till exempel i kombination med en IR-detektor för spektroskopisk analys, i linser som används i långt infraröda rymdteleskop för att studera de mest avlägsna stjärnorna i universum, eller i ljus- och temperatursensorer.
Infraröd strålning är associerad med molekylära vibrationer eller värmekällor; så de enheter som används i militärindustrin för att se mål med mörkerseende har komponenter gjorda med germanium.
Germanium som halvledarmetalloid har använts för att bygga transistorer, elektriska kretsar, ljusdioder och mikrochips. I det senare har germanium-kisellegeringar och till och med germanium i sig börjat ersätta kisel så att mindre och kraftfullare kretsar kan utformas..
Dess rost, GeOtvå, På grund av dess höga brytningsindex läggs det till glasögonen så att de kan användas i mikroskopi, vidvinkelobjekt och fiberoptik..
Germanium har inte bara kommit att ersätta kisel i vissa elektroniska applikationer, men det kan också kopplas till galliumarsenid (GaAs). Således är denna metalloid också närvarande i solpaneler.
GeOtvå den har använts som en katalysator för polymerisationsreaktioner; till exempel i den som är nödvändig för syntesen av polyetylentereftalat, en plast med vilken glänsande flaskor som säljs i Japan tillverkas.
På samma sätt katalyserar nanopartiklarna i deras platina-legeringar redoxreaktioner där de involverar bildandet av vätgas, vilket gör dessa voltaiska celler mer effektiva..
Slutligen har det nämnts att det finns Ge-Si och Ge-Pt-legeringar. Utöver detta kan dess Ge-atomer läggas till kristaller av andra metaller, såsom silver, guld, koppar och beryllium. Dessa legeringar uppvisar större seghet och kemisk beständighet än deras enskilda metaller..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.