Германий как химический элемент

Элемент германий представляет собой блестящий и хрупкий металлоид из группы углерода. Он визуально похож на кремний и реагирует с кислородом, подобным кремнию. Он также редко встречается в высоких концентрациях. Обнаруженный позже в истории, германий в настоящее время используется для оптики и электроники.

Десять интересных и забавных фактов о Германии
За два десятилетия до его открытия Дмитрий Менделеев предсказал существование германия, основываясь на его положении в периодической таблице. Он назвал элемент экасиликоном.
Германий чуть было не назвали Нептунием в честь открытия Нептуна в 1846 году. Однако название было дано другому элементу. Нынешний нептуний не является этим оригинальным элементом.
Германий используется в педалях эффектов, которые создают плавный тон раннего рок-н-ролла.
Сплавы, содержащие германий, предотвращают потускнение, а также упрочнение стерлингового серебра.
При рафинировании получается германий с примесью 1 часть на 10 10, один из самых чистых материалов, когда-либо найденных.
Сплав германия, урана и родия был первым материалом, который стал сверхпроводником при воздействии сильного электромагнитного поля в 2005 году.
Германий - один из немногих элементов, который расширяется при замерзании, в дополнение к другим, таким как галлий, кремний и висмут.
Это катализатор, который производит определенные пластмассы.
Германий не стал полезным до 1945 года, когда были обнаружены его полупроводниковые свойства, почти через 60 лет после его первоначального открытия.
Период полураспада радиоактивного изотопа германия более чем в 100 миллиардов раз превышает возраст Вселенной.

Элемент германий в Периодической таблице
Германий, атомный символ Ge, имеет атомный номер 32 и находится в группе 14 периодической таблицы, ниже кремния и слева от мышьяка. Этот элемент имеет четыре валентных электрона. Это делает его менее реактивным, потому что для потери или получения четырех электронов потребуется больше энергии.

Электроотрицательность германия составляет 2,01 (по шкале Полинга). Электронная конфигурация германия равна [Ar] 3d10 4s2 4p2. Другие элементы семейства углеродов включают углерод, кремний, свинец, олово и флеровий. Он обладает сходными свойствами со своей группой.

Германий в здоровье
Поскольку германий обычно встречается только в виде следов в рудах и в электронных приложениях, он вряд ли попадет в организм и практически не оказывает воздействия на здоровье. Добавки с германием - это альтернативное лекарство для лечения лейкемии и рака легких. Однако FDA публично заявило, что добавки с германием на самом деле представляют опасность для здоровья людей. Германий - это инъекционное альтернативное лекарство, которое вызывает почечную дисфункцию, стеатоз печени и периферическую невропатию. Люди также умирали от этого лечения, представляя высокие эндогенные уровни в плазме и моче.

Соединения германия обладают низкой токсичностью для млекопитающих, но могут быть токсичными для определенных бактерий. Однако искусственные соединения, такие как тетрахлорид германия и герман, могут раздражать глаза, кожу, легкие и горло.

Применение элемента Германия в современном мире
Для чего используется германий?
Оптика
Германий используется в широкоугольных объективах камер и микроскопах из-за его высокого показателя преломления. В волоконной оптике используется около 60% германия, используемого в США. Он также полезен для тепловизионных изображений в военных целях, в целях ночного видения и пожаротушения.

Электроника
Сплавы кремний-германий являются важным полупроводником. Германий позволяет схемам работать намного быстрее, фактически, в беспроводной связи начинают использоваться сплавы кремния и германия для замены арсенида галлия в качестве более дешевого и эффективного чипа. В солнечных панелях, марсоходах, автомобильных фарах и ЖК-экранах используется германий.

Где находится германий?
Германий является побочным продуктом сфалеритовых цинковых руд. Серебро, свинец и медные руды также содержат германий. Ежегодно производится более 100 тонн, и треть германия перерабатывается. Китай, Россия и США производят больше всего германия.

Когда и как был открыт германий?
Клеменс Винклер обнаружил минерал аргиродит в шахте в 1885 году недалеко от Фрейберга, Саксония. Затем Клеменс Винклер определил, что минерал представляет собой комбинацию серебра, серы и нового элемента, похожего на сурьму. В следующем году Винклер выделил элемент. В конце концов, Винклер обнаружил его сходство с кремнием и назвал его германием. Название происходит от латинского слова Germania, названного в честь родины Винклера.

Химия германия – соединения, реакции, степени окисления, выделение
Химические свойства элемента Германия
Германий окисляется при 250 ° C с образованием GeO 2. Он нерастворим в разбавленных кислотах и щелочах, но бурно реагирует с расплавленными щелочами, образуя германаты.

Соединения германия
Вот несколько распространенных соединений германия и их применение:

Диоксид германия
GeO 2, также называемый солью германия, является основным источником германия, который образуется в результате окисления элементарного германия. Он чаще всего используется для оптики и обладает низкой токсичностью.
Монооксид германия
Хотя диоксид германия не очень хорошо охарактеризован, он вступает в реакцию с металлическим германием, образуя монооксид германия.
Дисульфид германия
Это соединение представляет собой белое кристаллическое твердое вещество. Клеменс Винклер открыл дисульфид германия, потому что он не растворяется в водной кислоте. Сероводород реагирует с тетрахлоридом германия в растворе соляной кислоты с образованием дисульфида германия. Он также естественным образом образуется при сжигании некоторых отходов угледобычи.
Германат висмута
Bi 4 Ge 3 O 12 имеет важное значение в физике элементарных частиц и аэрокосмической промышленности, ядерной медицине, геологии и других отраслях промышленности. Он образуется в кристаллах.
Тетрахлорид германия
GeCl 4 представляет собой бесцветную жидкость с кислым запахом. Он все чаще используется в производстве оптики. Это промежуточное звено для очистки металлического германия GeO 2.

GeH4 сгорает на воздухе с образованием GeO 2 и воды. Атмосфера Юпитера содержит германий. Герман является слабокислым веществом и также используется в полупроводниковой промышленности. Он также очень токсичен и легко воспламеняется. Воздействие может вызвать недомогание, головные боли, головокружение, обморок, рвоту и повреждение почек.

Выделение германия
Обжиг - это процесс нагрева, который превращает рудные концентраты в оксиды. При этом образуются диоксид германия и германат в образующейся пыли. Германаты смешивают с цинком и нейтрализуют, чтобы выделить диоксид германия в виде осадка. Диоксид германия вступает в реакцию с хлором с образованием тетрахлорида германия, который выделяется из других соединений путем дистилляции из-за его низкой температуры кипения. Хлорид германия очищается, а затем гидролизуется, образуя чистый GeO 2. Оставшийся диоксид германия может затем вступать в реакцию с водородом, образуя элемент германий для производства оптических и полупроводниковых приборов. Углерод вступает в реакцию с диоксидом германия, а затем образует элемент германий, используемый для производства стали.

Степени окисления германия
Наиболее распространенной степенью окисления является +4. Также встречается + 2. Степени окисления + 3 и +1 встречаются редко.

Физические свойства элемента Германия
Германий - хрупкий, серебристый и металлический полупроводник.

Символ: Ge
Температура плавления: 938,25°C
Температура кипения: 2833 °C
Плотность (г/см3): 5.323
Атомная масса: 72,64
Атомный номер: 32
Электроотрицательность (шкала Полинга): 2,01
Классификация: Металлоид 14-й группы
Содержание в земной коре (ppm):
Электронная конфигурация: [Ar] 3d10 4s2 4p2
Ключевые изотопы: 68Ge, 70Ge, 71Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge
Встречается в природе в минералах: сфалерит, аргиродит
Токсичность: низкая

Где я могу купить элементарный германий?
Веб-сайты, такие как Nova Elements, продают 1 грамм образцов очищенного металлического германия за 9,90 евро, или около 10 долларов.