германий что это такое и его свойства

Германий что это такое и его свойства

Химический элемент германий и его свойства

Лечебные свойства германия на момент создания Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодической таблицы, еще не были открыто изучены. Великий химик уже их предугадал. А через 15 лет был обнаружен не изученный материал в шахте Фрайберга. В 1886 году из этого минерала уже выделили неизвестный элемент, а сделал это немецкий химик Винклер.

Несмотря на широкий спектр, свое применение он нашел во времена Второй мировой войны. Многие его полезные воздействия уже доказаны, эффективно используются для лечения и профилактики.

Медицина была достаточно активно заинтересована в изучении данного элемента, но только в 70х годах удалось получить лечебные свойства германия.

Японские специалисты задались вопросом изучения германия, уже обосновали его лечебные свойства, применение металла. Настоящее открытие произошло в 1967 году, когда врач Асаи обнаружил, что элемент германий имеет множество лечебных воздействий на здоровье человека.

У германия лечебные свойства:

Помимо всех его положительных сторон, сложность состоит в высокой токсичности больших дозах.

Известному доктору Асаи, после многократного и длительного изучения германия, удалось обосновать следующее развитие механизма действия на системы человека. Предполагалось, что германий в кровеносном русле ведет себя подобно гемоглобину. Он же является переносчиком кислорода в тканях человека. Таким образом, устраняется развитие недостатка кислорода. Элемент германий предотвращает развитие гипоксических и застойных явлений в крови, которые возникают на фоне дефицита гемоглобина. К кислородному голоданию, в свою очередь, очень чувствительна центральная нервная система, печень, миокард и почки.

Источник

Германий, свойства атома, химические и физические свойства

Германий, свойства атома, химические и физические свойства.

72,630(8) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2

Германий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 32. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), четвертом периоде периодической системы.

Общие сведения:

— α-германий с кубической алмазной кристаллической решёткой,

Источник

Германий, свойства атома, химические и физические свойства

Германий, свойства атома, химические и физические свойства.

72,630(8) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2

Германий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 32. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), четвертом периоде периодической системы.

Физические свойства германия

Атом и молекула германия. Формула германия. Строение германия:

Германий – металл. Относится к полуметаллам.

Германий обозначается символом Ge.

Как простое вещество германий при нормальных условиях представляет собой полуметалл серо-белого цвета с металлическим блеском.

Молекула германия одноатомна.

Химическая формула германия Ge.

Строение атома германия. Атом германия состоит из положительно заряженного ядра (+32), вокруг которого по четырем атомным оболочкам движутся 32 электрона. При этом 28 электронов находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку германий расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s- и р- орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома германия на s-орбитали находятся два спаренных электрона и на p-орбитали – два неспаренных электрона. В свою очередь ядро атома германия состоит из 32 протонов и 41 нейтрона.

Радиус атома германия (вычисленный) составляет 125 пм.

Атомная масса атома германия составляет 72,630(8) а. е. м.

Германий, подобно кремнию, является полупроводником.

Изотопы и модификации германия:

Свойства германия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

205* Эмпирический радиус атома германия согласно [1] и [3] составляет 122 пм и 122,5 пм соответственно.

402* Температура плавления германия согласно [3] и [4] составляет 937,45 °С (1210,6 K, 1719,41 °F) и 937 °C (1210,15 K, 1718,6 °F) соответственно.

403* Температура кипения германия согласно [3] и [4] составляет 2829,85 °С (3103 K, 5125,73 °F) и 2850 °C (3123,15 K, 5162 °F) соответственно.

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔH_пл) германия согласно [3] и [4] составляет 36,8 кДж/моль и 37 кДж/моль соответственно.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔH_кип) германия согласно [3] составляет 328 кДж/моль.

410* Молярная теплоёмкость германия согласно [3] составляет 23,32 Дж/(K·моль).

Физические свойства германия:

Химические свойства германия. Взаимодействие германия. Реакции с германием:

1. Реакция взаимодействия германия и атомарного водорода:

В результате реакции образуется гидрид германия.

2. Реакция взаимодействия германия и кислорода:

В результате реакции образуется оксид германия.

3. Реакция взаимодействия германия и фтора:

В результате реакции образуется фторид германия.

4. Реакция взаимодействия германия и хлора:

В результате реакции образуется хлорид германия.

5. Реакция взаимодействия германия и брома:

Ge + 2Br₂ → GeBr₄ (t = 350 °C).

В результате реакции образуется бромид германия.

6. Реакция взаимодействия германия и йода:

Ge + 2I₂ → GeI₄ (t = 560 °C).

В результате реакции образуется йодид германия.

7. Реакция взаимодействия германия и серы:

Ge + 2S → GeS₂ (t = 600-860 °C),

Ge + S → GeS (t = 1000 °C).

В результате реакции образуется в первом случае сульфид германия (IV), во втором – сульфид германия (II).

8. Реакция взаимодействия германия и селена:

Ge + Se → GeSe (t = 600-700 °C).

В результате реакции образуется селенид германия.

9. Реакция взаимодействия германия и оксида углерода:

Ge + CO₂ → GeO + CO (t = 700-900 °C).

В результате реакции образуются оксид германия (II) и оксид углерода (II).

10. Реакция взаимодействия германия и оксида германия (IV):

GeO₂ + Ge → 2GeO (t = 1350-1400 °C).

В результате реакции образуется оксид германия (II).

11. Реакция взаимодействия германия и оксида серы:

В результате реакции образуются оксид германия (IV) и сульфид германия.

12. Реакция взаимодействия германия и фтороводорода:

В результате реакции образуются фторид германия (II) и водород. В ходе реакции используется жидкий фтороводород. Реакция протекает при избыточном давлении.

13. Реакция взаимодействия германия и сероводорода:

Ge + H₂S → GeS + H₂ (t = 600-800 °C).

В результате реакции образуются сульфид германия (II) и водород.

14. Реакция взаимодействия германия и азотной кислоты:

В результате реакции в первом случае образуются германиевая кислота, оксид азота и вода, во втором – оксид германия, оксид азота и вода. В ходе реакции в обоих случаях используется концентрированная азотная кислота. Вторая реакция протекает медленно.

Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.

15. Реакция взаимодействия германия и хлорида германия (IV):

В результате реакции образуется хлорид германия (II).

16. Реакция взаимодействия германия, гидроксида натрия и пероксида водорода:

В результате реакции в первом случае образуются германат натрия и вода, во втором гексагидроксогерманат натрия. В ходе реакции в первом случае используется разбавленный раствор гидроксида натрия, во втором – концентрированный раствор гидроксида натрия.

17. Реакция взаимодействия германия, гидроксида калия и пероксида водорода:

В результате реакции образуется гексагидроксогерманат калия.

Источник

Германий: история, свойства, строение, получение, применение

Содержание:

В германий Это металлоидный элемент, который представлен химическим символом Ge и принадлежит к 14 группе периодической таблицы. Он находится под кремнием и разделяет с ним многие его физические и химические свойства; Настолько, что когда-то его назвали Экасиличио, предсказанное самим Дмитрием Менделеевым.

Его нынешнее название было дано Клеменсом Винклером в честь своей родины, Германии. Следовательно, германий связан с этой страной, и что это первый образ, который вызывает в памяти тех, кто не знает его.

Германий, как и кремний, состоит из ковалентных кристаллов трехмерной тетраэдрической решетки со связями Ge-Ge. Точно так же его можно найти в монокристаллической форме, в которой его зерна большие, или в поликристаллической форме, состоящей из сотен мелких кристаллов.

При атмосферном давлении это полупроводниковый элемент, но когда оно поднимается выше 120 кбар, он становится металлическим аллотропом; то есть, возможно, связи Ge-Ge разорваны, и они расположены индивидуально, обернутые в море своих электронов.

Он считается нетоксичным элементом, так как с ним можно работать без какой-либо защитной одежды; хотя его вдыхание и чрезмерное проглатывание может вызывать у людей классические симптомы раздражения. Его давление паров очень низкое, поэтому его дым вряд ли может вызвать пожар.

Однако неорганический (соли) и органический германий могут быть опасны для организма, несмотря на то, что их атомы Ge загадочным образом взаимодействуют с биологическими матрицами.

На самом деле не известно, можно ли считать органический германий чудодейственным средством для лечения определенных заболеваний в качестве альтернативной медицины. Однако научные исследования не подтверждают эти утверждения, но отвергают их и называют этот элемент канцерогенным.

История

Прогнозы Менделеева

Германий был одним из элементов, существование которого было предсказано в 1869 году русским химиком Дмитрием Менделеевым в его периодической таблице. Он условно назвал его экасиликом и поместил в периодической таблице между оловом и кремнием.

В 1886 году Клеменс А. Винклер обнаружил германий в образце минерала из серебряного рудника недалеко от Фрайберга, Саксония. Это был минерал аргиродит из-за высокого содержания серебра, открытый только в 1885 году.

Образец аргиродита содержал 73-75% серебра, 17-18% серы, 0,2% ртути и 6-7% нового элемента, который Винклер позже назвал германием.

Менделеев предсказал, что плотность обнаруживаемого элемента должна быть 5,5 г / см 3 и его атомный вес около 70. Его предсказания оказались довольно близкими к предсказаниям германия.

Изоляция и имя

В 1886 году Винклер смог выделить новый металл и обнаружил, что он похож на сурьму, но он пересмотрел и понял, что обнаруженный им элемент соответствует экасилицию.

Винклер назвал элемент «германий», образованный от латинского слова «германия», слова, которое они использовали для обозначения Германии. По этой причине Винклер назвал новый элемент германием в честь своей родной Германии.

Определение его свойств

В 1887 году Винклер определил химические свойства германия, найдя атомный вес 72,32 путем анализа чистого тетрахлорида германия (GeCl₄).

Между тем, Лекок де Буабодран вывел атомный вес 72,3, изучая спектр искры элемента. Винклер приготовил несколько новых соединений из германия, включая фториды, хлориды, сульфиды и диоксиды.

В 1920-х годах исследования электрических свойств германия привели к созданию монокристаллического германия высокой чистоты.

Эта разработка позволила использовать германий в диодах, выпрямителях и микроволновых радиолокационных приемниках во время Второй мировой войны.

Разработка ваших приложений

Первое промышленное применение появилось после войны в 1947 году, когда Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли изобрели германиевые транзисторы, которые использовались в коммуникационном оборудовании, компьютерах и портативных радиоприемниках.

В 1954 году кремниевые транзисторы высокой чистоты начали вытеснять германиевые транзисторы в пользу тех электронных преимуществ, которыми они обладали. А к 1960-м годам германиевые транзисторы практически исчезли.

Германий оказался ключевым компонентом в создании инфракрасных (ИК) линз и окон. В 1970-х годах были произведены кремниево-германиевые (SiGe) гальванические элементы (PVC), которые остаются критически важными для работы спутников.

В 1990-х годах развитие и распространение волоконной оптики увеличили спрос на германий. Элемент используется для формирования стеклянной сердцевины волоконно-оптических кабелей.

Начиная с 2000 года, высокоэффективные ПВХ и светодиоды (LED), в которых используется германий, вызвали рост производства и потребления германия.

Физические и химические свойства

вид

Серебристый и блестящий белый. Когда его твердое тело состоит из множества кристаллов (поликристаллических), оно имеет чешуйчатую или морщинистую поверхность, полную оттенков и теней. Иногда он может даже казаться сероватым или черным, как кремний.

В стандартных условиях это полуметаллический элемент, хрупкий и металлический блеск.

Стандартный атомный вес

Атомный номер (Z)

Температура плавления

Точка кипения

Плотность

При комнатной температуре: 5,323 г / см 3

При температуре плавления (жидкость): 5,60 г / см 3

Германий, как кремний, галлий, висмут, сурьма и вода, расширяется при затвердевании. По этой причине его плотность в жидком состоянии выше, чем в твердом.

Теплота плавления

Теплота испарения

Молярная калорийность

Давление газа

При температуре 1644 K давление его пара составляет всего 1 Па. Это означает, что его жидкость практически не выделяет пар при этой температуре, поэтому это не означает риска вдыхания.

Электроотрицательность

2,01 по шкале Полинга

Энергии ионизации

-Первый: 762 кДж / моль

-Второй: 1537 кДж / моль

-Третий: 3302,1 кДж / моль

Теплопроводность

Удельное электрическое сопротивление

Электропроводность

Магнитный заказ

Твердость

Стабильность

Относительно стабильный. Он не подвергается воздействию воздуха при комнатной температуре и окисляется при температуре выше 600 ° C.

Поверхностное натяжение

Реактивность

Он окисляется при температуре выше 600 ° C с образованием диоксида германия (GeO₂). Германий производит две формы оксидов: диоксид германия (GeO₂) и оксид германия (GeO).

Германий реагирует с галогенами с образованием тетрагалогенидов: тетрафторида германия (GeF₄), газообразное соединение; тетраиодид германия (GeI₄), твердое соединение; тетрахлорид германия (GeCl₄) и тетрабромид германия (GeBr₄), оба жидкие соединения.

Германий инертен по отношению к соляной кислоте; но он поражается азотной и серной кислотами. Хотя гидроксиды в водном растворе мало влияют на германий, он легко растворяется в расплавленных гидроксидах с образованием геронатов.

Структура и электронная конфигурация

Германий и его связи

В соответствии с его электронной конфигурацией, германий имеет четыре валентных электрона:

[Ar] 3d 10 4 с 2 4p 2

Таким образом, возникают ковалентные связи Ge-Ge, и, имея четыре из них для каждого атома, определяются окружающие тетраэдры (с одним Ge в центре и другими в вершинах). Таким образом, трехмерная сетка устанавливается путем смещения этих тетраэдров вдоль ковалентного кристалла; который ведет себя так, как будто это огромная молекула.

Аллотропы

Числа окисления

Германий может либо потерять четыре валентных электрона, либо получить еще четыре, чтобы стать изоэлектронным с криптоном.

Когда он теряет электроны в своих соединениях, говорят, что он имеет положительные числа или состояния окисления, в которых предполагается существование катионов с такими же зарядами, как эти числа. Среди них +2 (Ge 2+ ), +3 (Ge 3+ ) и +4 (Ge 4+ ).

Например, следующие соединения имеют германий с положительной степенью окисления: GeO (Ge 2+ ИЛИ 2- ), GeTe (Ge 2+ Чай 2- ), Ge₂Cl₆ (Ge₂ 3+ Cl₆ – ), GeO₂ (Ge 4+ ИЛИ₂ 2- ) и GeS₂ (Ge 4+ S₂ 2- ).

Где найти и получить

Сернистые минералы

У всех них есть что-то общее: это сера или серные минералы. Поэтому германий преобладает в природе (или, по крайней мере, здесь, на Земле), как и GeS.₂ а не GeO₂ (в отличие от своего аналога SiO₂, кремнезем, широко распространенный).

В дополнение к упомянутым выше минералам германий также обнаружен в угольных месторождениях в массовых концентрациях 0,3%. Кроме того, некоторые микроорганизмы могут обрабатывать его для образования небольших количеств GeH.₂(CH₃)₂ и GeH₃(CH₃), которые в конечном итоге смещаются в сторону рек и морей.

Поджаренный

Минералы серы подвергаются процессу обжига, в ходе которого они нагреваются вместе с воздухом, так что происходит окисление:

Чтобы отделить германий от остатка, он превращается в соответствующий хлорид, который можно перегонять:

Как видно, превращение можно проводить с использованием соляной кислоты или газообразного хлора. GeCl₄ затем гидролизуется обратно в GeO₂, поэтому он выпадает в осадок в виде беловатого твердого вещества. Наконец, оксид реагирует с водородом и восстанавливается до металлического германия:

Уменьшение, которое также можно сделать с помощью древесного угля:

Полученный германий состоит из порошка, который формуют или утрамбовывают в металлические стержни, из которых можно выращивать излучающие кристаллы германия.

Изотопы

В природе германий не содержит изотопов с высоким содержанием изобилия. Вместо этого в нем пять изотопов, содержание которых относительно невелико: 70 Ge (20,52%), 72 Ge (27,45%), 73 Ge (7,76%), 74 Ge (36,7%) и 76 Ge (7,75%). Обратите внимание, что атомный вес составляет 72,630 ед., Что является средним значением всех атомных масс с соответствующими содержаниями изотопов.

Изотоп 76 Ge на самом деле радиоактивен; но его период полураспада настолько велик (т_1/2= 1.78×10 21 лет), который практически входит в пятерку самых стабильных изотопов германия. Другие радиоизотопы, такие как 68 Ge и 71 Ge, оба синтетические, имеют более короткий период полураспада (270,95 дня и 11,3 дня соответственно).

Риски

Элементарный и неорганический германий

Элементарный германий не представляет опасности, пока он не измельчен. Если он находится в пыли, поток воздуха может унести его к источникам тепла или сильно окисляющим веществам; и, следовательно, существует опасность возгорания или взрыва. Кроме того, его кристаллы могут попадать в легкие или глаза, вызывая сильное раздражение.

Человек может безопасно обращаться с германиевым диском в своем офисе, не беспокоясь ни о каких авариях. Однако этого нельзя сказать о его неорганических соединениях; то есть его соли, оксиды и гидриды. Например, GeH₄ или германский (аналог CH₄ и SiH₄), это очень раздражающий и легковоспламеняющийся газ.

Органический германий

Теперь есть органические источники германия; Среди них можно упомянуть 2-карбоксиэтилгермасквиоксан или германий-132, альтернативную добавку, известную для лечения определенных заболеваний; хотя с доказательствами ставятся под сомнение.

Некоторые из лечебных эффектов, приписываемых германию-132, заключаются в укреплении иммунной системы, поэтому он помогает бороться с раком, ВИЧ и СПИДом; регулирует функции организма, а также улучшает степень оксигенации крови, устраняет свободные радикалы; а также излечивает артрит, глаукому и болезни сердца.

Однако органический германий был связан с серьезным повреждением почек, печени и нервной системы. Вот почему существует скрытый риск, когда дело доходит до употребления этой добавки германия; Что ж, хотя есть те, кто считает это чудодейственным лекарством, есть другие, которые предупреждают, что оно не дает никаких научно доказанных преимуществ.

Приложения

Инфракрасная оптика

Германий прозрачен для инфракрасного излучения; то есть они могут проходить через него, не впитываясь.

Благодаря этому были созданы германиевые очки и линзы для инфракрасных оптических устройств; например, в сочетании с ИК-детектором для спектроскопического анализа в линзах, используемых в космических телескопах дальнего инфракрасного диапазона для изучения самых далеких звезд во Вселенной, или в датчиках света и температуры.

Инфракрасное излучение связано с молекулярными колебаниями или источниками тепла; Таким образом, устройства, используемые в военной промышленности для наблюдения за целями ночного видения, содержат компоненты, изготовленные из германия.

Полупроводниковый материал

Германий как полупроводниковый металлоид используется для создания транзисторов, электрических схем, светодиодов и микрочипов. В последнем случае германий-кремниевые сплавы и даже германий сами по себе начали заменять кремний, так что могут быть разработаны все более компактные и более мощные схемы.

Его ржавчина, GeO₂Благодаря высокому показателю преломления его добавляют в очки, чтобы их можно было использовать в микроскопии, широкоугольных объективах и волоконной оптике.

Германий пришел не только на замену кремнию в некоторых электронных устройствах, он также может быть связан с арсенидом галлия (GaAs). Таким образом, этот металлоид также присутствует в солнечных батареях.

Катализаторы

Гео₂ он использовался в качестве катализатора реакций полимеризации; например, в той, которая необходима для синтеза полиэтилентерефталата, пластика, из которого изготавливаются блестящие бутылки, продаваемые в Японии.

Точно так же наночастицы их платиновых сплавов катализируют окислительно-восстановительные реакции, в которых они включают образование газообразного водорода, что делает эти гальванические элементы более эффективными.

Сплавы

Наконец, было упомянуто, что существуют сплавы Ge-Si и Ge-Pt. Помимо этого, его атомы Ge можно добавлять в кристаллы других металлов, таких как серебро, золото, медь и бериллий. Эти сплавы обладают большей пластичностью и химической стойкостью, чем их отдельные металлы.

Ссылки

6 отличий анархизма от марксизма

9 документальных фильмов о философии, которые заставят задуматься

Источник