Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Германій


Кристал германію

План:


Введення

Германій - хімічний елемент з атомним номером 32 в періодичній системі, позначається символом Ge ( ньому. Germanium ).


1. Історія

Елемент був передбачений Д. І. Менделєєвим (як ека-кремній) і відкритий в 1885 німецьким хіміком Клеменсом Вінклером при аналізі мінералу аргиродита Ag 8 GeS 6.

2. Походження назви

Названий на честь Німеччині, батьківщини Вінклера.

3. Знаходження в природі

Загальний вміст германію в земній корі 7 10 -4% по масі, тобто більше, ніж, наприклад, сурми, срібла, вісмуту. Германій внаслідок незначного вмісту в земній корі і геохімічного спорідненості з деякими широко поширеними елементами виявляє обмежену здатність до утворення власних мінералів, розсіюючись в гратах інших мінералів. Тому власні мінерали германію зустрічаються виключно рідко. Майже всі вони є сульфосолі : германій Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), аргіродіт Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), конфільдіт Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (до 2% Ge) і ін Основна маса германію розсіяна в земній корі у великому числі гірських порід та мінералів. Так, наприклад, в деяких сфалериту вміст германію сягає кілограмів на тонну, в енаргітах до 5 кг / т, в піраргіріте до 10 кг / т, в сульваніте і франкеіте 1 кг / т, в інших сульфідах і силікату - сотні й десятки г / т. Германій концентрується в родовищах багатьох металів - в сульфідних рудах кольорових металів, в залізних рудах, в деяких окисних мінералах ( хроміт, магнетит, рутил та ін), в гранітах, Діабаз і базальтах. Крім того, германій присутній майже у всіх силікату, в деяких родовищах кам'яного вугілля і нафти. Концентрація германію в морській воді 6 10 -5 мг / л [2].


4. Отримання

Германій зустрічається у вигляді домішки до поліметалічних, нікелевим, вольфрамовим рудам, а також в силікату. У результаті складних і трудомістких операцій зі збагачення руди та її концентрування германій виділяють у вигляді оксиду GeO 2, який відновлюють воднем при 600 C до простого речовини:

GeO 2 + 2 H 2 = Ge + ​​2 H 2 O.

Очищення та вирощування монокристалів германію проводиться методом зонної плавки.


5. Фізичні властивості

Кристалічна структура германію.

Кристалічна решітка германію кубічна гранецентрованої типу алмаза, просторова група F d3m, параметр а = 0,5658 нм.


5.1. Механічні властивості [3]

  • Швидкість звуку (t = 20 25 C) в різних напрямках 1000 м / с.
    • L 100: 4,92
    • S 100: 3,55
    • L 110: 5,41
    • S 110: 2,75
    • L 111: 5,56
    • S 111: 3,04

5.2. Електронні властивості

Германій є типовим непрямозонних напівпровідником.

Легований галієм германій в тонкій плівці можна привести в надпровідний стан [6].


5.3. Ізотопи

У природі зустрічається п'ять ізотопів : 70 Ge (20,55% мас.), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%), 76 Ge (7,67%). Перші чотири стабільні, п'ятий (76 Ge) відчуває подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду 1,58 10 21 років. Крім цього існує два "довгоживучих" штучних: 68 Ge (час напіврозпаду 270,8 дня) і 71 Ge (час напіврозпаду 11,26 дня).


6. Хімічні властивості

У хімічних сполуках германій зазвичай проявляє валентності 4 або 2. З'єднання з валентність 4 стабільніше. При нормальних умовах стійкий до дії повітря та води, лугів і кислот, розчинний у царській горілці і в лужному розчині перекису водню. Застосування знаходять сплави германію та скла на основі діоксиду германію.

6.1. З'єднання германію

6.1.1. Неорганічні

  • Солі
    • Галогеніди
      • Бромід германію (IV) G e B r 4
      • Йодид германія (II) G e I 2
      • Йодид германію (IV) G e I 4
      • Фторид германію (IV) G e F 4
      • Хлорид германію (IV) G e C l 4
    • Нітрид германію (IV) G e 3 N 4
    • Сульфід германію (II) G e S
    • Сульфід германію (IV) G e S 2
    • Сульфат германію (IV) G e (S O 4) 2

6.1.2. Органічні

Германійорганіческіе з'єднання - металоорганічні сполуки містять зв'язок "германій- вуглець ". Іноді ними називаються будь-які органічні сполуки, що містять германій.

Перше германоорганіческое з'єднання - тетраетілгерман, було синтезовано німецьким хіміком Клеменсом Вінклером ( ньому. Clemens Winkler ) В 1887 році


  • Тетраметілгерман (Ge (CH 3) 4)
  • Тетраетілгерман (Ge (C 2 H 5) 4).
  • Ізобутілгерман ((CH 3) 2 CHCH 2 GeH 3)

7. Застосування

7.1. Оптика

  • Завдяки прозорості в інфрачервоній області спектра металевий германій надвисокої чистоти має стратегічне значення у виробництві оптичних елементів інфрачервоної оптики : лінз, призм, оптичних вікон датчиків [7] [8]. Найбільш важлива область застосування - оптика тепловізійних камер, що працюють в діапазоні довжин хвиль від 8 до 14 мікрон. Такі пристрої використовуються в системах пасивного тепловидения, військових системах інфрачервоного наведення, приладах нічного бачення, протипожежних системах. Германій також використовується в ІК- спектроскопії в оптичних приладах, що використовують високочутливі ІЧ-датчики [8]. Матеріал має дуже високим показником заломлення (4,0) і вимагає використання покриття антивідблиску. Зокрема, використовується покриття з дуже твердого алмазоподібних вуглецю, з показником заломлення 2,0 [9] [10].
  • Найбільш помітні фізичні характеристики оксиду германію (GeO 2) - його високий показник заломлення і низька оптична дисперсія. Ці властивості знаходять застосування у виготовленні ширококутних об'єктивів камер, мікроскопії, і виробництві оптичного волокна.
  • Тетрахлорид германію завдяки своїй високій мірі рефракції і низькому оптичному розсіювання застосовується у виробництві оптоволокна.
  • Зміни оптичних властивостей при фазовому переході сплаву GeSbTe використовується при виробництві Перезаписуваних DVD. [11]

7.2. Радіоелектроніка

  • Германій використовується у виробництві напівпровідникових приладів: транзисторів і діодів. Германієві транзистори і детекторні діоди мають характеристики, відмінними від кремнієвих, зважаючи меншої напруги відмикання pn-переходу в германии - 0,35-0,4 У проти 0,6-0,7 В у кремнієвих приладів [12]. Крім того, зворотні струми у германієвих приладів на кілька порядків більше таких у кремнієвих - скажімо, в однакових умовах кремнієвий діод буде мати зворотний струм 10 пА, а германієвий - 100 нА, що в 10000 разів більше [13]. До 1960-х рр.. германієві напівпровідникові прилади використовувалися повсюдно. За радянським ГОСТ 10862-64 (1964 р.) і пізнішим стандартам, германієві напівпровідникові прилади мають позначення, що починаються з літери Г або цифри 1, наприклад: ГТ313, 1Т308 - високочастотні малопотужні транзистори, ГД507 - імпульсний діод. До того транзистори мали індекси, що починаються з літер С, Т або П (МП), а діоди - Д, і визначити матеріал приладу по індексу було неможливо; втім, більшість з них були германієві. В даний час германієві діоди і транзистори практично повністю витіснені кремнієвими.
  • Теллурід германію застосовується як стабільний термоелектричний матеріал і компонент термоелектричних сплавів (термо- ЕРС 50 мкв / К).

7.3. Інші застосування

8. Економіка

8.1. Виробництво

8.2. Споживання

8.3. Ціни

Рік Ціна
( $ / кг) [14]
1999 1400
2000 1250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1240
2008 1490
2009 950


Середні ціни на германій в 2007 році / за матеріалами infogeo.ru / metalls

  • Германій металевий $ 1200/кг
  • Германій диоксид (двоокис) $ 840/кг

9. Біологічна роль

Германій виявлений в тваринних і рослинних організмах. Малі кількості германію не надають фізіологічної дії на рослини, але токсичні у великих кількостях. Германій нетоксичний для цвілевих грибків.

Для тварин германій малотоксичний. У сполук германію не виявлено фармакологічну дію. Допустима концентрація германію та його оксиду в повітрі - 2 мг / м , тобто така ж, як і для азбестової куряви.

Сполуки двовалентного германію значно більш токсичні [15].


Примітки

  1. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т. - Київ: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1. - С. 531. - 623 с. - 100000 прим .
  2. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  3. 1 2 Фізичні величини: довідник / А. П. Бабічев Н. А. Бабушкіна, А. М. Бартковський та ін під ред. І. С. Григор 'єва, Е. З. Мейліхова. - М.; Вища школа, 1991. - 1232 с - ISBN 5-283-04013-5
  4. Баранський П.І., Клоччя В. П., Потикевіч І. В. Напівпровідникова електроніка. Властивості матеріалів: Довідник. Київ: Наукова думка, 1975. 704с
  5. 1 2 3 Зі С. Фізика напівпровідникових приладів. М.: Мир, 1984. 455с
  6. Compulenta - www.compulenta.ru/science/physics/429661/
  7. Rieke, GH (2007). "Infrared Detector Arrays for Astronomy". Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: 77. DOI : 10.1146/annurev.astro.44.051905.092436 - dx.doi.org/10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
  8. 1 2 Brown, Jr., Robert D. Germanium - minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220400.pdf (pdf). US Geological Survey (2000). Фотогалерея - www.webcitation.org/617vq77UU з першоджерела 22 серпня 2011.
  9. Lettington, Alan H. (1998). "Applications of diamond-like carbon thin films". Carbon 36 (5-6): 555-560. DOI : 10.1016/S0008-6223 (98) 00062-1 - dx.doi.org/10.1016/S0008-6223 (98) 00062-1.
  10. Gardos, Michael N.; Bonnie L. Soriano, Steven H. Propst (1990). "Study on correlating rain erosion resistance with sliding abrasion resistance of DLC on germanium". Proc. SPIE, 1325 (Mechanical Properties): 99. DOI : 10.1117/12.22449 - dx.doi.org/10.1117/12.22449.
  11. Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition - www.osta.org / technology / pdf / dvdqa.pdf (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). (Недоступна посилання)
  12. Напівпровідники. Принцип дії. Властивості електронно-діркових переходів. - Принцип дії - principact.ru/content/view/145/108/1/4 /
  13. Тітце У., Шенк К. Напівпровідникова схемотехніка М.: Мир, 1982, 512 с.
  14. RN Soar. (January 2003 - minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220303.pdf, January 2004 - minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/germamcs04.pdf, January 2005 - minerals.usgs. gov/minerals/pubs/commodity/germanium/germamcs05.pdf, January 2006 - minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/germamcs06.pdf, January 2007 - minerals.usgs.gov / minerals / pubs / commodity / germanium/germamcs07.pdf). "Germanium" (pdf). US Geological Survey Mineral Commodity Summaries: 1-2. Перевірено 2008-08-28.
  15. Назаренко В. А. Аналітична хімія германію. М., Наука, 1973. 264 с.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru