Գերմանիում

32	Գալիում ← Գերմանիում → Արսեն
	Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 32Ge
	; Բաց մոխրագույն, փխրուն պինդ նյութ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Գերմանիում/ Germanium (Ge), Ge, 32
Խումբ, պարբերություն, բլոկ	4, 5, p
Ատոմային զանգված ; (մոլային զանգված)	72,630(8) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Ատոմի շառավիղ	122,5 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	122 պմ
Իոնի շառավիղ	(+4e) 53 (+2e) 73 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	2,01 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	0
Օքսիդացման աստիճաններ	4, 2
Իոնացման էներգիա ; (առաջին էլեկտրոն)	760,0 (7,88) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	1210,6 K
Եռման ջերմաստիճան	3103 K
Մոլյար ջերմունակություն	23,32 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	13,6 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	ադամանդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	5,660 Å
Դեբայի ջերմաստիճան	360 K Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 60,2 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Գերմանիում (լատին․՝ Germanium), Ge, տարրերի պարբերական համակարգի 5-րդ պարբերության 4-րդ խմբի քիմիական տարր, կարգահամարը՝ 32, ատոմական զանգվածը՝ 72,60։ Ունի հինգ կայուն իզոտոպ՝ ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷³Ge, ⁷⁴Ge և ⁷⁵Ge համապատասխանաբար՝ 20,55%, 27,35%, 7,78%, 76 5% և 7,86%։

32	Գերմանիում
Ge 72,61
3d¹⁰4s²4p²

Արհեստականորեն ստացվել են գերմանիումի բազմաթիվ ռադիոակտիվ իզոտոպները։ Գերմանիումը p տարր է, նրա ատոմի արտաքին Էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքն Է՝ 4s²4p²։ Գերմանիումը հայտնաբերել է գերմանացի քիմիկոս Կ․ Վինկլերը (1886) և անվանել ի պատիվ իր հայրենիքի։

Հայտնաբերման պատմություն և ստուգաբանություն

Ալեքսանդր Կլեմենկս Վինկլեր

1869 թվականին ռուս քիմիկոս Դմիտրի Մենդելեևը հայտնեց մի քանի քիմիական տարրերի գոյություն մասին, այդ թվում նաև գերմանիումի։ 1870 թվականի դեկտեմբերի 11-ին Մենդելեևը իր հոդվածում որոշել էր տվյալ տարրի ատոմային զանգվածը և հատկությունները։

1885 թվականին Ֆրայբերգը հանքավայրերից մեկում հայտնաբերեց մի նոր հանքաքար։ Գերմանացի քիմիկոս Կլեմեքս Վինկլերը քիմիական անալիզի ժամանակ հայտնաբերեց մի նոր քիմիական տարր։ 1886 թվականին գիտնականներին հաջողվեց հայտնաբերել այդ տարրը։

Վինկլերը նոր տարրը բացահայտելուց հետո այն անվանեց Germanium, իսկ քիմիական նշանը՝ Ge^[3]: 1886-1887 թվականներին Վինկլերը մանրամասն նկարագրեց գերմանիումի^[4]^[5] հատկությունները։ Սկզբում Վինկլերը ցանկանում էր տարրը անվանել «նեպտունիում», բայց այդ անվանումը արդեն տրվել էր մեկ ուրիշ տարրի, այդ պատճառով էլ անվանեցին ի պատիվ իր հայրենիքի՝ Գերմանիա։

1930-ական թվականների վերջին գերմանիումը չէր օգտագործվում արդյունաբերությունում^[6]։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ գերմանիումը օգտագործվում էր որոշ էլեկտրական սարքերում, հիմնականում դիոդներում^[7]։

Բնության մեջ

Գերմանիումի պարունակությունը երկրակեղևում 7•10⁻⁴ % է (ըստ զանգվածի)։ Ցրված տարր է, մտնում է բազմաթիվ ապարների և միներալների բաղադրության մեջ։ Գերմանիումի միներալները՝

գերմանիտ Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄ (6-10 % Ge),
արգիրոդիտ Ag₈GeS₆,
կոնֆիլդիտ Ag₈(Sn, Ge) S₆ (մինև 2 % Ge) և այլն, չափազանց հազվագյուտ են։

Գերմանիումի կոնցենտրացիան ծովի ջրերում կազմում է 6·10⁻⁵ մգ/լ^[8]։

Ստացում

Գերմանիումը արդյունաբերության մեջ ստանում են հիմնականում գունավոր մետաղների հանքերի (օրրնակ ցինկի փայլ) վերամշակման կողմնակի արգասիքներից, որոնք պարունակում են 0,001-0,1 % գերմանիում։

{\mathsf {GeO_{2}+2H_{2}\rightarrow Ge+2H_{2}O}}

Որպես հումք օգտագործում են նաև քարածխի մոխիրը, գազագեներա-տորների փոշին ն կոքսաքիմիական գործարանների մնացուկները։ Չափազանց մաքուր գերմանիում ստանում են զոնային հալումով և օգտագործում դիողներ, տրիոդներ, դետեկտորներ, ուժային ուղղիչներ պատրաստելու համար։

Ֆիզիկական հատկություններ


Գերմանիումի բյուրեղացանցի կառուցվածքը

Գերմանիումը բաց մոխրագույն, փխրուն պինդ նյութ է,

հալման ջերմաստիճանը՝ 937,5 °C,
եռմանը՝ 2700 °C,
խտությունը՝ 5327 կգ/մ³։

Թափանցիկ է ինֆրակարմիր ճառագայթների համար, կիսահաղորդիչ է (ΔЕ= 0,69 էվ, 1,104 10⁻¹⁹ ջ, 25 °С)։ Խառնուրդների ակայությունը և տաքացումը մեծացնում են նրա էլեկտրահաղորդականությունը։ Ստացված ամենամաքուր գերմանիումի տեսակարար դիմադրությունը՝ 60 օհմ•սմ (25 °C)։

Միացություններում 2 և 4 արժեքանի է։ Մետաղների լարման շարքում գտնվում է պղնձի և արծաթի միջև։ Սովորական ջեմաստիճաններում կայուն է օդի, ջրի, ալկալիների և նոսր թթուների նկատմամբ։ Ազոտական թթվում և խիտ ծծմբական թթվում օքսիդանում է։ Տեշտությամբ լուծվում է արքայաջրում և H₂O₂ պարունակող ալկալիների լուծույթներում։

Իզոտոպներ

Ունի հինգ կայուն իզոտոպ՝ ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷³Ge, ⁷⁴Ge և ⁷⁵Ge համապատասխանաբար՝ 20,55%, 27,35%, 7,78%, 76 5% և 7,86%։

Նուկլիդի բանաձև	Z(p)	N(n)	Իզոտոպի կշիռ< (զ. ա. մ.)	Կայունություն (T_1/2)	Սպին և Միջուկի զույգություն
Նուկլիդի բանաձև	Գրգռման էներգիա			Կայունություն (T_1/2)	Սպին և Միջուկի զույգություն
⁵⁸Ge	32	26	57,99101		0+
⁵⁹Ge	32	27	58,98175		7/2-
⁶⁰Ge	32	28	59,97019	30 մվ	0+
⁶¹Ge	32	29	60,96379	39 մվ	3/2-
⁶²Ge	32	30	61,95465	129 մվ	0+
⁶³Ge	32	31	62,94964	142 մվ	3/2-
⁶⁴Ge	32	32	63,94165	63,7 վրկ	0+
⁶⁵Ge	32	33	64,93944	30,9 վրկ	3/2-
⁶⁶Ge	32	34	65,93384	2,26 ժ	0+
⁶⁷Ge	32	35	66,932734	18,9 մին	1/2-
^67m1Ge	18,20 ԿէՎ			13,7 մվրկ	5/2-
^67m2Ge	751,70 ԿէՎ			110,9 նվրկ	9/2+
⁶⁸Ge	32	36	67,928094	270,95 օր	0+
⁶⁹Ge	32	37	68,9279645	39,05 ժ	5/2-
^69m1Ge	86,765 ԿէՎ			5,1 մվրկ	1/2-
^69m2Ge	397,944 ԿէՎ			2,81 մվրկ	9/2+
⁷⁰Ge	32	38	69,9242474	կայուն	0+
⁷¹Ge	32	39	70,9249510	11,43 օր	1/2-
^71mGe	198,367 ԿէՎ			20,40 մվ	9/2+
⁷²Ge	32	40	71,9220758	կայուն	0+
^72mGe	691,43 ԿէՎ			444,2 նվրկ	0+
⁷³Ge	32	41	72,9234589	կայուն	9/2+
^73m1Ge	13,2845 ԿէՎ			2,92 մաքս	5/2+
^73m2Ge	66,726 ԿէՎ			499 մվ	1/2-
⁷⁴Ge	32	42	73,9211778	կայուն	0+
⁷⁵Ge	32	43	74,9228589	82,78 րոպե	1/2-
^75m1Ge	139,69 ԿէՎ			47,7 с	7/2+
^75m2Ge	192,18 ԿէՎ			216 նվրկ	5/2+
⁷⁶Ge	32	44	75,9214026	1,78×10²¹ տարի	0+
⁷⁷Ge	32	45	76,9235486	11,30 ժ	7/2+
^77mGe	159,70 ԿէՎ			52,9 с	1/2-
⁷⁸Ge	32	46	77,922853	88 մին	0+
⁷⁹Ge	32	47	78,9254	18,98 վրկ	1/2-
^79mGe	185,95 ԿէՎ			39,0 վրկ	7/2+
⁸⁰Ge	32	48	79,92537	29,5 վրկ	0+
⁸¹Ge	32	49	80,92882	7,6 վրկ	9/2+
^81mGe	679,13 ԿէՎ			7,6 վրկ	1/2+
⁸²Ge	32	50	81,92955	4,55 վրկ	0+
⁸³Ge	32	51	82,93462	1,85 վրկ	5/2+
⁸⁴Ge	32	52	83,93747	947 մվ	0+
⁸⁵Ge	32	53	84,94303	535 մվ	5/2+
⁸⁶Ge	32	54	85,94649	150 նվրկ	0+
⁸⁷Ge	32	55	86,95251	140 մվ	5/2+
⁸⁸Ge	32	56	87,95691	300 նվրկ	0+
⁸⁹Ge	32	57	88,96383	150 նվրկ	3/2+

Քիմիական հատկություններ

Տաքացնելիս (500-700 °C) գերմանիումը օդում օքսիդանում է՝ առաջացնելով GeO և GeO₂։ Վերջինս սպիտակ փոշի է, հալվում է 1116 °C-ում, ամֆոտեր է՝ արտաևայտված թթվային հատկությամբ։

{\mathsf {GeS_{2}+3O_{2}\rightarrow GeO_{2}+2SO_{2}}}

Ալկալինևրի և մետաղների օքսիդների հետ միահալելիս առաջացնում է գերմաևատներ (օրինակ Na₂GeO₃), որոնք գերմանիումական թթվի աղեր են։ Վատ է լուծվում ջրում (4,3 գհ, 20 °C)։

GeO ունի հիմնային հատկություն։ Ջրածնային միացությունները՝ գերմանիտրոածխաջրածինները կամ գերմինները, անկայուն են, կարող են ստացվել տարրերի անմիջական միացումից՝ 1000-1100 °C-ում։

{\mathsf {GeO_{2}+2H_{2}\rightarrow Ge+2H_{2}O}}

Գերմանիումի քառաքլորիդը՝ GeCl, անգույն հեղուկ է, ջրում հիդրոլիզվում^[9] է՝ առաջացնելով հիդրատացված երկօքսիդի՝ GeO_2nH₂O նստվածքը։ Հայտնի են նաև գերմանիումի երկհալոգենիդները՝ GeX₂։

{\mathsf {GeO_{2}+4HCl\rightarrow GeCl_{4}+2H_{2}O}}

{\mathsf {GeO_{2}+Cl_{2}\rightarrow GeCl_{4}+O_{2}}}

Ծծմբին գերմանիումը միանում է տաքացնելիս (900-1000 °C), առաջացնելով երկսուլֆիդը՝ GeS₂։ Հայտնի է նաև գերմանիումի սուլֆիդը՝ GeS, սելենիդը՝ GeSe, և թելուրիդը՝ GeTe, որոնք կիսահաղորդիչներ են։ Գերմանիումը ազոտին անմիջապես չի միանում, հայտնի է սակայն նրա նիտրիդը՝ Ge₃N₄, որը կայուն է օդի, ջրի, թթուների և հիմքերի նկատմամբ։

Ֆոսֆորի հետ առաջացնում է անկայուն ֆոսֆիդը՝ GeP։ Ածխածնի հետ գերմանիումը չի միանում, այդ պատճառով կարելի է այն հալել գրաֆիտե հալքանոթներում։

{\mathsf {GeO_{2}+C\rightarrow Ge+CO_{2}}}

Միանում է բազմաթիվ մետաղների հետ՝ առաջացնելով գերմանիդներ (օրինակ Mg₂Ge)։

Գերմանիումը առաջացնում է բազմաթիվ կոմպլեքս միացություններ։

Տարի	Գին ($/կգ)^[10]
1999	1 400
2000	1 250
2001	890
2002	620
2003	380
2004	600
2005	660
2006	880
2007	1 240
2008	1 490
2009	950

Անօրգանական

Հիդրիդներ
- Գերմիլեն $GeH_{2}$
- Գերման $GeH_{4}$
- Դիգերման $Ge_{2}H_{6}$
- Տրիգերման $Ge_{3}H_{8}$
Օքսիդներ
- Գերմանիումի (II) օքսիդ $GeO$
- Գերմանիումի (IV) օքսիդ $GeO_{2}$
Հիդրոքսիդներ
- Գերմանիումի (II) հիդրոքսիդ $Ge(OH)_{2}$
Աղեր
- Հալոգեններ
  - Գերմանիումի (IV) բրոմիդ $GeBr_{4}$
  - Գերմանիումի (II) յոդիդ $GeI_{2}$
  - Գերմանիումի (IV) յոդիդ $GeI_{4}$
  - Գերմանիումի (IV) ֆտոիդ $GeF_{4}$
  - Գերմանիումի (IV) քլորիդ $GeCl_{4}$
- Գերմանիումի (IV) նիտրիդ $Ge_{3}N_{4}$
- Գերմանիումի (II) սուլֆիդ $GeS$
- Գերմանիումի (IV) սուլֆիդ $GeS_{2}$
- Գերմանիումի (IV) սուլֆիդ $Ge(SO_{4})_{2}$

Կիրառություն

thumb

2007 թվականին գերմանիումի հիմնական սպառողներն են.

Օպտիկամանրաթել 35%,
Ջերմային օպտիկայում 30%,
քիմիական կատալիզատորներում 15%,
էլեկտրոնիկայում 15%։

Բազմաբյուրեղային գերմանիումը օգտագործվում է դոզիմետրիկ և մագնիսական դաշտի լարվածությունը չափող սարքերում։ Գերմազնումի օգտագործման կարևոր բնագավառներից է ինֆրակարմիր ճառագայթների (8-14 մկ) դետեկտորների արտադրությունը։ Գերմանիումը մտնում է բազմաթիվ մետաղական համաձուլվածքների բաղադրության մեջ։

Տնտեսություն

Գներ

2007 թվականին գերմանիումի միջին գնաճը կազմում է.

Մետաղական գերմանիումը $1200/կգ,
Գերմանիումի դիօքսիդ $840/կգ

Տես նաև

Ծանոթագրություններ

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 531. — 623 с. — 100 000 экз.
↑ Winkler C. (1886). «Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 19: 210–211.
↑ Winkler C. (1886). «Mittheilungen über des Germanium». Journal für praktische Chemie 34: 177–229.
↑ Winkler C. (1887). «Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung». Journal für praktische Chemie 36 (1): 177–209.
↑ Haller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (PDF). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley
↑ W. K. (1953-05-10). "Germanium for Electronic Devices". NY Times
↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
↑ Naumov, A. V. (2007). "World market of germanium and its prospects". Russian Journal of Non-Ferrous Metals 48 (4): 265–272. doi:10.3103/S1067821207040049.
↑ R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). «Germanium». U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf). USGS Mineral Resources Program: 1–2. ISBN 0859340392. OCLC 16437701. {{cite journal}}: |format= requires |url= (օգնություն); External link in |date= (օգնություն)

Գրականություն

Бурба А. А. Разработка и освоение технологии получения германия при шахтной плавке руд цветных металлов // В сб.: Мат-лы научн. семинара по проблеме извлеч. германия при переработке руд: Информ. Гиредмета, 1960, № 7(18).
Сосновский Г. Н., Бурба А. А. Германий: Учебн. пособие для студентов металлургич. специальности. Иркутск: Иркут. политехн. ин-т, 1967. — 161 с.
Бурба А. А., Чижиков Д. М. Из опыта работы Медногорского МСК по извлечению германия из металлургических пылей и зол энергетических углей // В сб.: Мат-лы совещания по обмену опытом в области производства германиевого сырья: Сб. Гиредмета, 1969, т. 1.
Окунев А. И., Кирр Л. Д., Чижов Е. А. Комплексная переработка медеплавильных пылей с извлечением германия и элементов-спутников // 300 лет уральской металлургии: Тр. междунар. конгресса. 4—5 окт. 2001 г. — Екатеринбург, 2001. — С. 305.

Արտաքին հղումներ

Գերմանիումը Webelements-ում
Գերմանիումը Քիմիական տարրեի հայտնի հանրագիտարանում
Germanium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից (հ․ 3, էջ 62)։

[iupac_atomic_weights-1] Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02

[ХЭ-2] Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 531. — 623 с. — 100 000 экз.

[3] Winkler C. (1886). «Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 19: 210–211.

[4] Winkler C. (1886). «Mittheilungen über des Germanium». Journal für praktische Chemie 34: 177–229.

[5] Winkler C. (1887). «Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung». Journal für praktische Chemie 36 (1): 177–209.

[6] Haller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (PDF). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley

[7] W. K. (1953-05-10). "Germanium for Electronic Devices". NY Times

[8] J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965

[9] Naumov, A. V. (2007). "World market of germanium and its prospects". Russian Journal of Non-Ferrous Metals 48 (4): 265–272. doi:10.3103/S1067821207040049.

[10] R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). «Germanium». U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf). USGS Mineral Resources Program: 1–2. ISBN 0859340392. OCLC 16437701. {{cite journal}}: |format= requires |url= (օգնություն); External link in |date= (օգնություն)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]