Sejarah Jermano, sifat, struktur, mendapatkan, menggunakan

Dia germanium Ia adalah elemen metalloid yang diwakili oleh simbol kimia GE dan yang dimiliki oleh kumpulan 14 jadual berkala. Ia berada di bawah silikon, dan saham dengan banyak sifat fizikal dan kimianya; Begitu banyak sehingga namanya adalah Ekasilicio, yang diramalkan oleh Dmitri Mendelev sendiri.

Nama semasa beliau diberikan oleh Clemens ke. Winkler, sebagai penghormatan kepada tanah airnya Jerman. Oleh itu, Germanio dikaitkan dengan negara ini, dan ia adalah imej pertama yang membangkitkan minda yang tidak terlalu mengetahuinya.

Sampel Ultra Germanio. Sumber: Hi-Res Imej Elemen Kimia [CC oleh 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Germanio, seperti silikon. Begitu juga, ia boleh didapati dalam bentuk monochrystalline, di mana biji -bijiannya besar, atau polyristaline, terdiri daripada beratus -ratus kristal kecil.

Ia adalah elemen semikonduktor pada tekanan ambien, tetapi apabila ia naik di atas 120 kbar ia menjadi alotrope logam; Iaitu, ikatan ge-ge mungkin pecah dan mereka boleh didapati secara individu di laut elektron mereka.

Ia dianggap sebagai elemen bukan toksik, kerana ia boleh dimanipulasi tanpa pakaian pelindung; Walaupun penyedutan dan pengambilan yang berlebihan dapat menyebabkan gejala kerengsaan klasik pada individu. Tekanan stim anda sangat rendah, jadi tidak mungkin asap anda dapat menyebabkan api.

Walau bagaimanapun, Jerman bukan organik (garam) dan organik boleh berbahaya bagi organisma, walaupun pada hakikatnya atom GE mereka berinteraksi secara misteri dengan matriks biologi.

Tidak benar -benar diketahui jika Germanio organik boleh dianggap sebagai ubat yang ajaib untuk merawat gangguan tertentu sebagai ubat alternatif. Walau bagaimanapun, kajian saintifik tidak menyokong kenyataan ini, tetapi menolaknya, dan panggil elemen ini walaupun sebagai karsinogenik.

Germanio bukan sahaja semikonduktor, silikon yang disertakan, selenium, gallium dan seluruh siri elemen dalam dunia bahan semikonduktor dan aplikasi mereka; Tetapi juga, ia adalah telus kepada radiasi inframerah, jadi berguna untuk pembuatan pengesan haba sumber atau kawasan yang berbeza.

[TOC]

Sejarah

Ramalan Mendeleev

Germanio adalah salah satu unsur yang kewujudannya diramalkan pada tahun 1869 oleh ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev dalam jadual berkala. Sementara dipanggil Ekasilicio dan meletakkannya di ruang dalam jadual berkala antara timah dan silikon.

Pada tahun 1886, Clemens a. Winkler menemui Germanio dalam sampel mineral lombong perak berhampiran Freiberg, Saxony. Ia adalah mineral yang dipanggil Argirodita, untuk kandungan perak yang tinggi, dan baru ditemui pada tahun 1885.

Sampel argirodit mengandungi 73-75% perak, 17-18% sulfur, 0.2% merkuri dan 6-7% daripada elemen baru, yang kemudiannya Winkler menamakan Germanio.

Mendeleev telah meramalkan bahawa ketumpatan elemen yang akan ditemui mestilah 5.5 g/cm³ dan berat atomnya sekitar 70. Ramalannya ternyata agak dekat dengan yang dibentangkan oleh Germanio.

Pengasingan dan nama

Pada tahun 1886, Winkler dapat mengasingkan logam baru dan mendapati ia serupa dengan antimoni, tetapi dipertimbangkan semula dan menyedari bahawa elemen yang dia dapati sesuai dengan Ekasilicio.

Winkler menamakan elemen 'Germanio' berasal dari perkataan Latin 'Germania', kata yang mereka gunakan untuk memanggil Jerman. Atas sebab ini, Winkler melantik elemen baru sebagai Germanio, sebagai penghormatan kepada negara asalnya, Jerman.

Penentuan sifatnya

Pada tahun 1887, Winkler menentukan sifat kimia Germanio, mencari berat atom 72.32 melalui analisis Germanio tetrachloride tulen (GECL₄).

Sementara itu, Lecoq de Boisbaudran menyimpulkan berat atom 72.3 dengan mengkaji spektrum percikan elemen. Winkler menyediakan beberapa sebatian germanium baru, termasuk fluorida, klorida, sulfida dan dioksida.

Pada tahun 1920 -an, penyelidikan mengenai sifat elektrik Germanio menghasilkan pembangunan Jermanio monokronik kemurnian tinggi.

Perkembangan ini membolehkan penggunaan Germanio dalam diod, penerus dan reseptor radar gelombang mikro semasa Perang Dunia II.

Pembangunan aplikasi anda

Permohonan perindustrian pertama berlaku selepas perang pada tahun 1947, dengan penciptaan transistor Germanio oleh John Bardeen, Walter Brattain dan William Shockley, yang digunakan dalam komunikasi, komputer dan radio mudah alih.

Boleh melayani anda: atom neutral

Pada tahun 1954, transistor silikon kemurnian tinggi mula berpindah ke transistor Germanio kerana kelebihan elektronik yang mereka miliki. Dan untuk tahun 1960 -an, transistor Germanio telah hilang secara praktikal.

Germanio ternyata menjadi komponen utama dalam penjelasan kanta inframerah dan tingkap (IR). Pada tahun 1970 -an, sel voltan (PVC) silikon dan Germanio (SIGE) dihasilkan yang tetap kritikal untuk operasi satelit.

Pada tahun 1990 -an, perkembangan dan pengembangan optik serat meningkatkan permintaan Germanio. Unsur ini digunakan untuk membentuk nukleus kaca kabel gentian optik.

Sehingga tahun 2000, kecekapan tinggi PVC dan diod pemancar cahaya (LED) yang menggunakan Germanio, menghasilkan peningkatan dalam pengeluaran dan penggunaan Germanio.

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan

Perak dan putih terang. Apabila pepejal mereka dibentuk oleh banyak kristal (polyristaline), ia kelihatan permukaan yang licin atau berkedut, penuh dengan penglihatan dan bayang -bayang. Kadang -kadang, anda juga boleh memberikan kemunculan sebagai kelabu atau hitam seperti silikon.

Dalam keadaan standard, ia adalah unsur kecerahan semimetallic, rapuh dan logam.

Germanio adalah semikonduktor, tidak terlalu mulur. Ia mempunyai indeks pembiasan yang tinggi untuk cahaya yang kelihatan, tetapi ia telus untuk radiasi inframerah, digunakan dalam tingkap peralatan untuk mengesan dan mengukur radiasi ini.

Berat atom standard

72.63 u

Nombor atom (z)

32

Takat lebur

938.25 ºC

Takat didih

2.833 ºC

Ketumpatan

Pada suhu bilik: 5,323 g/cm³

Di titik lebur (cecair): 5.60 g/cm³

Germanio serta silikon, gallium, bismut, antimoni dan air berkembang untuk menguatkan. Atas sebab ini, ketumpatannya lebih besar dalam keadaan cecair daripada pepejal.

Haba Fusion

36.94 kJ/mol

Haba pengewapan

334 kJ/mol

Kapasiti kalori molar

23,222 j/(mol · k)

Tekanan wap

Pada suhu 1.644 k tekanan stim anda hanya 1 pa. Ini bermakna bahawa cecair anda memancarkan hampir tidak ada pada suhu itu, jadi ia tidak menyiratkan risiko yang dianggap sebagai penyedutan.

Elektronegativiti

2.01 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pertama: 762 kJ/mol

-Kedua: 1.537 kJ/mol

-Ketiga: 3.302.1 kJ/mol

Kekonduksian terma

60.2 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

1 Ω · m hingga 20 ºC

Kekonduksian elektrik

3 s cm^-1

Urutan magnet

Diamagnetic

Kekerasan

6.0 pada skala Mohs

Kestabilan

Relatif stabil. Ia tidak terjejas oleh udara pada suhu bilik dan mengoksidakan pada suhu yang lebih besar daripada 600 ºC.

Ketegangan permukaan

6 · 10^-1 N/m a 1.673.1 k

Reaktiviti

Mengoksidakan pada suhu lebih besar daripada 600 ºC untuk membentuk dioksida Germanio (GEO₂). Germanio berasal dari dua bentuk oksida: dioksida Germanio (GEO₂) dan Germanio (Geo) monoksida.

Sebatian germanium umumnya mempamerkan keadaan pengoksidaan + 4, walaupun dalam banyak sebatian Jermanio dibentangkan dengan keadaan pengoksidaan +2. Keadaan pengoksidaan - 4 dibentangkan, contohnya di magnesium Jerman (mg₂Ge).

Germanio bertindak balas dengan halogen untuk membentuk tetrahaluros: Germanio tetrafluoride (gef₄), sebatian gas; Germanio Tetrayoduro (GHG₄), sebatian pepejal; Germanio tetrachloride (GECL₄) dan Germanio tetrabromuro (gebr₄), Kedua -dua sebatian cecair.

Germanio tidak aktif terhadap asid hidroklorik; Tetapi ia diserang oleh asid nitrik dan asid sulfurik. Walaupun hidroksida larutan air mempunyai sedikit kesan pada Germanio, ia larut dengan mudah dalam hidroksida cair untuk membentuk Jermanates.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Germanio dan pautannya

Germanio mempunyai empat elektron Valencia mengikut konfigurasi elektroniknya:

[AR] 3D¹⁰ 4s² 4p²

Seperti karbon dan silikon, atomnya GE menghiburkan orbital 4S dan 4p untuk membentuk empat orbital hibrid SP³. Dengan orbital ini, mereka dikaitkan dengan memenuhi oktet Valencia dan, dengan itu, mempunyai bilangan elektron yang sama dengan gas mulia dalam tempoh yang sama (Kripton).

Dengan cara ini, ikatan kovalen ge-ge timbul, dan mempunyai empat daripadanya untuk setiap atom, persekitaran tetrahedrabik ditakrifkan (dengan GE di tengah dan yang lain di simpang). Oleh itu, rangkaian tiga dimensi ditubuhkan kerana anjakan tetrahedra ini di sepanjang kaca kovalen; yang berkelakuan seolah -olah ia adalah molekul besar.

Alotropes

Kaca kovalen Germanio mengamalkan struktur padu yang sama berpusat pada wajah berlian (dan silikon). Alotrop ini dikenali sebagai α-GE. Sekiranya tekanan meningkat sehingga 120 kbar (kira -kira 118.000 atm), struktur kristal α-GE menjadi tetragonal yang berpusat pada badan (BCT).

Ia boleh melayani anda: Natrium Cyanide (NACN): Struktur, Hartanah, Risiko, Kegunaan

Kristal BCT ini sesuai dengan alotropik kedua Germanio: β-ge, di mana pautan ge-ge dipecahkan dan terpencil, seperti yang berlaku dengan logam. Oleh itu, α-GE adalah semimetallic; sementara β-ge adalah logam.

Nombor pengoksidaan

Germanio mungkin kehilangan empat elektron Valencia, atau memenangi empat lagi untuk menjadi isolektronik dengan Kripton.

Apabila dalam sebatiannya kehilangan elektron, dikatakan bahawa ia mempunyai bilangan atau keadaan pengoksidaan positif, di mana kewujudan kation diandaikan dengan beban yang sama seperti nombor -nombor ini. Antaranya kita mempunyai +2 (GE²⁺), +3 (ge³⁺) dan +4 (ge⁴⁺).

Sebagai contoh, sebatian berikut mempunyai Germanio dengan nombor pengoksidaan positif: GEO (GE²⁺Sama ada^2-), Gete (ge²⁺Teh^2-), Ge₂Cl₆ (Ge₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (Ge⁴⁺Sama ada₂^2-) dan ges₂ (Ge⁴⁺S₂^2-).

Walaupun apabila elektron mendapat dalam sebatiannya, ia mempunyai nombor pengoksidaan negatif. Antaranya yang paling biasa ialah -4; iaitu kewujudan GE^4-. Di Jermanos ini berlaku, dan sebagai contoh mereka kita mempunyai li₄Ge (li₄⁺Ge^4-) dan mg₂Ge (mg₂²⁺Ge^4-).

Di mana dan dapatkan

Mineral sulfur

Sampel mineral argirodite, sedikitnya tetapi bijih unik untuk pengekstrakan Germanio. Sumber: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Germanio adalah elemen yang jarang berlaku di kerak bumi. Terdapat beberapa mineral yang mengandungi jumlah yang cukup besar, antaranya kita boleh menyebut: argirodita (4AG₂S · ges₂), Germanita (7cus · Fest₂), Briartita (CU₂Feges₄), Renierita dan Canfieldita.

Mereka semua mempunyai persamaan: mereka adalah sulfur atau mineral sulfur. Oleh itu, Germanio mendominasi sifat (atau sekurang -kurangnya di sini di bumi), sebagai isyarat₂ Dan bukan Geo₂ (Berbeza dengan rakan sejawatannya₂, silika, disebarkan secara meluas).

Sebagai tambahan kepada mineral yang disebutkan di atas, Germanio juga didapati dalam kepekatan massa sebanyak 0.3% dalam deposit arang batu. Juga, beberapa mikroorganisma dapat memprosesnya untuk menghasilkan sedikit geh₂(Ch₃)₂ dan geh₃(Ch₃), yang akhirnya dipindahkan ke sungai dan laut.

Germanio adalah produk sekunder pemprosesan logam seperti zink dan tembaga. Untuk mendapatkannya, anda mesti mengalami satu siri tindak balas kimia untuk mengurangkan sulfida anda dalam logam yang sepadan; iaitu, lepaskan ges₂ atom sulfurnya sehingga hanya ge.

Panggang

Mineral sulfur tertakluk kepada proses panggang di mana mereka memanaskan udara supaya pengoksidaan berlaku:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 Jadi₂

Untuk memisahkan Germanio dari sisa, ia menjadi klorida masing -masing, yang boleh disuling:

Geo₂ + 4 HCl → GECL₄ + 2 jam₂Sama ada

Geo₂ + 2 Cl₂ → GECL₄ + Sama ada₂

Seperti yang dapat dilihat, transformasi boleh dijalankan menggunakan asid hidroklorik atau gas klorin. GECL₄ Ia kemudian dihidrolisis semula ke Geo₂, Jadi pretipitates seperti pepejal putih. Akhirnya, oksida bertindak balas dengan hidrogen untuk mengurangkan germanium logam:

Geo₂ + 2 jam₂ → GE + 2 jam₂Sama ada

Pengurangan yang juga boleh dilakukan dengan arang batu:

Geo₂ + C → ge + co₂

Germanio yang diperolehi terdiri daripada serbuk yang dibentuk atau apisona di bar logam, di mana kristal Germanio dapat tumbuh.

Isotop

Germanio tidak mempunyai sifat isotop yang sangat banyak. Sebaliknya, ia mempunyai lima isotop yang banyaknya agak rendah: ⁷⁰GE (20.52%), ⁷²GE (27.45%), ⁷³GE (7.76%), ⁷⁴GE (36.7%) dan ⁷⁶GE (7.75%). Perhatikan bahawa berat atom adalah 72,630 U, yang purata semua jisim atom dengan kelimpahan isotop masing -masing.

Isotop ⁷⁶GE sebenarnya radioaktif; Tetapi separuh kehidupannya begitu hebat (t_1/2= 1.78 × 10^{dua puluh satu} tahun) yang boleh dikira antara lima isotop germanium yang paling stabil. Radioisotop lain, seperti ⁶⁸Ge dan ⁷¹GE, kedua -dua sintetik, mempunyai separuh masa yang lebih pendek (270.95 hari dan 11.3 hari,.

Boleh melayani anda: 20 contoh penyejatan dan ciri kimia

Risiko

Germanio rendah dan tidak organik

Persekitaran germanium agak kontroversial. Menjadi logam yang sedikit berat, penyebaran ionnya dari garam larut air boleh melanggar ekosistem; iaitu, haiwan dan tumbuhan boleh dipengaruhi dengan memakan GE³⁺.

Elemental Germanio tidak mewakili sebarang risiko selagi ia tidak dihancurkan. Jika ia serbuk, arus udara boleh menyeretnya ke sumber memanaskan atau bahan yang sangat mengoksida; Dan akibatnya, terdapat risiko kebakaran atau letupan. Juga, kristal mereka boleh berakhir di paru -paru atau mata, menyebabkan kerengsaan yang kuat.

Seseorang secara senyap -senyap boleh memanipulasi album Jerman di pejabatnya tanpa bimbang tentang kemalangan. Walau bagaimanapun, perkara yang sama tidak boleh dikatakan mengenai sebatian bukan organiknya; iaitu, garam, oksida dan hidrida mereka. Contohnya, GEH₄ atau Jerman (sama dengan Cho₄ Dan ya₄), Ia adalah gas yang agak menjengkelkan dan mudah terbakar.

Germanio organik

Sekarang, terdapat sumber germanium organik; Antaranya, ia boleh disebutkan di 2-carboxyethylestilmasquioxan atau Germanio-132, suplemen alternatif yang dikenali untuk merawat penyakit tertentu; Walaupun dengan bukti yang ditetapkan dalam keraguan.

Beberapa kesan perubatan yang dikaitkan dengan Germanio-132 adalah untuk mengukuhkan sistem imun, jadi ia membantu melawan kanser, HIV dan AIDS; Merangka fungsi badan, serta tahap pengoksigenan dalam darah, menghapuskan radikal bebas; Dan juga menyembuhkan arthritis, glaukoma dan penyakit jantung.

Walau bagaimanapun, Germanio organik dikaitkan dengan kerosakan serius terhadap buah pinggang, hati dan sistem saraf. Itulah sebabnya terdapat risiko terpendam apabila memakan suplemen Germanio ini; Walaupun ada orang yang menganggapnya sebagai penawar yang ajaib, ada orang lain yang memberi amaran bahawa ia tidak menawarkan manfaat yang terbukti secara saintifik.

Aplikasi

Optik inframerah

Beberapa sensor sinaran inframerah diperbuat daripada Germanio atau aloi mereka. Sumber: Industri Adafruit melalui Flickr.

Germanio adalah telus untuk radiasi inframerah; iaitu, mereka boleh memindahkannya tanpa diserap.

Terima kasih kepada ini, kanta Germanio dan kaca untuk peranti inframerah optik telah dibina; Sebagai contoh, ditambah dengan pengesan IR untuk analisis spektroskopi, dalam kanta yang digunakan dalam teleskop spatial inframerah jauh untuk mengkaji bintang -bintang terjauh di alam semesta, atau sensor cahaya dan suhu.

Sinaran inframerah dikaitkan dengan getaran molekul atau sumber haba; Oleh itu, peranti yang digunakan dalam industri ketenteraan untuk menggambarkan objektif dengan penglihatan malam mempunyai komponen yang dibuat dengan Germanio.

Bahan semikonduktor

Diod Germanio yang terkandung dalam kaca dan digunakan pada tahun 60 -an dan 70 -an. Sumber: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Germanio sebagai metalloid semikonduktor telah digunakan untuk pembinaan transistor, litar elektrik, diod pemancar cahaya dan mikrocip. Di dalamnya, aloi Germanio-silicio, dan juga Germanio, dengan sendirinya telah mula menggantikan silikon, sehingga litar yang semakin kecil dan berkuasa dapat direka lebih kecil dan lebih banyak.

Oksida anda, geo₂, Oleh kerana indeks pembiasan yang tinggi, kaca ditambah supaya ia boleh digunakan dalam mikroskopi, sudut besar dan serat optik.

Germanio bukan sahaja menggantikan silikon dalam aplikasi elektronik tertentu, tetapi juga boleh ditambah dengan Gallium Arseniuro (GaAs). Oleh itu, metalloid ini juga terdapat di panel solar.

Pemangkin

Geo₂ Ia telah digunakan sebagai pemangkin untuk tindak balas pempolimeran; Contohnya, yang diperlukan untuk sintesis polietilena terephthalate, plastik yang mana botol cerah dipasarkan di Jepun dihasilkan.

Juga, nanopartikel aloi mereka dengan platinum memangkinkan reaksi redoks di mana mereka melibatkan pembentukan hidrogen gas, mengembalikan sel -sel voltan yang lebih berkesan ini.

Aloi

Akhirnya, telah disebutkan bahawa terdapat aloi Ge-Si dan Ge-Pt. Di samping itu, atom GE mereka boleh ditambah ke kristal logam lain, seperti perak, emas, tembaga dan berilium. Aloi ini menunjukkan kemuluran dan rintangan kimia yang lebih besar daripada logam individu mereka.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Germanium. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. Physicsopenlab. (2019). Struktur kristal silikon & germanium. Pulih dari: Physicsopenlab.org
4. Susan York Morris. (19 Julai 2016). Adakah germanium untuk menyembuhkan keajaiban? Purata Kesihatan. Pulih dari: kesihatan.com
5. Lentech b.V. (2019). Jadual Tempoh: germanium. Pulih dari: lentech.com
6. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Germanium. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 6326954. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Germanium. Chemicool. Pulih dari: chemicool.com
8. Emil Venere. (8 Disember 2014). Germanium pulang ke rumah untuk menonjolkan tonggak semikonduktor. Pulih dari: purdue.Edu
9. Marques Miguel. (s.F.). Germanium. Pulih dari: nautilus.Fis.UC.Pt
10. Rosenberg, e. Persekitaran Rev Sci Biotechnol. (2009). Germanium: Penyahtepahan Alam Sekitar, Kepentingan dan Spesiasi. 8: 29. doi.org/10.1007/S11157-008-9143-X