გერმანიუმი

თავისუფალი ქართულენოვანი ენციკლოპედია ვიკიპედიიდან
გადასვლა: ნავიგაცია, ძიება
გერმანიუმი / Germanium (Ge) Ge-TableImage.png
ელემენტის რიგითი ნომერი 32
მარტივი ნივთიერების გამოსახულება
გერმანიუმის კრისტალი
ღია-რუხი ფერის მეტალოიდი, ნახევარგამტარი ლითონური ბზინვარებით
ატომის თვისებები
ატომური მასა
(მოლური მასა)
72,61 მ. ა. ე. (/მოლი)
ატომის რადიუსი 137 პმ
იონიზაციის ენერგია
(პირველი ელექტრონი)
1): 760,0 (7,88) 2): 3): კჯ/მოლი (ევ)
ელექტრონული კონფიგურაცია [Ar] 3d10 4s2 4p2
ქიმიური თვისებები
კოვალენტური რადიუსი 122 პმ
იონური რადიუსი (+4e) 53 (+2e) 73 პმ
ელექტროუარყოფითობა
(პოლინგის თანახმად)
2,01
ელექტროდული პოტენციალი 0
ჟანგვის ხარისხი 4, 2
მარტივი ნივთიერებების თერმოდინამიკური თვისებები
ნივთიერების სიმკვრივე 5,323 /სმ³
ხვედრითი თბოტევადობა 23,32[1] /(·მოლი)
თბოგამტარობა 60,2 ვტ/(·კ)
დნობის ტემპერატურა 1210,6 К (29,8 °C)
დნობის სითბო 36,8 კჯ/მოლი
დუღილის ტემპერატურა 3103
აორთქლების სითბო 328 კჯ/მოლი
მოლური მოცულობა 13,6 სმ³/მოლი
მარტივი ნივთიერების კრისტალური მესერი
მესრის სტრუქტურა ალმასური
მესრის პერიოდი 5,660 Å
შეფარდება n/
დებაის ტემპერატურა 260


Ge 32
72,61
[Ar] 3d10 4s2 4p2
გერმანიუმი
გერმანიუმის ატომის სქემა

გერმანიუმი — პერიოდული სისტემის მეოთხე პერიოდის მეოთხე ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერია 32 აღინიშნება სიმბოლოთი Ge (გერმ. Germanium). იგი ბზინვარე, მძიმე, მონაცისფრო-თეთრი ფერის მეტალოიდია, შედეის ნახშირბადის ჯგუფში და ქიმიურად მსგავსია ჯგუფში მის მეზობლად მდებარე სილიციუმისა და გალიუმისა. გერმანიუმს გააჩნია ხუთი ბუნებრივი იზოტოპი, რომელთა მასა მერყეობს 70-დან 76-მდე. იგი წარმოქმნის დიდი რაოდენობით მეტალორგანულ ნაერთებს, მათ შორის ტეტრაეთილგერმანიუმს და იზობუტილგერმანიუმს.

ისტორია[რედაქტირება]

1869 წ. ელემენტი იწინასწარმეტყველა დიმიტრი მენდელეევმა (როგორც ეკო-სილიციუმი) და აღმოჩენილ იქნა 1885 წელს გერმანელი ქიმიკოსის ალექსანდრ ქლემენს ვინკლერის მიერ, მინერალ არგიროდიტის ანალიზის დროს Ag8GeS6. გერმენიუმი შედარებით მოგვიანებით იქნა აღმოჩენილი, რადგანაც მინერალების ძალიან მცირე რიცხვი შეიცავს მას მაღალი კონცენტრაციით. გერმანიუმს დედამიწის ქერქის შემადგენელ ელემენტებს შორის უკავია დაახლოებით ორმოცდამეათე ადგილი.

სახელწოდების წარმომავლობა[რედაქტირება]

სახელი დარქმეულია გერმანიის ვინკლერის სამშობლოს პატივსაცემად.

ბუნებაში[რედაქტირება]

დედამიწის ქერქში გერმანიუმის საერთო შემცველობა არის 7×10−4% მასის მიხედვით, ანუ მეტი, ვიდრე მაგალითად, სტიბიუმი, ვერცხლი, ბისმუტი. გერმანიუმის მცირე შემცველობის გამო დედამიწის ქერქში და მისი გეოქიმიური მსგავსებისა ზოგ ფართოდ გავრცელებულ ელემენტებთან მას აღენიშნება შეზღუდული უნარი საკუთარი მინერალების წარმოქმნისა, და იბნევა სხვა მინერალების მესერში. ამიტომაც გერმანიუმის საკუთარი მინერალები გვხვდება განსაკუთრებულად იშვიათად. თითქმის ყველა ისინი წარმოადგენენ მინერალ-სულფომარილებს: გერმანიტი Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4 (6 — 10 % Ge), არგიროდიტი Ag8GeS6 (3,6 — 7 % Ge), კონფილდიტი Ag8(Sn, Ge) S6 (до 2 % Ge) და სხვა. გერმანიუმის ძირითადი მასა გაბნეულია დედამიწის ქერქში უმეტესწილად მთის ქანებში და მინერალებში. ასე მაგალითად, ზოგ სფალერიტებში გერმანიუმის შემცველობა აღწევს კილოგრამებს ტონაზე, ენარგიტებში 5 კგ/ტ-ზე, პირარგირიტში 10 კგ/ტ, სულვანიტში და ფრანკეიტში 1 კგ/ტ-ზე, სხვა სულფიდებში და სილიკატებში — ასეული და ათეულ გრამს/ტონაზე. გერმანიუმი კონცენტრირდება ბევრი ლითონის საბადოებში — ფერადი ლითონების სულფიდურ მადნებში, რკინის მადნებში, ზოგ ჟანგურ ოქსიდურ მინერალებში (ქრმიტებში, მაგნეტიტში, რუტილში და სხვა.), გრანიტებში, დიაბაზებში და ბაზალტებში. ამას გარდა, გერმანიუმი არის თითქმის ყველა სილიკატში, ზოგი ქვანახშირის და ნავთობის საბადოში. გერმანიუმის კონცენტრაცია ზღვის წყალში არის 6×10−5 მგრ/ლ[2].

მიღება[რედაქტირება]

გერმანიუმი ასევე გვხვდება პოლიმეტალური, ნიკელის და ვოლფრამის მადნებში როგორც მინარევი, ასევე სილიკატებში. რთული და შრომატევადი ოპერაციების შედეგად მადნის გამდიდრებისათვის და მისი კონცენტრირებისათვის გერმანიუმს გამოყოფენ ოქსიდის სახით GeO2, რომელსაც აღადგენენ წყალბადით 600 °C-ის პირობებში მარტივ ნივთიერებამდე:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

გერმანიუმის მონოკრისტალების გაწმენდა და მოყვანა ხდება ზონური გამოდნობის მეთოდით.

ფიზიკური თვისებები[რედაქტირება]

გერმანიუმის კრისტალური სტრუქტურა.

გერმანიუმის კრისტალური მესერი კუბური წახნაგცენტრირებული ალმასის ტიპისაა, სივრცული ჯგუფა F d3m, პარამეტრები а = 0,5658 ნმ.

მექანიკური თვისებები[3][რედაქტირება]

  • ბგერის სიჩქარე (t=20÷25 °C) სხვადასხვა მიმართულებით ·1000 მ/წმс.
    • L100 : 4,92
    • S100 : 3,55
    • L110 : 5,41
    • S110 : 2,75
    • L111 : 5,56
    • S111 : 3,04

ელექტრული თვისებები[რედაქტირება]

გერმანიუმი წარმოადგენს ტიპიურ ნახევარგამტარს.

გერმანიუმის ლეგირება გალიუმის თხელი ფენით იწვევს ზეგამტარ მდგომარეობას[6].

იზოტოპები[რედაქტირება]

ბუნებაში გვხვდება ხუთი იზოტოპი: 70Ge (20,55 % მასა), 72Ge (27,37 %), 73Ge (7,67 %), 74Ge (36,74 %), 76Ge (7,67 %). პირველი ოთხი სტაბილურია, მეხუთე (76Ge) განიცდის ორმაგ ბეტა- დაშლას ნახევარდაშლის პერიოდით 1,58×1021 წელი. ამას გარდა არსებობს ორი შედარებით «ხანგრძლივ მცხოვრები» ხელოვნური იზოტოპი: 68Ge (ნახევარდაშლის დრო 270,8 დღე) და 71Ge (ნახევარდაშლის დრო 11,26 დღე).

ქიმიური თვისებები[რედაქტირება]

ქიმიურ ნაერთებში გერმანიუმი ჩვეულებრივ ავლენს 4.ან 2 ვალენტობას. ნაერთები სადაც გერმანიუმი ავლენს 4 ვალენტობას უფრო სტაბილურებია. ნორმალურ პირობებში მდგრადია ჰაერის, წყლის ტუტის და მჟავეების ზემოქმედების მიმართ, იხსნება царская водка და წყალბადის ზეჟანგის ტუტე ხსნარში. გამოიყენება ერმანიუმის შენადნობები და მინები გერმანიუმის დიოქსიდის საფუძველზე.

გერმანიუმის ნაერთები[რედაქტირება]

არაორგანული[რედაქტირება]

  • მარილები
    • ჰალოგენიდები
      • გერმანიუმის ბრომიდი(IV) GeBr_4
      • გერმანიუმის იოდიდი(II) GeI_2
      • გერმანიუმის იოდიდი(IV) GeI_4
      • გერმანიუმის ფტორიდი(IV) GeF_4
      • გერმანიუმის ქლორიდი(IV) GeCl_4
    • გერმანიუმის ნიტრიდი(IV) Ge_3N_4
    • გერმანიუმის სულფიდი (II) GeS
    • გერმანიუმის სულფიდი (IV) GeS_2
    • გერმანიუმის სულფატი (IV) Ge(SO_4)_2

ორგანული[რედაქტირება]

გერმანიუმორგანული ნაერთები — არის მეტალოორგანული ნაერთები რომლებსაც გააჩნიათ «გერმანიუმ-ნახშირბადის» კავშირი, ბმა. ზოგჯერ ასე უწოდებენ ყველანაირ ორგანულ ნაერთს რომელიც შეიცავს გერმანიუმს.

პირველი გერმანიუმორგანული ნაერთია — ტეტრაეთილგერმანიუმი, სინთეზირებული იქნა გერმანელი ქიმიკოსის ქლემენს ვინკლერის მიერ (გერმ. Clemens Winkler) 1887 წელს.

გამოყენება[რედაქტირება]

ოპტიკა[რედაქტირება]

რადიოელექტრონიკა[რედაქტირება]

  • გერმანიუმი გამოიყენება ნახევარგამტარიან ხელსაწყოებში: ტრანზისტორებში, და დიოდებში. გერმანიუმიანი ტრანზისტორებს და სენსორებიან, დეტექტორებიან დიოდებს ააქვთ მაჩვენებლები, რომლებიც განსხვავდებიან სილიციუმისაგან. ამას გარდა, უკუ დენი გერმანიუმიან ხელსაწყოებს რამდენიმეჯერ მეტი აქვთ ვიდრე სილიციუმიანს — ვთქვათ, ერთნაირ პირობებში სილიციუმის დიოდს ექნება უკუ დენი 10 პა, ხოლო გერმანიუმიანს — 100 ნა, რაც 10000 ჯერ მეტია[12]. 1960-წ-მდე. გერმანიუმის ნახევარგამტარებიანი ხელსაწყოები გამოიყენებოდა საყოველთაოდ. საბჭოთა სტანდარტით ГОСТ 10862-64 (1964 წ.) და უფრო გვიანი სტანდარტით, გერმანიუმიან ნახევარგატარებიან ხელსაწყოებს აქვთ აღნიშვნა, რომელიც იწყება ასოებით Г ან ციფრით 1, მაგალითად: ГТ313, 1Т308 — მაღალსიხშირიანი მცირესიმძლავრის ტრანზისტირები, ГД507 — იმპულსური დიოდია. მანამ ტრანზისტორებს ქონდათ ინდექსი, რომლებიც იწყებოდა ასოებით С, Т ან П (МП), ხოლო დიოდებისა — Д, ხელსაწყოს მასალის განსაზღვრისთვის ინდექსით შეუძლებელი იყო; თუმცა, მათი უმეტესობა იყო გერმანიუმის. ახლა გერმანიუმიანი დიოდები და ტრანზისტორები თითქმის მთლიანად გაძევებულია სიცილიუმიანით.
  • გერმანიუმის ტელურიდი გამოიყენება როგორც სტაბილური თერმოელექტრული მასალა და თერმო ელექტრომამოძრავებელი ძალა 50 მკვ/К).

ეკონომიკა[რედაქტირება]

წარმოება[რედაქტირება]

მოხმარება[რედაქტირება]

ფასები[რედაქტირება]

წელი ფასი
($/კგ)[13]
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

გერმანიუმის საშუალო ფასები 2007 წელს/infogeo.ru/metalls-ის მასალების მიხედვით

  • ლითონური გერმანიუმი $1200/კგ
  • გერმანიუმის დიოქსიდი $840/კგ

ბიოლოგიური როლი[რედაქტირება]

გერმანიუმი აღმოჩენილია ცხოველებისა და მცენარეების ორგანიზმებში. გერმანიუმის მცირე რაოდენობა არ ახდენს ფიზიოლოგიურ ზემოქმედებას მცენარეებზე, მაგრამ ტოქსიკურია დიდი რაოდენობით. გერმანიუმი არატოქსიკურია ობის სოკოებისათვის.

ცხოველებისათვის გერმანიუმი ნაკლებადტოქსიკურია. გერმანიუმის ნაერთებს არ აღმოაჩნდათ ფარმაკოლოგიური ზემოქმედება. გერმანიუმის და მისი ოქსიდის დასაშვები კონცენტრაცია ჰაერში არის — 2 მგრ/მ³, ანუ ისეთივე, როგორიც ასბესტის მტვერის წილი.

ორვალენტიანი გერმანიუმის ნაერთები გაცილებით ტოქსიკურია[14].

იხილეთ აგრეთვე[რედაქტირება]

რესურსები ინტერნეტში[რედაქტირება]

Commons-logo.svg
ვიკისაწყობში? არის გვერდი თემაზე:

სქოლიო[რედაქტირება]

  1. რედკოლ.:კნუნიანცი ი.ლ. (მთ. რედ.) ქიმიური ენციკლოპედია: 5 ტომად. — მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1988. — ტომი: 1. — გვ. 623. — 100 000 ეგზ.
  2. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  3. 3.0 3.1 ფიზიკური სიდიდეები: ცნობარი/ ა. პ. ბაბიჩევი ნ. ა. ბაბუშკინა, ა.მ. ბარტკოვსკი და სხვა. რედ. ი. ს. გრიგორევა, ე. ზ. მეილიხოვა. — მ.; ენერგოატომიზდატი, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
  4. ბარანსკი პ.ი., კლოჩევი ვ. პ., პოტიკევიჩი ი. ვ. ნახევარგამტარული ელექტრონიკა. მასალების თვისებები: ცნობარი. კიევი: ნაუკოვა დუმკა, 1975. 704ფ
  5. 5.0 5.1 5.2 ზი ს. ნახევარგამტარების ხელსაწყოების ფიზიკა. მ.:მირი, 1984. 455с
  6. Compulenta
  7. Rieke, G.H. (2007). „Infrared Detector Arrays for Astronomy“. Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: გვ. 77. DOI:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436. 
  8. 8.0 8.1 Brown, Jr., Robert D.. (2000)Germanium (pdf). U.S. Geological Survey. დაარქივებულია ორიგინალიდან 2011-08-22-ში. წაკითხვის თარიღი: 2008-09-22.
  9. Lettington, Alan H. (1998). „Applications of diamond-like carbon thin films“. Carbon 36 (5–6): გვ. 555–560. DOI: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): გვ. 99. DOI:10.1117/12.22449. 
  11. Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). წაკითხვის თარიღი: 2008-09-22.
  12. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника М.: Мир, 1982, 512 с.
  13. R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). „Germanium“ (pdf). U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries: გვ. 1–2. წაკითხვის თარიღი: 2008-08-28. 
  14. ნაზარენკო ვ. ა. გერმანიუმის ანალიტიკური ქიმია. მ., ნაუკა, 1973. 264 ფ.