გერმანიუმი

მასალა ვიკიპედიიდან — თავისუფალი ენციკლოპედია
გერმანიუმი
32 Ge
72.630
3d10 4s2 4p2
გერმანიუმი, 32Ge
Polycrystalline-germanium.jpg
ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა მოვერცხლისფრო-თეთრი
სტანდ. ატომური
მასა
Ar°(Ge)

72.630
გერმანიუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი
ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი
ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი
კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი
რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი
ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმიუმი ნეოდიმიუმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი
ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი
Si

Ge

Sn
გალიუმიგერმანიუმიდარიშხანი
ატომური ნომერი (Z) 32
ჯგუფი 14 ჯგუფი ჯგუფი
პერიოდი 4 პერიოდი
ბლოკი P-block.jpg p-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია [Ar] 3d10 4s2 4p2
ელექტრონი გარსზე 2, 8, 18, 4
ელემენტის ატომის სქემა
Electron shell 032 Germanium.svg
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში მყარი სხეული
დნობის
ტემპერატურა
842 °C ​(1115 K, ​​1548 °F)
დუღილის
ტემპერატურა
1484 °C ​(1757 K, ​​2703 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.) 1,55 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.) 1,378 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო 8,54 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო 154,7 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა 25,929 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა
P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T (K)-ზე 864 956 1071 1227 1443 1755
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი 1, +2 (a strongly basic oxide)
ელექტროდული პოტენციალი -2,76
ელექტრო­უარყოფითობა პოლინგის სკალა: 1,00
იონიზაციის ენერგია
  • 1: 589,8 კჯ/მოლ
  • 2: 1145,4 კჯ/მოლ
  • 3: 4912,4 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი ემპირიული: 197 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov) 176±10 პმ
იონური
რადიუსი
(rion)
(+2e) 99 პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი 231 პმ
მოლური მოცულობა 29,9 სმ3/მოლი
Germanium spectrum visible.png
გერმანიუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
მესრის სტრუქტურა ალმასური
Diamond cubic crystal structure.svg
მესრის პერიოდი 5,580 Å
ბგერის სიჩქარე thin rod 3810 მ/წმ (at 20 °C)
თერმული გაფართოება 22,3 µმ/(მ·K) (at 25 °C)
ხვედრითი თბოტევადობა 25,9 /(K·მოლ)
თბოგამტარობა 201 ვტ/(·K)
მაგნეტიზმი დიამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა +40,0·10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული 20 გპა
წანაცვლების მოდული 7,4 გპა
დრეკადობის მოდული 17 გპა
პუასონის კოეფიციენტი 0,31
მოოსის მეთოდი 1,75
ბრინელის მეთოდი 170–416 მპა
CAS ნომერი 7440-70-2
ისტორია
აღმოჩენილია ჰამფრი დეივი (1808)
პირველად მიღებულია ჰამფრი დეივი (1808)
გერმანიუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ.
დაშლა
(t1/2)
რადიო.
დაშლა
პრო­დუქტი
40Ca 96,941% სტაბილური
41Ca trace 9,94×104 y ε 41K
42Ca 0,647% სტაბილური
43Ca 0,135% სტაბილური
44Ca 2,086% სტაბილური
45Ca syn 162,6 d β 45Sc
46Ca 0,004% სტაბილური
47Ca syn 4,5 d β 47Sc
γ
48Ca 0,187% 6,4×1019 y ββ 48Ti

გერმანიუმი[1][2] (ლათ. Germanium; ქიმიური სიმბოლო — ), ეკა-სილიციუმი — ელემენტთა პერიოდული სისტემის, მეოთხე პერიოდის, მეთოთხმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეოთხე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IVA) ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერია — 32. 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 | წყაროს 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 | წყაროს რედაქტირება]

სახელი დარქმეულია გერმანიის ვინკლერის სამშობლოს პატივსაცემად.

ბუნებაში[რედაქტირება | წყაროს 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[3].

მიღება[რედაქტირება | წყაროს 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 | წყაროს რედაქტირება]

გერმანიუმის კრისტალური სტრუქტურა.

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

მექანიკური თვისებები[4][რედაქტირება | წყაროს 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 | წყაროს რედაქტირება]

გერმანიუმი წარმოადგენს ტიპურ ნახევარგამტარს.

გერმანიუმის ლეგირება გალიუმის თხელი ფენით იწვევს ზეგამტარ მდგომარეობას[7].

იზოტოპები[რედაქტირება | წყაროს 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 | წყაროს 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 | წყაროს რედაქტირება]

არაორგანული[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

  • მარილები
    • ჰალოგენიდები
      • გერმანიუმის ბრომიდი(IV)
      • გერმანიუმის იოდიდი(II)
      • გერმანიუმის იოდიდი(IV)
      • გერმანიუმის ფტორიდი(IV)
      • გერმანიუმის ქლორიდი(IV)
    • გერმანიუმის ნიტრიდი(IV)
    • გერმანიუმის სულფიდი (II)
    • გერმანიუმის სულფიდი (IV)
    • გერმანიუმის სულფატი (IV)

ორგანული[რედაქტირება | წყაროს 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 | წყაროს რედაქტირება]

ოპტიკა[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

რადიოელექტრონიკა[რედაქტირება | წყაროს 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[13]. 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 ჰქონდათ 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 | წყაროს რედაქტირება]

წარმოება[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

მოხმარება[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ფასები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

წელი ფასი
($/კგ)[14]
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 | წყაროს 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[15].

იხილეთ აგრეთვე[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

რესურსები ინტერნეტში[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

Commons-logo.svg
ვიკისაწყობში არის გვერდი თემაზე:

სქოლიო[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

  1. დოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 52
  2. ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 3, თბ., 1978. — გვ. 125-126.
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  4. 4.0 4.1 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
  5. ბარანსკი პ.ი., კლოჩევი ვ. პ., პოტიკევიჩი ი. ვ. ნახევარგამტარული ელექტრონიკა. მასალების თვისებები: ცნობარი. კიევი: ნაუკოვა დუმკა, 1975. 704ფ
  6. 6.0 6.1 6.2 ზი ს. ნახევარგამტარების ხელსაწყოების ფიზიკა. მ.:მირი, 1984. 455с
  7. Compulenta[მკვდარი ბმული]
  8. Rieke, G.H. (2007). „Infrared Detector Arrays for Astronomy“. Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: 77. doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
  9. 9.0 9.1 Brown, Jr., Robert D.. (2000)Germanium (pdf). U.S. Geological Survey. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2011-08-22. ციტირების თარიღი: 2008-09-22.
  10. 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.
  11. 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.CS1-ის მხარდაჭერა: დამატებითი პუნქტუაცია (link)
  12. Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2009-04-19. ციტირების თარიღი: 2008-09-22.
  13. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника М.: Мир, 1982, 512 с.
  14. R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). „Germanium“. U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries. USGS Mineral Resources Program: 1–2. ISBN 0859340392. OCLC 16437701. line feed character არის |date=-ში №357 პოზიციაზე (დახმარება); შეამოწმეთ თარიღის პარამეტრი |date= და |year= / |date= mismatch-ში (დახმარება); |access-date= საჭიროებს მიეთითოს აგრეთვე |url= (დახმარება)
  15. ნაზარენკო ვ. ა. გერმანიუმის ანალიტიკური ქიმია. მ., ნაუკა, 1973. 264 ფ.