გერმანიუმი: განსხვავება გადახედვებს შორის

[შემოწმებული ვერსია]

შიგთავსი ამოიშალა შიგთავსი დაემატა

შიდახაზური

07:47, 8 სექტემბერი 2012-ის ვერსია

გერმანიუმი / Germanium (Ge)
ელემენტის რიგითი ნომერი	32
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	ღია-რუხი ფერის მეტალოიდი, ნახევარგამტარი ლითონური ბზინვარებით
ატომის თვისებები
ატომური მასა (მოლური მასა)	72,61 მ. ა. ე. (გ/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 გ/სმ³
ხვედრითი თბოტევადობა	23,32^[1] ჯ/(კ ·მოლი)
თბოგამტარობა	60,2 ვტ/(მ ·კ)
დნობის ტემპერატურა	1210,6 К (29,8 °C) კ
დნობის სითბო	36,8 კჯ/მოლი
დუღილის ტემპერატურა	3103 კ
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 კ
ემისიური სპექტრი

გერმანიუმი

32Ge

72,61

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p²

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

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

სახელი დარქმეულია გერმანიის ვინკლერის სამშობლოს საპატივცემლოდ.

ბუნებაში

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

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

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

მექანიკური თვისებები^[3]

დრეკადობის მოდული E, გპა — 82

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

გერმანიუმი წარმოადგენს ტიპიურ ნახევარგამტარს.

სტატიკური შეფარდებითი დიელექტრიკული შეღწევადობა ε = 16,0
აკრძალული ზონის სიფართე (300 К) E_g = 0,67 ევ
საკუთარი კონცენტრაცია n_i=2,33×10¹³ სმ⁻³^[3]
ეფექტური მასა^[4]:
- ელექტრონების, გრძივი: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀^[5]
- ელექტრონების, განივი: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀^[5]
- ხვრელების, მძიმეების: m_hh=0,379m₀
- ხვრელების, მჩატეების: m_hl=0,042m₀
ელექტრონული მსგავსება: χ = 4,0 ევ^[5]

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

იზოტოპები

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

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

არაორგანული

ჰიდრიდები
- გერმილენი $GeH_{2}$
- გერმანი $GeH_{4}$
- დიგერმანი $Ge_{2}H_{6}$
- ტრიგერმანი $Ge_{3}H_{8}$

ოქსიდები
- გერმანიუმის ოქსიდი(II) $GeO$
- გერმანიუმის ოქსიდი (IV) $GeO_{2}$

ჰიდროქსიდები
- გერმანიუმის ჰიდროქსიდი(II) $Ge(OH)_{2}$

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) $Ge_{3}N_{4}$
- გერმანიუმის სულფიდი (II) $GeS$
- გერმანიუმის სულფიდი (IV) $GeS_{2}$
- გერმანიუმის სულფატი (IV) $Ge(SO_{4})_{2}$

ორგანული

მთავარი სტატია: გერმანიუმორგანული ნაერთები.

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

ოპტიკა

ინფრაწითელ ინტერვალში ზეწმინდა ლითონური გერმანიუმის გამჭვირვალობის გამო მას გააჩნია სტრატეგიული მნიშვნელობა ოპტიკური ელემენტების ინფრაწითელი ოპტიკის: ლინზების, პრიზმების, მრიცხველემის ოპტიკური ფანჯრები^[7]^[8]. ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენების დარგია — თბოვიზიური კამერების ოპტიკა, რომლებიც მუშაობენ ტალღების შემდეგი სიგრძის დიაპაზონში 8-დან 14 მიკრონამდე. ასეთი მოწყობილობები გამოიყენება პასიურ ხედვის თბოსისტემებში, სამხედრო ღამის ხედვის მოწყობილობის, ინფრაწითელი დამიზნების სისტემებში, ხანძარსაწინააღმდეგო სისტემებში. გერმანიუმი ასევე გამოიყენება ინფრაწითელ-სპექტროსკოპიაში ოპტიკურ ხელსაწყოებში, რომლებიც გამოიყენება მაღალმგრძნობიარე ინფრაწითელ-სენსორებში^[8]. მასალას გააჩნია გარდატეხის ძალიან მაღალი მაჩვენებელი (4,0) და მოითხოვს ანტიათინათის საფარს. კერძოდ კი, გამოიყენება ალმასისმაგვარი ძალიან მაგარი ნახშირბადის საფარი, გარდატეხის მაჩვენებელით 2,0^[9]^[10].
გერმანიუმის ოქსიდის (GeO₂) ყველაზე შესამჩნევი ფიზიკური მახასიათებელი არის — მისი მაღალი გარდატეხის მაჩვენებელი და დაბალი ოპტიკური დისპერსია. ეს თვისებები პოულობეთ გამოყენებას კამერების ფართოკუთხიანი ობიექტივის დასამზადებლად, მიკროსლოპიაში, და ოპტიკური ბოჭკოს წარმოებაში.
გერმანიუმის ტეტრაქლორიდი თავისი მაღალი რეფრაქციის ხარისხის გამო და ოპტიკური დაბალი ოპტიკური გაბნეულობის გამო გამოიყენება ოპტობოჭკოების წარმოებაში.
შენადნობის - GeSbTe-ის ოპტიკური თვისებების შეცვლა ფაზური გადასვლის დროს გამოიყენება გადაწერადი DVD-ის წარმოებაში.^[11]

რადიოელექტრონიკა

გერმანიუმი გამოიყენება ნახევარგამტარიან ხელსაწყოებში: ტრანზისტორებში, და დიოდებში. გერმანიუმიანი ტრანზისტორებს და სენსორებიან, დეტექტორებიან დიოდებს ააქვთ მაჩვენებლები, რომლებიც განსხვავდებიან სილიციუმისაგან. ამას გარდა, უკუ დენი გერმანიუმიან ხელსაწყოებს რამდენჯერმე 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. ეხლა გერმანიუმიანი დიოდები და ტრანზისტორები თითქმის მთლიანად გაძევებულია სიცილიუმიანით.
გერმანიუმის ტელურიდი გამოიყენება როგორც სტაბილური თერმოელექტრული მასალა და თერმო ელექტრომამოძრავებელი ძალა 50 მკვ/К).

გერმანიუმი ფართოდ გამოიყენება ბირთვულ ფიზიკაში როგორც გამა-გამოსხივების დეტექტორების მასალა.

ეკონომიკა

წარმოება

მოხმარება

ფასები

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

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

რესურსები ინტერნეტში

სქოლიო

↑ რედკოლ.:კნუნიანცი ი.ლ. (მთ. რედ.), ქიმიური ენციკლოპედია: 5 ტომად, ტ. 1, მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1988. — გვ. 623, 100 000 ეგზ.
↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
↑ ^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
↑ ბარანსკი პ.ი., კლოჩევი ვ. პ., პოტიკევიჩი ი. ვ. ნახევარგამტარული ელექტრონიკა. მასალების თვისებები: ცნობარი. კიევი: ნაუკოვა დუმკა, 1975. 704ფ
↑ ^5.0 ^5.1 ^5.2 ზი ს. ნახევარგამტარების ხელსაწყოების ფიზიკა. მ.:მირი, 1984. 455с
↑ Compulenta
↑ Rieke, G.H. (2007). „Infrared Detector Arrays for Astronomy“. Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: 77. doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
↑ ^8.0 ^8.1 Brown, Jr., Robert D.. (2000)Germanium (pdf). U.S. Geological Survey. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2011-08-22. ციტირების თარიღი: 2008-09-22.
↑ 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.
↑ Lua-ს შეცდომა in მოდული:Citation/CS1 at line 4027: bad argument #1 to 'pairs' (table expected, got nil).
↑ Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). ციტირების თარიღი: 2008-09-22.
↑ Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника М.: Мир, 1982, 512 с.
↑ R.N. Soar. (January 2003, January 2004, January 2005, January 2006, January 2007). „Germanium“. U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf) |format= საჭიროებს |url=-ს (დახმარება). 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)
↑ ნაზარენკო ვ. ა. გერმანიუმის ანალიტიკური ქიმია. მ., ნაუკა, 1973. 264 ფ.

თარგი:Link FA

[ქე-1] რედკოლ.:კნუნიანცი ი.ლ. (მთ. რედ.), ქიმიური ენციკლოპედია: 5 ტომად, ტ. 1, მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1988. — გვ. 623, 100 000 ეგზ.

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

[PhysVals-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

[ReferenceA-5] 5.0 ^5.1 ^5.2 ზი ს. ნახევარგამტარების ხელსაწყოების ფიზიკა. მ.:მირი, 1984. 455с

[cl-6] Compulenta

[7] Rieke, G.H. (2007). „Infrared Detector Arrays for Astronomy“. Annu. Rev. Astro. Astrophys. 45: 77. doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.

[Brown-8] 8.0 ^8.1 Brown, Jr., Robert D.. (2000)Germanium (pdf). U.S. Geological Survey. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2011-08-22. ციტირების თარიღი: 2008-09-22.

[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.

[10] Lua-ს შეცდომა in მოდული:Citation/CS1 at line 4027: bad argument #1 to 'pairs' (table expected, got nil).

[11] Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). ციტირების 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“. U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries (pdf) |format= საჭიროებს |url=-ს (დახმარება). 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)

[14] ნაზარენკო ვ. ა. გერმანიუმის ანალიტიკური ქიმია. მ., ნაუკა, 1973. 264 ფ.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

@@ ხაზი 236: / ხაზი 236: @@
 [[af:Germanium]]
+[[am:ጀርማኒየም]]
 [[an:Chermanio]]
 [[ar:جرمانيوم]]