Գերմանիում

Գերմանիում (), 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%։

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 

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: 1886-1887 թվականներին Վինկլերը մանրամասն նկարագրեց գերմանիումի 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։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ գերմանիումը օգտագործվում էր որոշ էլեկտրական սարքերում, հիմնականում դիոդներում։

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։

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

 

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 

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%։

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։

 

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։

 

Գերմանիումի քառաքլորիդը՝ GeCl, անգույն հեղուկ է, ջրում հիդրոլիզվում է՝ առաջացնելով հիդրատացված երկօքսիդի՝ GeO2nH2O նստվածքը։ Հայտնի են նաև գերմանիումի երկհալոգենիդները՝ GeX2։

 

 

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։

 

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

Գերմանիումը առաջացնում է բազմաթիվ կոմպլեքս միացություններ։

Անօրգանական 
 Հիդրիդներ
 Գերմիլեն 
 Գերման 
 Դիգերման 
 Տրիգերման 
 Օքսիդներ
 Գերմանիումի (II) օքսիդ 
 Գերմանիումի (IV) օքսիդ 
 Հիդրոքսիդներ
 Գերմանիումի (II) հիդրոքսիդ 
 Աղեր
 Հալոգեններ
 Գերմանիումի (IV) բրոմիդ 
 Գերմանիումի (II) յոդիդ 
 Գերմանիումի (IV) յոդիդ 
 Գերմանիումի (IV) ֆտոիդ 
 Գերմանիումի (IV) քլորիդ 
 Գերմանիումի (IV) նիտրիդ 
 Գերմանիումի (II) սուլֆիդ 
 Գերմանիումի (IV) սուլֆիդ 
 Գերմանիումի (IV) սուլֆիդ

Կիրառություն 

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 
 Սիլիցիում
 Պարբերական աղյուսակ

Ծանոթագրություններ

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)

Գերմանիում
Կիսամետաղներ
Կիսահաղորդչային նյութեր
Դմիտրի Մենդելեև