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 
մինի
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՝ GeWinkler C. (1886). «Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 19: 210–211.: 1886-1887 թվականներին Վինկլերը մանրամասն նկարագրեց գերմանիումիWinkler C. (1886). «Mittheilungen über des Germanium». Journal für praktische Chemie 34: 177–229.Winkler C. (1887). «Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung». Journal für praktische Chemie 36 (1): 177–209. 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 արդյունաբերությունումHaller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (PDF). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ գերմանիումը օգտագործվում էր որոշ էլեկտրական սարքերում, հիմնականում դիոդներումW. K. (1953-05-10). "Germanium for Electronic Devices". NY Times։

 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/լJ.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965։

 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%։
մինի|աջից
մինի
մինի
 Նուկլիդի  բանաձև Z(p) N(n) Իզոտոպի կշիռ<  (զ. ա. մ.) Կայունություն(T1/2) Սպին և Միջուկի զույգություն Գրգռման էներգիա 58Ge 32 26 57,99101 0+ 59Ge 32 27 58,98175 7/2- 60Ge 32 28 59,97019 30 մվ 0+ 61Ge 32 29 60,96379 39 մվ 3/2- 62Ge 32 30 61,95465 129 մվ 0+ 63Ge 32 31 62,94964 142 մվ 3/2- 64Ge 32 32 63,94165 63,7 վրկ 0+ 65Ge 32 33 64,93944 30,9 վրկ 3/2- 66Ge 32 34 65,93384 2,26 ժ 0+ 67Ge 32 35 66,932734 18,9 մին 1/2- 67m1Ge 18,20 ԿէՎ 13,7 մվրկ 5/2- 67m2Ge 751,70 ԿէՎ 110,9 նվրկ 9/2+ 68Ge 32 36 67,928094 270,95 օր 0+ 69Ge 32 37 68,9279645 39,05 ժ 5/2- 69m1Ge 86,765 ԿէՎ 5,1 մվրկ 1/2- 69m2Ge 397,944 ԿէՎ 2,81 մվրկ 9/2+ 70Ge 32 38 69,9242474 կայուն 0+ 71Ge 32 39 70,9249510 11,43 օր 1/2- 71mGe 198,367 ԿէՎ 20,40 մվ 9/2+ 72Ge 32 40 71,9220758 կայուն 0+ 72mGe 691,43 ԿէՎ 444,2 նվրկ 0+ 73Ge 32 41 72,9234589 կայուն 9/2+ 73m1Ge 13,2845 ԿէՎ 2,92 մաքս 5/2+ 73m2Ge 66,726 ԿէՎ 499 մվ 1/2- 74Ge 32 42 73,9211778 կայուն 0+ 75Ge 32 43 74,9228589 82,78 րոպե 1/2- 75m1Ge 139,69 ԿէՎ 47,7 с 7/2+ 75m2Ge 192,18 ԿէՎ 216 նվրկ 5/2+ 76Ge 32 44 75,9214026 1,78 տարի 0+ 77Ge 32 45 76,9235486 11,30 ժ 7/2+ 77mGe 159,70 ԿէՎ 52,9 с 1/2- 78Ge 32 46 77,922853 88 մին 0+ 79Ge 32 47 78,9254 18,98 վրկ 1/2- 79mGe 185,95 ԿէՎ 39,0 վրկ 7/2+ 80Ge 32 48 79,92537 29,5 վրկ 0+ 81Ge 32 49 80,92882 7,6 վրկ 9/2+ 81mGe 679,13 ԿէՎ 7,6 վրկ 1/2+ 82Ge 32 50 81,92955 4,55 վրկ 0+ 83Ge 32 51 82,93462 1,85 վրկ 5/2+ 84Ge 32 52 83,93747 947 մվ 0+ 85Ge 32 53 84,94303 535 մվ 5/2+ 86Ge 32 54 85,94649 150 նվրկ 0+ 87Ge 32 55 86,95251 140 մվ 5/2+ 88Ge 32 56 87,95691 300 նվրկ 0+ 89Ge 32 57 88,96383 150 նվրկ 3/2+

 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 հիդրոլիզվումNaumov, A. V. (2007). "World market of germanium and its prospects". Russian Journal of Non-Ferrous Metals 48 (4): 265–272. doi:10.3103/S1067821207040049. 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։
Տարի  Գին($/կգ)1999  1 4002000  1 2502001  8902002  6202003  3802004  6002005  6602006  8802007  1 2402008  1 4902009  950

 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 
մինի|thumb
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)

Կատեգորիա:Գերմանիում
Կատեգորիա:Դմիտրի Մենդելեև
Կատեգորիա:Կիսահաղորդչային նյութեր
Կատեգորիա:Կիսամետաղներ