Германий

ГЕРМАНИЙ, Ge (от лат. Germania — Германия * а. germanium; н. Germanium; ф. germanium; и. germanio), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 32, атомная масса 72,59. Природный германий состоит из 4 стабильных изотопов ⁷⁰Ge (20,55%), ⁷²Ge (27,37%), ⁷³Ge (7,67%), ⁷⁴Ge (36,74%) и одного радиоактивного ⁷⁶Ge (7,67%) с периодом полураспада 2•10⁶ лет. Открыт в 1886 немецким химиком К. Винклером в минерале аргиродите; был предсказан в 1871 Д. Н. Менделеевым (экасилиций).

Свойства германия

Германий — хрупкий серебристо-белый металл. Кристаллизуется в кубической решётке типа алмаза с периодом а = 0,56575 нм (5,6575 Е). Плотность 5326 кг/м³ (при 25°С; t плавления 958,5°С, t кипения 2690°С; удельная теплоёмкость (при 0-300°С) 322,14 Дж/кг•К, теплопроводность 58,8 Дж/м•с•К (при 25°С). Важнейшими являются полупроводниковые свойства германия, самого распространённого природного полупроводникового материала. Электрические свойства (при 25°С): удельное сопротивление монокристаллического германия 5,6-6,0 кОм/м, концентрация носителей тока 2•10¹³ см^-3, ширина запрещённой зоны 0,665 эВ, подвижность электронов mn 0,39 м²/с, подвижность дырок mr 0,19 m²/с.

Германий химический

Металлический германий устойчив на воздухе при комнатной температуре и быстро окисляется при температуре выше красного каления (600-700°С) с образованием двуокиси, твёрдый германий не реагирует с азотом, водородом; жидкий германий при температуре 1000-1100°С взаимодействует с водородом. В соединениях степень окисления +2 и +4; устойчивой формой является Ge⁺⁴. Моно- и диоксид германия амфотерны, растворяются в щелочной среде с образованием германитов и германатов. Германий имеет множество соединений с галогенами и серой; сульфиды растворяются в щелочных растворах, образуя сульфогерманаты, соли в водном растворе легко гидролизуются, давая гидратированный диоксид. Радиус иона Ge⁺⁴ промежуточный между радиусами ионов Si⁺⁴ и Ti⁺⁴. Большинство кислородных соединений германия являются структурными аналогами соединений кремния. Многие из них диморфны; более плотные модификации (например, GeO₂) аналогичны по структуре соединениям титана.

Германий в природе

Германий относится к рассеянным элементам. Распространённость германия в земной коре (1-2)•10^-4%. В качестве примеси встречается в минералах кремния, в меньшей степени в минералах железа и цинка. Собственные минералы германия очень редки: сульфосоли — аргиродит, германит, реньерит и некоторые другие; двойной гидратированный оксид германия и железа — штоттит; сульфаты — итоит, флейшерит и некоторые др. Промышленного значения они практически не имеют. Германий накапливается в гидротермальных и осадочных процессах, где реализуется возможность отделения его от кремния. В повышенных количествах (0,001-0,1%) встречается в сфалерите, магнетите, каменных и бурых углях. Источниками германия являются полиметаллические руды, ископаемые угли и некоторые типы вулканогенно-осадочных месторождений железных руд. Основное количество германия получают попутно из подсмольных вод при коксовании углей, из золы энергетических углей, сфалеритовых и магнетитовых концентратов. Германий извлекается кислотным выщелачиванием, возгонкой в восстановительной среде, сплавлением с едким натром и др. Концентраты германия обрабатываются соляной кислотой при нагревании, конденсат очищается и подвергается гидролитическому разложению с образованием диоксида; последний восстанавливается водородом до металлического германия, который очищается методами фракционной и направленной кристаллизации, зонной плавки.

Применение германия

Германий применяют в радиоэлектронике и электротехнике как полупроводниковый материал для изготовления диодов и транзисторов. Из германия изготовляют линзы для ИК оптики, фотодиоды, фоторезисторы, дозиметры ядерных излучений, анализаторы рентгеновской спектроскопии, преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую и т.д. Сплавы германия с некоторыми металлами, отличающиеся повышенной стойкостью к кислым агрессивным средам, используют в приборостроении, машиностроении и металлургии. Некоторые сплавы германия с другими химическими элементами — сверхпроводники.