De germanium Het is een metalloïde element dat wordt weergegeven door het chemische symbool Ge en dat behoort tot groep 14 van het periodiek systeem. Het wordt onder silicium aangetroffen en heeft veel van zijn fysische en chemische eigenschappen ermee gemeen; zo erg zelfs dat zijn naam ooit Ekasilicio was, voorspeld door Dmitri Mendelejev zelf.
De huidige naam werd gegeven door Clemens A. Winkler, ter ere van zijn vaderland Duitsland. Daarom is germanium verbonden met dit land, en het is het eerste beeld dat mensen oproept die het niet te veel weten..
Germanium bestaat, net als silicium, uit covalente kristallen van driedimensionale tetraëdrische roosters met Ge-Ge-bindingen. Evenzo kan het worden gevonden in monokristallijne vorm, waarin de korrels groot zijn, of polykristallijn, samengesteld uit honderden kleine kristallen..
Het is een halfgeleiderelement bij omgevingsdruk, maar wanneer het boven 120 kbar stijgt, wordt het een metalen allotroop; dat wil zeggen, mogelijk zijn de Ge-Ge-bindingen verbroken en zijn ze afzonderlijk verpakt in de zee van hun elektronen.
Het wordt als een niet-giftig element beschouwd, omdat het kan worden gehanteerd zonder enige vorm van beschermende kleding; hoewel inademing en overmatige inname kan leiden tot de klassieke symptomen van irritatie bij individuen. De dampspanning is erg laag, dus het is onwaarschijnlijk dat de rook brand veroorzaakt.
Anorganische (zouten) en organische germaniums kunnen echter gevaarlijk zijn voor het lichaam, ondanks het feit dat hun Ge-atomen op mysterieuze wijze interageren met biologische matrices..
Het is niet echt bekend of organisch germanium kan worden beschouwd als een wondermiddel voor de behandeling van bepaalde aandoeningen als alternatief medicijn. Wetenschappelijke studies ondersteunen deze beweringen echter niet, maar verwerpen ze en bestempelen dit element zelfs als kankerverwekkend..
Germanium is niet alleen een halfgeleider, het begeleidt silicium, selenium, gallium en een hele reeks elementen in de wereld van halfgeleidermaterialen en hun toepassingen; Het is ook transparant voor infraroodstraling, waardoor het nuttig is voor het vervaardigen van warmtedetectoren uit verschillende bronnen of regio's..
Artikel index
Germanium was een van de elementen waarvan het bestaan in 1869 werd voorspeld door de Russische chemicus Dmitri Mendeleev in zijn periodiek systeem. Hij noemde het voorlopig ekasilicon en plaatste het in een ruimte op het periodiek systeem tussen tin en silicium..
In 1886 ontdekte Clemens A. Winkler germanium in een mineraalmonster uit een zilvermijn nabij Freiberg, Saksen. Het was het mineraal genaamd argyrodite, vanwege het hoge zilvergehalte, en pas ontdekt in 1885.
Het argyrodite-monster bevatte 73-75% zilver, 17-18% zwavel, 0,2% kwik en 6-7% een nieuw element, dat Winkler later germanium noemde..
Mendelejev had voorspeld dat de dichtheid van het te ontdekken element 5,5 g / cm zou moeten zijn3 en zijn atoomgewicht rond de 70. Zijn voorspellingen bleken vrij dicht bij die van germanium te liggen.
In 1886 was Winkler in staat om het nieuwe metaal te isoleren en vond het vergelijkbaar met antimoon, maar hij heroverwoog en realiseerde zich dat het element dat hij had ontdekt overeenkwam met ekasilicium..
Winkler noemde het element 'germanium' afkomstig van het Latijnse woord 'germania', een woord dat ze gebruikten om Duitsland te beschrijven. Om deze reden noemde Winkler het nieuwe element germanium, naar zijn geboorteland Duitsland..
In 1887 bepaalde Winkler de chemische eigenschappen van germanium en vond een atoomgewicht van 72,32 door een analyse van zuiver germaniumtetrachloride (GeCl4.
Ondertussen leidde Lecoq de Boisbaudran een atoomgewicht van 72,3 af door het vonkspectrum van het element te bestuderen. Winkler bereidde verschillende nieuwe verbindingen uit germanium, waaronder fluoriden, chloriden, sulfiden en dioxiden..
In de jaren 1920 leidden onderzoek naar de elektrische eigenschappen van germanium tot de ontwikkeling van zeer zuiver monokristallijn germanium.
Deze ontwikkeling maakte het gebruik van germanium mogelijk in diodes, gelijkrichters en microgolfradarontvangers tijdens de Tweede Wereldoorlog..
De eerste industriële toepassing kwam na de oorlog in 1947, met de uitvinding van germaniumtransistors door John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley, die werden gebruikt in communicatieapparatuur, computers en draagbare radio's..
In 1954 begonnen zeer zuivere siliciumtransistors germaniumtransistors te verplaatsen vanwege de elektronische voordelen die ze hadden. En tegen de jaren zestig waren germaniumtransistors zo goed als verdwenen..
Germanium bleek een sleutelcomponent te zijn bij het maken van infrarood (IR) lenzen en ramen. In de jaren zeventig werden siliciumgermanium (SiGe) voltaïsche cellen (PVC) geproduceerd die cruciaal blijven voor satellietactiviteiten..
In de jaren negentig verhoogde de ontwikkeling en uitbreiding van glasvezel de vraag naar germanium. Het element wordt gebruikt om de glaskern van glasvezelkabels te vormen.
Vanaf 2000 leidden hoogrenderende PVC's en lichtgevende diodes (LED's) die germanium gebruiken tot een toename van de productie en het verbruik van germanium..
Zilverachtig wit en glanzend. Als de vaste stof uit vele kristallen (polykristallijn) bestaat, heeft het een schilferig of gerimpeld oppervlak, vol boventonen en schaduwen. Soms kan het zelfs zo grijsachtig of zwart lijken als silicium..
In standaardomstandigheden is het een halfmetaal element, broos en metaalglans..
Germanium is een halfgeleider, niet erg taai. Het heeft een hoge brekingsindex voor zichtbaar licht, maar is transparant voor infraroodstraling en wordt gebruikt in apparatuurvensters om deze straling te detecteren en te meten..
72.63 u
32
938,25 ºC
2.833 ºC
Bij kamertemperatuur: 5,323 g / cm3
Op smeltpunt (vloeistof): 5,60 g / cm3
Germanium zet, net als silicium, gallium, bismut, antimoon en water, uit naarmate het stolt. Om deze reden is de dichtheid in vloeibare toestand groter dan in vaste toestand..
36,94 kJ / mol
334 kJ / mol
23.222 J / (mol K)
Bij een temperatuur van 1.644 K is de dampspanning slechts 1 Pa. Dit betekent dat de vloeistof bij die temperatuur nauwelijks dampen afgeeft en dus geen risico op inademing inhoudt..
2.01 op de schaal van Pauling
-Ten eerste: 762 kJ / mol
-Ten tweede: 1.537 kJ / mol
-Ten derde: 3.302,1 kJ / mol
60,2 W / (m · K)
1 Ω · m bij 20 ºC
3S cm-1
Diamagnetisch
6.0 op de schaal van Mohs
Relatief stabiel. Het wordt niet aangetast door lucht bij kamertemperatuur en oxideert bij temperaturen boven 600 ºC.
6 10-1 N / m bij 1.673,1 K
Het oxideert bij temperaturen boven 600 ° C om germaniumdioxide (GeOtweeGermanium geeft aanleiding tot twee vormen van oxiden: germaniumdioxide (GeOtwee) en germaniummonoxide (GeO).
Germaniumverbindingen vertonen over het algemeen de +4 oxidatietoestand, hoewel in veel verbindingen germanium voorkomt met de +2 oxidatietoestand. De oxidatietoestand - 4 komt voor, bijvoorbeeld in magnesiumgermanide (MgtweeGe).
Germanium reageert met halogenen om tetrahalogeniden te vormen: germaniumtetrafluoride (GeF4), gasvormige verbinding; germaniumtetrajodide (GeI4), vaste verbinding; germaniumtetrachloride (GeCl4) en germaniumtetrabromide (GeBr4), beide vloeibare verbindingen.
Germanium is inert ten opzichte van zoutzuur; maar het wordt aangevallen door salpeterzuur en zwavelzuur. Hoewel hydroxiden in waterige oplossing weinig effect hebben op germanium, lost het gemakkelijk op in gesmolten hydroxiden om geronaten te vormen..
Germanium heeft vier valentie-elektronen volgens zijn elektronische configuratie:
[Ar] 3d10 4stwee 4ptwee
Net als koolstof en silicium hybridiseren hun Ge-atomen hun 4s en 4p orbitalen om vier sp hybride orbitalen te vormen.3. Met deze orbitalen verbinden ze zich om te voldoen aan het valentie-octet en hebben bijgevolg hetzelfde aantal elektronen als het edelgas uit dezelfde periode (krypton).
Op deze manier ontstaan de Ge-Ge covalente bindingen, en met vier van hen voor elk atoom worden omringende tetraëders gedefinieerd (met één Ge in het midden en de andere op de hoekpunten). Aldus wordt een driedimensionaal netwerk tot stand gebracht door de verplaatsing van deze tetraëders langs het covalente kristal; die zich gedraagt alsof het een enorm molecuul is.
Het covalente germaniumkristal neemt dezelfde kubische structuur met het vlak gecentreerd aan als diamant (en silicium). Deze allotroop staat bekend als α-Ge. Als de druk toeneemt tot 120 kbar (ongeveer 118.000 atm), wordt de kristalstructuur van α-Ge body-centered tetragonal (BCT, voor het acroniem in het Engels: Body-centered tetragonal).
Deze BCT-kristallen komen overeen met de tweede allotroop van germanium: β-Ge, waar de Ge-Ge-bindingen worden verbroken en geïsoleerd gerangschikt, zoals gebeurt met metalen. Α-Ge is dus halfmetaal; terwijl β-Ge metaalachtig is.
Germanium kan zijn vier valentie-elektronen verliezen of er nog vier krijgen om iso-elektronisch te worden met krypton..
Wanneer het elektronen in zijn verbindingen verliest, wordt er gezegd dat het positieve getallen of oxidatietoestanden heeft, waarin het bestaan van kationen met dezelfde ladingen als deze getallen wordt verondersteld. Onder deze hebben we de +2 (Getwee+), de +3 (Ge3+) en de +4 (Ge4+.
De volgende verbindingen hebben bijvoorbeeld germanium met positieve oxidatiegetallen: GeO (Getwee+OFtwee-), GeTe (Getwee+Theetwee-), GetweeCl6 (Getwee3+Cl6-), GeOtwee (Ge4+OFtweetwee-) en GeStwee (Ge4+Stweetwee-.
Terwijl wanneer het elektronen in zijn verbindingen krijgt, het negatieve oxidatiegetallen heeft. Onder hen is de meest voorkomende -4; dat wil zeggen, het bestaan van het anion Ge wordt aangenomen4-. In germanides gebeurt dit, en als voorbeelden daarvan hebben we de Li4Ge (Li4+Ge4-) en MgtweeGe (Mgtweetwee+Ge4-.
Germanium is een relatief zeldzaam element in de aardkorst. Er zijn maar weinig mineralen die er een aanzienlijke hoeveelheid van bevatten, waaronder we kunnen noemen: argyrodite (4AgtweeS · GeStwee), germaniet (7CuS · FeS · GeStwee), briartiet (CutweeFeGeS4), renieriet en canfieldiet.
Ze hebben allemaal iets gemeen: het zijn zwavel- of zwavelhoudende mineralen. Daarom overheerst germanium in de natuur (of in ieder geval hier op aarde), zoals GeStwee en niet GeOtwee (in tegenstelling tot zijn tegenhanger SiOtwee, silica, wijd verspreid).
Naast de hierboven genoemde mineralen is germanium ook aangetroffen in massaconcentraties van 0,3% in steenkoolafzettingen. Ook kunnen sommige micro-organismen het verwerken om kleine hoeveelheden GeH te genererentwee(CH3twee en GeH3(CH3), die uiteindelijk naar rivieren en zeeën worden verplaatst.
Germanium is een bijproduct van de verwerking van metalen zoals zink en koper. Om het te verkrijgen, moet het een reeks chemische reacties ondergaan om zijn zwavel tot het overeenkomstige metaal te reduceren; dat wil zeggen, haal de GeS wegtwee zijn zwavelatomen zodat het eenvoudig als Ge blijft.
Zwavelhoudende mineralen ondergaan een brandproces waarbij ze samen met de lucht worden verwarmd om oxidatie te laten plaatsvinden:
GeStwee + 3 Otwee → GeOtwee + 2 ZOtwee
Om het germanium van het residu te scheiden, wordt het omgezet in zijn respectievelijke chloride, dat kan worden gedestilleerd:
Geotwee + 4 HCl → GeCl4 + 2 uurtweeOF
Geotwee + 2 Cltwee → GeCl4 + OFtwee
Zoals te zien is, kan de omzetting worden uitgevoerd met behulp van zoutzuur of chloorgas. De GeCl4 hydrolyseert vervolgens terug naar GeOtwee, dus het slaat neer als een witachtige vaste stof. Ten slotte reageert het oxide met de waterstof om te reduceren tot het metallisch germanium:
Geotwee + 2 uurtwee → Ge + 2 HtweeOF
Reductie die ook mogelijk is met houtskool:
Geotwee + C → Ge + COtwee
Het verkregen germanium bestaat uit een poeder dat tot metalen staven wordt gevormd of gestampt, waaruit stralende germaniumkristallen kunnen worden gekweekt..
Germanium heeft geen isotoop van grote overvloed in de natuur. In plaats daarvan heeft het vijf isotopen waarvan de abundanties relatief laag zijn: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) en 76Ge (7,75%). Merk op dat het atoomgewicht 72.630 u is, wat het gemiddelde is van alle atoommassa's met de respectievelijke abundanties van de isotopen.
Isotoop 76Ge is eigenlijk radioactief; maar de halfwaardetijd is zo groot (t1/2= 1,78 × 10eenentwintig jaar), wat praktisch een van de vijf meest stabiele isotopen van germanium is. Andere radio-isotopen, zoals 68Ge en 71Ge, beide synthetisch, hebben een kortere halfwaardetijd (respectievelijk 270,95 dagen en 11,3 dagen).
De milieurisico's voor germanium zijn enigszins controversieel. Omdat het een licht zwaar metaal is, kan een voortplanting van zijn ionen uit in water oplosbare zouten schade toebrengen aan het ecosysteem; dat wil zeggen dat dieren en planten kunnen worden aangetast door Ge-ionen te consumeren3+.
Elementair germanium is veilig zolang het niet in poedervorm is. Als het in stof zit, kan een luchtstroom het naar warmtebronnen of sterk oxiderende stoffen slepen; en bijgevolg is er een risico op brand of explosie. Evenzo kunnen de kristallen in de longen of ogen terechtkomen en ernstige irritaties veroorzaken..
Een persoon kan veilig een germaniumschijf in zijn kantoor hanteren zonder zich zorgen te maken over een ongeluk. Hetzelfde kan echter niet worden gezegd van de anorganische verbindingen; dat wil zeggen, zijn zouten, oxiden en hydriden. Bijvoorbeeld de GeH4 of Germaans (analoog aan CH4 en YesH4), het is een zeer irriterend en brandbaar gas.
Nu zijn er organische bronnen van germanium; Onder hen kan 2-carboxyethylgermasquioxane of germanium-132 worden genoemd, een alternatief supplement waarvan bekend is dat het bepaalde aandoeningen behandelt; hoewel met bewijsmateriaal in twijfel getrokken.
Enkele van de medicinale effecten die aan germanium-132 worden toegeschreven, zijn om het immuunsysteem te versterken, en daarom helpt het bij het bestrijden van kanker, hiv en aids; reguleert de functies van het lichaam, verbetert ook de mate van zuurstofvoorziening in het bloed, elimineert vrije radicalen; en geneest ook artritis, glaucoom en hartaandoeningen.
Organisch germanium is echter in verband gebracht met ernstige schade aan de nieren, de lever en het zenuwstelsel. Daarom is er een latent risico als het gaat om het consumeren van dit germaniumsupplement; Welnu, hoewel er mensen zijn die het als een wondermiddel beschouwen, zijn er anderen die waarschuwen dat het geen enkel wetenschappelijk bewezen voordeel biedt..
Germanium is transparant voor infraroodstraling; dat wil zeggen, ze kunnen er doorheen gaan zonder geabsorbeerd te worden.
Hierdoor zijn germaniumbrillen en lenzen gemaakt voor optische infraroodapparaten; bijvoorbeeld in combinatie met een IR-detector voor spectroscopische analyse, in lenzen die worden gebruikt in ver-infrarood ruimtetelescopen om de verste sterren in het heelal te bestuderen, of in licht- en temperatuursensoren.
Infraroodstraling wordt geassocieerd met moleculaire trillingen of warmtebronnen; dus de apparaten die in de militaire industrie worden gebruikt om doelen met nachtzicht te bekijken, hebben componenten gemaakt met germanium.
Germanium als halfgeleider metalloïde is gebruikt om transistors, elektrische circuits, lichtgevende diodes en microchips te bouwen. In de laatste zijn germanium-siliciumlegeringen en zelfs germanium op zichzelf begonnen silicium te vervangen, zodat kleinere en krachtigere schakelingen kunnen worden ontworpen..
Het is roest, GeOtwee, Vanwege de hoge brekingsindex wordt het toegevoegd aan glazen zodat ze kunnen worden gebruikt in microscopie, groothoekobjectieven en glasvezel..
Germanium is niet alleen silicium gaan vervangen in bepaalde elektronische toepassingen, maar het kan ook worden gekoppeld aan galliumarsenide (GaAs). Deze metalloïde is dus ook aanwezig in zonnepanelen.
Het GeOtwee het is gebruikt als katalysator voor polymerisatiereacties; bijvoorbeeld in degene die nodig is voor de synthese van polyethyleentereftalaat, een plastic waarmee glanzende flessen die in Japan worden verkocht, worden gemaakt.
Evenzo katalyseren de nanodeeltjes van hun platinalegeringen redoxreacties waarbij waterstofgas wordt gevormd, waardoor deze voltaïsche cellen effectiever worden..
Ten slotte is vermeld dat er Ge-Si- en Ge-Pt-legeringen zijn. Daarnaast kunnen de Ge-atomen worden toegevoegd aan de kristallen van andere metalen, zoals zilver, goud, koper en beryllium. Deze legeringen vertonen een grotere taaiheid en chemische bestendigheid dan hun individuele metalen..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.