게르마늄 결정 격자. 게르마늄 원소. 게르마늄의 특성, 추출 및 사용. 신체의 기능과 역할

게르마늄은 주기율표에서 원자번호 32번의 화학 원소로 기호 Ge(독일어)로 표시됩니다. 게르마늄).

게르마늄 발견의 역사

실리콘과 유사한 원소인 eca-실리콘의 존재는 D.I. Mendeleev는 1871년에 돌아왔습니다. 그리고 1886년에 Freiberg Mining Academy의 교수 중 한 명이 새로운 은광물인 아가로다이트(argyrodite)를 발견했습니다. 그런 다음 이 광물은 완전한 분석을 위해 기술 화학 교수인 Clemens Winkler에게 전달되었습니다.

이것은 우연히 이루어진 것이 아닙니다. 48세의 Winkler는 아카데미 최고의 분석가로 간주되었습니다.

그는 아주 빨리 그 광물에 은 74.72%, 황 17.13%, 수은 0.31%, 산화제1철 0.66%, 산화아연 0.22%가 포함되어 있다는 사실을 알아냈습니다. 그리고 새로운 광물 중량의 거의 7%는 아직 알려지지 않은 일부 이해할 수 없는 요소로 구성되었습니다. Winkler는 미확인 성분인 argyrodpt를 분리하고 그 특성을 연구한 후 실제로 Mendeleev가 예측한 에스카플리시움(escaplicium)이라는 새로운 원소를 발견했다는 사실을 깨달았습니다. 이것은 원자번호 32번 원소의 간략한 역사이다.

그러나 윙클러의 작업이 순조롭게 진행됐다고 생각하면 오산이다. 다음은 Mendeleev가 "Fundamentals of Chemistry"의 8장에 추가한 내용입니다. "처음에는(1886년 2월) 재료 부족, 버너 불꽃의 스펙트럼 부족 및 많은 게르마늄 화합물의 용해도 때문에 Winkler의 연구에는 어려움이 있습니다..." "불꽃의 스펙트럼 부족"에 주의하십시오. 어떻게요? 결국 1886년에는 스펙트럼 분석 방법이 이미 존재했습니다. 이 방법으로 이미 지구에서는 루비듐, 세슘, 탈륨, 인듐이 발견되었고, 태양에서는 헬륨이 발견되었습니다. 과학자들은 각 화학 원소가 완전히 개별적인 스펙트럼을 가지고 있는데 갑자기 스펙트럼이 없다는 것을 확실히 알고 있었습니다!

설명은 나중에 나왔습니다. 게르마늄은 2651.18, 3039.06 Ω 등의 파장을 갖는 특징적인 스펙트럼 선을 가지고 있습니다. 그러나 그것들은 모두 스펙트럼의 보이지 않는 자외선 부분에 속하며 Winkler가 전통적인 분석 방법을 고수한 것이 성공으로 이어진 것은 다행스러운 일이라고 생각할 수 있습니다.

게르마늄을 분리하기 위해 Winkler가 사용한 방법은 32번 원소를 얻기 위한 현재의 산업적 방법 중 하나와 유사합니다. 먼저, 아가로드나이트에 함유된 게르마늄을 이산화물로 변환한 다음, 이 백색 분말을 수소 분위기에서 600~700°C로 가열했습니다. 반응은 명백합니다: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

이렇게 해서 최초로 비교적 순수한 게르마늄을 얻었습니다. Winkler는 처음에 새로운 원소의 이름을 해왕성의 이름을 따서 넵투늄으로 명명하려고 했습니다. (원소 32와 마찬가지로 이 행성도 발견되기 전에 예측되었습니다.) 그러나 그러한 이름은 이전에 잘못 발견된 요소에 할당된 것으로 밝혀졌으며 Winkler는 자신의 발견을 손상시키고 싶지 않아 첫 번째 의도를 포기했습니다. 그는 또한 새로운 원소에 앵귤러리움(angularium)이라는 이름을 붙이자는 제안도 받아들이지 않았습니다. "각진, 논란의 여지가 있는"(그리고 이 발견은 실제로 많은 논란을 불러일으켰습니다). 사실, 그러한 생각을 내놓은 프랑스의 화학자 레이옹은 나중에 그의 제안이 농담에 불과하다고 말했습니다. Winkler는 자신의 나라 이름을 따서 새로운 원소에 게르마늄이라는 이름을 붙였고 그 이름은 그대로 유지되었습니다.

지각의 지구화학적 진화 동안 상당량의 게르마늄이 육지 표면의 대부분에서 바다로 씻겨 나갔기 때문에 현재 토양에 포함된 이 미량 원소의 양은 극히 미미하다는 점에 유의해야 합니다.

지각의 게르마늄 총 함량은 7 × 10 -4 질량%로, 예를 들어 안티몬, 은, 비스무트보다 많습니다. 지각의 미미한 함량과 일부 널리 퍼져 있는 원소와의 지구화학적 친화성으로 인해 게르마늄은 자신의 광물을 형성하는 능력이 제한되어 다른 광물의 격자에서 소멸됩니다. 따라서 게르마늄 자체의 광물은 극히 드뭅니다. 거의 모두 설포염입니다: 게르마나이트 Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), 아가로다이트 Ag 8 GeS 6 (3.6 - 7% Ge), 콘필드석 Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (Ge 최대 2%) 등 게르마늄의 대부분은 지각의 수많은 암석과 광물에 흩어져 있습니다. 예를 들어, 일부 섬아연석에서 게르마늄 함량은 톤당 킬로그램에 도달하고, 에나자이트에서는 최대 5kg/t, 피라기라이트에서는 최대 10kg/t, 설바나이트 및 프랭케이트에서는 1kg/t, 기타 황화물 및 규산염에서는 수백 및 수십에 이릅니다. g/t. 게르마늄은 비철금속의 황화물 광석, 철광석, 일부 산화물 광물(크롬철광, 자철석, 금홍석 등), 화강암, 규암 및 현무암 등 다양한 금속 퇴적물에 집중되어 있습니다. 또한 게르마늄은 거의 모든 규산염, 일부 석탄 및 석유 매장지에 존재합니다.

게르마늄은 게르마늄 0.001-0.1%를 함유한 비철 금속 광석(아연 혼합물, 아연-구리-납 다금속 정광) 가공의 부산물에서 주로 얻습니다. 석탄 연소로 인한 재, 가스 발생기의 먼지, 코크스 공장의 폐기물도 원료로 사용됩니다. 처음에는 게르마늄 농축물(2-10% 독일)이 원료 구성에 따라 다양한 방법으로 나열된 소스로부터 얻어집니다. 농축물에서 게르마늄을 추출하는 과정은 일반적으로 다음 단계를 포함합니다:

1) 염산으로 농축물을 염소화하고, 이를 수성 매질에서 염소와 혼합하거나 기타 염소화제를 사용하여 기술적 GeCl 4 를 얻습니다. GeCl 4를 정제하기 위해 농축된 HCl을 사용한 불순물의 정류 및 추출이 사용됩니다.

2) GeCl4의 가수분해 및 GeO2를 얻기 위한 가수분해 생성물의 하소.

3) 수소 또는 암모니아를 사용하여 GeO 2 를 금속으로 환원합니다. 반도체 장치에 사용되는 매우 순수한 게르마늄을 분리하기 위해 금속의 영역 용융이 수행됩니다. 반도체 산업에 필요한 단결정 게르마늄은 일반적으로 구역 용해 또는 초크랄스키(Czochralski) 방법으로 얻습니다.

GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O

불순물 함량이 10 -3 -10 -4%인 반도체 순도의 게르마늄은 휘발성 모노게르만 GeH 4의 영역 용융, 결정화 또는 열분해를 통해 얻습니다.

GeH4 = Ge + 2H2,

이는 산에 의한 Ge-게르마나이드와 함께 활성 금속 화합물이 분해되는 동안 형성됩니다.

Mg 2 Ge + 4HCl = GeH 4 – + 2MgCl 2

게르마늄은 규산염뿐만 아니라 다금속, 니켈, 텅스텐 광석에서도 불순물로 발견됩니다. 광석 농축 및 농축을 위한 복잡하고 노동 집약적인 작업의 결과로 게르마늄은 GeO 2 산화물 형태로 분리되며, 이는 600°C에서 수소와 함께 단순 물질로 환원됩니다.

GeO 2 + 2H 2 = Ge + 2H 2 O.

게르마늄 단결정은 존멜팅법을 이용하여 정제, 성장됩니다.

순수한 이산화게르마늄은 1941년 초 소련에서 처음으로 얻어졌습니다. 이로부터 빛의 굴절률이 매우 높은 게르마늄 유리가 만들어졌습니다. 32번 원소와 그 생산 방법에 대한 연구는 전쟁 후인 1947년에 재개되었습니다. 이제 게르마늄은 정확히 반도체로서 소련 과학자들의 관심을 끌었습니다.

외관상 게르마늄은 실리콘과 쉽게 혼동될 수 있습니다.

게르마늄은 입방형 다이아몬드형 구조로 결정화되며, 단위 셀 매개변수 a = 5.6575 Å입니다.

이 원소는 티타늄이나 텅스텐만큼 강하지 않습니다. 고체 게르마늄의 밀도는 5.327 g/cm 3 (25°C)입니다. 액체 5.557(1000°C); tpl 937.5°C; 끓는점 약 2700°C; 열전도 계수 ~60 W/(m K), 또는 25°C에서 0.14 cal/(cm sec deg).

게르마늄은 유리만큼 부서지기 쉬우며 이에 따라 반응할 수 있습니다. 상온에서도 550°C 이상에서는 소성 변형이 발생하기 쉽습니다. 광물학 규모 6-6.5의 경도 독일; 압축성 계수(압력 범위 0-120 H/m 2 또는 0-12000 kgf/mm 2 에서) 1.4·10 -7 m 2 /mn(1.4·10 -6 cm 2 /kgf); 표면 장력 0.6n/m(600다인/cm). 게르마늄은 밴드 갭이 1.104·10 -19 J 또는 0.69 eV(25°C)인 일반적인 반도체입니다. 전기 저항률 독일 고순도 0.60ohm·m(60ohm·cm), 25°C; 전자 이동도 3900 및 정공 이동도 1900 cm 2 /v sec(25°C)(10 -8% 미만의 불순물 함량).

결정질 게르마늄의 모든 "비정상적인" 변형은 Ge-I보다 전기 전도성이 뛰어납니다. 이 특정 특성에 대한 언급은 우연이 아닙니다. 전기 전도성 값(또는 그 역값 - 저항률)은 반도체 요소에 특히 중요합니다.

화학 화합물에서 게르마늄은 일반적으로 원자가 4 또는 2를 나타냅니다. 원자가 4를 가진 화합물이 더 안정적입니다. 정상적인 조건에서는 공기와 물, 알칼리 및 산에 저항성이 있으며 왕수 및 과산화수소의 알칼리성 용액에 용해됩니다. 게르마늄 합금과 이산화게르마늄을 기반으로 한 유리가 사용됩니다.

화학 화합물에서 게르마늄은 일반적으로 2가와 4가의 원자가를 나타내며 4가 게르마늄 화합물이 더 안정적입니다. 실온에서 게르마늄은 공기, 물, 알칼리 용액, 묽은 염산 및 황산에 내성이 있지만 왕수 및 과산화수소의 알칼리성 용액에는 쉽게 용해됩니다. 질산에 의해 천천히 산화됩니다. 게르마늄은 공기 중에서 500~700°C로 가열되면 GeO 및 GeO 2 산화물로 산화됩니다. 독일(IV) 산화물 - 녹는점이 1116°C인 백색 분말; 물에 대한 용해도 4.3g/l(20°C). 화학적 성질에 따르면 양성이며 알칼리에 잘 녹고 무기산에는 잘 녹지 않습니다. 이는 GeCl 4 사염화물이 가수분해되는 동안 방출되는 수화물 침전물(GeO 3 ·nH 2 O)을 하소하여 얻습니다. GeO 2를 다른 산화물과 융합함으로써 게르마산 유도체(금속 게르마네이트(Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 및 기타)) - 녹는점이 높은 고체 물질을 얻을 수 있습니다.

게르마늄이 할로겐과 반응하면 해당 테트라할라이드가 형성됩니다. 반응은 불소와 염소(이미 실온에서), 브롬(낮은 가열) 및 요오드(CO 존재 시 700-800°C)에서 가장 쉽게 진행됩니다. 독일 사염화물 GeCl 4의 가장 중요한 화합물 중 하나는 무색 액체입니다. t pl -49.5°C; 끓는점 83.1°C; 밀도 1.84g/cm 3 (20°C). 이는 물과 강하게 가수분해되어 수화 산화물(IV) 침전물을 방출합니다. 금속 게르마늄을 염소화하거나 GeO 2 를 농축된 HCl과 반응시켜 얻습니다. 일반식 GeX 2 의 게르마늄 디할라이드, GeCl 모노클로라이드, 헥사클로로디게르만 Ge 2 Cl 6 및 게르마늄 옥시염화물(예를 들어 CeOCl 2)도 알려져 있습니다.

황은 900-1000°C에서 게르마늄과 격렬하게 반응하여 이황화물 GeS 2(백색 고체, 녹는점 825°C)를 형성합니다. 반도체인 셀레늄 및 텔루르와 함께 독일의 GeS 단황화물 및 유사한 화합물도 설명되어 있습니다. 수소는 1000~1100°C에서 게르마늄과 약간 반응하여 불안정하고 휘발성이 높은 화합물인 게르민(GeH)X를 형성합니다. 게르마나이드를 묽은 염산과 반응시켜 Ge n H 2n+2 ~ Ge 9 H 20 계열의 게르마나이드 수소를 얻을 수 있습니다. GeH 2 조성의 게르밀렌도 알려져 있습니다. 게르마늄은 질소와 직접 반응하지 않지만, 700-800°C에서 게르마늄에 암모니아가 반응하여 얻어지는 질화물 Ge 3 N 4 가 있습니다. 게르마늄은 탄소와 상호작용하지 않습니다. 게르마늄은 많은 금속과 화합물(게르마늄화물)을 형성합니다.

게르마늄의 수많은 복합 화합물이 알려져 있으며 게르마늄의 분석 화학과 그 제조 과정 모두에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 게르마늄은 유기 수산기 함유 분자(다가 알코올, 다염기산 등)와 복합 화합물을 형성합니다. 독일 헤테로폴리산을 입수하였다. IV족의 다른 원소와 마찬가지로 게르마늄은 유기금속 화합물을 형성하는 것이 특징이며, 그 예로는 테트라에틸게르만(C 2 H 5) 4 Ge 3이 있습니다.

게르마늄(II) 수소화물 GeH 2. 백색의 불안정한 분말(공기 또는 산소 중에서 폭발적으로 분해됨). 알칼리 및 브롬과 반응함.

게르마늄(II) 일수소화물 중합체(폴리게르민)(GeH2)n. 갈색-검정색 분말. 물에 잘 녹지 않으며 공기 중에서 즉시 분해되며 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 160oC로 가열하면 폭발합니다. 이는 게르마나이드 나트륨 NaGe의 전기분해 중에 형성됩니다.

게르마늄(II) 산화물 GeO. 기본 특성을 지닌 검은 결정. 500°C에서 GeO 2 및 Ge로 분해됩니다. 물에서 천천히 산화됩니다. 염산에 약간 용해됩니다. 회복 속성을 보여줍니다. 이는 700-900 o C로 가열된 게르마늄 금속에 CO 2 작용, 염화 게르마늄(II)의 알칼리 작용, Ge(OH) 2 하소 또는 GeO 2 환원을 통해 얻습니다.

게르마늄(II) 수산화물 Ge(OH) 2 . 붉은 오렌지색 결정. 가열하면 GeO로 변합니다. 양쪽성 특성을 나타냅니다. 게르마늄(II) 염을 알칼리로 처리하고 게르마늄(II) 염을 가수분해하여 얻습니다.

게르마늄(II) 불화물 GeF 2 . 무색 흡습성 결정, 융점 =111°C. 이는 가열될 때 게르마늄 금속에 GeF 4 증기가 작용하여 얻어집니다.

게르마늄(II) 염화물 GeCl 2 . 무색 결정. t pl =76.4°C, t 끓임 = 450°C. 460°C에서 GeCl4와 금속 게르마늄으로 분해됩니다. 물에 의해 가수분해되며 알코올에 약간 용해됩니다. 이는 가열될 때 게르마늄 금속에 GeCl 4 증기가 작용하여 얻어집니다.

게르마늄(II) 브로마이드 GeBr 2 . 투명한 바늘 모양의 결정체. tpl=122℃. 물로 가수분해됩니다. 벤젠에 약간 용해됩니다. 알코올, 아세톤에 용해됩니다. 게르마늄(II) 수산화물을 브롬화수소산과 반응시켜 제조됩니다. 가열하면 금속 게르마늄과 게르마늄(IV) 브롬화물로 불균형하게 됩니다.

게르마늄(II) 요오드화물 GeI 2. 노란색 육각형 플레이트, 반자성. t pl =460 o C. 클로로포름과 사염화탄소에 약간 용해됩니다. 210°C 이상으로 가열하면 금속 게르마늄과 사요오드화게르마늄으로 분해됩니다. 게르마늄(II) 요오드화물을 차아인산으로 환원하거나 사요오드화 게르마늄을 열분해하여 얻습니다.

게르마늄(II) 황화물 GeS. 건조된 회흑색의 반짝이는 마름모형 불투명 결정을 얻었다. t pl =615°C, 밀도는 4.01g/cm 3 입니다. 물과 암모니아에 약간 용해됩니다. 수산화칼륨에 용해됩니다. 습식법으로 얻은 것은 적갈색 무정형 퇴적물이며 밀도는 3.31 g/cm 3 입니다. 무기산과 폴리황화암모늄에 용해됩니다. 게르마늄을 황과 함께 가열하거나 게르마늄(II) 염 용액에 황화수소를 통과시켜 얻습니다.

게르마늄(IV) 수소화물 GeH4. 무색 가스(밀도 3.43g/cm 3 ). 독성이 있고 매우 불쾌한 냄새가 나며 -88oC에서 끓고 약 -166oC에서 녹고 280oC 이상에서 열적으로 해리됩니다. 가열된 튜브를 통해 GeH 4를 통과시키면 벽에 빛나는 금속 게르마늄 거울이 얻어집니다. . 이는 에테르 내 염화 게르마늄(IV)에 LiAlH4를 작용시키거나 염화 게르마늄(IV) 용액을 아연 및 황산으로 처리하여 얻습니다.

게르마늄(IV) 산화물 GeO 2 . 이는 두 가지 결정 변형 형태로 존재합니다(밀도가 4.703 g/cm 3 인 육각형과 밀도가 6.24 g/cm 3 인 사면체). 둘 다 공기에 안정적입니다. 물에 약간 용해됩니다. t pl =1116 o C, t 끓임 =1200 o C. 양쪽성 특성을 나타냅니다. 가열되면 알루미늄, 마그네슘 및 탄소에 의해 금속 게르마늄으로 환원됩니다. 이는 원소로부터의 합성, 휘발성 산과 게르마늄 염의 하소, 황화물의 산화, 게르마늄 테트라할라이드의 가수분해, 알칼리 금속 게르마나이트를 산으로 처리, 금속 게르마늄을 농축된 황산 또는 질산으로 처리하여 얻습니다.

게르마늄(IV) 불화물 GeF4. 공기 중에서 연기가 나는 무색의 가스. t pl =-15oC, t 끓임 =-37°C. 물로 가수분해됩니다. 바륨 테트라플루오로게르마네이트를 분해하여 얻습니다.

게르마늄(IV) 염화물 GeCl 4 . 무색 액체. t pl = -50 o C, t 끓임 = 86 o C, 밀도는 1.874 g/cm 3입니다. 물로 가수분해하고, 알코올, 에테르, 이황화탄소, 사염화탄소에 용해됩니다. 게르마늄을 염소와 함께 가열하고 게르마늄(IV) 산화물 현탁액에 염화수소를 통과시켜 제조됩니다.

게르마늄(IV) 브로마이드 GeBr 4 . 팔면체 무색 결정. t pl =26 o C, t 끓임 =187 o C, 밀도는 3.13 g/cm 3입니다. 물로 가수분해됩니다. 벤젠, 이황화탄소에 용해됩니다. 이는 가열된 게르마늄 금속 위에 브롬 증기를 통과시키거나 게르마늄(IV) 산화물에 브롬화수소산을 작용시켜 얻습니다.

게르마늄(IV) 요오드화물 GeI 4. 노란색-주황색 팔면체 결정, t pl =146 o C, t bp =377 o C, 밀도는 4.32 g/cm 3입니다. 445oC에서는 분해됩니다. 벤젠, 이황화탄소에 용해되고 물에 의해 가수분해됩니다. 공기 중에서 점차적으로 게르마늄(II) 요오드화물과 요오드로 분해됩니다. 암모니아를 첨가합니다. 이는 가열된 게르마늄 위에 요오드 증기를 통과시키거나 게르마늄(IV) 산화물에 요오드화수소산을 작용시켜 얻습니다.

게르마늄(IV) 황화물 GeS 2. 백색 결정성 분말, t pl =800 o C, 밀도는 3.03 g/cm 3 입니다. 물에 약간 용해되며 천천히 가수분해됩니다. 암모니아, 황화암모늄 및 알칼리 금속 황화물에 용해됩니다. 이는 황과 함께 이산화황 흐름에서 게르마늄(IV) 산화물을 가열하거나 게르마늄(IV) 염 용액에 황화수소를 통과시켜 얻습니다.

게르마늄(IV) 황산염 Ge(SO 4) 2. 무색 결정, 밀도 3.92 g/cm 3 . 200 o C에서 분해됩니다. 석탄이나 황에 의해 황화물로 환원됩니다. 물 및 알칼리 용액과 반응합니다. 염화게르마늄(IV)과 산화황(VI)을 가열하여 제조한다.

자연에는 다섯 가지 동위원소가 있습니다: 70 Ge(20.55% wt), 72 Ge(27.37%), 73 Ge(7.67%), 74 Ge(36.74%), 76 Ge(7.67%). 처음 4개는 안정적이고 다섯 번째(76Ge)는 반감기가 1.58×10 21년인 이중 베타 붕괴를 겪습니다. 이밖에도 '장수명' 인공 위성은 68Ge(반감기 270.8일)와 71Ge(반감기 11.26일) 두 가지가 있다.

게르마늄의 응용

게르마늄은 광학 제품 생산에 사용됩니다. 스펙트럼의 적외선 영역에서의 투명성으로 인해 초고순도 금속 게르마늄은 적외선 광학용 광학 요소 생산에 전략적으로 중요합니다. 무선 공학에서 게르마늄 트랜지스터와 검출기 다이오드는 게르마늄 pn 접합의 턴온 전압이 실리콘 장치의 경우 0.6V에 비해 0.4V로 낮기 때문에 실리콘과 다른 특성을 갖습니다.

자세한 내용은 게르마늄 사용에 관한 기사를 참조하세요.

게르마늄은 동물과 식물 유기체에서 발견됩니다. 소량의 게르마늄은 식물에 생리학적 영향을 미치지 않지만 대량으로 섭취하면 독성이 있습니다. 게르마늄은 곰팡이에 독성이 없습니다.

게르마늄은 동물에 대한 독성이 낮습니다. 게르마늄 화합물은 약리학적 효과가 없습니다. 공기 중 게르마늄과 그 산화물의 허용 농도는 2mg/m3입니다. 이는 석면 먼지와 동일합니다.

2가 게르마늄 화합물은 훨씬 더 독성이 있습니다.

경구 투여 후 1.5시간 후 체내 유기 게르마늄 분포를 측정하는 실험에서 다음과 같은 결과가 얻어졌습니다: 위, 소장, 골수, 비장 및 혈액에 다량의 유기 게르마늄이 함유되어 있습니다. 또한 위와 장의 함량이 높아 혈액으로 흡수되는 과정이 장기간 지속된다는 것을 보여줍니다.

혈액 내 유기 게르마늄 함량이 높기 때문에 Asai 박사는 인체에서의 작용 메커니즘에 대해 다음과 같은 이론을 제시했습니다. 혈액에서 유기 게르마늄은 음전하를 띠고 헤모글로빈과 마찬가지로 신체 조직의 산소 전달 과정에 관여하는 헤모글로빈과 유사하게 행동한다고 ​​가정합니다. 이는 조직 수준에서 산소 결핍(저산소증)이 발생하는 것을 방지합니다. 유기 게르마늄은 산소를 부착할 수 있는 헤모글로빈의 양이 감소할 때(혈액의 산소 용량 감소) 발생하고 혈액 손실, 일산화탄소 중독 및 방사선 노출 중에 발생하는 소위 혈액 저산소증의 발생을 예방합니다. 중추신경계, 심장 근육, 신장 조직 및 간은 산소 결핍에 가장 민감합니다.

실험 결과, 유기 게르마늄은 급속하게 분열하는 세포의 재생산 과정을 억제하고 특정 세포(T-killer)를 활성화시키는 감마 인터페론의 유도를 촉진한다는 사실도 밝혀졌다. 신체 수준에서 인터페론의 주요 작용 방향은 림프계의 항바이러스 및 항종양 보호, 면역 조절 및 방사선 보호 기능입니다.

병리학 적 조직과 질병의 주요 징후가있는 조직을 연구하는 과정에서 항상 산소가 부족하고 양전하를 띤 수소 라디칼 H +가 존재하는 특징이 있음이 밝혀졌습니다. H+ 이온은 인체 세포에 심지어 죽음에 이르기까지 극도로 부정적인 영향을 미칩니다. 산소이온은 수소이온과 결합하는 능력을 갖고 있어 수소이온으로 인한 세포와 ​​조직의 손상을 선택적으로, 국소적으로 보상하는 것이 가능하다. 게르마늄이 수소 이온에 미치는 영향은 유기 형태인 세스퀴산화물 형태에 기인합니다. 기사를 준비하는 데 A. N. Suponenko의 자료가 사용되었습니다.

게르마늄, Ge(라틴 게르마니아 - 독일 * a. 게르마늄; n. 게르마늄; f. 게르마늄; i. 게르마니오)는 원자 번호 32, 원자 질량 72.59인 멘델레예프 주기율표 IV족의 화학 원소입니다. 천연 게르마늄은 4개의 안정 동위원소인 70 Ge(20.55%), 72 Ge(27.37%), 73 Ge(7.67%), 74 Ge(36.74%)와 반감기가 있는 1개의 방사성 76 Ge(7.67%)로 구성됩니다. 2.10 6년. 1886년 독일 화학자 K. Winkler가 광물 아가로다이트에서 발견했습니다. 1871년 D. N. Mendeleev(exasilicon)에 의해 예측되었습니다.

자연 속의 게르마늄

게르마늄에 속합니다. 게르마늄의 풍부함은 (1-2).10 -4%입니다. 이는 실리콘 광물에서 불순물로 발견되며, 광물에서는 그 정도가 적습니다. 게르마늄 자체 광물은 매우 드뭅니다. 설포살트 - 아가로다이트, 게르마나이트, 레네라이트 등; 게르마늄과 철의 이중 수화 산화물 - 쇼타이트; 황산염 - itoite, fleischerite 및 기타 일부는 실질적으로 산업적 의미가 없습니다. 게르마늄은 열수 및 퇴적 과정에서 축적되며, 실리콘에서 분리할 수 있는 가능성이 실현됩니다. 및에서 증가된 양(0.001-0.1%)으로 발견됩니다. 게르마늄 공급원에는 다금속 광석, 화석 석탄 및 일부 유형의 화산 퇴적물이 포함됩니다. 게르마늄의 주요 양은 석탄을 코크스하는 동안 타르 물, 열 석탄의 재, 섬아연석 및 자철석에서 부산물로 얻습니다. 게르마늄은 산, 환원 환경에서의 승화, 가성소다와의 융합 등에 의해 추출됩니다. 게르마늄 농축물은 가열되면 염산으로 처리되고, 응축물은 정제되고 가수분해 분해되어 이산화물을 형성합니다. 후자는 수소에 의해 금속 게르마늄으로 환원되며, 이는 분별 및 방향성 결정화 방법과 영역 용융에 의해 정제됩니다.

게르마늄의 응용

게르마늄은 다이오드 및 트랜지스터 제조용 반도체 재료로 무선 전자공학 및 전기공학에 사용됩니다. IR 광학, 포토다이오드, 포토레지스터, 핵 방사선 선량계, X선 분광 분석기, 방사성 붕괴 에너지를 전기 에너지로 변환하는 렌즈 등은 게르마늄으로 만들어집니다. 게르마늄과 특정 금속의 합금은 공격적인 산성 환경에 대한 저항력이 증가한 특징을 가지며 악기 제작, 기계 공학 및 야금에 사용됩니다. 게르마늄과 다른 화학 원소의 일부 합금은 초전도체입니다.

인체에는 엄청난 양의 미시적 요소와 거시적 요소가 포함되어 있으며, 이것이 없으면 모든 기관과 시스템의 완전한 기능이 불가능합니다. 사람들은 그 중 일부에 대해 항상 듣는 반면, 다른 사람들은 그 존재를 전혀 인식하지 못하지만 모두 건강에 중요한 역할을 합니다. 마지막 그룹에는 인체에 ​​유기 형태로 포함되어 있는 게르마늄도 포함됩니다. 이것은 어떤 종류의 요소이고, 어떤 프로세스를 담당하며, 어떤 수준이 표준으로 간주되는지 계속 읽어보세요.

설명 및 특성

일반적인 이해에서 게르마늄은 잘 알려진 주기율표(네 번째 그룹에 속함)에 제시된 화학 원소 중 하나입니다. 자연에서는 금속 광택을 지닌 고체의 회백색 물질로 나타나지만 인체에서는 유기물 형태로 발견됩니다.

게르마늄은 실제로 자체 광물을 형성하지 않지만 철과 황화물 광석 및 규산염에서 발견되기 때문에 매우 드물다고 할 수는 없습니다. 지각의 화학 원소 함량은 은, 안티몬 및 비스무트의 농도를 여러 번 초과하며 일부 광물에서는 그 양이 톤당 10kg에 이릅니다. 세계 해양의 물에는 약 610-5mg/l의 게르마늄이 포함되어 있습니다.

다양한 대륙에서 자라는 많은 식물은 토양에서 소량의 이 화학 원소와 그 화합물을 흡수한 후 인체에 들어갈 수 있습니다. 유기적 형태에서 이러한 모든 구성 요소는 다양한 대사 및 복원 과정에 직접적으로 관여하며 이에 대해서는 아래에서 설명합니다.

알고 계셨나요?이 화학 원소는 1886년에 처음 발견되었으며, 우리는 독일 화학자 K. Winkler의 노력 덕분에 이를 알게 되었습니다. 사실, 이 시점까지 멘델레예프는 1869년에 그것의 존재에 대해서도 말했는데, 그는 처음에 그것을 조건부로 "에카-실리콘"이라고 불렀습니다.

신체의 기능과 역할

아주 최근까지 과학자들은 게르마늄이 인간에게 전혀 쓸모가 없으며 원칙적으로 살아있는 유기체의 몸에서 전혀 기능을 수행하지 않는다고 믿었습니다. 그러나 오늘날 이 화학 원소의 개별 유기 화합물은 그 효과에 대해 이야기하기에는 너무 이르지만 의약 화합물로도 성공적으로 사용될 수 있다는 것이 확실하게 알려져 있습니다.

실험실 설치류를 대상으로 한 실험에서는 소량의 게르마늄으로도 동물의 기대 수명을 25~30% 늘릴 수 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 그 자체로 게르마늄이 인간에게 주는 이점에 대해 생각해 볼 좋은 이유가 됩니다.
인체에서 유기 게르마늄의 역할에 대한 이미 수행된 연구를 통해 우리는 이 화학 원소의 다음과 같은 생물학적 기능을 확인할 수 있습니다.

• 산소를 조직으로 전달하여 신체의 산소 결핍을 예방합니다 (적혈구의 헤모글로빈 양이 감소하면 나타나는 소위 "혈액 저산소증"의 위험).
• 미생물 세포의 증식 과정을 억제하고 특정 면역 세포를 활성화하여 신체의 보호 기능 발달을 자극합니다.
• 유해한 미생물로부터 신체를 보호하는 인터페론 생산으로 인한 활성 항진균, 항 바이러스 및 항균 효과;
• 자유라디칼 차단으로 표현되는 강력한 항산화 효과;
• 종양 종양의 발달을 지연시키고 전이의 형성을 예방합니다(이 경우 게르마늄은 음전하 입자의 효과를 중화합니다).
• 소화 밸브 시스템, 정맥 시스템 및 연동 운동의 조절기 역할을 합니다.
• 게르마늄 화합물은 신경 세포의 전자 이동을 중단함으로써 다양한 통증 증상을 줄이는 데 도움이 됩니다.

중요한! 복용량을 잘못 계산하면 심각한 중독으로 이어질 수 있으므로이 화학 원소가 자신에게 미치는 영향을 테스트해서는 안됩니다.

게르마늄에는 무엇이 포함되어 있습니까? 식품 공급원

우리 몸의 모든 미세 요소는 특정 기능을 수행하므로 건강과 색조 유지를 위해 특정 구성 요소의 최적 수준을 보장하는 것이 매우 중요합니다. 이는 독일에도 적용됩니다. 마늘(가장 많이 발견되는 곳), 밀기울, 콩과 식물, 포르치니 버섯, 토마토, 생선 및 해산물(특히 새우와 홍합), 야생 마늘과 알로에를 섭취하여 매일 비축량을 보충할 수 있습니다.
게르마늄이 신체에 미치는 영향은 셀레늄의 도움으로 향상될 수 있습니다.이러한 제품 중 상당수는 모든 주부의 집에서 쉽게 찾을 수 있으므로 어려움이 발생하지 않습니다.

일일 요구 사항 및 규범

유용한 구성 요소가 너무 많아도 그 부족보다 덜 해로울 수 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 따라서 손실된 게르마늄 양을 보충하기 전에 허용되는 일일 섭취량에 대해 아는 것이 중요합니다. 일반적으로 이 값의 범위는 0.4~1.5mg이며 개인의 나이와 기존 미량원소 결핍 상태에 따라 달라집니다.

인체는 게르마늄 흡수에 잘 대처하고(이 화학 원소의 흡수율은 95%) 조직과 기관 전체에 비교적 고르게 분포합니다(세포 외 공간에 대해 이야기하는지 세포 내 공간에 대해 이야기하는지 여부는 중요하지 않습니다). 게르마늄은 소변과 함께 배설됩니다(최대 90%가 배출됨).

결핍과 과잉

위에서 언급했듯이 극단적인 것은 좋지 않습니다. 즉, 신체의 게르마늄 부족과 과잉은 기능적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 미량 원소 결핍 (음식 섭취 제한 또는 신체의 대사 과정 위반으로 인해)으로 인해 골다공증 및 뼈 조직의 탈회가 가능하며 종양학 적 상태의 가능성이 여러 번 증가합니다.

과도한 양의 게르마늄은 신체에 독성 영향을 미치며 격년제 성분의 화합물은 특히 위험한 것으로 간주됩니다.

알고 계셨나요?대부분의 경우, 과잉은 산업 환경에서 순수한 증기를 흡입함으로써 설명될 수 있습니다(공기 중 최대 허용 농도는 2 mg/cub.m일 수 있음). 염화게르마늄과 직접 접촉하면 국소적인 피부 자극이 가능하며 체내로 유입되면 간과 신장이 손상되는 경우가 많습니다.

보시다시피, 그 역할이 아직 완전히 연구되지 않았더라도 우리 몸에는 설명된 미세 요소가 실제로 필요합니다. 따라서 최적의 균형을 유지하려면 나열된 음식을 더 많이 섭취하고 유해한 작업 조건에 노출되지 않도록 노력하십시오.

화학 원소 게르마늄은 주기율표에서 네 번째 그룹(주 하위 그룹)에 속합니다. 그것은 금속 계열에 속하며 상대 원자 질량은 73입니다. 지각의 게르마늄 함량은 질량 기준으로 0.00007%로 추정됩니다.

발견의 역사

나는 이 금속 원소가 티타늄과 지르코늄 광석에서 발견된다고 믿었습니다. 멘델레예프는 스스로 이 화학 원소를 찾으려고 노력했지만 실패했습니다. 불과 15년 후, 히멜퓌르스트(Himmelfürst)에 위치한 광산에서 아가로다이트(argyrodite)라는 광물이 발견되었습니다. 이 화합물의 이름은 이 광물에서 발견되는 은에서 유래되었습니다.

구성 요소의 화학 원소 게르마늄은 Freiberg Mining Academy의 화학자 그룹이 연구를 시작한 후에야 발견되었습니다. K. Winkler의 지도하에 그들은 아연, 철, 황 및 수은 산화물의 비율이 광물의 93%에 불과하다는 것을 발견했습니다. Winkler는 나머지 7%가 당시 알려지지 않은 화학 원소에서 나온 것이라고 제안했습니다. 추가 화학 실험 후에 게르마늄이 발견되었습니다. 화학자는 자신이 발견한 내용을 보고서로 보고하고 새로운 원소의 특성에 대해 얻은 정보를 독일 화학회에 제출했습니다.

화학 원소 게르마늄은 안티몬 및 비소와 유사하게 Winkler에 의해 비금속으로 제시되었습니다. 화학자는 그것을 넵투늄이라고 부르고 싶었지만 이 이름은 이미 사용되고 있었습니다. 그런 다음 그들은 그것을 게르마늄이라고 부르기 시작했습니다. 윙클러가 발견한 화학 원소는 당시의 주요 화학자들 사이에서 심각한 논쟁을 불러일으켰습니다. 독일 과학자 Richter는 이것이 Mendeleev가 말한 것과 동일한 ecasilicium이라고 제안했습니다. 얼마 후, 이 가정은 확인되었으며, 이는 위대한 러시아 화학자가 창안한 주기율의 실행 가능성을 입증했습니다.

물리적 특성

게르마늄은 어떻게 특성화될 수 있나요? 멘델레예프의 화학 원소는 원자 번호 32입니다. 이 금속은 937.4 °C에서 녹습니다. 이 물질의 끓는점은 2700 °C입니다.

게르마늄은 일본에서 의료용으로 최초로 사용된 원소입니다. 인간 연구뿐만 아니라 동물을 대상으로 유기게르마늄 화합물에 대한 수많은 연구가 수행된 후, 그러한 광석이 살아있는 유기체에 미치는 긍정적인 효과를 발견하는 것이 가능했습니다. 1967년에 K. Asai 박사는 유기 게르마늄이 광범위한 생물학적 효과를 가지고 있다는 사실을 발견했습니다.

생물학적 활동

화학 원소 게르마늄의 특성은 무엇입니까? 그것은 살아있는 유기체의 모든 조직에 산소를 운반할 수 있습니다. 혈액 속에 들어가면 헤모글로빈과 비슷한 방식으로 작용합니다. 게르마늄은 인체의 모든 시스템의 완전한 기능을 보장합니다.

면역 세포의 증식을 자극하는 것은 바로 이 금속입니다. 이는 유기 화합물 형태로 미생물의 증식을 억제하는 감마 인터페론의 형성을 허용합니다.

게르마늄은 악성 종양의 형성을 예방하고 전이가 발생하는 것을 방지합니다. 이 화학 원소의 유기 화합물은 이물질의 출현에 대한 보호 반응으로 신체에서 생성되는 보호 단백질 분자인 인터페론의 생성에 기여합니다.

응용

게르마늄의 항진균성, 항균성, 항바이러스성 특성은 응용 분야의 기초가 되었습니다. 독일에서는 이 원소가 주로 비철광석 가공의 부산물로 얻어졌습니다. 게르마늄 정광은 공급원료의 구성에 따라 다양한 방식으로 분리되었습니다. 그 구성에는 10% 이하의 금속이 포함되어 있습니다.

현대 반도체 기술에서 게르마늄은 정확히 어떻게 사용됩니까? 앞서 제시된 요소의 특성은 삼극관, 다이오드, 전력 정류기 및 수정 검출기 생산에 사용할 수 있는 가능성을 확인시켜 줍니다. 게르마늄은 또한 일정하고 교번하는 자기장의 강도를 측정하는 데 필요한 선량 측정 도구를 만드는 데 사용됩니다.

이 금속의 중요한 응용 분야는 적외선 방사선 검출기의 제조입니다.

게르마늄 자체뿐만 아니라 게르마늄의 일부 화합물도 사용하는 것이 유망합니다.

화학적 성질

실온의 게르마늄은 습기와 대기 산소에 매우 강합니다.

시리즈 - 게르마늄 - 주석)에서는 환원 능력이 증가합니다.

게르마늄은 염산 및 황산 용액에 내성이 있으며 알칼리 용액과 상호 작용하지 않습니다. 더욱이, 이 금속은 왕수(7개의 질산과 염산)뿐만 아니라 알칼리성 과산화수소 용액에도 매우 빠르게 용해됩니다.

화학 원소에 대한 완전한 설명을 제공하는 방법은 무엇입니까? 게르마늄과 그 합금은 물리적, 화학적 특성뿐만 아니라 응용 분야에 대해서도 분석되어야 합니다. 질산을 이용한 게르마늄 산화 과정은 매우 느리게 진행됩니다.

자연 속에 존재하기

화학 원소의 특성을 분석해 봅시다. 게르마늄은 자연에서 화합물 형태로만 발견됩니다. 자연에서 가장 흔한 게르마늄 함유 광물 중 게르마나이트와 아가로다이트를 강조합니다. 또한 게르마늄은 황화 아연과 규산염에 존재하며 다양한 종류의 석탄에서 소량으로 발견됩니다.

건강에 해롭다

게르마늄은 신체에 어떤 영향을 미치나요? 전자식이 1e인 화학 원소; 8e; 18일; 7e는 인체에 ​​부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 게르마늄 농축물을 적재하거나 분쇄하고 이 금속의 이산화물을 적재할 때 직업병이 나타날 수 있습니다. 건강에 해로운 다른 원인으로는 게르마늄 분말을 녹여 막대로 만드는 과정과 일산화탄소를 생성하는 과정이 있습니다.

흡착된 게르마늄은 주로 소변을 통해 신체에서 빠르게 제거될 수 있습니다. 현재 무기 게르마늄 화합물이 얼마나 독성이 있는지에 대한 자세한 정보는 없습니다.

사염화 게르마늄은 피부에 자극 효과가 있습니다. 임상 시험에서 스피로게르마늄(유기 항종양제) 16g과 기타 게르마늄 화합물에 도달하는 누적량을 장기간 경구 투여했을 때 이 금속의 신독성 및 신경독성 활성이 발견되었습니다.

이러한 복용량은 일반적으로 산업 기업에서는 일반적이지 않습니다. 동물을 대상으로 수행된 실험은 게르마늄과 그 화합물이 살아있는 유기체에 미치는 영향을 연구하는 것을 목표로 했습니다. 그 결과 상당한 양의 게르마늄 금속 분진과 이산화물의 흡입으로 인해 건강이 악화되는 것이 확인되었습니다.

과학자들은 동물의 폐에서 증식 과정과 유사한 심각한 형태학적 변화를 발견했습니다. 예를 들어, 폐포 부분의 상당한 비후, 기관지 주변 림프관의 증식 및 혈관의 비후가 감지되었습니다.

이산화게르마늄은 피부에 자극을 주지 않지만, 이 화합물이 눈의 막과 직접 접촉하면 눈에 심각한 자극을 주는 게르마늄산이 형성됩니다. 장기간 복강 내 주사로 말초 혈액의 심각한 변화가 감지되었습니다.

중요한 사실

게르마늄의 가장 해로운 화합물은 염화게르마늄과 수소화물입니다. 후자의 물질은 심각한 중독을 유발합니다. 급성기에 사망한 동물의 기관을 형태학적으로 조사한 결과, 순환계에 심각한 장애가 나타났고 실질 기관의 세포 변형도 나타났습니다. 과학자들은 수소화물이 신경계에 영향을 미치고 말초 순환계를 억제하는 다목적 독극물이라고 결론지었습니다.

사염화게르마늄

호흡기, 눈, 피부에 강한 자극을 줍니다. 13 mg/m 3 농도에서는 세포 수준에서 폐 반응을 억제할 수 있습니다. 이 물질의 농도가 증가함에 따라 상부 호흡 기관에 심각한 자극이 나타나고 호흡 리듬과 빈도에 상당한 변화가 관찰됩니다.

이 물질에 중독되면 카타르성 박리성 기관지염과 간질성 폐렴이 발생합니다.

영수증

자연적으로 게르마늄은 니켈, 다금속 및 텅스텐 광석에 불순물로 존재하기 때문에 업계에서는 순수 금속을 분리하기 위해 광석 농축과 관련된 여러 노동 집약적 공정이 수행됩니다. 산화 게르마늄은 먼저 이로부터 분리된 다음, 높은 온도에서 수소로 환원되어 단순한 금속을 얻습니다.

GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.

전자 특성 및 동위원소

게르마늄은 일반적인 반도체의 간접 갭으로 간주됩니다. 유전율 통계 상수의 값은 16이고, 전자 친화도의 값은 4eV입니다.

도핑된 갈륨의 얇은 막에서 게르마늄은 초전도 상태를 가질 수 있습니다.

자연에는 이 금속의 5가지 동위원소가 존재합니다. 이 중 4개는 안정적이고 5번째는 이중 베타 붕괴를 거치며 반감기는 1.58 × 10 21년입니다.

결론

현재 이 금속의 유기 화합물은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 초고순도 금속 게르마늄의 적외선 스펙트럼 영역의 투명성은 현대 센서의 프리즘, 렌즈, 광학 창 등 적외선 광학의 광학 요소를 제조하는 데 중요합니다. 게르마늄이 가장 많이 사용되는 분야는 8~14 마이크론의 파장 범위에서 작동하는 열화상 카메라용 광학 장치를 만드는 것입니다.

유사한 장치가 적외선 유도 시스템, 야간 투시, 수동 열 화상 및 화재 방지 시스템용 군용 장비에 사용됩니다. 게르마늄은 또한 반사 방지 코팅에 필요한 높은 굴절률을 가지고 있습니다.

무선 공학에서 게르마늄 기반 트랜지스터는 여러 측면에서 실리콘 요소의 특성을 능가하는 특성을 가지고 있습니다. 게르마늄 요소의 역전류는 실리콘 요소의 역전류보다 훨씬 높기 때문에 이러한 무선 장치의 효율성을 크게 높일 수 있습니다. 게르마늄은 실리콘만큼 흔하지 않다는 점을 고려하면 실리콘 반도체 소자는 주로 무선기기에 사용된다.

(게르마늄, 라틴 게르마니아 - 독일), Ge - 화학 물질. 원소 주기율표의 IV족 원소; 에. N. 32, at. m.72.59. 금속성 광택을 지닌 은회색 물질. 화학에서. 화합물은 산화 상태 +2와 +4를 나타냅니다. 산화 상태가 +4인 화합물이 더 안정적입니다. 천연 게르마늄은 질량수가 70(20.55%), 72(27.37%), 73(7.67%), 74(36.74%)인 4개의 안정 동위원소와 질량수가 76(7.67%)인 1개의 방사성 동위원소로 구성되며 반감기가 있습니다. 2,106년. 많은 방사성 동위원소가 인공적으로(다양한 핵 반응을 사용하여) 생산되었습니다. 동위원소 71 Ge는 반감기가 11.4일로 가장 중요합니다.

신성한 게르마늄(“에카실리콘”이라는 이름)의 존재는 1871년 러시아 과학자 D.I. 그러나 1886년에만 화학자 K. Winkler는 광물 아가로디트에서 알려지지 않은 원소를 발견했는데, 그 성질은 "엑사실리콘"의 성질과 일치했습니다. 무도회 시작. 게르마늄 생산은 40년대로 거슬러 올라갑니다. 20세기 반도체 소재로 쓰이던 시절. 지각의 게르마늄 함량은 (1-2) 10~4%입니다. 게르마늄은 미량 원소이며 자체 미네랄 형태로는 거의 발견되지 않습니다. 농도가 1% 이상인 7가지 광물이 알려져 있으며 그 중 Cu2(Cu, Ge, Ga, Fe, Zn)2(S, As)4X X(6.2-10.2% Ge), 레니어라이트(Cu, Fe)2(Cu, Fe, Ge, Ga, Zn)2XX(S, As)4(5.46-7.80% Ge) 및 아가로다이트 Ag8GeS6(3/55-6.93% Ge). G.는 또한 caustobioliths (휴믹 석탄, 오일 셰일, 오일)에 축적됩니다. 정상적인 조건에서 안정적인 Gel의 결정질 변형체는 다이아몬드와 같은 입방체 구조를 갖고 있으며 주기 a = 5.65753 A(Gel)입니다.

게르마늄은

게르마늄 밀도(온도 25°C) 5.3234g/cm3, 융점 937.2°C; 끓는점 2852°C; 융해열 104.7cal/g, 승화열 1251cal/g, 열용량(온도 25°C) 0.077cal/g deg; 계수 열전도율, (온도 0°C) 0.145 cal/cm sec deg, 온도 계수. 선형 팽창(온도 0-260°C), 5.8 x 10-6 deg-1. 녹을 때 게르마늄의 부피는 약 5.6% 감소하고 밀도는 4% 증가합니다. h 고압에서는 다이아몬드와 같은 변형이 발생합니다. 게르마늄은 다형성 변형을 거쳐 결정 변형을 형성합니다. B-Sn 유형의 정방정계 구조(GeII), 주기 a = 5.93A, c = 6.98A(GeIII)의 체심 정방정계 구조 및 다음과 같은 체심 입방체 구조를 갖습니다. 기간 a = 6, 92 A(GeIV). 이러한 변형은 GeI에 비해 더 높은 밀도와 전기 전도성으로 구별됩니다.

비정질 게르마늄은 증기 응축을 통해 필름 형태(두께 약 10-3cm)로 얻을 수 있습니다. 그 밀도는 결정질 결정의 밀도보다 작습니다. 결정질 결정의 에너지 밴드 구조가 반도체 특성을 결정합니다. 밴드 갭의 폭은 0.785eV(온도 0K)이고 전기 저항률(온도 20°C)은 60ohmcm이며 온도가 증가함에 따라 지수 법칙에 따라 크게 감소합니다. 불순물은 G.에게 소위를 제공합니다. 전자(비소, 안티몬, 인 불순물) 또는 정공(갈륨, 알루미늄, 인듐 불순물) 유형의 불순물 전도성. 전자의 경우 중력(온도 25°C)에서 전하 캐리어의 이동도는 초당 약 3600cm2이고, 정공의 경우 초당 1700cm2이며, 전하 캐리어의 고유 농도(온도 20°C)는 2.5입니다. 10 13cm-3. G. 반자성. 녹으면 금속상태로 변합니다. 게르마늄은 매우 부서지기 쉽고, 모스 경도는 6.0, 미세 경도는 385kgf/mm2, 압축 강도(온도 20°C)는 690kgf/cm2입니다. 온도가 증가함에 따라 경도는 감소하며, 650°C 이상에서는 플라스틱이 되어 모피로 변합니다. 처리. 게르마늄은 최대 100°C의 온도에서 공기, 산소 및 비산화 전해질(용존 산소가 없는 경우)에 실제로 불활성입니다. 염산 및 희석된 황산의 작용에 저항합니다. 가열하면 농축된 황산 및 질소 화합물에 천천히 용해되고(생성된 이산화막은 용해 속도를 늦춤) 왕수, 차아염소산염 또는 알칼리 금속 수산화물 용액(과산화수소가 있는 경우), 알칼리 용융물, 과산화물에 잘 용해됩니다. , 알칼리 금속의 질산염 및 탄산염.

600°C 이상의 온도에서는 공기 및 산소 흐름에서 산화되어 산소와 함께 GeO 산화물 및 이산화물(GeO2)을 형성합니다. 게르마늄 산화물은 710°C의 온도에서 승화하는 진회색 분말로 물에 약간 용해되어 약한 게르마나이트 화합물(H2GeO2)이 형성되며 염(게르마나이트)은 불안정합니다. GeO는 화합물에 쉽게 용해되어 2가 G 염을 형성합니다. 이산화 게르마늄은 화학적 특성이 크게 다른 여러 가지 다형성 변형으로 존재하는 백색 분말입니다. 성도: 이산화물의 육각형 변형은 물(25°C의 온도에서 4.53 zU), 알칼리 용액 등에 비교적 잘 용해되며, 정사각형 변형은 물에 실질적으로 불용성이며 불활성입니다. 알칼리, 이산화물 및 그 수화물 형태의 메타게르마네이트(H2Ge03) 및 오르토게르마네이트(H4Ge04) 염에 용해 - 게르마네이트. 알칼리 금속 게르마산염은 물에 용해되는 반면, 다른 게르마산염은 실질적으로 불용성입니다. 갓 침전된 것은 미네랄 화합물에 용해됩니다. G.는 할로겐과 쉽게 결합하여 가열하면(약 250°C) 해당 테트라할로게나이드(물에 의해 쉽게 가수분해되는 비염 유사 화합물)를 형성합니다. 알려진 g. - 진한 갈색(GeS) 및 흰색(GeS2).

게르마늄은 질소-갈색 질화물(Ge3N4)과 흑색 질화물(Ge3N2)을 함유한 화합물로 화학물질이 더 낮은 것이 특징입니다. 인내. 인과 함께 G.는 검은색의 저저항 인화물(GeP)을 형성합니다. 이는 탄소와 상호작용하지 않으며 실리콘과 융합하지 않고 연속적인 일련의 고용체를 형성합니다. 탄소와 실리콘의 유사체인 게르마늄은 GenH2n + 2 유형(게르메인)의 게르마늄 수소뿐만 아니라 GeH 및 GeH2 유형(게르메인)의 고체 화합물을 형성하는 능력이 특징입니다. 그리고 다른 많은 사람들과도. 궤조. 원료에서 게르마늄을 추출하려면 풍부한 게르마늄 농축물을 얻고 그로부터 순도가 높습니다. 무도회에서. 대규모로 게르마늄은 정제 중 높은 휘발성(농축물로부터 분리용), 낮은 농축 염산 및 높은 유기 용매(불순물 정제용)를 사용하여 사염화물에서 얻습니다. 종종 농축을 위해 쉽게 승화되는 낮은 황화물과 산화물의 높은 휘발성이 사용됩니다.

반도체 게르마늄을 얻기 위해서는 방향성 결정화와 영역 재결정화가 사용됩니다. 단결정 게르마늄은 용융물에서 인발하여 얻습니다. 성장 과정에서 G.는 특수 물질로 도핑됩니다. 단결정의 특정 특성을 조절하는 첨가제. G.는 길이가 380-660 mm이고 단면적이 최대 6.5 cm2인 잉곳 형태로 공급됩니다. 게르마늄은 다이오드 및 트랜지스터 제조용 반도체 재료로 무선 전자공학 및 전기공학에 사용됩니다. 적외선 광학 장치용 렌즈, 핵 방사선 선량계, X선 분광 분석기, 홀 효과를 이용한 센서, 방사성 붕괴 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치 등이 만들어집니다. 게르마늄은 액체 헬륨 온도에서 작동하는 마이크로파 감쇠기 및 저항 온도계에 사용됩니다. 반사판에 적용된 G. 필름은 반사율이 높고 내식성이 우수한 것이 특징입니다. 게르마늄과 일부 금속은 공격적인 산성 환경에 대한 저항성이 증가된 특징을 갖고 있으며 악기 제작, 기계 공학 및 야금에 사용됩니다. 헤마늄과 금은 저융점 공융을 형성하고 냉각 시 팽창합니다. G. 이산화물은 특수 제품 제조에 사용됩니다. 계수가 높은 것이 특징인 안경. 스펙트럼의 적외선 부분, 유리 전극 및 서미스터, 에나멜 및 장식용 유약의 굴절 및 투명도. 게르마산염은 인과 형광체의 활성화제로 사용됩니다.

- 화학 원소 주기율표의 화학 원소 D.I. 멘델레예프. 게르마늄은 기호 Ge로 표시되는 회백색의 단순한 물질로 금속의 단단한 성질을 갖고 있다.

지각의 함량은 중량 기준으로 7.10-4%입니다. 미량원소를 말하며, 자유상태에서 산화에 대한 반응성이 쌓여 순수한 금속으로는 발견되지 않습니다.

자연에서 게르마늄 찾기

게르마늄은 D.I.가 예측한 세 가지 화학 원소 중 하나입니다. 주기율표에서의 위치를 ​​기반으로 한 멘델레예프(1871).

희귀한 미량원소에 속합니다.

현재 게르마늄 산업 생산의 주요 원천은 아연 생산, 석탄 코크스, 일부 석탄 재, 규산염 불순물, 퇴적 철 암석, 니켈 및 텅스텐 광석, 이탄, 석유, 지열수 및 일부 조류에서 발생하는 폐기물입니다. .

게르마늄을 함유한 주요 미네랄

플럼보거마타이트(PbGeGa) 2SO4(OH)2+H2 O 함량 최대 8.18%

야르기로다이트 AgGeS6은 3.65~6.93% 함유독일

레니에라이트 Cu 3 (FeGeZn)(SAs) 4 게르마늄이 5.5~7.8% 함유되어 있습니다.

일부 국가에서는 게르마늄이 아연-납-구리와 같은 특정 광석 가공의 부산물로 얻어집니다. 게르마늄은 코크스 생산뿐만 아니라 0.0005~0.3% 함량의 갈탄재와 0.001~1~2% 함량의 경탄재에서도 얻습니다.

금속으로서의 게르마늄은 대기 산소, 산소, 물, 일부 산, 묽은 황산 및 염산에 매우 강합니다. 그러나 진한 황산과 매우 느리게 반응합니다.

게르마늄은 질산 HNO와 반응합니다. 3 왕수는 가성 알칼리와 천천히 반응하여 게르마산염을 형성하지만 과산화수소 H를 첨가하면 2O 2 반응은 매우 빠르게 진행됩니다.

700°C 이상의 고온에 노출되면 게르마늄은 공기 중에서 쉽게 산화되어 GeO를 형성합니다. 2 , 할로겐과 쉽게 반응하여 테트라할로게나이트를 생성합니다.

수소, 규소, 질소, 탄소와 반응하지 않습니다.

다음과 같은 특성을 지닌 게르마늄의 휘발성 화합물이 알려져 있습니다.

독일 헥사하이드라이드 -digerman, Ge 2시간 6 - 가연성 가스로 빛에 장기간 보관하면 분해되어 노란색, 갈색으로 변하다가 암갈색 고체로 변하며 물과 알칼리에 분해됩니다.

독일 사수화물, 모노게르만 - GeH 4 .

게르마늄의 응용

게르마늄은 다른 것들과 마찬가지로 소위 반도체의 특성을 가지고 있습니다. 전기 전도도에 따라 모든 것은 도체, 반도체 및 절연체(유전체)의 세 그룹으로 나뉩니다. 금속의 특정 전기 전도도는 10V4 - 10V6 Ohm.cmV-1 범위에 있으며, 주어진 구분은 임의적입니다. 그러나 도체와 반도체의 전기적 특성에는 근본적인 차이가 있음을 지적할 수 있습니다. 전자의 경우 온도가 증가하면 전기 전도성이 감소하는 반면, 반도체의 경우 전기 전도도는 증가합니다. 절대 영도에 가까운 온도에서 반도체는 절연체로 변합니다. 알려진 바와 같이, 금속 전도체는 이러한 조건에서 초전도 특성을 나타냅니다.

반도체는 다양한 물질이 될 수 있습니다. 여기에는 붕소, (