Info Pomoć  

 Početna za: GERMANIJ, Ge  

 Početna Tabele ovosti Download Zumbar Linkovi

Atomski (redni) broj 32
Relativna atomska masa 72,61
Naziv na hrvatskom Germanij
Internacionalni naziv Germanium
Oksidacijska stanja 2, 4
Talište / Vrelište (K) 1210,6 / 3103
Elektronegativnost 2,01 / 4,6 eV
Konfiguracija zadnje ljuske 3d104s24p2
Element je Polumetal
Spada u grupu 14 / IVa
Spada u skupinu Ugljikova skupina

GERMANIJ, Ge
  Općenito
Općenito o elementu

Kemijski podaci
Opis, radijus, elektronegativnost... 
Spojevi, dobivanje i uporaba
O dobivanju, spojevima i uporabi...
Fizikalni podaci
Termodinamika, vodljivost, gustoća...
Biološki podaci
Toksičnost, količina u čovjeku, uloga...
Izotopi
Broj izotopa, ključni izotopi...
Minerali i proizvodnja
Minerali, rude...

Download
Download podataka o elementima

Ostali resursi
Linkovi na element na drugim stranicama
Susjedi:

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje germanija:

Germanij se dobiva redukcijom germanijevog(IV)-oksida (GeOz) vodikom. U proizvodnji se stoga mora prethodno dobiti oksid. Za dobivanje oksida koriste se različiti postupci čiji je izbor određen polaznom sirovinom. Najčešće su sirovine cinkove ili bakrove nečistoće u obliku praha nastalog preradom tih metala, a mogu biti i ugljeni ostaci ili koncentrat renierita. U praksi se najčešće koristi praškasti otpad nastao preradom cinkovih ruda, a manje ugljeni ostaci. No zbog velikih zaliha ugljena u odnosu na cinkove rude i ova sirovina dobiva na važnosti u dolazećem razdoblju.

Mokrim se postupkom, pomoću smjese HNO3 i H2SO4, sulfid prevodi u netopljivi oksid:

GeS2(s) + 16HNO3 -> GeO2(s) + 2H2SO4 + 16NO2(g) + 6H2O

Nastali germanijev oksid (GeO2) sadrži primjese oksida drugih metala. Pročišćavanje GeO2 provodi se tako da se otapanjem u koncentriranoj klorovodičnoj kiselini (HCl) sve prevede u kloride, zatim se frakcijskom destilacijom izdvoji hlapljivi germanijev(IV)-klorid (GeCl4) i hidrolizom ponovno prevede u GeO2. Sljedeći korak je redukcija vodikom, za koju se koristi vrlo čisti vodik prethodno pročišćen prolaskom kroz kolone. Da bi se smanjili gubici GeO2 sublimacijom, redukcija se najprije izvodi pri temperaturi 630-650°C, zatim pri 680-700°C i na kraju pri 750-800°C. Nakon toga se nastali praškasti germanij rastali pri temperaturi od 1000-1100°C i ohladi uz davanje oblika prikladnog za rafinaciju.

Budući da je za poluvodičku industriju potreban germanij izuzetno visoke čistoće (1 : 10^10), pročišćavanje germanija vrši se metodom zonskog taljenja.

Metoda zonskog taljenja sastoji se u tome da se materijal (obično u obliku štapića) lokalno jako zagrije i rastali na samo jednom dijelu u uskoj zoni, a taj rastaljeni (grijani) dio se pomiče prema drugom kraju pomicanjem svitka koji vrši zonsko zagrijavanje. Pri tom se dio kroz koji je zona prošla skrutne. Postupak putovanja rastaljene zone višestruko se ponavlja, a na krajevima štapića (mjestima početka i završetka putovanja zone) dolazi do koncentriranja nečistoća. Efekt se javlja zbog različite topljivosti nečistoća u tekućoj i čvrstoj fazi. Topljivije nečistoće putuju s grijanom zonom prema dnu, amanje topljive nakupljaju se na vrhu štapića. Na krajevima nakupljene nečistoće odvoje se rezanjem tih rubnih dijelova.


Svojstva i upotreba germanija:

Germanij je sivobijeli, jako krhak polumetal koji ima kubične kristale dijamantske strukture. Uz silicij je danas jedan od najvažnijih poluvodičkih elemenata. Potpuno čist germanij je tzv. intrinsični poluvodič što znači da nije vodljiv na vrlo niskim temperaturama, ima neznatnu vodljivost pri sobnim temperaturama, a s povišenjem temperature vodljivost mu eksponencijalno raste s temperaturom. Razlog takvom ponašanju je relativno mali energetski razmak ("gap") između valentne i vodljive vrpce (iznosi oko 0.7 eV) te je s povećanjem temperature sve veći broj termički pobuđenih elektrona koji prelaze u vodljivu vrpcu i doprinose vodljivosti kristala. Na vodljivost ovakvog poluvodiča može se znatno i vrlo efikasno utjecati dodavanjem kristalu germanija primjesa elemenata treće ili pete skupine (galija ili arsena). Ove primjese stvaraju lokalizirana energetska stanja unutar energetskog procjepa te na taj način povećavaju vodljivost kristala, a svi atomi primjesa u matičnom kristalu otpuste (ako je primjesa peterovalentna) ili prime (ako je primjesa trovalentna) po jedan elektron. U drugom slučaju, u poluvodiču se generiraju "šupljine" koje efektivno djeluju kao pozitivni nosioci naboja. Na taj način količina primjesa određuje broj slobodnih elektrona (odnosno "šupljina"), a time i vodljivost kristala. Kontrolirano dodavanje primjesa zove se dopiranje, a provodi se procesom difuzije iz plinovitog stanja primjese. Dopirani kristal germanija zovemo poluvodič. Kao takav, germanij danas ima ogromnu primjenu kod izrade velikog broja poluvodičkih elemenata (dioda, tranzistora, poluvodičkih sklopnih elemenata, integriranih krugova i drugih). 

Druge primjene germanija su za izradu optičkih elemenata (leća i zaslona) za infracrveno (IC) područje spektra zbog velike propusnosti kristala germanija na IC zračenje valnih duljina od 2 - 12 mm. Kao dopirajuća primjesa u kvarcu (SiO2) koristi se pri izradi svjetlovodnih kablova. Germanij se koristi i kao legirajući element nekih metala kao što su kositar, aluminij, magnezij i zlato. Dodatak 0.35% germanija kositru udvostručuje tvrdoću. Legura kositra i zlata s dodatkom germanija koristi se za lemljenje plemenitih metala (nakita, npr.) te u zubotehnici.

Danas se posebno proučavaju legure germanija i silicija koje imaju veliku potencijalnu primjenu u termoelektričnim generatorima jer iznad 600°C pokazuju znatno povećanje električne efikasnosti (po jedinici mase), a bez znakova korozije ili degradacije legure.

Od kemijskih karakteristika treba spomenuti da je na zraku postojan i pri sobnoj temperaturi zadržava sjaj. U atmosferi kisika iznad 400°C i u dušičnoj kiselini (HNO3) stvara se površinski oksidni sloj. Otapa se u koncentriranoj dušičnoj i sumpornoj kiselini, a ne otapa se u razrijeđenim lužinama ukoliko nije prisutan vodikov peroksid kada se otapa lako i brzo.


Spojevi germanija:

Germanij stvara spojeve s oksidacijskim brojem -4, -2, +2 i +4. Spojevi +2 jaki su reducensi. Najstabilniji su spojevi s oksidacijskim brojem +4 u kojima je veza kovalentna, osim u oksidu koji je ionskog karaktera. Kompleksni spojevi imaju većinom oktaedarsku koordinaciju. 

-Hidridi germanija imaju opću formulu oblika GenH2n+2 i zovu se digermanidi, trigermanidi, itd. Pored navedenih spojeva danas je poznato preko 200 organometalnih spojeva germanija od kojih neki imaju kemoterapeutsko djelovanje, a neki su slabo toksični.

-Halogenidi germanija. Germanij tvori spojeve sa svim halogenim elementima u oba oksidacijska stanja (+2 i +4). Germanijev(II)-klorid (GeCl2) bezbojan je, neugodna mirisa, u vodi hidrolizira, a jak je reducens. Germanijev(IV)-klorid (GeCI4) bezbojna je tekućina, hidrolizira, a upotrebljava se za dobivanje organskih spojeva germanija. Germanijev(IV)-fluorid (GeF4) bezbojan je plin, lako topljiv u vodi, koji se pri -36,6°C zgusne u bijelu pahuljastu masu. S kalijevim fluoridom (KF) daje kalijev heksafluorogermanat(IV) (K2GeF6).

-oksidi germanija su germanijev(II)-oksid (GeO) i germanijev(IV)-oksid (GeO2). GeO nastaje kao žut talog reakcijom NaOH u otopini GeCl2 ili pak kao crna tvar oksidacijom metalnog germanija s CO2 pri temperaturi 800°C. GeO2 je bijeli kristalni prah koji se javlja u dvije alotropske modifikacije: u jednoj ima heksagonsku strukturu kvarca, a u drugoj tetragonsku strukturu. Ima visoki indeks loma i veliku propusnost za IC-zračenje pa se koristi za stakla širokokutnih i mikroskopskih objektiva te u IC-optici.

-Germanijeva kiselina (H4GeO4) nije izolirana, ali zato postoje njene soli germanati, kao npr. natrijev germanat (Na2GeO3) koji se upotrebljava kao katalizator za dobivanje nekih poliesterskih smola i magnezijev germanat (Mg2GeO4) koji se upotrebljava za dobivanje stakala propusnih za infracrveno zračenje.

 

 Početna za: GERMANIJ, Ge

Početna Veliki PSE Tabele Zumbar Linkovi
Prijavi grešku