El germanio (del latín germanio), denominado “Ge”, es un elemento del grupo IV de la tabla periódica de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev; el número atómico del elemento es 32, la masa atómica es 72,59. El germanio es una sustancia sólida con brillo metálico y color blanco grisáceo. Aunque el color del germanio es un concepto bastante relativo, todo depende del tratamiento superficial del material. A veces puede ser gris como el acero, a veces plateado y a veces completamente negro. Externamente, el germanio está bastante cerca del silicio. Estos elementos no sólo son similares entre sí, sino que también tienen en gran medida las mismas propiedades semiconductoras. Su principal diferencia es que el germanio pesa más del doble que el silicio.
El germanio, que se encuentra en la naturaleza, es una mezcla de cinco isótopos estables con números másicos 76, 74, 73, 32, 70. En 1871, el famoso químico, el "padre" de la tabla periódica, Dmitri Ivanovich Mendeleev, predijo las propiedades y existencia del germanio. Llamó al elemento desconocido en ese momento “exasilicio”, porque. las propiedades de la nueva sustancia eran en muchos aspectos similares a las del silicio. En 1886, después de estudiar el mineral argirdita, el químico alemán K. Winkler, de cuarenta y ocho años, descubrió un elemento químico completamente nuevo en la mezcla natural.
Al principio, el químico quiso llamar al elemento neptunio, porque el planeta Neptuno también fue predicho mucho antes de su descubrimiento, pero luego se enteró de que este nombre ya se había utilizado en el falso descubrimiento de uno de los elementos, por lo que Winkler decidió abandonar este nombre. Se le pidió al científico que nombrara el elemento angularium, que traducido significa "controvertido, angular", pero Winkler tampoco estuvo de acuerdo con este nombre, aunque el elemento número 32 realmente causó mucha controversia. El científico era de nacionalidad alemana, por lo que finalmente decidió llamar al elemento germanio, en honor a su país natal, Alemania.
Como resultó más tarde, el germanio resultó ser nada más que el "exasilicio" descubierto anteriormente. Hasta la segunda mitad del siglo XX, la utilidad práctica del germanio era bastante estrecha y limitada. La producción industrial de metal comenzó sólo como resultado del inicio de la producción industrial de electrónica semiconductora.
El germanio es un material semiconductor muy utilizado en electrónica y tecnología, así como en la producción de microcircuitos y transistores. Los sistemas de radar utilizan películas delgadas de germanio, que se depositan sobre vidrio y se utilizan como resistencias. En detectores y sensores se utilizan aleaciones con germanio y metales.
El elemento no tiene tanta resistencia como el tungsteno o el titanio, no sirve como una fuente inagotable de energía como el plutonio o el uranio, la conductividad eléctrica del material también está lejos de ser la más alta y, en la tecnología industrial, el metal principal es el hierro. A pesar de esto, el germanio es uno de los componentes más importantes del progreso técnico de nuestra sociedad, porque incluso antes de que el silicio comenzara a utilizarse como material semiconductor.
Al respecto cabría preguntarse: ¿Qué son la semiconductora y los semiconductores? Incluso los expertos no pueden responder a esta pregunta con precisión, porque... podemos hablar de la propiedad específicamente considerada de los semiconductores. También existe una definición exacta, pero sólo procedente del ámbito del folclore: un semiconductor es un conductor para dos coches.
Una barra de germanio cuesta casi lo mismo que una barra de oro. El metal es muy frágil, casi como el vidrio, por lo que si se deja caer un lingote de este tipo, existe una alta probabilidad de que el metal simplemente se rompa.
Germanio metal, propiedades.
Propiedades biológicas
El germanio se utilizó más ampliamente con fines médicos en Japón. Los resultados de las pruebas de compuestos de organogermanio en animales y humanos han demostrado que pueden tener un efecto beneficioso en el organismo. En 1967, el Dr. japonés K. Asai descubrió que el germanio orgánico tiene amplios efectos biológicos.
Entre todas sus propiedades biológicas cabe destacar:
- - asegurar la transferencia de oxígeno a los tejidos del cuerpo;
- - aumentar el estado inmunológico del cuerpo;
- - manifestación de actividad antitumoral.
Posteriormente, los científicos japoneses crearon el primer producto médico del mundo que contiene germanio: "germanio - 132".
En Rusia, el primer fármaco nacional que contenía germanio orgánico apareció recién en el año 2000.
Los procesos de evolución bioquímica de la superficie de la corteza terrestre no tuvieron el mejor efecto sobre el contenido de germanio en ella. La mayor parte del elemento ha sido arrastrado desde la tierra a los océanos, por lo que su contenido en el suelo sigue siendo bastante bajo.
Entre las plantas que tienen la capacidad de absorber germanio del suelo, el líder es el ginseng (germanio hasta un 0,2%). El germanio también se encuentra en el ajo, el alcanfor y el aloe, que se utilizan tradicionalmente en el tratamiento de diversas enfermedades humanas. En la vegetación, el germanio se encuentra en forma de semióxido de carboxietilo. Ahora es posible sintetizar sesquioxanos con un fragmento de pirimidina, compuestos orgánicos de germanio. Este compuesto tiene una estructura similar al natural, como la raíz de ginseng.
El germanio puede clasificarse como un oligoelemento raro. Está presente en una gran cantidad de productos diferentes, pero en dosis mínimas. La ingesta diaria de germanio orgánico se fija en 8-10 mg. Una evaluación de 125 productos alimenticios mostró que alrededor de 1,5 mg de germanio ingresan al cuerpo diariamente con los alimentos. El contenido de microelementos en 1 g de alimento crudo es de aproximadamente 0,1 a 1,0 mcg. El germanio se encuentra en la leche, el jugo de tomate, el salmón y los frijoles. Pero para satisfacer las necesidades diarias de germanio, conviene beber 10 litros de jugo de tomate al día o comer unos 5 kilogramos de salmón. Desde el punto de vista del coste de estos productos, las propiedades fisiológicas humanas y el sentido común, tampoco es posible consumir tales cantidades de productos que contengan germanio. En Rusia, alrededor del 80-90% de la población tiene deficiencia de germanio, por lo que se han desarrollado preparados especiales.
Los estudios prácticos han demostrado que el germanio en el cuerpo es más abundante en los intestinos, el estómago, el bazo, la médula ósea y la sangre. El alto contenido del microelemento en los intestinos y el estómago indica un efecto prolongado de la absorción del fármaco en la sangre. Se supone que el germanio orgánico se comporta en la sangre aproximadamente de la misma manera que la hemoglobina, es decir, Tiene carga negativa y participa en la transferencia de oxígeno a los tejidos. Así, previene el desarrollo de hipoxia a nivel tisular.
Como resultado de experimentos repetidos, se ha demostrado la capacidad del germanio para activar las células T asesinas y promover la inducción de interferones gamma, que inhiben el proceso de reproducción de las células que se dividen rápidamente. La principal dirección de acción de los interferones es la protección antitumoral y antiviral, las funciones radioprotectoras e inmunomoduladoras del sistema linfático.
El germanio en forma de sesquióxido tiene la capacidad de actuar sobre los iones de hidrógeno H+, suavizando su efecto destructivo sobre las células del cuerpo. Una garantía del excelente funcionamiento de todos los sistemas del cuerpo humano es el suministro ininterrumpido de oxígeno a la sangre y a todos los tejidos. El germanio orgánico no sólo suministra oxígeno a todos los puntos del cuerpo, sino que también favorece su interacción con los iones de hidrógeno.
- - El germanio es un metal, pero su fragilidad se puede comparar con la del vidrio.
- - Algunos libros de referencia afirman que el germanio tiene un color plateado. Pero esto no se puede decir, porque el color del germanio depende directamente del método de tratamiento de la superficie del metal. A veces puede aparecer casi negro, otras veces tiene un color acero y en ocasiones puede ser plateado.
- - El germanio fue descubierto en la superficie del sol, así como en meteoritos caídos del espacio.
- - El primer compuesto organoelemental del germanio lo obtuvo el descubridor del elemento Clemens Winkler a partir del tetracloruro de germanio en 1887, fue el tetraetilgermanio. De todos los compuestos organoelementales de germanio obtenidos en la etapa actual, ninguno es venenoso. Al mismo tiempo, la mayoría de los microelementos organoestaño y plomo, que son análogos del germanio en sus propiedades físicas, son tóxicos.
- - Dmitry Ivanovich Mendeleev predijo tres elementos químicos incluso antes de su descubrimiento, incluido el germanio, y lo llamó ekasilicio debido a su similitud con el silicio. La predicción del famoso científico ruso fue tan precisa que simplemente asombró a los científicos, incl. y Winkler, quien descubrió el germanio. El peso atómico según Mendeleev era 72, en realidad era 72,6; el peso específico según Mendeleev era 5,5; en realidad, 5,469; el volumen atómico según Mendeleev era 13, en realidad 13,57; el óxido más alto según Mendeleev es EsO2, en realidad - GeO2, su peso específico según Mendeleev era 4,7, en realidad - 4,703; compuesto de cloruro según Mendeleev EsCl4 - líquido, punto de ebullición aproximadamente 90°C, en realidad - compuesto de cloruro GeCl4 - líquido, punto de ebullición 83°C, compuesto con hidrógeno según Mendeleev EsH4 es gaseoso, compuesto con hidrógeno en realidad - GeH4 gaseoso; Compuesto organometálico según Mendeleev Es(C2H5)4, punto de ebullición 160 °C, compuesto organometálico real Ge(C2H5)4 punto de ebullición 163,5 °C. Como puede verse en la información discutida anteriormente, la predicción de Mendeleev fue sorprendentemente precisa.
- - El 26 de febrero de 1886, Clemens Winkler comenzaba una carta a Mendeleev con las palabras "Estimado señor". De manera bastante educada, le contó al científico ruso sobre el descubrimiento de un nuevo elemento llamado germanio, que en sus propiedades no era más que el “ecasilicio” previamente predicho por Mendeleev. La respuesta de Dmitry Ivanovich Mendeleev no fue menos educada. El científico estuvo de acuerdo con el descubrimiento de su colega y llamó al germanio "la corona de su sistema periódico" y a Winkler el "padre" del elemento digno de llevar esta "corona".
- - El germanio, como semiconductor clásico, se ha convertido en la clave para resolver el problema de crear materiales superconductores que funcionen a la temperatura del hidrógeno líquido, pero no del helio líquido. Como se sabe, el hidrógeno se transforma de un estado gaseoso a un estado líquido cuando alcanza una temperatura de –252,6°C o 20,5°K. En los años 70 se desarrolló una película de germanio y niobio, cuyo espesor era de sólo unos pocos miles de átomos. Esta película es capaz de mantener la superconductividad incluso cuando las temperaturas alcanzan los 23,2°K o menos.
- - Cuando se cultiva un monocristal de germanio, se coloca un cristal de germanio – una “semilla” – sobre la superficie del germanio fundido, que se eleva gradualmente usando un dispositivo automático, y la temperatura de fusión es ligeramente superior al punto de fusión del germanio (937 °C). La "semilla" gira de modo que el monocristal, como dicen, "crece con carne" de manera uniforme por todos lados. Cabe señalar que durante dicho crecimiento sucede lo mismo que durante la zona de fusión, es decir. Casi solo el germanio pasa a la fase sólida y todas las impurezas permanecen en la masa fundida.
Historia
La existencia de un elemento como el germanio fue predicha en 1871 por Dmitry Ivanovich Mendeleev; debido a su similitud con el silicio, el elemento recibió el nombre de eca-silicio. En 1886, un profesor de la Academia de Minería de Freiberg descubrió la argirodita, un nuevo mineral de plata. Luego, este mineral fue examinado con bastante atención por el profesor de química técnica Clemens Winkler, realizando un análisis completo del mineral. Winkler, de 48 años, era considerado con razón el mejor analista de la Academia de Minería de Freiberg, por lo que tuvo la oportunidad de estudiar la argirodita.
En bastante poco tiempo, el profesor pudo brindar un informe sobre el porcentaje de diversos elementos en el mineral original: la plata en su composición era del 74,72%; azufre - 17,13%; óxido ferroso – 0,66%; mercurio – 0,31%; óxido de zinc: 0,22%, pero casi el siete por ciento era parte de algún elemento desconocido que, al parecer, aún no había sido descubierto en ese momento lejano. En este sentido, Winkler decidió aislar un componente no identificado del argyrodpt, estudiar sus propiedades y, en el proceso de investigación, se dio cuenta de que en realidad había encontrado un elemento completamente nuevo: el escaplicium, predicho por D.I. Mendeleev.
Sin embargo, sería un error pensar que el trabajo de Winkler transcurrió sin contratiempos. Dmitry Ivanovich Mendeleev, además del octavo capítulo de su libro "Fundamentos de la química", escribe: "Al principio (febrero de 1886), la falta de material, así como la falta de espectro en la llama y la solubilidad del germanio compuestos, obstaculizaron seriamente la investigación de Winkler...” Vale la pena prestar atención a las palabras “falta de espectro”. ¿Pero cómo es eso? En 1886 ya existía un método de análisis espectral ampliamente utilizado. Con este método se descubrieron elementos como el talio, el rubidio, el indio, el cesio en la Tierra y el helio en el Sol. Los científicos ya sabían con certeza que cada elemento químico, sin excepción, tiene un espectro individual, ¡pero de repente ya no hay espectro!
La explicación de este fenómeno apareció un poco más tarde. El germanio tiene líneas espectrales características. Su longitud de onda es 2651,18; 3039.06 Ǻ y algunos más. Sin embargo, todos se encuentran dentro de la parte ultravioleta invisible del espectro; se puede considerar afortunado que Winkler sea partidario de los métodos de análisis tradicionales, porque fueron estos métodos los que lo llevaron al éxito.
El método de Winkler para obtener germanio a partir del mineral se acerca bastante a uno de los métodos industriales modernos para aislar el elemento 32. En primer lugar, el germanio, contenido en la argarodnita, se convirtió en dióxido. Luego, el polvo blanco resultante se calentó a una temperatura de 600-700 °C en una atmósfera de hidrógeno. En este caso, la reacción resultó obvia: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.
Fue mediante este método que se obtuvo por primera vez el elemento relativamente puro número 32, el germanio. Al principio, Winkler tenía la intención de llamar vanadio neptunio, en honor al planeta del mismo nombre, porque Neptuno, como el germanio, fue predicho por primera vez y solo después fue encontrado. Pero luego resultó que este nombre ya se había utilizado una vez; un elemento químico que se descubrió falsamente se llamó neptunio. Winkler decidió no comprometer su nombre ni su descubrimiento y rechazó el neptunio. Un científico francés Rayon propuso, sin embargo, luego admitió que su propuesta era una broma, sugirió llamar al elemento angularium, es decir. “Controvertido, angular”, pero a Winkler tampoco le gustó este nombre. Como resultado, el científico eligió de forma independiente un nombre para su elemento y lo llamó germanio, en honor a su país natal, Alemania, y con el tiempo este nombre se fue consolidando.
Hasta el 2do tiempo. Siglo XX El uso práctico del germanio siguió siendo bastante limitado. La producción industrial de metales surgió sólo en relación con el desarrollo de los semiconductores y la electrónica de semiconductores.
Estar en la naturaleza
El germanio se puede clasificar como oligoelemento. En la naturaleza, el elemento no se encuentra en forma libre. El contenido total de metales en la corteza terrestre de nuestro planeta en masa es 7 × 10 −4%%. Esto es más que el contenido de elementos químicos como la plata, el antimonio o el bismuto. Pero los propios minerales del germanio son bastante escasos y rara vez se encuentran en la naturaleza. Casi todos estos minerales son sulfosales, por ejemplo, germanita Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldita Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argirodita Ag8GeS6 y otros.
La mayor parte del germanio disperso en la corteza terrestre está contenido en una gran cantidad de rocas, así como en muchos minerales: minerales de sulfito de metales no ferrosos, minerales de hierro, algunos minerales de óxido (cromita, magnetita, rutilo y otros), granitos, diabasas y basaltos. En algunas esfaleritas, el contenido del elemento puede alcanzar varios kilogramos por tonelada, por ejemplo, en frankeita y sulvanita 1 kg/t, en enargita el contenido de germanio es de 5 kg/t, en piragirita hasta 10 kg/t, y en otros silicatos y sulfuros, decenas y centenas de g/t. Una pequeña proporción de germanio está presente en casi todos los silicatos, así como en algunos depósitos de petróleo y carbón.
El principal mineral del elemento es el sulfito de germanio (fórmula GeS2). El mineral se encuentra como impureza en los sulfitos de zinc y otros metales. Los minerales de germanio más importantes son: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, estotita FeGe(OH) 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 y argirodita Ag 8 GeS 6 .
Alemania está presente en los territorios de todos los estados sin excepción. Pero ninguno de los países industrializados del mundo tiene depósitos industriales de este metal. El germanio es muy, muy difuso. En la Tierra, los minerales de este metal se consideran muy raros si contienen más de al menos un 1% de germanio. Estos minerales incluyen germanita, argirodita, ultrabasita, etc., incluidos los minerales descubiertos en las últimas décadas: esctotita, renerita, plumbogermanita y confildita. Los depósitos de todos estos minerales no pueden cubrir las necesidades de la industria moderna de este elemento químico raro e importante.
La mayor parte del germanio se encuentra disperso en minerales de otros elementos químicos y también se encuentra en aguas naturales, carbones, organismos vivos y suelo. Por ejemplo, el contenido de germanio en el carbón ordinario alcanza a veces más del 0,1%. Pero tal cifra es bastante rara; normalmente la proporción de germanio es menor. Pero la antracita casi no contiene germanio.
Recibo
Al procesar sulfuro de germanio se obtiene óxido de GeO 2, que se reduce con ayuda de hidrógeno para obtener germanio libre.
En la producción industrial, el germanio se extrae principalmente como subproducto del procesamiento de minerales metálicos no ferrosos (blenda de zinc, concentrados polimetálicos de zinc, cobre y plomo que contienen entre 0,001 y 0,1% de germanio), cenizas de la combustión de carbón y algunos productos químicos de coque. productos.
Inicialmente, el concentrado de germanio (del 2% al 10% de germanio) se aísla de las fuentes discutidas anteriormente de varias maneras, cuya elección depende de la composición de la materia prima. Durante el procesamiento de carbones de boxeo, el germanio precipita parcialmente (del 5% al 10%) en agua de alquitrán y resina, de allí se extrae en combinación con tanino, después de lo cual se seca y se cuece a una temperatura de 400-500°C. . El resultado es un concentrado que contiene aproximadamente entre un 30 y un 40 % de germanio, del que se aísla el germanio en forma de GeCl 4 . El proceso de extracción de germanio de dicho concentrado, por regla general, incluye las mismas etapas:
1) El concentrado se clora con ácido clorhídrico, una mezcla de ácido y cloro en medio acuoso u otros agentes clorantes, lo que puede dar lugar a GeCl 4 técnico. Para purificar GeCl 4 se utiliza la rectificación y extracción de impurezas con ácido clorhídrico concentrado.
2) Se lleva a cabo la hidrólisis de GeCl 4, los productos de la hidrólisis se calcinan para obtener óxido de GeO 2.
3) El GeO se reduce con hidrógeno o amoníaco hasta obtener metal puro.
Para obtener el germanio más puro, que se utiliza en equipos técnicos de semiconductores, se lleva a cabo la fusión zonal del metal. El germanio monocristalino necesario para la producción de semiconductores se obtiene normalmente mediante fusión por zonas o mediante el método de Czochralski.
El científico soviético V.A. desarrolló métodos para aislar el germanio de las aguas de alquitrán de las plantas de coque. Nazarenko. Esta materia prima no contiene más del 0,0003% de germanio; sin embargo, con la ayuda de extracto de roble, es fácil precipitar el germanio en forma de un complejo de tanido.
El componente principal del tanino es un éster de glucosa, que contiene un radical de ácido metadigálico, que se une al germanio, incluso si la concentración del elemento en la solución es muy baja. Del sedimento se puede obtener fácilmente un concentrado que contiene hasta un 45% de dióxido de germanio.
Las transformaciones posteriores dependerán poco del tipo de materia prima. El germanio se reduce con hidrógeno (como hizo Winkler en el siglo XIX), pero primero hay que aislar el óxido de germanio de numerosas impurezas. La exitosa combinación de cualidades de un compuesto de germanio resultó muy útil para resolver este problema.
Tetracloruro de germanio GeCl4. Es un líquido volátil que hierve a sólo 83,1°C. Por tanto, es muy conveniente purificarlo mediante destilación y rectificación (en columnas de cuarzo con relleno).
GeCl4 es casi insoluble en ácido clorhídrico. Esto significa que para limpiarlo se puede utilizar la disolución de impurezas con HCl.
El tetracloruro de germanio purificado se trata con agua y se purifica utilizando resinas de intercambio iónico. Un signo de la pureza requerida es un aumento de la resistividad del agua a 15-20 millones de ohmios cm.
La hidrólisis de GeCl4 se produce bajo la influencia del agua:
GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.
Puede notar que tenemos ante nosotros la ecuación de la reacción de producción de tetracloruro de germanio “escrita al revés”.
Luego viene la reducción de GeO2 utilizando hidrógeno purificado:
GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.
El resultado es germanio en polvo, que se funde y luego se purifica mediante fusión zonal. Este método de purificación fue desarrollado en 1952 específicamente para la purificación de germanio.
Las impurezas necesarias para impartir un tipo de conductividad al germanio se introducen en las etapas finales de producción, es decir, durante la fusión zonal, así como durante el crecimiento de un monocristal.
Solicitud
El germanio es un material semiconductor utilizado en electrónica y tecnología en la producción de microcircuitos y transistores. Las películas más finas de germanio se depositan sobre el vidrio y se utilizan como resistencia en instalaciones de radar. En la producción de detectores y sensores se utilizan aleaciones de germanio con diversos metales. El dióxido de germanio se utiliza mucho en la producción de vasos que transmiten radiación infrarroja.
El telururo de germanio ha servido durante mucho tiempo como material termoeléctrico estable y también como componente de aleaciones termoeléctricas (termo-fem con 50 μV/K). El germanio de pureza ultraalta desempeña un papel excepcionalmente estratégico en la fabricación de prismas y lentes de óptica infrarroja. El mayor consumidor de germanio es la óptica infrarroja, que se utiliza en tecnología informática, sistemas de observación y guía de misiles, dispositivos de visión nocturna, cartografía y estudio de la superficie terrestre desde satélites. El germanio también se usa ampliamente en sistemas de fibra óptica (la adición de tetrafluoruro de germanio a las fibras de vidrio), así como en diodos semiconductores.
El germanio, como semiconductor clásico, se ha convertido en la clave para resolver el problema de crear materiales superconductores que funcionen a la temperatura del hidrógeno líquido, pero no del helio líquido. Como sabes, el hidrógeno se transforma de un estado gaseoso a un estado líquido cuando alcanza una temperatura de -252,6°C o 20,5°K. En los años 70 se desarrolló una película de germanio y niobio, cuyo espesor era de sólo unos pocos miles de átomos. Esta película es capaz de mantener la superconductividad incluso cuando las temperaturas alcanzan los 23,2°K o menos.
Fusionando indio en la placa de HES, creando así un área con la llamada conductividad de orificio, se obtiene un dispositivo rectificador, es decir. diodo. Un diodo tiene la propiedad de hacer pasar corriente eléctrica en una dirección: la región electrónica desde la región con conductividad de huecos. Después de fusionar indio en ambos lados de la placa hidroeléctrica, esta placa se convierte en la base de un transistor. Por primera vez en el mundo, se creó un transistor de germanio en 1948, y apenas veinte años después se produjeron dispositivos similares por cientos de millones.
Los diodos y triodos a base de germanio se han utilizado ampliamente en televisores y radios, en una amplia variedad de equipos de medición y computadoras.
El germanio también se utiliza en otros ámbitos especialmente importantes de la tecnología moderna: en la medición de bajas temperaturas, en la detección de radiación infrarroja, etc.
Para utilizar la escoba en todas estas aplicaciones, se requiere germanio de muy alta pureza química y física. La pureza química es tal pureza en la que la cantidad de impurezas nocivas no debe ser superior a una diezmillonésima de porcentaje (10-7%). La pureza física significa un mínimo de dislocaciones, un mínimo de perturbaciones en la estructura cristalina de una sustancia. Para lograrlo, se cultiva especialmente el germanio monocristalino. En este caso, todo el lingote de metal es sólo un cristal.
Para ello, se coloca un cristal de germanio, una “semilla”, sobre la superficie del germanio fundido, que se eleva gradualmente mediante un dispositivo automático, mientras que la temperatura de fusión es ligeramente superior al punto de fusión del germanio (937 °C). La "semilla" gira de modo que el monocristal, como dicen, "crece con carne" de manera uniforme por todos lados. Cabe señalar que durante dicho crecimiento sucede lo mismo que durante la zona de fusión, es decir. Casi solo el germanio pasa a la fase sólida y todas las impurezas permanecen en la masa fundida.
Propiedades físicas
Probablemente, pocos de los lectores de este artículo hayan tenido la oportunidad de ver visualmente el vanadio. El elemento en sí es bastante escaso y caro, no se fabrican bienes de consumo con él y su relleno de germanio, que se encuentra en los aparatos eléctricos, es tan pequeño que no es posible ver el metal.
Algunos libros de referencia afirman que el germanio tiene un color plateado. Pero esto no se puede decir, porque el color del germanio depende directamente del método de tratamiento de la superficie del metal. A veces puede aparecer casi negro, otras veces tiene un color acero y en ocasiones puede ser plateado.
El germanio es un metal tan raro que el coste de sus lingotes se puede comparar con el coste del oro. El germanio se caracteriza por una mayor fragilidad, que sólo puede compararse con el vidrio. Externamente, el germanio está bastante cerca del silicio. Estos dos elementos compiten por el título de semiconductores y análogos más importantes. Aunque algunas de las propiedades técnicas de los elementos son muy similares, incluida la apariencia externa de los materiales, es muy fácil distinguir el germanio del silicio; el germanio pesa más del doble. La densidad del silicio es 2,33 g/cm3 y la densidad del germanio es 5,33 g/cm3.
Pero no podemos hablar inequívocamente sobre la densidad del germanio, porque la cifra 5,33 g/cm3 se refiere al germanio-1. Es una de las modificaciones más importantes y más comunes de las cinco modificaciones alotrópicas del elemento 32. Cuatro de ellos son cristalinos y uno es amorfo. El germanio-1 es la modificación más ligera de las cuatro cristalinas. Sus cristales están construidos exactamente igual que los cristales de diamante, a = 0,533 nm. Sin embargo, si para el carbono esta estructura es lo más densa posible, para el germanio también existen modificaciones más densas. Un calentamiento moderado y una presión alta (alrededor de 30 mil atmósferas a 100 °C) convierten el germanio-1 en germanio-2, cuya estructura de red cristalina es exactamente la misma que la del estaño blanco. Se utiliza un método similar para obtener germanio-3 y germanio-4, que son aún más densos. Todas estas modificaciones "no del todo ordinarias" son superiores al germanio-1 no sólo en densidad, sino también en conductividad eléctrica.
La densidad del germanio líquido es de 5,557 g/cm3 (a 1000°C), el punto de fusión del metal es de 937,5°C; el punto de ebullición es de aproximadamente 2700°C; el valor del coeficiente de conductividad térmica es de aproximadamente 60 W / (m (K), o 0,14 cal / (cm (seg (grados)) a una temperatura de 25 ° C. A temperaturas normales, incluso el germanio puro es frágil, pero cuando cuando alcanza los 550 ° C comienza a ceder en deformación plástica. Según la escala mineralógica, la dureza del germanio es de 6 a 6,5, el valor del coeficiente de compresibilidad (en el rango de presión de 0 a 120 GN/m 2, o de 0 a 12.000 kgf/mm 2) es 1,4 · 10-7 m 2 /mn (o 1,4 · 10-6 cm 2 /kgf); la tensión superficial es 0,6 n/m (o 600 dinas/cm).
El germanio es un semiconductor típico con un tamaño de banda prohibida de 1,104·10 -19, o 0,69 eV (a una temperatura de 25 °C); El germanio de alta pureza tiene una resistividad eléctrica específica de 0,60 ohmios (m (60 ohmios (cm) (25 °C); la movilidad de los electrones es 3900 y la movilidad de los huecos es 1900 cm 2 /v. seg (a 25 °C y con un contenido de 8% de impurezas) Para los rayos infrarrojos, cuya longitud de onda es superior a 2 micrones, el metal es transparente.
El germanio es bastante frágil; no puede trabajarse mediante presión fría o caliente a temperaturas inferiores a 550 °C, pero si la temperatura aumenta, el metal es dúctil. La dureza del metal en la escala mineralógica es 6,0-6,5 (el germanio se corta en placas utilizando un disco de metal o diamante y un abrasivo).
Propiedades químicas
El germanio, cuando se encuentra en compuestos químicos, suele exhibir valencias segunda y cuarta, pero los compuestos de germanio tetravalente son más estables. El germanio a temperatura ambiente es resistente al agua, al aire, así como a soluciones alcalinas y concentrados diluidos de ácido sulfúrico o clorhídrico, pero el elemento se disuelve con bastante facilidad en agua regia o una solución alcalina de peróxido de hidrógeno. El elemento se oxida lentamente por la acción del ácido nítrico. Cuando la temperatura del aire alcanza los 500-700 °C, el germanio comienza a oxidarse formando óxidos GeO 2 y GeO. (IV) el óxido de germanio es un polvo blanco con un punto de fusión de 1116 °C y una solubilidad en agua de 4,3 g/l (a 20 °C). Según sus propiedades químicas, la sustancia es anfótera, soluble en álcalis y difícilmente en ácidos minerales. Se obtiene por penetración del precipitado de hidratación GeO 3 nH 2 O, que se libera durante la hidrólisis. Los derivados del ácido de germanio, por ejemplo, los germanatos metálicos (Na 2 GeO 3, Li 2 GeO 3, etc.) son sólidos con altos puntos de fusión. , se puede obtener fusionando GeO 2 y otros óxidos.
Como resultado de la interacción del germanio y los halógenos se pueden formar los correspondientes tetrahaluros. La reacción puede realizarse más fácilmente con cloro y flúor (incluso a temperatura ambiente), luego con yodo (temperatura 700-800 °C, presencia de CO) y bromo (a baja temperatura). Uno de los compuestos más importantes del germanio es el tetracloruro (fórmula GeCl 4). Es un líquido incoloro con un punto de fusión de 49,5 °C, un punto de ebullición de 83,1 °C y una densidad de 1,84 g/cm3 (a 20 °C). La sustancia es fuertemente hidrolizada por agua, liberando un precipitado de óxido hidratado (IV). El tetracloruro se obtiene clorando germanio metálico o haciendo reaccionar óxido de GeO 2 y ácido clorhídrico concentrado. También se conocen dihaluros de germanio con la fórmula general GeX 2, hexaclorodigermano Ge 2 Cl 6, monocloruro de GeCl, así como oxicloruros de germanio (por ejemplo, CeOCl 2).
Cuando se alcanzan los 900-1000 °C, el azufre interactúa vigorosamente con el germanio, formando disulfuro de GeS 2. Es un sólido blanco con un punto de fusión de 825 °C. También es posible la formación de monosulfuro GeS y compuestos similares de germanio con teluro y selenio, que son semiconductores. A una temperatura de 1000-1100 °C, el hidrógeno reacciona ligeramente con el germanio, formando germine (GeH) X, que es un compuesto inestable y muy volátil. Las germanuros de hidrógeno de la serie Ge n H 2n + 2 a Ge 9 H 20 se pueden formar haciendo reaccionar germanuros con HCl diluido. También se conoce el germileno con la composición GeH 2. El germanio no reacciona directamente con el nitrógeno, pero existe un nitruro Ge 3 N 4, que se obtiene cuando el germanio se expone a amoníaco (700-800 ° C). El germanio no reacciona con el carbono. Con muchos metales, el germanio forma varios compuestos: germanidas.
Se conocen muchos compuestos complejos de germanio, que están adquiriendo cada vez más importancia en la química analítica del elemento germanio, así como en los procesos de obtención del elemento químico. El germanio es capaz de formar compuestos complejos con moléculas orgánicas que contienen hidroxilos (alcoholes polihídricos, ácidos polibásicos, etc.). También existen heteropoliácidos de germanio. Como otros elementos del grupo IV, el germanio suele formar compuestos organometálicos. Un ejemplo es el tetraetilgermano (C 2 H 5) 4 Ge 3.
Germanio
GERMANIO-I; metro. Elemento químico (Ge), un sólido de color blanco grisáceo con brillo metálico (es el principal material semiconductor). Placa de germanio.
◁ Germanio, oh, oh. G-ésima materia prima. G. lingote.
germanio(del latín germanio), elemento químico del grupo IV de la tabla periódica. El nombre proviene del latín Germania - Alemania, en honor a la tierra natal de K. A. Winkler. Cristales de color gris plateado; densidad 5,33 g/cm 3, t pl 938,3ºC. Difundido en la naturaleza (los minerales propios son raros); extraído de minerales de metales no ferrosos. Material semiconductor para dispositivos electrónicos (diodos, transistores, etc.), componente de aleaciones, material para lentes en dispositivos IR, detectores de radiaciones ionizantes.
GERMANIOGERMANIO (lat. Germanio), Ge (léase “hertempmanio”), elemento químico con número atómico 32, peso atómico 72,61. El germanio natural consta de cinco isótopos con números másicos 70 (contenido en la mezcla natural 20,51% en peso), 72 (27,43%), 73 (7,76%), 74 (36,54%) y 76 (7,76%). Configuración de la capa 4 de electrones externos s 2
pag 2
. Estados de oxidación +4, +2 (valencia IV, II). Ubicado en el grupo IVA, en el periodo 4 de la tabla periódica de elementos.
Historia del descubrimiento
Fue descubierto por K. A. Winkler. (cm. WINKLER Clemens Alejandro)(y lleva el nombre de su tierra natal, Alemania) en 1886 durante el análisis del mineral argirodita Ag 8 GeS 6 después de que D. I. Mendeleev predijera la existencia de este elemento y algunas de sus propiedades. (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovich).
Estar en la naturaleza
El contenido en la corteza terrestre es de 1,5·10 -4% en peso. Se refiere a elementos dispersos. No se encuentra en la naturaleza en forma libre. Contenido como impureza en silicatos, hierro sedimentario, minerales polimetálicos, de níquel y tungsteno, carbones, turba, aceites, aguas termales y algas. Los minerales más importantes: germanita Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4, estotita FeGe(OH) 6, plumbogermanita (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, argirodita Ag 8 GeS 6, renierita Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
Obteniendo germanio
Para obtener germanio se utilizan subproductos del procesamiento de minerales metálicos no ferrosos, cenizas de la combustión del carbón y algunos productos químicos de coque. Las materias primas que contienen Ge se enriquecen mediante flotación. Luego el concentrado se convierte en óxido de GeO 2, que se reduce con hidrógeno. (cm. HIDRÓGENO):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
El germanio de pureza semiconductora con un contenido de impurezas del 10 -3 -10 -4% se obtiene mediante fusión por zonas. (cm. ZONA DE FUSIÓN), cristalización (cm. CRISTALIZACIÓN) o termólisis de GeH 4 monogermano volátil:
GeH 4 = Ge + 2H 2,
que se forma durante la descomposición de compuestos metálicos activos con Ge - germanidas por ácidos:
Mg2Ge + 4HCl = GeH4 – + 2MgCl2
Propiedades físicas y químicas
El germanio es una sustancia plateada con brillo metálico. Red cristalina de modificación estable (Ge I), cúbica, centrada en las caras, tipo diamante, A= 0,533 nm (se obtuvieron otras tres modificaciones a altas presiones). Punto de fusión 938,25 °C, punto de ebullición 2850 °C, densidad 5,33 kg/dm3. Tiene propiedades semiconductoras, la banda prohibida es de 0,66 eV (a 300 K). El germanio es transparente a la radiación infrarroja con longitudes de onda superiores a 2 micras.
Las propiedades químicas del Ge son similares a las del silicio. (cm. SILICIO). En condiciones normales, resistente al oxígeno. (cm. OXÍGENO), vapor de agua, ácidos diluidos. En presencia de agentes complejantes o oxidantes fuertes, el Ge reacciona con ácidos cuando se calienta:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
Ge + 6HF = H 2 + 2H 2,
Ge + 4HNO3 conc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
Ge reacciona con agua regia (cm. AGUA REGIA):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H 2 O.
Ge interactúa con soluciones alcalinas en presencia de agentes oxidantes:
Ge + 2NaOH + 2H 2 O 2 = Na 2.
Cuando se calienta en aire a 700 °C, el Ge se enciende. Ge interactúa fácilmente con los halógenos. (cm. HALÓGENO) y gris (cm. AZUFRE):
Ge + 2I 2 = GeI 4
Con hidrógeno (cm. HIDRÓGENO),
nitrógeno (cm. NITRÓGENO),
carbón (cm. CARBÓN) El germanio no reacciona directamente, los compuestos con estos elementos se obtienen indirectamente. Por ejemplo, el nitruro Ge 3 N 4 se forma disolviendo diyoduro de germanio GeI 2 en amoníaco líquido:
GeI 2 + NH 3 líquido -> n -> Ge 3 N 4
El óxido de germanio (IV), GeO 2, es una sustancia cristalina blanca que existe en dos modificaciones. Una de las modificaciones es parcialmente soluble en agua con la formación de ácidos germánicos complejos. Exhibe propiedades anfóteras.
GeO 2 reacciona con álcalis como óxido ácido:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
GeO 2 interactúa con los ácidos:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
Los tetrahaluros son compuestos no polares que se hidrolizan fácilmente con agua.
3GeF 4 + 2H 2 O = GeO 2 + 2H 2 GeF 6
Los tetrahaluros se obtienen por reacción directa:
Ge + 2Cl 2 = GeCl 4
o descomposición térmica:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
Los hidruros de germanio son similares en propiedades químicas a los hidruros de silicio, pero el GeH 4 monogermano es más estable que el SiH 4 monosilano. Los germanos forman series homólogas Gen H 2n+2, Gen H 2n y otras, pero estas series son más cortas que las de los silanos.
Monogerman GeH 4 es un gas estable en el aire y no reacciona con el agua. Durante el almacenamiento prolongado, se descompone en H 2 y Ge. El monogermano se obtiene reduciendo dióxido de germanio GeO 2 con borohidruro de sodio NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
Se forma un monóxido de GeO muy inestable mediante el calentamiento moderado de una mezcla de germanio y dióxido de GeO 2:
Ge + GeO 2 = 2GeO.
Los compuestos de Ge (II) son fácilmente desproporcionados para liberar Ge:
2GeCl2 -> Ge + GeCl4
El disulfuro de germanio GeS 2 es una sustancia blanca amorfa o cristalina, obtenida por precipitación de H 2 S a partir de soluciones ácidas de GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
GeS 2 se disuelve en álcalis y sulfuros de amonio o metales alcalinos:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S,
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
Ge puede formar parte de compuestos orgánicos. Se conocen (CH 3) 4 Ge, (C 6 H 5) 4 Ge, (CH 3) 3 GeBr, (C 2 H 5) 3 GeOH y otros.
Solicitud
El germanio es un material semiconductor utilizado en tecnología y radioelectrónica en la producción de transistores y microcircuitos. Las finas películas de Ge depositadas sobre vidrio se utilizan como resistencias en instalaciones de radar. Las aleaciones de Ge con metales se utilizan en sensores y detectores. El dióxido de germanio se utiliza en la producción de vasos que transmiten radiación infrarroja.
diccionario enciclopédico. 2009 .
Sinónimos:Vea qué es “germanio” en otros diccionarios:
Elemento químico descubierto en 1886 en el raro mineral argirodita, encontrado en Sajonia. Diccionario de palabras extranjeras incluidas en el idioma ruso. Chudinov A.N., 1910. germanio (llamado así en honor a la tierra natal del científico que descubrió el elemento) químico. elemento... ... Diccionario de palabras extranjeras de la lengua rusa.
- (germanio), Ge, elemento químico del grupo IV de la tabla periódica, número atómico 32, masa atómica 72,59; no metal; material semiconductor. El germanio fue descubierto por el químico alemán K. Winkler en 1886... enciclopedia moderna
germanio- Ge Elemento del grupo IV Periódico. sistemas; en. norte. 32, en. metro 72,59; TELEVISOR artículo con metálico brillar. El Ge natural es una mezcla de cinco isótopos estables con números de masa 70, 72, 73, 74 y 76. La existencia y las propiedades del Ge fueron predichas en 1871 por D.I.... ... Guía del traductor técnico
Germanio- (germanio), Ge, elemento químico del grupo IV del sistema periódico, número atómico 32, masa atómica 72,59; no metal; material semiconductor. El germanio fue descubierto por el químico alemán K. Winkler en 1886. ... Diccionario enciclopédico ilustrado
- (latín germanio) Ge, elemento químico del grupo IV del sistema periódico, número atómico 32, masa atómica 72,59. Nombrado del latín Germania Alemania, en honor a la tierra natal de K. A. Winkler. Cristales de color gris plateado; densidad 5,33 g/cm3, punto de fusión 938,3 ... Gran diccionario enciclopédico
- (símbolo Ge), elemento metálico de color blanco grisáceo del grupo IV de la tabla periódica de MENDELEEV, en el que se predijeron las propiedades de elementos aún no descubiertos, en particular el germanio (1871). El elemento fue descubierto en 1886. Un subproducto de la fundición del zinc... ... Diccionario enciclopédico científico y técnico.
Ge (del latín Germania Alemania * a. germanio; n. germanio; f. germanio; i. germanio), químico. elemento del grupo IV periódico. El sistema de Mendeleev, en.sci. 32, en. metro 72,59. El gas natural se compone de 4 isótopos estables 70Ge (20,55%), 72Ge... ... Enciclopedia geológica
- (Ge), sintético monocristal, PP, grupo de simetría puntual m3m, densidad 5,327 g/cm3, Tmelt=936 °C, sólido. en la escala de Mohs 6, en. metro 72,60. Transparente en la región IR de 1,5 a 20 micrones; ópticamente anisotrópico, para coeficiente l=1,80 µm. refracción n=4,143.… … Enciclopedia física
Sustantivo, número de sinónimos: 3 semiconductor (7) eca-silicio (1) elemento (159) ... Diccionario de sinónimos
GERMANIO- química. elemento, símbolo Ge (lat. Germanio), en. norte. 32, en. metro 72,59; Sustancia cristalina frágil de color gris plateado, densidad 5327 kg/m3, bil = 937,5°C. Dispersos en la naturaleza; se extrae principalmente procesando blenda de zinc y... ... Gran Enciclopedia Politécnica
E incluso antes que el silicio, el germanio se convirtió en el material semiconductor más importante.
Una pregunta relevante aquí es: ¿qué son los semiconductores y la semiconductora? A veces incluso a los expertos les resulta difícil responder de forma inequívoca a esta pregunta. "La determinación exacta de la semiconductora es difícil y depende de qué propiedad de los semiconductores se considere", esta respuesta evasiva está tomada de un trabajo científico completamente respetable sobre semiconductores. Sin embargo, existe una definición muy clara: "Un semiconductor es un conductor para dos coches", pero esto ya pertenece al ámbito del folclore...
Lo principal del elemento número 32 es que es un semiconductor. Volveremos a la explicación de esta propiedad más adelante. Mientras tanto, sobre Alemania como “personalidad” fisicoquímica.
Germanio tal como es
Probablemente la gran mayoría de lectores nunca haya visto el germanio. Este elemento es bastante raro, caro, no se fabrican bienes de consumo a partir de él y el "relleno" de germanio de los dispositivos semiconductores es tan pequeño que es difícil ver cómo es. germanio, es difícil, incluso si rompes el cuerpo del dispositivo. Por ello, hablaremos de las principales propiedades del germanio, su aspecto y características. Y tratas de realizar mentalmente esas sencillas operaciones que el autor tuvo que hacer más de una vez.
Sacamos un lingote de germanio estándar del embalaje. Se trata de un pequeño cuerpo de forma cilíndrica casi regular, con un diámetro de 10 a 35 y una longitud de varias decenas de milímetros. Algunos libros de referencia afirman que el artículo 32 es plata, pero esto no siempre es cierto: El color del germanio depende del tratamiento superficial.. A veces parece casi negro, a veces parece acero, pero a veces puede ser plateado.
Cuando mires un lingote de germanio, no olvides que cuesta aproximadamente lo mismo que un lingote de oro y, por esa razón, no debes dejarlo caer al suelo. Pero hay otra razón, mucho más importante: el germanio es casi tan frágil como el vidrio y puede comportarse en consecuencia. He visto cómo, después de tal fracaso, un experimentador descuidado se arrastró por el suelo durante mucho tiempo, tratando de recolectar cada fragmento... En apariencia, el germanio no es difícil de confundir con el silicio. Estos elementos no son sólo competidores que afirman ser el principal material semiconductor, sino también análogos. Sin embargo, a pesar de la similitud de muchas propiedades técnicas y apariencia, es bastante sencillo distinguir un lingote de germanio de uno de silicio: el germanio es más de dos veces más pesado que el silicio (densidad 5,33 y 2,33 g/cm 3, respectivamente).
La última afirmación necesita una aclaración, aunque parecería que las cifras excluyen cualquier comentario. El hecho es que el número 5,33 se refiere al germanio-1, la más común e importante de las cinco modificaciones alotrópicas del elemento número 32. Una de ellas es amorfa, cuatro cristalinas. Del germanio-1 cristalino, es el más ligero. Sus cristales están construidos de la misma manera que los cristales de diamante, pero si para el carbono tal estructura determina la densidad máxima, entonces el germanio también tiene "paquetes" más densos. La alta presión con calentamiento moderado (30 mil atm y 100°C) convierte el Ge-I en Ge-II con una red cristalina similar al estaño blanco.
De manera similar, es posible obtener incluso más densos que Ge-II, Ge-III y Ge-IV.
Todas las modificaciones "inusuales" del germanio cristalino son superiores al Ge-I en conductividad eléctrica. La mención de esta propiedad no es accidental: el valor de la conductividad eléctrica (o su valor inverso, la resistividad) es especialmente importante para un elemento semiconductor.
Pero ¿qué es un semiconductor?
Formalmente, un semiconductor es una sustancia con una resistividad de milésimas a millones de ohmios por 1 cm. Los marcos "desde" y "hasta" son muy amplios, pero el lugar del germanio en este rango es completamente definido. La resistencia de un cubo de un centímetro hecho de germanio puro a 18°C es de 72 ohmios. A 19°C, la resistencia del mismo cubo disminuye a 68 ohmios. Esto es generalmente típico de los semiconductores: un cambio significativo en la resistencia eléctrica con un ligero cambio de temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia suele disminuir. Cambia significativamente tanto bajo la influencia de la irradiación como de la deformación mecánica.
Es notable la sensibilidad del germanio (así como de otros semiconductores) no sólo a las influencias externas. Las propiedades del germanio se ven muy influenciadas incluso por cantidades mínimas de impurezas. No menos importante es la naturaleza química de las impurezas.
La adición de un elemento del grupo V permite obtener un semiconductor con conductividad de tipo electrónico. Así se prepara el GES (germanio electrónico dopado con antimonio). Al agregar un elemento del grupo III, crearemos un tipo de conductividad hueca (la mayoría de las veces es GDH, un agujero de germanio dopado con galio).
Recordemos que los “huecos” son lugares desocupados por electrones que han pasado a otro nivel de energía. Un “apartamento” que un migrante deja libre puede ser ocupado inmediatamente por su vecino, pero él también tenía su propio apartamento. Las reubicaciones se realizan una tras otra y el agujero se mueve.
La combinación de regiones con conductividad de electrones y huecos formó la base de los dispositivos semiconductores más importantes: diodos y transistores. Por ejemplo, al fundir indio en una placa de HES y crear así un área con conductividad hueca, obtenemos un dispositivo rectificador: un diodo. La corriente eléctrica pasa predominantemente en una dirección: desde la región con conductividad hueca hacia la conductividad electrónica. Al fundir indio en ambos lados de la placa HES, convertimos esta placa en la base de un transistor.
El primer transistor de germanio del mundo se creó en 1948 y, 20 años después, se produjeron cientos de millones de estos dispositivos. Los diodos y triodos de germanio se utilizan ampliamente en radios y televisores, computadoras y diversos equipos de medición.
El germanio también se utiliza en otras áreas de importancia crítica de la tecnología moderna: para medir bajas temperaturas, para detectar radiación infrarroja, etc. Todas estas áreas requieren germanio de muy alta pureza, tanto física como química. La pureza química es tal que la cantidad de impurezas nocivas no supera la diezmillonésima parte de un porcentaje (107%). La pureza física es un mínimo de dislocaciones y alteraciones en la estructura cristalina. Para conseguirlo, se cultiva germanio monocristalino: todo el lingote es un solo cristal.
Por el bien de esta pureza inimaginable
No hay muy poco germanio en la corteza terrestre: 7 * 10 -4% de su masa. Esto es más que plomo, plata y tungsteno. Se ha encontrado germanio en el Sol y en meteoritos. El germanio se encuentra en todos los países. Pero, aparentemente, ningún país industrializado tiene depósitos industriales de minerales de germanio. El germanio es muy distraído. Los minerales en los que este elemento contiene más del 1% (argirodita, germanita, ultrabasita y otros, incluidas la renerita, la esctotita, la confieldita y la plumbogermanita descubiertas sólo en las últimas décadas) son muy raros. No pueden cubrir la demanda mundial de este importante elemento.
Y la mayor parte del germanio terrestre se encuentra disperso en minerales de otros elementos, en carbones, en aguas naturales, en el suelo y en organismos vivos. En el carbón, por ejemplo, el contenido de germanio puede alcanzar una décima por ciento. Puede, pero no siempre lo consigue. En la antracita, por ejemplo, está casi ausente... En una palabra, el germanio está en todas partes y en ninguna.
Por tanto, los métodos para concentrar el germanio son muy complejos y variados. Dependen principalmente del tipo de materia prima y del contenido de este elemento en ella.
El líder del estudio integral y la solución del problema del germanio en la URSS fue el académico Nikolai Petrovich Sazhin. Cómo nació la industria soviética de semiconductores se describe en su artículo, publicado en la revista Chemistry and Life un año y medio antes de la muerte de este destacado científico y organizador de la ciencia.
El dióxido de germanio puro se obtuvo por primera vez en nuestro país a principios de 1941. A partir de él se elaboraba vidrio de germanio con un índice de refracción de la luz muy alto. La investigación sobre el elemento número 32 y los métodos para su posible producción se reanudó después de la guerra, en 1947. Ahora los científicos se interesaban por el germanio precisamente como semiconductor.
Nuevos métodos de análisis ayudaron a identificar una nueva fuente de materias primas de germanio: las aguas de alquitrán de las plantas de coque. Alemania en ellos no es más del 0,0003%, pero con la ayuda de extracto de roble resultó fácil precipitar el germanio en forma de un complejo de tanido. El componente principal del tanino es el éster de glucosa. Es capaz de unirse al germanio, incluso si la concentración de este elemento en solución es extremadamente pequeña.
A partir del sedimento resultante, al destruir la materia orgánica, no es difícil obtener un concentrado que contenga hasta un 45% de dióxido de germanio.
Las transformaciones posteriores ya no dependen mucho del tipo de materia prima. El germanio se reduce con hidrógeno (Winkler lo hizo), pero primero es necesario separar el óxido de germanio de numerosas impurezas. Para resolver este problema, resultó muy útil una combinación exitosa de las propiedades de uno de los compuestos de germanio.
El tetracloruro de germanio GeCl 4 es un líquido volátil con un punto de ebullición bajo (83,1°C). En consecuencia, es conveniente purificarlo mediante destilación y rectificación (el proceso se realiza en columnas de cuarzo con boquilla). El tetracloruro de germanio es casi insoluble en ácido clorhídrico concentrado. Por tanto, para purificar GeCl 4, se puede utilizar la disolución de impurezas con ácido clorhídrico.
El GeCl4 purificado se trata con agua, de la que se han eliminado previamente casi todos los contaminantes mediante resinas de intercambio iónico. Un signo de la pureza requerida es un aumento de la resistividad del agua a 15-20 millones de ohmios-cm.
Bajo la influencia del agua, se produce la hidrólisis del tetracloruro de germanio: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Tenga en cuenta que esta es la ecuación "invertida" de la reacción que produce tetracloruro de germanio. A esto le sigue la reducción de GeO 2 con hidrógeno purificado: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. El resultado es germanio en polvo, que se fusiona y luego se purifica aún más mediante fusión zonal. Por cierto, este método de purificación de materiales se desarrolló en 1952 específicamente para purificar el germanio semiconductor.
Las impurezas necesarias para dar al germanio uno u otro tipo de conductividad (electrónica o hueca) se introducen en las últimas etapas de producción, es decir, durante la zona de fusión y durante el crecimiento de un monocristal.
Desde que en 1942 se descubrió que sería ventajoso sustituir parte de los tubos de electrones de los sistemas de radar por detectores semiconductores, el interés por el germanio ha ido creciendo año tras año. El estudio de este elemento hasta ahora no utilizado contribuyó al desarrollo de la ciencia en general y, sobre todo, de la física del estado sólido. Y la importancia de los dispositivos semiconductores (diodos, transistores, termistores, galgas extensométricas, fotodiodos y otros) para el desarrollo de la radioelectrónica y la tecnología en general es tan grande y tan conocida que no vale la pena hablar de ella. en tonos sublimes vuelve a resultar algo incómodo. Hasta 1965, la mayoría de los dispositivos semiconductores se fabricaban a base de germanio. Pero en los años siguientes comenzó a desarrollarse el proceso de desplazamiento gradual del “eca-silicio” por el propio silicio.
Germanio bajo ataque del silicio
Los dispositivos semiconductores de silicio se diferencian favorablemente de los dispositivos de germanio principalmente en su mejor rendimiento a temperaturas elevadas y corrientes inversas más bajas. Una gran ventaja del silicio fue la resistencia de su dióxido a las influencias externas. Fue esto lo que permitió crear una tecnología plana más avanzada para la producción de dispositivos semiconductores, que consiste en calentar una oblea de silicio en oxígeno o una mezcla de oxígeno y vapor de agua y cubrirla con una capa protectora de SiO 2 .
Luego, después de grabar "ventanas" en los lugares correctos, se introducen impurezas dopantes a través de ellas, aquí también se conectan los contactos y, mientras tanto, el dispositivo en su conjunto queda protegido de influencias externas. Para el germanio, esta tecnología todavía no es posible: la estabilidad de su dióxido es insuficiente. Bajo el ataque del silicio, el arseniuro de galio y otros semiconductores, el germanio perdió su posición como principal material semiconductor. En 1968, Estados Unidos ya producía muchos más transistores de silicio que de germanio. Actualmente la producción mundial de germanio, según los expertos extranjeros, es de 90 a 100 toneladas al año. Su posición en tecnología es bastante fuerte.
- En primer lugar, el germanio semiconductor es notablemente más barato que el silicio semiconductor.
- En segundo lugar, algunos dispositivos semiconductores son aún más sencillos y rentables de fabricar con germanio que con silicio.
- En tercer lugar, las propiedades físicas del germanio lo hacen prácticamente insustituible en la fabricación de determinados tipos de dispositivos, en particular diodos túnel.
Todo esto da motivos para creer que la importancia del germanio siempre será grande.
OTRO PRONÓSTICO EXACTO. Se ha escrito mucho sobre la intuición de D.I. Mendeleev, quien describió las propiedades de tres elementos aún no descubiertos. Sin querer repetirnos, sólo queremos llamar la atención sobre la exactitud del pronóstico de Mendeleev. Compare los datos tabulados por Mendeleev y Winkler.
Exasilicio Peso atómico 72 Peso específico 5,5 Volumen atómico 13 Óxido superior EsO 2 Peso específico 4,7
El compuesto de cloruro EsCl 4 es un líquido con un punto de ebullición de aproximadamente 90°C.
El compuesto con hidrógeno EsH 4 es gaseoso.
Compuesto organometálico Es(C2H 5) 4 con un punto de ebullición de 160°C
Germanio Peso atómico 72,6 Peso específico 5,469 Volumen atómico 13,57 Óxido superior GeO 2 Peso específico 4,703
El compuesto de cloruro GeCl 4 es un líquido con un punto de ebullición de 83°C.
El compuesto con hidrógeno GeH 4 es gaseoso.
Compuesto organometálico Ge(C2H 5) 4 con un punto de ebullición de 163,5°C
CARTA DE CLEMENS WINKLER
"¡Su Majestad!
Permítanme reimprimir el mensaje, del que se desprende que he descubierto un nuevo elemento, el "germanio". Al principio opiné que este elemento llena el vacío entre el antimonio y el bismuto en su extraordinariamente reveladora tabla periódica y que este elemento coincide con su ekasilicio, pero todo apunta a que aquí se trata del ekasilicio.
Espero contarles pronto más sobre esta interesante sustancia; hoy me limito únicamente a notificarle el muy probable triunfo de su ingeniosa investigación y testimoniarle mi respeto y profundo respeto.
MENDELEEV RESPONDIÓ: “Dado que el descubrimiento del germanio es la corona del sistema periódico, entonces esta corona te pertenece a ti, como “padre” del germanio; Para mí, mi papel como predecesor y la actitud amistosa que tuve con usted son valiosos”.
GERMANIO Y ORGÁNICOS. Winkler obtuvo el primer compuesto organoelemental del elemento nº 32, el tetraetilgermanio, a partir del tetracloruro de germanio. Curiosamente, ninguno de los compuestos organoelementales de germanio obtenidos hasta ahora es tóxico, mientras que la mayoría de los compuestos de plomo y organoestaño (estos elementos son análogos del germanio) son tóxicos.
CÓMO CULTIVAR GERMANIO MONOCRISTAL. Se coloca un cristal de germanio, una "semilla", sobre la superficie del germanio fundido, que se eleva gradualmente mediante un dispositivo automático; la temperatura de fusión es ligeramente superior al punto de fusión del germanio (937°C). La semilla se gira para que el monocristal “crezca con carne” uniformemente por todos lados. Es importante que durante dicho crecimiento suceda lo mismo que durante la zona de fusión: casi exclusivamente el germanio pasa a la "fase sólida" (crecimiento) y la mayoría de las impurezas permanecen en la masa fundida.
GERMANIO Y SUPERCONDUCTIVIDAD. El semiconductor clásico germanio participó en la solución de otro problema importante: la creación de materiales superconductores que funcionan a la temperatura del hidrógeno líquido y no del helio líquido. El hidrógeno, como se sabe, pasa del estado gaseoso al líquido a una temperatura de - 252,6 ° C o 20,5 ° K. A principios de los años 70, se formó una película de una aleación de germanio con niobio con un espesor de sólo unos pocos miles de átomos. fue obtenido. Esta película conserva la superconductividad a temperaturas de 24,3° K o menos.
El cuerpo humano contiene una gran cantidad de micro y macroelementos, sin los cuales el pleno funcionamiento de todos los órganos y sistemas sería simplemente imposible. La gente oye hablar de algunos de ellos todo el tiempo, mientras que otros desconocen por completo su existencia, pero todos desempeñan un papel en la buena salud. El último grupo también incluye el germanio, que se encuentra en el cuerpo humano en forma orgánica. ¿Qué tipo de elemento es este, de qué procesos es responsable y qué nivel se considera normal? Siga leyendo.
Descripción y características
En el sentido general, el germanio es uno de los elementos químicos presentados en la conocida tabla periódica (pertenece al cuarto grupo). En la naturaleza aparece como una sustancia sólida de color blanco grisáceo con un brillo metálico, pero en el cuerpo humano se encuentra en forma orgánica.
Hay que decir que no se le puede llamar muy raro, ya que se encuentra en minerales y silicatos de hierro, sulfuro, aunque el germanio prácticamente no forma sus propios minerales. El contenido del elemento químico en la corteza terrestre supera varias veces la concentración de plata, antimonio y bismuto, y en algunos minerales su cantidad alcanza los 10 kg por tonelada. Las aguas de los océanos del mundo contienen alrededor de 6,10-5 mg/l de germanio. 
Muchas plantas que crecen en diferentes continentes son capaces de absorber pequeñas cantidades de este elemento químico y sus compuestos del suelo, tras lo cual pueden ingresar al cuerpo humano. En forma orgánica, todos estos componentes participan directamente en diversos procesos metabólicos y de restauración, que se analizarán a continuación.
¿Sabías?Este elemento químico se notó por primera vez en 1886 y se conoció gracias a los esfuerzos del químico alemán K. Winkler. Es cierto que hasta ese momento Mendeleev también había hablado de su existencia (en 1869), quien al principio lo llamó condicionalmente "eca-silicio".
Funciones y papel en el cuerpo.
Hasta hace poco, los científicos creían que el germanio es completamente inútil para los humanos y, en principio, no desempeña absolutamente ninguna función en el cuerpo de los organismos vivos. Sin embargo, hoy se sabe con certeza que los compuestos orgánicos individuales de este elemento químico se pueden utilizar con éxito incluso como compuestos medicinales, aunque es demasiado pronto para hablar de su eficacia.
Los experimentos realizados con roedores de laboratorio han demostrado que incluso una pequeña cantidad de germanio puede aumentar la esperanza de vida de los animales entre un 25 y un 30%, y esto en sí mismo es una buena razón para pensar en sus beneficios para los humanos. 
Los estudios ya realizados sobre el papel del germanio orgánico en el cuerpo humano nos permiten identificar las siguientes funciones biológicas de este elemento químico:
- prevenir la falta de oxígeno del cuerpo mediante la transferencia de oxígeno a los tejidos (el riesgo de la llamada "hipoxia sanguínea", que se manifiesta cuando disminuye la cantidad de hemoglobina en los glóbulos rojos);
- estimulación del desarrollo de las funciones protectoras del cuerpo mediante la supresión de los procesos de proliferación de células microbianas y la activación de células inmunitarias específicas;
- efectos activos antifúngicos, antivirales y antibacterianos debido a la producción de interferón, que protege al cuerpo de microorganismos dañinos;
- poderoso efecto antioxidante, expresado en el bloqueo de los radicales libres;
- retrasar el desarrollo de tumores tumorales y prevenir la formación de metástasis (en este caso, el germanio neutraliza el efecto de las partículas cargadas negativamente);
- actúa como regulador de los sistemas valvulares de la digestión, el sistema venoso y la peristalsis;
- Al detener el movimiento de los electrones en las células nerviosas, los compuestos de germanio ayudan a reducir diversas manifestaciones de dolor.
Todos los experimentos realizados para determinar la tasa de distribución del germanio en el cuerpo humano después de su consumo oral han demostrado que 1,5 horas después de la ingestión, la mayor parte de este elemento está contenida en el estómago, el intestino delgado, el bazo, la médula ósea y, por supuesto. , en sangre. Es decir, el alto nivel de germanio en los órganos del sistema digestivo demuestra su acción prolongada cuando se absorbe en el torrente sanguíneo. ¡Importante! No debe probar el efecto de este elemento químico en usted mismo, ya que un cálculo incorrecto de la dosis puede provocar una intoxicación grave.
Qué contiene el germanio: fuentes alimenticias
Cualquier microelemento de nuestro organismo cumple una función específica, por eso, para una buena salud y mantener el tono, es muy importante asegurar el nivel óptimo de determinados componentes. Esto también se aplica a Alemania. Puedes reponer sus reservas a diario comiendo ajo (aquí es donde más se encuentra), salvado de trigo, legumbres, setas porcini, tomates, pescados y mariscos (en particular, gambas y mejillones), e incluso ajos silvestres y aloe. 
El efecto del germanio en el cuerpo se puede mejorar con la ayuda del selenio. Muchos de estos productos se pueden encontrar fácilmente en el hogar de cualquier ama de casa, por lo que no deberían surgir dificultades.
Requisito diario y normas.
No es ningún secreto que un exceso incluso de componentes útiles no puede ser menos dañino que su escasez, por lo que antes de pasar a reponer la cantidad perdida de germanio, es importante conocer su ingesta diaria permitida. Normalmente, este valor oscila entre 0,4 y 1,5 mg y depende de la edad de la persona y de la deficiencia de microelementos existente.
El cuerpo humano hace frente bien a la absorción de germanio (la absorción de este elemento químico es del 95%) y lo distribuye de manera relativamente uniforme por los tejidos y órganos (no importa si estamos hablando de espacio extracelular o intracelular). El germanio se excreta junto con la orina (se libera hasta un 90%).
Deficiencia y excedente
Como mencionamos anteriormente, cualquier extremo no es bueno. Es decir, tanto la escasez como el exceso de germanio en el organismo pueden afectar negativamente a sus características funcionales. Por lo tanto, con una deficiencia de un microelemento (como resultado de su consumo limitado con los alimentos o una violación de los procesos metabólicos en el cuerpo), es posible el desarrollo de osteoporosis y desmineralización del tejido óseo, y la posibilidad de enfermedades oncológicas aumenta varias veces.
Cantidades excesivas de germanio tienen un efecto tóxico en el cuerpo y los compuestos del elemento bienal se consideran especialmente peligrosos. En la mayoría de los casos, su exceso puede explicarse por la inhalación de vapores puros en condiciones industriales (la concentración máxima permitida en el aire puede ser de 2 mg/m3). En contacto directo con el cloruro de germanio, es posible que se produzca irritación local de la piel y su entrada al cuerpo suele provocar daños en el hígado y los riñones.
¿Sabías?Con fines médicos, los japoneses fueron los primeros en interesarse por el elemento descrito, y un verdadero avance en esta dirección fue la investigación del Dr. Asai, quien descubrió una amplia gama de efectos biológicos del germanio.
Como puede ver, nuestro cuerpo realmente necesita el microelemento descrito, aunque su función aún no se ha estudiado completamente. Por lo tanto, para mantener un equilibrio óptimo, simplemente coma más de los alimentos enumerados y trate de no estar en condiciones laborales dañinas. GERMANIO, Ge (del latín Germania - Alemania * a. germanio; n. germanio; f. germanio; i. germanio), es un elemento químico del grupo IV del sistema periódico de Mendeleev, número atómico 32, masa atómica 72,59. El germanio natural está formado por 4 isótopos estables 70 Ge (20,55%), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) y un radioactivo 76 Ge (7,67%) con una vida media. de 2,10 6 años. Descubierto en 1886 por el químico alemán K. Winkler en el mineral argirodita; Fue predicho en 1871 por D. N. Mendeleev (exasilicon).
Germanio en la naturaleza
Pertenece al germanio. La abundancia de germanio es (1-2).10 -4%. Se encuentra como impureza en minerales de silicio y, en menor medida, en minerales y. Los minerales propios del germanio son muy raros: sulfosales: argirodita, germanita, renerita y algunos otros; óxido doblemente hidratado de germanio y hierro - chotita; sulfatos: itoita, fleischerita y algunos otros, que prácticamente no tienen importancia industrial. El germanio se acumula en procesos hidrotermales y sedimentarios, donde se realiza la posibilidad de separarlo del silicio. Se encuentra en cantidades mayores (0,001-0,1%) en y. Las fuentes de germanio incluyen minerales polimetálicos, carbones fósiles y algunos tipos de depósitos volcánico-sedimentarios. La mayor parte de germanio se obtiene como subproducto de las aguas de alquitrán durante la coquización de carbones, de las cenizas de carbones térmicos, de la esfalerita y de la magnetita. El germanio se extrae mediante ácido, sublimación en ambiente reductor, fusión con sosa cáustica, etc. Los concentrados de germanio se tratan con ácido clorhídrico cuando se calientan, el condensado se purifica y sufre descomposición hidrolítica para formar dióxido; este último se reduce mediante hidrógeno a germanio metálico, que se purifica mediante métodos de cristalización fraccionada y direccional y fusión por zonas.
Aplicación de germanio
El germanio se utiliza en radioelectrónica e ingeniería eléctrica como material semiconductor para la fabricación de diodos y transistores. De germanio se fabrican lentes para óptica IR, fotodiodos, fotorresistores, dosímetros de radiación nuclear, analizadores de espectroscopia de rayos X, convertidores de energía de desintegración radiactiva en energía eléctrica, etc. Las aleaciones de germanio con ciertos metales, caracterizadas por una mayor resistencia a ambientes ácidos agresivos, se utilizan en la fabricación de instrumentos, la ingeniería mecánica y la metalurgia. Algunas aleaciones de germanio con otros elementos químicos son superconductores.