الجرمانيوم هو شبه معدن نادر ومفيد. خصائص العنصر الكيميائي الجرمانيوم

سوبونينكو إيه إن دكتوراه،

المدير العام لشركة Germatsentr LLC

الجرمانيوم العضوي. تاريخ الاكتشاف.

بعد أن اكتشف الكيميائي وينكلر عنصرًا جديدًا في الجدول الدوري، وهو الجرمانيوم، في خام الفضة عام 1886، لم يكن لديه أي فكرة عن مدى الاهتمام الذي سيجذبه هذا العنصر من علماء الطب في القرن العشرين.

كانت ألمانيا أول من استخدم على نطاق واسع للأغراض الطبية في اليابان. أظهرت اختبارات مركبات الجرمانيوم العضوي المختلفة في التجارب على الحيوانات وفي التجارب السريرية على البشر أن لها تأثيرًا إيجابيًا على جسم الإنسان بدرجات متفاوتة. جاء الاختراق في عام 1967، عندما اكتشف الدكتور ك. أساي أن الجرمانيوم العضوي، الذي تم تطوير طريقة تصنيعه سابقًا في بلدنا، له نطاق واسع من التأثيرات البيولوجية.

من بين الخصائص البيولوجية للجرمانيوم العضوي، يمكن ملاحظة قدراته:

· ضمان نقل الأكسجين في أنسجة الجسم.

· زيادة الحالة المناعية للجسم؛

إظهار نشاط مضاد للأورام

وهكذا ابتكر العلماء اليابانيون أول دواء يحتوي على الجرمانيوم العضوي وهو "جرمانيوم-132" الذي يستخدم لتصحيح الحالة المناعية في أمراض الإنسان المختلفة.

في روسيا، تمت دراسة التأثيرات البيولوجية للجرمانيوم لفترة طويلة، لكن إنشاء أول عقار روسي "جيرمافيت" لم يصبح ممكنا إلا في عام 2000، عندما بدأ رجال الأعمال الروس في الاستثمار في تطوير العلوم، وخاصة الطب. مدركين أن صحة الأمة تتطلب أقصى قدر من الاهتمام، وتعزيزها هو أهم مهمة اجتماعية في عصرنا.

أين يوجد الجرمانيوم؟

تجدر الإشارة إلى أنه خلال التطور الجيوكيميائي لقشرة الأرض، تم غسل كمية كبيرة من الجرمانيوم من معظم سطح الأرض إلى المحيطات، لذا فإن كمية هذا العنصر الدقيق الموجودة في التربة حاليًا ضئيلة للغاية.

ومن بين النباتات القليلة القادرة على امتصاص الجرمانيوم ومركباته من التربة، فإن الجينسنغ هو الرائد (بنسبة تصل إلى 0.2%)، ويستخدم على نطاق واسع في الطب التبتي. يحتوي الجرمانيوم أيضًا على الثوم والكافور والصبار، والتي تستخدم تقليديًا للوقاية من الأمراض التي تصيب الإنسان وعلاجها. في المواد النباتية، الجرمانيوم العضوي هو في شكل كاربوكسي إيثيل شبه أكسيد. في الوقت الحالي، يتم تصنيع المركبات العضوية من الجرمانيوم – السيسكويوكسانات مع جزء بيريميدين. هذا المركب قريب في تركيبه من مركب الجرمانيوم الطبيعي الموجود في الكتلة الحيوية لجذر الجينسنغ.

الجرمانيوم هو عنصر نادر وهو موجود في العديد من الأطعمة، ولكن بجرعات مجهرية. الجرعة اليومية الموصى بها من الجرمانيوم في شكل عضوي هي 8 - 10 ملغ.

وأظهر تقييم كمية الجرمانيوم المتناولة من الطعام، والذي أجري من خلال تحليل 125 نوعًا من المنتجات الغذائية، أنه يتم استهلاك 1.5 ملجم من الجرمانيوم يوميًا في الطعام. يحتوي 1 جرام من الأطعمة النيئة عادةً على 0.1 - 1.0 ميكروجرام. تم العثور على هذا العنصر النزر في عصير الطماطم والفاصوليا والحليب وسمك السلمون. ومع ذلك، لتلبية حاجة الجسم اليومية من الجرمانيوم، من الضروري شرب، على سبيل المثال، ما يصل إلى 10 لترات من عصير الطماطم يوميا أو تناول ما يصل إلى 5 كجم من سمك السلمون، وهو أمر غير واقعي نظرا للقدرات البدنية لجسم الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، فإن أسعار هذه المنتجات تجعل الاستهلاك المنتظم مستحيلاً بالنسبة لغالبية سكان بلدنا.

أراضي بلدنا شاسعة للغاية وعلى 95٪ من أراضيها يتراوح نقص الجرمانيوم من 80 إلى 90٪ من القاعدة المطلوبة، لذلك نشأ السؤال حول إنشاء دواء يحتوي على الجرمانيوم.

توزيع الجرمانيوم العضوي في الجسم وآليات تأثيره على جسم الإنسان.

في التجارب التي حددت توزيع الجرمانيوم العضوي في الجسم بعد 1.5 ساعة من تناوله عن طريق الفم، تم الحصول على النتائج التالية: توجد كميات كبيرة من الجرمانيوم العضوي في المعدة والأمعاء الدقيقة ونخاع العظام والطحال والدم. علاوة على ذلك، فإن محتواه العالي في المعدة والأمعاء يدل على أن عملية امتصاصه في الدم لها تأثير طويل الأمد.

سمح المحتوى العالي من الجرمانيوم العضوي في الدم للدكتور أساي بطرح النظرية التالية لآلية عمله في جسم الإنسان. من المفترض أن الجرمانيوم العضوي في الدم يتصرف بشكل مشابه للهيموجلوبين، الذي يحمل أيضًا شحنة سالبة، ومثل الهيموجلوبين، يشارك في عملية نقل الأكسجين في أنسجة الجسم. وهذا يمنع تطور نقص الأكسجين (نقص الأكسجة) على مستوى الأنسجة. يمنع الجرمانيوم العضوي تطور ما يسمى بنقص الأكسجة في الدم، والذي يحدث عندما تنخفض كمية الهيموجلوبين القادرة على ربط الأكسجين (انخفاض في قدرة الأكسجين في الدم)، ويتطور أثناء فقدان الدم والتسمم بأول أكسيد الكربون والتعرض للإشعاع. الجهاز العصبي المركزي وعضلة القلب وأنسجة الكلى والكبد هم الأكثر حساسية لنقص الأكسجين.

نتيجة للتجارب، وجد أيضًا أن الجرمانيوم العضوي يعزز تحريض إنترفيرون جاما، الذي يمنع عمليات تكاثر الخلايا سريعة الانقسام وينشط خلايا معينة (القتلة T). الاتجاهات الرئيسية لعمل الإنترفيرون على مستوى الجسم هي الحماية المضادة للفيروسات والأورام، ووظائف المناعة والحماية الإشعاعية للجهاز اللمفاوي.

في عملية دراسة الأنسجة المرضية والأنسجة ذات العلامات الأولية للأمراض، وجد أنها تتميز دائمًا بنقص الأكسجين ووجود جذور الهيدروجين الموجبة الشحنة H+. أيونات H+ لها تأثير سلبي للغاية على خلايا الجسم البشري، حتى إلى حد موتها. أيونات الأكسجين، التي لديها القدرة على الاتحاد مع أيونات الهيدروجين، تجعل من الممكن التعويض بشكل انتقائي ومحلي عن الأضرار التي لحقت بالخلايا والأنسجة الناجمة عن أيونات الهيدروجين. يرجع تأثير الجرمانيوم على أيونات الهيدروجين إلى شكله العضوي - شكل سيسكيوكسيد.

الهيدروجين غير المنضم نشط للغاية، لذلك يتفاعل بسهولة مع ذرات الأكسجين الموجودة في أكسيدات الجرمانيوم. يجب ضمان الأداء الطبيعي لجميع أجهزة الجسم من خلال نقل الأكسجين دون عوائق في الأنسجة. يتمتع الجرمانيوم العضوي بقدرة واضحة على إيصال الأكسجين إلى أي نقطة في الجسم وضمان تفاعله مع أيونات الهيدروجين. وهكذا، فإن عمل الجرمانيوم العضوي عندما يتفاعل مع أيونات H+ يعتمد على تفاعل الجفاف (استخلاص الهيدروجين من المركبات العضوية)، ويمكن مقارنة الأكسجين المشارك في هذا التفاعل بـ"المكنسة الكهربائية" التي تنظف الجسم. من أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة والجرمانيوم العضوي - مع نوع من "ثريا تشيزيفسكي الداخلية".

الجرمانيوم

الجرمانيوم-أنا؛ م.العنصر الكيميائي (Ge)، وهو مادة صلبة بيضاء رمادية اللون ذات بريق معدني (وهي المادة شبه الموصلة الرئيسية). لوحة الجرمانيوم.

◁ الجرمانيوم، أوه، أوه. المواد الخام G-th. G. سبيكة.

الجرمانيوم

(الجرمانيوم اللاتيني)، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من الجدول الدوري. الاسم مأخوذ من الكلمة اللاتينية Germania - ألمانيا، تكريمًا لوطن K. A. Winkler. بلورات فضية رمادية. الكثافة 5.33 جم/سم3، ر 938.3 درجة مئوية. منتشرة في الطبيعة (المعادن الخاصة نادرة)؛ المستخرجة من خامات المعادن غير الحديدية. مواد أشباه الموصلات للأجهزة الإلكترونية (الثنائيات والترانزستورات وغيرها)، ومكونات السبائك، ومواد العدسات في أجهزة الأشعة تحت الحمراء، وكاشفات الإشعاع المؤين.

الجرمانيوم

الجرمانيوم (لاتينية الجرمانيوم)، Ge (يُقرأ "hertempmanium")، عنصر كيميائي برقم ذري 32، وزن ذري 72.61. يتكون الجرمانيوم الطبيعي من خمسة نظائر ذات أعداد كتلية 70 (محتوى الخليط الطبيعي 20.51% بالوزن)، 72 (27.43%)، 73 (7.76%)، 74 (36.54%)، و76 (7.76%). تكوين طبقة الإلكترون الخارجية 4 س 2 ص 2 . حالات الأكسدة +4، +2 (التكافؤ IV، II). يقع في المجموعة IVA، في الدورة 4 من الجدول الدوري للعناصر.
تاريخ الاكتشاف
تم اكتشافه بواسطة K. A. Winkler (سم.وينكلر كليمنس ألكسندر)(وسمي باسم وطنه - ألمانيا) عام 1886 أثناء تحليل معدن الأرجيروديت Ag 8 GeS 6 بعد وجود هذا العنصر وبعض خواصه التي تنبأ بها دي آي مندليف (سم.منديليف ديمتري إيفانوفيتش).
التواجد في الطبيعة
المحتوى الموجود في القشرة الأرضية هو 1.5·10-4% وزناً. يشير إلى العناصر المتناثرة. لم يتم العثور عليه في الطبيعة في شكل حر. تحتوي على شوائب في السيليكات والحديد الرسوبي وخامات المعادن المتعددة والنيكل والتنغستن والفحم والجفت والزيوت والمياه الحرارية والطحالب. أهم المعادن: الجرمانيت Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4، ستوتيت FeGe(OH) 6، بلومبوغرمانيت (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O، أرجيروديت Ag. 8 GeS 6، الرينيريت Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4.
الحصول على الجرمانيوم
للحصول على الجرمانيوم، يتم استخدام المنتجات الثانوية لمعالجة خامات المعادن غير الحديدية، والرماد الناتج عن احتراق الفحم، وبعض المنتجات الكيميائية لفحم الكوك. يتم إثراء المواد الخام التي تحتوي على Ge عن طريق التعويم. ثم يتم تحويل التركيز إلى أكسيد GeO 2، والذي يتم اختزاله بالهيدروجين (سم.هيدروجين):
GeO 2 + 4H 2 = Ge + 2H 2 O
يتم الحصول على الجرمانيوم ذو نقاء أشباه الموصلات بمحتوى شوائب 10 -3 -10 -4٪ عن طريق ذوبان المنطقة (سم.ذوبان المنطقة)التبلور (سم.بلورة)أو التحلل الحراري للأحادي الرمان المتطاير GeH 4:
جيه 4 = جي + 2H 2،
والتي تتشكل أثناء تحلل المركبات المعدنية النشطة مع Ge-germanides بواسطة الأحماض:
Mg2 Ge + 4HCl = GeH4 – + 2MgCl2
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الجرمانيوم مادة فضية ذات بريق معدني. شبكة بلورية ذات تعديل مستقر (Ge I)، مكعبة، مركزية الوجه، من النوع الماسي، أ= 0.533 نانومتر (تم الحصول على ثلاثة تعديلات أخرى عند ضغوط عالية). درجة الانصهار 938.25 درجة مئوية، نقطة الغليان 2850 درجة مئوية، الكثافة 5.33 كجم/دم3. لها خصائص أشباه الموصلات، فجوة النطاق هي 0.66 فولت (عند 300 كلفن). الجرمانيوم شفاف للأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية الأكبر من 2 ميكرون.
الخصائص الكيميائية لـ Ge تشبه السيليكون. (سم.السيليكون). في الظروف العادية، مقاومة للأكسجين (سم.الأكسجين)، بخار الماء، الأحماض المخففة. في وجود عوامل معقدة أو مؤكسدة قوية، يتفاعل Ge مع الأحماض عند تسخينه:
Ge + H 2 SO 4 conc = Ge(SO 4) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O,
قه + 6HF = ح 2 + 2 ح 2،
جنرال الكتريك + 4HNO 3 conc. = H 2 GeO 3 + 4NO 2 + 2H 2 O
يتفاعل Ge مع الماء الملكي (سم.أكوا ريجيا):
Ge + 4HNO 3 + 12HCl = GeCl 4 + 4NO + 8H2O.
يتفاعل Ge مع المحاليل القلوية في وجود عوامل مؤكسدة:
جي + 2NaOH + 2H2O2 = Na2.
عند تسخينه في الهواء إلى 700 درجة مئوية، يشتعل Ge. يتفاعل Ge بسهولة مع الهالوجينات (سم.الهالوجين)والرمادي (سم.الكبريت):
قه + 2I 2 = جي 4
مع الهيدروجين (سم.هيدروجين), نتروجين (سم.نتروجين), كربون (سم.كربون)لا يتفاعل الجرمانيوم بشكل مباشر، ويتم الحصول على المركبات التي تحتوي على هذه العناصر بشكل غير مباشر. على سبيل المثال، يتم تشكيل نيتريد Ge 3 N 4 عن طريق إذابة ثنائي يوديد الجرمانيوم GeI 2 في الأمونيا السائلة:
GeI 2 + NH 3 سائل -> n -> Ge 3 N 4
أكسيد الجرمانيوم (IV)، GeO 2، هو مادة بلورية بيضاء موجودة في نسختين. أحد التعديلات قابل للذوبان جزئيًا في الماء مع تكوين الأحماض الجرمانية المعقدة. يعرض خصائص مذبذبة.
يتفاعل GeO 2 مع القلويات كأكسيد حمضي:
GeO 2 + 2NaOH = Na 2 GeO 3 + H 2 O
يتفاعل GeO 2 مع الأحماض:
GeO 2 + 4HCl = GeCl 4 + 2H 2 O
رباعي هاليدات Ge هي مركبات غير قطبية تتحلل بسهولة بالماء.
3GeF4 + 2H2O = GeO2 + 2H2 GeF6
يتم الحصول على رباعي الهاليدات عن طريق التفاعل المباشر:
جي + 2Cl 2 = GeCl 4
أو التحلل الحراري:
BaGeF 6 = GeF 4 + BaF 2
تتشابه هيدريدات الجرمانيوم في الخواص الكيميائية مع هيدريدات السيليكون، لكن أحادي الجرمان GeH 4 أكثر استقرارًا من أحادي السيلان SiH 4 . يشكل الألمان سلسلة متماثلة Gen H 2n+2، Gen H 2n وغيرها، لكن هذه السلاسل أقصر من تلك الموجودة في السيلان.
Monogerman GeH 4 هو غاز مستقر في الهواء ولا يتفاعل مع الماء. أثناء التخزين على المدى الطويل، فإنه يتحلل إلى H 2 وGe. يتم الحصول على المونوجرمان عن طريق اختزال ثاني أكسيد الجرمانيوم GeO 2 مع بوروهيدريد الصوديوم NaBH 4:
GeO 2 + NaBH 4 = GeH 4 + NaBO 2.
يتكون أول أكسيد GeO غير المستقر للغاية عن طريق التسخين المعتدل لخليط من الجرمانيوم وثاني أكسيد GeO 2:
قه + جيو 2 = 2 جيو.
مركبات Ge(II) غير متناسبة بسهولة مع إطلاق Ge:
2GeCl 2 -> Ge + GeCl 4
ثاني كبريتيد الجرمانيوم GeS 2 هو مادة بيضاء غير متبلورة أو بلورية، يتم الحصول عليها عن طريق ترسيب H 2 S من المحاليل الحمضية لـ GeCl 4:
GeCl 4 + 2H 2 S = GeS 2 Ї + 4HCl
يذوب GeS 2 في القلويات وكبريتيدات الأمونيوم أو الفلزات القلوية:
GeS 2 + 6NaOH = Na 2 + 2Na 2 S،
GeS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 GeS 3
يمكن أن يكون Ge جزءًا من المركبات العضوية. المعروفة هي (CH 3) 4 Ge، (C 6 H 5) 4 Ge، (CH 3) 3 GeBr، (C 2 H 5) 3 GeOH وغيرها.
طلب
الجرمانيوم هو مادة شبه موصلة تستخدم في التكنولوجيا والإلكترونيات الراديوية في إنتاج الترانزستورات والدوائر الدقيقة. تُستخدم الأغشية الرقيقة من Ge المترسبة على الزجاج كمقاومات في منشآت الرادار. تستخدم سبائك Ge مع المعادن في أجهزة الاستشعار وأجهزة الكشف. يستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم في إنتاج النظارات التي تنقل الأشعة تحت الحمراء.

القاموس الموسوعي. 2009 .

المرادفات:

انظر ما هو "الجرمانيوم" في القواميس الأخرى:

عنصر كيميائي اكتشف عام 1886 في معدن الأرجيروديت النادر الموجود في ولاية ساكسونيا. قاموس الكلمات الأجنبية المدرجة في اللغة الروسية. Chudinov A.N.، 1910. الجرمانيوم (سمي على شرف موطن العالم الذي اكتشف العنصر) الكيميائي. عنصر... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

- (الجرمانيوم)، Ge، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري، العدد الذري 32، الكتلة الذرية 72.59؛ اللافلزية؛ مادة أشباه الموصلات. تم اكتشاف الجرمانيوم على يد الكيميائي الألماني ك. وينكلر عام 1886... الموسوعة الحديثة

الجرمانيوم- عنصر قه المجموعة الرابعة الدورية. الأنظمة؛ في. ن. 32، في. م 72.59؛ تلفزيون البند مع المعدن يشرق. Ge الطبيعي عبارة عن خليط من خمسة نظائر مستقرة بأعداد كتلية 70 و 72 و 73 و 74 و 76. تم التنبؤ بوجود Ge وخصائصه في عام 1871 بواسطة D.I.... ... دليل المترجم الفني

الجرمانيوم- (الجرمانيوم)، Ge، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري، العدد الذري 32، الكتلة الذرية 72.59؛ اللافلزية؛ مادة أشباه الموصلات. تم اكتشاف الجرمانيوم من قبل الكيميائي الألماني ك. وينكلر في عام 1886. ... القاموس الموسوعي المصور

- (الجرمانيوم اللاتيني) Ge، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري، العدد الذري 32، الكتلة الذرية 72.59. سُميت من جرمانيا اللاتينية ألمانيا، تكريمًا لوطن K. A. Winkler. بلورات رمادية فضية. الكثافة 5.33 جم/سم3³، نقطة الانصهار 938.3 ... القاموس الموسوعي الكبير

- (الرمز Ge)، وهو عنصر معدني رمادي-أبيض من المجموعة الرابعة من الجدول الدوري لمندليف، حيث تم التنبؤ بخصائص العناصر غير المكتشفة بعد، وخاصة الجرمانيوم، (1871). تم اكتشاف العنصر عام 1886. وهو منتج ثانوي لصهر الزنك... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

Ge (من جرمانيا اللاتينية ألمانيا * أ. الجرمانيوم؛ ن. الجرمانيوم؛ و. الجرمانيوم؛ ط. جرمانيو)، مادة كيميائية. عنصر المجموعة الرابعة الدورية. نظام مندليف، at.sci. 32، في. م 72.59. يتكون الغاز الطبيعي من 4 نظائر مستقرة 70 جي (20.55%)، 72 جي... ... الموسوعة الجيولوجية

- (جي)، الاصطناعية بلورة واحدة، PP، مجموعة تناظر النقطة m3m، الكثافة 5.327 جم/سم3، Tmelt=936 درجة مئوية، صلبة. على مقياس موس 6، في. م 72.60. شفاف في منطقة الأشعة تحت الحمراء من 1.5 إلى 20 ميكرون؛ متباين الخواص بصريا، ل = 1.80 ميكرون معامل. الانكسار ن = 4,143.… ... الموسوعة الفيزيائية

الاسم عدد المرادفات: 3 أشباه الموصلات (7) السيليكون الإيكا (1) عنصر (159) ... قاموس المرادفات

الجرمانيوم- الكيمياء. العنصر، الرمز Ge (lat. الجرمانيوم)، في. ن. 32، في. م 72.59؛ مادة بلورية رمادية فضية هشة، كثافتها 5327 كجم/م3، درجة حرارتها = 937.5 درجة مئوية. منتشرة في الطبيعة؛ يتم استخراجه بشكل رئيسي عن طريق معالجة مزيج الزنك و ... ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

الجرمانيوم، Ge (من جرمانيا اللاتينية - ألمانيا * أ. الجرمانيوم؛ ن. الجرمانيوم؛ f. الجرمانيوم؛ ط. جرمانيو)، هو عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف، العدد الذري 32، الكتلة الذرية 72.59. يتكون الجرمانيوم الطبيعي من 4 نظائر مستقرة 70 جي (20.55%)، 72 جي (27.37%)، 73 جي (7.67%)، 74 جي (36.74%) وواحد مشع 76 جي (7.67%) بعمر نصف. من 2.10 6 سنوات. اكتشفه الكيميائي الألماني ك. وينكلر عام 1886 في معدن الأرجيروديت؛ تم التنبؤ به في عام 1871 من قبل د. ن. مندليف (إكساسيليكون).

الجرمانيوم في الطبيعة

الجرمانيوم ينتمي إلى. نسبة الجرمانيوم (1-2).10-4%. ويوجد كشوائب في معادن السيليكون، وبدرجة أقل في المعادن و. معادن الجرمانيوم نادرة جدًا: أملاح الكبريت - الأرجيروديت والجرمانيت والرينيريت وبعض المعادن الأخرى؛ أكسيد مزدوج مائي من الجرمانيوم والحديد - شوتيت؛ الكبريتات - الإيتويت والفليشيريت وبعض العناصر الأخرى ليس لها أي أهمية صناعية عمليًا. يتراكم الجرمانيوم في العمليات الحرارية المائية والرسوبية، حيث تتحقق إمكانية فصله عن السيليكون. ويوجد بكميات متزايدة (0.001-0.1%) في و. وتشمل مصادر الجرمانيوم الخامات المتعددة المعادن، والفحم الأحفوري، وبعض أنواع الرواسب الرسوبية البركانية. يتم الحصول على الكمية الرئيسية من الجرمانيوم كمنتج ثانوي من مياه القطران أثناء فحم الفحم، ومن رماد الفحم الحراري، والسفاليريت والماجنتيت. يتم استخراج الجرمانيوم عن طريق الحمض، والتسامي في بيئة مختزلة، والانصهار مع الصودا الكاوية، وما إلى ذلك. تتم معالجة مركزات الجرمانيوم بحمض الهيدروكلوريك عند تسخينه، ويتم تنقية المكثفات ويخضع للتحلل المائي لتشكيل ثاني أكسيد؛ يتم اختزال الأخير بواسطة الهيدروجين إلى الجرمانيوم المعدني، والذي يتم تنقيته بطرق التبلور الجزئي والاتجاهي وذوبان المنطقة.

تطبيق الجرمانيوم

يستخدم الجرمانيوم في الإلكترونيات الراديوية والهندسة الكهربائية كمادة شبه موصلة لتصنيع الثنائيات والترانزستورات. العدسات الخاصة ببصريات الأشعة تحت الحمراء، والثنائيات الضوئية، والمقاومات الضوئية، ومقاييس جرعات الإشعاع النووي، ومحللات التحليل الطيفي للأشعة السينية، ومحولات طاقة الاضمحلال الإشعاعي إلى طاقة كهربائية، وما إلى ذلك، مصنوعة من الجرمانيوم. تستخدم سبائك الجرمانيوم مع معادن معينة، والتي تتميز بمقاومتها المتزايدة للبيئات الحمضية العدوانية، في صناعة الأدوات والهندسة الميكانيكية وعلم المعادن. تعتبر بعض سبائك الجرمانيوم مع عناصر كيميائية أخرى من الموصلات الفائقة.

الجرمانيوم(الجرمانيوم اللاتيني)، Ge، العنصر الكيميائي للمجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف؛ الرقم التسلسلي 32، الكتلة الذرية 72.59؛ رمادي-أبيض صلب مع لمعان معدني. الجرمانيوم الطبيعي عبارة عن خليط من خمسة نظائر مستقرة ذات أعداد كتلية 70 و 72 و 73 و 74 و 76. تم التنبؤ بوجود الجرمانيوم وخصائصه في عام 1871 من قبل D. I. Mendeleev وأطلق على هذا العنصر غير المعروف بعد اسم eca-silicon بسبب تشابهه. خصائص مع السيليكون. في عام 1886، اكتشف الكيميائي الألماني ك. وينكلر عنصرًا جديدًا في معدن الأرجيروديت، والذي أطلق عليه اسم الجرمانيوم تكريمًا لبلاده؛ تبين أن الجرمانيوم مطابق تمامًا للسيليكون الإيكا. حتى النصف الثاني من القرن العشرين، ظل التطبيق العملي لألمانيا محدودًا للغاية. نشأ الإنتاج الصناعي في ألمانيا فيما يتعلق بتطور إلكترونيات أشباه الموصلات.

يبلغ إجمالي محتوى الجرمانيوم في القشرة الأرضية 7·10 -4% بالكتلة، أي أكثر من الأنتيمون والفضة والبزموت على سبيل المثال. ومع ذلك، فإن المعادن الموجودة في ألمانيا نادرة للغاية. جميعها تقريبًا عبارة عن أملاح كبريتية: الجرمانيت Cu 2 (Cu، Fe، Ge، Zn) 2 (S، As) 4، argyrodite Ag 8 GeS 6، confieldite Ag 8 (Sn، Ge) S 6 وغيرها. ينتشر الجزء الأكبر من ألمانيا في القشرة الأرضية في عدد كبير من الصخور والمعادن: في خامات كبريتيد المعادن غير الحديدية، في خامات الحديد، في بعض معادن الأكسيد (الكروميت، المغنتيت، الروتيل وغيرها)، في الجرانيت، والدياباز والبازلت. بالإضافة إلى ذلك، يوجد الجرمانيوم في جميع السيليكات تقريبًا، وفي بعض رواسب الفحم والنفط.

الخصائص الفيزيائية ألمانيا.يتبلور الجرمانيوم في هيكل مكعب من النوع الماسي، معلمة خلية الوحدة a = 5.6575 Å. تبلغ كثافة الجرمانيوم الصلب 5.327 جم/سم 3 (25 درجة مئوية)؛ السائل 5.557 (1000 درجة مئوية)؛ ر ر 937.5 درجة مئوية. نقطة الغليان حوالي 2700 درجة مئوية؛ معامل التوصيل الحراري ~ 60 وات/(م ك)، أو 0.14 كالوري/(سم درجة ثانية) عند 25 درجة مئوية. حتى الجرمانيوم النقي جدًا يكون هشًا في درجات الحرارة العادية، ولكن فوق 550 درجة مئوية يكون عرضة للتشوه البلاستيكي. صلابة ألمانيا على المقياس المعدني 6-6.5؛ معامل الانضغاط (في نطاق الضغط 0-120 H/m2، أو 0-12000 كجم ثقلي/مم2) 1.4·10 -7 م 2 /دقيقة (1.4·10 -6 سم 2 /كجم ثقلي)؛ التوتر السطحي 0.6 ن/م (600 داين/سم). الجرمانيوم هو أحد أشباه الموصلات النموذجية مع فجوة نطاق تبلغ 1.104·10 -19 جول أو 0.69 فولت (25 درجة مئوية)؛ المقاومة الكهربائية ألمانيا عالية النقاء 0.60 أوم م (60 أوم سم) عند 25 درجة مئوية؛ حركة الإلكترون 3900 وحركة الثقب 1900 سم 2 / فولت ثانية (25 درجة مئوية) (مع محتوى شوائب أقل من 10 -8٪). شفافة للأشعة تحت الحمراء ذات طول موجي أكبر من 2 ميكرون.

الخواص الكيميائية ألمانيا.في المركبات الكيميائية، يظهر الجرمانيوم عادة تكافؤ 2 و 4، مع كون مركبات الجرمانيوم رباعي التكافؤ أكثر استقرارًا. في درجة حرارة الغرفة، يكون الجرمانيوم مقاومًا للهواء والماء والمحاليل القلوية وأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة، ولكنه يذوب بسهولة في الماء الملكي ومحلول بيروكسيد الهيدروجين القلوي. يتأكسد ببطء بواسطة حمض النيتريك. عند تسخينه في الهواء إلى 500-700 درجة مئوية، يتأكسد الجرمانيوم إلى أكاسيد GeO وGeO 2. أكسيد ألمانيا (IV) - مسحوق أبيض بنقطة انصهار 1116 درجة مئوية؛ الذوبان في الماء 4.3 جم/لتر (20 درجة مئوية). وفقا لخصائصه الكيميائية، فهو مذبذب، قابل للذوبان في القلويات وبصعوبة في الأحماض المعدنية. يتم الحصول عليه عن طريق تكليس راسب الهيدرات (GeO 3 ·nH 2 O) المنطلق أثناء التحلل المائي لرابع كلوريد GeCl 4. من خلال دمج GeO 2 مع أكاسيد أخرى، يمكن الحصول على مشتقات حمض الجرمانيك - جرثومة المعادن (Li 2 GeO 3، Na 2 GeO 3 وغيرها) - مواد صلبة ذات نقاط انصهار عالية.

عندما يتفاعل الجرمانيوم مع الهالوجينات، يتم تشكيل رباعي الهاليدات المقابلة. يتم التفاعل بسهولة أكبر مع الفلور والكلور (في درجة حرارة الغرفة بالفعل)، ثم مع البروم (تسخين منخفض) ومع اليود (عند 700-800 درجة مئوية في وجود ثاني أكسيد الكربون). من أهم مركبات رباعي كلوريد ألمانيا GeCl 4 هو سائل عديم اللون؛ ر ر -49.5 درجة مئوية؛ نقطة الغليان 83.1 درجة مئوية؛ الكثافة 1.84 جم/سم 3 (20 درجة مئوية). يتحلل بقوة مع الماء، ويطلق راسبًا من الأكسيد المائي (IV). يتم الحصول عليه عن طريق كلورة الجرمانيوم المعدني أو تفاعل GeO 2 مع حمض الهيدروكلوريك المركز. ومن المعروف أيضًا أن ثنائي هاليدات الجرمانيوم ذات الصيغة العامة GeX 2، وأحادي كلوريد GeCl، وسداسي كلورو ديجيرمان Ge 2 Cl 6، وأوكسي كلوريدات الجرمانيوم (على سبيل المثال، CeOCl 2).

يتفاعل الكبريت بقوة مع الجرمانيوم عند 900-1000 درجة مئوية ليشكل ثاني كبريتيد GeS 2 - مادة صلبة بيضاء، نقطة انصهارها 825 درجة مئوية. كما تم وصف أحادي كبريتيد GeS والمركبات المماثلة الألمانية مع السيلينيوم والتيلوريوم، وهي أشباه الموصلات. يتفاعل الهيدروجين قليلاً مع الجرمانيوم عند درجة حرارة 1000-1100 درجة مئوية لتكوين الجراثيم (GeH) X، وهو مركب غير مستقر وشديد التقلب. من خلال تفاعل الجرمانيدات مع حمض الهيدروكلوريك المخفف، يمكن الحصول على هيدروجينات الجرمانيد من سلسلة Ge n H 2n+2 حتى Ge 9 H 20. ومن المعروف أيضًا أن مادة الجرميلين ذات التركيبة GeH 2. لا يتفاعل الجرمانيوم مباشرة مع النيتروجين، ومع ذلك، هناك نيتريد Ge 3 N 4، يتم الحصول عليه عن طريق عمل الأمونيا على الجرمانيوم عند 700-800 درجة مئوية. الجرمانيوم لا يتفاعل مع الكربون. يشكل الجرمانيوم مركبات تحتوي على العديد من المعادن - الجرمانيدات.

من المعروف أن العديد من مركبات الجرمانيوم المعقدة، والتي أصبحت ذات أهمية متزايدة سواء في الكيمياء التحليلية للجرمانيوم أو في عمليات تحضيره. يشكل الجرمانيوم مركبات معقدة تحتوي على جزيئات عضوية تحتوي على الهيدروكسيل (كحولات متعددة الهيدرات، وأحماض متعددة القاعدة وغيرها). تم الحصول على أحماض غير متجانسة في ألمانيا. مثل باقي عناصر المجموعة الرابعة، يتميز الجرمانيوم بتكوين مركبات معدنية عضوية، ومن أمثلة ذلك رباعي إيثيل الجرمان (C2H5)4Ge3.

استلام ألمانيا.في الممارسة الصناعية، يتم الحصول على الجرمانيوم بشكل رئيسي من المنتجات الثانوية لمعالجة خامات المعادن غير الحديدية (خليط الزنك، ومركزات الزنك والنحاس والرصاص المتعددة المعادن) التي تحتوي على 0.001-0.1٪ من الجرمانيوم. كما يتم استخدام الرماد الناتج عن احتراق الفحم والغبار الناتج عن مولدات الغاز والنفايات الناتجة عن مصانع فحم الكوك كمواد خام. في البداية، يتم الحصول على تركيز الجرمانيوم (2-10٪ ألمانيا) من المصادر المدرجة بطرق مختلفة، اعتمادًا على تركيبة المواد الخام. يتضمن استخلاص ألمانيا من المركز عادة المراحل التالية: 1) كلورة المركز بحمض الهيدروكلوريك، أو خليط منه مع الكلور في وسط مائي أو عوامل كلورة أخرى للحصول على GeCl 4 التقني. لتنقية GeCl 4، يتم استخدام تصحيح واستخلاص الشوائب باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز. 2) التحلل المائي لـ GeCl 4 وتكليس منتجات التحلل المائي للحصول على GeO 2. 3) اختزال GeO 2 بالهيدروجين أو الأمونيا إلى معدن. لعزل الجرمانيوم النقي جدًا المستخدم في أجهزة أشباه الموصلات، يتم إجراء ذوبان المعدن في المنطقة. عادة ما يتم الحصول على الجرمانيوم أحادي البلورة، المطلوب لصناعة أشباه الموصلات، عن طريق ذوبان المنطقة أو طريقة تشوتشرالسكي.

تطبيق ألمانيا.يعد الجرمانيوم أحد أكثر المواد قيمة في تكنولوجيا أشباه الموصلات الحديثة. يتم استخدامه لصنع الثنائيات والصمامات الثلاثية وكاشفات الكريستال ومقومات الطاقة. يستخدم الجرمانيوم أحادي البلورية أيضًا في أدوات قياس الجرعات والأدوات التي تقيس قوة المجالات المغناطيسية الثابتة والمتناوبة. مجال التطبيق المهم في ألمانيا هو تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء، ولا سيما إنتاج أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء العاملة في منطقة 8-14 ميكرون. تعد العديد من السبائك التي تحتوي على الجرمانيوم والنظارات المعتمدة على GeO 2 ومركبات الجرمانيوم الأخرى واعدة للاستخدام العملي.

الجرمانيوم (من الجرمانيوم اللاتيني)، المسمى "Ge"، هو عنصر من المجموعة الرابعة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية لديمتري إيفانوفيتش مندليف؛ العدد الذري للعنصر هو 32، والكتلة الذرية هي 72.59. الجرمانيوم مادة صلبة ذات بريق معدني ولون رمادي-أبيض. على الرغم من أن لون الجرمانيوم هو مفهوم نسبي إلى حد ما، إلا أن كل هذا يتوقف على المعالجة السطحية للمادة. في بعض الأحيان يمكن أن يكون رماديًا كالفولاذ، وأحيانًا فضيًا، وأحيانًا أسود تمامًا. خارجيا، الجرمانيوم قريب جدا من السيليكون. هذه العناصر ليست متشابهة مع بعضها البعض فحسب، بل لها أيضًا نفس خصائص أشباه الموصلات إلى حد كبير. الفرق الكبير بينهما هو حقيقة أن الجرمانيوم أثقل بمرتين من السيليكون.

الجرمانيوم، الموجود في الطبيعة، عبارة عن خليط من خمسة نظائر مستقرة بأعداد كتلية 76، 74، 73، 32، 70. في عام 1871، تنبأ الكيميائي الشهير، "أبو" الجدول الدوري، ديمتري إيفانوفيتش مندليف، بخصائص وخصائص وجود الجرمانيوم. أطلق على العنصر غير المعروف في ذلك الوقت اسم "exasilicon" لأنه. وكانت خصائص المادة الجديدة مشابهة من نواح كثيرة للسيليكون. في عام 1886، بعد دراسة معدن الأرجيرديت، اكتشف الكيميائي الألماني ك. وينكلر البالغ من العمر ثمانية وأربعين عامًا عنصرًا كيميائيًا جديدًا تمامًا في الخليط الطبيعي.

في البداية، أراد الكيميائي أن يطلق على العنصر اسم نبتونيوم، لأنه تم التنبؤ أيضًا بكوكب نبتون قبل وقت طويل من اكتشافه، لكنه علم بعد ذلك أن هذا الاسم قد استخدم بالفعل في الاكتشاف الخاطئ لأحد العناصر، فقرر وينكلر ذلك. للتخلي عن هذا الاسم. طُلب من العالم تسمية العنصر angularium، والذي يعني في ترجمته "مثير للجدل، الزاوي"، لكن وينكلر لم يوافق أيضًا على هذا الاسم، على الرغم من أن العنصر رقم 32 تسبب بالفعل في الكثير من الجدل. كان العالم ألماني الجنسية، لذلك قرر في النهاية تسمية عنصر الجرمانيوم، تكريماً لبلده الأصلي ألمانيا.

وكما تبين لاحقًا، تبين أن الجرمانيوم ليس أكثر من "إكساسيليكون" المكتشف مسبقًا. حتى النصف الثاني من القرن العشرين، كانت الفائدة العملية للجرمانيوم ضيقة ومحدودة إلى حد ما. بدأ الإنتاج الصناعي للمعادن فقط نتيجة لبدء الإنتاج الصناعي للإلكترونيات شبه الموصلة.

الجرمانيوم هو مادة شبه موصلة تستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات والتكنولوجيا، وكذلك في إنتاج الدوائر الدقيقة والترانزستورات. تستخدم أنظمة الرادار أغشية رقيقة من الجرمانيوم، والتي تترسب على الزجاج وتستخدم كمقاومات. وتستخدم السبائك التي تحتوي على الجرمانيوم والمعادن في أجهزة الكشف وأجهزة الاستشعار.

لا يتمتع العنصر بقوة مثل التنغستن أو التيتانيوم، ولا يعمل كمصدر لا ينضب للطاقة مثل البلوتونيوم أو اليورانيوم، كما أن التوصيل الكهربائي للمادة بعيد عن أعلى مستوياته، وفي التكنولوجيا الصناعية يكون المعدن الرئيسي هو الحديد. وعلى الرغم من ذلك، يعد الجرمانيوم أحد أهم مكونات التقدم التقني لمجتمعنا، لأنه حتى قبل أن يبدأ استخدام السيليكون كمادة شبه موصلة.

وفي هذا الصدد قد يكون من المناسب أن نسأل: ما هي أشباه الموصلات وأشباه الموصلات؟ حتى الخبراء لا يستطيعون الإجابة على هذا السؤال بدقة، لأن... يمكننا أن نتحدث عن خاصية أشباه الموصلات المدروسة على وجه التحديد. هناك أيضًا تعريف دقيق، ولكن فقط من عالم الفولكلور: شبه الموصل هو موصل لسيارتين.

تبلغ تكلفة قطعة الجرمانيوم تقريبًا نفس تكلفة قطعة من الذهب. المعدن هش للغاية، مثل الزجاج تقريبًا، لذلك إذا قمت بإسقاط مثل هذه السبيكة، فهناك احتمال كبير أن ينكسر المعدن ببساطة.

خصائص معدن الجرمانيوم

الخصائص البيولوجية

كان الجرمانيوم يستخدم على نطاق واسع للأغراض الطبية في اليابان. أظهرت نتائج اختبار مركبات الجرمانيوم العضوي على الحيوانات والبشر أنه يمكن أن يكون لها تأثير مفيد على الجسم. في عام 1967، اكتشف الدكتور الياباني ك. أساي أن الجرمانيوم العضوي له تأثيرات بيولوجية واسعة النطاق.

ومن بين جميع خصائصه البيولوجية تجدر الإشارة إلى:

• - ضمان نقل الأكسجين إلى أنسجة الجسم؛
• - زيادة الحالة المناعية للجسم.
• - مظهر من مظاهر النشاط المضاد للورم.

بعد ذلك، ابتكر العلماء اليابانيون أول منتج طبي في العالم يحتوي على الجرمانيوم - "الجرمانيوم - 132".

في روسيا، ظهر أول دواء محلي يحتوي على الجرمانيوم العضوي فقط في عام 2000.

لم يكن لعمليات التطور الكيميائي الحيوي لسطح القشرة الأرضية أفضل تأثير على محتوى الجرمانيوم فيها. لقد تم غسل معظم العنصر من الأرض إلى المحيطات، لذلك يظل محتواه في التربة منخفضًا جدًا.

من بين النباتات التي لديها القدرة على امتصاص الجرمانيوم من التربة، فإن الجينسنغ هو الرائد (الجرمانيوم يصل إلى 0.2٪). يوجد الجرمانيوم أيضًا في الثوم والكافور والصبار، والتي تستخدم تقليديًا في علاج الأمراض البشرية المختلفة. في الغطاء النباتي، تم العثور على الجرمانيوم في شكل كاربوكسي إيثيل شبه أكسيد. أصبح من الممكن الآن تصنيع السيسكويوكسانات باستخدام جزء بيريميدين - مركبات عضوية من الجرمانيوم. هذا المركب قريب في تركيبه من المركب الطبيعي، مثل جذر الجينسنغ.

يمكن تصنيف الجرمانيوم كعنصر نادر. وهو موجود في عدد كبير من المنتجات المختلفة، ولكن بجرعات دقيقة. يتم تحديد المدخول اليومي من الجرمانيوم العضوي عند 8-10 ملغ. أظهر تقييم 125 منتجًا غذائيًا أن حوالي 1.5 ملغ من الجرمانيوم يدخل الجسم يوميًا مع الطعام. يبلغ محتوى العناصر الدقيقة في 1 جرام من الطعام الخام حوالي 0.1 – 1.0 ميكروجرام. تم العثور على الجرمانيوم في الحليب وعصير الطماطم والسلمون والفاصوليا. ولكن من أجل تلبية الاحتياجات اليومية من الجرمانيوم، يجب شرب 10 لترات من عصير الطماطم يوميا أو تناول حوالي 5 كيلوغرامات من سمك السلمون. ومن وجهة نظر تكلفة هذه المنتجات، والخصائص الفسيولوجية للإنسان، والحس السليم، فمن المستحيل أيضًا استهلاك مثل هذه الكميات من المنتجات التي تحتوي على الجرمانيوم. في روسيا، يعاني حوالي 80-90٪ من السكان من نقص الجرمانيوم، ولهذا السبب تم تطوير مستحضرات خاصة.

أظهرت الدراسات العملية أن الجرمانيوم في الجسم يتواجد بكثرة في الأمعاء والمعدة والطحال ونخاع العظام والدم. يشير المحتوى العالي من العناصر الدقيقة في الأمعاء والمعدة إلى التأثير المطول لامتصاص الدواء في الدم. هناك افتراض بأن الجرمانيوم العضوي يتصرف في الدم بنفس الطريقة تقريبا مثل الهيموجلوبين، أي. له شحنة سالبة ويشارك في نقل الأكسجين إلى الأنسجة. وبالتالي، فإنه يمنع تطور نقص الأكسجة على مستوى الأنسجة.

نتيجة للتجارب المتكررة، تم إثبات قدرة الجرمانيوم على تنشيط الخلايا التائية القاتلة وتعزيز تحريض إنترفيرون جاما، الذي يمنع عملية تكاثر الخلايا سريعة الانقسام. الاتجاه الرئيسي لعمل الإنترفيرون هو الحماية المضادة للأورام والفيروسات والوظائف الوقائية الإشعاعية والمناعية للجهاز اللمفاوي.

يمتلك الجرمانيوم الموجود على شكل سيسكيوكسيد القدرة على التأثير على أيونات الهيدروجين H+، مما يخفف تأثيرها المدمر على خلايا الجسم. ضمان التشغيل الممتاز لجميع أنظمة جسم الإنسان هو الإمداد المستمر بالأكسجين إلى الدم وجميع الأنسجة. لا يقوم الجرمانيوم العضوي بتوصيل الأكسجين إلى جميع نقاط الجسم فحسب، بل يعزز أيضًا تفاعله مع أيونات الهيدروجين.

• - الجرمانيوم معدن، لكن هشاشته يمكن مقارنتها بالزجاج.
• - تزعم بعض الكتب المرجعية أن الجرمانيوم له لون فضي. ولكن هذا لا يمكن أن يقال، لأن لون الجرمانيوم يعتمد بشكل مباشر على طريقة معالجة السطح المعدني. في بعض الأحيان يمكن أن يبدو أسودًا تقريبًا، وفي أحيان أخرى يكون لونه فولاذيًا، وأحيانًا قد يكون فضيًا.
• - تم اكتشاف الجرمانيوم على سطح الشمس، وكذلك في النيازك التي سقطت من الفضاء.
• - تم الحصول على أول مركب عضوي من الجرمانيوم على يد مكتشف العنصر كليمنس وينكلر من رابع كلوريد الجرمانيوم عام 1887، وكان رباعي إيثيل الجرمانيوم. من بين جميع مركبات العناصر العضوية للجرمانيوم التي تم الحصول عليها في المرحلة الحالية، لا يوجد أي منها سام. وفي الوقت نفسه، فإن معظم العناصر الدقيقة من القصدير العضوي والرصاص، والتي تعتبر نظائرها للجرمانيوم في خصائصها الفيزيائية، سامة.
• - تنبأ ديمتري إيفانوفيتش مندلييف بثلاثة عناصر كيميائية حتى قبل اكتشافها، من بينها الجرمانيوم، وأطلق على العنصر اسم إيكاسيليكون بسبب تشابهه مع السيليكون. كان تنبؤ العالم الروسي الشهير دقيقًا جدًا لدرجة أنه أذهل العلماء بما في ذلك. ووينكلر الذي اكتشف الجرمانيوم. كان الوزن الذري حسب مندليف 72، وفي الواقع كان 72.6؛ كانت الجاذبية النوعية وفقًا لمندليف 5.5 في الواقع - 5.469؛ كان الحجم الذري حسب مندليف 13 في الواقع - 13.57؛ أعلى أكسيد وفقًا لمندليف هو EsO2، في الواقع - GeO2، وكانت جاذبيته النوعية وفقًا لمندليف 4.7، في الواقع - 4.703؛ مركب الكلوريد حسب مندليف EsCl4 - سائل، درجة غليانه حوالي 90 درجة مئوية، في الواقع - مركب الكلوريد GeCl4 - سائل، درجة غليانه 83 درجة مئوية، مركب مع الهيدروجين حسب مندليف EsH4 غازي، مركب مع الهيدروجين في الواقع - GeH4 غازي؛ مركب عضوي معدني حسب مندليف Es(C2H5)4، درجة غليانه 160 درجة مئوية، مركب عضوي معدني حقيقي Ge(C2H5)4 نقطة غليانه 163.5 درجة مئوية. كما يتبين من المعلومات التي تمت مناقشتها أعلاه، كان تنبؤ مندليف دقيقًا بشكل مدهش.
• - في 26 فبراير 1886، بدأ كليمنس وينكلر رسالته إلى مندليف بعبارة "سيدي العزيز". وبطريقة مهذبة إلى حد ما، أخبر العالم الروسي عن اكتشاف عنصر جديد يسمى الجرمانيوم، والذي لم يكن في خصائصه سوى "ecasilicon" الذي تنبأ به مندليف سابقًا. لم تكن إجابة ديمتري إيفانوفيتش مندليف أقل أدبًا. ووافق العالم على اكتشاف زميله، حيث أطلق على الجرمانيوم "تاج نظامه الدوري"، ووينكلر "أبو" العنصر، الذي يستحق أن يرتدي هذا "التاج".
• - أصبح الجرمانيوم، باعتباره أشباه الموصلات الكلاسيكية، المفتاح لحل مشكلة إنشاء مواد فائقة التوصيل تعمل عند درجة حرارة الهيدروجين السائل، ولكن ليس الهيليوم السائل. وكما هو معروف فإن الهيدروجين يتحول إلى الحالة السائلة من الحالة الغازية عندما يصل إلى درجة حرارة -252.6 درجة مئوية، أو 20.5 درجة كلفن. في السبعينيات، تم تطوير فيلم من الجرمانيوم والنيوبيوم، وكان سمكه بضعة آلاف من الذرات فقط. هذا الفيلم قادر على الحفاظ على الموصلية الفائقة حتى عندما تصل درجات الحرارة إلى 23.2 درجة مئوية أو أقل.
• - عند زراعة بلورة جرمانيوم مفردة، يتم وضع بلورة جرمانيوم – “بذرة” – على سطح الجرمانيوم المنصهر، ويتم رفعها تدريجياً باستخدام جهاز أوتوماتيكي، وتكون درجة حرارة الذوبان أعلى قليلاً من درجة انصهار الجرمانيوم (937). درجة مئوية). وتدور "البذرة" بحيث "تنمو البلورة الواحدة، كما يقولون، باللحم" من جميع الجوانب بالتساوي. وتجدر الإشارة إلى أنه خلال هذا النمو يحدث نفس الشيء كما يحدث أثناء ذوبان المنطقة، أي. يمر الجرمانيوم فقط تقريبًا إلى المرحلة الصلبة، وتبقى جميع الشوائب في المنصهر.

قصة

تم التنبؤ بوجود عنصر مثل الجرمانيوم في عام 1871 من قبل ديمتري إيفانوفيتش مندلييف؛ نظرًا لتشابهه مع السيليكون، تم تسمية العنصر بـ eca-silicon. في عام 1886، اكتشف أستاذ في أكاديمية فرايبرغ للتعدين الأرجيروديت، وهو معدن فضي جديد. ثم تم فحص هذا المعدن بعناية شديدة من قبل أستاذ الكيمياء التقنية كليمنس وينكلر، وإجراء تحليل كامل للمعدن. كان وينكلر البالغ من العمر ثمانية وأربعين عامًا يعتبر بحق أفضل محلل في أكاديمية فرايبرغ للتعدين، ولهذا السبب أتيحت له الفرصة لدراسة الأرجيروديت.

وفي وقت قصير إلى حد ما، تمكن الأستاذ من تقديم تقرير عن النسبة المئوية للعناصر المختلفة في المعدن الأصلي: الفضة في تركيبها كانت 74.72٪؛ الكبريت - 17.13%؛ أكسيد الحديدوز – 0.66%؛ الزئبق – 0.31%; أكسيد الزنك - 0.22٪ ولكن ما يقرب من سبعة في المائة - كانت هذه حصة بعض العناصر غير المعروفة، والتي يبدو أنها لم يتم اكتشافها بعد في ذلك الوقت البعيد. فيما يتعلق بهذا، قرر وينكلر عزل مكون غير معروف من Argyrodpt، ودراسة خصائصه، وفي عملية البحث أدرك أنه وجد بالفعل عنصرًا جديدًا تمامًا - كان escaplicium، الذي تنبأ به D.I. مندليف.

ومع ذلك، سيكون من الخطأ الاعتقاد بأن عمل وينكلر سار بسلاسة. كتب دميتري إيفانوفيتش مندليف، بالإضافة إلى الفصل الثامن من كتابه “أساسيات الكيمياء”، ما يلي: “في البداية (فبراير 1886)، نقص المادة، وكذلك عدم وجود طيف في اللهب وقابلية ذوبان الجرمانيوم المركبات، أعاقت بحث وينكلر بشكل خطير..." يجدر الانتباه إلى عبارة "نقص الطيف". ولكن كيف ذلك؟ في عام 1886، كانت هناك طريقة مستخدمة على نطاق واسع للتحليل الطيفي. وباستخدام هذه الطريقة تم اكتشاف عناصر مثل الثاليوم والروبيديوم والإنديوم والسيزيوم على الأرض والهيليوم على الشمس. لقد عرف العلماء بالفعل على وجه اليقين أن كل عنصر كيميائي، دون استثناء، له طيف فردي، ولكن فجأة لم يعد هناك طيف!

ظهر تفسير لهذه الظاهرة بعد ذلك بقليل. الجرمانيوم له خطوط طيفية مميزة. الطول الموجي هو 2651.18؛ 3039.06 ï وعدد قليل من أكثر. ومع ذلك، فهي جميعًا تقع ضمن الجزء غير المرئي من الأشعة فوق البنفسجية من الطيف، ومن حسن الحظ أن وينكلر من أتباع طرق التحليل التقليدية، لأن هذه الأساليب هي التي قادته إلى النجاح.

إن طريقة وينكلر للحصول على الجرمانيوم من المعدن قريبة جدًا من إحدى الطرق الصناعية الحديثة لعزل العنصر 32. أولاً، تم تحويل الجرمانيوم الموجود في الأرغارودنيت إلى ثاني أكسيد. ثم تم تسخين المسحوق الأبيض الناتج إلى درجة حرارة 600-700 درجة مئوية في جو هيدروجيني. في هذه الحالة، تبين أن التفاعل واضح: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

وبهذه الطريقة تم الحصول لأول مرة على العنصر النقي نسبيًا رقم 32، الجرمانيوم. في البداية، كان وينكلر ينوي تسمية الفاناديوم نبتونيوم، تكريمًا للكوكب الذي يحمل نفس الاسم، لأن نبتون، مثل الجرمانيوم، تم التنبؤ به لأول مرة ثم تم اكتشافه فقط. ولكن تبين بعد ذلك أن هذا الاسم قد تم استخدامه مرة واحدة بالفعل، أحد العناصر الكيميائية التي تم اكتشافها بشكل خاطئ كان يسمى النبتونيوم. اختار وينكلر عدم التنازل عن اسمه واكتشافه، ورفض النبتونيوم. اقترح أحد العلماء الفرنسيين رايون، ولكن بعد ذلك اعترف بأن اقتراحه كان مزحة، واقترح تسمية العنصر angularium، أي. "مثير للجدل، وزاوي"، لكن وينكلر لم يعجبه هذا الاسم أيضًا. ونتيجة لذلك، اختار العالم بشكل مستقل اسمًا لعنصره، وأطلق عليه اسم الجرمانيوم، تكريمًا لبلده الأصلي ألمانيا، ومع مرور الوقت أصبح هذا الاسم راسخًا.

حتى الشوط الثاني. القرن العشرين ظل الاستخدام العملي للجرمانيوم محدودًا إلى حد ما. نشأ إنتاج المعادن الصناعية فقط فيما يتعلق بتطوير أشباه الموصلات وإلكترونيات أشباه الموصلات.

التواجد في الطبيعة

يمكن تصنيف الجرمانيوم كعنصر تتبع. في الطبيعة، لا يوجد العنصر في شكل حر على الإطلاق. إجمالي المحتوى المعدني في القشرة الأرضية لكوكبنا من حيث الكتلة هو 7 × 10 −4٪٪. وهذا أكثر من محتوى العناصر الكيميائية مثل الفضة أو الأنتيمون أو البزموت. لكن معادن الجرمانيوم نادرة جدًا ونادرًا ما توجد في الطبيعة. جميع هذه المعادن تقريبًا عبارة عن أملاح كبريتية، على سبيل المثال، الجرمانيت Cu 2 (Cu، Fe، Ge، Zn) 2 (S، As) 4، الكونفيلديت Ag 8 (Sn،Ce) S 6، الأرجيروديت Ag8GeS6 وغيرها.

الجزء الأكبر من الجرمانيوم المنتشر في القشرة الأرضية موجود في عدد كبير من الصخور، بالإضافة إلى العديد من المعادن: خامات كبريتيت المعادن غير الحديدية، وخامات الحديد، وبعض معادن الأكسيد (الكروميت، المغنتيت، الروتيل وغيرها)، الجرانيت، الدياباز والبازلت. في بعض السفاليريت، يمكن أن يصل محتوى العنصر إلى عدة كيلوغرامات لكل طن، على سبيل المثال، في فرانكيت وسلفانيت 1 كجم/طن، في إنارجيت يكون محتوى الجرمانيوم 5 كجم/طن، في بيراجيريت - ما يصل إلى 10 كجم/طن، و في السيليكات والكبريتيدات الأخرى - عشرات ومئات من جرام/طن. توجد نسبة صغيرة من الجرمانيوم في جميع السيليكات تقريبًا، وكذلك في بعض رواسب النفط والفحم.

المعدن الرئيسي للعنصر هو كبريتيت الجرمانيوم (الصيغة GeS2). تم العثور على المعدن كشوائب في كبريتات الزنك والمعادن الأخرى. وأهم معادن الجرمانيوم هي: الجرمانيت Cu 3 (Ge,Fe,Ga)(S,As) 4، البلمبوجيرمانيت (Pb,Ge,Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O، ستوتيت FeGe (OH) 6، الرينيريت Cu 3 (Fe,Ge,Zn)(S,As) 4 والأرجيرودت Ag 8 GeS 6 .

ألمانيا موجودة في أراضي جميع الولايات دون استثناء. لكن لا يوجد لدى أي من الدول الصناعية في العالم رواسب صناعية من هذا المعدن. الجرمانيوم منتشر للغاية. على الأرض، تعتبر معادن هذا المعدن نادرة جدًا إذا كانت تحتوي على أكثر من 1٪ من الجرمانيوم على الأقل. وتشمل هذه المعادن الجرمانيت، والأرجيرودت، والألتراباسيت، وما إلى ذلك، بما في ذلك المعادن المكتشفة في العقود الأخيرة: الشتوتيت، والرينيريت، والبلبوغرمانيت، والكونفيلديت. إن رواسب هذه المعادن كلها لا تستطيع تغطية احتياجات الصناعة الحديثة من هذا العنصر الكيميائي النادر والهام.

ويتوزع الجزء الأكبر من الجرمانيوم في معادن العناصر الكيميائية الأخرى، ويوجد أيضًا في المياه الطبيعية والفحم والكائنات الحية والتربة. على سبيل المثال، يصل محتوى الجرمانيوم في الفحم العادي أحيانًا إلى أكثر من 0.1%. لكن مثل هذا الرقم نادر جدًا، وعادةً ما تكون حصة الجرمانيوم أقل. لكن لا يوجد تقريبًا الجرمانيوم في الجمرة الخبيثة.

إيصال

عند معالجة كبريتيد الجرمانيوم يتم الحصول على أكسيد GeO 2، والذي يتم اختزاله بمساعدة الهيدروجين للحصول على الجرمانيوم الحر.

في الإنتاج الصناعي، يتم استخراج الجرمانيوم بشكل رئيسي كمنتج ثانوي من معالجة خامات المعادن غير الحديدية (خليط الزنك، ومركزات الزنك والنحاس والرصاص المتعددة المعادن التي تحتوي على 0.001-0.1٪ من الجرمانيوم)، والرماد الناتج عن احتراق الفحم، وبعض المواد الكيميائية لفحم الكوك. منتجات.

في البداية، يتم عزل تركيز الجرمانيوم (من 2% إلى 10% جرمانيوم) من المصادر التي تمت مناقشتها أعلاه بطرق مختلفة، ويعتمد اختيارها على تركيبة المادة الخام. أثناء معالجة فحم الملاكمة، يترسب الجرمانيوم جزئيًا (من 5٪ إلى 10٪) في ماء القطران والراتنج، ومن هناك يتم استخلاصه مع التانين، وبعد ذلك يتم تجفيفه وحرقه عند درجة حرارة 400-500 درجة مئوية. . والنتيجة هي مركز يحتوي على حوالي 30-40% من الجرمانيوم، والذي يتم عزل الجرمانيوم منه على شكل GeCl 4. تتضمن عملية استخراج الجرمانيوم من هذا المركز، كقاعدة عامة، نفس المراحل:

1) تتم معالجة المركز بالكلور باستخدام حمض الهيدروكلوريك، أو خليط من الحمض والكلور في وسط مائي، أو عوامل كلورة أخرى، مما قد يؤدي إلى GeCl 4 التقني. لتنقية GeCl 4، يتم استخدام تصحيح واستخلاص الشوائب باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز.

2) يتم إجراء التحلل المائي لـ GeCl 4، ويتم تكليس منتجات التحلل المائي للحصول على أكسيد GeO 2.

3) يتم اختزال GeO بواسطة الهيدروجين أو الأمونيا إلى معدن نقي.

عند الحصول على أنقى الجرمانيوم، والذي يستخدم في المعدات التقنية لأشباه الموصلات، يتم تنفيذ منطقة ذوبان المعدن. عادة ما يتم الحصول على الجرمانيوم أحادي البلورة اللازم لإنتاج أشباه الموصلات عن طريق ذوبان المنطقة أو طريقة Czochralski.

تم تطوير طرق عزل الجرمانيوم من مياه القطران في نباتات فحم الكوك بواسطة العالم السوفيتي V.A. نازارينكو. لا تحتوي هذه المادة الخام على أكثر من 0.0003% من الجرمانيوم، ومع ذلك، باستخدام مستخلص البلوط، من السهل ترسيب الجرمانيوم في شكل مركب التانيد.

المكون الرئيسي للتانين هو استر الجلوكوز، الذي يحتوي على جذر حمض ميتا ديجاليك، الذي يربط الجرمانيوم، حتى لو كان تركيز العنصر في المحلول منخفضًا جدًا. من الرواسب يمكنك بسهولة الحصول على مركز يحتوي على ما يصل إلى 45٪ من ثاني أكسيد الجرمانيوم.

سوف تعتمد التحولات اللاحقة قليلاً على نوع المادة الخام. يتم اختزال الجرمانيوم بالهيدروجين (كما حدث مع وينكلر في القرن التاسع عشر)، ومع ذلك، يجب أولاً عزل أكسيد الجرمانيوم من العديد من الشوائب. تبين أن المزيج الناجح من صفات مركب واحد من الجرمانيوم مفيد جدًا في حل هذه المشكلة.

رابع كلوريد الجرمانيوم GeCl4. هو سائل متطاير يغلي عند درجة حرارة 83.1 درجة مئوية فقط. لذلك، يتم تنقيته بسهولة تامة عن طريق التقطير والتصحيح (في أعمدة الكوارتز مع التعبئة).

GeCl4 غير قابل للذوبان تقريبًا في حمض الهيدروكلوريك. وهذا يعني أنه لتنظيفه، يمكنك استخدام حل الشوائب مع حمض الهيدروكلوريك.

تتم معالجة رابع كلوريد الجرمانيوم المنقى بالماء ويتم تنقيته باستخدام راتنجات التبادل الأيوني. علامة النقاء المطلوب هي زيادة مقاومة الماء إلى 15-20 مليون أوم سم.

يحدث التحلل المائي لـ GeCl4 تحت تأثير الماء:

GeCl4 + 2H2O → GeO2 + 4HCl.

قد تلاحظ أن أمامنا معادلة تفاعل إنتاج رابع كلوريد الجرمانيوم "مكتوبة بشكل عكسي".

ثم يأتي اختزال GeO2 باستخدام الهيدروجين المنقى:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

والنتيجة هي مسحوق الجرمانيوم، الذي يتم صهره ثم تنقيته عن طريق ذوبان المنطقة. تم تطوير طريقة التنقية هذه في عام 1952 خصيصًا لتنقية الجرمانيوم.

يتم إدخال الشوائب اللازمة لنقل نوع واحد من الموصلية إلى الجرمانيوم في المراحل النهائية من الإنتاج، أي أثناء ذوبان المنطقة، وكذلك أثناء نمو بلورة واحدة.

طلب

الجرمانيوم هو مادة شبه موصلة تستخدم في الإلكترونيات والتكنولوجيا في إنتاج الدوائر الدقيقة والترانزستورات. يتم ترسيب أنحف طبقات الجرمانيوم على الزجاج واستخدامها كمقاومة في منشآت الرادار. تستخدم سبائك الجرمانيوم مع معادن مختلفة في إنتاج أجهزة الكشف وأجهزة الاستشعار. يستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم على نطاق واسع في إنتاج النظارات التي تنقل الأشعة تحت الحمراء.

لقد خدم تيلوريد الجرمانيوم لفترة طويلة كمادة كهروحرارية مستقرة، وأيضًا كأحد مكونات السبائك الكهروحرارية (قوة دافعة حرارية تبلغ 50 ميكروفولت/ك). يلعب الجرمانيوم عالي النقاء دورًا استراتيجيًا استثنائيًا في صناعة المنشورات والعدسات. البصريات بالأشعة تحت الحمراء. أكبر مستهلك للجرمانيوم هو بصريات الأشعة تحت الحمراء التي تستخدم في تكنولوجيا الكمبيوتر وأنظمة الرؤية والتوجيه الصاروخي وأجهزة الرؤية الليلية ورسم خرائط ودراسة سطح الأرض من خلال الأقمار الصناعية. يستخدم الجرمانيوم أيضًا على نطاق واسع في أنظمة الألياف الضوئية (إضافة رباعي فلوريد الجرمانيوم إلى الألياف الزجاجية)، وكذلك في الثنائيات شبه الموصلة.

أصبح الجرمانيوم، باعتباره أشباه الموصلات الكلاسيكية، المفتاح لحل مشكلة إنشاء مواد فائقة التوصيل تعمل عند درجة حرارة الهيدروجين السائل، ولكن ليس الهيليوم السائل. وكما تعلم فإن الهيدروجين يتحول إلى الحالة السائلة من الحالة الغازية عندما يصل إلى درجة حرارة -252.6 درجة مئوية، أو 20.5 درجة كلفن. في السبعينيات، تم تطوير فيلم من الجرمانيوم والنيوبيوم، وكان سمكه بضعة آلاف من الذرات فقط. هذا الفيلم قادر على الحفاظ على الموصلية الفائقة حتى عندما تصل درجات الحرارة إلى 23.2 درجة مئوية أو أقل.

من خلال دمج الإنديوم في لوحة HES، وبالتالي إنشاء منطقة ذات ما يسمى بموصلية الثقب، يتم الحصول على جهاز تصحيح، أي. الصمام الثنائي. يمتلك الدايود خاصية تمرير تيار كهربائي في اتجاه واحد: المنطقة الإلكترونية من المنطقة ذات موصلية الثقب. بعد دمج الإنديوم على جانبي اللوحة الكهرومائية، تتحول هذه اللوحة إلى قاعدة الترانزستور. لأول مرة في العالم، تم إنشاء ترانزستور مصنوع من الجرمانيوم في عام 1948، وبعد عشرين عامًا فقط، تم إنتاج أجهزة مماثلة بمئات الملايين.

أصبحت الثنائيات والصمامات الثلاثية القائمة على الجرمانيوم تستخدم على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون والراديو، وفي مجموعة واسعة من معدات القياس وأجهزة الكمبيوتر.

يستخدم الجرمانيوم أيضًا في مجالات أخرى ذات أهمية خاصة للتكنولوجيا الحديثة: عند قياس درجات الحرارة المنخفضة، عند الكشف عن الأشعة تحت الحمراء، وما إلى ذلك.

لاستخدام المكنسة في جميع هذه التطبيقات، يلزم وجود الجرمانيوم ذو درجة نقاء كيميائي وفيزيائي عالية جدًا. النقاء الكيميائي هو درجة النقاء التي لا ينبغي أن تزيد فيها كمية الشوائب الضارة عن جزء من عشرة ملايين من المائة (10-7٪). النقاء الجسدي يعني الحد الأدنى من الاضطرابات، والحد الأدنى من الاضطرابات في البنية البلورية للمادة. ولتحقيق ذلك، يتم زراعة الجرمانيوم أحادي البلورة خصيصًا. في هذه الحالة، السبيكة المعدنية بأكملها هي مجرد بلورة واحدة.

وللقيام بذلك، يتم وضع بلورة الجرمانيوم، "البذرة"، على سطح الجرمانيوم المنصهر، والتي يتم رفعها تدريجياً باستخدام جهاز أوتوماتيكي، بينما تكون درجة حرارة الذوبان أعلى قليلاً من نقطة انصهار الجرمانيوم (937 درجة مئوية). وتدور "البذرة" بحيث "تنمو البلورة الواحدة، كما يقولون، باللحم" من جميع الجوانب بالتساوي. وتجدر الإشارة إلى أنه خلال هذا النمو يحدث نفس الشيء كما يحدث أثناء ذوبان المنطقة، أي. يمر الجرمانيوم فقط تقريبًا إلى المرحلة الصلبة، وتبقى جميع الشوائب في المنصهر.

الخصائص الفيزيائية

ربما، أتيحت الفرصة لعدد قليل من قراء هذه المقالة لرؤية الفاناديوم بصريا. العنصر نفسه نادر ومكلف للغاية، ولا تُصنع منه السلع الاستهلاكية، كما أن حشوة الجرمانيوم، التي يمكن العثور عليها في الأجهزة الكهربائية، صغيرة جدًا لدرجة أنه من المستحيل رؤية المعدن.

تشير بعض الكتب المرجعية إلى أن الجرمانيوم له لون فضي. ولكن هذا لا يمكن أن يقال، لأن لون الجرمانيوم يعتمد بشكل مباشر على طريقة معالجة السطح المعدني. في بعض الأحيان يمكن أن يبدو أسودًا تقريبًا، وفي أحيان أخرى يكون لونه فولاذيًا، وأحيانًا قد يكون فضيًا.

الجرمانيوم معدن نادر لدرجة أن تكلفة سبائكه يمكن مقارنتها بتكلفة الذهب. يتميز الجرمانيوم بالهشاشة المتزايدة التي لا يمكن مقارنتها إلا بالزجاج. خارجيا، الجرمانيوم قريب جدا من السيليكون. وهذان العنصران كلاهما يتنافسان على لقب أهم أشباه الموصلات ونظائرها. على الرغم من أن بعض الخصائص التقنية للعناصر متشابهة إلى حد كبير، بما في ذلك المظهر الخارجي للمواد، فمن السهل جدًا التمييز بين الجرمانيوم والسيليكون، حيث أن الجرمانيوم أثقل منه بأكثر من الضعف. تبلغ كثافة السيليكون 2.33 جم/سم3، وكثافة الجرمانيوم 5.33 جم/سم3.

لكن لا يمكننا التحدث بشكل لا لبس فيه عن كثافة الجرمانيوم، لأنه ويشير الرقم 5.33 جم/سم3 إلى الجرمانيوم-1. وهو أحد أهم التعديلات وأكثرها شيوعًا للتعديلات المتآصلة الخمسة للعنصر 32. أربعة منها بلورية وواحدة غير متبلورة. الجرمانيوم -1 هو أخف تعديل من بين التعديلات البلورية الأربعة. يتم بناء بلوراته بنفس طريقة بناء بلورات الألماس، حيث يبلغ طولها = 0.533 نانومتر. ومع ذلك، إذا كان هذا الهيكل كثيفًا قدر الإمكان بالنسبة للكربون، فبالنسبة للجرمانيوم هناك أيضًا تعديلات أكثر كثافة. يؤدي التسخين المعتدل والضغط العالي (حوالي 30 ألف ضغط جوي عند 100 درجة مئوية) إلى تحويل الجرمانيوم 1 إلى الجرمانيوم 2، الذي يكون هيكل الشبكة البلورية له مماثلًا تمامًا لهيكل القصدير الأبيض. يتم استخدام طريقة مماثلة للحصول على الجرمانيوم 3 والجرمانيوم 4، وهما أكثر كثافة. كل هذه التعديلات "غير العادية تمامًا" تتفوق على الجرمانيوم -1 ليس فقط من حيث الكثافة، ولكن أيضًا من حيث التوصيل الكهربائي.

تبلغ كثافة الجرمانيوم السائل 5.557 جم/سم3 (عند 1000 درجة مئوية)، ونقطة انصهار المعدن هي 937.5 درجة مئوية؛ نقطة الغليان حوالي 2700 درجة مئوية. تبلغ قيمة معامل التوصيل الحراري حوالي 60 واط/(م (ك)، أو 0.14 كالوري/(سم (ثانية (درجة)) عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. في درجات الحرارة العادية، حتى الجرمانيوم النقي يكون هشًا، ولكن عندما تصل إلى 550 درجة مئوية، وتبدأ في تشوه اللدونة، وعلى المقياس المعدني، تتراوح صلابة الجرمانيوم من 6 إلى 6.5، وقيمة معامل الانضغاط (في نطاق الضغط من 0 إلى 120 Hn/m2، أو من 0 إلى 12000 كجم قوة/مم2) يساوي 1.410-7 م2/دقيقة (أو 1.4·10-6 سم2/كجم قوة)؛ التوتر السطحي هو 0.6 ن/م (أو 600 داين/سم).

الجرمانيوم هو أحد أشباه الموصلات النموذجية بحجم فجوة نطاق يبلغ 1.104·10 -19، أو 0.69 فولت (عند درجة حرارة 25 درجة مئوية)؛ يتمتع الجرمانيوم عالي النقاء بمقاومة كهربائية محددة تبلغ 0.60 أوم (م (60 أوم (سم) (25 درجة مئوية)؛ وحركة الإلكترون 3900، وحركة الثقب 1900 سم 2 / فولت ثانية (عند 25 درجة مئوية وفي محتوى 8% شوائب) بالنسبة للأشعة تحت الحمراء التي يزيد طول موجتها عن 2 ميكرون فإن المعدن يكون شفافا.

الجرمانيوم هش للغاية، فلا يمكن تشكيله بالضغط الساخن أو البارد إلى درجات حرارة أقل من 550 درجة مئوية، ولكن إذا ارتفعت درجة الحرارة، يكون المعدن مطاوعًا. تتراوح صلابة المعدن على المقياس المعدني من 6.0 إلى 6.5 (يتم نشر الجرمانيوم في ألواح باستخدام قرص معدني أو ماسي ومادة كاشطة).

الخواص الكيميائية

الجرمانيوم، عند العثور عليه في المركبات الكيميائية، يظهر عادةً التكافؤ الثاني والرابع، لكن مركبات الجرمانيوم رباعي التكافؤ تكون أكثر استقرارًا. الجرمانيوم في درجة حرارة الغرفة مقاوم للماء والهواء وكذلك المحاليل القلوية والمركزات المخففة لحمض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك، لكن العنصر يذوب بسهولة تامة في الماء الملكي أو محلول قلوي من بيروكسيد الهيدروجين. يتأكسد العنصر ببطء بفعل حمض النيتريك. عندما تصل درجة حرارة الهواء إلى 500-700 درجة مئوية، يبدأ الجرمانيوم في التأكسد إلى أكاسيد GeO 2 وGeO. (رابعا) أكسيد الجرمانيوم عبارة عن مسحوق أبيض ذو نقطة انصهار تبلغ 1116 درجة مئوية وقابلية ذوبان في الماء تبلغ 4.3 جم / لتر (عند 20 درجة مئوية). وفقا لخصائصها الكيميائية، فإن المادة مذبذبة، قابلة للذوبان في القلويات، وبصعوبة في الأحماض المعدنية. يتم الحصول عليه عن طريق اختراق راسب التميه GeO 3 nH 2 O، الذي يتم إطلاقه أثناء التحلل المائي. مشتقات حمض الجرمانيوم، على سبيل المثال، جرثومة المعادن (Na 2 GeO 3، Li 2 GeO 3، إلخ) هي مواد صلبة ذات نقاط انصهار عالية. ويمكن الحصول عليها عن طريق دمج GeO 2 وأكاسيد أخرى.

نتيجة لتفاعل الجرمانيوم والهالوجينات، يمكن تشكيل رباعي الهاليدات المقابلة. يمكن أن يستمر التفاعل بسهولة أكبر مع الكلور والفلور (حتى في درجة حرارة الغرفة)، ثم مع اليود (درجة الحرارة 700-800 درجة مئوية، وجود ثاني أكسيد الكربون) والبروم (عند حرارة منخفضة). أحد أهم مركبات الجرمانيوم هو رباعي كلوريد (الصيغة GeCl 4). وهو سائل عديم اللون مع نقطة انصهار تبلغ 49.5 درجة مئوية، ونقطة غليان تبلغ 83.1 درجة مئوية، وكثافته 1.84 جم / سم 3 (عند 20 درجة مئوية). يتم تحلل المادة بقوة بالماء، مما يؤدي إلى إطلاق راسب من الأكسيد المائي (IV). يتم الحصول على رابع كلوريد عن طريق كلورة معدن الجرمانيوم أو عن طريق تفاعل أكسيد GeO 2 مع حمض الهيدروكلوريك المركز. ومن المعروف أيضًا أن ثنائي هاليدات الجرمانيوم ذات الصيغة العامة GeX 2، وسداسي كلوروديجيرمان Ge 2 Cl 6، وأحادي كلوريد GeCl، وكذلك أوكسي كلوريدات الجرمانيوم (على سبيل المثال، CeOCl 2).

عند الوصول إلى 900-1000 درجة مئوية، يتفاعل الكبريت بقوة مع الجرمانيوم، مكونًا ثاني كبريتيد GeS 2. وهي مادة صلبة بيضاء اللون مع نقطة انصهار تبلغ 825 درجة مئوية. من الممكن أيضًا تكوين أحادي كبريتيد GeS ومركبات مماثلة من الجرمانيوم مع التيلوريوم والسيلينيوم، وهي أشباه الموصلات. عند درجة حرارة 1000-1100 درجة مئوية، يتفاعل الهيدروجين قليلاً مع الجرمانيوم، مكوناً جرثومة (GeH) X، وهو مركب غير مستقر وشديد التقلب. يمكن تكوين جرمانيدات الهيدروجين من سلسلة Ge n H 2n + 2 إلى Ge 9 H 20 عن طريق تفاعل جرمانيدات مع حمض الهيدروكلوريك المخفف. ومن المعروف أيضًا أن الجيرميلين بتركيبة GeH 2. لا يتفاعل الجرمانيوم مع النيتروجين بشكل مباشر، ولكن يوجد نيتريد Ge 3 N 4، والذي يتم الحصول عليه عند تعرض الجرمانيوم للأمونيا (700-800 درجة مئوية). الجرمانيوم لا يتفاعل مع الكربون. مع العديد من المعادن، يشكل الجرمانيوم مركبات مختلفة - الجرمانيدات.

هناك العديد من مركبات الجرمانيوم المعقدة المعروفة، والتي تتزايد أهميتها في الكيمياء التحليلية لعنصر الجرمانيوم، وكذلك في عمليات الحصول على العنصر الكيميائي. الجرمانيوم قادر على تكوين مركبات معقدة مع جزيئات عضوية تحتوي على الهيدروكسيل (الكحولات متعددة الهيدرات، والأحماض متعددة القاعدة، وما إلى ذلك). هناك أيضًا أحماض غير متجانسة من الجرمانيوم. مثل عناصر المجموعة الرابعة الأخرى، يشكل الجرمانيوم عادة مركبات معدنية عضوية. ومن الأمثلة على ذلك رباعي إيثيل الجرمان (C2H5)4Ge3.