Germanij (Ge), kemični element med silicijem in kositrom v skupini 14 (IVa) periodične tabele, srebrno siv metaloid, vmesni element med kovinami in nemetali. Čeprav germanij ni odkril nemški kemik Clemens Winkler šele leta 1886, je njegov obstoj, lastnosti in položaj v periodičnem sistemu leta 1871 napovedal ruski kemik Dmitrij Ivanovič Mendelejev, ki je hipotetični element poimenoval ekasilicon. (Ime germanium izvira iz latinske besede Germania [Nemčija], element pa mu je dal Winkler.) Germanij je postal ekonomsko pomemben šele po letu 1945, ko so bile njegove lastnosti kot polprevodnika priznane kot pomembne v elektroniki. Mnoge druge snovi se zdaj uporabljajo tudi kot polprevodniki, vendar ostaja germanij primarnega pomena pri izdelavi tranzistorjev in komponent za naprave, kot so usmerniki in fotocelice.
element ogljikove skupine
(C), silicij (Si), germanij (Ge), kositer (Sn), svinec (Pb) in flerovij (Fl).
Na podlagi teže je germanij v skorji Zemlje redek, a ne izjemno redek (približno 1,5 dela na milijon) element, ki v številčnosti enači berilij, molibden in cezij in presega elemente arzen, kadmij, antimon in živo srebro. V vesolju je atomska številčnost germanija 50,5 (glede na Si = 1 × 10 6), vrednost približno enaka vrednosti za kripton in cirkonij in le nekoliko manjša kot za selen. Kozmična številčnost je veliko manjša od številnih težjih elementov; npr. brom, stroncij, kositer, barij, živo srebro in svinec. Vsi elementi nižjega jedrskega naboja kot germanij, razen berilija, bora, skandija in galija so kozmično bolj obilni kot germanij. V kozmetičnem smislu velja, da je germanij eden izmed mnogih elementov, ki nastanejo pri absorpciji nevtronov po začetnih procesih gorenja vodika in helija ter absorpcije alfa delcev.
Germanij je v naravi zelo razširjen, vendar je preveč reaktiven, da bi se pojavil brez njega. Primarni minerali vključujejo argyrodit (iz katerega je bil najprej izoliran), germanit, renierit in canfieldit, vsi redki; kot komercialni viri elementa sta bila uporabljena le germanit in renierit. Količine germanija v sledovih najdemo v nekaterih mešanicah cinka, v žveplovih rudah bakra in arzena ter v premogu, kar je verjetno posledica koncentracije elementa rastlin iz ogljikovega obdobja v geološki zgodovini. Znano je, da nekatere današnje rastline koncentrirajo germanij. Tako koncentrati cinka, kot tudi pepel in dimovodni prah iz naprav za kurjenje premoga, zagotavljajo komercialne vire germanija.
Pri rafiniranju germanija se ostanki nizke stopnje, dobljeni iz njegovih rud, obdelajo z močno klorovodikovo kislino, nastali germanijev tetraklorid pa destilira, očisti s ponovnim redestilacijo in hidrolizira, da nastane germanijev dioksid, ki ga nato vodik zmanjša v praškano obliko kovine, ki se topi pri temperaturi približno 1.100 ° C (2.000 ° F [v inertni atmosferi]) in se vlije v ingote ali gredice.
Element je bolj krhek kot rahel; atomi v njegovih kristalih so razporejeni tako kot ogljikovi atomi v diamantu. Električne in polprevodniške lastnosti germanija so primerljive z značilnostmi silicija. Pri sobni temperaturi ga zrak ne napada, ampak oksidira pri 600 ° -700 ° C (1,100 ° -1,300 ° F) in hitro reagira s halogeni, da tvori tetrahalide. Med kislinami germanij opazno napada le koncentrirana dušikova ali žveplova kislina ali aqua regia (mešanica dušikove in klorovodikove kisline). Čeprav vodne kavstične raztopine nanjo slabo vplivajo, se germanij hitro raztopi v staljenem natrijevem hidroksidu ali kalijevem hidroksidu in tako tvori ustrezne kalmane.
Germanij tvori stabilna oksidacijska stanja +2 in +4, pri čemer so njegove spojine bolj stabilne in številne. Dve najpomembnejši spojini germanija sta dioksid (GeO 2) in tetraklorid (GeCl 4). Germani, ki nastanejo s segrevanjem dioksida z baznimi oksidi, vključujejo cinkov germanat (Zn 2 GeO 4), ki se uporablja kot fosfor (snov, ki oddaja svetlobo, ko se polni z sevanjem). Tetraklorid, ki je že omenjen kot vmesni element pri pridobivanju germanija iz njegovih naravnih virov, je hlapna, brezbarvna tekočina, ki zmrzne pri okoli -50 ° C (-58 ° F) in vre pri 84 ° C (183,2 ° F).
Za uporabo v elektronskih napravah potrebujejo germonijeve ingote ali gredice nadaljnje čiščenje, kar običajno doseže tehnika rafiniranja cone. Visoko čisti germanij se nato topi in "dopira" z dodatkom najmanjših količin arzena, galija ali drugih elementov, da se ustvarijo želene elektronske lastnosti. Končno nastajajo posamezni kristali iz taline pri skrbno nadzorovanih temperaturah z uporabo semenskega kristala kot jedra. Posamezni kristali germanija se gojijo v atmosferi dušika ali helija iz staljenega materiala. Ti se nato pretvorijo v polprevodnike z dopiranjem (infuzije) z dajalci elektronov ali akceptorskimi atomi, bodisi z vključitvijo nečistoč v talino med rastjo kristala bodisi z difuzijo nečistoč v kristal, ko je ta tvorjen.
Germanijeve spojine, v katerih je germanij v +2 oksidacijskem stanju, so dobro označene kot trdne snovi in na splošno so zlahka oksidirane. Elementarni germanij je mogoče elektrodeponirati iz številnih raztopin in talin njegovih spojin. Zanimivo je, da samo elektro miligram raztopljenega germanija na liter resno moti elektrodepozicijo cinka.
Poleg uporabe v elektronskih napravah se germanij uporablja kot sestavina zlitin in fosfor za fluorescenčne sijalke. Ker je germanij pregleden za infrardeče sevanje, ga uporablja v opremi, ki se uporablja za zaznavanje in merjenje takšnega sevanja, kot so okna in leče. Visok indeks loma germanijevega dioksida je pomemben kot sestavni del očal, ki se uporabljajo v optičnih napravah, kot so širokokotne leče za kamere in mikroskopske cilje. Toksikologija germanija in njegovih spojin je slabo opredeljena.
Pet stabilnih izotopov germanija se pojavlja v naslednjih relativnih količinah: germanij-70, 20,5 odstotka; germanij-72, 27,4 odstotka; germanij-73, 7,8 odstotka; germanij-74, 36,5 odstotka; in germanij-76, 7,8 odstotka. Poročali so o devetih radioaktivnih izotopih.
Lastnosti elementov
| atomsko število | 32 |
|---|---|
| atomska teža | 72,59 |
| tališče | 937,4 ° C (1,719,3 ° F) |
| vrelišče | 2.830 ° C (5.130 ° F) |
| gostota | 5,323 g / cm 3 |
| oksidacijska stanja | +2, +4 |
| konfiguracija elektronov. | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 |
