Германий номер в таблице менделеева

Not to be confused with geranium.

Germanium, ₃₂Ge

Germanium
Pronunciation	​(jur-MAY-nee-əm)
Appearance	grayish-white
Standard atomic weight Ar°(Ge)
	72.630±0.008 72.630±0.008 (abridged)[1]
Germanium in the periodic table
Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Si ↑ Ge ↓ Sn gallium ← germanium → arsenic
Atomic number (Z)	32
Group	group 14 (carbon group)
Period	period 4
Block	p-block
Electron configuration	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Electrons per shell	2, 8, 18, 4
Physical properties
Phase at STP	solid
Melting point	1211.40 K ​(938.25 °C, ​1720.85 °F)
Boiling point	3106 K ​(2833 °C, ​5131 °F)
Density (near r.t.)	5.323 g/cm3
when liquid (at m.p.)	5.60 g/cm3
Heat of fusion	36.94 kJ/mol
Heat of vaporization	334 kJ/mol
Molar heat capacity	23.222 J/(mol·K)
Vapor pressure P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
Atomic properties
Oxidation states	−4 −3, −2, −1, 0,[2] +1, +2, +3, +4 (an amphoteric oxide)
Electronegativity	Pauling scale: 2.01
Ionization energies	1st: 762 kJ/mol 2nd: 1537.5 kJ/mol 3rd: 3302.1 kJ/mol
Atomic radius	empirical: 122 pm
Covalent radius	122 pm
Van der Waals radius	211 pm
Spectral lines of germanium
Other properties
Natural occurrence	primordial
Crystal structure	​face-centered diamond-cubic
Speed of sound thin rod	5400 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion	6.0 µm/(m⋅K)
Thermal conductivity	60.2 W/(m⋅K)
Electrical resistivity	1 Ω⋅m (at 20 °C)
Band gap	0.67 eV (at 300 K)
Magnetic ordering	diamagnetic[3]
Molar magnetic susceptibility	−76.84×10−6 cm3/mol[4]
Young’s modulus	103 GPa[5]
Shear modulus	41 GPa[5]
Bulk modulus	75 GPa[5]
Poisson ratio	0.26[5]
Mohs hardness	6.0
CAS Number	7440-56-4
History
Naming	after Germany, homeland of the discoverer
Prediction	Dmitri Mendeleev (1869)
Discovery	Clemens Winkler (1886)
Main isotopes of germanium v e
Iso­tope Decay abun­dance half-life (t1/2) mode pro­duct 68Ge syn 270.8 d ε 68Ga 70Ge 20.52% stable 71Ge syn 11.3 d ε 71Ga 72Ge 27.45% stable 73Ge 7.76% stable 74Ge 36.52% stable 76Ge 7.75% 1.78×1021 y β−β− 76Se
Category: Germanium view talk edit | references

Germanium is a chemical element with the symbol Ge and atomic number 32. It is lustrous, hard-brittle, grayish-white and similar in appearance to silicon. It is a metalloid in the carbon group that is chemically similar to its group neighbors silicon and tin. Like silicon, germanium naturally reacts and forms complexes with oxygen in nature.

Because it seldom appears in high concentration, germanium was discovered comparatively late in the discovery of the elements. Germanium ranks near fiftieth in relative abundance of the elements in the Earth’s crust. In 1869, Dmitri Mendeleev predicted its existence and some of its properties from its position on his periodic table, and called the element ekasilicon. In 1886, Clemens Winkler at Freiberg University found the new element, along with silver and sulfur, in the mineral argyrodite. Winkler named the element after his country, Germany. Germanium is mined primarily from sphalerite (the primary ore of zinc), though germanium is also recovered commercially from silver, lead, and copper ores.

Elemental germanium is used as a semiconductor in transistors and various other electronic devices. Historically, the first decade of semiconductor electronics was based entirely on germanium. Presently, the major end uses are fibre-optic systems, infrared optics, solar cell applications, and light-emitting diodes (LEDs). Germanium compounds are also used for polymerization catalysts and have most recently found use in the production of nanowires. This element forms a large number of organogermanium compounds, such as tetraethylgermanium, useful in organometallic chemistry. Germanium is considered a technology-critical element.^[6]

Germanium is not thought to be an essential element for any living organism. Similar to silicon and aluminium, naturally-occurring germanium compounds tend to be insoluble in water and thus have little oral toxicity. However, synthetic soluble germanium salts are nephrotoxic, and synthetic chemically reactive germanium compounds with halogens and hydrogen are irritants and toxins.

History[edit]

In his report on The Periodic Law of the Chemical Elements in 1869, the Russian chemist Dmitri Mendeleev predicted the existence of several unknown chemical elements, including one that would fill a gap in the carbon family, located between silicon and tin.^[7] Because of its position in his periodic table, Mendeleev called it ekasilicon (Es), and he estimated its atomic weight to be 70 (later 72).

In mid-1885, at a mine near Freiberg, Saxony, a new mineral was discovered and named argyrodite because of its high silver content.^{[note 1]} The chemist Clemens Winkler analyzed this new mineral, which proved to be a combination of silver, sulfur, and a new element. Winkler was able to isolate the new element in 1886 and found it similar to antimony. He initially considered the new element to be eka-antimony, but was soon convinced that it was instead eka-silicon.^[9][10] Before Winkler published his results on the new element, he decided that he would name his element neptunium, since the recent discovery of planet Neptune in 1846 had similarly been preceded by mathematical predictions of its existence.^{[note 2]} However, the name «neptunium» had already been given to another proposed chemical element (though not the element that today bears the name neptunium, which was discovered in 1940).^{[note 3]} So instead, Winkler named the new element germanium (from the Latin word, Germania, for Germany) in honor of his homeland.^[10] Argyrodite proved empirically to be Ag₈GeS₆.
Because this new element showed some similarities with the elements arsenic and antimony, its proper place in the periodic table was under consideration, but its similarities with Dmitri Mendeleev’s predicted element «ekasilicon» confirmed that place on the periodic table.^[10][17] With further material from 500 kg of ore from the mines in Saxony, Winkler confirmed the chemical properties of the new element in 1887.^[9][10][18] He also determined an atomic weight of 72.32 by analyzing pure germanium tetrachloride (GeCl
₄), while Lecoq de Boisbaudran deduced 72.3 by a comparison of the lines in the spark spectrum of the element.^[19]

Winkler was able to prepare several new compounds of germanium, including fluorides, chlorides, sulfides, dioxide, and tetraethylgermane (Ge(C₂H₅)₄), the first organogermane.^[9] The physical data from those compounds—which corresponded well with Mendeleev’s predictions—made the discovery an important confirmation of Mendeleev’s idea of element periodicity. Here is a comparison between the prediction and Winkler’s data:^[9]

Until the late 1930s, germanium was thought to be a poorly conducting metal.^[20] Germanium did not become economically significant until after 1945 when its properties as an electronic semiconductor were recognized. During World War II, small amounts of germanium were used in some special electronic devices, mostly diodes.^[21][22] The first major use was the point-contact Schottky diodes for radar pulse detection during the War.^[20] The first silicon-germanium alloys were obtained in 1955.^[23] Before 1945, only a few hundred kilograms of germanium were produced in smelters each year, but by the end of the 1950s, the annual worldwide production had reached 40 metric tons (44 short tons).^[24]

The development of the germanium transistor in 1948^[25] opened the door to countless applications of solid state electronics.^[26] From 1950 through the early 1970s, this area provided an increasing market for germanium, but then high-purity silicon began replacing germanium in transistors, diodes, and rectifiers.^[27] For example, the company that became Fairchild Semiconductor was founded in 1957 with the express purpose of producing silicon transistors. Silicon has superior electrical properties, but it requires much greater purity that could not be commercially achieved in the early years of semiconductor electronics.^[28]

Meanwhile, the demand for germanium for fiber optic communication networks, infrared night vision systems, and polymerization catalysts increased dramatically.^[24] These end uses represented 85% of worldwide germanium consumption in 2000.^[27] The US government even designated germanium as a strategic and critical material, calling for a 146 ton (132 tonne) supply in the national defense stockpile in 1987.^[24]

Germanium differs from silicon in that the supply is limited by the availability of exploitable sources, while the supply of silicon is limited only by production capacity since silicon comes from ordinary sand and quartz. While silicon could be bought in 1998 for less than $10 per kg,^[24] the price of germanium was almost $800 per kg.^[24]

Characteristics[edit]

Under standard conditions, germanium is a brittle, silvery-white, semi-metallic element.^[29] This form constitutes an allotrope known as α-germanium, which has a metallic luster and a diamond cubic crystal structure, the same as diamond.^[27] While in crystal form, germanium has a displacement threshold energy of .^[30] At pressures above 120 kbar, germanium becomes the allotrope β-germanium with the same structure as β-tin.^[31] Like silicon, gallium, bismuth, antimony, and water, germanium is one of the few substances that expands as it solidifies (i.e. freezes) from the molten state.^[31]

Germanium is a semiconductor having an indirect bandgap, as is crystalline silicon. Zone refining techniques have led to the production of crystalline germanium for semiconductors that has an impurity of only one part in 10¹⁰,^[32]
making it one of the purest materials ever obtained.^[33]
The first metallic material discovered (in 2005) to become a superconductor in the presence of an extremely strong electromagnetic field was an alloy of germanium, uranium, and rhodium.^[34]

Pure germanium is known to spontaneously extrude very long screw dislocations, referred to as germanium whiskers. The growth of these whiskers is one of the primary reasons for the failure of older diodes and transistors made from germanium, as, depending on what they eventually touch, they may lead to an electrical short.^[35]

Chemistry[edit]

Elemental germanium starts to oxidize slowly in air at around 250 °C, forming GeO₂ .^[36] Germanium is insoluble in dilute acids and alkalis but dissolves slowly in hot concentrated sulfuric and nitric acids and reacts violently with molten alkalis to produce germanates ([GeO
₃]²⁻
). Germanium occurs mostly in the oxidation state +4 although many +2 compounds are known.^[37] Other oxidation states are rare: +3 is found in compounds such as Ge₂Cl₆, and +3 and +1 are found on the surface of oxides,^[38] or negative oxidation states in germanides, such as −4 in Mg
₂Ge. Germanium cluster anions (Zintl ions) such as Ge₄²⁻, Ge₉⁴⁻, Ge₉²⁻, [(Ge₉)₂]⁶⁻ have been prepared by the extraction from alloys containing alkali metals and germanium in liquid ammonia in the presence of ethylenediamine or a cryptand.^[37][39] The oxidation states of the element in these ions are not integers—similar to the ozonides O₃⁻.

Two oxides of germanium are known: germanium dioxide (GeO
₂, germania) and germanium monoxide, (GeO).^[31] The dioxide, GeO₂ can be obtained by roasting germanium disulfide (GeS
₂), and is a white powder that is only slightly soluble in water but reacts with alkalis to form germanates.^[31] The monoxide, germanous oxide, can be obtained by the high temperature reaction of GeO₂ with Ge metal.^[31] The dioxide (and the related oxides and germanates) exhibits the unusual property of having a high refractive index for visible light, but transparency to infrared light.^[40][41] Bismuth germanate, Bi₄Ge₃O₁₂, (BGO) is used as a scintillator.^[42]

Binary compounds with other chalcogens are also known, such as the disulfide (GeS
₂), diselenide (GeSe
₂), and the monosulfide (GeS), selenide (GeSe), and telluride (GeTe).^[37] GeS₂ forms as a white precipitate when hydrogen sulfide is passed through strongly acid solutions containing Ge(IV).^[37] The disulfide is appreciably soluble in water and in solutions of caustic alkalis or alkaline sulfides. Nevertheless, it is not soluble in acidic water, which allowed Winkler to discover the element.^[43] By heating the disulfide in a current of hydrogen, the monosulfide (GeS) is formed, which sublimes in thin plates of a dark color and metallic luster, and is soluble in solutions of the caustic alkalis.^[31] Upon melting with alkaline carbonates and sulfur, germanium compounds form salts known as thiogermanates.^[44]

Four tetrahalides are known. Under normal conditions GeI₄ is a solid, GeF₄ a gas and the others volatile liquids. For example, germanium tetrachloride, GeCl₄, is obtained as a colorless fuming liquid boiling at 83.1 °C by heating the metal with chlorine.^[31] All the tetrahalides are readily hydrolyzed to hydrated germanium dioxide.^[31] GeCl₄ is used in the production of organogermanium compounds.^[37] All four dihalides are known and in contrast to the tetrahalides are polymeric solids.^[37] Additionally Ge₂Cl₆ and some higher compounds of formula Ge_nCl_2n+2 are known.^[31] The unusual compound Ge₆Cl₁₆ has been prepared that contains the Ge₅Cl₁₂ unit with a neopentane structure.^[45]

Germane (GeH₄) is a compound similar in structure to methane. Polygermanes—compounds that are similar to alkanes—with formula Ge_nH_2n+2 containing up to five germanium atoms are known.^[37] The germanes are less volatile and less reactive than their corresponding silicon analogues.^[37] GeH₄ reacts with alkali metals in liquid ammonia to form white crystalline MGeH₃ which contain the GeH₃⁻ anion.^[37] The germanium hydrohalides with one, two and three halogen atoms are colorless reactive liquids.^[37]

The first organogermanium compound was synthesized by Winkler in 1887; the reaction of germanium tetrachloride with diethylzinc yielded tetraethylgermane (Ge(C
₂H
₅)
₄).^[9] Organogermanes of the type R₄Ge (where R is an alkyl) such as tetramethylgermane (Ge(CH
₃)
₄) and tetraethylgermane are accessed through the cheapest available germanium precursor germanium tetrachloride and alkyl nucleophiles. Organic germanium hydrides such as isobutylgermane ((CH
₃)
₂CHCH
₂GeH
₃) were found to be less hazardous and may be used as a liquid substitute for toxic germane gas in semiconductor applications. Many germanium reactive intermediates are known: germyl free radicals, germylenes (similar to carbenes), and germynes (similar to carbynes).^[46][47] The organogermanium compound 2-carboxyethylgermasesquioxane was first reported in the 1970s, and for a while was used as a dietary supplement and thought to possibly have anti-tumor qualities.^[48]

Using a ligand called Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-octaethyl-s-hydrindacen-4-yl) germanium is able to form a double bond with oxygen (germanone). Germanium hydride and germanium tetrahydride are very flammable and even explosive when mixed with air.^[49]

Isotopes[edit]

Germanium occurs in 5 natural isotopes: ⁷⁰
Ge
, ⁷²
Ge
, ⁷³
Ge
, ⁷⁴
Ge
, and ⁷⁶
Ge
. Of these, ⁷⁶
Ge
is very slightly radioactive, decaying by double beta decay with a half-life of 1.78×10²¹ years. ⁷⁴
Ge
is the most common isotope, having a natural abundance of approximately 36%. ⁷⁶
Ge
is the least common with a natural abundance of approximately 7%.^[50] When bombarded with alpha particles, the isotope ⁷²
Ge
will generate stable ⁷⁷
Se
, releasing high energy electrons in the process.^[51] Because of this, it is used in combination with radon for nuclear batteries.^[51]

At least 27 radioisotopes have also been synthesized, ranging in atomic mass from 58 to 89. The most stable of these is ⁶⁸
Ge
, decaying by electron capture with a half-life of 270.95 days. The least stable is ⁶⁰
Ge
, with a half-life of 30 ms. While most of germanium’s radioisotopes decay by beta decay, ⁶¹
Ge
and ⁶⁴
Ge
decay by
β⁺
delayed proton emission.^{[50] 84}
Ge
through ⁸⁷
Ge
isotopes also exhibit minor
β⁻
delayed neutron emission decay paths.^[50]

Occurrence[edit]

Germanium is created by stellar nucleosynthesis, mostly by the s-process in asymptotic giant branch stars. The s-process is a slow neutron capture of lighter elements inside pulsating red giant stars.^[52] Germanium has been detected in some of the most distant stars^[53] and in the atmosphere of Jupiter.^[54]

Germanium’s abundance in the Earth’s crust is approximately 1.6 ppm.^[55] Only a few minerals like argyrodite, briartite, germanite, renierite and sphalerite contain appreciable amounts of germanium.^[27][56] Only few of them (especially germanite) are, very rarely, found in mineable amounts.^[57][58][59] Some zinc-copper-lead ore bodies contain enough germanium to justify extraction from the final ore concentrate.^[55] An unusual natural enrichment process causes a high content of germanium in some coal seams, discovered by Victor Moritz Goldschmidt during a broad survey for germanium deposits.^[60][61] The highest concentration ever found was in Hartley coal ash with as much as 1.6% germanium.^[60][61] The coal deposits near Xilinhaote, Inner Mongolia, contain an estimated 1600 tonnes of germanium.^[55]

Production[edit]

About 118 tonnes of germanium were produced in 2011 worldwide, mostly in China (80 t), Russia (5 t) and United States (3 t).^[27] Germanium is recovered as a by-product from sphalerite zinc ores where it is concentrated in amounts as great as 0.3%,^[62] especially from low-temperature sediment-hosted, massive Zn–Pb–Cu(–Ba) deposits and carbonate-hosted Zn–Pb deposits.^[63] A recent study found that at least 10,000 t of extractable germanium is contained in known zinc reserves, particularly those hosted by Mississippi-Valley type deposits, while at least 112,000 t will be found in coal reserves.^[64][65] In 2007 35% of the demand was met by recycled germanium.^[55]

While it is produced mainly from sphalerite, it is also found in silver, lead, and copper ores. Another source of germanium is fly ash of power plants fueled from coal deposits that contain germanium. Russia and China used this as a source for germanium.^[67] Russia’s deposits are located in the far east of Sakhalin Island, and northeast of Vladivostok. The deposits in China are located mainly in the lignite mines near Lincang, Yunnan; coal is also mined near Xilinhaote, Inner Mongolia.^[55]

The ore concentrates are mostly sulfidic; they are converted to the oxides by heating under air in a process known as roasting:

GeS₂ + 3 O₂ → GeO₂ + 2 SO₂

Some of the germanium is left in the dust produced, while the rest is converted to germanates, which are then leached (together with zinc) from the cinder by sulfuric acid. After neutralization, only the zinc stays in solution while germanium and other metals precipitate. After removing some of the zinc in the precipitate by the Waelz process, the residing Waelz oxide is leached a second time. The dioxide is obtained as precipitate and converted with chlorine gas or hydrochloric acid to germanium tetrachloride, which has a low boiling point and can be isolated by distillation:^[67]

GeO₂ + 4 HCl → GeCl₄ + 2 H₂O

GeO₂ + 2 Cl₂ → GeCl₄ + O₂

Germanium tetrachloride is either hydrolyzed to the oxide (GeO₂) or purified by fractional distillation and then hydrolyzed.^[67] The highly pure GeO₂ is now suitable for the production of germanium glass. It is reduced to the element by reacting it with hydrogen, producing germanium suitable for infrared optics and semiconductor production:

GeO₂ + 2 H₂ → Ge + 2 H₂O

The germanium for steel production and other industrial processes is normally reduced using carbon:^[68]

GeO₂ + C → Ge + CO₂

Applications[edit]

The major end uses for germanium in 2007, worldwide, were estimated to be: 35% for fiber-optics, 30% infrared optics, 15% polymerization catalysts, and 15% electronics and solar electric applications.^[27] The remaining 5% went into such uses as phosphors, metallurgy, and chemotherapy.^[27]

Optics[edit]

The notable properties of germania (GeO₂) are its high index of refraction and its low optical dispersion. These make it especially useful for wide-angle camera lenses, microscopy, and the core part of optical fibers.^[69][70] It has replaced titania as the dopant for silica fiber, eliminating the subsequent heat treatment that made the fibers brittle.^[71] At the end of 2002, the fiber optics industry consumed 60% of the annual germanium use in the United States, but this is less than 10% of worldwide consumption.^[70] GeSbTe is a phase change material used for its optic properties, such as that used in rewritable DVDs.^[72]

Because germanium is transparent in the infrared wavelengths, it is an important infrared optical material that can be readily cut and polished into lenses and windows. It is especially used as the front optic in thermal imaging cameras working in the 8 to 14 micron range for passive thermal imaging and for hot-spot detection in military, mobile night vision, and fire fighting applications.^[68] It is used in infrared spectroscopes and other optical equipment that require extremely sensitive infrared detectors.^[70] It has a very high refractive index (4.0) and must be coated with anti-reflection agents. Particularly, a very hard special antireflection coating of diamond-like carbon (DLC), refractive index 2.0, is a good match and produces a diamond-hard surface that can withstand much environmental abuse.^[73][74]

Electronics[edit]

Germanium can be alloyed with silicon, and silicon-germanium alloys are rapidly becoming an important semiconductor material for high-speed integrated circuits. Circuits utilizing the properties of Si-SiGe heterojunctions can be much faster than those using silicon alone.^[75] Silicon-germanium is beginning to replace gallium arsenide (GaAs) in wireless communications devices.^[27] The SiGe chips, with high-speed properties, can be made with low-cost, well-established production techniques of the silicon chip industry.^[27]

High efficiency solar panels are a major use of germanium. Because germanium and gallium arsenide have nearly identical lattice constant, germanium substrates can be used to make gallium-arsenide solar cells.^[76] Germanium is the substrate of the wafers for high-efficiency multijunction photovoltaic cells for space applications, such as the Mars Exploration Rovers, which use triple-junction gallium arsenide on germanium cells.^[77] High-brightness LEDs, used for automobile headlights and to backlight LCD screens, are also an important application.^[27]

Germanium-on-insulator (GeOI) substrates are seen as a potential replacement for silicon on miniaturized chips.^[27] CMOS circuit based on GeOI substrates has been reported recently.^[78] Other uses in electronics include phosphors in fluorescent lamps^[32] and solid-state light-emitting diodes (LEDs).^[27] Germanium transistors are still used in some effects pedals by musicians who wish to reproduce the distinctive tonal character of the «fuzz»-tone from the early rock and roll era, most notably the Dallas Arbiter Fuzz Face.^[79]

Other uses[edit]

Germanium dioxide is also used in catalysts for polymerization in the production of polyethylene terephthalate (PET).^[80] The high brilliance of this polyester is especially favored for PET bottles marketed in Japan.^[80] In the United States, germanium is not used for polymerization catalysts.^[27]

Due to the similarity between silica (SiO₂) and germanium dioxide (GeO₂), the silica stationary phase in some gas chromatography columns can be replaced by GeO₂.^[81]

In recent years germanium has seen increasing use in precious metal alloys. In sterling silver alloys, for instance, it reduces firescale, increases tarnish resistance, and improves precipitation hardening. A tarnish-proof silver alloy trademarked Argentium contains 1.2% germanium.^[27]

Semiconductor detectors made of single crystal high-purity germanium can precisely identify radiation sources—for example in airport security.^[82] Germanium is useful for monochromators for beamlines used in single crystal neutron scattering and synchrotron X-ray diffraction. The reflectivity has advantages over silicon in neutron and high energy X-ray applications.^[83] Crystals of high purity germanium are used in detectors for gamma spectroscopy and the search for dark matter.^[84] Germanium crystals are also used in X-ray spectrometers for the determination of phosphorus, chlorine and sulfur.^[85]

Germanium is emerging as an important material for spintronics and spin-based quantum computing applications. In 2010, researchers demonstrated room temperature spin transport^[86] and more recently donor electron spins in germanium has been shown to have very long coherence times.^[87]

Germanium and health[edit]

Germanium is not considered essential to the health of plants or animals.^[88] Germanium in the environment has little or no health impact. This is primarily because it usually occurs only as a trace element in ores and carbonaceous materials, and the various industrial and electronic applications involve very small quantities that are not likely to be ingested.^[27] For similar reasons, end-use germanium has little impact on the environment as a biohazard. Some reactive intermediate compounds of germanium are poisonous (see precautions, below).^[89]

Germanium supplements, made from both organic and inorganic germanium, have been marketed as an alternative medicine capable of treating leukemia and lung cancer.^[24] There is, however, no medical evidence of benefit; some evidence suggests that such supplements are actively harmful.^[88] U.S. Food and Drug Administration research has concluded that inorganic germanium, when used as a nutritional supplement, «presents potential human health hazard».^[48]

Some germanium compounds have been administered by alternative medical practitioners as non-FDA-allowed injectable solutions. Soluble inorganic forms of germanium used at first, notably the citrate-lactate salt, resulted in some cases of renal dysfunction, hepatic steatosis, and peripheral neuropathy in individuals using them over a long term. Plasma and urine germanium concentrations in these individuals, several of whom died, were several orders of magnitude greater than endogenous levels. A more recent organic form, beta-carboxyethylgermanium sesquioxide (propagermanium), has not exhibited the same spectrum of toxic effects.^[90]

Certain compounds of germanium have low toxicity to mammals, but have toxic effects against certain bacteria.^[29]

Precautions for chemically reactive germanium compounds[edit]

While use of germanium itself does not require precautions, some of germanium’s artificially produced compounds are quite reactive and present an immediate hazard to human health on exposure. For example, germanium chloride and germane (GeH₄) are a liquid and gas, respectively, that can be very irritating to the eyes, skin, lungs, and throat.^[91]

See also[edit]

• Germanene
• Vitrain
• History of the transistor

Notes[edit]

References[edit]

External links[edit]

• Germanium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Not to be confused with geranium.

Germanium, ₃₂Ge

Germanium
Pronunciation	​(jur-MAY-nee-əm)
Appearance	grayish-white
Standard atomic weight Ar°(Ge)
	72.630±0.008 72.630±0.008 (abridged)[1]
Germanium in the periodic table
Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Si ↑ Ge ↓ Sn gallium ← germanium → arsenic
Atomic number (Z)	32
Group	group 14 (carbon group)
Period	period 4
Block	p-block
Electron configuration	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Electrons per shell	2, 8, 18, 4
Physical properties
Phase at STP	solid
Melting point	1211.40 K ​(938.25 °C, ​1720.85 °F)
Boiling point	3106 K ​(2833 °C, ​5131 °F)
Density (near r.t.)	5.323 g/cm3
when liquid (at m.p.)	5.60 g/cm3
Heat of fusion	36.94 kJ/mol
Heat of vaporization	334 kJ/mol
Molar heat capacity	23.222 J/(mol·K)
Vapor pressure P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
Atomic properties
Oxidation states	−4 −3, −2, −1, 0,[2] +1, +2, +3, +4 (an amphoteric oxide)
Electronegativity	Pauling scale: 2.01
Ionization energies	1st: 762 kJ/mol 2nd: 1537.5 kJ/mol 3rd: 3302.1 kJ/mol
Atomic radius	empirical: 122 pm
Covalent radius	122 pm
Van der Waals radius	211 pm
Spectral lines of germanium
Other properties
Natural occurrence	primordial
Crystal structure	​face-centered diamond-cubic
Speed of sound thin rod	5400 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion	6.0 µm/(m⋅K)
Thermal conductivity	60.2 W/(m⋅K)
Electrical resistivity	1 Ω⋅m (at 20 °C)
Band gap	0.67 eV (at 300 K)
Magnetic ordering	diamagnetic[3]
Molar magnetic susceptibility	−76.84×10−6 cm3/mol[4]
Young’s modulus	103 GPa[5]
Shear modulus	41 GPa[5]
Bulk modulus	75 GPa[5]
Poisson ratio	0.26[5]
Mohs hardness	6.0
CAS Number	7440-56-4
History
Naming	after Germany, homeland of the discoverer
Prediction	Dmitri Mendeleev (1869)
Discovery	Clemens Winkler (1886)
Main isotopes of germanium v e
Iso­tope Decay abun­dance half-life (t1/2) mode pro­duct 68Ge syn 270.8 d ε 68Ga 70Ge 20.52% stable 71Ge syn 11.3 d ε 71Ga 72Ge 27.45% stable 73Ge 7.76% stable 74Ge 36.52% stable 76Ge 7.75% 1.78×1021 y β−β− 76Se
Category: Germanium view talk edit | references

Germanium is a chemical element with the symbol Ge and atomic number 32. It is lustrous, hard-brittle, grayish-white and similar in appearance to silicon. It is a metalloid in the carbon group that is chemically similar to its group neighbors silicon and tin. Like silicon, germanium naturally reacts and forms complexes with oxygen in nature.

Because it seldom appears in high concentration, germanium was discovered comparatively late in the discovery of the elements. Germanium ranks near fiftieth in relative abundance of the elements in the Earth’s crust. In 1869, Dmitri Mendeleev predicted its existence and some of its properties from its position on his periodic table, and called the element ekasilicon. In 1886, Clemens Winkler at Freiberg University found the new element, along with silver and sulfur, in the mineral argyrodite. Winkler named the element after his country, Germany. Germanium is mined primarily from sphalerite (the primary ore of zinc), though germanium is also recovered commercially from silver, lead, and copper ores.

Elemental germanium is used as a semiconductor in transistors and various other electronic devices. Historically, the first decade of semiconductor electronics was based entirely on germanium. Presently, the major end uses are fibre-optic systems, infrared optics, solar cell applications, and light-emitting diodes (LEDs). Germanium compounds are also used for polymerization catalysts and have most recently found use in the production of nanowires. This element forms a large number of organogermanium compounds, such as tetraethylgermanium, useful in organometallic chemistry. Germanium is considered a technology-critical element.^[6]

Germanium is not thought to be an essential element for any living organism. Similar to silicon and aluminium, naturally-occurring germanium compounds tend to be insoluble in water and thus have little oral toxicity. However, synthetic soluble germanium salts are nephrotoxic, and synthetic chemically reactive germanium compounds with halogens and hydrogen are irritants and toxins.

History[edit]

In his report on The Periodic Law of the Chemical Elements in 1869, the Russian chemist Dmitri Mendeleev predicted the existence of several unknown chemical elements, including one that would fill a gap in the carbon family, located between silicon and tin.^[7] Because of its position in his periodic table, Mendeleev called it ekasilicon (Es), and he estimated its atomic weight to be 70 (later 72).

In mid-1885, at a mine near Freiberg, Saxony, a new mineral was discovered and named argyrodite because of its high silver content.^{[note 1]} The chemist Clemens Winkler analyzed this new mineral, which proved to be a combination of silver, sulfur, and a new element. Winkler was able to isolate the new element in 1886 and found it similar to antimony. He initially considered the new element to be eka-antimony, but was soon convinced that it was instead eka-silicon.^[9][10] Before Winkler published his results on the new element, he decided that he would name his element neptunium, since the recent discovery of planet Neptune in 1846 had similarly been preceded by mathematical predictions of its existence.^{[note 2]} However, the name «neptunium» had already been given to another proposed chemical element (though not the element that today bears the name neptunium, which was discovered in 1940).^{[note 3]} So instead, Winkler named the new element germanium (from the Latin word, Germania, for Germany) in honor of his homeland.^[10] Argyrodite proved empirically to be Ag₈GeS₆.
Because this new element showed some similarities with the elements arsenic and antimony, its proper place in the periodic table was under consideration, but its similarities with Dmitri Mendeleev’s predicted element «ekasilicon» confirmed that place on the periodic table.^[10][17] With further material from 500 kg of ore from the mines in Saxony, Winkler confirmed the chemical properties of the new element in 1887.^[9][10][18] He also determined an atomic weight of 72.32 by analyzing pure germanium tetrachloride (GeCl
₄), while Lecoq de Boisbaudran deduced 72.3 by a comparison of the lines in the spark spectrum of the element.^[19]

Winkler was able to prepare several new compounds of germanium, including fluorides, chlorides, sulfides, dioxide, and tetraethylgermane (Ge(C₂H₅)₄), the first organogermane.^[9] The physical data from those compounds—which corresponded well with Mendeleev’s predictions—made the discovery an important confirmation of Mendeleev’s idea of element periodicity. Here is a comparison between the prediction and Winkler’s data:^[9]

Until the late 1930s, germanium was thought to be a poorly conducting metal.^[20] Germanium did not become economically significant until after 1945 when its properties as an electronic semiconductor were recognized. During World War II, small amounts of germanium were used in some special electronic devices, mostly diodes.^[21][22] The first major use was the point-contact Schottky diodes for radar pulse detection during the War.^[20] The first silicon-germanium alloys were obtained in 1955.^[23] Before 1945, only a few hundred kilograms of germanium were produced in smelters each year, but by the end of the 1950s, the annual worldwide production had reached 40 metric tons (44 short tons).^[24]

The development of the germanium transistor in 1948^[25] opened the door to countless applications of solid state electronics.^[26] From 1950 through the early 1970s, this area provided an increasing market for germanium, but then high-purity silicon began replacing germanium in transistors, diodes, and rectifiers.^[27] For example, the company that became Fairchild Semiconductor was founded in 1957 with the express purpose of producing silicon transistors. Silicon has superior electrical properties, but it requires much greater purity that could not be commercially achieved in the early years of semiconductor electronics.^[28]

Meanwhile, the demand for germanium for fiber optic communication networks, infrared night vision systems, and polymerization catalysts increased dramatically.^[24] These end uses represented 85% of worldwide germanium consumption in 2000.^[27] The US government even designated germanium as a strategic and critical material, calling for a 146 ton (132 tonne) supply in the national defense stockpile in 1987.^[24]

Germanium differs from silicon in that the supply is limited by the availability of exploitable sources, while the supply of silicon is limited only by production capacity since silicon comes from ordinary sand and quartz. While silicon could be bought in 1998 for less than $10 per kg,^[24] the price of germanium was almost $800 per kg.^[24]

Characteristics[edit]

Under standard conditions, germanium is a brittle, silvery-white, semi-metallic element.^[29] This form constitutes an allotrope known as α-germanium, which has a metallic luster and a diamond cubic crystal structure, the same as diamond.^[27] While in crystal form, germanium has a displacement threshold energy of .^[30] At pressures above 120 kbar, germanium becomes the allotrope β-germanium with the same structure as β-tin.^[31] Like silicon, gallium, bismuth, antimony, and water, germanium is one of the few substances that expands as it solidifies (i.e. freezes) from the molten state.^[31]

Germanium is a semiconductor having an indirect bandgap, as is crystalline silicon. Zone refining techniques have led to the production of crystalline germanium for semiconductors that has an impurity of only one part in 10¹⁰,^[32]
making it one of the purest materials ever obtained.^[33]
The first metallic material discovered (in 2005) to become a superconductor in the presence of an extremely strong electromagnetic field was an alloy of germanium, uranium, and rhodium.^[34]

Pure germanium is known to spontaneously extrude very long screw dislocations, referred to as germanium whiskers. The growth of these whiskers is one of the primary reasons for the failure of older diodes and transistors made from germanium, as, depending on what they eventually touch, they may lead to an electrical short.^[35]

Chemistry[edit]

Elemental germanium starts to oxidize slowly in air at around 250 °C, forming GeO₂ .^[36] Germanium is insoluble in dilute acids and alkalis but dissolves slowly in hot concentrated sulfuric and nitric acids and reacts violently with molten alkalis to produce germanates ([GeO
₃]²⁻
). Germanium occurs mostly in the oxidation state +4 although many +2 compounds are known.^[37] Other oxidation states are rare: +3 is found in compounds such as Ge₂Cl₆, and +3 and +1 are found on the surface of oxides,^[38] or negative oxidation states in germanides, such as −4 in Mg
₂Ge. Germanium cluster anions (Zintl ions) such as Ge₄²⁻, Ge₉⁴⁻, Ge₉²⁻, [(Ge₉)₂]⁶⁻ have been prepared by the extraction from alloys containing alkali metals and germanium in liquid ammonia in the presence of ethylenediamine or a cryptand.^[37][39] The oxidation states of the element in these ions are not integers—similar to the ozonides O₃⁻.

Two oxides of germanium are known: germanium dioxide (GeO
₂, germania) and germanium monoxide, (GeO).^[31] The dioxide, GeO₂ can be obtained by roasting germanium disulfide (GeS
₂), and is a white powder that is only slightly soluble in water but reacts with alkalis to form germanates.^[31] The monoxide, germanous oxide, can be obtained by the high temperature reaction of GeO₂ with Ge metal.^[31] The dioxide (and the related oxides and germanates) exhibits the unusual property of having a high refractive index for visible light, but transparency to infrared light.^[40][41] Bismuth germanate, Bi₄Ge₃O₁₂, (BGO) is used as a scintillator.^[42]

Binary compounds with other chalcogens are also known, such as the disulfide (GeS
₂), diselenide (GeSe
₂), and the monosulfide (GeS), selenide (GeSe), and telluride (GeTe).^[37] GeS₂ forms as a white precipitate when hydrogen sulfide is passed through strongly acid solutions containing Ge(IV).^[37] The disulfide is appreciably soluble in water and in solutions of caustic alkalis or alkaline sulfides. Nevertheless, it is not soluble in acidic water, which allowed Winkler to discover the element.^[43] By heating the disulfide in a current of hydrogen, the monosulfide (GeS) is formed, which sublimes in thin plates of a dark color and metallic luster, and is soluble in solutions of the caustic alkalis.^[31] Upon melting with alkaline carbonates and sulfur, germanium compounds form salts known as thiogermanates.^[44]

Four tetrahalides are known. Under normal conditions GeI₄ is a solid, GeF₄ a gas and the others volatile liquids. For example, germanium tetrachloride, GeCl₄, is obtained as a colorless fuming liquid boiling at 83.1 °C by heating the metal with chlorine.^[31] All the tetrahalides are readily hydrolyzed to hydrated germanium dioxide.^[31] GeCl₄ is used in the production of organogermanium compounds.^[37] All four dihalides are known and in contrast to the tetrahalides are polymeric solids.^[37] Additionally Ge₂Cl₆ and some higher compounds of formula Ge_nCl_2n+2 are known.^[31] The unusual compound Ge₆Cl₁₆ has been prepared that contains the Ge₅Cl₁₂ unit with a neopentane structure.^[45]

Germane (GeH₄) is a compound similar in structure to methane. Polygermanes—compounds that are similar to alkanes—with formula Ge_nH_2n+2 containing up to five germanium atoms are known.^[37] The germanes are less volatile and less reactive than their corresponding silicon analogues.^[37] GeH₄ reacts with alkali metals in liquid ammonia to form white crystalline MGeH₃ which contain the GeH₃⁻ anion.^[37] The germanium hydrohalides with one, two and three halogen atoms are colorless reactive liquids.^[37]

The first organogermanium compound was synthesized by Winkler in 1887; the reaction of germanium tetrachloride with diethylzinc yielded tetraethylgermane (Ge(C
₂H
₅)
₄).^[9] Organogermanes of the type R₄Ge (where R is an alkyl) such as tetramethylgermane (Ge(CH
₃)
₄) and tetraethylgermane are accessed through the cheapest available germanium precursor germanium tetrachloride and alkyl nucleophiles. Organic germanium hydrides such as isobutylgermane ((CH
₃)
₂CHCH
₂GeH
₃) were found to be less hazardous and may be used as a liquid substitute for toxic germane gas in semiconductor applications. Many germanium reactive intermediates are known: germyl free radicals, germylenes (similar to carbenes), and germynes (similar to carbynes).^[46][47] The organogermanium compound 2-carboxyethylgermasesquioxane was first reported in the 1970s, and for a while was used as a dietary supplement and thought to possibly have anti-tumor qualities.^[48]

Using a ligand called Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-octaethyl-s-hydrindacen-4-yl) germanium is able to form a double bond with oxygen (germanone). Germanium hydride and germanium tetrahydride are very flammable and even explosive when mixed with air.^[49]

Isotopes[edit]

Germanium occurs in 5 natural isotopes: ⁷⁰
Ge
, ⁷²
Ge
, ⁷³
Ge
, ⁷⁴
Ge
, and ⁷⁶
Ge
. Of these, ⁷⁶
Ge
is very slightly radioactive, decaying by double beta decay with a half-life of 1.78×10²¹ years. ⁷⁴
Ge
is the most common isotope, having a natural abundance of approximately 36%. ⁷⁶
Ge
is the least common with a natural abundance of approximately 7%.^[50] When bombarded with alpha particles, the isotope ⁷²
Ge
will generate stable ⁷⁷
Se
, releasing high energy electrons in the process.^[51] Because of this, it is used in combination with radon for nuclear batteries.^[51]

At least 27 radioisotopes have also been synthesized, ranging in atomic mass from 58 to 89. The most stable of these is ⁶⁸
Ge
, decaying by electron capture with a half-life of 270.95 days. The least stable is ⁶⁰
Ge
, with a half-life of 30 ms. While most of germanium’s radioisotopes decay by beta decay, ⁶¹
Ge
and ⁶⁴
Ge
decay by
β⁺
delayed proton emission.^{[50] 84}
Ge
through ⁸⁷
Ge
isotopes also exhibit minor
β⁻
delayed neutron emission decay paths.^[50]

Occurrence[edit]

Germanium is created by stellar nucleosynthesis, mostly by the s-process in asymptotic giant branch stars. The s-process is a slow neutron capture of lighter elements inside pulsating red giant stars.^[52] Germanium has been detected in some of the most distant stars^[53] and in the atmosphere of Jupiter.^[54]

Germanium’s abundance in the Earth’s crust is approximately 1.6 ppm.^[55] Only a few minerals like argyrodite, briartite, germanite, renierite and sphalerite contain appreciable amounts of germanium.^[27][56] Only few of them (especially germanite) are, very rarely, found in mineable amounts.^[57][58][59] Some zinc-copper-lead ore bodies contain enough germanium to justify extraction from the final ore concentrate.^[55] An unusual natural enrichment process causes a high content of germanium in some coal seams, discovered by Victor Moritz Goldschmidt during a broad survey for germanium deposits.^[60][61] The highest concentration ever found was in Hartley coal ash with as much as 1.6% germanium.^[60][61] The coal deposits near Xilinhaote, Inner Mongolia, contain an estimated 1600 tonnes of germanium.^[55]

Production[edit]

About 118 tonnes of germanium were produced in 2011 worldwide, mostly in China (80 t), Russia (5 t) and United States (3 t).^[27] Germanium is recovered as a by-product from sphalerite zinc ores where it is concentrated in amounts as great as 0.3%,^[62] especially from low-temperature sediment-hosted, massive Zn–Pb–Cu(–Ba) deposits and carbonate-hosted Zn–Pb deposits.^[63] A recent study found that at least 10,000 t of extractable germanium is contained in known zinc reserves, particularly those hosted by Mississippi-Valley type deposits, while at least 112,000 t will be found in coal reserves.^[64][65] In 2007 35% of the demand was met by recycled germanium.^[55]

While it is produced mainly from sphalerite, it is also found in silver, lead, and copper ores. Another source of germanium is fly ash of power plants fueled from coal deposits that contain germanium. Russia and China used this as a source for germanium.^[67] Russia’s deposits are located in the far east of Sakhalin Island, and northeast of Vladivostok. The deposits in China are located mainly in the lignite mines near Lincang, Yunnan; coal is also mined near Xilinhaote, Inner Mongolia.^[55]

The ore concentrates are mostly sulfidic; they are converted to the oxides by heating under air in a process known as roasting:

GeS₂ + 3 O₂ → GeO₂ + 2 SO₂

Some of the germanium is left in the dust produced, while the rest is converted to germanates, which are then leached (together with zinc) from the cinder by sulfuric acid. After neutralization, only the zinc stays in solution while germanium and other metals precipitate. After removing some of the zinc in the precipitate by the Waelz process, the residing Waelz oxide is leached a second time. The dioxide is obtained as precipitate and converted with chlorine gas or hydrochloric acid to germanium tetrachloride, which has a low boiling point and can be isolated by distillation:^[67]

GeO₂ + 4 HCl → GeCl₄ + 2 H₂O

GeO₂ + 2 Cl₂ → GeCl₄ + O₂

Germanium tetrachloride is either hydrolyzed to the oxide (GeO₂) or purified by fractional distillation and then hydrolyzed.^[67] The highly pure GeO₂ is now suitable for the production of germanium glass. It is reduced to the element by reacting it with hydrogen, producing germanium suitable for infrared optics and semiconductor production:

GeO₂ + 2 H₂ → Ge + 2 H₂O

The germanium for steel production and other industrial processes is normally reduced using carbon:^[68]

GeO₂ + C → Ge + CO₂

Applications[edit]

The major end uses for germanium in 2007, worldwide, were estimated to be: 35% for fiber-optics, 30% infrared optics, 15% polymerization catalysts, and 15% electronics and solar electric applications.^[27] The remaining 5% went into such uses as phosphors, metallurgy, and chemotherapy.^[27]

Optics[edit]

The notable properties of germania (GeO₂) are its high index of refraction and its low optical dispersion. These make it especially useful for wide-angle camera lenses, microscopy, and the core part of optical fibers.^[69][70] It has replaced titania as the dopant for silica fiber, eliminating the subsequent heat treatment that made the fibers brittle.^[71] At the end of 2002, the fiber optics industry consumed 60% of the annual germanium use in the United States, but this is less than 10% of worldwide consumption.^[70] GeSbTe is a phase change material used for its optic properties, such as that used in rewritable DVDs.^[72]

Because germanium is transparent in the infrared wavelengths, it is an important infrared optical material that can be readily cut and polished into lenses and windows. It is especially used as the front optic in thermal imaging cameras working in the 8 to 14 micron range for passive thermal imaging and for hot-spot detection in military, mobile night vision, and fire fighting applications.^[68] It is used in infrared spectroscopes and other optical equipment that require extremely sensitive infrared detectors.^[70] It has a very high refractive index (4.0) and must be coated with anti-reflection agents. Particularly, a very hard special antireflection coating of diamond-like carbon (DLC), refractive index 2.0, is a good match and produces a diamond-hard surface that can withstand much environmental abuse.^[73][74]

Electronics[edit]

Germanium can be alloyed with silicon, and silicon-germanium alloys are rapidly becoming an important semiconductor material for high-speed integrated circuits. Circuits utilizing the properties of Si-SiGe heterojunctions can be much faster than those using silicon alone.^[75] Silicon-germanium is beginning to replace gallium arsenide (GaAs) in wireless communications devices.^[27] The SiGe chips, with high-speed properties, can be made with low-cost, well-established production techniques of the silicon chip industry.^[27]

High efficiency solar panels are a major use of germanium. Because germanium and gallium arsenide have nearly identical lattice constant, germanium substrates can be used to make gallium-arsenide solar cells.^[76] Germanium is the substrate of the wafers for high-efficiency multijunction photovoltaic cells for space applications, such as the Mars Exploration Rovers, which use triple-junction gallium arsenide on germanium cells.^[77] High-brightness LEDs, used for automobile headlights and to backlight LCD screens, are also an important application.^[27]

Germanium-on-insulator (GeOI) substrates are seen as a potential replacement for silicon on miniaturized chips.^[27] CMOS circuit based on GeOI substrates has been reported recently.^[78] Other uses in electronics include phosphors in fluorescent lamps^[32] and solid-state light-emitting diodes (LEDs).^[27] Germanium transistors are still used in some effects pedals by musicians who wish to reproduce the distinctive tonal character of the «fuzz»-tone from the early rock and roll era, most notably the Dallas Arbiter Fuzz Face.^[79]

Other uses[edit]

Germanium dioxide is also used in catalysts for polymerization in the production of polyethylene terephthalate (PET).^[80] The high brilliance of this polyester is especially favored for PET bottles marketed in Japan.^[80] In the United States, germanium is not used for polymerization catalysts.^[27]

Due to the similarity between silica (SiO₂) and germanium dioxide (GeO₂), the silica stationary phase in some gas chromatography columns can be replaced by GeO₂.^[81]

In recent years germanium has seen increasing use in precious metal alloys. In sterling silver alloys, for instance, it reduces firescale, increases tarnish resistance, and improves precipitation hardening. A tarnish-proof silver alloy trademarked Argentium contains 1.2% germanium.^[27]

Semiconductor detectors made of single crystal high-purity germanium can precisely identify radiation sources—for example in airport security.^[82] Germanium is useful for monochromators for beamlines used in single crystal neutron scattering and synchrotron X-ray diffraction. The reflectivity has advantages over silicon in neutron and high energy X-ray applications.^[83] Crystals of high purity germanium are used in detectors for gamma spectroscopy and the search for dark matter.^[84] Germanium crystals are also used in X-ray spectrometers for the determination of phosphorus, chlorine and sulfur.^[85]

Germanium is emerging as an important material for spintronics and spin-based quantum computing applications. In 2010, researchers demonstrated room temperature spin transport^[86] and more recently donor electron spins in germanium has been shown to have very long coherence times.^[87]

Germanium and health[edit]

Germanium is not considered essential to the health of plants or animals.^[88] Germanium in the environment has little or no health impact. This is primarily because it usually occurs only as a trace element in ores and carbonaceous materials, and the various industrial and electronic applications involve very small quantities that are not likely to be ingested.^[27] For similar reasons, end-use germanium has little impact on the environment as a biohazard. Some reactive intermediate compounds of germanium are poisonous (see precautions, below).^[89]

Germanium supplements, made from both organic and inorganic germanium, have been marketed as an alternative medicine capable of treating leukemia and lung cancer.^[24] There is, however, no medical evidence of benefit; some evidence suggests that such supplements are actively harmful.^[88] U.S. Food and Drug Administration research has concluded that inorganic germanium, when used as a nutritional supplement, «presents potential human health hazard».^[48]

Some germanium compounds have been administered by alternative medical practitioners as non-FDA-allowed injectable solutions. Soluble inorganic forms of germanium used at first, notably the citrate-lactate salt, resulted in some cases of renal dysfunction, hepatic steatosis, and peripheral neuropathy in individuals using them over a long term. Plasma and urine germanium concentrations in these individuals, several of whom died, were several orders of magnitude greater than endogenous levels. A more recent organic form, beta-carboxyethylgermanium sesquioxide (propagermanium), has not exhibited the same spectrum of toxic effects.^[90]

Certain compounds of germanium have low toxicity to mammals, but have toxic effects against certain bacteria.^[29]

Precautions for chemically reactive germanium compounds[edit]

While use of germanium itself does not require precautions, some of germanium’s artificially produced compounds are quite reactive and present an immediate hazard to human health on exposure. For example, germanium chloride and germane (GeH₄) are a liquid and gas, respectively, that can be very irritating to the eyes, skin, lungs, and throat.^[91]

See also[edit]

• Germanene
• Vitrain
• History of the transistor

Notes[edit]

References[edit]

External links[edit]

• Germanium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Энергия ионизации

Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать.
Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается E_o.
Если не указано иное, то энергия ионизации — это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии
ионизации для каждого последующего электрона.

Энергия ионизации Ge:
E_o = 762 кДж/моль

— Что такое ион читайте в статье.

---

Перейти к другим элементам таблицы менделеева

Где Ge в таблице менделеева?

Скачать таблицу менделеева в хорошем качестве

Германий — химический элемент 14-й группы 4-го периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 32. Обозначается символом Ge. Простое вещество германий — типичный полуметалл серо-белого цвета, с металлическим блеском. Подобно кремнию, является полупроводником.

Германий
← Галлий | Мышьяк →
32 Si ↑ Ge ↓ Sn 32Ge
Внешний вид простого вещества
Светло-серый полуметалл с металлическим блеском
Кристалл германия
Свойства атома
Название, символ, номер	Герма́ний / Germanium (Ge), 32
Группа, период, блок	14, 4, {{{блок}}}
Атомная масса (молярная масса)	72,630(8) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Радиус атома	122,5 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность	2,01 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	-4; -2; -3; -2; -1; 0; +2; +3; +4
Энергия ионизации	1‑я: 761,2 (7,89) кДж/моль (эВ) 2‑я: 1537,0 (15,93) кДж/моль (эВ) 3‑я: 3301,2 (34,21) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	5,323 г/см³
Температура плавления	1210,6 K
Температура кипения	3103 K
Уд. теплота плавления	36,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения	328 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	23,32 Дж/(K·моль)
Молярный объём	13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	алмазная
Параметры решётки	5,660 Å
Температура Дебая	360 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 60,2 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-56-4

История открытия и этимология

В своём докладе о периодическом законе химических элементов в 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев предсказал существование нескольких неизвестных на то время химических элементов, в частности и германия. В статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, Д. И. Менделеев назвал неоткрытый элемент экасилицием (из-за его местонахождения в Периодической таблице) и предсказал его атомную массу и другие свойства.

В 1885 году в Фрайберге (Саксония) в одной из шахт был обнаружен новый минерал аргиродит. При химическом анализе нового минерала немецкий химик Клеменс Винклер обнаружил новый химический элемент. Учёному удалось в 1886 году выделить этот элемент, также химиком была отмечена схожесть германия с сурьмой. Об открытии нового элемента Винклер сообщил в двухстраничной статье, датируемой 6 февраля 1886 года и предложил в ней имя для нового элемента Germanium и символ Ge. В последующих двух больших статьях 1886—1887 гг. Винклер подробно описал свойства германия.

Первоначально Винклер хотел назвать новый элемент «нептунием», но это название было дано одному из предполагаемых элементов, поэтому элемент получил название в честь родины учёного — Германии.

Путём анализа тетрахлорида германия GeCl₄ Винклер определил атомный вес германия, а также открыл несколько новых соединений этого металла.

До конца 1930-х годов германий не использовался в промышленности. Во время Второй мировой войны германий использовался в некоторых электронных устройствах, главным образом в диодах.

Нахождение в природе

Общее содержание германия в земной коре 1,5⋅10⁻⁴% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Германий вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства с некоторыми широко распространёнными элементами обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, внедряясь в кристаллические решётки других минералов. Поэтому собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄ (6—10 % Ge), аргиродит Ag₈GeS₆ (3,6—7 % Ge), конфильдит Ag₈(Sn, Ge) S₆ (до 2 % Ge) и др. редкие минералы (ультрабазит, ранерит, франкеит). Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов. Так, например, в некоторых сфалеритах содержание германия достигает килограммов на тонну, в энаргитах до 5 кг/т, в пираргирите до 10 кг/т, в сульваните и франкеите 1 кг/т, в других сульфидах и силикатах — сотни и десятки г/т. Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти. Концентрация германия в морской воде 6⋅10⁻⁵ мг/л.

Получение

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO₂, который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:

Получение чистого германия происходит методом зонной плавки, что делает его одним из самых химически чистых материалов.

Промышленное производство германия в России

Производство германия в промышленных масштабах в России началось в 1959 году, когда на Медногорском медно-серном комбинате (ММСК) был введён в действие цех переработки пыли. Специалисты комбината под руководством А. А. Бурбы в сотрудничестве с проектным институтом «Унипромедь» разработали и внедрили в производство уникальную химико-металлургическую технологию получения германиевого концентрата путём комплексной переработки пылей шахтных металлургических печей медеплавильного производства и золы от сжигания энергетических углей, служивших топливом для электростанции. После этого СССР смог полностью отказаться от импорта германия. Впервые в мировой практике было выполнено извлечение германия из медноколчеданных руд. Пуск промышленного цеха переработки пыли на ММСК относят к крупнейшим внедрениям в цветной металлургии XX века.

В 1962 году по инициативе и при участии А. А. Бурбы аналогичное производство было создано также на Ангренском химико-металлургическом заводе (АХМЗ) в городе Ангрен в Узбекистане (ныне предприятие «Ангренэнергоцветмет»). Практически весь объём производства концентрата германия в СССР приходился на ММСК и АХМЗ. Создание крупномасштабного производства германия внесло значительный вклад в обеспечение экономической и оборонной безопасности страны. Уже в 1960-е годы Советский Союз смог отказаться от импорта германия, а в 1970-е начать его экспорт и стать мировым лидером по производству германия.

Для переработки выпускавшегося на ММСК и АХМЗ германиевого концентрата в конечные продукты (чистый германий и его соединения) в 1961—1962 гг. на Красноярском аффинажном заводе (с 1967 г. — Красноярский завод цветных металлов, затем — ОАО «Красцветмет») был создан цех по производству германия (с 1991 г. — ОАО «Германий»). В 1962—1963 гг. цех производил 600 кг монокристаллического германия в год. В 1968—1969 гг., когда внутренние потребности в германии были обеспечены, СССР впервые начал экспортировать диоксид германия, а в 1970 г. начался также экспорт поликристаллического зонноочищенного германия. СССР удерживал мировое лидерство по производству германия, увеличив выпуск металла настолько, что до 40 % производства уходило на экспорт. После распада СССР, вплоть до 2010 г., ММСК оставался единственным производителем германиевого концентрата в России. С 2010 г. производство германия в концентрате на ММСК приостановлено, а оборудование законсервировано. Одновременно с этим начато производство германия в концентрате на ООО «Германий и приложения» в г. Новомосковске Тульской области.

В 2000-х годах для получения германия в России используются германиеносные угли следующих месторождений: Павловское (Михайловский район Приморского края), Новиковское (Корсаковский городской округ Сахалинской области), Тарбагатайское (Петровск-Забайкальский район Забайкальского края). Германиеносные угли этих месторождений в среднем содержат 200 граммов германия на тонну.

Физические свойства

Германий — хрупкий, серебристо-белый полуметалл. Кристаллическая решётка устойчивой при нормальных условиях аллотропной модификации — кубическая типа алмаза.

Температура плавления 938,25 °C, температура кипения 2850 °C, плотность германия 5,33 г/см³.

Теплоёмкость германия имеет аномальный вид, а именно, содержит пик над уровнем нормальной (колебательной) составляющей, который, как пишет Ф.Зейтц : «не может быть объяснён никакой теорией, предполагающей гуковский закон сил, ибо никакая суперпозиция эйнштейновских функций не даёт кривой с максимумом» и объясняется, как и аномальность поведения теплоёмкостей гафния, алмаза и графита, больцмановским фактором, контролирующим диффузионную (диссоциационную) компоненту.

Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см³ (25 °С), жидкого — 5,557 г/см³ (1000 °С). Другие вещества, обладающие этим свойством — вода, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий, плутоний.

Германий по электрофизическим свойствам является непрямозонным полупроводником.

Основные полупроводниковые свойства нелегированного монокристаллического германия

• Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
• Ширина запрещённой зоны (при 300 К) E_g = 0,67 эВ
• Собственная концентрация n_i=2,33⋅10¹³ см⁻³
• Эффективная масса:
  • электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀
  • электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀
  • дырок, тяжёлых: m_hh=0,379m₀
  • дырок, лёгких: m_hl=0,042m₀
• Энергия сродства к электрону: χ = 4,0 эВ.

Легированный галлием германий в виде тонкой плёнки переходит при низких температурах в сверхпроводящее состояние.

Изотопы

Природный германий состоит из смеси пяти изотопов: ⁷⁰Ge (20,55 % ат.), ⁷²Ge (27,37 %), ⁷³Ge (7,67 %), ⁷⁴Ge (36,74 %), ⁷⁶Ge (7,67 %).

Первые четыре изотопа стабильны, пятый (⁷⁶Ge) весьма слабо радиоактивен и испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58⋅10²¹ лет.

Искусственно получено 27 радиоизотопов с атомными массами от 58 до 89. Наиболее стабильным из радиоизотопов является ⁶⁸Ge, с периодом полураспада 270,95 суток. А наименее стабильным — ⁶⁰Ge, с периодом полураспада 30 мс.

Химические свойства

В химических соединениях германий обычно проявляет степени окисления +4 или +2. При этом соединения со степенью окисления +2 неустойчивы и стремятся перейти в степень окисления +4. При нормальных условиях германий устойчив к действию воздуха и воды, разбавленных щелочей и кислот. Медленно растворяется в горячих концентрированных растворах серной и азотной кислот:

Растворяется в щелочах лишь в присутствии окислителей (например, или ):

Растворим в расплавах щелочей с образованием германатов. Германий окисляется на воздухе до при температуре красного каления, взаимодействие с или парами серы приводит к . Реакции с и дают соответственно и , а реакция с — смесь и .

Растворим в царской водке и в смеси концентрированных плавиковой и азотной кислот:

Соединения германия

Неорганические

Халькогениды

Анионные

Различные сложные комплексные соединения

Органические

Германийорганические соединения — металлоорганические соединения содержащие связь «германий-углерод». Иногда ими называются любые органические соединения, содержащие германий.

Первое германоорганическое соединение — тетраэтилгерман, было синтезировано немецким химиком Клеменсом Винклером (нем. Clemens Winkler) в 1887 году

• Тетраметилгерман (Ge(CH₃)₄)
• Тетраэтилгерман (Ge(C₂H₅)₄).
• Изобутилгерман ((CH₃)₂CHCH₂GeH₃)

Применение

В 2007 году основными потребителями германия были: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия.

Оптика

• Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм, оптических окон датчиков. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 микрон. Это диапазон для наиболее популярных инфракрасных матриц на микроболометрах используемых в системах пассивного тепловидения, военных системах инфракрасного наведения, приборах ночного видения, противопожарных системах. Германий также используется в ИК-спектроскопии в оптических приборах, использующих высокочувствительные ИК-датчики. Германий проигрывает по пропускающей способности света в диапазоне от 8 до 14 микрон сульфиду цинка. Однако германий в отличие от сульфида цинка продолжает пропускать порядка 25 % инфракрасного излучения до длины волны 23 микрона, поэтому является одним из основных материалов для длинноволновой инфракрасной оптики, обычно используемой в военных прицелах.
• Оптические детали из Ge обладают очень высоким показателем преломления (4,0) и обязательно требует использования просветляющих покрытий. В частности, используется покрытие из очень твёрдого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0.
• Наиболее заметные физические характеристики оксида германия (GeO₂) — его высокий показатель преломления и низкая оптическая дисперсия. Эти свойства находят применение в изготовлении широкоугольных объективов камер, микроскопии, и производстве оптического волокна.
• Тетрахлорид германия используется в производстве оптоволокна, так как образующийся в процессе разложения этого соединения диоксид германия удобен для данного применения благодаря своему высокому показателю преломления и низкому оптическому рассеиванию и поглощению.
• Сплав GeSbTe используется при производстве перезаписываемых DVD. Сущность перезаписи заключается в изменении оптических свойств этого соединения при фазовом переходе под действием лазерного излучения.

Радиоэлектроника

• До 1970-х годов германий был основным полупроводниковым материалом электронной промышленности и широко использовался в производстве транзисторов и диодов. Впоследствии германий был полностью вытеснен кремнием. Германиевые транзисторы и диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания p-n-перехода в германии — 0,35…0,4 В против 0,6…0,7 В у кремниевых приборов. Кроме того, обратные токи у германиевых приборов имеют сильную зависимость от температуры, и на несколько порядков больше таковых у кремниевых — скажем, в одинаковых условиях кремниевый диод будет иметь обратный ток 10 пА, а германиевый — 100 нА, что в 10000 раз больше. Также у германиевых приборов значительно выше шум и ниже температура, при которой происходит разрушение p-n-переходов. По советскому ГОСТ 10862-64 (1964 г.) и более поздним стандартам германиевые полупроводниковые приборы имеют обозначение, начинающиеся с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — высокочастотные маломощные транзисторы, ГД507 — импульсный диод. До того транзисторы имели индексы, начинающиеся с букв С, Т или П (МП), а диоды — Д, и определить материал прибора по индексу было сложнее. Диоды и транзисторы с индексами меньше 100, были германиевыми, от 100 до 199, — кремниевыми. Далее индексы зависели от частоты и мощности, причём, у транзисторов и диодов правила отличались. До конца 1960-х гг. германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно, в настоящее время германиевые диоды и транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми, как имеющими значительно лучшие эксплуатационные характеристики.
• Сейчас в электронике германий используется в СВЧ-устройствах, как составная часть структур SiGe, позволяя достичь субтерагерцовых частот. Работы Жореса Алфёрова по структурам SiGe, в частности, заложили основу этого направления.
• Теллурид германия применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Прочие применения

• Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.
• В ювелирном сплаве Argentium® (серебро пробы 935 либо 960) германий является легирующим элементом, обеспечивающим формирование прозрачного и стойкого защитного оксидного слоя на поверхности изделий.

Экономика

Цены

Средние цены на германий в 2007 году

• Германий металлический $1200/кг
• Германия диоксид $840/кг

Биологическая роль

Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.

Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны.

Германий (от латинского Germanium), обозначается «Ge», элемент IV-й группы периодической системы химических элементов Дмитрия Менделеева; порядковый номер элемента 32, атомная масса составляет 72,59. Германий — твёрдое вещество с металлическим блеском, имеющее серо-белый цвет. Хотя если честно, иногда он может быть серым как сталь, иногда серебристым, а иногда и вовсе черным. Внешне германий довольно близок к кремнию.

1. В своём докладе о периодическом законе химических элементов в 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев предсказал существование нескольких неизвестных на то время химических элементов, в частности и германия. В статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года, Д. И. Менделеев назвал неоткрытый элемент экасилицием (из-за его местонахождения в Периодической таблице) и предсказал его атомную массу и другие свойства. В 1885 году в Фрайберге (Саксония) в одной из шахт был обнаружен новый минерал аргиродит. При химическом анализе нового минерала немецкий химик Клеменс Винклер обнаружил новый химический элемент. Учёному удалось в 1886 году выделить этот элемент, также химиком была отмечена схожесть германия с сурьмой. Об открытии нового элемента Винклер сообщил в двухстраничной статье, датируемой 6 февраля 1886 года и предложил в ней имя для нового элемента Germanium и символ Ge. В последующих двух больших статьях 1886-1887 гг. Винклер подробно описал свойства германия.

2. Первоначально Винклер хотел назвать новый элемент «нептунием», но это название было дано одному из предполагаемых элементов, поэтому элемент получил название в честь родины учёного — Германии.

3. Германий можно отнести к рассеянным элементам. В природе элемент вообще не встречается в свободном виде. Общее содержание германия в земной коре 1,5⋅10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Это больше чем содержание таких химических элементов, как серебро, сурьма или висмут. Но вот собственные минералы германия довольно дефицитны и весьма редко встречаются в природе.

4. Металлический германий устойчив на воздухе при комнатной температуре и быстро окисляется при температуре выше красного каления (600-700°С) с образованием двуокиси, твёрдый германий не реагирует с азотом, водородом; жидкий германий при температуре 1000-1100°С взаимодействует с водородом.

5. Температура плавления германия составляет 938,25 °C, а температура кипения 2850 °C.

6. Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см3 (25 °С), жидкого — 5,557 г/см3 (1000 °С). Другие вещества, обладающие аналогичным свойством — вода, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий.

7. Германий по электрофизическим свойствам является непрямозонным полупроводником.

8. Германий проводит ток не только в стандартном виде, но и в твердых растворах.

9. Слиток германия стоит практически столько же, сколько и слиток золота. Металл очень хрупок, почти как стекло, поэтому, уронив такой слиток, есть большая вероятность того, что металл просто разобьется.

10. Германий устойчив к воздействию растворов соляной и серной кислот, он не вступает во взаимодействие с растворами щелочей. При этом данный металл довольно быстро растворяется в царской водке (семи азотной и соляной кислот), а также в щелочном растворе пероксида водорода.

11. Германий был обнаружен на поверхности солнца, а также в составе упавших с космоса метеоритов.

12. Германий — это элемент, который впервые стали применять в Японии для медицинских целей. После многочисленных исследований германийорганических соединений, проводимых на животных, а также в ходе исследований на людях, удалось обнаружить положительное воздействие таких руд на живые организмы. В 1967 году доктору К. Асаи удалось обнаружить тот факт, что у органического германия существует огромный спектр биологического воздействия.

13. Именно этот металл является стимулятором размножения клеток иммунитета. Он, в виде органических соединений, позволяет формировать гамма-интерфероны, которые подавляют размножение микробов.

14. Разведанные запасы германия в мире составляют около 1 000 тонн. Почти половина из них сокрыта в недрах США. Еще 410 тонн — достояние Китая.

15. Годовое производство германия колеблется в пределах 100-120 тонн, в зависимости от спроса.

16. Производство германия в промышленных масштабах в России началось в 1959 году, когда на Медногорском медно-серном комбинате (ММСК) был введён в действие цех переработки пыли. Специалисты комбината под руководством А. А. Бурбы в сотрудничестве с проектным институтом «Унипромедь» разработали и внедрили в производство уникальную химико-металлургическую технологию получения германиевого концентрата путём комплексной переработки пылей шахтных металлургических печей медеплавильного производства и золы от сжигания энергетических углей, служивших топливом для электростанции. После этого СССР смог полностью отказаться от импорта германия. Впервые в мировой практике было выполнено извлечение германия из медноколчеданных руд. Между прочим, пуск промышленного цеха переработки пыли на ММСК относят к крупнейшим внедрениям в цветной металлургии XX века. Далее для переработки выпускавшегося на ММСК германиевого концентрата в конечные продукты (чистый германий и его соединения) в 1961-1962 гг. на Красноярском аффинажном заводе (с 1967 г. — Красноярский завод цветных металлов) был создан цех по производству германия. В 1962—1963 гг. цех производил 600 кг монокристаллического германия в год. В 1968-1969 гг., когда внутренние потребности в германии были обеспечены, СССР впервые начал экспортировать диоксид германия, а в 1970 г. начался также экспорт поликристаллического зонноочищенного германия.

17. До конца 1930-х годов германий не использовался в промышленности. Элемент не обладает такой прочностью как вольфрам или титан, он не служит неисчерпаемым источником энергии как плутоний или уран, электропроводность материала также далеко не самая высокая, да и в промышленной технике главным металлом является железо. Несмотря на это, германий является одной из важнейших составляющих технического прогресса нашего общества, т.к. он еще раньше, даже чем кремний стал использоваться как полупроводниковый материал. Сегодня основными потребителями германия являются: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия. Также германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

18. Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков. Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.

19. Германий можно отнести к редким микроэлементам. Он присутствует во большом количестве различных продуктов, но в мизерных дозах. Суточная доза потребления органического германия установлено в размере 8-10 мг. Оценка 125-ти пищевых продуктов показала, что ежедневно с пищей в организм поступает около 1,5 мг германия. Содержание микроэлемента в 1 г сырых продуктов составляет около 0.1 – 1.0 мкг. Германий содержится в молоке, томатном соке, лососине, бобах. Но для того, чтобы удовлетворить суточную потребность в германии, следует выпивать ежедневно по 10 литров томатного сока или употреблять в пищу около 5 килограмм лососины. На территории России около 80-90% населения имеет недостаток германия, именно поэтому были разработаны специальные препараты.

20. Германий препятствует образованию злокачественных опухолей, не дает развиваться метастазам. Органические соединения данного химического элемента способствуют выработке интерферона, защитной белковой молекулы, которая вырабатывается организмом в качестве защитной реакции на появление инородных тел.

Германий (Ge)
Атомный номер Категория — полуметалл Внешний вид простого вещества Кристалл германия — светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	72,61 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	137 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	760,0(7,88) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+4e)53(+2e)пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,01
Электродный потенциал	0
Степени окисления	4
Термодинамические свойства
Плотность	5,323 г/см³
Удельная теплоёмкость	0,322 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	60.2 Вт/(м·K)
Температура плавления	1210 K
Теплота плавления	36,8 кДж/моль
Температура кипения	3103 K
Теплота испарения	38,8 кДж/моль
Молярный объём	13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	алмаз
Период решётки	5,660 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	360,00 K
Температура Дебая — 360,00 К

Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе, обозначается символом Ge (нем. Germanium).

История

Элемент был предсказан великим русским учёным Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆.

Химический элемент Германий назван в честь Германии, родины Винклера.

Месторасположение

Общее содержание Германия в земной коре 7 на в минус четвертой % по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы Германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄, аргиродит Ag₈GeS₆, конфильдит Ag₈(Sn, Ce) S₆ и др. Основная масса Г. рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов: в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, Г. присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.^[1]

Получение

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO₂,который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:
GeO₂+2H₂=Ge+2H₂O.

Физические свойства

Кристаллическая решётка германия кубическая гранецентрированная по типу алмаза, параметр а = 5,660 Å. Германий как и кремний отличается ценными оптическими характеристиками — способность пропускать ИК-лучи. Важно, обладая низкой дисперсией, высокой прозрачностью и коэффициентом преломления n=1,7 (кремний n=3,4) в композициях шихты с кремнием в разных соотнешениях позволяют изготакливать линзы с нужным показателем преломления.(линзы анастигматов и зумов изготавливают в первую очередь с подбором характериситк по показетелю преломления). Линзы, (объективы) прозрачных для (пропускающих) ИК-лучей при изготовлении применяют в качестве основных оптических материалов как кремний, германий .

Механические свойства

• Модуль упругости E, ГПа — 82
• Скорость звука (t=20÷25°C) в различных напрвлениях ·1000 м/с.^[2]
  • L₁₀₀ : 4,92
  • S₁₀₀ : 3,55
  • L₁₁₀ : 5,41
  • S₁₁₀ : 2,75
  • L₁₁₁ : 5,56
  • S₁₁₁ : 3,04

Электронные свойства

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

• Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
• Ширина запрещённой зоны (300 К) E_g = 0,67 эВ
• Собственная концентрация n_i=2,33×10¹³ см^{−3 [3]}
• Эффективная масса ^[4]:
  • электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀ ^[5]
  • электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀^[6]
  • дырок, тяжелых: m_hh=0,379m₀
  • дырок, легких: m_hl=0,042m₀
• Электронное сродство: χ = 4,0 эВ ^[7]

Изотопы

В природе встречается пять изотопов: ⁷⁰Ge (20,55% масс.), ⁷²Ge (27,37%), ⁷³Ge (7,67), ⁷⁴Ge (36,74%), ⁷⁶Ge (7,67%).
Первые четыре стабильны, пятый (⁷⁶Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58×10²¹ лет.
Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: ⁶⁸Ge (время полураспада 270,8 дня) и ⁷¹Ge (время полураспада 11,26 дня).

Химические свойства

В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2.
Соединения с валентностью 4 стабильнее.
При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода.
Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.

Соединения германия

Основная статья: Соединения германия

Неорганические

• Гидриды

• Оксиды

• Галогениды

Органические

• Тетраметилгерман (Ge(CH₃)₄)
• Тетраэтилгерман (Ge(C₂H₅)₄).
• Изобутилгерман ((CH₃)₂CHCH₂GeH₃)

Применение

Металлургия

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Ядерная энергетика

Германий широко применяется в ядерной энергетике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

Электроника и радиотехника

В радиотехнике, германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания pn-перехода в германии — 0.4В против 0.6В у кремниевых приборов. В своё время германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно в радиоприёмниках и других конструкциях. Например, схема JOULE^[8] (в отечественной радиотехнике известная как блокинг-генератор) позволяет питать трёхвольтовый светодиод от 0,6 В, если в ней применён кремниевый транзистор, и начиная всего с 0,125 В, если германиевый. HI-End усилители на германиевых транзисторах обладают качеством звука, сопоставимым с усилителями на радиолампах, т.к. германиевые транзисторы мягче переключатся в схемах усилителя класса «AB», имеют более линейную переходную характеристику (чем сопоставимые кремниевые транзисторы тех же лет выпуска), и не пропускают гармоники дальше пятой (тогда как кремниевые — до 11-той — из-за чего звук становится «жестким» на высоких частотах). В классификации радиоэлектроники по советскому ГОСТу кремниевые полупроводниковые элементы обозначались, начиная с буквы К или с цифры 2, а германиевые с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — германиевые высокочастотные маломощные транзисторы. Существует старая система обозначений, например, П210,213,214,217, и некоторые транзисторы «МПxx» — также германиевые. Ещё более высоким частотным потенциалом (имеется ввиду подвижность носителей заряда в полупроводниках, а не скорость работы готового полупропроводникового прибора) обладает арсенид галлия, применяемый в светодиодах. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы полностью вытеснены кремниевыми и не выпускаются ни в одной стране мира. Найти их можно только в старых радиоаппаратах либо из запасов радиолюбителей тех лет.

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Диоксид германия также используется как катализатор в производстве смолы терефталата полиэтилена,^[9] и для производства других примесей или химсоединений германия.

Медицина

Для медицинских нужд германий первыми начали применять в Японии. Испытания различных германийорганических соединений в опытах на животных и в клинических испытаниях на людях показали, что они в разной степени положительно влияют на организм человека.

В 1967 г. доктор К. Асаи обнаружил, что органический германий, способ синтеза которого был ранее разработан в нашей стране, обладает широким спектром биологического действия.

Биологические свойства органического германия:

• обеспечение перенос кислорода в тканях организма;
• повышение иммунного статуса организма;
• проявление противоопухолевой активности.

Японскими учеными был создан первый препарат с содержанием органического германия «Германий – 132», который используется для коррекции иммунного статуса при различных заболеваниях человека.

В России как оычно биологическое действие германия изучалось давно, но создание первого российского препарата «Гермавит» стало возможным только в 2000 г., когда финансы в развитие науки и, в частности, медицины стали вкладывать российские бизнесмены, понимающие, что здоровье нации требует самого пристального внимания, а его укрепление без должного финансирования — это разговоры, не решающие важнейшей социальной задачи нашего времени.

Оптическое стекло

Германий в виде диоксида GeO₂ находит широкое применение в изготовлении оптических устройств как линз, объективов и др., применяемых в оптической промышленности.

Свойства оптического стекла из GeO₂:

• Коэффициент преломления n=1.7;
• Дополнительно высокая прозрачность к ИК-лучам света;
• Низкая дисперсия;
• Высокая твёрдость.

Это делают его полезным как оптический материал для изготовления широкоугольных объективов, применения линз в оптическом микроскопе.

Смесь кремниевого диоксида и диоксида германия («кварц-germania») используется как оптический материал для оптоволокон и оптических волноводов.

Правильная дозировка примесей диоксида германия с элементами кварца, кремниевыми составляющими и др. при приготовлении шихты при стекловарении позволяет точно контролировать и регулировать величину коэффициента преломления линз. Например, очки из кварца-германия имеют более низкую вязкость и более высокий преломляющий коэффициент, нежели чем очки из чистого кварца.

В оптоволоконном производстве Германий сейчас заменяет титан как примесь кварца для волокна из кварца, устраняя потребность в последующей термообработке, которая делает волокна ломкими.^[10]

Прочие области применения

Теллурид германия издавна применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Диоксид германия также используется как катализатор в производстве смолы терефталата полиэтилена,^[11] и для производства других примесей или химсоединений германия.

Качере Бровина («генератор Бровина-Теслы»)^[12] лучше работает на германиевых транзисторах.

Цены

Средние цены на германий в 2007 году /по материалам infogeo.ru/metalls

• Германий металлический $1200/кг
• Германий диоксид (двуокись) $840/кг

Изотопы

Основная статья: Изотопы германия

Биологическая роль

Биологические свойства органического германия:

• обеспечение перенос кислорода в тканях организма;
• повышение иммунного статуса организма;
• проявление противоопухолевой активности.^[13]

Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

Для животных германий малотоксичен. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, т.е. такая же, как и для асбестовой пыли.

Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны ^[14].

См.также

• Соединения германия
• Названия химических элементов на различных языках
• Кремний
• Углерод

Литература

• Тананаев И. В., Шпирт М. Я. Химия германия. М., «Химия», 1967. 451 с.

Ссылки

• Германий на Webelements
• Германий в Популярной библиотеке химических элементов

Периодическая система элементов

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Iа

IIа

IIIб

IIIб: лантаноиды и актиноиды

IVб

Vб

VIб

VIIб

VIIIб

Iб

IIб

IIIа

IVа

Vа

VIа

VIIа

VIIIа

Химические семейства элементов периодической таблицы

Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

Запрос «Ge» перенаправляется сюда; о корпорации см. General Electric.

32 Галлий ← Германий → Мышьяк 32Ge
Внешний вид простого вещества
Светло-серый полупроводник с металлическим блеском
Свойства атома
Имя, символ, номер	Герма́ний / Germanium (Ge), 32
Атомная масса (молярная масса)	72,61 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Радиус атома	137 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+4e) 53 (+2e) 73 пм
Электроотрицательность	2,01 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	4, 2
Энергия ионизации (первый электрон)	760,0 (7,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	5,323 г/см³
Температура плавления	1210,6 K
Температура кипения	3103 K
Теплота плавления	36,8 кДж/моль
Теплота испарения	328 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	23,32[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	13,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	алмазная
Параметры решётки	5,660 Å
Температура Дебая	360 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 60,2 Вт/(м·К)

Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе, обозначается символом Ge (нем. Germanium).

История

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт^[2][3] в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером, профессором Фрейбергской горной академии, при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆.

Происхождение названия

Назван в честь Германии, родины Винклера.

Нахождение в природе

Общее содержание германия в земной коре 1,5·10⁻⁴% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Германий вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства с некоторыми широко распространёнными элементами обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, внедряясь в кристаллические решётки других минералов. Поэтому собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄ (6 — 10 % Ge), аргиродит Ag₈GeS₆ (3,6 — 7 % Ge), конфильдит Ag₈(Sn, Ge) S₆ (до 2 % Ge) и др. редкие минералы (ультрабазит, ранерит, франкеит). Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов. Так, например, в некоторых сфалеритах содержание германия достигает килограммов на тонну, в энаргитах до 5 кг/т, в пираргирите до 10 кг/т, в сульваните и франкеите 1 кг/т, в других сульфидах и силикатах — сотни и десятки г/т. Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти. Концентрация германия в морской воде 6·10⁻⁵ мг/л^[4].

Получение

Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO₂, который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:

GeO₂ + 2H₂ = Ge + 2H₂O.

Очистка и выращивание монокристаллов германия производится методом зонной плавки.

Физические свойства

Кристаллическая решётка германия — кубическая гранецентрированная типа алмаза, пространственная группа F d3m, постоянная решётки а = 0,5658 нм. Германий — один из немногих элементов и веществ, плотность которого в жидком состоянии (5,57 г/см³) выше, чем в твёрдом (5,33 г/см³). Другие, например, — кремний, галлий, висмут, вода.

Механические свойства^[5]

• Модуль упругости E, ГПа — 82

• Скорость звука (t=20÷25 °C) в различных направлениях ·1000 м/с.
  • L₁₀₀ : 4,92
  • S₁₀₀ : 3,55
  • L₁₁₀ : 5,41
  • S₁₁₀ : 2,75
  • L₁₁₁ : 5,56
  • S₁₁₁ : 3,04

Электронные свойства

Германий является типичным непрямозонным полупроводником.

• Статическая диэлектрическая проницаемость ε = 16,0
• Ширина запрещённой зоны (300 К) E_g = 0,67 эВ
• Собственная концентрация n_i=2,33·10¹³ см^−3[5]
• Эффективная масса^[6]:
  • электронов, продольная: m_II=1,58m₀, m_II=1,64m₀^[7]
  • электронов, поперечная: m_┴=0,0815m₀ , m_┴=0,082m₀^[7]
  • дырок, тяжелых: m_hh=0,379m₀
  • дырок, легких: m_hl=0,042m₀
• Электронное сродство: χ = 4,0 эВ^[7]

Легированный галлием германий в тонкой плёнке можно привести в сверхпроводящее состояние^[8].

Изотопы

В природе встречается пять изотопов: ⁷⁰Ge (20,55 % масс.), ⁷²Ge (27,37 %), ⁷³Ge (7,67 %), ⁷⁴Ge (36,74 %), ⁷⁶Ge (7,67 %). Первые четыре стабильны, пятый (⁷⁶Ge) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 1,58·10²¹ лет. Кроме этого существует два «долгоживущих» искусственных: ⁶⁸Ge (время полураспада 270,8 дня) и ⁷¹Ge (время полураспада 11,26 дня).

Химические свойства

В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.

Соединения германия

Неорганические

• Гидриды

• Оксиды

• Гидроксиды
  • Гидроксид германия(II)

• Соли

Органические

Германийорганические соединения — металлоорганические соединения содержащие связь «германий-углерод». Иногда ими называются любые органические соединения, содержащие германий.

Первое германоорганическое соединение — тетраэтилгерман, было синтезировано немецким химиком Клеменсом Винклером (нем. Clemens Winkler) в 1887 году

• Тетраметилгерман (Ge(CH₃)₄)
• Тетраэтилгерман (Ge(C₂H₅)₄).
• Изобутилгерман ((CH₃)₂CHCH₂GeH₃)

Применение

Оптика

• Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм, оптических окон датчиков^[9][10]. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 микрон. Такие устройства используются в системах пассивного тепловидения, военных системах инфракрасного наведения, приборах ночного видения, противопожарных системах. Германий также используется в ИК-спектроскопии в оптических приборах, использующих высокочувствительные ИК-датчики^[10]. Оптические детали из Ge обладают очень высоким показателем преломления (4,0) и обязательно требует использования просветляющих покрытий. В частности, используется покрытие из очень твердого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0^[11][12].
• Наиболее заметные физические характеристики оксида германия (GeO₂) — его высокий показатель преломления и низкая оптическая дисперсия. Эти свойства находят применение в изготовлении широкоугольных объективов камер, микроскопии, и производстве оптического волокна.
• Тетрахлорид германия используется в производстве оптоволокна, так как образующийся в процессе разложения этого соединения диоксид германия удобен для данного применения благодаря своему высокому показателю преломления и низкому оптическому рассеиванию и поглощению.
• Сплав GeSbTe используется при производстве перезаписываемых DVD. Сущность перезаписи заключается в изменении оптических свойств этого соединения при фазовом переходе под действием лазерного излучения.^[13]

Радиоэлектроника

• Германий используется в производстве полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов. Германиевые транзисторы и детекторные диоды обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания p-n-перехода в германии — 0,35…0,4 В против 0,6…0,7 В у кремниевых приборов^[14]. Кроме того, обратные токи у германиевых приборов на несколько порядков больше таковых у кремниевых — скажем, в одинаковых условиях кремниевый диод будет иметь обратный ток 10 пА, а германиевый — 100 нА, что в 10000 раз больше^[15]. До 1960-х гг. германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно. По советскому ГОСТ 10862-64 (1964 г.) и более поздним стандартам германиевые полупроводниковые приборы имеют обозначение, начинающиеся с буквы Г или цифры 1, например: ГТ313, 1Т308 — высокочастотные маломощные транзисторы, ГД507 — импульсный диод. До того транзисторы имели индексы, начинающиеся с букв С, Т или П (МП), а диоды — Д, и определить материал прибора по индексу было невозможно; впрочем, большинство из них были германиевые. В настоящее время германиевые диоды и транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми.
• Теллурид германия применяется как стабильный термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 50 мкВ/К).

Прочие применения

• Германий широко применяется в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения.

Экономика

Цены

Средние цены на германий в 2007 году^[17]

• Германий металлический $1200/кг
• Германий диоксид (двуокись) $840/кг

Биологическая роль

Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.

Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.

Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны^[18].

См. также

• Кремний
• Арсенид галлия

Примечания

Литература

• Германий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

	Германий на Викискладе?

• Германий на Webelements
• Германий в Популярной библиотеке химических элементов

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H		He
2	Li	Be		B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg		Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca		Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Lv	Uus	Uuo
Щелочные металлы  Щёлочноземельные металлы  Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы

Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.

Соединения германия

Бромид германия(II) (GeBr2) • Бромид германия(IV) (GeBr4) • Гексагидроксогерманид натрия (Na2[Ge(OH)6]) • Гексафторогерманат калия (K2[GeF6]) • Гексафторогерманат рубидия (Rb2[GeF6]) • Гексафторогерманат цезия (Cs2[GeF6]) • Герман (GeH4) • Германат натрия (Na2GeO3) • Гидрид германия(II) (GeH2) • Гидроксид германия(II) (Ge(OH)2) • Дигерман (Ge2H6) • Имид германия (IV) (Ge(NH)2) • Иодид германия(II) (GeI2) • Иодид германия(IV) (GeI4) • Метагерманат лития (Li2GeO3) • Нитрид германия(II) (Ge3N2) • Нитрид германия(IV) (Ge3N4) • Оксид германия(II) (GeO) • Оксид германия(IV) (GeO2) • Селенид германия(II) (GeSe) • Селенид германия(IV) (GeSe2) • Сульфат германия(IV) (Ge(SO4)2) • Сульфид германия(II) (GeS) • Сульфид германия(IV) (GeS2) • Тетраметилгерманий (Ge(CH3)4) • Тетраэтилгерманий (Ge(C2H5)4) • Теллурид германия (GeTe) • Трибромгерман (GeHBr3) • Тригерман (Ge3H8) • Трииодгерман (GeHI3) • Трихлоргерман (GeHCl3) • Фторид германия(II) (GeF2) • Фторид германия(IV) (GeF4) • Хлорид германия(II) (GeCl2) • Хлорид германия(IV) (GeCl4)