Germanyum - Germanium

Germanyum,  32 Ge
Düzensiz bölünmüş yüzeyli grimsi parlak blok
Germanyum
Telaffuz / ɜːr m n i'nin ə m / ( jur- MAYIS -nee-əm )
Dış görünüş grimsi beyaz
Standart atom ağırlığı A r, std (Ge) 72.630(8)
Periyodik tablodaki Germanyum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessin Oganesson
Si

Ge

Sn
galyumgermanyumarsenik
Atom numarası ( Z ) 32
Grup grup 14 (karbon grubu)
Dönem 4. dönem
Engellemek   p-blok
Elektron konfigürasyonu [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 2
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 4
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP sağlam
Erime noktası 1211,40  K ​(938,25 °C, ​1720,85 °F)
Kaynama noktası 3106 K ​(2833 °C, ​5131 °F)
Yoğunluk ( rt yakın  ) 5,323 g / cc 3.
sıvı olduğunda (  mp'de ) 5.60 g / cc 3.
Füzyon ısısı 36,94  kJ/mol
Buharlaşma ısısı 334 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi 23.222 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P  (Pa) 1 10 100 1 bin 10 bin 100 bin
de  T  (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
atomik özellikler
oksidasyon durumları -4 -3, -2, -1, 0, +1, +2 , +3, +4 amfoterik oksit)
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 2.01
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı ampirik: 122  pm
kovalent yarıçap 122 öğleden sonra
Van der Waals yarıçapı 211 pm
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
Germanyumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum ilkel
Kristal yapı yüzey merkezli elmas kübik
Germanyum için elmas kübik kristal yapı
Ses hızı ince çubuk 5400 m/s (20 °C'de)
Termal Genleşme 6,0 µm/(m⋅K)
Termal iletkenlik 60,2 W/(m⋅K)
elektrik direnci 1 Ω⋅m (20 °C'de)
Bant boşluğu 0,67  eV (300 K'da)
Manyetik sıralama diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık -76,84 x 10 -6  cm 3 / mol
Gencin modülü 103 not ortalaması
Kayma modülü 41 not ortalaması
toplu modül 75 GPa
Poisson oranı 0.26
Mohs sertliği 6.0
CAS numarası 7440-56-4
Tarih
adlandırma Almanya'dan sonra kaşifin anavatanı
Tahmin Dimitri Mendeleyev (1869)
keşif Clemens Winkler (1886)
Germanyumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
68 Ge 270,95 gün ε 68 Ga
70 Ge %20.52 kararlı
71 Ge 11,3 gün ε 71 Ga
72 Ge %27,45 kararlı
73 Ge %7,76 kararlı
74 Ge %36.7 kararlı
76 Ge %7,75 1,78×10 21  yıl β - β - 76 Se
Kategori Kategori: Germanyum
| Referanslar

Germanyum a, kimyasal element ile sembolü Ge ve atom numarası 32 bir parlak, sert kırılgan, grimsi beyaz bir metaloid olarak karbon grubu , grup komşular kimyasal olarak benzer, silikon ve kalay . Saf germanyum, temel silikona benzer bir görünüme sahip bir yarı iletkendir . Silisyum gibi, germanyum da doğal olarak reaksiyona girer ve doğada oksijenle kompleksler oluşturur .

Nadiren yüksek konsantrasyonda göründüğü için, germanyum kimya tarihinde nispeten geç keşfedildi . Germanyum , yerkabuğundaki elementlerin göreceli bolluğunda ellinci sırada yer alır . 1869'da Dmitri Mendeleev periyodik tablodaki konumundan varlığını ve bazı özelliklerini tahmin etti ve elementi ekasilicon olarak adlandırdı . Yaklaşık yirmi yıl sonra, 1886'da Clemens Winkler , gümüş ve kükürt ile birlikte yeni elementi , argyrodit adı verilen nadir bir mineralde buldu . Yeni element görünüşte arsenik ve antimuan gibi görünse de , bileşiklerdeki birleştirme oranları Mendeleev'in silikonun bir göreli tahminleriyle uyumluydu. Winkler elemente ülkesinin adını verdi, Almanya . Bugün, germanyum öncelikle sfaleritten ( çinkonun birincil cevheri ) çıkarılır , ancak germanyum ticari olarak gümüş , kurşun ve bakır cevherlerinden de elde edilir .

Elemental germanyum, transistörlerde ve diğer çeşitli elektronik cihazlarda yarı iletken olarak kullanılır . Tarihsel olarak, yarı iletken elektroniğin ilk on yılı tamamen germanyuma dayanıyordu. Şu anda, başlıca son kullanımlar fiber optik sistemler, kızılötesi optikler , güneş pili uygulamaları ve ışık yayan diyotlardır (LED'ler). Germanyum bileşikleri ayrıca polimerizasyon katalizörleri için kullanılır ve son zamanlarda nanotellerin üretiminde kullanım alanı bulmuştur . Bu element , organometalik kimyada yararlı olan tetraetilgermanyum gibi çok sayıda organogermanyum bileşiği oluşturur . Germanyum, teknoloji açısından kritik bir unsur olarak kabul edilir .

Germanyumun herhangi bir canlı organizma için gerekli bir element olduğu düşünülmemektedir . Bazı karmaşık organik germanyum bileşikleri, olası farmasötikler olarak araştırılmaktadır, ancak hiçbiri henüz başarılı olduğu kanıtlanmamıştır. Silikon ve alüminyuma benzer şekilde, doğal olarak oluşan germanyum bileşikleri suda çözünmez olma eğilimindedir ve bu nedenle çok az oral toksisiteye sahiptir . Bununla birlikte, sentetik çözünür germanyum tuzları nefrotoksiktir ve halojenler ve hidrojen içeren sentetik kimyasal olarak reaktif germanyum bileşikleri tahriş edici ve toksinlerdir.

Tarih

Germanyum tahmini, "?=70" (periyodik tablo 1869)

Rus kimyager Dmitri Mendeleev , 1869'da Kimyasal Elementlerin Periyodik Yasası hakkındaki raporunda, silikon ve kalay arasında bulunan karbon ailesindeki bir boşluğu dolduracak olan da dahil olmak üzere, bilinmeyen birkaç kimyasal elementin varlığını öngördü . Mendeleev, periyodik tablosundaki konumu nedeniyle buna ekasilicon (Es) adını verdi ve atom ağırlığını 70 (daha sonra 72) olarak tahmin etti .

1885'in ortalarında , Saksonya , Freiberg yakınlarındaki bir madende , yüksek gümüş içeriği nedeniyle yeni bir mineral keşfedildi ve argyrodite olarak adlandırıldı . Kimyager Clemens Winkler , gümüş, kükürt ve yeni bir elementin birleşimi olduğu kanıtlanan bu yeni minerali analiz etti. Winkler 1886 yılında yeni eleman izole başardı ve benzer bulundu antimon . Başlangıçta yeni elementin eka-antimon olduğunu düşündü, ancak kısa süre sonra bunun yerine eka-silikon olduğuna ikna oldu. Winkler, yeni elementle ilgili sonuçlarını yayınlamadan önce, elementine neptünyum adını vermeye karar verdi , çünkü 1846'da Neptün gezegeninin son keşfinden önce benzer şekilde varlığına dair matematiksel tahminler yapıldı. Bununla birlikte, "neptunyum" adı, önerilen başka bir kimyasal elemente zaten verilmişti (bugün 1940'ta keşfedilen neptunyum adını taşıyan element olmasa da ). Bunun yerine Winkler , anavatanının onuruna yeni element germanyum ( Almanya için Latince Germania kelimesinden ) adını verdi. Argyrodite ampirik olarak Ag 8 GeS 6 olduğunu kanıtladı . Bu yeni element, arsenik ve antimon elementleri ile bazı benzerlikler gösterdiğinden , periyodik tablodaki uygun yeri değerlendirildi, ancak Dmitri Mendeleev'in öngördüğü element "ekasilikon" ile benzerlikleri, periyodik tablodaki yeri doğruladı. Winkler, Saksonya'daki madenlerden elde edilen 500 kg cevherden elde edilen daha fazla malzeme ile 1887'de yeni elementin kimyasal özelliklerini doğruladı. Ayrıca saf germanyum tetraklorürü ( GeCl) analiz ederek 72.32'lik bir atom ağırlığı belirledi.
4
), Lecoq de Boisbaudran ise elementin kıvılcım spektrumundaki çizgilerin karşılaştırılmasıyla 72.3 çıkarımı yaptı .

Winkler, ilk organogerman olan florürler , klorürler , sülfitler , dioksit ve tetraetilgerman (Ge(C 2 H 5 ) 4 ) dahil olmak üzere birkaç yeni germanyum bileşiği hazırlamayı başardı . Mendeleev'in tahminleriyle iyi örtüşen bu bileşiklerden elde edilen fiziksel veriler, keşfi Mendeleev'in element periyodikliği fikrinin önemli bir doğrulamasını yaptı . Tahmin ve Winkler'ın verileri arasında bir karşılaştırma:

Mülk Ekasilicon
Mendeleev
tahmini (1871)
Germanyum
Winkler
keşfi (1887)
atom kütlesi 72.64 72.63
yoğunluk (g/cm 3 ) 5.5 5.35
erime noktası (°C) yüksek 947
renk gri gri
oksit türü ateşe dayanıklı dioksit ateşe dayanıklı dioksit
oksit yoğunluğu (g/cm 3 ) 4.7 4.7
oksit aktivitesi zayıf temel zayıf temel
klorür kaynama noktası (°C) 100'ün altında 86 (GeCl 4 )
klorür yoğunluğu (g/cm 3 ) 1.9 1.9

1930'ların sonlarına kadar germanyumun zayıf iletken bir metal olduğu düşünülüyordu . Germanyum, 1945'ten sonra elektronik bir yarı iletken olarak özelliklerinin tanındığı zamana kadar ekonomik olarak önemli hale gelmedi . İkinci Dünya Savaşı sırasında , çoğunlukla diyotlar olmak üzere bazı özel elektronik cihazlarda az miktarda germanyum kullanıldı . İlk büyük kullanım, Savaş sırasında radar darbe tespiti için nokta temaslı Schottky diyotlarıydı . İlk silikon-germanyum alaşımları 1955'te elde edildi. 1945'ten önce, izabe tesislerinde her yıl sadece birkaç yüz kilogram germanyum üretildi, ancak 1950'lerin sonunda, dünya çapında yıllık üretim 40 metrik tona (44 kısa ton ) ulaştı. .

1948'de germanyum transistörün gelişimi, katı hal elektroniğinin sayısız uygulamalarına kapı açtı . 1950'den 1970'lerin başlarına kadar, bu alan germanyum için artan bir pazar sağladı, ancak daha sonra transistörlerde, diyotlarda ve doğrultucularda germanyumun yerini yüksek saflıkta silikon almaya başladı . Örneğin, Fairchild Semiconductor olan şirket, 1957 yılında silikon transistörler üretmek amacıyla kuruldu. Silikon üstün elektriksel özelliklere sahiptir, ancak yarı iletken elektroniğin ilk yıllarında ticari olarak elde edilemeyen çok daha fazla saflık gerektirir .

Bu arada, fiber optik iletişim ağları, kızılötesi gece görüş sistemleri ve polimerizasyon katalizörleri için germanyuma olan talep önemli ölçüde arttı. Bu son kullanımlar, 2000 yılında dünya çapındaki germanyum tüketiminin %85'ini temsil ediyordu. ABD hükümeti , 1987'de ulusal savunma stokunda 146 ton (132  ton ) tedarik çağrısında bulunarak, germanyumu stratejik ve kritik bir malzeme olarak bile belirledi  .

Germanyum, arzın kullanılabilir kaynakların mevcudiyeti ile sınırlı olması nedeniyle silikondan farklıdır; silikon arzı, silikon sıradan kum ve kuvarstan geldiğinden, yalnızca üretim kapasitesi ile sınırlıdır . Silikon 1998'de kg başına 10 dolardan daha ucuza satın alınabilirken, germanyumun fiyatı kg başına neredeyse 800 dolardı.

özellikleri

Standart koşullar altında , germanyum kırılgan, gümüşi beyaz, yarı metalik bir elementtir. Bu form, teşkil allotrope olarak bilinen α-germanyum , metalik bir parlaklık ve bir sahiptir, elmas kübik kristal yapısı , aynı elmas . Germanyum kristal formundayken, yer değiştirme eşiği enerjisine sahiptir . 120 kbar'ın üzerindeki basınçlarda , germanyum, β- kalay ile aynı yapıya sahip allotrop β-germanyum olur . Silisyum, galyum , bizmut , antimon ve su gibi , germanyum da erimiş halde katılaştıkça (yani donarken ) genleşen birkaç maddeden biridir .

Germanyum bir yarı iletkendir . Bölge arıtma teknikleri, 10 10'da sadece bir parça safsızlık içeren yarı iletkenler için kristalin germanyum üretimine yol açarak onu şimdiye kadar elde edilen en saf malzemelerden biri haline getirdi. Son derece güçlü bir elektromanyetik alanın varlığında süper iletken olduğu keşfedilen (2005'te) ilk metalik malzeme , germanyum, uranyum ve rodyumdan oluşan bir alaşımdı .

Saf germanyumun, germanyum bıyıkları olarak adlandırılan çok uzun vida çıkıklarını kendiliğinden ekstrüde ettiği bilinmektedir . Bu bıyıkların büyümesi, germanyumdan yapılmış eski diyotların ve transistörlerin arızalanmasının başlıca nedenlerinden biridir, çünkü sonunda neye dokunduklarına bağlı olarak elektrik kısa devresine yol açabilirler .

Kimya

Elemental germanyum, yaklaşık 250 °C'de havada yavaşça oksitlenmeye başlar ve GeO 2 oluşturur . Germanyum seyreltik asitlerde ve alkalilerde çözünmez, ancak sıcak konsantre sülfürik ve nitrik asitlerde yavaşça çözünür ve erimiş alkalilerle şiddetli reaksiyona girerek almanatlar oluşturur ( [GeO
3
]2–
). Germanyum, birçok +2 bileşiği bilinmesine rağmen çoğunlukla +4 oksidasyon durumunda meydana gelir . Diğer oksidasyon durumları nadirdir: +3 örneğin Ge gibi bileşikler bulunan 26 , ve +3 ve +1 oksitler, ya da negatif ise, oksitlenme koşullarına yüzeyinde bulunan germanides gibi, -4 Mg
2
Ge
. Ge 4 2− , Ge 9 4− , Ge 9 2− , [(Ge 9 ) 2 ] 6− gibi Germanyum küme anyonları ( Zintl iyonları) , sıvı amonyak içinde alkali metaller ve germanyum içeren alaşımlardan ekstrakte edilerek hazırlanmıştır. etilendiamin veya bir kriptan varlığı . Bu iyonların elemanın oksidasyon durumları tamsayılardır-benzer olmayan ozonitlerin O 3 - .

Germanyumun iki oksiti bilinmektedir: germanyum dioksit ( GeO
2
, germania) ve germanyum monoksit , ( GeO ). Dioksit, GeO 2 , germanyum disülfidin ( GeS) kavrulmasıyla elde edilebilir.
2
) ve suda sadece az çözünür olan ancak alkalilerle reaksiyona girerek almanatlar oluşturan beyaz bir tozdur. Monoksit, alman oksit, GeO 2'nin Ge metali ile yüksek sıcaklık reaksiyonu ile elde edilebilir . Dioksit (ve ilgili oksitler ve almanatlar), görünür ışık için yüksek bir kırılma indeksine, ancak kızılötesi ışığa karşı şeffaflığa sahip olma gibi olağandışı bir özellik sergiler . Bizmut germanat , Bi 4 Ge 3 O 12 , (BGO) sintilatör olarak kullanılır .

Di sülfür ( GeS) gibi diğer kalkojenlere sahip ikili bileşikler de bilinmektedir.
2
), di selenit ( GeSe
2
) ve monosülfür (GeS), selenid (GeSe) ve tellürid (GeTe). GeS 2 , beyaz bir çökelti olarak formları hidrojen sülfit Ge içeren güçlü asit çözümler geçirilir, (IV). Disülfid suda ve kostik alkaliler veya alkalin sülfidlerin çözeltilerinde önemli ölçüde çözünür. Bununla birlikte, Winkler'in elementi keşfetmesine izin veren asidik suda çözünmez. Disülfidin bir hidrojen akımında ısıtılmasıyla, koyu renkli ve metalik parlaklığa sahip ince plakalarda süblimleşen ve kostik alkali çözeltilerinde çözünen monosülfür (GeS) oluşur. Alkali karbonatlar ve kükürt ile eritildikten sonra , germanyum bileşikleri tiyogermanatlar olarak bilinen tuzları oluşturur.

Dört hidrojen atomuna bağlı merkezinde germanyum atomu bulunan bir tetrahedral molekülün iskelet kimyasal yapısı.  Ge-H mesafesi 152,51 pikometredir.
Germane benzer metan .

Dört tetra halojenür bilinmektedir. Normal şartlar altında GeI 4 katı, GeF 4 gaz ve diğerleri uçucu sıvılardır. Örneğin, germanyum tetraklorür , GeCl 4 , klor ile metal ısıtılarak 83.1 ° C'de sıvı kaynama dumanlı, renksiz bir şekilde elde edilir. Tüm tetrahalidler, hidratlı germanyum dioksite kolayca hidrolize edilir. GeCl 4 organogermanyum bileşiklerinin üretiminde kullanılmaktadır. Dört dihalidin tümü bilinmektedir ve tetrahalidlerin aksine polimerik katılardır. Ayrıca Ge 26 ve formül Ge bazı yüksek bileşikleri, N Cl 2 N +2 bilinmektedir. Neopentan yapılı Ge 5 Cl 12 birimini içeren alışılmadık Ge 6 Cl 16 bileşiği hazırlanmıştır .

Germane (GeH 4 ), yapı olarak metana benzer bir bileşiktir . Benzer Polygermanes bileşikleri alkanlar , formül Ge -ile n H 2 , n + 2 bilinmektedir beş germanyum atomu ihtiva etmektedir. Almanlar, karşılık gelen silikon analoglarından daha az uçucu ve daha az reaktiftir. GeH 4 , sıvı amonyak içindeki alkali metallerle reaksiyona girerek GeH 3 - anyonu içeren beyaz kristal MGeH 3 oluşturur . Bir, iki ve üç halojen atomlu germanyum hidrohalojenürler renksiz reaktif sıvılardır.

Bir organogermanyum bileşiği de dahil olmak üzere bir katkı kimyasal reaksiyonunu özetleyen iskelet kimyasal yapıları.
Bir organogermanium bileşiği ile nükleofilik ekleme.

İlk organogermanyum bileşiği 1887'de Winkler tarafından sentezlendi; Germanyum tetraklorürün dietilçinko ile reaksiyonu, tetraetilgermani ( Ge(C) verdi.
2
H
5
)
4
). R tipi arasında Organogermanes 4 (R, olduğu Ge alkil gibi) tetramethylgermane ( Ge (CH
3
)
4
) ve tetraetilgermane, mevcut en ucuz germanyum öncüsü germanyum tetraklorür ve alkil nükleofiller aracılığıyla erişilir . Gibi organik germanyum hidridler isobutylgermane ( (CH
3
)
2
CHCH
2
GeH
3
) daha az tehlikeli bulundu ve yarı iletken uygulamalarda toksik alman gazı için sıvı bir ikame olarak kullanılabilir . Birçok germanyum reaktif ara bilinmektedir: germil serbest radikaller , germylenes (benzer karben ) ve germynes (benzer carbynes ). Organogermanyum bileşiği 2-karboksietilgermazeskioksan ilk olarak 1970'lerde rapor edildi ve bir süre bir diyet takviyesi olarak kullanıldı ve muhtemelen anti-tümör niteliklerine sahip olduğu düşünüldü.

Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-oktaetil-s-hidrindasen-4-yl) adlı bir ligand kullanarak germanyum, oksijen (germanon) ile çift bağ oluşturabilir. Germanyum hidrit ve germanyum tetrahidrit, hava ile karıştırıldığında çok yanıcı ve hatta patlayıcıdır.

izotoplar

Germanyum 5 doğal izotopta oluşur :70
Ge
, 72
Ge
, 73
Ge
, 74
Ge
, ve 76
Ge
. Bunların,76
Ge
yarı ömrü ile çift ​​beta bozunması ile bozunan çok hafif radyoaktiftir .1.78 × 10 21  yıl .74
Ge
doğal bolluğu yaklaşık %36 olan en yaygın izotoptur .76
Ge
yaklaşık %7'lik bir doğal bolluk ile en az yaygın olanıdır. Alfa parçacıkları ile bombardıman edildiğinde, izotop72
Ge
kararlı üretecek 77
Gör
, süreçte yüksek enerjili elektronları serbest bırakır. Bu nedenle
nükleer piller için radon ile birlikte kullanılır .

Atom kütlesi 58 ile 89 arasında değişen en az 27 radyoizotop da sentezlenmiştir.68
Ge
yarı ömrü ile elektron yakalama ile bozunma270,95 gün ay . En az kararlı60
Ge
, yarı ömrü olan 30  ms . Germanyumun radyoizotoplarının çoğu beta bozunması ile bozunurken ,61
Ge
ve 64
Ge
tarafından çürümek
β+
gecikmiş proton emisyonu .84
Ge
vasıtasıyla 87
Ge
izotoplar da küçük sergiler
β-
gecikmeli nötron emisyonu bozunma yolları.

oluşum

Germanyum tarafından oluşturulan Yıldız nükleosentez çoğunlukla tarafından, s-sürecinin içinde asimptotik dev şube yıldızlı. S süreci, titreşen kırmızı dev yıldızların içindeki daha hafif elementlerin yavaş bir nötron yakalamasıdır . Germanyum, en uzak yıldızların bazılarında ve Jüpiter'in atmosferinde tespit edildi.

Germanyum'un yerkabuğundaki bolluğu yaklaşık 1,6  ppm'dir . Arjirodit , briartit , germanit , renierit ve sfalerit gibi sadece birkaç mineral kayda değer miktarda germanyum içerir. Bunların çok azı (özellikle germanit) çok ender olarak işlenebilir miktarlarda bulunur. Bazı çinko-bakır-kurşun cevher gövdeleri, nihai cevher konsantresinden ekstraksiyonu haklı çıkarmak için yeterli germanyum içerir. Alışılmadık bir doğal zenginleştirme süreci, Victor Moritz Goldschmidt tarafından germanyum yatakları için geniş bir araştırma sırasında keşfedilen bazı kömür damarlarında yüksek miktarda germanyum içeriğine neden olur . Şimdiye kadar bulunan en yüksek konsantrasyon, %1.6'ya varan germanyum ile Hartley kömür külündeydi. Xilinhaote , İç Moğolistan yakınlarındaki kömür yatakları , tahminen 1600 ton germanyum içeriyor  .

Üretme

2011 yılında dünya çapında, çoğunlukla Çin (80 ton), Rusya (5 ton) ve Amerika Birleşik Devletleri'nde (3 ton) yaklaşık 118  ton germanyum üretildi. Germanyum , özellikle düşük sıcaklıkta tortu barındıran, masif ZnPbCu (– Ba ) birikintilerinden ve karbonat barındırılan Zn– olmak üzere, %0,3'e varan miktarlarda yoğunlaştığı sfalerit çinko cevherlerinden bir yan ürün olarak geri kazanılır. Pb mevduat. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, bilinen çinko rezervlerinde, özellikle Mississippi-Valley tipi yatakların barındırdığı çinko rezervlerinde en az 10.000 ton çıkarılabilir germanyum bulunduğunu , en az 112.000 ton ise kömür rezervlerinde bulunacağını buldu. 2007'de talebin %35'i geri dönüştürülmüş germanyum ile karşılandı.

Yıl Maliyet
( $ /kg)
1999 1.400
2000 1.250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1.240
2008 1.490
2009 950
2010 940
2011 1.625
2012 1.680
2013 1.875
2014 1900
2015 1.760
2016 950
2017 1.358
2018 1.300
2019 1.240
2020 1.000

Esas üretilir iken sfalerit , aynı zamanda bulunan gümüş , kurşun ve bakır cevherleri. Bir başka germanyum kaynağı, germanyum içeren kömür yataklarından beslenen enerji santrallerinin uçucu külüdür. Rusya ve Çin bunu germanyum kaynağı olarak kullandı. Rusya'nın yatakları Sahalin Adası'nın uzak doğusunda ve Vladivostok'un kuzeydoğusunda yer almaktadır . Çin'deki yataklar esas olarak Lincang , Yunnan yakınlarındaki linyit madenlerinde bulunmaktadır ; kömür de Xilinhaote , İç Moğolistan yakınlarında çıkarılıyor .

Cevher konsantreleri çoğunlukla sülfürlüdür ; kavurma olarak bilinen bir işlemde hava altında ısıtılarak oksitlere dönüştürülürler :

GeS 2 + 3 O 2 → GeO 2 + 2 SO 2

Germanyumun bir kısmı üretilen tozda kalırken, geri kalanı almanatlara dönüştürülür ve bunlar daha sonra (çinko ile birlikte) cüruftan sülfürik asit ile süzülür. Nötralizasyondan sonra, germanyum ve diğer metaller çökelirken sadece çinko çözeltide kalır. Waelz işlemi ile çökeltideki çinkonun bir kısmı çıkarıldıktan sonra, kalan Waelz oksit ikinci kez süzülür. Dioksit çökelti olarak elde ile dönüştürülür klor gazı veya hidroklorik asit germanyum tetraklorür , düşük kaynama noktasına sahip ve damıtma ile izole edilebilir:

GeO 2 + 4 HCl → GeCl 4 + 2 H 2 O
GeO 2 + 2 Cl 2 → GeCl 4 + O 2

Germanyum tetraklorür ya okside (GeO 2 ) hidrolize edilir ya da fraksiyonel damıtma ile saflaştırılır ve daha sonra hidrolize edilir. Son derece saf GeO 2 şimdi germanyum cam üretimi için uygundur. Kızılötesi optik ve yarı iletken üretimi için uygun germanyum üreten hidrojen ile reaksiyona girerek elemente indirgenir:

GeO 2 + 2 H 2 → Ge + 2 H 2 O

Çelik üretimi ve diğer endüstriyel işlemler için germanyum normalde karbon kullanılarak azaltılır:

GeO 2 + C → Ge + CO 2

Uygulamalar

2007'de dünya çapında germanyumun başlıca son kullanımlarının: fiber optik için %35 , kızılötesi optik için %30 , polimerizasyon katalizörleri için %15 ve elektronik ve güneş enerjisi uygulamaları için %15 olduğu tahmin edildi. Kalan %5 fosfor, metalurji ve kemoterapi gibi kullanımlara gitti.

Optik

Dört eş merkezli silindir çizimi.
Tipik bir tek modlu optik fiber. Germanyum oksit, çekirdek silikanın bir katkı maddesidir (Madde 1).
  1. Çekirdek 8 µm
  2. 125 µm kaplama
  3. Tampon 250 µm
  4. Ceket 400 µm

Dikkate değer özellikleri Germania'da (GeO 2 ) yüksek olan kırılma indisi ve düşük optik dispersiyon . Bunlar, özellikle geniş açılı kamera lensleri , mikroskopi ve optik fiberlerin çekirdek kısmı için kullanışlı olmasını sağlar . Bu yerini titanya olarak katkı maddesi lifleri kırılgan Daha sonra yapılan ısıl işlem elimine silis elyaf. 2002'nin sonunda, fiber optik endüstrisi Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yıllık germanyum kullanımının %60'ını tüketiyordu, ancak bu dünya çapında tüketimin %10'undan daha az. GeSbTe , yeniden yazılabilir DVD'lerde kullanılanlar gibi optik özellikleri için kullanılan bir faz değiştirme malzemesidir .

Germanyum kızılötesi dalga boylarında şeffaf olduğu için, kolayca kesilip lenslere ve pencerelere parlatılabilen önemli bir kızılötesi optik malzemedir. Özellikle askeri, mobil gece görüşü ve yangınla mücadele uygulamalarında pasif termal görüntüleme ve sıcak nokta tespiti için 8 ila 14 mikron aralığında çalışan  termal görüntüleme kameralarında ön optik olarak kullanılır . Kızılötesi spektroskoplarda ve son derece hassas kızılötesi dedektörler gerektiren diğer optik ekipmanlarda kullanılır . Çok yüksek bir kırılma indeksine (4.0) sahiptir ve yansıma önleyici maddelerle kaplanmalıdır. Özellikle, elmas benzeri karbondan (DLC) oluşan çok sert bir özel yansıma önleyici kaplama , kırılma indeksi 2.0, iyi bir uyum sağlar ve çok fazla çevresel kötüye kullanıma dayanabilen elmas sertliğinde bir yüzey üretir.

Elektronik

Silikon-germanyum alaşımları hızla yüksek hızlı entegre devreler için önemli bir yarı iletken malzeme haline geliyor. Si-SiGe bağlantılarının özelliklerini kullanan devreler, tek başına silikon kullananlardan çok daha hızlı olabilir. Silisyum-germanyum, kablosuz iletişim cihazlarında galyum arsenidin (GaAs) yerini almaya başlıyor . Yüksek hız özelliklerine sahip SiGe çipleri, silikon çip endüstrisinin düşük maliyetli, köklü üretim teknikleri ile yapılabilmektedir .

Güneş panelleri germanyumun önemli bir kullanımıdır. Germanyum, uzay uygulamaları için yüksek verimli çok eklemli fotovoltaik hücreler için levhaların substratıdır . Otomobil farlarında ve LCD ekranların arka aydınlatmasında kullanılan yüksek parlaklıkta LED'ler önemli bir uygulamadır.

Germanyum ve galyum arsenit çok benzer kafes sabitlerine sahip olduklarından, germanyum substratları galyum arsenit güneş pilleri yapmak için kullanılabilir . Mars Keşif Rovers ve birkaç uydular germanyum hücreleri üzerinde üçlü kavşak galyum arsenit kullanın.

Yalıtkan üzerinde Germanyum (GeOI) substratları, minyatür çiplerde silikonun potansiyel bir yedeği olarak görülüyor. GeOI substratlarına dayalı CMOS devresi yakın zamanda rapor edilmiştir. Elektronik diğer kullanımlar arasında fosfor olarak floresan lambalar ve katı hal ışık yayan diyotlar (LED). Germanyum transistörler , erken rock and roll döneminden, özellikle de Dallas Arbiter Fuzz Face'den "fuzz" tonunun ayırt edici tonal karakterini yeniden üretmek isteyen müzisyenler tarafından bazı efekt pedallarında hala kullanılmaktadır .

Diğer kullanımlar

Germanyum dioksit ayrıca polietilen tereftalat (PET) üretiminde polimerizasyon için katalizörlerde kullanılır . Bu polyesterin yüksek parlaklığı özellikle Japonya'da pazarlanan PET şişeler için tercih edilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, germanyum polimerizasyon katalizörleri için kullanılmaz.

Silika (SiO 2 ) ve germanyum dioksit (GeO 2 ) arasındaki benzerlikten dolayı , bazı gaz kromatografi kolonlarındaki silika durağan faz, GeO 2 ile değiştirilebilir .

Son yıllarda germanyum, değerli metal alaşımlarında artan bir kullanım görmüştür. Olarak gümüş alaşımları, örneğin, o azaltır firescale kararma direnci artar ve çökelme sertleşmesini iyileştirmektedir. Argentium ticari markası olan kararmaz gümüş alaşımı %1.2 germanyum içerir.

Tek kristal yüksek saflıkta germanyumdan yapılmış yarı iletken dedektörler , örneğin havaalanı güvenliğinde radyasyon kaynaklarını kesin olarak tanımlayabilir. Germanyum, tek kristal nötron saçılması ve senkrotron X-ışını kırınımında kullanılan hüzme hatları için monokromatörler için kullanışlıdır . Yansıtıcılığın, nötron ve yüksek enerjili X-ışını uygulamalarında silikona göre avantajları vardır . Yüksek saflıkta germanyum kristalleri, gama spektroskopisi ve karanlık madde arayışı için dedektörlerde kullanılır . Germanyum kristalleri ayrıca fosfor, klor ve kükürt tayini için X-ışını spektrometrelerinde kullanılır.

Germanyum, spintronics ve spin tabanlı kuantum hesaplama uygulamaları için önemli bir malzeme olarak ortaya çıkıyor . 2010 yılında, araştırmacılar oda sıcaklığında dönüş aktarımını gösterdiler ve daha yakın zamanda germanyumdaki verici elektron dönüşlerinin çok uzun tutarlılık sürelerine sahip olduğu gösterildi .

Germanyum ve sağlık

Germanyum, bitki veya hayvanların sağlığı için gerekli kabul edilmez. Germanyumun çevrede sağlığa etkisi çok azdır veya hiç yoktur. Bunun başlıca nedeni, genellikle sadece cevherlerde ve karbonlu malzemelerde eser element olarak bulunması ve çeşitli endüstriyel ve elektronik uygulamaların, yutulması muhtemel olmayan çok küçük miktarları içermesidir. Benzer nedenlerle, son kullanım germanyum biyolojik tehlike olarak çevre üzerinde çok az etkiye sahiptir. Germanyumun bazı reaktif ara bileşikleri zehirlidir (aşağıdaki önlemlere bakınız).

Hem organik hem de inorganik germanyumdan yapılan Germanyum takviyeleri, lösemi ve akciğer kanserini tedavi edebilen alternatif bir ilaç olarak pazarlanmaktadır . Bununla birlikte, tıbbi bir yarar kanıtı yoktur ; bazı kanıtlar, bu tür takviyelerin aktif olarak zararlı olduğunu göstermektedir.

Bazı germanyum bileşikleri, alternatif tıp pratisyenleri tarafından FDA tarafından izin verilmeyen enjekte edilebilir solüsyonlar olarak uygulanmıştır. İlk başta kullanılan çözünür inorganik germanyum formları, özellikle sitrat-laktat tuzu, bunları uzun süre kullanan bireylerde bazı böbrek fonksiyon bozukluğu, hepatik steatoz ve periferik nöropati vakalarıyla sonuçlandı . Birçoğu ölen bu bireylerdeki plazma ve idrar germanyum konsantrasyonları, endojen seviyelerden birkaç kat daha fazlaydı . Daha yeni bir organik form olan beta-karboksietilgermanyum seskioksit ( propagermanium ), aynı toksik etki spektrumunu sergilememiştir.

ABD Gıda ve İlaç İdaresi araştırması, besin takviyesi olarak kullanıldığında inorganik germanyumun "potansiyel insan sağlığı tehlikesi oluşturduğu " sonucuna varmıştır .

Germanyumun belirli bileşikleri memeliler için düşük toksisiteye sahiptir , ancak belirli bakterilere karşı toksik etkileri vardır .

Kimyasal olarak reaktif germanyum bileşikleri için önlemler

Germanyumun yapay olarak üretilen bazı bileşikleri oldukça reaktiftir ve maruz kalındığında insan sağlığına ani tehlike arz eder. Örneğin, germanyum klorür ve germane (GeH 4 ) sırasıyla gözleri, cildi, akciğerleri ve boğazı çok tahriş edebilen bir sıvı ve gazdır.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar