Германиум — хемиски елемент со симбол Ge и атомски број 32. Тој е сјаен, тврдo, сиво-бел металоид во јаглеродната група, и е хемиски сличен со соседите во групата калај и силициум. Чистиот германиум е полупспроводник со изглед сличен на елементарниот силициум. Како и силициумот, германиумот природно реагира и создава комплексни соединенија со кислород во природата.
Бидејќи ретко се појавува во високи концентрации, до неговото откривање е дојдено доцна во историјата на хемијата. Германиум е рангиран близу педесеттиот во релативната изобилство на елементите во Земјината кора . Во 1869 година, Дмитриј Менделеев го предвиде неговото постоење и некои од нејзините својства од својата позиција на неговиот периоден систем и го нарече елементот екасилициум. Речиси две децении подоцна, во 1886 година, Клеменс Винклер го најде новиот елемент заедно со сребро и сулфур , во редок минерал наречен аргиродит. Иако новиот елемент донекаде личеше на арсен и антимон, изразот на комбинирање во соединенијата се согласи со предвидувањата на Менделеев за роднина на силициумот. Винклер го нарекол елементот по неговата земја, Германија. Денес, германиум се минира првенствено од сфалерите (примарна руда на цинк), иако германиум исто така се обновува комерцијално од сребро , олово и бакарни руди .
Елементниот германиум се користи како полупроводник во транзистори и разни други електронски уреди. Историски гледано, првата деценија на полупроводничка електроника се базираше целосно на германиум. Денес, количината на германиум произведена за полупроводничка електроника е една педесеттата количина на силициум со висока чистота произведена за истиот. Во моментов, главните крајни употреби се фибер-оптичките системи, инфрацрвената оптика , апликациите на сончеви ќелии и диодите кои ја емитуваат светлината (LED диоди). Соединенијата на германиум исто така се користат за полимеризација на катализатори и неодамна се најде употреба во производството на нанопроводниците. Овој елемент формира голем број на органометални соединенија, како тетраетилгерман , корисен во органометалната хемија .
Германиум не се смета за основен елемент за секој жив организам. Некои комплексни соединенија на органски германиум се испитуваат како можни лекови, иако никој досега не покажал успех. Слични на силициум и алуминиум, природните германиумови соединенија имаат тенденција да бидат нерастворливи во вода и затоа имаат малку орална токсичност. Сепак, синтетички растворливи германиеви соли се нефротоксични , а синтетички хемиски реактивни соединенија на германиум со халогени и водородни се надразнувачи и токсини.
Историја лево|мини| Примероци од соединенија на германиум подготвени од Клеменс Винклер , откривач на елементот Во својот извештај за Периодичното право на хемиските елементи во 1869 година, рускиот хемичар Дмитриј Менделеев предвиде дека постоењето на неколку непознати хемиски елементи , вклучувајќи го и оној што ќе пополни празнина во јаглеродното семејство , сместено помеѓу силициум и калај . Поради својата позиција во неговата Периоден систем, Менделеев го нарече екасилициум (Ес) , и проценува дека неговата атомска тежина е околу 72.0.
Во средината на 1885 година, во рудникот во близина на Фрајберг, Саксонија , откриен е нов минерал и се нарекува аргиродит поради високата содржина на сребро . Хемичарот Клеменс Винклер го анализираше овој нов минерал, кој се покажа дека е комбинација од сребро, сулфур и нов елемент. Винклер беше во можност да го изолира новиот елемент во 1886 година и најде дека е сличен на антимон . Тој првично сметал дека новиот елемент е ека-антимон, но наскоро бил убеден дека е ека-силициум. Пред да Винклер ги објави резултатите за новиот елемент, тој одлучил дека ќе го именува својот елемент нептун , поради неодамнешното откривање на планетата Нептун во 1846 година на сличен начин му претходеле математички предвидувања за неговото постоење. Сепак, името "нептуниум" веќе било дадено на друг предложен хемиски елемент (иако не елементот што денес го носи името нептуниум , откриен е во 1940 година). Наместо тоа, Винклер го нарекол новиот елемент германиум (од латинскиот збор, Германија , за Германија) во чест на неговата татковина. Аргиродит емпириски докажал дека е Ag 8 GeS 6 .
Бидејќи овој нов елемент покажа некои сличности со елементите арсен и антимон, се разгледуваше неговото соодветно место во периодниот систем, но нејзините сличности со предвидениот елемент на "Екасилициум" на Дмитриј Менделеев го потврдија тоа место на периодниот систем. Со дополнителен материјал од 500 kg руда од рудниците во Саксонија, Винклер ги потврди хемиските својства на новиот елемент во 1887 година. Тој, исто така, утврдил атомска тежина од 72,32 со анализа на чист германиум тетрахлорид ( ), додека Лекок де Буабодран издвои 72.3 со споредба на линиите во спектарот на искрата на елементот.
Винклер беше во можност да се подготви неколку нови соединенија на германиум, вклучувајќи ги и флуориди , хлориди , сулфиди , диоксид , и тетраетилгерман (Ge(C2H5)4), првиот органоман. Физичките податоци од овие соединенија - кои добро кореспондираат со предвидувањата на Менделеев - го направија ова откритие важна потврда за идејата на Менделеева за периодичноста на елементите. Еве една споредба помеѓу предвидувањата и податоците на Винклер: Сопственост Екасилициум Менделеево предвидување
(1871)Германиум Винклер
(1887) атомска маса 72.64 72.59 густина (г/см3) 5.5 5.35 точка на топење (°C) високо 947 боја сиво сиво оксид тип огноотпорен диоксид огноотпорен диоксид густина оксид (г/см3) 4.7 4.7 оксид активност слабо основно слабо основно точка на вриење со хлорид (°C) под 100 86 (GeCl 4) хлорид густина (г/см3) 1.9 1.9 До крајот на 1930-тите години, германиумот се сметал за слабо спроводен метал . Германиум не станал економски значаен до 1945 година кога биле препознаени неговите својства како електронски полупроводник. За време на Втората светска војна , во некои специјални електронски уреди , главно диоди, се користеле мали количества германиум. Првата голема употреба биле Шотки-диоди со точка-контакт за откривање на радарски пулс за време на војната. Првите силициум-германиумски легури се добиени во 1955 година. Пред 1945 година, само неколку стотици килограми германиум се произведувале во топилници секоја година, но до крајот на 1950-тите, годишното светско производство достигнало 40 метрички тони .
Развојот на германиум транзистор во 1948 година ја отвори вратата за безброј апликации на цврста состојба електроника . Од 1950 до раните 1970-ти, оваа област обезбеди зголемен пазар за германиум, но потоа силициумот со висока чистота почна да го заменува германиумот во транзистори, диоди и исправувачи . На пример, компанијата која стана Fairchild Semiconductor е основана во 1957 година со експлицитна цел за производство на силициумски транзистори. Силициумот има супериорни електрични својства, но бара многу поголема чистота која не можела да се постигне во првите години на полупроводничката електроника .
Во меѓувреме, побарувачката за германиум за комуникациските мрежи со оптички влакна , инфрацрвените системи за ноќно гледање и катализаторите за полимеризација драматично се зголемија. Овие крајни намени претставуваа 85% од светската потрошувачка на германиум во 2000 година. Владата на САД дури назначи германиум како стратешки и критички материјал, повикувајќи на 146 тон (132 т ) снабдување во националната заложба за одбрана во 1987 година.
Германиум се разликува од силициумот, бидејќи снабдувањето е ограничено со достапноста на изворите што можат да се искористат, додека снабдувањето со силициум е ограничено само од производниот капацитет, бидејќи силициумот доаѓа од обичниот песок и кварц . Додека силициумот може да се купи во 1998 година за помалку од 10 долари за килограм, цената на германиум беше речиси 800 долари за килограм.
Особености Под стандардни услови , германиум е кршлив, сребрено-бел, полуметален елемент. Оваа форма претставува алотроп познат како α-германиум , која има метален сјај и дијамантски кубна кристална структура , исто како и дијамантот . При притисоци над 120 kbar , тој станува β-германиум алотропија со иста структура како β- калај . Како силициум, галиум , бизмут , антимон и вода , германиум е една од ретките супстанции што се прошируваат како што се зацврстуваат (т.е. замрзнува ) од стопената состојба.
Германиум е полупроводник . Техники за рафинирање на зоната доведоа до производство на кристален германиум за полупроводници со нечистотија од само еден дел во 10 10 , што го прави еден од најчистите материјали што некогаш биле добиени. Првиот метален материјал откриен (во 2005 година) за да стане суперпроводник во присуство на исклучително силно електромагнетно поле беше легура на германиум, ураниум и родиум .
Чиста германиум страда од формирање на мала количуна со спонтани дислокации на завртките . Ако малата количина расте доволно долго за да допре до друг дел од склопот или металната амбалажа, тоа може ефикасно да го избегне p-n спојот . Ова е една од главните причини за неуспехот на старите германиум диоди и транзистори.
Хемија Елементарниот германиум полека се оксидира до GeO <sub id="mw1A">2</sub> на 250 °C. Германиум е нерастворлив во разредени киселини и алкали, но полека се раствора во топли концентрирани сулфурни и азотни киселини и реагира насилно со стопена алкали за производство на германи ( ). Германиум се јавува најчесто во оксидационата состојба +4 иако се познати многу +2 соединенија. Други оксидациски состојби се ретки: +3 се наоѓа во соединенија како Ge 2 Cl 6 , а +3 и +1 се наоѓаат на површината на оксидите, или негативни оксидациски состојби во германи , како што е -4 во . Генетски анјони на германиум ( цинтил- јони) како што се Ge 4 2- , Ge 9 4- , Ge 9 2- , [(Ge 9 ) 2 ] 6- се подготвени со екстракција од легури кои содржат алкални метали и германиум во течна амонијак присуството на етилендиамин или криптан . Оксидационите состојби на елементот во овие јони не се цели броеви - слични на озонидите О 3 - .
Познати се два оксиди на германиум : германиум диоксид ( , германија) и германиум моноксид , ( ). Диоксидот, GeO 2 може да се добие со печење германиум дисулфид ( ), и е бел прав кој е само малку растворлив во вода, но реагира со алкалии за да формира германати. Моноксидот, германиум оксид, може да се добие со висока температура реакција на GeO 2 со Ge метал. Диоксидот (и поврзаните оксиди и германи) покажува невообичаено својство дека има висок показател на прекршување за видлива светлина, но транспарентност до инфрацрвена светлина. Бизмут германат , Bi 4 Ge 3 O 12 , (BGO) се користи како сцинтијатор .
Бинарни соединенија со други халкогени исто така се познати, како дисулфид ( </br> ), дизеленид ( ), моносулфид (GeS), селенид (GeSe) и телурид (GeTe). GeS 2 формира како бел талог кога водороден сулфид се пренесува преку силно киселински раствори кои содржат Ge (IV). Дисулфидот е значително растворлив во вода и во раствори на каустични алкалии или алкални сулфиди. Сепак, не е растворлив во кисела вода, што му дозволи на Винклер да го открие елементот. Со загревање на дисулфидот во струја на водород , се формира моносулфид (GeS), кој се сублимира во тенки плочи со темна боја и метален сјај и е растворлив во растворите на каустичните алкалии. По топењето со алкални карбонати и сулфур , соединенијата на германиум формираат соли познати како тиогермани. алт=Skeletal chemical structure of a tetrahedral molecule with germanium atom in its center bonded to four hydrogen atoms. The Ge-H distance is 152.51 picometers.|лево|мини| Германиумот е сличен на метанот .