Германиум институт за ретки земји и стратешки метали

Германиум (од латинска Германија „Германија“, по земјата во која за прв пат е пронајдена) е хемиски елемент со елемент симбол Ge и атомски број 32. Во периодичниот систем е во 4-от период и во 4-та главна група (14-та IUPAC група, p-блок и јаглеродна група). За прв пат е откриен во минералот аргиродит на 6 февруари 1886 година.

приказна

Кога Дмитриј Менделеев ја дизајнираше периодичната маса во 1871 година, наиде на празнина под силициумот и претстави претходно непознат елемент, што тој го нарече ека-силициум. Менделеев даде предвидувања за својствата на ека-силициумот и неговите соединенија, но тие беа отфрлени од науката.

Потеклото и етимологијата на името германиум исто така може да резултираат од семантичко недоразбирање во врска со неговиот претходен елемент галиум, бидејќи постојат две теории за именување на галиум. По првиот, францускиот хемичар Пол Амил Лекок де Боисбодран го именуваше елементот по Галија, латинското име на неговата родна Франција. Вториот го дава латинскиот збор gallus (петел) како извор на името, што на француски значи le coq („петел“). Пол Амил Лекок де Боисбодран ќе го именуваше новиот елемент според своето име. Винклер претпостави дека претходниот елемент, галиум, го добил името по националноста на францускиот откривач. Така го именуваше новиот хемиски елемент „Германиум“ во чест на својата земја (Латинска Германија за Германија).

Појава

Германиумот е широко распространет, но се јавува само во многу ниски концентрации; Вредност на Кларк (= просечна содржина во земјината кора): 1,5 g/t. Во природата се јавува претежно како сулфид (тиогерманат) и често се наоѓа како придружник во руди од бакар и цинк (плоча од бакар во Мансфелд). Најважните минерали се аргиродит, канфилдит, германит и рениерит. Некои растенија го збогатуваат германиумот. Овој имот доведува до многу контроверзни тези во врска со физиологијата на растенијата („одбрана на растенијата од вируси“), што на крајот доведува и до апликации во хомеопатијата.

Екстракција и производство

Според USGS, годишното производство во 2014 година се проценува на 165 т, од кои 120 тони во Кина. Цената за 1 кг германиум беше околу 1.900 УСД во 2014 година. Според ЕУ, цената беше 300 УСД за кг во 2003 година и се искачи на 1.000 УСД до 2009 година.

Димните гасови (содржат геманиум оксид ()) од преработка на цинк руда се особено погодни за претставување на германиум. Германиумот се збогатува од димниот гас со растворање на димната прашина во сулфурна киселина. Откако ќе се преципитира растворот, се врши понатамошно работење со дестилација на металните хлориди. Хидролизата потоа се враќа назад до оксидот, кој се намалува во германиум со водород. Претставата на германиум со висока чистота може, за. Б. се изврши со процес на топење на зоната.

карактеристикиелементарен германиум

Германиумот е во полуметалната серија во периодниот систем, но според поновата дефиниција е класифициран како полупроводник. Елементарниот германиум е многу кршлив и многу стабилен во воздухот на собна температура. Само се оксидира во оксид на германиум (IV) (GeO2) кога силно свети во кислородна атмосфера. GeO2 е диморфен и се претвора од модификација на рутил (CN = 6) во структура ß-кварц (CN = 4) на 1033 ° C. Во форма на прав, тој е запалив цврст материјал и лесно може да се запали со кратко изложување на извор на палење и продолжува да гори по неговото отстранување. Колку пофино се дистрибуира супстанцијата, толку е поголем ризикот од палење. Во компактна форма, не е запалив. Германиумот е двовалентен и тетравалентен. Соединенијата од германиум (IV) се најтрајни. Германиумот не е нападнат од хлороводородна киселина, калиум хидроксид и разредена сулфурна киселина. Во раствори на алкален водород пероксид, концентрирана топла сулфурна киселина и концентрирана азотна киселина, сепак, таа се раствора со формирање на хидрат на германиум диоксид. Според неговата позиција во периодниот систем, неговите хемиски својства се наоѓаат некаде помеѓу силициум и калај.

Германиумот е една од ретките супстанции што имаат својство на аномалија на густина. Неговата густина е помала во цврста состојба отколку во течноста. Неговиот јаз на опсегот е околу 0,67 eV на собна температура.

Навлаките со германиум се значително покревки од силиконските нафора.

употребаелектроника

Како полупроводник, германиумот во форма на еден кристал беше водечки материјал во електрониката во средината на 20 век, особено за производство на првите диоди на германиум и биполарни транзистори достапни на пазарот, сè додека не беше заменет со силициум во овие области. Апликациите денес може да се најдат во технологијата со висока фреквенција (на пр. Како полупроводници од силициум-германиум соединение) и технологијата на детектор (на пр. Како детектори за Х-зраци). За соларни ќелии изработени од галиум арсенид (GaAs), облафовите изработени од германиум понекогаш се користат како носач материјал. Решетната константа на германиум е многу слична на галиум арсенидот, така што GaAs расте епитаксијално на германиум единечни кристали.

Чаши и влакна

Неговата втора главна примена е во инфрацрвената оптика во форма на прозорци и системи за леќи изработени од поли- или монокристален германиум, како и оптички очила со инфрацрвена пропустливост, т.н. халкогенидни очила. Областите на примена за ова вклучуваат воени и цивилни уреди за ноќно гледање и камери за термичка слика.

Други важни употреби се во производството на оптички водичи на бранови и полиестерски влакна: Во современите стаклени влакна за телекомуникации, германиум тетрахлорид се користи за генерирање на германиум диоксид во јадрото на внатрешното влакно при таложење на хемиска пареа. Ова резултира со поголем индекс на рефракција во јадрото во споредба со облогата на влакната, што осигурува дека светлосните бранови се водени. Во полиестерската хемија, германиум диоксидот се користи како катализатор во производството на одредени полиестерски влакна и гранулати, особено за ПЕТ шишиња што можат да се рециклираат (ПЕТ = полиетилен терефталат).

Нуклеарна медицина и нуклеарно инженерство

68Ge се користи во генераторот Галиум-68 како мајчин нуклид за производство на Галиум-68. 68Ge се користи и како извор за калибрација на детекторот во томографија со емисии на позитрони.

Како единечен кристал со висока чистота, германиумот се користи како детектор за зрачење.

Германиум во додатоци на храна

Супстанцијата Би (карбоксиетил) германиум сескиоксид (Ge-132) се промовира како додаток во исхраната за употреба во голем број на болести, вклучувајќи рак, синдром на хроничен замор, имунолошки дефицит, СИДА, висок крвен притисок, артритис и алергии на храна. Досега нема научно докажани позитивни ефекти врз текот на болеста.

Според Европската директива 2002/46/ЕЗ за приближување на законите на земјите-членки за додатоци во исхраната, германиумот не треба да се користи во додатоците на храна. Во многу земји на ЕУ кои веќе го усогласија своето национално законодавство, вклучително и Германија и Австрија, додавањето на германиум како извор на минерали во додатоците на храна не е дозволено.

Одговорните органи експресно предупредуваат на потрошувачката на Ge-132, бидејќи не може да се исклучи сериозно оштетување на здравјето и смртта.

Медицинска употреба на германиум

Терапевтската ефикасност на антинеопластичната супстанца спирогерманиум кај болести на рак не е докажана. Нема одобрени готови медицински производи со активна состојка спирогерманиум. Во Германија, фармацевтските препарати (рецепти) кои содржат германиум се сметаат за сомнителни, освен хомеопатските разредувања од Д4. Нивното производство и дистрибуција е забрането. Germanium metallicum е достапен во форма на хомеопатски лекови. Лактат од ди-калиум германиум цитрат е опишан како компонента на хомеопатските препарати.

физиологија

Германиумот и неговите соединенија имаат релативно мала токсичност. Траги од германиум може да се најдат во следната храна: грав, сок од домати, остриги, туна и лук. Според сегашната состојба на науката, тоа не е суштински микроелемент. Не постои позната биолошка функција за германиум. Се дискутираше за можно влијание врз метаболизмот на јаглени хидрати. Не се познати болести со недостаток на германиум.

токсичност

Труењето со германиум кај луѓето досега се случило само по земањето на неоргански соединенија од германиум како додатоци на храна. Првите симптоми се губење на апетит, губење на тежината, истоштеност и мускулна слабост. Ова е проследено со функционални нарушувања на бубрезите, вклучително и со откажување на бубрезите, што може да биде фатално за пациентот. Исто така, пријавена е и периферна невропатија како секундарна болест.

Привремени невротоксични несакани ефекти се пријавени при земање спирогерманиум во клинички студии. Спирогерманиум бил тестиран како цитостатски агенс во 80-тите години на минатиот век. Податоците од студиите на здрави волонтери не се достапни.

Познато е од експерименти врз животни дека германиумот има мала акутна орална токсичност. Симптоми на акутно труење со големи дози на германиум соединенија вклучуваат:

• Проширување на крвните садови (артериектазија)
• Птоза
• цијаноза
• тремор

На крајот на краиштата, респираторната парализа доведува до смрт на тест животните. Симптоми на хронично или потхронично труење со неоргански соединенија од германиум се:

• Губење на тежина
• Промени во органите (маса на органи)
• Прогресивна невропатија
• Оштетување на бубрезите

Органските соединенија од германиум покажаа помалку токсичност, но доведоа до губење на тежината и намалување на бројот на црвени крвни клетки кај испитаните животни. Постојат малку достапни податоци за тератогените ефекти на германиумот. Натриум германат не е тестиран како канцероген кај стаорци.

Механизмот на токсичност на германиумот сè уште не е целосно разбран. Сепак, забележани се специфични патолошки ефекти врз митохондриите на бубрежните и нервните клетки.

Интеракции

Исто така се дискутира дали германиумот покажува интеракции со силициум во метаболизмот на коските. Може да го блокира дејството на диуретиците и да ја намали или блокира активноста на голем број ензими, како што се дехидрогеназите. Во експерименти врз животни, глувците покажуваат зголемено времетраење на спиењето предизвикано од хексабарбитал, доколку дополнително биле третирани со соединенија од германиум. Ова сугерира дека активноста на цитохром P450 е исто така ограничена. Има извештаи за органски соединенија на германиум кои го блокираат детоксикацискиот ензим глутатион-С-трансфераза.

Биорасположивост и метаболизам

Германиумот многу лесно се апсорбира од телото кога се проголта. Дистрибуиран е на целото ткиво на телото, пред се во бубрезите и тироидната жлезда. За разлика од неорганските соединенија на германиум, органогерманиката не се акумулира во човечкото тело. Сепак, постојат само неколку студии за метаболизмот на германиум.

Во суштина се излачува преку урината. Екскреција преку жолчка и измет, исто така, се одвива.

врски

Германиумот формира Ge (II) и потрајни соединенија Ge (IV), само неколку се од техничка важност.

Познати се и претставниците на Ge (II) и Ge (IV) на германиум халидите. Германиум тетрахлорид, (GeCl4), течност со точка на вриење од 83 ° C, се формира кога германиум оксидите се изложени на водород хлорид и е важен среден производ во производството на германиум. GeCl4 со висока чистота се користи во производството на оптички водичи на бранови изработени од кварцен стакло со цел да се произведе оксиден слој германиум (IV) со висока чистота на внатрешноста на кварцните влакна. Непропорционалноста на јодидот на германиум (II) со формирањето на јодид на германиум и германиум (IV) исто така може да се користи за производство на високо чисти слоеви на германиум:

Германатите се соединенија на германиум кои се добиени од неговиот оксид. Во скоро сите минерали што содржат германиум, германиумот е присутен како германит.

Германците се нарекуваат водородни соединенија на германиум, кои формираат хомологна серија на синџири на молекули со различна должина. Моногерман или германиум хидрид (GeH4) е гас и се користи во индустријата за полупроводници за епитакса и допинг.

---