Германиум - училиште за хемија
Германиум
Германиум (од латински Германија „Германија“, татковина на истражувачот Клеменс Винклер (1838–1904) е хемиски елемент со елементот симбол Ge и атомскиот број 32. Во периодичниот систем е во 4-от период и 4-та главна група (група 14) или група на јаглерод. Првпат е откриен на 6 февруари 1886 година.
приказна
Кога Дмитриј Менделеев ја дизајнираше периодичната табела во 1871 година, наиде на празнина под силициумот и постулираше 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. Во 1886 година, Клеменс Винклер, хемичар во Бергакадемија Фрајберг (во Фрајберг) кој работел со кобалтно стакло, открил германиум. Тоа беше елементот Ека-Силициум предвиден од Менделеев, чии својства се приближија на пронајдениот германиум. [12] Менделеев ги извлекол својствата од неговиот периодичен систем, така што ова откритие придонело за препознавање на периодичниот систем.
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 исто така латинскиот збор галус (Хан) како извор на името, што на француски јазик Ле Кок се вика. Пол Амил Лекок de Boisbaudran 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 (лат. 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. Се наоѓа како придружник во руди од бакар и цинк (чеша од бакар Мансфелд). Најважните минерали се аргиродит, канфилдит, германит и ренерит. 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.
карактеристики
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. Оксидира само на германиум (IV) оксид (GeO2) само кога силно свети во кислородна атмосфера. 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.
употреба
електроника
Како полупроводник, тој беше водечки материјал во електрониката, особено во производството на диоди и транзистори, сè додека не беше заменет со силикон. 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.
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. Области на примена за ова се воени и цивилни уреди за ноќно гледање, како и термографски камери. Овие може да се користат, на пример, за да се испитаат куќи за протекување во топлинската изолација.
Други важни употреби се во производството на оптички водичи на бранови и полиестерски влакна: Во современите оптички влакна во телекомуникациите, германиум тетрахлорид се користи за обложување на јадрото на внатрешните влакна со германиум диоксид за да се постигне целосна рефлексија на светлосните бранови. 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).
Како единечен кристал со висока чистота, германиумот се користи како детектор за зрачење.
Со германиум, за разлика од челикот, структурата на кристалот не може да се скрши со неутронско зрачење. Тој еластично го апсорбира влијанието на неутронот. Досега, сепак, ова откритие не беше користено во реакторите.
Нуклеарна медицина
68 Ge се користи во генераторот Галиум-68 како мајчин нуклид за производство на Галиум-68. 68 Ge се користи и како извор за калибрација на детекторот во томографија со емисии на позитрони. [13]
Германиум во додатоци на храна
Супстанцијата бис (карбоксиетил) германиум сескиоксид (Ge-132) се рекламира како додаток во исхраната за употреба во низа услови, вклучувајќи рак, синдром на хроничен замор, имунолошки дефицит, [14] СИДА, хипертензија, артритис и алергии на храна. Досега нема научно докажани позитивни ефекти врз текот на болеста.
Според европскиот Директива 2002/46/ЕЗ за приближување на законите на земјите-членки во врска со додатоците на храна Германиум не треба да се користи во додатоци во исхраната. [15] Во многу земји на ЕУ кои веќе го усогласија своето национално законодавство, вклучувајќи ги Германија и Австрија, затоа не е дозволено додавање на германиум како извор на минерали во додатоците на храна.
Надлежните органи експресно предупредуваат на потрошувачката на Ge-132, бидејќи не може да се исклучи сериозно оштетување на здравјето и смртта. [16] [17]
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. [18] Германиум металик доаѓаат во форма на хомеопатски лекови. Како компонента на хомеопатските препарати ди-Опишан лактат на калиум германиум цитрат. [19]
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. Во случаи кога пациентите го преживеале внесувањето на неоргански соединенија од германиум, нормалната функција на бубрезите не може да се врати.
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 евентуално 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.