Германий: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
м (267) Метки: через визуальный редактор с мобильного устройства из мобильной версии через расширенный мобильный режим |
|||
(не показано 6 промежуточных версий 5 участников) | |||
Строка 42: | Строка 42: | ||
</ref> |
</ref> |
||
| теплопроводность = 60,2 |
| теплопроводность = 60,2 |
||
| температура плавления = 1210,6 |
| температура плавления = 1210,6 кельвин <br> 937,45 С (цельсия) |
||
| теплота плавления = 36,8 |
| теплота плавления = 36,8 |
||
| температура кипения = 3103 |
| температура кипения = 3103 кельвин <br> 2829,85 C (цельсия) |
||
| теплота испарения = 328 |
| теплота испарения = 328 |
||
| молярный объём = 13,6 |
| молярный объём = 13,6 |
||
Строка 76: | Строка 76: | ||
== Нахождение в природе == |
== Нахождение в природе == |
||
Общее содержание германия в [[Земная кора|земной коре]] 1,5{{e|−4}} % по массе, то есть больше, чем, например, [[сурьма|сурьмы]], [[серебро|серебра]], [[висмут]]а. 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 [[минерал]]ы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой [[Минералы-сульфосоли|сульфосоли]]: [[германит]] Cu<sub>2</sub>(Cu, |
Общее содержание германия в [[Земная кора|земной коре]] 1,5{{e|−4}} % по массе, то есть больше, чем, например, [[сурьма|сурьмы]], [[серебро|серебра]], [[висмут]]а. 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 [[минерал]]ы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой [[Минералы-сульфосоли|сульфосоли]]: [[германит]] Cu<sub>2</sub>(Cu,Fe,Ge,Zn)<sub>2</sub> (S,As)<sub>4</sub> (6—10 % Ge), [[аргиродит]] Ag<sub>8</sub>GeS<sub>6</sub> (3,6—7 % Ge), [[конфильдит]] Ag<sub>8</sub>(Sn,Ge) S<sub>6</sub> (до 2 % Ge) и др. редкие минералы ([[Ультрабазиты|ультрабазит]], [[ранерит]], [[франкеит]]). Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе [[горная порода|горных пород]] и минералов. Так, например, в некоторых [[сфалерит]]ах содержание германия достигает килограммов на тонну, в [[энаргит]]ах до 5 кг/т, в [[пираргирит]]е до 10 кг/т, в [[сульванит]]е и франкеите 1 кг/т, в других сульфидах и силикатах — сотни и десятки г/т. Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — в сульфидных [[руда]]х [[цветные металлы|цветных металлов]], в [[железная руда|железных рудах]], в некоторых окисных минералах ([[хромит]]е, [[магнетит]]е, [[рутил]]е и др.), в [[гранит]]ах, [[диабаз]]ах и [[базальт]]ах. Кроме того, германий присутствует почти во всех [[Силикаты (минералы)|силикатах]], в некоторых [[месторождение|месторождениях]] [[каменный уголь|каменного угля]] и [[нефть|нефти]]. Концентрация германия в морской воде 6{{e|−5}} мг/л<ref>''J. P. Riley, Skirrow G.'' Chemical Oceanography, V. I, 1965.</ref>. |
||
== Физические свойства == |
== Физические свойства == |
||
[[Файл:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|thumb|Элементарная кристаллическая ячейка германия типа алмаза.]] |
[[Файл:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|thumb|Элементарная кристаллическая ячейка германия типа алмаза.]] |
||
[[Файл:Германий Pik 3-ru.svg|thumb|Аномальный пик на кривой теплоёмкости германия: 1 — экспериментальная кривая; 2 — ''дебаевская'' (колебательная) составляющая; 3 — аномальный остаток (разность кривой 1 и 2); 4, 5, 6 — ''больцмановские'' составляющие аномального остатка 3]] |
[[Файл:Германий Pik 3-ru.svg|thumb|Аномальный пик на кривой теплоёмкости германия: 1 — экспериментальная кривая; 2 — ''дебаевская'' (колебательная) составляющая; 3 — аномальный остаток (разность кривой 1 и 2); 4, 5, 6 — ''больцмановские'' составляющие аномального остатка 3]] |
||
Германий — хрупкий, серебристо-белый |
Германий — хрупкий, серебристо-белый полуметалл. [[Кристаллическая решётка]] устойчивой при [[Стандартные условия|нормальных условиях]] [[Аллотропия|аллотропной]] модификации — кубическая типа [[алмаз]]а. |
||
[[Плавление|Температура плавления]] 938,25 °C, температура кипения 2850 °C, плотность германия 5,33 г/см<sup>3</sup>. |
[[Плавление|Температура плавления]] 938,25 °C, температура кипения 2850 °C, плотность германия 5,33 г/см<sup>3</sup>. |
||
Строка 87: | Строка 87: | ||
[[Теплоёмкость]] германия имеет аномальный вид, а именно, содержит пик над уровнем нормальной (колебательной) составляющей<ref>Cristescu S., Simon F. // Z.phys. Chem. 25 B, 273 (1936).</ref><ref>{{книга |автор=[[Ормонт Б. Ф.]] |заглавие=Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников |издание=М., Высшая школа |тип=книга |год=1982}}</ref>, 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»<ref>{{книга |автор=[[Ф. Зейтц]] |заглавие=Современная теория твердого тела |место=М.-Л. |издательство=Госиздат техникотеоретической литературы |тип=книга |год=1949}}</ref> и объясняется, как и аномальность поведения теплоёмкостей [[гафний|гафния]], [[алмаз]]а и [[графит]]а, больцмановским фактором, контролирующим диффузионную (диссоциационную) компоненту<ref>{{книга |автор=[[Андреев, Валентин Дмитриевич|Андреев В. Д.]] |заглавие=Избранные проблемы теоретической физики |место=Киев |издательство=Аванпост-Прим |тип=книга |год=2012 |ссылка=http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm |archivedate=2013-12-03 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20131203023306/http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm }}</ref>. |
[[Теплоёмкость]] германия имеет аномальный вид, а именно, содержит пик над уровнем нормальной (колебательной) составляющей<ref>Cristescu S., Simon F. // Z.phys. Chem. 25 B, 273 (1936).</ref><ref>{{книга |автор=[[Ормонт Б. Ф.]] |заглавие=Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников |издание=М., Высшая школа |тип=книга |год=1982}}</ref>, 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»<ref>{{книга |автор=[[Ф. Зейтц]] |заглавие=Современная теория твердого тела |место=М.-Л. |издательство=Госиздат техникотеоретической литературы |тип=книга |год=1949}}</ref> и объясняется, как и аномальность поведения теплоёмкостей [[гафний|гафния]], [[алмаз]]а и [[графит]]а, больцмановским фактором, контролирующим диффузионную (диссоциационную) компоненту<ref>{{книга |автор=[[Андреев, Валентин Дмитриевич|Андреев В. Д.]] |заглавие=Избранные проблемы теоретической физики |место=Киев |издательство=Аванпост-Прим |тип=книга |год=2012 |ссылка=http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm |archivedate=2013-12-03 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20131203023306/http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm }}</ref>. |
||
Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см |
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 (при 1000 °С). Другие вещества, обладающие этим свойством — [[вода]], [[кремний]], [[галлий]], [[сурьма]], [[висмут]], [[церий]], [[плутоний]]. |
||
Германий по электрофизическим свойствам является [[Запрещённая зона#Прямые и непрямые переходы|непрямозонным]] [[полупроводник]]ом. |
Германий по электрофизическим свойствам является [[Запрещённая зона#Прямые и непрямые переходы|непрямозонным]] [[полупроводник]]ом. |
||
Строка 101: | Строка 101: | ||
** дырок, лёгких: ''m''<sub>hl</sub> = 0,042 ''m''<sub>0</sub>. |
** дырок, лёгких: ''m''<sub>hl</sub> = 0,042 ''m''<sub>0</sub>. |
||
* [[Энергия сродства к электрону]]: χ = 4,0 эВ<ref name="ReferenceA"/>. |
* [[Энергия сродства к электрону]]: χ = 4,0 эВ<ref name="ReferenceA"/>. |
||
* показатель преломления |
|||
Легированный [[галлий|галлием]] германий в виде тонкой плёнки переходит при низких температурах в [[Сверхпроводимость|сверхпроводящее]] состояние<ref name="cl">[http://www.compulenta.ru/science/physics/429661/ Compulenta]{{Недоступная ссылка|date=Сентябрь 2018 |bot=InternetArchiveBot }}.</ref>. |
Легированный [[галлий|галлием]] германий в виде тонкой плёнки переходит при низких температурах в [[Сверхпроводимость|сверхпроводящее]] состояние<ref name="cl">[http://www.compulenta.ru/science/physics/429661/ Compulenta]{{Недоступная ссылка|date=Сентябрь 2018 |bot=InternetArchiveBot }}.</ref>. |
||
Строка 149: | Строка 149: | ||
* Гидрогалогениды германия <math chem>\ce{GeH}_x\ce{X}_{4-x}</math> (<chem>X\ {=}\ Cl, Br, I;</chem> <math>x = 1, 2, 3</math>) |
* Гидрогалогениды германия <math chem>\ce{GeH}_x\ce{X}_{4-x}</math> (<chem>X\ {=}\ Cl, Br, I;</chem> <math>x = 1, 2, 3</math>) |
||
* [[Галогениды]] германия |
* [[Галогениды]] германия |
||
** [[Фторид германия |
** [[Фторид германия(II)]] <chem>GeF2</chem> |
||
** [[Хлорид германия |
** [[Хлорид германия(II)]] <chem>GeCl2</chem> |
||
** [[Бромид германия |
** [[Бромид германия(II)]] <chem>GeBr2</chem> |
||
** [[Иодид германия(II)]] <chem>GeI2</chem> |
** [[Иодид германия(II)]] <chem>GeI2</chem> |
||
** [[Фторид германия(IV)]] <chem>GeF4</chem> |
** [[Фторид германия(IV)]] <chem>GeF4</chem> |
||
Строка 162: | Строка 162: | ||
** [[Сульфид германия(II)]] <chem>GeS</chem> |
** [[Сульфид германия(II)]] <chem>GeS</chem> |
||
** [[Сульфид германия(IV)]] <chem>GeS2</chem> |
** [[Сульфид германия(IV)]] <chem>GeS2</chem> |
||
** [[Селенид германия(II) |
** [[Селенид германия(II)]] <chem>GeSe</chem> |
||
** [[Селенид германия(IV)]] <chem>GeSe2</chem> |
|||
** [[ |
** [[Теллурид германия|Теллурид германия(II)]] <chem>GeTe</chem> |
||
* [[Нитрид германия(IV)]] <chem>Ge3N4</chem> |
|||
* [[Нитрид германия(IV)|Нитрид германия (IV)]] <chem>Ge3N4</chem> |
|||
* [[Оксид]]ы |
* [[Оксид]]ы |
||
** [[Оксид германия(II) |
** [[Оксид германия(II)]] <chem>GeO</chem> |
||
** [[Оксид германия(IV)]] <chem>GeO2</chem> |
|||
** [[Оксид германия(IV)|Оксид германия (IV)]] <chem>GeO2</chem> |
|||
* [[Гидроксид]]ы |
* [[Гидроксид]]ы |
||
** [[Гидроксид германия (II)]] <chem>Ge(OH)2</chem> |
** [[Гидроксид германия (II)|Гидроксид германия(II)]] <chem>Ge(OH)2</chem> |
||
** [[Гидроксид германия |
** [[Гидроксид германия(IV)]] <math chem>\ce{GeO2 * }x\ce{H2O}</math> |
||
* [[Соли]] |
* [[Соли]] |
||
** Катионные |
** Катионные |
||
*** [[Сульфат германия |
*** [[Сульфат германия(IV)]] <chem>Ge(SO4)2</chem> |
||
*** [[Перхлорат германия (IV)]] <chem>Ge(ClO4)4</chem> |
*** [[Перхлорат германия (IV)|Перхлорат германия(IV)]] <chem>Ge(ClO4)4</chem> |
||
*** [[Ацетат германия |
*** [[Ацетат германия(IV)]] <chem>Ge(CH3COO)4</chem> |
||
** Анионные |
** Анионные |
||
*** Германаты (например, [[Метагерманат натрия|германат натрия]] <chem>Na2GeO3</chem>) |
*** Германаты (например, [[Метагерманат натрия|германат натрия]] <chem>Na2GeO3</chem>) |
||
Строка 206: | Строка 206: | ||
=== Промышленное производство === |
=== Промышленное производство === |
||
Мировое потребление германия на 2023 год составит около 60 т, на сумму около 230 млн долл. |
Мировое потребление германия на 2023 год составит около 60 т, на сумму около 230 млн долл. |
||
По оценкам, [[Промышленность КНР|КНР]] обеспечивает от 60 до 85 % мирового производства германия |
По оценкам, [[Промышленность КНР|КНР]] обеспечивает от 60 до 85 % мирового производства германия<ref>[https://iz.ru/1540603/dmitrii-migunov/zdes-kuiut-metall-kitai-ogranichil-eksport-redkikh-elementov-na-zapad Китай ограничил экспорт редких элементов на Запад. Страна сделала ответный залп в глобальной полупроводниковой войне] {{Wayback|url=https://iz.ru/1540603/dmitrii-migunov/zdes-kuiut-metall-kitai-ogranichil-eksport-redkikh-elementov-na-zapad |date=20230707171604 }} // [[Известия]], 7 июля 2023</ref>. |
||
==== в СССР и России ==== |
==== в СССР и России ==== |
||
Строка 226: | Строка 226: | ||
== Применение == |
== Применение == |
||
В 2007 году основными потребителями германия были: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия |
В 2007 году основными потребителями германия были: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия<ref>{{статья |заглавие=Germanium—Statistics and Information |издание=U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries |ссылка=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium |язык=und |автор=U.S. Geological Survey |год=2008 |archivedate=2010-05-27 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100527173607/http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/ }}</ref>. |
||
=== Оптика === |
=== Оптика === |
||
[[Файл:Инфракрасная линза из кристаллического Германия.jpg|thumb|Пример инфракрасной линзы из германия]] |
[[Файл:Инфракрасная линза из кристаллического Германия.jpg|thumb|Пример инфракрасной линзы из германия]] |
||
[[Файл:Линза из кристаллического Германия на ИК-камере Армата Т-14.jpg|left|thumb|200x200px|Пример линзы из кристаллического германия в военных инфракрасных камерах на танке Армата Т-14]] |
[[Файл:Линза из кристаллического Германия на ИК-камере Армата Т-14.jpg|left|thumb|200x200px|Пример линзы из кристаллического германия в военных инфракрасных камерах на танке Армата Т-14]] |
||
* Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов [[Оптические материалы#Инфракрасная область|инфракрасной оптики]]: [[линза|линз]], [[призма (оптика)|призм]], оптических окон датчиков<ref>{{статья |заглавие=Infrared Detector Arrays for Astronomy |издание={{Нп3|Annual Review of Astronomy and Astrophysics|Annu. Rev. Astro. Astrophys.|en|Annual Review of Astronomy and Astrophysics}} |doi=10.1146/annurev.astro.44.051905.092436 |том=45 |страницы=77 |язык=en |автор=Rieke, G. H. |год=2007 |тип=journal}}</ref><ref name="Brown">{{cite web |url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220400.pdf |title=Germanium |first=Robert D. |last=Brown, Jr. |publisher=U.S. Geological Survey |format=pdf |date=2000 |accessdate=2008-09-22 |archiveurl=https://www.webcitation.org/617vq77UU?url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220400.pdf |archivedate=2011-08-22}}</ref>. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 [[мкм]]. Это диапазон для наиболее популярных инфракрасных матриц на [[микроболометр]]ах, используемых в системах пассивного тепловидения, военных системах инфракрасного [[Головка самонаведения|наведения]], [[прибор ночного видения|приборах ночного видения]], противопожарных системах. Германий также используется в ИК-[[Спектроскопия|спектроскопии]] в оптических приборах, использующих высокочувствительные ИК-датчики<ref name="Brown" />. Германий проигрывает по пропускающей способности света в диапазоне от 8 до 14 мкм [[Сульфид цинка|сульфиду цинка]] |
* Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов [[Оптические материалы#Инфракрасная область|инфракрасной оптики]]: [[линза|линз]], [[призма (оптика)|призм]], оптических окон датчиков<ref>{{статья |заглавие=Infrared Detector Arrays for Astronomy |издание={{Нп3|Annual Review of Astronomy and Astrophysics|Annu. Rev. Astro. Astrophys.|en|Annual Review of Astronomy and Astrophysics}} |doi=10.1146/annurev.astro.44.051905.092436 |том=45 |страницы=77 |язык=en |автор=Rieke, G. H. |год=2007 |тип=journal}}</ref><ref name="Brown">{{cite web |url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220400.pdf |title=Germanium |first=Robert D. |last=Brown, Jr. |publisher=U.S. Geological Survey |format=pdf |date=2000 |accessdate=2008-09-22 |archiveurl=https://www.webcitation.org/617vq77UU?url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/germanium/220400.pdf |archivedate=2011-08-22}}</ref>. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 [[мкм]]. Это диапазон для наиболее популярных инфракрасных матриц на [[микроболометр]]ах, используемых в системах пассивного тепловидения, военных системах инфракрасного [[Головка самонаведения|наведения]], [[прибор ночного видения|приборах ночного видения]], противопожарных системах. Германий также используется в ИК-[[Спектроскопия|спектроскопии]] в оптических приборах, использующих высокочувствительные ИК-датчики<ref name="Brown" />. Германий проигрывает по пропускающей способности света в диапазоне от 8 до 14 мкм [[Сульфид цинка|сульфиду цинка]]<ref>{{Cite web |url=http://www.crystran.co.uk/optical-materials/zinc-sulphide-multispectral-zinc-sulfide-zns |title=Zinc Sulphide Multispectral (ZnS) Optical Material |author=Crystran |publisher=www.crystran.co.uk |accessdate=2016-11-09 |archive-date=2016-11-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161106171826/http://www.crystran.co.uk/optical-materials/zinc-sulphide-multispectral-zinc-sulfide-zns |deadlink=no }}</ref>. Однако германий, в отличие от сульфида цинка, продолжает пропускать порядка 25 % инфракрасного излучения до длины волны 23 мкм, поэтому является одним из основных материалов для длинноволновой инфракрасной оптики, обычно используемой в военных прицелах<ref>{{Cite web |url=http://www.crystran.co.uk/optical-materials/germanium-ge |title=Germanium Optical Material |author=Crystran |publisher=www.crystran.co.uk |accessdate=2016-11-09 |archive-date=2016-11-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161106163706/http://www.crystran.co.uk/optical-materials/germanium-ge |deadlink=no }}</ref>. |
||
* Оптические детали из Ge обладают очень высоким показателем преломления (4,0) и обязательно требует использования [[Просветление оптики|просветляющих покрытий]]. В частности, используется покрытие из очень твёрдого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0<ref>{{статья |doi=10.1016/S0008-6223(98)00062-1 |заглавие=Applications of diamond-like carbon thin films |том=36 |номер=5—6 |страницы=555—560 |издание={{Нп3|Carbon (журнал)|Carbon||Carbon (journal)}} |язык=en |автор=Lettington, Alan H. |год=1998 |издательство=[[Elsevier]] }}</ref><ref>{{статья |заглавие=Study on correlating rain erosion resistance with sliding abrasion resistance of DLC on germanium |издание=Proc. SPIE, |том=1325 |страницы=99 |doi=10.1117/12.22449 |номер=Mechanical Properties |язык=en |тип=journal |автор=Gardos, Michael N.; Bonnie L. Soriano, Steven H. Propst |год=1990}}</ref>. |
* Оптические детали из Ge обладают очень высоким показателем преломления (4,0) и обязательно требует использования [[Просветление оптики|просветляющих покрытий]]. В частности, используется покрытие из очень твёрдого алмазоподобного углерода, с показателем преломления 2,0<ref>{{статья |doi=10.1016/S0008-6223(98)00062-1 |заглавие=Applications of diamond-like carbon thin films |том=36 |номер=5—6 |страницы=555—560 |издание={{Нп3|Carbon (журнал)|Carbon||Carbon (journal)}} |язык=en |автор=Lettington, Alan H. |год=1998 |издательство=[[Elsevier]] }}</ref><ref>{{статья |заглавие=Study on correlating rain erosion resistance with sliding abrasion resistance of DLC on germanium |издание=Proc. SPIE, |том=1325 |страницы=99 |doi=10.1117/12.22449 |номер=Mechanical Properties |язык=en |тип=journal |автор=Gardos, Michael N.; Bonnie L. Soriano, Steven H. Propst |год=1990}}</ref>. |
||
* Наиболее заметные физические характеристики оксида германия (GeO<sub>2</sub>) — его высокий [[показатель преломления]] и низкая [[Дисперсия света|оптическая дисперсия]]. Эти свойства находят применение в изготовлении [[широкоугольный объектив|широкоугольных объективов]] камер, [[микроскопия|микроскопии]], и производстве [[Оптическое волокно|оптического волокна]]. |
* Наиболее заметные физические характеристики оксида германия (GeO<sub>2</sub>) — его высокий [[показатель преломления]] и низкая [[Дисперсия света|оптическая дисперсия]]. Эти свойства находят применение в изготовлении [[широкоугольный объектив|широкоугольных объективов]] камер, [[микроскопия|микроскопии]], и производстве [[Оптическое волокно|оптического волокна]]. |
||
* [[Хлорид германия(IV)|Тетрахлорид германия]] используется в производстве [[оптоволокно|оптоволокна]], так как образующийся в процессе разложения этого соединения [[диоксид германия]] удобен для данного применения благодаря своему высокому [[рефракция|показателю преломления]] и низкому оптическому рассеиванию и поглощению. |
* [[Хлорид германия(IV)|Тетрахлорид германия]] используется в производстве [[оптоволокно|оптоволокна]], так как образующийся в процессе разложения этого соединения [[диоксид германия]] удобен для данного применения благодаря своему высокому [[рефракция|показателю преломления]] и низкому оптическому рассеиванию и поглощению. |
||
* Сплав GeSbTe используется при производстве [[DVD-RW|перезаписываемых DVD]]. Сущность перезаписи заключается в изменении оптических свойств этого соединения при [[Фазовый переход|фазовом переходе]] под действием лазерного излучения |
* Сплав GeSbTe используется при производстве [[DVD-RW|перезаписываемых DVD]]. Сущность перезаписи заключается в изменении оптических свойств этого соединения при [[Фазовый переход|фазовом переходе]] под действием лазерного излучения<ref>{{cite web |url=http://www.osta.org/technology/pdf/dvdqa.pdf |title=Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition |format=pdf |accessdate=2008-09-22 |publisher=Optical Storage Technology Association (OSTA) |deadlink=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20051028103605/http://www.osta.org/technology/pdf/dvdqa.pdf |archivedate=2005-10-28}}</ref>. |
||
=== Радиоэлектроника === |
=== Радиоэлектроника === |
||
Строка 251: | Строка 251: | ||
<div style="float: right; margin: 5px;"> |
<div style="float: right; margin: 5px;"> |
||
{|class="wikitable" style="text-align:right" |
{|class="wikitable" style="text-align:right" |
||
!Год !! Цена <br>([[USD]]/[[килограмм|кг]])<ref>{{статья |заглавие=Germanium |издание=U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries |страницы=1—2 |издательство=USGS Mineral Resources Program |accessdate=2008-08-28 |isbn=0859340392 |oclc=16437701 |язык=en |автор=R. N. Soar |год=1977}}</ref> |
!Год !! Цена <br>([[USD]]/[[килограмм|кг]])<ref>{{статья |заглавие=Germanium |ссылка=https://archive.org/details/50circuitsusingg0000soar/page/n2 |издание=U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries |страницы=1—2 |издательство=USGS Mineral Resources Program |accessdate=2008-08-28 |isbn=0859340392 |oclc=16437701 |язык=en |автор=R. N. Soar |год=1977}}</ref> |
||
|- |
|- |
||
|1999 || 1 400 |
|1999 || 1 400 |
||
Строка 285: | Строка 285: | ||
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. |
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/м |
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 [[Асбест (материал)|асбестовой]] пыли. |
||
Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны<ref>''Назаренко В. А.'' Аналитическая химия германия. — М., Наука. — 1973. — 264 с.</ref>. |
Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны<ref>''Назаренко В. А.'' Аналитическая химия германия. — М., Наука. — 1973. — 264 с.</ref>. |
||
Строка 312: | Строка 312: | ||
== Ссылки == |
== Ссылки == |
||
{{навигация |
{{навигация |
||
|Викисловарь=германий}} |
|||
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ge/key.html Германий на Webelements] |
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ge/key.html Германий на Webelements] |
||
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb032.htm Германий в Популярной библиотеке химических элементов] |
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb032.htm Германий в Популярной библиотеке химических элементов] |
Версия от 18:25, 14 марта 2024
Германий | ||||
---|---|---|---|---|
← Галлий | Мышьяк → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
![]() Поликристаллический образец германия |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Герма́ний / Germanium (Ge), 32 | |||
Группа, период, блок |
14 (устар. 4), 4, p-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
72,630(8)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация |
[Ar] 3d104s2 4p2 1s22s22p63s23p63d104s24p2 |
|||
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)
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 кельвин 937,45 С (цельсия) |
|||
Температура кипения |
3103 кельвин 2829,85 C (цельсия) |
|||
Мол. теплота плавления | 36,8 кДж/моль | |||
Мол. теплота испарения | 328 кДж/моль | |||
Молярная теплоёмкость | 23,32[2] 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 |
32 | Германий
|
3d104s24p2 |
Герма́ний (химический символ — Ge, от лат. Germаnium) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 32.
Простое вещество германий — это типичный полуметалл серо-белого цвета, с металлическим блеском. Подобно кремнию, является полупроводником.
История открытия и этимология
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9d/Winkler_Clemens.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/Argyrodite-243406.jpg/220px-Argyrodite-243406.jpg)
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[3][4].
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[5]. В последующих двух больших статьях 1886—1887 годов Винклер подробно описал свойства германия[6][7].
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[7].
До конца 1930-х годов германий не использовался в промышленности[8]. Во время Второй мировой войны германий использовался в некоторых электронных устройствах, главным образом в диодах[9].
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[10].
Физические свойства
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f1/Silicon-unit-cell-3D-balls.png/220px-Silicon-unit-cell-3D-balls.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7c/%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9_Pik_3-ru.svg/220px-%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9_Pik_3-ru.svg.png)
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[11][12], 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»[13] и объясняется, как и аномальность поведения теплоёмкостей гафния, алмаза и графита, больцмановским фактором, контролирующим диффузионную (диссоциационную) компоненту[14].
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 (при 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) Eg = 0,67 эВ
- Собственная концентрация ni = 2,33⋅1013 см−3[15].
- Эффективная масса[16]:
- Энергия сродства к электрону: χ = 4,0 эВ[17].
- показатель преломления
Легированный галлием германий в виде тонкой плёнки переходит при низких температурах в сверхпроводящее состояние[18].
Изотопы
Природный германий состоит из смеси пяти изотопов: 70Ge (20,55 % атомов), 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. Сочетает свойства металла и неметалла. 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 образованию . 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
- Кластерные германиды (например, )
- Германиды (состава , , где — щелочной металл)
- Гидриды
- Гидрогалогениды германия ( )
- Галогениды германия
- Халькогениды
- Нитрид германия(IV)
- Оксиды
- Гидроксиды
- Соли
- Катионные
- Анионные
- Германаты (например, германат натрия )
- Гидроксогерманаты (например, гексагидроксогерманат натрия )
- Галогенгерманаты
- Гексафторогерманаты (например, гексафторогерманат натрия )
- Гексахлорогерманаты (например, гексахлорогерманат цезия )
- Тиогерманаты (например, тиогерманат натрия )
- 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 в 1887 году.
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[19].
Промышленное производство
Мировое потребление германия на 2023 год составит около 60 т, на сумму около 230 млн долл. По оценкам, КНР обеспечивает от 60 до 85 % мирового производства германия[20].
в СССР и России
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Burba_a_a_c1968.jpg/200px-Burba_a_a_c1968.jpg)
Производство германия в промышленных масштабах в СССР началось в 1959 году, когда на Медногорском медно-серном комбинате (ММСК) был введён в действие цех переработки пыли[21][22]. 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[23]; 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[24].
В 1962 году по инициативе и при участии А. Бурбы аналогичное производство было создано также на Ангренском химико-металлургическом заводе (АХМЗ) в городе Ангрен в Узбекистане (ныне предприятие «Ангренэнергоцветмет»)[25][26]. Практически весь объём производства концентрата германия в СССР приходился на ММСК и АХМЗ[27]. 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 годы начать его экспорт и стать мировым лидером по его производству[28].
Для переработки выпускавшегося на ММСК и АХМЗ германиевого концентрата в конечные продукты (чистый германий и его соединения) в 1961—1962 годах на Красноярском аффинажном заводе (с 1967 года — Красноярский завод цветных металлов, затем — ОАО «Красцветмет») был создан цех по производству германия (с 1991 года — ОАО «Германий»)[29][30]. В 1962—1963 гг. цех производил 600 кг монокристаллического германия в год[31]. В 1968—1969 гг., когда внутренние потребности в германии были обеспечены, СССР впервые начал экспортировать диоксид германия, а в 1970 году начался также экспорт поликристаллического зонноочищенного германия[32]. СССР удерживал мировое лидерство по производству германия, увеличив выпуск металла настолько, что до 40 % производства уходило на экспорт[33].
- в России
После распада СССР, вплоть до 2010 года, ММСК оставался единственным производителем германиевого концентрата в России[34]. С 2010 года производство германия в концентрате на ММСК приостановлено, а оборудование законсервировано. Одновременно с этим начато производство германия в концентрате на ООО «Германий и приложения» в Новомосковске Тульской области[35][36]. 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[37][38].
Применение
В 2007 году основными потребителями германия были: 35 % волоконная оптика; 30 % тепловизорная оптика; 15 % химические катализаторы; 15 % электроника; небольшие количества германия потребляет металлургия[39].
Оптика
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/%D0%98%D0%BD%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B7%D0%B0_%D0%B8%D0%B7_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F.jpg/220px-%D0%98%D0%BD%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B7%D0%B0_%D0%B8%D0%B7_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/%D0%9B%D0%B8%D0%BD%D0%B7%D0%B0_%D0%B8%D0%B7_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BD%D0%B0_%D0%98%D0%9A-%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5_%D0%90%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B0_%D0%A2-14.jpg/200px-%D0%9B%D0%B8%D0%BD%D0%B7%D0%B0_%D0%B8%D0%B7_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BD%D0%B0_%D0%98%D0%9A-%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5_%D0%90%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B0_%D0%A2-14.jpg)
- Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики: линз, призм, оптических окон датчиков[40][41]. Наиболее важная область применения — оптика тепловизионных камер, работающих в диапазоне длин волн от 8 до 14 мкм. 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[41]. Германий проигрывает по пропускающей способности света в диапазоне от 8 до 14 мкм сульфиду цинка[42]. Однако германий, в отличие от сульфида цинка, продолжает пропускать порядка 25 % инфракрасного излучения до длины волны 23 мкм, поэтому является одним из основных материалов для длинноволновой инфракрасной оптики, обычно используемой в военных прицелах[43].
- 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[44][45].
- 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[46].
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[47][48]. 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 10 000 раз больше. Также у германиевых приборов значительно выше шум и ниже температура, при которой происходит разрушение p-n-переходов[49]. 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 годов германиевые полупроводниковые приборы использовались повсеместно, в настоящее время германиевые диоды и транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми, как имеющими значительно лучшие эксплуатационные характеристики.
- Сейчас германий используется в СВЧ-электронике для создания гетероструктурных биполярных транзисторов (HBT)[англ.] в SiGe[англ.]-техпроцессе, способных работать на субтерагерцовых частотах[50]. Работы Жореса Алфёрова по структурам SiGe, в частности, заложили основу[источник не указан 706 дней] 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[англ.] (серебро пробы 935 либо 960) германий является легирующим элементом, обеспечивающим формирование прозрачного и стойкого защитного оксидного слоя на поверхности изделий[источник не указан 2340 дней].
Экономика
Цены
Год | Цена (USD/кг)[51] |
---|---|
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 |
Средние цены на германий в 2007 году[52]
- Германий металлический — 1200 USD/кг.
- Германия диоксид — 840 USD/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[53].
Примечания
- ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
- ↑ Химическая энциклопедия: в 5 т / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 531. — 623 с. — 100 000 экз.
- ↑ Менделеев Д. И. Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов // Журнал Русского химического общества. — 1871. — Т. III. — С. 25—56. Архивировано 17 марта 2014 года.
- ↑ Kaji, Masanori. D. I. Mendeleev's concept of chemical elements and The Principles of Chemistry (англ.) // Bulletin for the History of Chemistry[англ.] : journal. — 2002. — Vol. 27, no. 1. — P. 4—16. Архивировано 17 декабря 2008 года.
- ↑ Winkler C. Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element (нем.) // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft[англ.] : magazin. — 1886. — Bd. 19. — S. 210—211. Архивировано 7 декабря 2008 года.
- ↑ Winkler C. Mittheilungen über des Germanium (нем.) // Journal für praktische Chemie[англ.] : magazin. — 1886. — Bd. 34. — S. 177—229. Архивировано 9 марта 2016 года.
- ↑ 1 2 Winkler C. Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung (нем.) // Journal für praktische Chemie[англ.] : magazin. — 1887. — Bd. 36, Nr. 1. — S. 177—209. Архивировано 3 ноября 2012 года.
- ↑ Haller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (PDF). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley. Дата обращения: 6 сентября 2013. Архивировано 10 июля 2019 года.
- ↑ W. K. (1953-05-10). "Germanium for Electronic Devices". NY Times . Дата обращения: 6 сентября 2013. Архивировано 13 июня 2013 года.
- ↑ J. P. Riley, Skirrow G. Chemical Oceanography, V. I, 1965.
- ↑ Cristescu S., Simon F. // Z.phys. Chem. 25 B, 273 (1936).
- ↑ Ормонт Б. Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. — М., Высшая школа. — 1982.
- ↑ Ф. Зейтц. Современная теория твердого тела. — М.—Л.: Госиздат техникотеоретической литературы, 1949.
- ↑ Андреев В. Д. Избранные проблемы теоретической физики. — Киев: Аванпост-Прим, 2012. Архивировано 3 декабря 2013 года.
- ↑ Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
- ↑ Баранский П. И., Клочев В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 704 с.
- ↑ 1 2 3 З и С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 455 с.
- ↑ Compulenta (недоступная ссылка).
- ↑ Chardin, B. (2001). "Dark Matter: Direct Detection". In Binetruy, B. The Primordial Universe: 28 June – 23 July 1999. Springer. p. 308. ISBN 3-540-41046-5
- ↑ Китай ограничил экспорт редких элементов на Запад. Страна сделала ответный залп в глобальной полупроводниковой войне Архивная копия от 7 июля 2023 на Wayback Machine // Известия, 7 июля 2023
- ↑ История предприятия: Сайт Медногорского медно-серного комбината Архивная копия от 25 января 2013 на Wayback Machine.
- ↑ Иванов В. И. Мы были единомышленниками // Газета «Медногорский металлург», № 25, 18.06.2004. — С. 3. Архивная копия от 29 октября 2013 на Wayback Machine.
- ↑ Наумов А. В. На германиевой подложке (с. 9) // Химия и жизнь, 2017, № 4. С. 8—11. Архивная копия от 29 августа 2017 на Wayback Machine.
- ↑ Окунев А. И., Кирр Л. Д., Скопов Г. В. Извлечение германия и других элементов-спутников из пыли медеплавильного производства (к 50-летию со дня внедрения технологии) Архивная копия от 18 октября 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Ангрен в событиях и датах. Архивная копия от 22 февраля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Энциклопедия Забайкалья Архивная копия от 22 февраля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Наумов А. В. Мировой рынок германия и его перспективы (с. 36)// Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2007, № 4. — С. 32—40. Архивная копия от 22 февраля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Германий солнечный (недоступная ссылка) // Витрина: Бизнес-издание Красноярского края, июнь 2014, с. 8—12.
- ↑ Красноярский завод цветных металлов им. В. Н. Гулидова: Основные исторические вехи завода. Архивная копия от 5 марта 2016 на Wayback Machine
- ↑ Красцветмет. Интерактивный музей. 1953—1963. События Архивная копия от 30 июля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Красцветмет. Интерактивный музей. 1953—1963. Цифры Архивная копия от 30 июля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Наша история - ОАО «Германий» (Красноярск) Архивная копия от 27 октября 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Старков В. Д. Минеральные ресурсы России (с. 75) — Тюмень: Изд-во Тюменск. гос. ун-та. — 2007. — 180 с. Архивная копия от 24 февраля 2014 на Wayback Machine
- ↑ Кобер П. Разбег в степи. Интервью директора ММСК Ю. С. Кривоносова // журн. «Эксперт-Урал», № 21 (193), 6 июня 2005. Архивная копия от 22 февраля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Цех переработки пыли Архивная копия от 15 октября 2014 на Wayback Machine. Сайт ООО «Медногорский медно-серный комбинат».
- ↑ Кузбит О. Под Тулой могут сдвинуть баланс сил на мировом германиевом рынке Архивная копия от 27 октября 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Кизильштейн Л. Угольные примеси — ценные и коварные // Наука и жизнь. — 2014. — № 5. — С. 72—73. Архивировано 16 июля 2014 года.
- ↑ Бажов П. С. Разработка способов повышения извлечения германия при пирометаллургической переработке продуктов сжигания углей Архивная копия от 25 июля 2014 на Wayback Machine / Автореферат диссертации. Екатеринбург, 2011.
- ↑ U.S. Geological Survey. Germanium—Statistics and Information (неопр.) // U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. — 2008. Архивировано 27 мая 2010 года.
- ↑ Rieke, G. H. Infrared Detector Arrays for Astronomy (англ.) // Annu. Rev. Astro. Astrophys.[англ.] : journal. — 2007. — Vol. 45. — P. 77. — doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092436.
- ↑ 1 2 Brown, Jr., Robert D. Germanium (pdf). U.S. Geological Survey (2000). Дата обращения: 22 сентября 2008. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Crystran. Zinc Sulphide Multispectral (ZnS) Optical Material . www.crystran.co.uk. Дата обращения: 9 ноября 2016. Архивировано 6 ноября 2016 года.
- ↑ Crystran. Germanium Optical Material . www.crystran.co.uk. Дата обращения: 9 ноября 2016. Архивировано 6 ноября 2016 года.
- ↑ Lettington, Alan H. Applications of diamond-like carbon thin films (англ.) // Carbon[англ.]. — Elsevier, 1998. — Vol. 36, no. 5—6. — P. 555—560. — doi:10.1016/S0008-6223(98)00062-1.
- ↑ Gardos, Michael N.; Bonnie L. Soriano, Steven H. Propst. Study on correlating rain erosion resistance with sliding abrasion resistance of DLC on germanium (англ.) // Proc. SPIE, : journal. — 1990. — Vol. 1325, no. Mechanical Properties. — P. 99. — doi:10.1117/12.22449.
- ↑ Understanding Recordable & Rewritable DVD First Edition (pdf). Optical Storage Technology Association (OSTA). Дата обращения: 22 сентября 2008. Архивировано из оригинала 28 октября 2005 года.
- ↑ Полупроводники. Принцип действия. Свойства электронно-дырочных переходов. — Принцип действия Архивная копия от 24 декабря 2011 на Wayback Machine.
- ↑ Это обстоятельство имеет положительный характер, так как снижает потери напряжения (бесполезную рассеиваемую мощность) на выпрямительных диодах и транзисторах в режиме насыщения. А также даёт принципиальную возможность работы германиевых приборов при более низком напряжении питания, чем кремниевых.
- ↑ Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир. — 1982. — 512 с.
- ↑ Создан самый быстрый в мире транзистор на основе кремния и германия. Архивная копия от 14 апреля 2016 на Wayback Machine.
- ↑ R. N. Soar. Germanium (англ.) // U.S. Geological Survey Mineral Commodity Summaries. — USGS Mineral Resources Program, 1977. — P. 1—2. — ISBN 0859340392.
- ↑ [infogeo.ru/metalls] [уточнить]
- ↑ Назаренко В. А. Аналитическая химия германия. — М., Наука. — 1973. — 264 с.
Литература
- Германий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Бурба А. А. Разработка и освоение технологии получения германия при шахтной плавке руд цветных металлов // В сб.: Мат-лы научн. семинара по проблеме извлеч. германия при переработке руд: Информ. Гиредмета, 1960, № 7(18).
- Сосновский Г. Н., Бурба А. А. Германий: Учебн. пособие для студентов металлургич. специальности. Иркутск: Иркут. политехн. ин-т, 1967. — 161 с.
- Бурба А. А., Чижиков Д. М. Из опыта работы Медногорского МСК по извлечению германия из металлургических пылей и зол энергетических углей // В сб.: Мат-лы совещания по обмену опытом в области производства германиевого сырья (Центр микроэлектроники, Зеленоград): Сб. Гиредмета, 1969, т. 1.
- Наумов А. В. Мировой рынок германия и его перспективы. — Известия вузов. Цветная металлургия., № 4, 2007. — С. 32—40.
- Окунев А. И., Кирр Л. Д., Чижов Е. А. Комплексная переработка медеплавильных пылей с извлечением германия и элементов-спутников // 300 лет уральской металлургии: Тр. междунар. конгресса. 4—5 окт. 2001 г. — Екатеринбург, 2001. — С. 305.