Ашылу тарихы және этимологиясы[өңдеу | қайнарын қарау]
Winkler Clemens.jpg
Клеменс Александр Винклер — ашқан германия
Argyrodite-243406.jpg
Аргиродит
Өз баяндамасында туралы мерзімдік заңда химиялық элементтердің 1869 жылы орыс химигі Дмитрий Иванович Менделеев предсказал болуы бірнеше белгісіз болса, сондай-ақ химиялық элементтер, атап айтқанда, және германия. Мақалада датированной 11 қыркүйек (29 қараша ескі стиль) 1870 жылы, Д. И. Менделеев атады неоткрытый элементі экасилицием (оның орналасқан жері, Периодтық кесте) және предсказал оның атом салмағы және басқа да қасиеттері[3][4].
1885 жылы Фрайберге (Саксония) бір шахта табылған жаңа минерал аргиродит. Кезде химиялық талдауға жаңа минералдың неміс химик Клеменс Винклер тауып, жаңа химиялық элемент. Ғалым алдық 1886 жылы бөлсін бұл элемент, сондай-ақ химик атап өтілді ұқсастығын, германия сурьмой. Ашу туралы Винклер жаңа элементті деп двухстраничной-бабына, датируемой 6 ақпан 1886 жылғы ұсынды онда аты үшін жаңа элементті Germanium символы Ge[5]. Кейінгі екі үлкен баптарында 1886-1887 жж. Винклер егжей-тегжейлі сипатталған қасиеттері германия[6][7].
Бастапқыда Винклер есімін бергісі жаңа элемент “нептунием”, бірақ бұл атауы берілді біріне болжамды элементтерін, сондықтан элемент атауын алды құрметіне отанымыздың ғалым — Германия.
Талдау жолымен тетрахлорида германия GeCl4 Винклер анықтады атом салмағы германия, сондай-ақ бірқатар жаңа қосылыстардың осы металдың[7].
Соңына дейін 1930-жылдардың германий емес пайдаланылды өнеркәсіп[8]. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде германий қолданылды кейбір электрондық құрылғыларда, негізінен диодах[9].
Табиғатта таралуы[өңдеу | қайнарын қарау]
Жалпы мазмұны германия қыртысы 1,5·10-4% салмағы бойынша, яғни, қарағанда, мысалы, сурьма, күміс, висмут. Германий салдарынан болмашы мазмұны жер қыртысының геохимиялық сродства кейбір кең таралған элементтері анықтағанда шектелген қабілеттілігі білімі меншікті минералдар, внедряясь ” кристалл торлар басқа да минералдар. Сондықтан меншікті минералдар германия кездеседі, өте сирек. Барлық дерлік олар білдіреді 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 (2% – ға дейін Ge) және т. б. сирек кездесетін минералдар (ультрабазит, ранерит, франкеит). Негізгі массасы германия рассеяна жер қыртысында үлкен, соның ішінде тау жыныстары мен минералдар. Мысалы, кейбір сфалеритах мазмұны германия жетеді килограмм тонна, энаргитах-ден 5 кг/т, пираргирите-ден 10 кг/т, сульваните және франкеите 1 кг/т, басқа сульфидах және силикатах — жүздеген және ондаған г/т. Германий шоғырланады кен орындарында көптеген металл — сульфид кендерде түсті металдар, темір кенінде, кейбір окисных минералдар (хромите, магнетите, рутиле және т. б.), гранитах, диабазах және базальтах. Сонымен қатар, германий бар барлық дерлік силикатах, кейбір кен орындарында тас көмір және мұнай. Концентрациясы германия теңіз суында 6·10-5 мг/л[10].
Алу[היום-מחר
Германий кездеседі түріндегі қоспа полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым кендері, сондай-ақ силикатах. Нәтижесінде күрделі және көп еңбекті қажет ететін операцияларды кен байыту және оның концентрированию германий бөледі түрінде оксиді GeO2, ол сутегімен қалпына келтіреді кезінде 600 °C дейін қарапайым заттар:
{\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+2H_{2}\rightarrow Ge+2H_{2}O}}} {\mathsf {GeO_{2}+2H_{2}\rightarrow Ge+2H_{2}O}}
Алу таза германия жүреді әдісімен аймақтық балқыту, ол бірі химиялық таза материалдар[11].
Өнеркәсіп өндірісі германия[היום-מחר
Burba a a c1968.jpg
А. а. Бурба — жасаушы металлургия германия, Ресей
Германия өндірісі өнеркәсіптік масштабта Ресейде басталды 1959 жылы болған Медногорском мыс-серном комбинатында (ММСК) алғашқы өңдеу цехы шаң[12][13]. Мамандар комбинатының басшылығымен а. А. Бурбы ынтымақтастықта жобалау институты “Унипромедь” әзірледі және енгізді өндірісі бірегей химия-металлургия технологиясын алу германиевого концентратын арқылы кешенді қайта өңдеу шаңдар шахта металлургиялық пештер мыс пен күлді желтоқсандағы энергетикалық көмір жағудың arlans ” wsb маусымында отын үшін электр станциялары. Осыдан кейін КСРО алмады, импорттан толығымен бас тартуы германия. Алғаш рет әлемдік тәжірибеде орындалды алуды германия-бірі медноколчеданных кенін. Іске қосу өнеркәсіптік қайта өңдеу цехының шаң ММСК жатқызады ірі внедрениям түсті металлургия ХХ ғасырдың[14].
1962 жылы бастамасымен және қатысуымен а. А. Бурбы ұқсас өндірісі құрылды, сондай-ақ Ангренском химия-металлургиялық зауытында (АХМЗ) Ангрен қаласында туған, Өзбекстанда (қазіргі кәсіпорны “Ангренэнергоцветмет”)[15][16]. Іс жүзінде барлық көлемі концентратын өндіру германия КСРО-приходился ” ММСК және АХМЗ[17]. Құруға ірі ауқымды өндіріс германия енгізді елеулі үлес қамтамасыз ету, экономикалық және қорғаныс қауіпсіздігін. Қазірдің өзінде 1960-шы жылдары Кеңес Одағы алды импортынан бас тартуға германия, ал 1970-ші бастау оның экспорт және өндіру бойынша әлемдік көшбасшы германия[18].
Қайта өңдеу үшін выпускавшегося ” ММСК және АХМЗ германиевого концентратты соңғы өнімдер (таза германий және оның қосылыстары) 1961-1962 жж. аралығында красный яр аффинажды зауытында (1967 ж. — Красноярский завод түсті металдар, содан кейін — ААҚ “Красцветмет”) құрылды өндірісі бойынша цех германия (1991 ж. — ААҚ “Германий”)[19][20]. “1962-1963 жылдары цех есептеу 600 кг монокристаллического германия жылына[21]. “1968-1969 жж. ішкі қажеттілікті германия қамтылды, КСРО-ның алғаш рет бастады экспорттауға диоксиді германия, ал 1970 ж. басталды, сондай-ақ экспорт поликристалл зонноочищенного германия[22]. КСРО удерживал әлемдік көшбасшылық өндіру бойынша германия ұлғайтып, металл шығару соншалық, 40% – ға дейін өндіруге кететін экспортқа[23]. КСРО ыдырағаннан кейін, дейін, 2010 ж., ММСК қалды жалғыз өндіруші германиевого концентратын[24]. 2010 ж. германия өндірісі концентраттағы ” ММСК тоқтатылды, ал жабдық консервацияланды. Сонымен бір мезгілде өндіру басталды германия концентраттағы ЖШҚ “Германий және қосымшаның” Новомосковске Тула облысы[25][26].
2000-шы жылдары алу үшін германия Ресейде пайдаланылады германиеносные көмір мынадай кен орындары: Покров (Михайлов ауданы, Приморск), Новиковское (Корсаковский қалалық округі Сахалинской облысы), Тарбағатай (Петровск-Забайкалье ауданы Забайкалье өлкесі). Германиеносные көмір, осы кен орындарын орта есеппен құрамында 200 грамм германия тоннасына[27][28].
Физикалық қасиеттері[өңдеу | қайнарын қарау]
Silicon-unit-cell-3D-balls.png
Қарапайым кристалды ұяшық германия үлгідегі алмаз.
Аномальный шыңы ” қисық жылусыйымдылық германия: 1 — эксперименттік қисық; 2 — дебаевская (колебательная) құрамдас бөлігі; 3 — аномальный қалдығы (айырмасы қисық 1 және 2); 4,5,6 — больцмановские құрайтын аномальды қалдығын 3.
Германий — нәзік, жылтыраған-ақ полуметалл. Кристалды тор тұрақты қалыпты жағдайларында аллотропной түрлендіру — үшінші дәрежелік алмаз типті[29].
Балқу температурасы 938,25 °C, қайнау температурасы 2850 °C, тығыздығы германия 5,33 г/см3[29].
Жылусиымдылық германия бар аномальный түрі, атап айтқанда, құрамында шыңы деңгейінен қалыпты (колебательной) құрамдас бөлігі[30][31], – деп жазады Ф. Зейтц : “мүмкін емес объяснен ешқандай теориясымен болжайтын гуковский заң күштері, өйткені ешқандай суперпозициясы эйнштейновских функцияларын бермейді қисық бастап максимумом”[32] және түсіндіріледі, және аномальность мінез-құлық теплоемкостей гафний, алмаз және графит, больцмановским фактор, бақылаушы диффузионную (диссоциационную) компоненті[33].
Германий бірі болып табылады аномальды заттардың төмендететін тығыздығы кезінде балқытуға. Тығыздығы қатты германия 5,327 г/см3 (25 °С), сұйық — 5,557 г/см3 (1000 °С)[34]. Басқа да заттар бар, осы қасиеті — су, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий.
Германий бойынша электрофизическим қасиеттері болып табылады непрямозонным полупроводником.
Негізгі жартылай өткізгіш қасиеттері нелегированного монокристаллического германия
Статикалық диэлектрическая өтімділік ε = 16,0
Ені тыйым салынған аймақтың (300 К) Eg = 0,67 эВ
Меншікті концентрациясы ni=2,33·1013 см−3[35]
Тиімді массасы[36]:
электрондар, бойлық: mII=1,58m0, mII=1,64m0[37]
электрондар, көлденең: m┴=0,0815m0 , m┴=0,082m0[37]
тесік, ауыр: mhh=0,379m0
тесік өкпе: mhl=0,042m0
Энергия сродства к электрону: χ = 4,0 эВ[37].
Легированный галлием германий түрінде жұқа пленка ауысады төмен температураларда да сверхпроводящее жағдайы[38].
Изотоптар[өңдеу | қайнарын қарау]
Толық мақаласы: германия Изотоптар
Табиғи германий тұрады қоспалар бес изотоптар: 70Ge (20,55 % масс.), 72Ge (27,37 %), 73Ge (7,67 %), 74Ge (36,74 %), 76Ge (7,67 %).
Алғашқы төрт изотоптың тұрақты, бесінші (76Ge) өте нашар радиоактивен және бастан қос бета-ыдырау жартылай ыдырау кезеңі 1,58·1021.
Жасанды түрде алынған 27 радиоизотоптарды бастап атом республикада ақпан 58-ден 89. Ең тұрақты бірі радиоизотоптарды болып табылады 68Ge, жартылай ыдырау кезеңі 270,95 тәулік. Ал аз тұрақты — 60Ge, жартылай ыдырау кезеңі 30 мс.
Химиялық қасиеттері[өңдеу | қайнарын қарау]
Химиялық қосылыстарында германий әдетте танытады валентности 4 немесе 2. Қосылыстар валенттілік 4 стабильнее. Қалыпты жағдайларында әсеріне төзімді, ауа және су, сілті және қышқылдар, ериді патша арақ және щелочном ерітіндісінде сутегі тотығы.