Германиев институт за редки земи и стратегически метали

Германий (от лат. Germania „Германия“, след държавата, в която е открит за първи път) е химичен елемент със символа на елемента Ge и атомния номер 32. В периодичната таблица е в 4-и период и в 4-та основна група (14-ти IUPAC група, p-блок и въглеродна група). За първи път е открит в минерала аргиродит на 6 февруари 1886 година.

редки

история

Когато Дмитрий Менделеев проектира периодичната таблица през 1871 г., той се натъква на пролука под силиция и постулира неизвестен преди това елемент, който той нарича ека-силиций. Менделеев направи прогнози за свойствата на ека-силиция и неговите съединения, но те бяха отхвърлени от науката.

Произходът и етимологията на името германий също могат да бъдат резултат от семантично недоразумение във връзка с неговия предшественик елемент галий, тъй като има две теории за назоваването на галий. След първата, френският химик Пол Емил Лекок де Бойсбодран кръсти елемента на името на Галия, латинското име на родната му Франция. Втората дава латинската дума gallus (петел) като източник на името, което на френски означава le coq („петелът“). Paul Émile Lecoq de Boisbaudran би кръстил новия елемент на собственото си име. Уинклер предположи, че предишният елемент, галий, е кръстен на националността на френския откривател. По този начин той кръсти новия химичен елемент "Германий" в чест на страната си (лат. Germania за Германия).

Поява

Германийът е широко разпространен, но се среща само в много ниски концентрации; Стойност на Кларк (= средно съдържание в земната кора): 1,5 g/t. В природата се среща предимно като сулфид (тиогерманат) и често се среща като спътник в медни и цинкови руди (меден шисти на Мансфелд). Най-важните минерали са аргиродит, канфилидит, германит и рениерит. Някои растения обогатяват германия. Това свойство води до някои много противоречиви тези по отношение на физиологията на растенията („растителна защита срещу вируси“), които в крайна сметка също водят до приложения в хомеопатията.

Добив и производство

Според USGS годишното производство през 2014 г. е приблизително 165 т, от които 120 т в Китай. Цената за 1 кг германий беше около 1900 щатски долара през 2014 г. Според ЕС цената е била 300 USD за кг през 2003 г. и е нараснала до 1000 USD до 2009 г.

Димните газове (съдържат геманиев оксид ()) от преработката на цинкова руда са особено подходящи за представяне на германий. Германият се обогатява от димните газове чрез разтваряне на летящата пепел в сярна киселина. След утаяване на разтвора се извършва допълнителна обработка чрез дестилация на металните хлориди. След това хидролизата води обратно до оксида, който се редуцира до германий с водород. Представянето на германий с висока чистота може, за. Б. се извършва чрез зонен процес на топене.

характеристикиелементарен германий

Германийът е в полуметалната серия в периодичната таблица, но според по-новата дефиниция е класифициран като полупроводник. Елементарният германий е много чуплив и много стабилен на въздух при стайна температура. Той се окислява до германиев (IV) оксид (GeO2) само когато силно свети в кислородна атмосфера. GeO2 е диморфен и се превръща от модификацията на рутила (CN = 6) в ß-кварцовата структура (CN = 4) при 1033 ° C. Под формата на прах той е запалимо твърдо вещество и може лесно да се запали при кратко излагане на източник на запалване и продължава да гори след отстраняването му. Колкото по-фино се разпределя веществото, толкова по-голям е рискът от запалване. В компактна форма не е запалим. Германийът е двувалентен и четиривалентен. Германиевите (IV) съединения са най-устойчиви. Германийът не се атакува от солна киселина, разтвор на калиев хидроксид и разредена сярна киселина. В алкални разтвори на водороден пероксид, концентрирана гореща сярна киселина и концентрирана азотна киселина обаче тя се разтваря с образуването на германиев диоксид хидрат. Според позицията му в периодичната таблица химичните му свойства са между силиция и калая.

Германийът е едно от малкото вещества, които имат свойството аномалия на плътността. Плътността му е по-ниска в твърдо състояние, отколкото в течно състояние. Лентовата му разлика е около 0,67 eV при стайна температура.

Вафлите от германий са значително по-крехки от силициевите вафли.

използванеелектроника

Като полупроводник, германийът в монокристална форма е водещият материал в електрониката в средата на 20-ти век, особено за производството на първите германиеви диоди и биполярни транзистори, предлагани на пазара, докато в тези области той не е заменен със силиций. Днес приложенията могат да бъдат намерени във високочестотната технология (например като полупроводници от силициево-германиеви съединения) и детекторната технология (например като рентгенови детектори). За слънчеви клетки, изработени от галиев арсенид (GaAs), понякога като носител се използват пластини от германий. Константата на решетката на германия е много подобна на тази на галиев арсенид, така че GaAs нараства епитаксиално върху монокристали германий.

Очила и влакна

Второто му основно приложение е в инфрачервената оптика под формата на прозорци и системи за лещи, изработени от поли- или монокристален германий, както и оптични очила с инфрачервена пропускливост, така наречените халкогенидни очила. Областите на приложение за това включват военни и граждански устройства за нощно виждане и термовизионни камери.

Други важни приложения са при производството на оптични вълноводи и полиестерни влакна: В съвременните стъклени влакна за телекомуникации германиевият тетрахлорид се използва за генериране на германиев диоксид във вътрешното ядро ​​на влакната по време на химическо отлагане на пари. Това води до по-висок коефициент на пречупване в сърцевината в сравнение с облицовката от влакна, което гарантира, че светлинните вълни се водят. В полиестерната химия германиевият диоксид се използва като катализатор при производството на някои полиестерни влакна и гранули, особено за рециклируеми PET бутилки (PET = полиетилен терефталат).

Ядрена медицина и ядрено инженерство

68Ge се използва в генератора Gallium-68 като основен нуклид за производството на Gallium-68. 68Ge се използва и като източник за калибриране на детектора в позитронно-емисионна томография.

Като моночистен кристал с висока чистота, германийът се използва като радиационен детектор.

Германий в хранителни добавки

Веществото Bi (карбоксиетил) германиев сескиоксид (Ge-132) е рекламирано като хранителна добавка за употреба при редица заболявания, включително рак, синдром на хронична умора, имунна недостатъчност, СПИН, високо кръвно налягане, артрит и хранителни алергии. Досега не са научно доказани положителни ефекти върху хода на заболяването.

Съгласно Европейската директива 2002/46/EC за хармонизиране на законодателствата на държавите-членки относно хранителните добавки, германий не трябва да се използва в хранителни добавки. В много страни от ЕС, които вече са привели националното си законодателство, включително Германия и Австрия, добавянето на германий като минерален източник в хранителните добавки не е разрешено.

Отговорните органи изрично предупреждават срещу консумацията на Ge-132, тъй като не могат да бъдат изключени сериозни увреждания на здравето и смъртта.

Лекарствена употреба на германий

Не е доказана терапевтична ефикасност на антинеопластичното вещество спирогерманий при ракови заболявания. Няма одобрени готови лекарствени продукти с активна съставка спирогерманий. В Германия фармацевтичните препарати (рецепти), съдържащи германий, се считат за съмнителни, освен хомеопатичните разреждания от D4. Следователно тяхното производство и разпространението им са забранени. Germanium metallicum се предлага под формата на хомеопатични лекарства. Ди-калиев-германиев-цитрат-лактат е описан като компонент на хомеопатичните препарати.

физиология

Германий и неговите съединения имат относително ниска токсичност. Следи от германий могат да бъдат намерени в следните храни: боб, доматен сок, стриди, риба тон и чесън. Според настоящото състояние на науката това не е съществен микроелемент. Няма известна биологична функция за германия. Обсъдено е възможно влияние върху метаболизма на въглехидратите. Не са известни заболявания с дефицит на германий.

токсичност

Отравяне с германий при хората досега се е случило само след прием на неорганични германиеви съединения като хранителни добавки. Първите симптоми са загуба на апетит, загуба на тегло, изтощение и мускулна слабост. Това е последвано от функционални нарушения на бъбреците, включително до бъбречна недостатъчност, която може да бъде фатална за пациента. Съобщава се и за периферна невропатия като вторично заболяване.

Преходни невротоксични странични ефекти са докладвани при прием на спирогерманий в клинични проучвания. Спирогерманийът е тестван като цитостатичен агент през 80-те години. Няма данни от проучвания при здрави доброволци.

От експерименти с животни е известно, че германийът има ниска остра орална токсичност. Симптомите на острото отравяне с големи дози германиеви съединения включват:

  • Разширяване на кръвоносните съдове (артериектазия)
  • Птоза
  • цианоза
  • тремор

В крайна сметка дихателната парализа води до смъртта на тестваните животни. Симптомите на хронично или субхронично отравяне с неорганични германиеви съединения са:

  • Отслабване
  • Органни промени (маса на органите)
  • Прогресивна невропатия
  • Увреждане на бъбреците

Органичните германиеви съединения показват по-малка токсичност, но водят до загуба на тегло и намаляване на броя на червените кръвни клетки в тестваните животни. Налични са малко данни за тератогенните ефекти на германия. Натриевият германат е тестван като не канцерогенен при плъхове.

Механизмът на токсичност на германия все още не е напълно изяснен. Въпреки това се наблюдават специфични патологични ефекти върху митохондриите на бъбречните и нервните клетки.

Взаимодействия

Също така се обсъжда дали германийът може да взаимодейства със силиций в костния метаболизъм. Той може да блокира действието на диуретиците и да намали или блокира активността на редица ензими, като дехидрогенази. При експерименти с животни мишките показват увеличена продължителност на съня, предизвикана от хексабарбитал, ако са били допълнително третирани с германиеви съединения. Това предполага, че активността на цитохром Р450 също е ограничена. Има съобщения за органични германиеви съединения, които блокират ензима за детоксикация глутатион-S-трансфераза.

Бионаличност и метаболизъм

Германийът се абсорбира много лесно от организма при поглъщане. Разпределя се по цялата телесна тъкан, предимно в бъбреците и щитовидната жлеза. За разлика от неорганичните германиеви съединения, органогерманите не се натрупват в човешкото тяло. Съществуват обаче само няколко проучвания на метаболизма на германия.

По същество се екскретира с урината. Екскрецията чрез жлъчката и изпражненията също се извършва.

връзки

Германий образува Ge (II) - u. по-стабилни Ge (IV) съединения, само няколко са от техническо значение.

От германиевите халогениди Ge (II) - u. Представител на Ge (IV) е известен. Германиевият тетрахлорид (GeCl4), течност с точка на кипене 83 ° C, се образува, когато германиевите оксиди са изложени на хлороводород и е важно междинно съединение в производството на германий. GeCl4 с висока чистота се използва при производството на оптични вълноводи, направени от кварцово стъкло, за да се създаде високочист германиев (IV) оксиден слой от вътрешната страна на кварцовите влакна. Непропорционалността на германиев (II) йодид с образуването на германиев и германиев (IV) йодид също може да се използва за получаване на високо чисти германиеви слоеве:

Германатите са съединения на германия, които са получени от неговия оксид. В почти всички минерали, съдържащи германий, германият присъства като германат.

Германците са името на водородните съединения на германия, които образуват хомоложна поредица от верижни молекули с различна дължина. Моногерманът или германиевият хидрид (GeH4) е газ и се използва в полупроводниковата индустрия за епитаксия и легиране.