Germanium

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Germanium
  [Ar] 3d10 4s2 4p2
74 Ge
32
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
Germanium.jpg
Obecné
Název, značka, číslo Germanium, Ge, 32
Cizojazyčné názvy lat. Germanium
Skupina, perioda, blok 14. skupina, 4. perioda, blok p
Chemická skupina Polokovy
Koncentrace v zemské kůře 5,4 až 7,0 ppm
Koncentrace v mořské vodě 0,00007 mg/l
Vzhled Šedobílý pevný kov
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 72,64
Atomový poloměr 122 pm
Kovalentní poloměr 122 pm
Van der Waalsův poloměr 211 pm
Iontový poloměr 53 pm
Elektronová konfigurace [Ar] 3d10 4s2 4p2
Oxidační čísla -IV, II, IV
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 2,01
Ionizační energie
První 762 KJ/mol
Druhá 1537,5 KJ/mol
Třetí 3302,1 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava Krychlová
Molární objem 13,63×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota 5,323 g/cm3
Skupenství Pevné
Tvrdost 6,0
Tlak syté páry 100 Pa při 2023K
Rychlost zvuku 5400 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 60,2 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 938,25 (1211,4 K)
Teplota varu 2832,85 (3106 K)
Skupenské teplo tání 34,94 KJ/mol
Skupenské teplo varu 334 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita 23,222 Jmol-1K-1
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor 1 Ω·m (20 °C)
Standardní elektrodový potenciál 0,247 V
Magnetické chování Diamagnetický
Bezpečnost
R-věty R11
S-věty S9, S16, S29, S33
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P
68Ge umělý 270,8 dní ε 0,106 68Ga
69Ge umělý 39,05 dní ε 2,227 69Ga
70Ge 21,23% je stabilní s 38 neutrony
71Ge umělý 11,26 dní ε 0,229 71Ga
72Ge 27,66% je stabilní s 40 neutrony
73Ge 7,73% je stabilní s 41 neutrony
74Ge 35,94% je stabilní s 42 neutrony
75Ge umělý 82,78 minuty β 1,177 75As
76Ge 7,44% 1,78 × 1021 roku β , β - 76Se
77Ge umělý 11,30 hodiny β 2,702 77As
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Si
Gallium Ge Arsen

Sn

Germanium, chemická značka Ge, (lat. Germanium) je vzácný polokovový prvek, nalézající největší uplatnění v polovodičovém průmyslu.

Charakteristika[editovat | editovat zdroj]

Poměrně velmi řídce se vyskytující polokov, nalézající se obvykle jako příměs v rudách zinku a stříbra. Germanium vytváří sloučeniny v mocenství: Ge-4, Ge+2 a Ge+4 .

Objevil jej roku 1886 německý chemik Clemens A. Winkler a pojmenoval jej podle své vlasti. Zajímavé je, že jeho existence byla předpovězena tvůrcem periodické tabulky prvků, ruským chemikem Dmitrijem Ivanovičem Mendělejevem, který jej nazýval eka-silicium a poměrně přesně určil základní fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto v té době ještě neznámého prvku.

V pevném skupenství se germanium chová jako polovodič, a to jak v krystalické tak v amorfní fázi. Naproti tomu v kapalném skupenství je germanium kovem, podobně jako např. rtuť.

Výskyt a výroba[editovat | editovat zdroj]

Germanium je v zemské kůře značně vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 5–7 ppm (mg/kg). V mořské vodě je jeho koncentrace mimořádně nízká, pouze 0,07 mikrogramu germania v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom germania přibližně 30 milionů atomů vodíku.

V horninách se vyskytuje vždy pouze jako příměs v rudách zinku a stříbra, ale bývá obsaženo jako stopová příměs v mnoha ložiscích uhlí. Z minerálů se velmi vzácně setkáme se směsným sulfidem, stříbra a germania argyroditem o složení Ag8GeS6.

Germanium se průmyslově získává ze zbytků po zpracování zinkových rud a z popele po spalování uhlí s jeho zvýšeným obsahem. Po vyredukování kovu s čistotou přibližně 99 % se germanium o vysoké čistotě připravuje metodou zonálního tavení (viz křemík).

Další metodou získávání vysoce čistého germania je frakční destilace těkavého chloridu germaničitého GeCl4.

Využití[editovat | editovat zdroj]

  • Zájem o germanium nastal v 50. letech minulého století, kdy byly připraveny první tranzistory a další elektronické součástky na bázi vysoce čistého germania. Během dalších desetiletí bylo germanium nahrazeno křemíkem, jenž se vyskytuje v přírodě v daleko větší míře, pouze bylo nutno vyvinout postupy pro jeho průmyslovou výrobu v čistotě minimálně 99,9999 %.Avšak germanium je nadále používáno pro polovodičové diody
  • I současné době se germanium používá v průmyslové výrobě polovodičů jako germanid křemíku (SiGe) pro výrobu integrovaných obvodů s vysokou rychlostí přenosu signálu. Je také součástí obvodů, které reagují na elektromagnetické vlnění v infračervené oblasti spektra. Využívá se tedy v radarové technice. Nyní tato použití poněkud klesá ve prospěch aplikací v optice.
  • Důležité uplatnění má germanium při výrobě světlovodné optiky, protože jeho přítomnost v materiálu optických vláken podstatným způsobem zvyšuje index lomu materiálu. Tato vlastnost se uplatní i ve výrobě speciálních optických součástek jako jsou čočky pro kamery s širokým úhlem záběru nebo optika pro zpracování signálu v infračervené oblasti spektra (např. v přístrojích pro noční vidění). Vysoký světelný lom dodává optickému sklu také oxid germaničitý GeO2.
  • Germaniové generátory mění teplo na elektrickou energii.
  • Slitiny germania mají zajímavé vlastnosti – slitina se zlatem (tzv. klenotnická pájka) se při chladnutí roztahuje, slitina s mědí a zlatem je vhodná v zubním lékařství.
  • Gadoliniovo-germaniové granátoidy (GGG) se používají v laserové technice.

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]