Химический элемент германий (Ge) — состав, характеристика и основные свойства

В 1869 году русский химик Д. И. Менделеев заявил, что в природе должно существовать несколько элементов, которые всё ещё не найдены людьми. Его идея была связана с Периодической таблицей, по которой между некоторыми веществами находились пробелы. Один из элементов он назвал экасилиций. Менделеев считал, что по свойствам это вещество похоже на кремний.

В 1886 году в Фрейбергской академии наук открыли новый минерал, который назвали аргиродит. Профессор К. Винклер тщательно изучил его и нашёл в его составе неизвестный элемент. Вскоре он раскрыл его свойства и несколько соединений. Винклер пришёл к выводу, что это и есть то самое вещество, названное Менделеевым экасилиций. Сначала химик хотел назвать его нептунием, но это наименование дали другому предполагаемому веществу, поэтому элемент получил название Germanium в честь родины Винклера.

До второй половины XX века германий почти не применялся в промышленности. Только во время Второй мировой войны элемент стали использовать в диодах и других электронных устройствах.

Что представляет собой

Германий – это химический элемент, занимающий ячейку №32 периодической системы Дмитрия Менделеева.

Выглядит как сероватый металл, но не относится к металлам.

По физическим и химическим свойствам германий не металл, а полуметалл.

Природное вещество по составу – конгломерат одного радиоактивного и четырех стабильных изотопов.

Международное обозначение – Ge, Germanium. Формула простого вещества – Ge.

Физические особенности

Германий относится к 14-й группе 4 периода в таблице Менделеева. Его порядковый номер — 32, обозначение — Ge. В виде простого вещества германий выглядит как хрупкий полуметалл стального или серебристого оттенка. Материал характеризуется металлическим блеском. Элемент относится к непрямозонным полупроводникам.

Валентность металла в разных соединениях может быть II или IV; электронная формула германия (конфигурация) — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 . Следует узнать и о строении атома элемента. Он включает 32 протона и 41 нейтрон. По четырём орбитам движутся 32 электрона.

В нормальном состоянии атом элемента характеризуется двумя s-парными и двумя p-парными отрицательно заряженными частицами, поэтому вещество может образовывать две химические связи. В возбуждённом состоянии один из s-электронов покидает свою орбиталь и переходит на свободное место на p-подуровне. Поскольку образуется 4 неспаренных электрона, германий способен образовывать 4 связи по обменному механизму.

Основные физические свойства элемента:

• температура плавления — 938,2 °C;
• температура кипения — 2850 °C;
• плотность — 5,33 г/см³;
• молярный объём — 13,6 см³/моль;
• атомная масса — 72,6 а. е. м.;
• молярная теплоёмкость — 23,32 Дж/К·моль.

При нормальных условиях кристаллическая решётка элемента алмазная, или кубическая. У полуметалла есть необычное физическое свойство: германий считается одним из редких аномальных веществ, у которых при плавлении увеличивается показатель плотности. Кроме того, при повышении температуры возрастает почти в 13 раз удельная проводимость германия, однако при достижении 1100 °C она падает.

В настоящее время органические соединения данного металла применяют в разных сферах промышленности. Прозрачность в инфракрасной спектральной области металлического германия сверхвысокой чистоты важна для изготовления оптических элементов инфракрасной оптики: призм, линз, оптических окон современных датчиков. Самой распространенной областью использования германия считают создание оптики тепловизионных камер, которые функционируют в диапазоне длин волн от 8 до 14 микрон.

Подобные устройства применяют в военной технике для систем инфракрасного наведения, ночного видения, пассивного тепловидения, противопожарных системах. Также германий имеет высокий показатель преломления, что необходимо для антибликового покрытия.

В радиотехнике транзисторы на основе германия имеют характеристики, которые по многим показателям превышают показатели кремниевых элементов. Обратные токи у германиевых элементов существенно выше, чем у их кремниевых аналогов, что позволяет существенно увеличивать эффективность подобных радиоприборов. Учитывая, что германий не так распространен в природе, как кремний, в радиоприборах в основном применяют кремниевые полупроводниковые элементы.