AizvērtIzvēlne
Sākums
Atjaunots 2023. gada 31. augustā
Viktorija Vitkovska

germānijs

(latīņu germanium, angļu germanium, vācu Germanium, franču germanium, krievu германий)
ķīmisko elementu periodiskās tabulas elements ar atomskaitli 32

Saistītie šķirkļi

  • ķīmija
  • ķīmisko elementu periodiskā tabula
Germānijs.

Germānijs.

Satura rādītājs

  • 1.
    Kopsavilkums
  • 2.
    Īsa vēsture
  • 3.
    Atrašanās dabā
  • 4.
    Izotopi
  • 5.
    Fizikālās īpašības
  • 6.
    Ķīmiskās īpašības
  • 7.
    Izmantošana
  • Multivide 4
  • Saistītie šķirkļi
  • Tīmekļa vietnes
  • Ieteicamā literatūra
  • Kopīgot
  • Izveidot atsauci
  • Drukāt

Satura rādītājs

  • 1.
    Kopsavilkums
  • 2.
    Īsa vēsture
  • 3.
    Atrašanās dabā
  • 4.
    Izotopi
  • 5.
    Fizikālās īpašības
  • 6.
    Ķīmiskās īpašības
  • 7.
    Izmantošana

Germānijs ķīmisko elementu periodiskajā tabulā tiek apzīmēts ar simbolu Ge un atrodas 4. perioda 14. grupā. Germānija relatīvā atommasa ir 72,630, un tā atoms sastāv no 32 protoniem, 42 neitroniem un 32 elektroniem (elektronu konfigurācija [Ar]3d104s24p2). Germānijs ir metaloīds, kam piemīt gan metālu, gan nemetālu īpašības. Tīrs germānijs ir ciets, spīdīgs, pelēkbalts, trausls metaloīds. Tam ir dimantam līdzīga kristāliska struktūra. Pēc ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām germānijs ir ļoti līdzīgs silīcijam.

Īsa vēsture

Germāniju 1886. gadā atklāja vācu ķīmiķis Klemenss Vinklers (Clemens Alexander Winkler) Freibergā (Vācija). Dmitrijs Mendeļejevs (Дмитрий Иванович Менделеев) saprata, ka periodiskajai tabulai ir jēga tikai tad, ja tajā tiek atstātas dažas tukšas vietas. Viņa tabulā bija brīva vieta elementam ar numuru 32. Līdz šim neeksistēja neviens elements, kam būtu līdzīgas īpašības kā silīcijam un kuru periodiskajā tabulā varētu ievietot zem tā. D. Mendeļejevs paredzēja, ka elements ar numuru 32 vēl nav atklāts un ka tā atomsvars būs aptuveni 71 un blīvums – ap 5,5 g/cm3. 1885. gadā raktuvēs netālu no Freibergas tika atklāta jauna rūda. Rūda tika nosūtīta K. Vinkleram. Tajā laikā K. Vinklers bija ķīmiskās tehnoloģijas un analītiskās ķīmijas profesors Freibergas kalnraktuvju skolā. Viņš atklāja, ka rūda sastāv no 75 % sudraba, 18 % sēra, bet pārējos 7 % viņš nevarēja identificēt. Zinātnieks bija pārliecināts, ka jaunajā rūdā ir atrodams jauns elements. Viņš izdalīja jauno elementu no rūdas un nosauca to par germāniju par godu K. Vinklera dzimtajai valstij Vācijai. Vēlāk viņš saprata, ka tas ir jauns, metālam līdzīgs elements, un, atklājot tā īpašības, kļuva skaidrs, ka tas ir tabulā trūkstošais elements zem silīcija, kā bija paredzējis D. Mendeļejevs. Minerāls, no kura to ieguva, bija argirodīts (Ag8GeS6). 

Atrašanās dabā

Germānijs atrodas 55. vietā pēc izplatības Zemes garozā, un to pieskaita pie reti sastopamajiem metāliem. Germānijs ir plaši izplatīts minerālos un rūdās, taču nav sastopams brīvā formā. Divi visizplatītākie germānija minerāli ir argirodīts (Ag8GeS6) un germanīts Cu3(Ge,Ga,Fe)S4. Tāpat tas ir atrodams tādos minerālos kā renierīts Cu3(Ge,Zn,Fe)S4 un kanfīlīts – tie visi ir reti sastopami. Komerciāli izmanto tikai germanītu un renierītu. Germanīts satur apmēram 8 % germānija. Lielāko daļu germānija mūsdienās iegūst no cinka rūdām. Kad šīs rūdas tiek apstrādātas, lai iegūtu cinka metālu, tajā pašā laikā saražo nedaudz germānija. Germānijs ir smalki izkliedēts daudzos citos minerālos un ir sastopams arī oglē. Nelielos daudzumos germānijs ir atrodams dažos cinka maisījumos, vara un arsēna sulfīdu rūdās. Ir zināms, ka daži mūsdienu augi koncentrē germāniju. Germānijs tiek iegūts no divām raktuvēm Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV). Vienas raktuves atrodas Aļaskā, bet otras – Tenesī. Citas germānija ražotājvalstis ir Ķīna, Apvienotā Karaliste, Ukraina, Krievija, Beļģija un citas. 

Kristāliskais germānijs. 2019. gads.

Kristāliskais germānijs. 2019. gads.

Avots: LuYago/Shutterstock.com.

Izotopi

Dabā sastopami pieci stabili germānija izotopi: germānijs-70 (21 %), germānijs-72 (27 %), germānijs-73 (8 %), germānijs-74 (37 %) un germānijs-76 (7 %). Germānijam zināmi vairāk nekā 20 radioizotopi, stabilākais no tiem ir germānijs-68 ar pussabrukšanas periodu 271 diena. Ir zināmi arī vismaz deviņi radioaktīvie germānija izotopi. Nevienam no germānija radioaktīvajiem izotopiem nav lielas komerciālas nozīmes. 

Fizikālās īpašības

Germānijs ir spīdīgs sudraba krāsas metāls. Tas ir trausls un diezgan viegli sadalās, ko metāli parasti nedara. Germānijs ir pusvadītājs, un tas slikti vada elektrisko strāvu. Elements ir drīzāk trausls nekā elastīgs. Atomi tā kristālos ir sakārtoti tāpat kā oglekļa atomi dimantā. Germānija elektriskās un pusvadītāja īpašības ir salīdzināmas ar silīcija īpašībām. Germānijam ir augsta viršanas temperatūra (2833 ºC) un vidēji augsta kušanas temperatūra (938,25 ºC). Germānija blīvums ir 5,3234 g/cm3 (dati no “CRC Ķīmijas un fizikas rokasgrāmatas, 86. izdevuma” (CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th Edition) Deivida Lida (David R. Lide) redakcijā). Germānija atoma kovalentais rādiuss ir 120 pm, savukārt tā elektronegativitātes vērtība ir 2,01. 

Ķīmiskais elements – 99,98 % germānijs uz balta fona.

Ķīmiskais elements – 99,98 % germānijs uz balta fona.

Fotogrāfs Bjoern Wylezich. Avots: Shutterstock.com.

Ķīmiskās īpašības

Germānijs veido savienojumus, kuros tā oksidēšanās pakāpe ir +2 un +4. Divi svarīgākie germānija savienojumi ir germānija dioksīds (GeO2) un germānija tetrahlorīds (GeCl4). Germānijs nav reaģētspējīgs elements. Tas nešķīst ūdenī un istabas temperatūrā nereaģē ar skābekli. Tomēr augstā temperatūrā germānijs izšķīst karstās skābēs. Tas kļūst aktīvāks, to smalki sadalot. Germānijs nereaģē ar gaisu istabas temperatūrā, bet tas tiek oksidēts 600–700 °C temperatūrā un ātri reaģē ar halogēniem, veidojot tetrahalogenīdus. Tas reaģē ar hloru un bromu, attiecīgi veidojot germānija hlorīdu (GeCl4) un germānija bromīdu (GeBr4). Istabas temperatūrā germānijs reaģē ar koncentrētu slāpekļskābi, sērskābi vai slāpekļskābes un sālsskābes maisījumu. Lai gan bāziskie ūdens šķīdumi to maz ietekmē, germānijs ātri izšķīst izkausētā nātrija hidroksīdā vai kālija hidroksīdā, tādējādi veidojot attiecīgos germanātus. 

Izmantošana

Mūsdienās germānijs visvairāk tiek izmantots šķiedrvielu iegūšanai optikā (50 % no pasaules patēriņa), kā polimerizācijas katalizators (25 %), infrasarkanajiem stariem optikā (15 %) un saules bateriju ražošanā (5 %). Sākotnēji germānijs kļuva nozīmīgs kā labs pusvadītājs. Tīrais elements parasti tika leģēts ar arsēnu, galliju vai citiem elementiem un tika izmantots kā tranzistors tūkstošiem elektronisko ierīču veidos. Tomēr šodien germāniju ir aizstājuši citi pusvadītāji, lai gan citi elementa pielietojumi tagad ir daudz svarīgāki. Aptuveni 40 % no ASV ražotā germānija tagad tiek izmantoti optisko šķiedru sistēmu ražošanā (fiber optic systems). Germānija oksīdam ir augsts refrakcijas un dispersijas indekss. Tagad galvenokārt elementu izmanto platleņķa kameru objektīvos un mikroskopu objektīvos germānija oksīda formā. Gan germāniju, gan germānija oksīdu izmanto infrasarkanajos spektroskopos. Germānijs tiek izmantots arī kā leģējošais līdzeklis (1 % germānija pievienošana sudrabam novērš tā apsūbēšanu), dienasgaismas spuldzēs. Germānija katalizatorus galvenokārt izmanto plastmasas ražošanā. Germānijs tiek izmantots arī specializēta stikla ražošanai militāriem nolūkiem. Satelītu sistēmās un ugunsgrēka signalizācijas sistēmās var būt arī stikls, kas satur germāniju. 

Germānija kā pusvadītāja pielietošana elektroniskajā diodē. 2019. gads.

Germānija kā pusvadītāja pielietošana elektroniskajā diodē. 2019. gads.

Avots: tdhster/Shutterstock.com.

Multivide

Germānijs.

Germānijs.

Ķīmiskais elements – 99,98 % germānijs uz balta fona.

Ķīmiskais elements – 99,98 % germānijs uz balta fona.

Fotogrāfs Bjoern Wylezich. Avots: Shutterstock.com.

Kristāliskais germānijs. 2019. gads.

Kristāliskais germānijs. 2019. gads.

Avots: LuYago/Shutterstock.com.

Germānija kā pusvadītāja pielietošana elektroniskajā diodē. 2019. gads.

Germānija kā pusvadītāja pielietošana elektroniskajā diodē. 2019. gads.

Avots: tdhster/Shutterstock.com.

Germānijs.

Izmantošanas tiesības

Saistītie šķirkļi

  • ķīmija
  • ķīmisko elementu periodiskā tabula

Autora ieteiktie papildu resursi

Tīmekļa vietnes

  • Fakti par germāniju
  • Germānijs
  • Germānija iegūšana no augiem

Ieteicamā literatūra

  • Belval, B., The Carbon Elements: Carbon, Silicon, Germanium, Tin, Lead (Understanding the Elements of the Periodic Table), Rosen Central, 2009.
  • Claeys, C. and Simoen, E. (eds.), Germanium-Based Technologies. From Materials to Devices, 1st ed., Elsevier Science, 2007.
  • Germanno, R.V. (ed.), Germanium: Properties, Production and Applications (Chemical Engineering Methods and Technology), Nova Science Pub Inc, 2011.

Viktorija Vitkovska "Germānijs". Nacionālā enciklopēdija. (skatīts 03.10.2023)

Kopīgot


Kopīgot sociālajos tīklos


URL

Šobrīd enciklopēdijā ir 4063 šķirkļi,
un darbs turpinās.
  • Par enciklopēdiju
  • Padome
  • Nozaru redakcijas kolēģija
  • Ilustrāciju redakcijas kolēģija
  • Redakcija
  • Sadarbības partneri
  • Atbalstītāji
  • Sazināties ar redakciju

© Latvijas Nacionālā bibliotēka, 2023. © Tilde, izstrāde, 2023. © Orians Anvari, dizains, 2023. Autortiesības, datu aizsardzība un izmantošana