Преглед на кода на Германий

{{Химичен елемент
	
| вид				=Сребристо-бял металоид
| картинка			=Germanium.jpg
	
| име				=Германий
| вляво				=[[Галий]]
| вдясно			=[[Арсен]]
| отгоре			=[[Силиций|Si]]
| отдолу			=[[Калай|Sn]]
| група				=14
| период			=4
| блок				=p
| серия				=металоид
| серия_коментар		=
| конфигурация			=&#91;[[Аргон|Ar]]&#93; 3d<sup>10</sup> 4s<sup>2</sup> 4p<sup>2</sup>
| конфигурация_коментар		=
| електрони_на_ниво		=2, 8, 18, 4
| електрони_на_ниво_коментар	=
| CAS_номер			=
| CAS_номер_коментар		=
	
| атомна_маса			=72,630
| атомна_маса_коментар		=
| атомен_радиус			=125
| атомен_радиус2		=125
| атомен_радиус_коментар	=
| ковалентен_радиус		=122
| ковалентен_радиус_коментар	=
| ван_дер_Ваалс			=211
| ван_дер_Ваалс_коментар	=
| окс_състояния			='''4''', 3, '''2''', 1, 0, −1, −2, −3, '''−4'''
| окс_състояния_коментар	=
| оксид				=GeO<sub>2</sub> (амфотерен)
| оксид_коментар		=
| електроотрицателност		=2,01
| електроотрицателност_коментар =
| йон_потенциал			=762
| йон_потенциал2		=1537,5
| йон_потенциал3		=3302,1
| йон_потенциал4		=4411
| йон_потенциал_коментар	=([[моларни йонизационни енергии на химичните елементи|още]])
	
| агрегатно			=твърдо вещество
| агрегатно_коментар		=
| алотропи			=
| алотропи_коментар		=
| крист_структура		=кубична октаедрична
| крист_структура_коментар	=
| крист_структура2		=
| крист_структура_коментар2	=
| плътност			=5323
| плътност_коментар		={{hrf|Ge – Germanium}}
| топене_K			=1211,4
| топене_коментар		=
| кипене_K			=3106
| кипене_коментар		=
| моларен_обем			=13,645×10<sup>-6</sup>
| моларен_обем_коментар		=
| тройна_точка_темп		=
| тройна_точка_налягане		=
| тройна_точка_коментар		=
| крит_точка_темп		=
| крит_точка_налягане		=
| крит_точка_коментар		=
| топл_топене			=36,94
| топл_топене_коментар		=
| топл_изпарение		=334
| топл_изпарение_коментар	=
| налягане_пара_T1		=1644
| налягане_пара_T10		=1814
| налягане_пара_T100		=2023
| налягане_пара_T1k		=2287
| налягане_пара_T10k		=2633
| налягане_пара_T100k		=3104
| скорост_звук			=5400
| скорост_звук_коментар		=при 20 [[целзий|°C]]
| топл_капацитет		=320
| топл_капацитет_коментар	=
| електропроводимост		=2,17
| електропроводимост_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| елсъпротивление		=1×10<sup>6</sup>
| елсъпротивление_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| топлопроводимост		=60,2
| топлопроводимост_коментар	=
| магнетизъм			=[[диамагнетизъм|диамагнитен]]
| магнетизъм_коментар		={{hrf|CRC Handbook}}
| модул_еластичност		=103
| модул_еластичност_коментар	={{hrf|Ge – Germanium}}
| модул_срязване		=41
| модул_срязване_коментар	={{hrf|Ge – Germanium}}
| модул_натиск			=75
| модул_натиск_коментар		={{hrf|Ge – Germanium}}
| коефициент_Поасон		=0,26
| коефициент_Поасон_коментар	={{hrf|Ge – Germanium}}
| твърдост_Моос	        	=6
| твърдост_Моос_коментар	={{hrf|Ge – Germanium}}
| твърдост_Викерс		=
| твърдост_Викерс_коментар      =
| твърдост_Бринел		=
| твърдост_Бринел_коментар 	=
	
| наименование			=на [[Германия]], родината на откривателя
| открит_от			=[[Клеменс Винклер]]
| открит_през			=1886 г.
| изолиран_от			=
| изолиран_през			=
	
| изотопи			=
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ge|масово_число=68|честота=[[синтетичен елемент|синт.]]|период_полуразпад=270,8 дни|тип_разпад=[[електронен захват|ε]]|продукт_символ=Ga|продукт_масово_число=68}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ge|масово_число=70|честота=20,52 %|firstlinks=yes}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ge|масово_число=71|честота=синт.|период_полуразпад=11,3 дни|тип_разпад=ε|продукт_символ=Ga|продукт_масово_число=71}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ge|масово_число=72|честота=27,45 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ge|масово_число=73|честота=7,76 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ge|масово_число=74|честота=36,52 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ge|масово_число=76|честота=7,75 %|период_полуразпад=1,78×10<sup>21</sup> г.|тип_разпад=[[двоен бета-разпад|β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>]]|продукт_символ=Se|продукт_масово_число=76}}
}}

'''Германият''' ({{lang|la|Germania – [[Германия]]}}) е [[химичен елемент]] с номер 32 и символ Ge в [[периодичната система]], 14 (IV A) група, 4 период. Той е един от трите елемента (германий, [[скандий]] и [[галий]]), чието съществуване е предсказано от [[Дмитрий Менделеев|Менделеев]] през 1871 г. Той нарекъл германия „екасилиций“ (Es), тъй като е трябвало да бъде в групата след [[Силиций|силиция]], открит преди това.<ref name=":0">{{Цитат книга|last=Лефтеров|first=Димитър|title=Химичните елементи и техните изотопи|year=2015|month=|publisher=издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“|location=|isbn=|pages=340 – 347}}</ref>

Германият е силно разсеян в природата. Има разпространеност в земната кора от 1,8.10<sup>-4</sup>% и е на 52-ро място сред елементите. Намира се в малки количества в рядко срещаните минерали [[агриродит]], [[бриартит]], [[германит]] и рениарит, които не се добиват в специализирани за това мини. Слабо съдържание има в някои цинково-оловни-медни и сребърни руди, в които германият е вторичен продукт при извличането му от концентрата. Германий се съдържа в някои въглища и се добива при преработката на пепелта им. Сравнително големи количества на германий във въглищата има на територията на [[Китай]], [[Монголия]] и [[Русия]] (Далечният изток, остров [[Сахалин]]).

== История ==
Открит е от Клеменс Винклер във [[Фрайберг]], област Саксония, Германия през [[1885]] г. в минерал наречен [[агриродит]] (сребърен и германиев сулфид Ag<sub>8</sub>GeS<sub>6</sub>), поради високото наличие на [[сребро]]. С изследване на съдържанието му се заел немският химик [[Клеменс Винклер]] през следващата 1886 г. Той скоро определил, че минералът съдържа 74,72% [[сребро]], 17,13% [[сяра]], и примеси (с под 1%) на [[живак]], железен оксид и цинков оксид. Но почти 7% от теглото на минерала се оказали от неизвестен нов елемент. Първоначално Винклер превърнал този нов елемент в диоксид, представляващ бял прах, загрял го в атмосфера на [[водород]] до над 600&nbsp;°C и по реакцията:

<math>\mathrm{GeO_{2} + H_{2}\ \xrightarrow{600\ ^{\circ}C}\ Ge + 2\,H_{2}O}</math>

се получил сравнително чист германий. При опита да изследва атомния му спектър не се получила никаква цветна линия на спектрометъра (по-късно била установена причината за това – германиевите атоми при възбуждането си излъчват лъчи, които са в ултравиолетовата, невидима област на атомния спектър). Поради това Винклер пристъпил към традиционния метод за определяне на неговите свойства и характеристики, които се оказали удивително точно същите (9 на брой за екасилиция), каквито ги е предсказал Менделеев. Откритието на елемента било нов триумф за Менделеев след откритието на предсказаните [[галий]] и [[скандий]].

По отношение на названието Винклер първоначално имал намерението то да бъде „нептуний“, по аналогия на откритието на планетата [[Нептун (планета)|Нептун]] през 1886 г. след предварително математическо изчисление. Но се оказало, че такова име е било приписвано през 1850 г. на неизвестен елемент, който по-късно се оказал [[ниобий]], открит преди това. След дискусии, спорове и преписка с Менделеев Винклер дал името му в чест на своята родина, което с готовност било прието.

== Физични свойства ==
Германият е [[полупроводник]] с кубична [[кристална структура]]. Чистият германий е сребристо-бял, чуплив материал. Има атомно тегло 72,61 и специфично тегло 5,353 g/sm<sup>3</sup>. Температурата му на топене е 938,25&nbsp;°C, а на кипене – 2833&nbsp;°C и електронна конфигурация – 2, 8, 18, 4. Със своите четири [[електрон]]а във външния си електронен слой, германият проявява 2-ра и 4-та валентност.

Германият съществува с 5 стабилни изотопа, които на Земята са в отношение: <sup>70</sup>Ge – 20,37%; <sup>72</sup>Ge – 27,31%; <sup>73</sup>Ge – 7,76%; <sup>74</sup>Ge – 36,73%; <sup>76</sup>Ge – 7,83%.

Германиевите ядра са били създадени при ядрен синтез в процес на бавно залавяне на [[неутрон]]и ([[s-процес]]) на по-леки ядра в червените звездни гиганти, когато периодите на полуразпад на бета-разпадите са по-дълги, отколкото честотата на залавяне на неутрони.

Получени са изкуствено и са изследвани 27 радиоактивни изотопа на германия от A=58 до A=89, като 5 от тях имат по 1 изомер, а 1 има два изомера. Най-дълготрайните са <sup>66</sup>Ge, <sup>68</sup>Ge, <sup>69</sup>Ge, <sup>71</sup>Ge, <sup>77</sup>Ge, <sup>78</sup>Ge.

Голям интерес за ядрените физици представлява голям интерес германий-76 с енергетичната си възможност да претърпява безнеутринен двоен бета-разпад (2β<sup>-</sup>-разпад) с много голям период на полуразпад 1,2×10<sup>26</sup> години. Това означава ядрото му да изпуска едновременно два [[електрон]]а, без да излъчва две [[неутрино]]. Въпреки че такъв разпад поради някои установени правила, се допуска, че може би те се нарушават в този случай. Ако се установи такова нарушение обаче, се правят изводи за други основни процеси в природата. Такива ядра на стабилни изотопи на елементи има много, но някои от тях са по-интересни и достъпни за изследване. Между тях е и ядрото на германий-76. Голямо предимство на германия е това, че от него се правят най-прецизните детектори на ядрени частици. Такива детектори позволяват да бъдат използвани, както за източник, така и за детектор на двата [[електрон]]а с почти 100% ефикасност на регистриране на реакцията: <sup>76</sup>Ge = <sup>76</sup>Se + 2e<sup>-</sup> + 2038,5 keV. Сумарната енергия от 2038,5 keV на двата електрона от безнеутринния двоен бета-разпад при тази реакция би се появила като пик с тази енергия, насложен върху [[Енергитичен спектър|енергитичния спектър]] на фона. За максимална ефективност на експеримента трябва да се създадат условия за възможно най-нисък гама-фон, най-добра разделителна способност по енергии и най-висока възможна ефективност на регистрацията на ''гама-квантите'' в тази област на спектъра. Най-добрата съвременна налична технология, отговаряща на тези критерии, се състои от свръхчист германий, изотопно обогатен на германий-76.<ref name=":0" /> Такива детектори се правят и изследванията се провеждат дълбоко под повърхността в галерии, където естественият фон е минимален и се използват материали, които са около детектора с най-ниско [[Гама-лъчи|гама лъчение]]. Изработени са детектори, които са направени от монокристал на свръхчист германий (HPGe) с тегло ≈2 kg (или ≈373 sm<sup>3</sup>), в които изотопът германий-76 е обогатен около 90%. Не са получени положителни резултати, а се определя само границата на [[Период на полуразпад|периода на полуразпад]], над която би могло да се наблюдава такъв разпад, ако съществува. Един от резултатите за тази граница е ≥0,8×10<sup>25</sup> години.

При обикновени условия германият е светлосив на цвят, типичен полупроводник. Неговото съпротивление се намалява при повишаване на температурата и се повишава с увеличаването на чистотата му. Той кристализира в стеноцентрична кубична решетка, идентична на диамантената (всеки атом е обкръжен и ковалентно свързан с 4 съседни атома, които са разположени по ръбовете на правилен тетраедър). Всеки атом има четири електрона във външния си електронен слой и споделя тези електрони с четири съседни атома. При ниски температури електроните са свързани в техните позиции в кристала. При високи температури топлинните трептения могат да скъсат някоя от ковалентните връзки. Скъсването на връзка създава свободен [[Електрон|елекрон]], участващ в токовата проводимост. Когато електронът е вече далеч от ковалентната си връзка, получава се електронна липса на тази връзка.<ref name=":0" /> Тази липса може да бъде почувствана от един от съседните електрони при неговото трептене, при което се получава отместване на липсващото местонахождение от едно място на друго. По този начин липсата може да бъде смятана от частица, подобна на електрона. На тази фиктивна квазичастица може да бъде дадено названието „дупка“, носи положителен заряд и се движи под влиянието на приложено електрично поле в направление, обратно на движението на електрона, но е по-малко подвижна от него.<ref name=":0" />

== Химични свойства ==
Елементът германий се окислява бавно до GeO<sub>2</sub> в атмосфера на [[кислород]] при температура 205&nbsp;°C, а при по-висока температура и при присъствието на свободен германий от GeO<sub>2</sub> се получава моноксид GeO. Германиевият диоксид представлява бял прах, реагиращ бавно с водата:

<chem>GeO2 + H2O -> H2GeO3</chem>.

По своя метален характер, германият напомня на [[Калай|калая]].<ref name=":0" /> GeO<sub>2</sub> е амфотерен, т.е. съединявайки се с основи, образува германати, а с киселини – соли на германия. Германият е неразтворим в разредени [[Киселина|киселини]] и [[алкан]]и, но се разтваря бавно в концентрирана сярна киселина и реагира с алкани, образувайки германати:

<chem>3Ge + 2NaOH + H2O -> Na2GeO3 + 2H2</chem>.

За по-дълбоко полиращо [[ецване]] върху повърхността на германия се действа със смес от киселини. С типичен разтвор на [[Азотна киселина|азотна]] (70%) и [[флуороводородна киселина]] (40%), в съотношение 3:1 по обем, се провежда реакция в два етапа, която съкратено може да се представи така:

<chem>Ge + 2HNO3 -> GeO2 + NO + NO2 + H2O</chem>

<chem>GeO2 + 4HF -> GeF4 + 2H2O</chem>.

Съществуват бинарни германиеви съединения: германиев дисулфид (GeS<sub>2</sub>), германиев диселенид (GeSe<sub>2</sub>) и германиев моносулфид (GeS), германиев моноселенид (GeSe), германиев монотелурид (GeTe). Известни са също халогениди: GeI<sub>4</sub> е твърдо вещество, GeF<sub>4</sub> е газ, а останалите са лесноизпаряващи се течности, като GeCl<sub>4</sub>, който кипи при 83,1&nbsp;°C и се получава при нагряване на германий в присъствието на [[хлор]]. Една от технологиите за предварително почистване на германия е дестилация на GeCl<sub>4</sub>. След това следва изчистване на останалите примеси. Провежда се хидролиза на солта с особено чиста вода (преминавала през през йонообмени смоли, докато съпротивлението ѝ достигне 15 MΩ):

<chem>GeCl4 + 2H2O ->GeO2 + 4HCl</chem>.

Следва редукция на германия с водород:

<chem>GeO2 + 2H2 ->Ge + 2H2O </chem>.

Получава се прахообразен германий, който се стопява и се отлива в металургични пръти, а след това се пречиства чрез зонно топене до необходимата степен, в зависимост от предназначението му.

GeCl<sub>4</sub> също се използва и в производството на органични германиеви съединения.<ref name=":0" /> Известни са също и някои по-висши германиеви съединения от формулата Ge<sub>n</sub>Cl<sub>2n+2</sub>. Съществуват също и съединения на германия с [[водород]]а, GeH<sub>4</sub>, което по структура е подобна на [[метан]]а. Други известни хидриди са: Ge<sub>2</sub>H<sub>6</sub> и Ge<sub>3</sub>H<sub>8</sub>.

Първото органично съединение на германия е синтезирано от [[Клеменс Винклер|Винклер]] през 1887 г. с помощта на реакцията на [[германиев тетрахлорид]] с [[цинков диетил]], Zn(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>2</sub>, при което се е получил [[германиев тетраетил]], Ge(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>4</sub>. За отбелязване е, че получените органични съединения на германия не са отровни, докато повечето калаени и калаеноорганични съединения са токсични.

== В организма ==
Съдържание в човешкия организъм:
* мускулна тъкан, %: 0,14.10 – 4
* костна тъкан, %: няма известни данни
* кръв, мг/л: ~0,44

== Приложение ==
До [[Втора световна война|Втората световна война]] германият е имал ограничено приложение. По време на войната се появила нужда от създаване на подходящи токоизправители за високите честоти на радарните приемници. Със своите миниатюрни размери и отлични високочестотни характеристики, германиевите [[диод]]и успешно заменили големите диодни вакуумни радиолампи. Оттогава започва широко приложение на германиеви диоди в създаването и на други електронни устройства. През 1947 г. е изработен [[транзистор]]ът от американците [[Джон Бардийн]], [[Уолтър Братейн]] и [[Уилям Шокли]]. Първите транзистори са изработени именно от германий като полупроводников материал, заменяйки триелектродната лампа. До около 1960 г. доминиращо е било използването на германиеви диоди и транзистори. През втората половина на 50-те години се развива технологията за получаване на силиций с висока чистота и създаване на електронни елементи от силициеви кристали. Оказало се, че силициевите елементи имат редица предимства пред германиевите, главно с по-ниските си токове и възможност за образуване на устойчив и качествен [[силициев диоксид]] на повърхността на елементите. През 1956 г. Бардийн, Братейн и Шокли получават Нобелова награда по физика „...за техните изследвания върху полупроводниците и откриването на транзисторния ефект“.<ref name=":0" />

== Източници ==
<references />
; Цитирани източници
{{дребно|
* {{cite book |url= https://web.archive.org/web/20110303222309/http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf |chapter= Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds |editor= Lide, D. R. |title= CRC Handbook of Chemistry and Physics |edition= 86th |location= Boca Raton (FL) |publisher= CRC Press |year= 2005 |isbn= 0-8493-0486-5 |lang= en}}
* {{cite news |url= http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Ge/mechanic.html |title= Ge – Germanium. Mechanical properties, elastic constants, lattice vibrations |publisher= Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН |lang= en}}
}}
{{Периодична система}}

[[Категория:Полупроводникови материали]]
[[Категория:Химични елементи]]
[[Категория:Металоиди]]