Германий

Ge (от лат. Germania — Германия * a. germanium; н. Germanium; ф. germanium; и. germanio), — хим. элемент IV группы периодич. системы Менделеева, ат.н. 32, ат. м. 72,59. Природный Г. состоит из 4 стабильных изотопов 70Ge (20,55%), 72Ge (27,37%), 73Ge (7,67%), 74Ge (36,74%) и одного радиоактивного 76Ge (7,67%) с периодом полураспада 2·* 106 лет. Открыт в 1886 нем. химиком К. Винклером в минерале аргиродите; был предсказан в 1871 Д. Н. Менделеевым (экасилиций).

Г. — хрупкий серебристо-белый металл. Кристаллизуется в кубич. решётке типа алмаза с периодом а = 0,56575 нм (5,6575 Е). Плотность 5326 кг/м3 (при 25°С; tпл 958,5°С, tкип 2690°С; уд. теплоёмкость (при 0-300°С) 322,14 Дж/кг·К, теплопроводность 58,8 Дж/м·с·К (при 25°С). Важнейшими являются полупроводниковые свойства Г., самого распространённого природного полупроводникового материала. Электрич. свойства (при 25°С): уд. сопротивление монокристаллич. Г. 5,6-6,0 кОм/м, концентрация носителей тока 2·* 1013 см-3, ширина запрещённой зоны 0,665 эВ, подвижность электронов μη 0,39 м2/с, подвижность дырок μρ 0,19 μ2/с.

Металлич. Г. устойчив на воздухе при комнатной темп-ре и быстро окисляется при темп-ре выше красного каления (600-700°С) с образованием двуокиси, твёрдый Г. не реагирует с азотом, водородом; жидкий Г. при темп-ре 1000-1100°С взаимодействует с водородом. В соединениях степень окисления +2 и +4; устойчивой формой является Ge+4. Моно- и диоксид Г. амфотерны, растворяются в щелочной среде с образованием германитов и германатов. Г. имеет мн. соединений с галогенами и серой; сульфиды растворяются в щелочных растворах, образуя сульфогерманаты, соли в водном растворе легко гидролизуются, давая гидратированный диоксид. Радиус иона Ge+4 промежуточный между радиусами ионов Si+4 и Ti+4. Большинство кислородных соединений Г. являются структурными аналогами соединений кремния. Многие из них диморфны; более плотные модификации (напр., GeО2) аналогичны по структуре соединениям титана.

Г. относится к рассеянным элементам. Распространённость Г. в земной коре (1-2)·* 10-4%. В качестве примеси встречается в минералах кремния, в меньшей степени в минералах железа и цинка. Собственные минералы Г. очень редки: сульфосоли — аргиродит, германит, реньерит и нек-рые другие; двойной гидратированный оксид Г. и железа — штоттит; сульфаты — итоит, флейшерит и нек-рые др. Пром. значения они практически не имеют. Г. накапливается в гидротермальных и осадочных процессах, где реализуется возможность отделения его от кремния. В повышенных кол-вах (0,001-0,1%) встречается в сфалерите, магнетите, кам. и бурых углях. Источниками Г. являются полиметаллич. руды, ископаемые угли и нек-рые типы вулканогенно-осадочных м-ний железных руд. Осн. кол-во Г. получают попутно из подсмольных вод при коксовании углей, из золы энергетич. углей, сфалеритовых и магнетитовых концентратов. Г. извлекается кислотным выщелачиванием, возгонкой в восстановит. среде, сплавлением с едким натром и др. Концентраты Г. обрабатываются соляной кислотой при нагревании, конденсат очищается и подвергается гидролитич. разложению с образованием диоксида; последний восстанавливается водородом до металлич. Г., к-рый очищается методами фракционной и направленной кристаллизации, зонной плавки.

Г. применяют в радиоэлектронике и электротехнике как полупроводниковый материал для изготовления диодов и транзисторов. Из Г. изготовляют линзы для ИК оптики, фотодиоды, фоторезисторы, дозиметры ядерных излучений, анализаторы рентгеновской спектроскопии, преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую и т.д. Сплавы Г. с нек-рыми металлами, отличающиеся повышенной стойкостью к кислым агрессивным средам, используют в приборостроении, машиностроении и металлургии. Нек-рые сплавы Г. с др. хим. элементами — сверхпроводники.

Литература: Тананаев И. В., Шпирт M. Я., Химия германия, М., 1967; (Сапрыкин Ф. Я.), Месторождения германия, в кн.: Рудные месторождения СССР, 2 изд., т. 3, М., 1978.

А. А. Ярошевский.