Germanium - kémiaiskola

Germánium

Germánium (latinul Germania „Németország”, a felfedező Clemens Winkler (1838–1904) hazája) kémiai elem, Ge elemszimbólummal és 32. atomszámmal. A periódusos rendszer a 4. periódusban, a 4. főcsoportban (14. csoport) vagy széncsoportban található. Először 1886. február 6-án fedezték fel.

sztori

germanium

Amikor Dmitrij Mendelejev 1871-ben megtervezte a periódusos rendszert, rátalált a szilícium alatti résre, és feltételezett egy korábban ismeretlen elemet, amelyet eka-szilíciumnak nevezett. Mendelejev jóslatokat tett az eka-szilícium és vegyületei tulajdonságairól, de ezeket a tudomány elutasította. 1886-ban Clemens Winkler, a Bergakademie Freiberg (Freibergben) vegyésze, aki kobaltüveggel dolgozott, felfedezte a germániumot. Ez volt az a Mendelejev által megjósolt Eka-Silicium elem, amelynek tulajdonságai nagyon közel kerültek a talált germániumhoz. [12] Mendelejev a periódusos rendszerből nyerte el a tulajdonságokat, így ez a felfedezés hozzájárult a periódusos rendszer felismeréséhez.

A germánium név eredete és etimológiája is származhat szemantikai félreértésből az elődje gallium kapcsán, mert a gallium elnevezésére két elmélet létezik. Az első után Paul Émile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus Gaulról nevezte el az elemet, szülőföldjének latin nevét. A második a szintén latin szót adja gallus (Hahn), mint a név forrása, amely franciául Le Coq nak, nek hívják. Paul Émile Lecoq de Boisbaudran saját nevéről nevezte volna el az új elemet. Winkler feltételezte, hogy az előző elemet, a galliumot a francia felfedező nemzetiségéről nevezték el. Így nevezte el az új kémiai elemet "Germanium" tiszteletére országa tiszteletére (latinul Germania Németországban).

Esemény

A germánium elterjedt, de csak nagyon alacsony koncentrációban fordul elő; Clarke-érték (= a földkéreg átlagos tartalma): 1,5 g/t. A réz- és cinkércek (Mansfeld rézpala) társaként található. A legfontosabb ásványi anyagok az argyrodit, a kanfieldit, a germanit és a reniérit. Néhány növény gazdagítja a germániumot. Ez a tulajdonság néhány nagyon ellentmondásos tézishez vezet a növények fiziológiájával kapcsolatban („növényvédelem a vírusok ellen”), amelyek végül homeopátiában történő alkalmazáshoz is vezetnek.

jellemzők

A germánium a periódusos rendszer félmetál sorozatában szerepel, de az újabb definíció szerint félvezetőnek minősül. Az elemi germánium nagyon törékeny és szobahőmérsékleten nagyon stabil a levegőben. Csak akkor oxidálódik germánium (IV) -oxiddá (GeO2), ha oxigén atmoszférában erősen izzik. A germánium kétértékű és négyértékű. A perzisztensek a germánium (IV) vegyületek. A germániumot nem támadja meg sósav, kálium-hidroxid és híg kénsav. Lúgos hidrogén-peroxid-oldatokban, tömény forró kénsavban és tömény salétromsavban azonban feloldjuk germánium-dioxid-hidrát képződésével. A periódusos rendszerben elfoglalt helye szerint kémiai tulajdonságai a szilícium és az ón között vannak.

A germánium azon kevés anyagok egyike, amelynek sűrűség-rendellenessége van. Sűrűsége szilárd állapotban alacsonyabb, mint a folyadékban. Sávszélessége szobahőmérsékleten körülbelül 0,67 eV.

A germánium ostya lényegesen törékenyebb, mint a szilícium ostya.

használat

elektronika

Félvezetőként az elektronika vezető anyaga volt, különösen a diódák és tranzisztorok gyártásában, amíg a szilícium nem szorította ki. Alkalmazások ma megtalálhatók a nagyfrekvenciás technológiában (például szilícium-germánium-vegyület félvezetőként) és a detektor-technológiában (például röntgendetektorokként). A gallium-arsenidből (GaAs) készült napelemek esetében a germánium ostyákat néha hordozóanyagként használják. A germánium rácsállandója nagyon hasonlít a gallium-arsenidéhez, így a GaAs epitaxiálisan nő germánium monokristályokon.

Második fő alkalmazási területe az infravörös optika, ablakok és lencserendszerek formájában, amelyek poli- vagy monokristályos germániumból, valamint infravörös áteresztőképességű optikai üvegekből, úgynevezett kalcogenid-üvegekből állnak. Ennek alkalmazási területei a katonai és polgári éjjellátó eszközök, valamint a termográfiai kamerák. Ezeket felhasználhatjuk például a házak hőszigetelésének szivárgásának vizsgálatára.

További fontos felhasználási területek az optikai hullámvezetők és a poliészter szálak gyártása: A modern optikai szálakban a távközlésben germánium-tetrakloridot használnak a belső szálmag germánium-dioxiddal való bevonására, hogy a fényhullámok teljes visszaverődést érjenek el. A poliészter kémiában a germánium-dioxidot katalizátorként használják bizonyos poliészter szálak és granulátumok előállításához, különösen újrahasznosítható PET palackokhoz (PET = polietilén-tereftalát).

Nagy tisztaságú egykristályként a germániumot használják sugárzásérzékelőként.

A germániummal ellentétben az acéldal a kristályszerkezetet nem tudja megszakítani a neutron sugárzás. Rugalmasan elnyeli a neutron hatását. Eddig azonban ezt a felfedezést nem használták fel a reaktorokban.

Nukleáris gyógyszer

A 68 Ge-t a Gallium-68 generátorban használják anyanuklidként a Gallium-68 előállításához. 68 A Ge-t a pozitronemissziós tomográfia detektor kalibrálásának forrásaként is használják. [13]

Germanium étrend-kiegészítőkben

A bisz (karboxi-etil) -germánium-szeszkvioxid (Ge-132) táplálékkiegészítőként emlegették, számos állapotban alkalmazva, ideértve a rákot, a krónikus fáradtság szindrómát, immunhiányt, [14] AIDS-et, magas vérnyomást, ízületi gyulladást és ételallergiákat. A betegség lefolyására gyakorolt ​​pozitív hatásokat eddig tudományosan nem igazolták.

Az európai szerint Az étrend-kiegészítőkre vonatkozó tagállami jogszabályok közelítéséről szóló 2002/46/EK irányelv A germánium nem használható étrend-kiegészítőkben. [15] Számos olyan EU-országban, amely már összehangolta nemzeti jogszabályait, többek között Németországban és Ausztriában, a germánium ásványi anyagként történő hozzáadása étrend-kiegészítőkben nem megengedett.

Az illetékes hatóságok kifejezetten figyelmeztetnek az alkoholfogyasztásra Ge-132, mivel nem zárható ki az egészség és a halál súlyos károsodása. [16] [17]

A germánium gyógyászati ​​alkalmazása

A spirogermanium daganatellenes anyag terápiás hatékonyságát rákbetegségekben nem bizonyították. Nincsenek jóváhagyott kész gyógyszerek spirogermánium hatóanyaggal. Németországban a germániumot tartalmazó gyógyszerkészítmények (receptek) kérdésesnek számítanak, eltekintve a D4 homeopátiás hígításaitól. Előállításuk és forgalmazásuk ezért tilos. [18] Germanium metallicum homeopátiás gyógyszerek formájában érkezhetnek. A homeopátiás készítmények részeként di-Leírt kálium-germánium-citrát-laktát. [19]

fiziológia

A germánium és vegyületei viszonylag alacsony toxicitással rendelkeznek. A germánium nyomai a következő ételekben találhatók: bab, paradicsomlé, osztriga, tonhal és fokhagyma. A tudomány jelenlegi állása szerint nem elengedhetetlen nyomelem. A germániumnak nincs ismert biológiai funkciója. Megvitatták a szénhidrát-anyagcserére gyakorolt ​​lehetséges hatást. Nem ismert germánium-hiányos betegség.

toxicitás

Emberekben a germániummal való mérgezés eddig csak szervetlen germánium-vegyületek étrend-kiegészítőként történő bevétele után következett be. Az első tünetek az étvágycsökkenés, a fogyás, a kimerültség és az izomgyengeség. Ezt a vesék funkcionális rendellenességei követik, egészen a veseelégtelenségig, amely végzetes lehet a beteg számára. A perifériás neuropathiáról mint másodlagos betegségről is beszámoltak. Azokban az esetekben, amikor a betegek túlélték a szervetlen germániumvegyületek bevitelét, a normális veseműködés nem volt helyreállítható.

A klinikai vizsgálatok során átmeneti neurotoxikus mellékhatásokról számoltak be, amikor spirogermaniumot szedtek. A spirogermániumot citosztatikus szerként tesztelték az 1980-as években. Egészséges önkéntesekkel végzett vizsgálatok adatai nem állnak rendelkezésre.

Állatkísérletekből ismert, hogy a germániumnak alacsony az akut orális toxicitása. A nagy dózisú germánium-vegyületek akut mérgezésének tünetei a következők:

  • Az erek kiszélesedése (arteriectasia)
  • Ptosis
  • cianózis
  • remegés

Végül a légzési bénulás a kísérleti állatok halálához vezet. Szervetlen germániumvegyületekkel járó krónikus vagy szubkrónikus mérgezés tünetei:

  • Fogyás
  • Szervi változások (szervek tömege)
  • Progresszív neuropathia
  • Vese károsodása

A szerves germániumvegyületek kisebb toxicitást mutattak, de súlycsökkenéshez és a vörösvérsejtek számának csökkenéséhez vezettek a tesztállatokban. Kevés adat áll rendelkezésre a germánium teratogén hatásairól. A nátrium-germanátot nem vizsgálták karcinogénnek patkányokban.

A germánium toxicitási mechanizmusa még nem teljesen ismert. Ugyanakkor specifikus kóros hatásokat figyeltek meg a vese- és idegsejtek mitokondriumain.

Interakciók

Azt is megvitatják, hogy a germánium kölcsönhatásokat mutat-e a szilíciummal a csontanyagcserében. Gátolhatja a diuretikumok hatását, és számos enzim, például dehidrogenáz aktivitását csökkentheti vagy blokkolhatja. Állatkísérletekben az egerek megnövekedett hexabarbital által kiváltott alvási időtartamot mutatnak, ha germánium-vegyületekkel is kezelik őket. Ez arra utal, hogy a citokróm P450 aktivitása is korlátozott. Beszámoltak olyan szerves germánium-vegyületekről, amelyek blokkolják a glutation-S-transzferáz méregtelenítő enzimet.

Biohasznosulás és anyagcsere

A germániumot lenyelve nagyon könnyen felszívja a szervezet. A test teljes szövetén oszlik el, elsősorban a vesékben és a pajzsmirigyben. A szervetlen germániumvegyületekkel ellentétben az organogermanika nem halmozódik fel az emberi testben. A germánium metabolizmusáról azonban csak néhány tanulmány készült.

Lényegében a vizelettel ürül. Az epében és a székletben is kiválasztódik.

linkek

A germánium Ge (II) és tartósabb Ge (IV) vegyületeket képez, csak néhánynak van technikai jelentősége.

A germánium-halogenidek Ge (II) és Ge (IV) képviselői szintén ismertek. A germánium-oxidok hidrogén-kloridnak való kitettsége esetén a germánium-tetraklorid (GeCl4) folyadék, amelynek forráspontja 83 ° C, akkor képződik, és fontos köztitermék a germánium előállításában. A nagy tisztaságú GeCl4-et kvarcüvegből készült optikai hullámvezetők gyártására használják annak érdekében, hogy nagy tisztaságú germánium (IV) -oxid réteget hozzanak létre a kvarcszálak belsejében. A germánium (II) jodid aránytalansága a germánium és a germánium (IV) jodid képződésével szintén felhasználható rendkívül tiszta germánium rétegek előállítására:

A germánátok a germánium vegyületei, amelyek oxidjából származnak. A germánium szinte minden ásványi anyagban germániumként van jelen.

A németeket nevezik a germánium hidrogénvegyületeinek, amelyek különböző hosszúságú láncmolekulák homológ sorozatát alkotják. A monogermán vagy germánium-hidrid (GeH4) gáz, amelyet a félvezető iparban használnak epitaxiához és doppingoláshoz.