Germanium Ritkaföldfémek és Stratégiai Fémek Intézete e

A germánium (latin Germania-ból „Németország”, annak az országnak az után, amelyben először találták) kémiai elem, a Ge elemszimbólummal és a 32. atomszámmal. A periódusos rendszerben a 4. és a 4. főcsoportban (14. IUPAC csoport, p-blokk és széncsoport). Az argyrodit ásványi anyagban először 1886. február 6-án fedezték fel.

ritkaföldfémek

sztori

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.

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 latin gallus (kakas) szót adja meg a név forrásaként, amely franciául le coq ("kakas") szót jelent. 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 hazája tiszteletére (Latin Germania Németország esetében).

Esemény

A germánium elterjedt, de csak nagyon alacsony koncentrációban fordul elő; Clarke-érték (= a földkéreg átlagos tartalma): 1,5 g/t. A természetben többnyire szulfidként (tiogermánátként) fordul elő, és gyakran társul a réz- és cinkércekben (Mansfeld rézpala). A legfontosabb ásványi anyagok az argyrodit, a canfieldite, a germanite és a renierite. 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.

Kivonás és gyártás

Az USGS adatai szerint 2014-ben az éves termelés becsült értéke 165 t, ebből 120 t Kínában. 1 kg germánium ára 1900 USD körül volt 2014-ben. Az EU szerint az ár 2003-ban 300 USD volt kilogrammonként, és 2009-re 1000 USD-re emelkedett.

A cinkérc feldolgozásából származó füstgázok (gémium-oxidot tartalmaznak) különösen alkalmasak a germánium képviseletére. A germánium a füstgáztól úgy dúsul, hogy a pernyét kénsavban oldja. Az oldat kicsapása után a fémkloridok desztillálásával további feldolgozásra kerül sor. A hidrolízis ezután visszavezet az oxidhoz, amelyet hidrogénnel germániumká redukálnak. A nagy tisztaságú germánium reprezentációja, pl. B. a zónaolvadási eljárással végezzük.

jellemzőkelemi germánium

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 erősen izzik oxigén atmoszférában. A GeO2 dimorf és a rutilmódosításból (CN = 6) 1033 ° C-on ß-kvarcszerkezeté (CN = 4) alakul át. Por formájában gyúlékony szilárd anyag, rövid ideig tartó gyújtóforrásnak való kitettséggel könnyen meggyulladhat, és eltávolítása után tovább ég. Minél finomabban oszlik el az anyag, annál nagyobb a meggyulladás veszélye. Kompakt formában nem gyúlékony. 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.

használatelektronika

Félvezetőként az egykristályos germánium volt a vezető anyag az elektronikában a 20. század közepén, különösen az első piacon elérhető germánium-diódák és bipoláris tranzisztorok gyártásához, amíg ezeken a területeken szilícium nem váltotta fel. Alkalmazások ma megtalálhatók a nagyfrekvenciás technológiában (például szilícium-germánium vegyület félvezetőként) és detektoros 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.

Szemüvegek és szálak

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 közé tartoznak a katonai és polgári éjjellátó eszközök és a hőkamerák.

További fontos felhasználási lehetőségek az optikai hullámvezetők és poliészter szálak előállítása: A modern távközlési üvegszálakban germánium-tetrakloridot használnak a germánium-dioxid előállításához a belső szálmagban kémiai gőzfektetés során. Ez magasabb törésmutatót eredményez a magban, mint a szálas burkolat, ami biztosítja a fényhullámok vezetését. A poliészter kémiában a germánium-dioxidot katalizátorként használják bizonyos poliészter szálak és granulátumok előállításához, különösen újrahasznosítható PET palackokhoz (PET = polietilén-tereftalát).

Nukleáris orvoslás és nukleáris technika

A 68Ge-t a Gallium-68 generátorban használják anyanuklidként a Gallium-68 előállításához. A 68Ge-t a detektor kalibrálásának forrásaként is használják a pozitronemissziós tomográfiában.

Nagy tisztaságú egykristályként a germániumot használják sugárzásérzékelőként.

Germanium étrend-kiegészítőkben

A Bi (karboxi-etil) -germánium-szeszkvioxid (Ge-132) anyagot étrend-kiegészítőként reklámozták számos betegségben, így rákban, krónikus fáradtság szindrómában, immunhiányban, AIDS-ben, magas vérnyomásban, ízületi gyulladásban és ételallergiában. A betegség lefolyására gyakorolt ​​pozitív hatásokat eddig tudományosan nem igazolták.

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

A felelős hatóságok kifejezetten figyelmeztetnek a Ge-132 fogyasztására, mivel nem zárható ki az egészség és a halál súlyos károsodása.

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. A Germanium metallicum homeopátiás gyógyszerek formájában kapható. A di-kálium-germánium-citrát-laktátot a homeopátiás készítmények összetevőjeként írják le.

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.

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 kölcsönhatásba léphet-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.