Nguyên tố hóa học Gecmani ppsx

Nguyên tố hóa học Gecmani
32

gali ← gecmani → asen
Si

↑
Ge

↓

Sn


Bảng đầy đủ


Tổng quát
Tên, Ký hiệu, Số gecmani, Ge, 32
Phân loại á kim
Nhóm, Chu kỳ, Khối 14, 4, p
Khối lượng riêng, Độ cứng 5.323 kg/m³, 6,0
Bề ngoài trắng ánh xám
Tính chất nguyên tử
Khối lượng nguyên tử 72,64(1) đ.v.C
Bán kính nguyên tử (calc.) 125 (125) pm
Bán kính cộng hoá trị 122 pm
Bán kính van der Waals pm
Cấu hình electron [Ar]3d
10
4s

2
4p
2

e
-
trên mức năng lượng 2, 8, 18, 4
Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 4 (lưỡng tính)
Cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất rắn
Điểm nóng chảy 1.211,4 K (1.720,85 °F)
Điểm sôi 3.106 K (5.131 °F)
Trạng thái trật tự từ nghịch từ
Thể tích phân tử 13,63 ×10
-6
m³/mol
Nhiệt bay hơi 334 kJ/mol
Nhiệt nóng chảy 36,94 kJ/mol
Áp suất hơi 10 Pa tại 1.814 K
Vận tốc âm thanh 5.400 m/s tại 293,15 K
Thông tin khác
Độ âm điện 2,01 (thang Pauling)
Nhiệt dung riêng 319,68 J/(kg·K)
Độ dẫn điện 0,6x10
0
/Ω·m
Độ dẫn nhiệt 60,2 W/(m·K)
Năng lượng ion hóa 1. 762,0 kJ/mol
2. 1.537,5 kJ/mol

3. 3.302,1 kJ/mol
Chất đồng vị ổn định nhất
iso TN t
½
DM

DE MeV

DP

Ge
68

tổng hợp

270,8 ngày ε - Ga
68

Ge
70

21,23% Ổn định có 38 nơtron
Ge
71

tổng hợp

11,26 ngày ε - Ga
71

Ge
72

27,66% Ổn định có 40 nơtron
Ge
73

7,73% Ổn định có 41 nơtron
Ge
74

35,94% Ổn định có 42 nơtron
Ge
76

7,44% 1,78×10
21
năm

β
-
β
-

- Se
76


Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.
Gecmani là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Ge và số

nguyên tử 32. Nó là một á kim màu trắng bạc, cứng, bóng, về mặt hóa học là
tương tự như thiếc. Gecmani tạo ra một lượng lớn các hợp chất hữu cơ kim loại và
là vật liệu bán dẫn quan trọng được sử dụng để sản xuất transistor. Nó được đặt
tên theo tên gọi của Đức trong tiếng La tinh là Germania.
Các đặc trưng

Một khối Gecmani
Gecmani là một nguyên tố màu trắng ánh xám, cứng có nước bóng kim loại và cấu
trúc tinh thể tương tự như kim cương. Ngoài ra, một điều quan trọng cần lưu ý là
gecmani là chất bán dẫn, với các tính chất điện nằm giữa các kim loại và các chất
cách điện. Ở trạng thái nguyên chất, á kim này là chất kết tinh, giòn và duy trì độ
bóng trong không khí ở nhiệt độ phòng. Các kỹ thuật tinh chế khu vực đã dẫn tới
việc sản xuất gecmani kết tinh cho ngành công nghiệp bán dẫn với hàm lượng tạp
chất chỉ ở cấp độ 10
-10
. Cùng với gali, bitmut, antimoan và nước, nó là một trong
các chất giãn nở ra khi đóng băng. Dạng ôxít, điôxít gecmani, cũng có tính chất
bất thường như có chiết suất cao đối với ánh sáng nhìn thấy, nhưng lại là trong
suốt với ánh sáng hồng ngoại.
Lịch sử
Năm 1871, gecmani (tiếng La tinh germania để chỉ Đức) là một trong các nguyên
tố mà Dmitri Ivanovich Mendeleev dự báo là tồn tại như là nguyên tố tương tự
nhưng còn thiếu của nhóm silic (Mendeleev gọi nó là "eka-silicon"). Sự tồn tại của
nguyên tố này được Clemens Winkler chứng minh năm 1886. Sự phát hiện này là
sự khẳng định quan trọng cho ý tưởng về tính tuần hoàn nguyên tố của Mendeleev.
Tính chất Ekasilicon

Gecmani

Nguyên tử lượng

72 72,59
Tỷ trọng (g/cm³)

5,5 5,35
Điểm sôi (°C) Cao 947
Màu Xám Xám
Sự phát triển của các transistor bằng gecmani đã mở ra vô vàn ứng dụng của điện
tử học trạng thái rắn. Từ năm 1950 cho tới đầu thập niên 1970, lĩnh vực này đã tạo
ra một thị trường ngày càng tăng cho gecmani, nhưng sau đó silic độ tinh khiết cao
đã bắt đầu thay thế gecmani trong các loại transistor, đi ốt và chỉnh lưu. Silic có
các tính chất điện học tốt hơn, nhưng đòi hỏi độ tinh khiết cao hơn—một độ tinh
khiết mà con người không thể đạt được ở quy mô thương mại trong giai đoạn đầu.
Trong khi đó, nhu cầu về gecmani trong các mạng liên lạc viễn thông bằng cáp
quang, các hệ thống quan sát ban đêm bằng hồng ngoại và các xúc tác polyme hóa
đã gia tăng một cách mạnh mẽ. Các ứng dụng này chiếm tới 85% nhu cầu tiêu thụ
gecmani toàn thế giới vào năm 2000. Gecmani khác với silic ở chỗ việc cung cấp
silic bị hạn chế bởi năng lực sản xuất trong khi việc cung cấp gecmani bị hạn chế
bởi sự hạn chế các nguồn có thể khai thác.
Ứng dụng
Không giống như phần lớn các chất bán dẫn khác, gecmani có vùng cấm nhỏ, cho
phép nó phản ứng rất hiệu quả với ánh sáng hồng ngoại. Vì thế nó được sử dụng
trong các kính quang phổ hồng ngoại và các thiết bị quang học khác trong đó đòi
hỏi các thiết bị phát hiện cực kỳ nhạy với tia hồng ngoại. Chiết suất của ôxít
gecmani và thuộc tính tán sắc của nó làm cho gecmani là hữu ích trong các thấu
kính camera góc rộng và trong kính vật của các kính hiển vi.
Các transistor từ gecmani vẫn còn được sử dụng trong một số hộp dậm chân của
các nhạc công muốn tái tạo các đặc trưng âm khác biệt cho âm "fuzz" từ thời kỳ
ban đầu của rock and roll, đáng chú ý có Fuzz Face của Dallas Arbiter.
Gecmani là vật liệu quang học hồng ngoại có tầm quan trọng cao và có thể dễ

dàng cắt, đánh bóng thành các thấu kính hay cửa sổ. Cụ thể, nó được sử dụng như
là thấu kính vật trong các camera nhiệt làm việc trong khoảng bước sóng 8-14
micron chụp hình nhiệt thụ động và cho hot-spot detection in military and fire
fighting applications. Vật liệu này có chiết suất rất cao (4,0) và vì thế cần được
bọc lót chống phản xạ. Cụ thể, lớp bọc lót chống phản xạ đặc biệt rất cứng như
cacbon tựa kim cương (DLC) (chiết suất 2,0) là phù hợp tốt nhất và sản sinh ra bề
mặt cứng như kim cương có thể chống chịu được các tác động môi trường khác
nhau.
Hợp kim gecmanua silic (hay "silic-gecmani", SiGe) rất nhanh chóng trở thành vật
liệu bán dẫn quan trọng, dùng trong các mạch IC tốc độ cao. Các mạch IC dùng
các tính chất của kết nối Si-SiGe có thể nhanh hơn nhiều so với các mạch chỉ dùng
silic.

Một chiếc bát làm từ gecmani
Ứng dụng khác:
 Tác nhân trong sản xuất hợp kim
 Phosphor trong các đèn huỳnh quang
 Chất xúc tác
 Các thiết bị phát hiện dùng một tinh thể gecmani độ tinh khiết cao có thể
nhận dạng chính xác nguồn bức xạ (ví dụ trong an ninh hàng không)
 Các đĩa bán dẫn với nền là gecmani cho các tế bào quang điện hiệu suất cao
đa kết nối trong các ứng dụng cho tàu vũ trụ.
Một vài hợp chất của gecmani có độc tính thấp đối với động vật có vú, nhưng lại
có độc tính cao đối với một vài loại vi khuẩn nào đó. Tính chất này làm cho chúng
trở thành có ích như là các tác nhân chữa trị bằng hóa chất.
Các tinh thể gecmani độ tinh khiết cao được dùng trong các máy dò cho kính
quang phổ gamma.
Nghiên cứu của FDA đưa ra kết luận rằng gecmani, khi sử đụng như là chất bổ
sung dinh dưỡng, "thể hiện một số nguy hiểm tiềm tàng cho sức khỏe con
người".

[1]

Trong những năm gần đây gecmani được gia tăng sử dụng trong các hợp kim của
các kim loại quý. Ví dụ, trong hợp kim bạc sterling, nó được thêm vào để giảm vết
bẩn màu, tăng chống xỉn màu, và làm tăng phản ứng của hợp kim đối với xơ cứng
kết tủa.
Phổ biến

Quặng Renierite.
Nguyên tố này được tìm thấy trong argyrodit (sulfua của gecmani và bạc); than đá;
germanit; quặng kẽm; và một số khoáng vật khác. Xem thêm Khoáng vật gecmani
Ở quy mô thương mại, gecmani thu được từ quặng kẽm nhờ xử lý bụi quặng nóng
chảy cũng như từ các phụ phẩm sau cháy của một vài dạng than đá. Vì thế nguồn
dự trữ lớn của gecmani chính là các nguồn than đá.
Á kim này có thể tách ra từ các kim loại khác bằng cách chưng cất phân đoạn
tetraclorua dễ bay hơi của nó. Kỹ thuật này cho phép sản xuất gecmani cực kỳ tinh
khiết.

Giá cả
Năm 1998 giá thành của gecmani vào khoảng 1,70$/gam. Tuy nhiên, giá thành
này liên tục giảm kể từ đó:
1999 $1.400/kilôgam ($1,40/gam)
2000 $1.250/kilôgam ($1,25/gam)
2001 $890/kilôgam ($0,89/gam)
2002 $620/kilôgam ($0,62/gam)
2003 $380/kilôgam ($0,38/gam)
2004 $600/kilôgam ($0,60/gam)
2005 $660/kilôgam ($0,66/gam)
2006 $880/kilôgam ($0,88/gam)
Hợp chất

Một số hợp chất vô cơ của gecmani như gecman (tetrahiđrua gecmani (GeH
4
),
tetraclorua gecmani (GeCl
4
), và điôxít gecmani (gecmania) (GeO
2
). Một số hợp
chất hữu cơ của gecmani như tetrametylgecman hay tetrametyl gecmani,
(Ge(CH
3
)
4
), và tetraetylgecman hay tetraetyl gecmani, (Ge(C
2
H
5
)
4
). Hợp chất hữu
cơ mới của gecmani gần đây (isobutylgecman ((CH
3
)
2
CHCH
2
GeH
3
), đã được
thông báo là chất lỏng ít nguy hại hơn để thay thế cho khí gecman độc hại trong

các ứng dụng bán dẫn.
Xem thêm
 Hợp chất gecmani
 Gecman
 Gecmanua
Tính chất
Gecmani nguyên chất được biết đến với việc sinh ra một cách tự phát các biến vị
xoắn rất dài, còn gọi là râu gecmani. Sự phát triển của các râu này là một trong
các nguyên nhân chính trong các hỏnh hóc của các điốt và transistor cũ sản xuất từ
gecmani, do phụ thuộc vào việc chúng kết thúc chạm vào đâu mà điều đó có thể
dẫn tới đoản mạch.