Sejarah Germanio, Properti, Struktur, Dapatkan, Penggunaan

Dia germanium Ini adalah elemen metaloid yang diwakili oleh simbol kimia ge dan milik kelompok 14 dari tabel periodik. Itu di bawah silikon, dan berbagi dengan banyak sifat fisik dan kimianya; Sedemikian rupa sehingga namanya Ekasilicio, diprediksi oleh Dmitri Mendelev sendiri.

Namanya saat ini diberikan oleh Clemens. Winkler, untuk menghormati tanah airnya Jerman. Oleh karena itu Germanio terkait dengan negara ini, dan bahwa itu adalah citra pertama yang membangkitkan pikiran yang tidak mengetahuinya terlalu banyak.

Sampel Ultra Germanio. Sumber: Gambar Hi-Res Elemen ofchemical [CC oleh 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]

Germanio, seperti silikon. Demikian juga, dapat ditemukan dalam bentuk monokrrystalin, di mana butirannya besar, atau polyristaline, terdiri dari ratusan kristal kecil.

Ini adalah elemen semikonduktor pada tekanan sekitar, tetapi ketika naik di atas 120 kbar itu menjadi alotrop logam; Artinya, ikatan ge-ge mungkin rusak dan tersedia secara individual dibungkus di lautan elektron mereka.

Ini dianggap sebagai elemen non -oksik, karena dapat dimanipulasi tanpa pakaian pelindung; Meskipun inhalasi dan asupan yang berlebihan dapat menyebabkan gejala iritasi klasik pada individu. Tekanan uap Anda sangat rendah, jadi tidak mungkin asap Anda dapat menyebabkan api.

Namun, orang Jerman anorganik (garam) dan organik bisa berbahaya bagi organisme, terlepas dari kenyataan bahwa atom ge mereka berinteraksi secara misterius dengan matriks biologis.

Tidak benar -benar diketahui apakah Germanio organik dapat dianggap sebagai obat ajaib untuk mengobati gangguan tertentu sebagai obat alternatif. Namun, studi ilmiah tidak mendukung pernyataan ini, tetapi menolaknya, dan menyebut elemen ini bahkan sebagai karsinogenik.

Germanio bukan hanya semikonduktor, silikon yang menyertainya, selenium, gallium dan serangkaian elemen di dunia bahan semikonduktor dan aplikasinya; tetapi juga, ini transparan untuk radiasi inframerah, sehingga berguna untuk pembuatan detektor panas dari berbagai sumber atau daerah.

[TOC]

Sejarah

Prediksi Mendeleev

Germanio adalah salah satu elemen yang keberadaannya diprediksi pada tahun 1869 oleh ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev di meja periodiknya. Sementara yang disebut Ekasilicio dan menempatkannya di ruang di tabel periodik antara timah dan silikon.

Pada tahun 1886, Clemens a. Winkler menemukan Germanio dalam sampel mineral tambang perak dekat Freiberg, Saxony. Itu adalah mineral bernama Argirodita, untuk kandungan peraknya yang tinggi, dan yang baru ditemukan pada tahun 1885.

Sampel Argirodite mengandung 73-75% perak, 17-18% belerang, 0,2% merkuri dan 6-7% dari elemen baru, yang kemudian Winkler bernama Germanio.

Mendeleev telah meramalkan bahwa kepadatan elemen yang akan ditemukan harus 5,5 g/cm³ dan berat atomnya sekitar 70. Prediksinya ternyata cukup dekat dengan yang disajikan oleh Germanio.

Isolasi dan nama

Pada tahun 1886, Winkler mampu mengisolasi logam baru dan menemukannya mirip dengan antimon, tetapi mempertimbangkan kembali dan menyadari bahwa elemen yang ia temukan sesuai dengan Ekasilicio.

Winkler bernama elemen 'Germanio' berasal dari kata Latin 'Germania', sebuah kata yang mereka sebut Jerman. Untuk alasan ini, Winkler menunjuk elemen baru sebagai Germanio, untuk menghormati negara asalnya, Jerman.

Penentuan propertinya

Pada tahun 1887, Winkler menentukan sifat kimia Germanio, menemukan berat atom 72,32 melalui analisis Germanio tetrachloride murni (GECL₄).

Sementara itu, Lecoq de Boisbaudran menyimpulkan berat atom 72,3 dengan mempelajari spektrum percikan elemen. Winkler menyiapkan beberapa senyawa germanium baru, termasuk fluorida, klorida, sulfida dan dioksida.

Pada 1920 -an, penelitian tentang sifat listrik Germanio menghasilkan pengembangan monokronik kemurnian tinggi Germanio.

Perkembangan ini memungkinkan penggunaan Germanio dalam dioda, penyearah dan reseptor radar microwave selama Perang Dunia II.

Pengembangan aplikasi Anda

Aplikasi industri pertama terjadi setelah perang pada tahun 1947, dengan penemuan transistor Germanio oleh John Bardeen, Walter Brattain dan William Shockley, yang digunakan dalam komunikasi, komputer dan radio portabel.

Dapat melayani Anda: atom netral

Pada tahun 1954, transistor silikon kemurnian tinggi mulai pindah ke transistor Germanio karena keunggulan elektronik yang mereka miliki. Dan untuk tahun 1960 -an, transistor Germanio praktis menghilang.

Germanio ternyata menjadi komponen kunci dalam elaborasi lensa dan jendela inframerah (IR). Pada tahun 1970 -an, sel volta (PVC) silikon dan germanio (SIGE) diproduksi yang tetap penting untuk operasi satelit.

Pada 1990 -an, pengembangan dan perluasan serat optik meningkatkan permintaan Germanio. Elemen ini digunakan untuk membentuk inti kaca kabel serat optik.

Pada tahun 2000, PVC efisiensi tinggi dan dioda pemancar cahaya (LED) yang menggunakan Germanio, menghasilkan peningkatan produksi dan konsumsi Germanio.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan

Perak dan putih cerah. Ketika padatan mereka dibentuk oleh banyak kristal (polyristaline), itu terlihat seperti permukaan yang gulung atau keriput, penuh dengan visi dan bayangan. Terkadang, Anda bahkan dapat memberikan penampilan menjadi keabu -abuan atau hitam seperti silikon.

Dalam kondisi standar itu adalah elemen kecerahan semimetalik, rapuh dan logam.

Germanio adalah semikonduktor, tidak terlalu ulet. Ini memiliki indeks refraksi tinggi untuk cahaya tampak, tetapi transparan untuk radiasi inframerah, digunakan di jendela peralatan untuk mendeteksi dan mengukur radiasi ini.

Berat atom standar

72.63 u

Nomor Atom (Z)

32

Titik lebur

938.25 ºC

Titik didih

2.833 ºC

Kepadatan

Pada suhu kamar: 5.323 g/cm³

Pada titik leleh (cair): 5.60 g/cm³

Germanio serta silikon, gallium, bismut, antimon dan air mengembang untuk memadat. Untuk alasan ini, kepadatannya lebih besar dalam keadaan cair daripada di padatan.

Panas fusi

36,94 kJ/mol

Panas penguapan

334 kJ/mol

Kapasitas kalori molar

23.222 J/(mol · k)

Tekanan uap

Pada suhu 1.644 K Tekanan uap Anda hanya 1 pa. Ini berarti bahwa cairan Anda memancarkan uap yang nyaris tidak pada suhu itu, sehingga tidak menyiratkan risiko yang dianggap inhalasi.

Elektronegativitas

2.01 pada skala Pauling

Energi ionisasi

-Pertama: 762 kJ/mol

-Kedua: 1.537 kJ/mol

-Ketiga: 3.302.1 kJ/mol

Konduktivitas termal

60.2 w/(m · k)

Resistivitas listrik

1 Ω · m hingga 20 ºC

Konduktivitas listrik

3 s cm^-1

Urutan magnetik

Diamagnetik

Kekerasan

6.0 pada skala Mohs

Stabilitas

Relatif stabil. Itu tidak terpengaruh oleh udara pada suhu kamar dan teroksidasi pada suhu lebih besar dari 600 ºC.

Tegangan permukaan

6 · 10^-1 N/m a 1.673.1 k

Reaktivitas

Teroksidasi pada suhu lebih besar dari 600 ºC untuk membentuk dioksida Germanio (Geo₂). Germanio berasal dari dua bentuk oksida: dioksida Germanio (geo₂) dan germanio (geo) monoksida.

Senyawa germanium umumnya menunjukkan keadaan oksidasi + 4, meskipun dalam banyak senyawa Germanio disajikan dengan keadaan oksidasi +2. Keadaan oksidasi - 4 disajikan, misalnya di magnesium Jerman (mg₂GE).

Germanio bereaksi dengan halogen untuk membentuk tetrahaluros: Germanio tetrafluoride (GEF₄), senyawa gas; Germanio Tetrayoduro (GHG₄), senyawa padat; Germanio tetrachloride (GECL₄) dan Germanio Tetrabromuro (Gebr₄), Keduanya senyawa cair.

Germanio tidak aktif melawan asam klorida; Tetapi diserang oleh asam nitrat dan asam sulfat. Meskipun larutan air hidroksida memiliki sedikit efek pada Germanio, ia mudah larut dalam hidroksida cair untuk membentuk jerman.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Germanio dan tautannya

Germanio memiliki empat elektron Valencia sesuai dengan konfigurasi elektroniknya:

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p²

Seperti karbon dan silikon, atom -atomnya ge hibridisasi orbital 4s dan 4p untuk membentuk empat orbital hibrida SP³. Dengan orbital ini, mereka terkait untuk memenuhi oktet Valencia dan, akibatnya, memiliki jumlah elektron yang sama dengan gas mulia pada periode yang sama (Kripton).

Dengan cara ini, ikatan kovalen ge-ge muncul, dan memiliki empat dari mereka untuk setiap atom, lingkungan tetrahedrabik didefinisikan (dengan GE di tengah dan yang lainnya di simpul). Dengan demikian, jaringan tiga dimensi ditetapkan karena perpindahan tetrahedra ini di sepanjang kaca kovalen; yang berperilaku seolah -olah itu adalah molekul besar.

Banyak

Kaca kovalen Germanio mengadopsi struktur kubik yang sama yang berpusat pada wajah berlian (dan silikon). Alotrop ini dikenal sebagai α-GE. Jika tekanan meningkat hingga 120 kbar (sekitar 118.000 atm), struktur kristal α-GE menjadi tetragonal yang berpusat pada tubuh (BCT).

Itu dapat melayani Anda: natrium sianida (NACN): struktur, sifat, risiko, penggunaan

Kristal BCT ini sesuai dengan alotropik kedua Germanio: β-ge, di mana tautan ge-ge rusak dan diisolasi, seperti yang terjadi dengan logam. Dengan demikian, α-GE adalah semimetalik; sedangkan β-ge adalah logam.

Angka oksidasi

Germanio mungkin kehilangan empat elektron Valencia, atau menang empat lagi untuk menjadi isolektronik dengan Kripton.

Ketika dalam senyawanya kehilangan elektron, dikatakan bahwa ia memiliki angka atau keadaan oksidasi positif, di mana keberadaan kation diasumsikan dengan beban yang sama dengan angka -angka ini. Di antaranya kami memiliki +2 (ge²⁺), +3 (ge³⁺) dan +4 (ge⁴⁺).

Misalnya, senyawa berikut memiliki Germanio dengan bilangan oksidasi positif: geo (ge²⁺SALAH SATU^2-), Gete (ge²⁺teh^2-), Ge₂Cl₆ (Ge₂³⁺Cl₆^-), Geo₂ (Ge⁴⁺SALAH SATU₂^2-) dan ges₂ (Ge⁴⁺S₂^2-).

Sedangkan ketika elektron memperoleh senyawa, ia memiliki angka oksidasi negatif. Di antara mereka yang paling umum adalah -4; yaitu keberadaan GE^4-. Di Germanos ini terjadi, dan sebagai contoh dari mereka, kami memiliki LI₄Ge (li₄⁺Ge^4-) dan mg₂Ge (mg₂²⁺Ge^4-).

Dimana itu dan dapatkan

Mineral belerang

Sampel mineral argirodit, dengan sedikit kelimpahan tetapi bijih unik untuk ekstraksi Germanio. Sumber: Rob Lavinsky, irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)]

Germanio adalah elemen yang relatif langka di kerak bumi. Ada beberapa mineral yang mengandung jumlah yang cukup besar, di antaranya dapat kita sebutkan: Argirodita (4ag₂S · ges₂), Germanita (7cus · fest₂), Briartita (Cu₂Fege₄), Renierita dan canfieldita.

Mereka semua memiliki kesamaan: mereka adalah sulfur atau mineral belerang. Oleh karena itu, Germanio mendominasi di alam (atau setidaknya di sini di bumi), sebagai gerakan₂ Dan bukan geo₂ (Berbeda dengan rekannya Sio₂, silika, disebarluaskan secara luas).

Selain mineral yang disebutkan di atas, Germanio juga telah ditemukan dalam konsentrasi massa 0,3% dalam endapan batubara. Juga, beberapa mikroorganisme dapat memprosesnya untuk menghasilkan sejumlah kecil Geh₂(Ch₃)₂ dan Geh₃(Ch₃), yang akhirnya mengungsi ke sungai dan laut.

Germanio adalah produk sekunder dari pemrosesan logam seperti seng dan tembaga. Untuk mendapatkannya, Anda harus menderita serangkaian reaksi kimia untuk mengurangi sulfida Anda di logam yang sesuai; yaitu, ambil GES₂ atom belerangnya sehingga hanya ge.

Dipanggang

Mineral sulfurous mengalami proses panggang di mana mereka memanas dengan udara sehingga oksidasi terjadi:

Ges₂ + 3 o₂ → Geo₂ + 2 Jadi₂

Untuk memisahkan Germanio dari residu, ia menjadi klorida masing -masing, yang dapat disuling:

Geo₂ + 4 HCL → GECL₄ + 2 h₂SALAH SATU

Geo₂ + 2 Cl₂ → GECL₄ + SALAH SATU₂

Seperti dapat dilihat, transformasi dapat dilakukan dengan menggunakan asam klorida atau gas klorin. GECL₄ Kemudian dihidrolisis lagi ke geo₂, Jadi endapan seperti padatan keputihan. Akhirnya, oksida bereaksi dengan hidrogen untuk mengurangi germanium logam:

Geo₂ + 2 h₂ → GE + 2 H₂SALAH SATU

Pengurangan yang juga dapat dilakukan dengan batubara:

Geo₂ + C → GE + CO₂

Germanio yang diperoleh terdiri dari bubuk yang dicetak atau Apisona di batang logam, di mana kristal Germanio dapat tumbuh.

Isotop

Germanio tidak memiliki isotop yang berlimpah besar. Sebaliknya, ia memiliki lima isotop yang kelimpahannya relatif rendah: ⁷⁰GE (20,52%), ⁷²GE (27,45%), ⁷³GE (7,76%), ⁷⁴GE (36,7%) dan ⁷⁶GE (7,75%). Perhatikan bahwa berat atom adalah 72.630 U, yang rata -rata semua massa atom dengan kelimpahan masing -masing isotop.

Isotop ⁷⁶GE sebenarnya radioaktif; Tapi setengah -kehidupannya begitu hebat (T_1/2= 1.78 × 10^{dua puluh satu} bertahun -tahun) yang secara praktis penting di antara lima isotop germanium paling stabil. Radioisotop lain, seperti ⁶⁸Ge dan ⁷¹GE, keduanya sintetis, memiliki waktu setengah -waktu yang lebih pendek (masing -masing 270,95 hari dan 11,3 hari).

Dapat melayani Anda: 20 contoh sublimasi dan karakteristik kimia

Risiko

Germanio dasar dan anorganik

Lingkungan germanium agak kontroversial. Menjadi logam yang sedikit berat, penyebaran ion -ionnya dari garam yang larut dalam air dapat melanggar ekosistem; yaitu, hewan dan tumbuhan dapat dipengaruhi dengan mengonsumsi GE³⁺.

Elemental Germanio tidak mewakili risiko apa pun selama tidak dihilangkan. Jika bubuk, arus udara dapat menyeretnya ke sumber panas atau zat yang sangat mengoksidasi; Dan akibatnya, ada risiko kebakaran atau ledakan. Juga, kristal mereka bisa berakhir di paru -paru atau mata, menyebabkan iritasi yang kuat.

Seseorang dapat diam -diam memanipulasi album Jerman di kantornya tanpa mengkhawatirkan kecelakaan apa pun. Namun, hal yang sama tidak dapat dikatakan tentang senyawa anorganiknya; yaitu, garam, oksida, dan hidrida mereka. Misalnya, Geh₄ atau Jerman (analog dengan cho₄ Dan ya₄), Ini adalah gas yang cukup menjengkelkan dan mudah terbakar.

Germanio organik

Sekarang, ada sumber germanium organik; Di antara mereka, dapat disebutkan di 2-carboxyethylestilmasquioxan atau Germanio-132, suplemen alternatif yang dikenal untuk mengobati penyakit tertentu; Meskipun dengan bukti yang diragukan.

Beberapa efek obat yang dikaitkan dengan Germanio-132 adalah untuk memperkuat sistem kekebalan tubuh, sehingga membantu melawan kanker, HIV dan AIDS; Mengatur fungsi tubuh, serta tingkat oksigenasi dalam darah, menghilangkan radikal bebas; Dan juga menyembuhkan radang sendi, glaukoma dan penyakit jantung.

Namun, Germanio organik telah dikaitkan dengan kerusakan serius pada ginjal, hati dan sistem saraf. Itulah sebabnya ada risiko laten saat mengonsumsi suplemen Germanio ini; Meskipun ada orang -orang yang menganggapnya sebagai obat ajaib, ada orang lain yang memperingatkan bahwa itu tidak menawarkan manfaat yang terbukti secara ilmiah.

Aplikasi

Optik inframerah

Beberapa sensor radiasi inframerah terbuat dari germanio atau paduannya. Sumber: Industri Adafruit via Flickr.

Germanio transparan untuk radiasi inframerah; yaitu, mereka dapat mentransfernya tanpa diserap.

Berkat ini, lensa Germanio dan kaca untuk perangkat inframerah optik telah dibangun; Misalnya, ditambah dengan detektor IR untuk analisis spektroskopi, dalam lensa yang digunakan dalam teleskop spasial inframerah jauh untuk mempelajari bintang -bintang terjauh alam semesta, atau sensor cahaya dan suhu.

Radiasi inframerah dikaitkan dengan getaran molekuler atau sumber panas; Jadi perangkat yang digunakan dalam industri militer untuk memvisualisasikan tujuan dengan penglihatan malam memiliki komponen yang dibuat dengan Germanio.

Bahan semikonduktor

Dioda Germanio dienkapsulasi dalam kaca dan digunakan pada tahun 60 -an dan 70 -an. Sumber: Rolf Süssbrich [CC BY-SA 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)]

Germanio sebagai metalloid semikonduktor telah digunakan untuk pembangunan transistor, sirkuit listrik, dioda pemancar cahaya dan microchips. Dalam yang terakhir, paduan Germanio-Silicio, dan bahkan Germanio, dengan sendirinya telah mulai menggantikan silikon, sehingga sirkuit yang semakin kecil dan kuat dapat dirancang lebih kecil dan lebih banyak lagi.

Oksida Anda, geo₂, Karena indeks refraksi yang tinggi, kaca ditambahkan sehingga dapat digunakan dalam mikroskop, sudut besar dan serat optik.

Germanio tidak hanya menggantikan silikon dalam aplikasi elektronik tertentu, tetapi juga dapat digabungkan dengan gallium arseniuro (GaAs). Dengan demikian, metaloid ini juga ada di panel surya.

Katalis

Geo₂ Ini telah digunakan sebagai katalis untuk reaksi polimerisasi; Misalnya, dalam hal yang diperlukan untuk sintesis polietilen terephthalate, plastik yang dipasarkan botol -botol terang di Jepang diproduksi.

Juga, nanopartikel paduan mereka dengan platinum mengkatalisasi reaksi redoks di mana mereka melibatkan pembentukan hidrogen gas, mengembalikan sel -sel volta yang lebih efektif ini.

Paduan

Akhirnya, telah disebutkan bahwa ada paduan ge-si dan ge-pt. Selain itu, atom GE mereka dapat ditambahkan ke kristal logam lain, seperti perak, emas, tembaga dan berilium. Paduan ini menunjukkan keuletan yang lebih besar dan resistensi kimia daripada logam masing -masing.

Referensi

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Germanium. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
3. Fisikaopenlab. (2019). Struktur kristal silikon & germanium. Dipulihkan dari: Fisika Copenlab.org
4. Susan York Morris. (19 Juli 2016). Adalah germanium untuk obat ajaib? Rata -rata healthline. Pulih dari: healthline.com
5. Lentech b.V. (2019). Tabel periode: germanium. Pulih dari: lentech.com
6. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi. (2019). Germanium. Database pubchem. CID = 6326954. Pulih dari: pubchem.NCBI.Nlm.Nih.Pemerintah
7. Kata. Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Germanium. Chemicool. Pulih dari: chemicool.com
8. Emil Venere. (8 Desember 2014). Germanium pulang ke Purdue untuk tonggak semikonduktor. Pulih dari: purdue.Edu
9. Marques Miguel. (S.F.). Germanium. Pulih dari: nautilus.Fis.UC.Pt
10. Rosenberg, e. Rev Environment Sci Biotechnol. (2009). Jermanium: Durasi Lingkungan, Pentingnya dan Spesiasi. 8: 29. doi.org/10.1007/S11157-008-9143-X