Germanium: Forskelle mellem versioner

Redigér links
Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gennemse historikken interaktivt
← Gå til forrige forskelGå til næste forskel →
Content deleted Content added
VisueltWikitekst
m +Karakteristiske træk (primært oversat fra enwiki)
No edit summary
Linje 61: Linje 61:
'''Germanium''' er det [[atomnummer|32.]] [[grundstof]] i det [[periodiske system]], og har det [[Kemisk symbol|kemiske symbol]] '''Ge'''. Det er et skinnende, hårdt, gråhvidt halvmetal som står i gruppe 14, og har en del ligheder med dets to gruppenaboer [[tin]] og [[silicium]]. Germanium har fem naturligt forekommende [[isotop]]er med [[atommasse]]r fra 70 til 76. Germanium indgår i et stort antal [[organometal]]iske forbindelser, bl.a. [[tetraethylgerman]] og [[isobutylgerman]].
'''Germanium''' er det [[atomnummer|32.]] [[grundstof]] i det [[periodiske system]], og har det [[Kemisk symbol|kemiske symbol]] '''Ge'''. Det er et skinnende, hårdt, gråhvidt halvmetal som står i gruppe 14, og har en del ligheder med dets to gruppenaboer [[tin]] og [[silicium]]. Germanium har fem naturligt forekommende [[isotop]]er med [[atommasse]]r fra 70 til 76. Germanium indgår i et stort antal [[organometal]]iske forbindelser, bl.a. [[tetraethylgerman]] og [[isobutylgerman]].


Germanium er relativt udbredt i [[Skorpe (geologi)#Jordens skorpe|jordens skorpe]], men i forhold til udbredelsen blev germanium opdaget sent, hvilket skyldes, at der kun findes få [[mineral]]er hvor det indgår i større komcentrationer. [[Dmitri Mendeleev]] postulerede i 1869 germaniums eksistens, samt nogen af dets egenskaber, baseret på positionen i Mendeleevs [[periodiskse system]]. Han kaldte grundstoffet ''eka-silicium''. Næsten to årtier senere, i 1886, fandt tyskeren [[Clemens Winkler]] germanium i mineralet [[argyrodit]] (germanium(IV)octasølv(I)sulfid, {{chem|Ag|8|GeS|6}}). Winklers eksperimentielle undersøgelser af det nye grundstof var i overenstemmelse med Mendeleevs forudsigelser. Winkler opkaldte det nye grundstof efter sit hjemland, [[Tyskland]].
Germanium er relativt udbredt i [[Skorpe (geologi)#Jordens skorpe|jordens skorpe]], men i forhold til udbredelsen blev germanium opdaget sent, hvilket skyldes, at der kun findes få [[mineral]]er hvor det indgår i større komcentrationer. [[Dmitri Mendeleev]] postulerede i 1869 germaniums eksistens, samt nogen af dets egenskaber, baseret på positionen i Mendeleevs [[periodiske system]]. Han kaldte grundstoffet ''eka-silicium''. Næsten to årtier senere, i 1886, fandt tyskeren [[Clemens Winkler]] germanium i mineralet [[argyrodit]] (germanium(IV)octasølv(I)sulfid, {{chem|Ag|8|GeS|6}}). Winklers eksperimentielle undersøgelser af det nye grundstof var i overenstemmelse med Mendeleevs forudsigelser. Winkler opkaldte det nye grundstof efter sit hjemland, [[Tyskland]].


Germanium er et vigtigt [[halvleder]]materiale som bruges i [[transistor]]er og andet elektronik. Dets største brug er til [[Optisk fiber|optiske fibre]] og [[infrarød]] optik, og har også fundet anvendelsen til katalysatorer til [[polymerisering]]. Germanium udvindes primært fra [[sphalerit]]-malme (zink(II)sulfid, ZnS), men fås også fra [[sølv]]-, [[bly]], og [[kobber]]malme. Visse germaniumforbindelser kan irritere øjene, huden, lungerne og halsen.
Germanium er et vigtigt [[halvleder]]materiale som bruges i [[transistor]]er og andet elektronik. Dets største brug er til [[Optisk fiber|optiske fibre]] og [[infrarød]] optik, og har også fundet anvendelsen til katalysatorer til [[polymerisering]]. Germanium udvindes primært fra [[sphalerit]]-malme (zink(II)sulfid, ZnS), men fås også fra [[sølv]]-, [[bly]], og [[kobber]]malme. Visse germaniumforbindelser kan irritere øjene, huden, lungerne og halsen.

Versionen fra 1. mar. 2010, 19:16

Germanium
Grå hvid
Periodiske system
Generelt
Atomtegn Ge
Atomnummer 32
Elektronkonfiguration 2, 8, 18, 4 Elektroner i hver skal: 2, 8, 18, 4. Klik for større billede.
Gruppe 14 (Halvmetal)
Periode 4
Blok p
CAS-nummer 7440-56-4
Atomare egenskaber
Atommasse 72,64
Atomradius 122 pm
Van der Waals-radius 211 pm
Elektronkonfiguration [Ar] 3d10 4s2 4p2
Elektroner i hver skal 2, 8, 18, 4
Ioniseringspotentiale
1. ioniserings­potentiale 762 kJ·mol-1
2. ioniserings­potentiale 1537,5 kJ·mol-1
3. ioniserings­potentiale 3302,1 kJ·mol-1
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Elektronegativitet 2,01 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform fast
Krystalstruktur Diamand kubisk
Massefylde (fast stof) 5,323 g·cm−3
Massefylde (væske) 5,60 g·cm−3
Smeltepunkt 938,25 °C
Kogepunkt 2833 °C
Varmeledningsevne (27 °C) 60,2 W·m−1·K−1
Varmeudvidelseskoeff. 6,0 µm/(m·K)
Magnetiske egenskaber Diamagnetisk[1]
Mekaniske egenskaber
Youngs modul 103 GPa
Forskydningsmodul 41 GPa
Kompressibilitetsmodul 75 GPa
Poissons forhold 0,26
Hårdhed (Mohs' skala) 6,0


Germanium er det 32. grundstof i det periodiske system, og har det kemiske symbol Ge. Det er et skinnende, hårdt, gråhvidt halvmetal som står i gruppe 14, og har en del ligheder med dets to gruppenaboer tin og silicium. Germanium har fem naturligt forekommende isotoper med atommasser fra 70 til 76. Germanium indgår i et stort antal organometaliske forbindelser, bl.a. tetraethylgerman og isobutylgerman.

Germanium er relativt udbredt i jordens skorpe, men i forhold til udbredelsen blev germanium opdaget sent, hvilket skyldes, at der kun findes få mineraler hvor det indgår i større komcentrationer. Dmitri Mendeleev postulerede i 1869 germaniums eksistens, samt nogen af dets egenskaber, baseret på positionen i Mendeleevs periodiske system. Han kaldte grundstoffet eka-silicium. Næsten to årtier senere, i 1886, fandt tyskeren Clemens Winkler germanium i mineralet argyrodit (germanium(IV)octasølv(I)sulfid, Ag8GeS6). Winklers eksperimentielle undersøgelser af det nye grundstof var i overenstemmelse med Mendeleevs forudsigelser. Winkler opkaldte det nye grundstof efter sit hjemland, Tyskland.

Germanium er et vigtigt halvledermateriale som bruges i transistorer og andet elektronik. Dets største brug er til optiske fibre og infrarød optik, og har også fundet anvendelsen til katalysatorer til polymerisering. Germanium udvindes primært fra sphalerit-malme (zink(II)sulfid, ZnS), men fås også fra sølv-, bly, og kobbermalme. Visse germaniumforbindelser kan irritere øjene, huden, lungerne og halsen.

Historie

En gammel mand med et grå-hvidt skæg sidder ved et bord, og holder en gammel åben bog i skødet. Han har en rød-blå trøje og en kvardratisk hat på hovedet. Der er to gamle tykke bøger på bordet.
Dmitrij Mendelejev
Et billede af en bysteaf en middelaldrene mand med et hvidt skæg og gråt overskæg.
Clemens Winkler

Dmitri Mendeleev postulerede i sin rapport Den periodske lov over kemiske grundstoffer fra 1869, eksistensen af adskillige ukendte grundstoffer, heriblandt et grundstof mellem silicium ogtin i det periodiske system,[2] som han kaldte Eka-silicium (Es) efter dets placering.Han postulerede at det havde en atomvægt på 72.

I 1886 i en mine nær Freiberg, Sachsen blev et nyt mineral opdaget, som blev kaldt argyrodit pga. dets høje sølvindhold.[n 1]Clemens Winkler undersøgte mineralet i 1886 og det lykkedes ham at isolere et nyt grundstof med egenskaber som var beslægtet med antimon.[4][5] Før Winkler offentligjorde sine resultater, var det hans tanke, at kalde dette nye grundstof forneptunium, fordi opdagelsen af planeten Neptun i 1846 var sket vha. matematisk forudsigelse (beregning). [n 2] Men, neptunium var allerede givet til et andet grundstof (dog ikke det grundstof som idag bærer navnet neptuniumsom blev opdaget i 1940),[n 3] og i stedet kaldte Winkler det nye grundstof for germanium (fra latin Germania: Tyskland) til ære for sit fædreland.[5]. Da grundstoffet har visse ligheder med arsen ogantimon var germaniums placering i det periodske system til diskution, men lighederne mellem Mendeleevs Eka-silicium og germanium afgjorde dets placering.[5][12] Fra yderligere 500 kg malm fra minen i Sachsen kunne Winkler i 1887 bekræfte de kemiske egenskaber af det nye grundstof.[5][4][13] Han bestemte ogsåatomvægten til 72,32 ved at analysere rent germaniumtetrachlorid, GeCl4.

Derudover syntetiserede Winkler adskillige nye forbinelser af germanium, bl.a. fluoridet, chloridet, sulfidet, germaniumdioxid (GeO2), og tetraethylgerman (Ge(C2H5)4) den første organogerman-forbindelse.[4] De fysiske data for disse forbindelser var i overensstemmelse med Mendeleev postulater og var en vigtig bekræftigelse på Mendeleev forslag til opstilling af grundstofferne efter egenskaber. Tabellen herunder sammenligner Mendeleev postulater og Winklers data:[4]

Egenskab Eka-silicium Germanium
Atomvægt 72 72,59
Densitet (g/cm3) 5,5 5,35
Smeltepunkt (°C) højt 947
Farve grå grå
Oxidets type refractory dioxid refractory dioxid
Oxidets densitet (g/cm3) 4,7 4,7
Oxidets aktivitet svagt basisk svagt basisk
Chloridets kogepunkt (°C) under 100 86 (GeCl4)
Chloridets densitet (g/cm3) 1,9 1,9

Indtil slutningen af 1930erne troede man, at germanium var en dårlig elektrisk leder.[14] Men i 1941, under 2. verdenskrig, begyndte germaniumdioder at fotrænge elektronrør i elektronik.[15][16] Dets første store brug var i Schottky-dioden som blev brugt til radarmodtagelse under 2. verdenskrig.[14]Først efter 2. verdenskrig blev germanium økonomisk vigtig, da dets egenskaber som halvlederblev anerkendt som værdifuld til elektronik. Den første siliciumgermanium legering blev lavet i 1955.[17] Før 1945 blev der kun udvundet et par hundrede kg af grundstoffet om året, men i slutningen af 1950 var den årlige udvinding på verdensplan 40 ton.[18]

Med udviklingen af germaniumtransistoren i 1948[19] blev døren åbnet til talrige applikationer indenfor solid-stateelektronik.[20] Fra 1950 og indtil begyndelsen af 1970erne var der et stigende marked for germanium, men derefter begyndte ultrarent silicium langsomt at overtage germaniums rolle indenfor transistorer, dioder og ensretterer.[21] Silicium har fremragende elektroniske egenskaber, men det kræver at det er ultrarent, og dette var ikke økonomisk rentabelt før 1970erne.[22]

I den efterfølgende periode er efterspørgslen på germanium steget markant, bl.a. til lysledere, infrarøde night vision-systemer, samt til katalysatorer tilpolymerisering[18] Disse udgjorde i år 2000 85% af forbruget af germanium.[21] Germanium adskiller sig fra silicium i tilgængeligheden, hvor forsyningen af silicium kun er begrænset af produktionskapaciteten, er germanium begrænset af de tilgængelige kilder. Dette afspejles af prisen, i 1998 kunne silicium købes for mindre end $10 per kg,[18] i forhold til at 1 kg germanium kostede næsten $800.[18]

Karakteristiske træk

Ved standardbetingelser er germanium et skørt, sølv-hvidt, halvleder grundstof[23]Denne form er en af flere alltrope former, og kaldes α-germanium, som har et metallisk skær og samme struktur som diamant.[21] Ved tryk på over 120 kbar eksisterer germanium med en anden allotrop form kendt som β-germanium, som har samme struktur som β-tin.[24] Sammen med silicium, galium, bismuth, antimon og vand er det er af de få stoffer som udvider sig når det størkner fra dets smeltede tilstand[24]

Zonesmeltningsteknikker kan udføres såfremdeles at der kan fremstilles krystallinsk germanium til halvledere som kun har én urenhed pr. 1010 germaniumatomer,[25] hvilket gør det til et af de reneste materialer som nogensinde er fremstillet.[26] Det første metalliske materiale som blev opdaget som værende en superleder i et ekstremt stærktelektromagnetisk felt var en lergering af germanium med uran og rhodium.[27] [24]

[23]

Fodnoter

  1. ^ Fra græsk, argyrodite som betyder sølvindholdende.[3]
  2. ^ Ligesom eksistensen af det nye grundstof var forudsagt, var eksistensen af planeten Neptun blevet forudsagt omkring 1843 af matematikerne John Couch Adams og Urbain Leverrier udfra det faktum at uranus blev skubbet en anelse i sit kredsløb.[6] James Challis begyndte at lede efter planeten i juli 1846, og opdagede den, den 23. september 1846[7]
  3. ^ R. Hermann publiserede i 1877 opdagelsen af et nyt grundstof beliggende under tantal i det periodske system, som han kaldte neptunium.[8][9] Men dette blev senere forkastet som en blanding af niob og tantal.[10] Navnet neptunium blev senere givet til det syntetiske grundstof efter uranopdget i 1940.[11]

Referencer

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ Kaji, Masanori (2002). "D. I. Mendeleev's concept of chemical elements and The Principles of Chemistry" (pdf). Bulletin for the History of Chemistry (engelsk). 27 (1): 4-16. Hentet 2010-02-20.
  3. ^ "Argyrodite—Ag8GeS6" (pdf) (engelsk). Mineral Data Publishing. Hentet 2010-02-23. {{cite web}}: Kursiv eller fed markup er ikke tilladt i: |publisher= (hjælp)
  4. ^ a b c d Winkler, Clemens (1887). "Mittheilungen über des Germanium. Zweite Abhandlung". J. Prak. Chemie (tysk). 36: 177-209. doi:10.1002/prac.18870360119. Hentet 2010-02-23.
  5. ^ a b c d Winkler, Clemens (1887). "Germanium, Ge, eine neues, nicht-metallisches Element". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (tysk). 19 (1): 210-211. doi:10.1002/cber.18860190156. Hentet 2010-02-23.
  6. ^ Adams, J. C. (13. november, 1846). "Explanation of the observed irregularities in the motion of Uranus, on the hypothesis of disturbance by a more distant planet". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (engelsk). Blackwell Publishing. 7: 149. Hentet 2010-02-23. {{cite journal}}: Tjek datoværdier i: |date= (hjælp)
  7. ^ Challis, Rev. J. (13. November, 1846). "Account of observations at the Cambridge observatory for detecting the planet exterior to Uranus". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (engelsk). Blackwell Publishing. 7: 145-149. Hentet 2008-02-18. {{cite journal}}: Tjek datoværdier i: |date= (hjælp)
  8. ^ Sears, Robert (1877). "Scientific Miscellany". The Galaxy (engelsk). Columbus, Ohio: Siebert & Lilley. 24 (1): 131. ISBN 0665501668. OCLC 16890343 243523661 77121148. {{cite journal}}: Tjek |oclc= (hjælp); Ukendt parameter |month= ignoreret (hjælp)
  9. ^ "Editor's Scientific Record". Harper's new monthly magazine. 55 (325): 152-153. 1877. {{cite journal}}: Ukendt parameter |month= ignoreret (hjælp)
  10. ^ van der Krogt, Peter. "Elementymology & Elements Multidict: Niobium" (engelsk). Hentet 2008-08-20.
  11. ^ Westgren, A. (1964). "The Nobel Prize in Chemistry 1951: presentation speech". Nobel Lectures, Chemistry 1942-1962 (engelsk). Elsevier.
  12. ^ "Germanium, a New Non-Metallic Element". The Manufacturer and Builder (engelsk): 181. 1887. Hentet 2010-02-23.
  13. ^ Brunck, O. (1886). "Obituary: Clemens Winkler". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (tysk). 39 (4): 4491-4548. doi:10.1002/cber.190603904164.
  14. ^ a b Haller, E. E. "Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices" (pdf). Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, and Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, (engelsk). Hentet 2010-02-22.{{cite web}}: CS1-vedligeholdelse: Ekstra punktum (link)
  15. ^ W. K. (1953). "Germanium for Electronic Devices" (engelsk). NY Times. Hentet 2010-02-22.
  16. ^ "1941 -Semiconductor diode rectifiers serve in WW II". Computer History Museum. Hentet 2010-02-22.
  17. ^ "SiGe History" (engelsk). University of Cambridge. Hentet 2010-02-23.
  18. ^ a b c d Halford, Bethany (2003). "Germanium". Chemical & Engineering News (engelsk). American Chemical Society. Hentet 2010-02-22.
  19. ^ Bardeen, J. (1948). "The Transistor, A Semi-Conductor Triode". Physical Reviews (engelsk). 74: 230-231. doi:10.1103/PhysRev.74.230. {{cite journal}}: Ukendt parameter |coauthor= ignoreret (|author= foreslået) (hjælp)
  20. ^ "Electronics History 4 - Transistors" (engelsk). National Academy of Engineering. Hentet 2010-02-23.
  21. ^ a b c U.S. Geological Survey (2008). "Germanium—Statistics and Information". U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries (engelsk). Hentet 2010-02-23. Vælg 2008
  22. ^ Teal, Gordon K. (1976). "Single Crystals of Germanium and Silicon-Basic to the Transistor and Integrated Circuit". IEEE Transactions on Electron Devices (PDF) (engelsk). ED-23 (7): 621-639. doi:10.1109/T-ED.1976.18464. {{cite journal}}: |format= kræver at |url= også er angivet (hjælp); Ukendt parameter |month= ignoreret (hjælp)
  23. ^ a b Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. s. 506-510. ISBN 0-19-850341-5.
  24. ^ a b c Holleman, A. F. (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102nd ed (tysk). de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1. OCLC 145623740 180963521 219549154. {{cite book}}: Tjek |oclc= (hjælp); Ukendt parameter |coauthors= ignoreret (|author= foreslået) (hjælp)
  25. ^ "Germanium". Los Alamos National Laboratory. Hentet 2008-08-28.
  26. ^ Chardin, B. (2001). "Dark Matter: Direct Detection". I Binetruy, B (red.). The Primordial Universe: 28 June -23 July 1999 (engelsk). Springer. s. 308. ISBN 3540410465.
  27. ^ Lévy, F. (2005). "Magnetic field-induced superconductivity in the ferromagnet URhGe". Science (engelsk). 309 (5739): 1343-1346. doi:10.1126/science.1115498. PMID 16123293. {{cite journal}}: Ukendt parameter |coauthors= ignoreret (|author= foreslået) (hjælp); Ukendt parameter |month= ignoreret (hjælp)


Wikimedia Commons har medier relateret til:
NaturvidenskabSpire
Denne naturvidenskabsartikel er en spire som bør udbygges. Du er velkommen til at hjælpe Wikipedia ved at udvide den.

Skabelon:Link FA

Hentet fra "https://da.wikipedia.org/w/index.php?title=Germanium&oldid=3894405"