Fapte despre germaniu pentru copii

O bucată de germaniu

Germaniul este un element chimic. Simbolul său chimic este Ge. Numărul său atomic este 32. A fost descoperit de Clemens Winkler. Este un metaloid strălucitor, dur și alb-argintiu. Chimia germaniului este foarte asemănătoare cu cea a staniului. Germaniul formează un număr mare de compuși organometalici. Este un important material semiconductor utilizat în tranzistori.

Producție

Renierite

În 2011 s-au produs aproximativ 118 tone de germaniu la nivel mondial, în principal în China (80 t), Rusia (5 t) și Statele Unite (3 t). Germaniul se recuperează ca produs secundar din minereurile de zinc cu sphalerit, unde este concentrat în cantități de până la 0,3 %, în special din zăcămintele masive de Zn-Pb-Cu(-Ba) cu sedimente la temperaturi scăzute și din zăcămintele de Zn-Pb cu carbonat. Un studiu recent a constatat că cel puțin 10.000 t de germaniu extractibil sunt conținute în rezervele de zinc cunoscute, în special în cele găzduite de zăcăminte de tip Mississippi-Valley, în timp ce cel puțin 112.000 t vor fi găsite în rezervele de cărbune. În 2007, 35% din cerere a fost acoperită de germaniu reciclat.

În timp ce este produs în principal din sfalerit, se găsește, de asemenea, în minereuri de argint, plumb și cupru. O altă sursă de germaniu este cenușa zburătoare a centralelor electrice alimentate din depozite de cărbune care conțin germaniu. Rusia și China au folosit acest lucru ca sursă de germaniu. Zăcămintele din Rusia sunt situate în extremitatea estică a insulei Sakhalin și la nord-est de Vladivostok. Zăcămintele din China sunt situate în principal în minele de lignit de lângă Lincang, Yunnan; cărbunele este, de asemenea, exploatat lângă Xilinhaote, Mongolia interioară.

Aplicații

O fibră optică monomod tipică. Oxidul de germaniu este un dopant al miezului de siliciu (elementul 1).
1. Miez 8 µm
2. Înveliș 125 µm
3. Tampon 250 µm
4. Înveliș 400 µm

Principalele utilizări finale ale germaniului în 2007, la nivel mondial, au fost estimate a fi: 35% pentru fibre optice, 30% optică în infraroșu, 15% catalizatori de polimerizare și 15% aplicații electronice și electrice solare. Restul de 5% a intrat în utilizări precum fosforii, metalurgia și chimioterapia.

Optica

Proprietățile notabile ale germaniei (GeO2) sunt indicele său ridicat de refracție și dispersia optică scăzută. Acestea o fac deosebit de utilă pentru lentilele camerelor de luat vederi cu unghi larg, pentru microscopie și pentru partea centrală a fibrelor optice. A înlocuit titania ca dopant pentru fibrele de siliciu, eliminând tratamentul termic ulterior care făcea fibrele fragile. La sfârșitul anului 2002, industria fibrelor optice a consumat 60% din utilizarea anuală de germaniu în Statele Unite, dar aceasta reprezintă mai puțin de 10% din consumul mondial. GeSbTe este un material cu schimbare de fază utilizat pentru proprietățile sale optice, cum ar fi cel utilizat în DVD-urile rescriptibile.

Pentru că germaniul este transparent în lungimile de undă din infraroșu, este un material optic important în infraroșu care poate fi ușor de tăiat și șlefuit în lentile și ferestre. Este utilizat în special ca optică frontală în camerele de termoviziune care lucrează în gama de 8 până la 14 microni pentru termoviziune pasivă și pentru detectarea punctelor fierbinți în aplicații militare, de vedere pe timp de noapte mobile și de combatere a incendiilor. Este utilizat la spectroscoapele în infraroșu și la alte echipamente optice care necesită detectoare în infraroșu extrem de sensibile. Are un indice de refracție foarte ridicat (4,0) și trebuie să fie acoperit cu agenți anti-reflexie. În special, un strat antireflectorizant special foarte dur din carbon de tip diamant (DLC), cu un indice de refracție de 2,0, se potrivește bine și produce o suprafață dură ca un diamant care poate rezista la multe abuzuri din mediul înconjurător.

Electronică

Module solare montate pe urmăritori solari

Alegiile de siliciu-germaniu devin rapid un material semiconductor important pentru circuitele integrate de mare viteză. Circuitele care utilizează proprietățile joncțiunilor Si-SiGe pot fi mult mai rapide decât cele care utilizează doar siliciu. Siliciul-germaniul începe să înlocuiască arsenura de galiu (GaAs) în dispozitivele de comunicații fără fir. Cipurile SiGe, cu proprietăți de mare viteză, pot fi realizate cu tehnici de producție cu costuri reduse, bine stabilite în industria cipurilor de siliciu.

Panourile solare reprezintă o utilizare majoră a germaniului. Germaniul este substratul plachetelor pentru celulele fotovoltaice multijoncțiune de înaltă eficiență pentru aplicații spațiale. LED-urile de înaltă luminozitate, utilizate pentru farurile automobilelor și pentru iluminarea de fundal a ecranelor LCD, reprezintă o aplicație importantă.

Pentru că germaniul și arsenura de galiu au constante de rețea foarte asemănătoare, substraturile de germaniu pot fi utilizate pentru fabricarea celulelor solare cu arsenură de galiu. Mars Exploration Rovers și mai mulți sateliți folosesc celule de arsenură de galiu pe germaniu cu joncțiune triplă.

Substraturile de germaniu pe izolator sunt văzute ca un potențial înlocuitor al siliciului pe cipuri miniaturizate. Alte utilizări în electronică includ fosforii din lămpile fluorescente și diodele emițătoare de lumină (LED) cu semiconductori. Tranzistoarele cu germaniu sunt încă utilizate în unele pedale de efecte de către muzicienii care doresc să reproducă caracterul tonal distinctiv al tonului „fuzz”-ului de la începutul epocii rock and roll, mai ales Dallas Arbiter Fuzz Face.

Alte utilizări

O sticlă PET

Dioxidul de germaniu este, de asemenea, utilizat în catalizatori pentru polimerizare în producția de polietilen tereftalat (PET). Strălucirea ridicată a acestui poliester este favorizată în special pentru sticlele PET comercializate în Japonia. În Statele Unite, germaniul nu este utilizat pentru catalizatori de polimerizare.

Datorită similitudinii dintre siliciu (SiO2) și dioxidul de germaniu (GeO2), faza staționară de siliciu din unele coloane de cromatografie în fază gazoasă poate fi înlocuită cu GeO2.

În ultimii ani, germaniul a cunoscut o utilizare din ce în ce mai mare în aliajele de metale prețioase. În aliajele de argint 925, de exemplu, acesta reduce calcarul de foc, crește rezistența la pătare și îmbunătățește întărirea prin precipitare. Un aliaj de argint rezistent la pătare, marcă comercială Argentium, conține 1,2% germaniu.

Detectoarele semiconductoare realizate din germaniu monocristal de înaltă puritate pot identifica cu precizie sursele de radiații – de exemplu, în securitatea aeroporturilor. Germaniul este util pentru monocromatoarele pentru liniile de fascicule utilizate în împrăștierea neutronilor cu un singur cristal și în difracția sincrotronică a razelor X. Reflectivitatea prezintă avantaje față de siliciu în aplicațiile cu neutroni și cu raze X de înaltă energie. Cristalele de germaniu de înaltă puritate sunt utilizate în detectoarele pentru spectroscopia gamma și pentru căutarea materiei întunecate. Cristalele de germaniu sunt, de asemenea, utilizate în spectrometrele cu raze X pentru determinarea fosforului, clorului și sulfului.

Germaniul se profilează ca un material important pentru spintronică și aplicații de calcul cuantic bazate pe spin. În 2010, cercetătorii au demonstrat transportul de spin la temperatura camerei și, mai recent, s-a demonstrat că spinii electronilor donatori din germaniu au timpi de coerență foarte lungi.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Imagini pentru copii

• 

  .

  Dmitri Mendeleev

• 

  Eșantioane de compuși de germaniu preparați de Clemens Winkler, descoperitor al elementului

.