protonové číslo 32
relativní atomová hmotnost 72.59
elektronegativita 2.0
elektronová konfigurace [Ar]3d104s24p2
hustota (g·cm-3) 5.32
teplota tání (°C) 945.00
teplota varu (°C) 2850.0

Germanium (32Ge)

historie

Germanium předpověděl J. A. R. Newlands v roce 1864 jako prvek chybějící v triádě mezi křemíkem a cínem. Jeho vlastnosti jako „ekasilicia“ specifikoval v roce 1871 D. I. Mendělejev.

Prvek objevil v roce 1886 C. A. Winkler při analýze nového, vzácného minerálu argyroditu a nazval jej na počest své vlasti Německa (latinsky Germania).

výskyt

  • na 53. místě v zemské kůře
  • rozšířený ve stopovém množství
  • minerály jsou vzácné
  • argyrodit - 4Ag2S·GeS2 (Ag8GeS6)
  • germanit - Cu2GeS4·4CuS
  • malá množství v zinečnatých rudách
  • v popelu černého uhlí

průmyslová výroba

  • germanium se získává z popílku odpadajícím při hutním zpracování zinečnatých rud
    popílek se louží H2SO4, pak se vysráží vodným roztokem hydroxidu sodného (NaOH)
    působením směsi kyseliny chlorovodíkové a chloru (HCl/Cl2) vzniká těkavý chlorid germaničitý (GeCl4),
    po frakční destilaci a hydrolýze vzniká oxid germaničitý (GeO2)
    oxid se redukuje vodíkem při 530°C:
    GeO2 + 2H2 → Ge + 2H2O

fyzikální vlastnosti

  • křehký, šedobílý, lesklý polokov
  • krystalizuje v krychlově soustavě
  • za zvláštních podmínek (vypařováním ve vakuu) lze získat germanium v amorfním stavu

chemické vlastnosti

  • germanium je reaktivnější a elektropozitivnější než Si
  • pokud není přítomno oxidační činidlo, nereaguje s vodou, se zředěnými kyselinami a alkalickými hydroxidy
  • na vzduchu se oxiduje na oxid germaničitý (GeO2) za červeného žáru
  • rozpouští se v horké koncentrované kyselině sírové a kyselině dusičné:
    Ge + 2H2SO4 → GeO2 + 2SO2 + 2H2O
    Ge + 4HNO3 → GeO2 + 4NO2 + 2H2O
  • s H2S a parami S vzniká sulfid germaničitý (GeS2)
  • s Cl2 a Br2 po mírném zahřátí vzniká chlorid germaničitý (GeCl4) a bromid germaničitý (GeBr4)
  • se zahřátým Ge reagují alkylhalogenidy, vznikají organogermaničité halogenidy

užití

  • polovodič (Ge byl první prvek, u kterého byl objeven tranzistorový efekt)
  • zubní lékařství
  • v optice k výrobě speciálních skel (propouští v oblasti infračervené)
  • speciální slitiny
  • supravodiče

sloučeniny

  • germany (GenH2·n+2)
  • german (germanovodík, GeH4)
    • příprava - reakcí chloridu germaničitého s tetrahydridohlinitanem lithným:
      GeCl4 + LiAlH4 → GeH4 + LiAlCl4
      nebo reakcí oxidu germaničitého (GeO2) s tetrahydridoboritanem sodným (NaBH4)
    • méně těkavé než silany
    • na rozdíl od SiH4 a SnH4 v kontaktu se vzduchem nevzplane
    • je netečný k vodným roztokům kyselin nebo 30% vodnému roztoku hydroxidu
    • v kapalném NH3 vystupuje jako kyselina za tvorby iontů NH4+ a GeH3–
    • reaguje v něm s alkalickými kovy za vzniku MGeH3(bílé krystalické látky)
  • vyšší germany se připravují působením tichého elektrického výboje na GeH4
  • halogengermany (GeHxX4–x; X = Cl, Br, I; x = 1, 2, 3)
    • bezbarvé, těkavé reaktivní kapaliny
    • připravují se reakcí GeH4 s HX
  • halogenidy
    • germanaté (GeX2)
      • méně stálé než germaničité
      • redukční vlastnosti
      • fluorid germanatý (GeF2)
        • připraví se působením fluoridu germaničitého (GeF4) na práškové Ge při teplotě 150 až 300°C
        • těkavá bílá látka
      • chlorid germanatý (GeCl2)
        • vzniká vedením par chloridu germaničitého (GeCl4) přes zahřáté kovové germanium
          GeCl4 + Ge → 2GeCl2
        • pevná látka
        • velmi citlivá k vlhkosti a vzdušnému kyslíku
          GeCl2 + H2O → GeO + 2HCl
          2GeCl2 + O2 → GeO2 + GeCl4
        • za chladu je téměř bezbarvý, zahříváním se barví oranžově
        • při 313 K se slučuje s plynným HCl na trichlorgerman (GeHCl3) - bezbarvá dýmající kapalina
      • bromid germanatý (GeBr2)
        • příprava - redukcí bromidu germaničitého (GeBr4) zinkem (Zn)
          nebo působením přebytku bromovodíky (HBr) na germanium při 400 °C
        • žlutá pevná látka
        • rozpouští se v lihu a acetonu
        • při 150 °C disproporcionuje na Ge a GeBr4:
          2GeBr2 → Ge + GeBr4
        • hydrolyzuje se na žlutý hydroxid germanatý:
          GeBr2 + 2H2O → Ge(OH)2 + 2HBr
      • jodid germanatý (GeI2)
        • příprava - redukcí jodidu germaničitého (GeI4) vodným roztokem kyseliny trihydrogenfosforné (H3PO2) v přítomnosti HI (brání hydrolýze)
        • sublimací se získávají jasně oranžové krystaly, které jsou na suchém vzduchu stálé
    • germaničité
      • příprava - přímou reakcí prvků
        nebo působením vodného roztoku halogenidu (HX) na oxid germaničitý (GeO2)
      • snadno hydrolyzují
      • fluorid germaničitý (GeF4)
        • GeO2 + 4HF → GeF4 + 2H2O
        • plynná, jedovatá látka
        • vodou hydrolyzuje na oxid germaničitý a kyselinu hexafluorogermaničitou
          2GeF4 + 2H2O → GeO2 + H2[GeF6] + 2HF
      • chlorid germaničitý (GeCl4)
        • Ge + 2Cl2 → GeCl4
        • bezbarvá kapalina
        • důležitý meziprodukt při přípravě organogermaničitých sloučenin
      • bromid germaničitý (GeBr4)
        • bezbarvé krystaly
      • jodid germaničitý (GeI4)
        • oranžové krystalky
        • vodou se rozkládají mnohem prudčeji než chlorid a proto na vzduchu silně dýmají
  • sulfidy
    • sulfid germanatý (GeS)
      • příprava - redukcí sulfidu germaničitého (GeS2) kyselinou trihydrogenfosfornou (H3PO2)
      • tepelně nejstálejší sloučeninou GeII
      • ve vodě nerozpustný
    • sulfid germaničitý (GeS2)
      • příprava - přímým slučováním prvků
      • bílá látka
      • ve vodě nerozpustný
      • nehydrolyzuje
      • rozpouští se v roztocích alkalických sulfidů za vzniku thiogermaničitanů
        GeS2 + Na2S → Na2GeS3
        GeS2 + 2Na2S → Na4GeS4
  • oxidy
    • oxid germanatý (GeO)
      • příprava - zahříváním směsi práškovitého Ge a GeO2 za teploty 1000 °C
      • žlutá, snadno sublimující látka
      • zahříváním žlutého GeO se získá tmavohnědý GeO
      • obě formy GeO mají redukční schopnosti a nad 700 °C disproporcionují na Ge a GeO2
        2GeO → Ge + GeO2
    • oxid germaničitý (GeO2)
      • příprava - žíháním germania nebo oxidací germania koncentrovanou kyselinou dusičnou:
        Ge + 4HNO3 → GeO2 + 4NO2 + 2H2O
      • bílá tuhá látka
      • ve vodě je málo rozpustný
      • v roztoku je přítomna slabá kyselina germaničitá
      • reaguje se zásaditějšími oxidy – vznikají germaničitany
        GeO2 + CaO → CaGeO3 – germaničitan vápenatý
        2Li2O + GeO2 → Li4GeO4 – germaničitan tetrahlinitý
        Na2O + 2GeO2 → Na2Ge2O5 – digermaničitan disodný