Prezzo del germanio, presenza, estrazione, uso

Il germanio (dalla Germania tedesca "Germania", dopo il paese in cui è stato trovato per la prima volta) è un elemento chimico con l'elemento simbolo Ge e il numero atomico 32. Nella tavola periodica è in 4. Periodo e nel 4. Gruppo principale (14, gruppo IUPAC, blocco p e gruppo carbonio). Era su 6. Febbraio 1886 rilevato per la prima volta nell'argyrodite minerale.

Storia

Quando Xnumx Dmitri Mendeleev progettò la tavola periodica, scoprì un vuoto al di sotto del silicio e postulò un elemento finora sconosciuto, che chiamò Eka silicio. Mendeleev fece delle previsioni sulle proprietà dell'Eka-silicio e dei suoi composti, che furono respinti dalla scienza, tuttavia.

1885 ha scoperto Clemens Winkler (1838-1904), un chimico della Bergakademie Freiberg, quando lavorava con l'argyrodite minerale appena scoperta, che la sua analisi quantitativa generava sempre un deficit di circa il sette percento. Ogni volta che l'analisi veniva ripetuta, il deficit rimaneva pressoché costante e Winkler alla fine ipotizzò che il minerale contenesse un elemento finora sconosciuto. Dopo quattro mesi di lavoro, è finalmente riuscito a 6. Febbraio 1886 l'isolamento di un precipitato di solfuro bianco, che potrebbe essere ridotto nel flusso di idrogeno in una polvere metallica. Seguendo il pianeta Nettuno precedentemente scoperto, Winkler inizialmente voleva chiamare il nuovo elemento Nettuno. Dato che questo nome era già stato usato per un altro elemento sospetto, lo chiamò dopo la scoperta di Germanio. Winkler inizialmente suggerì che il germanio fosse lo stibio dell'Eka postulato da Mendeleev, mentre Mendeleev inizialmente voleva classificarlo come cadmio Eka piuttosto che silicio Eka. Dopo che sono state determinate ulteriori proprietà, è stato confermato che probabilmente era l'elemento Eka-silicio previsto. Mendeleev aveva derivato le sue proprietà dalla sua tavola periodica, in modo che questa scoperta contribuisse al riconoscimento della tavola periodica:

L'origine e l'etimologia del nome germanio potrebbero anche derivare da un malinteso semantico in relazione al suo predecessore elemento gallio, perché ci sono due teorie per la denominazione del gallio. Dopo il primo, il chimico francese Paul Émile Lecoq de Boisbaudran ha chiamato l'elemento dopo Gallia, il nome latino della sua nativa Francia. Il secondo è anche la parola latina gallus (gallo) come fonte del nome, che significa le coq ("il gallo") in francese. Paul Émile Lecoq de Boisbaudran avrebbe chiamato il nuovo elemento con il suo nome. Winkler suppose che l'elemento precedente Gallio fosse stato chiamato in base alla nazionalità dell'esploratore francese. Così ha chiamato il nuovo elemento chimico "germanio" in onore del suo paese (Germania latina per la Germania).

Presenza

Il germanio è molto diffuso ma si presenta solo in concentrazioni molto basse; Valore di Clarke (= contenuto medio nella crosta terrestre): 1,5 g / t. In natura, di solito si presenta come solfuro (tiogermanato) e si trova spesso come compagno nei minerali di rame e zinco (scisto di rame di Mansfeld). I minerali più importanti sono l'argyrodite , Canfieldite, Germanit e Renierit. Alcune piante arricchiscono il germanio. Questa proprietà porta ad alcune tesi molto controverse riguardanti la fisiologia delle piante ("difesa delle piante contro i virus"), che alla fine portano ad applicazioni in omeopatia.

Estrazione e produzione

Secondo USGS, la produzione annuale di 2014 era stimata in 165 t, di cui 120 t era in Cina. Il prezzo per 1 kg di germanio era 2014 circa 1.900 USD. Secondo l'UE, il prezzo di 2003 era di 300 USD / kg, passando a 2009 USD di 1.000.

Per la rappresentazione del germanio, in particolare i gas di combustione (contengono ossido di gemanio ( )) del preparato di minerale di zinco adatto. Il germanio viene arricchito dal gas di combustione dissolvendo la polvere del camino in acido solforico. Dopo precipitazione del dissolto l'ulteriore lavorazione viene effettuata mediante distillazione dei cloruri metallici. L'idrolisi porta quindi nuovamente all'ossido, che viene ridotto con idrogeno in germanio. La rappresentazione di germanio di elevata purezza può, per. B. eseguito dal processo di fusione della zona.

Proprietà
germanio elementare

Il germanio è nella tavola periodica della serie di semi-metalli, ma è classificato dalla recente definizione come un semiconduttore. Il germanio elementare è molto fragile e molto stabile nell'aria a temperatura ambiente. Viene ossidato in ossido di germanio (IV) (GeO2) solo dopo forte ricottura in atmosfera di ossigeno. GeO2 è dimorfico e viene convertito a 1033 ° C dalla modifica del rutilo (CN = 6) nella struttura ß-quarzo (CN = 4). In forma di polvere, è un solido infiammabile e può essere facilmente infiammato dalla breve esposizione a una fonte di accensione e continua a bruciare dopo la rimozione. Il rischio di ignizione è maggiore, maggiore è la distribuzione della sostanza. In una forma compatta, non è infiammabile. Il germanio è bivalente e tetravalente. I composti di germanio (IV) sono i più stabili. Di acido cloridrico, soluzione di idrossido di potassio e acido solforico germanio diluito non viene attaccato. Nelle soluzioni alcaline di perossido di idrogeno, acido solforico caldo concentrato e acido nitrico concentrato, tuttavia, viene sciolto per formare biossido di germanio idrato. Secondo la sua posizione nella tavola periodica, le sue proprietà chimiche sono comprese tra silicio e stagno.

Il germanio è una delle poche sostanze che ha la proprietà di anomalia della densità. La sua densità è inferiore allo stato solido rispetto allo stato liquido. Il suo intervallo di banda è di circa 0,67 eV a temperatura ambiente.

I wafer di germanio sono considerevolmente più fragili dei wafer di silicio.

Utilizzare
Elettronica

Come semiconduttore, il germanio in forma di cristallo singolo era il materiale principale nel centro elettronico di 20. Soprattutto per la produzione dei primi diodi al germanio e transistor bipolari disponibili sul mercato fino a quando non è stato sostituito dal silicio in queste aree. Oggi, le applicazioni si trovano nella tecnologia ad alta frequenza (ad esempio come semiconduttore composto di silicio-germanio) e nella tecnologia del rivelatore (ad esempio come rivelatore di raggi X). Le celle solari all'arseniuro di gallio (GaAs) sono talvolta costituite da wafer di germanio. La costante reticolare del germanio è molto simile a quella dell'arsenuro di gallio, quindi i GaAs crescono epitassialmente sui singoli cristalli di germanio.

Occhiali e fibre

La sua seconda applicazione principale è nel campo dell'ottica a infrarossi sotto forma di finestre e sistemi di lenti in germanio policristallino o monocristallino e vetri ottici con trasmissione a infrarossi, i cosiddetti vetri di calcogenuro. Le applicazioni includono dispositivi di visione notturna militari e civili, nonché termocamere.

Altri usi importanti sono nella produzione di fibre ottiche e fibre di poliestere: nelle moderne fibre di vetro per le telecomunicazioni, il tetracloruro di germanio viene utilizzato nella deposizione chimica di vapore per generare un accumulo di biossido di germanio nel nucleo interno della fibra. Ciò si traduce in un indice di rifrazione più elevato nel nucleo rispetto al rivestimento in fibra, per cui viene garantita la guida delle onde luminose. Nella chimica del poliestere, il biossido di germanio viene utilizzato come catalizzatore nella produzione di determinate fibre e granulati di poliestere, in particolare per le bottiglie in PET riciclabili (PET = polietilentereftalato).

Medicina nucleare e tecnologia nucleare

68Ge è utilizzato nel generatore 68 di gallio come nuclide madre per la produzione di gallio-68. Allo stesso modo, 68Ge viene utilizzato come sorgente per la calibrazione del rivelatore nella tomografia ad emissione di positroni.

Come germanio monocristallino ad alta purezza viene utilizzato come rilevatore di radiazioni.

Germanio negli integratori alimentari

La sostanza Bi (carbossietil) germanio sesquiossido (Ge-132) è stata propagandata come integratore alimentare per l'uso in una serie di malattie tra cui cancro, sindrome da affaticamento cronico, immunodeficienza, AIDS, ipertensione, artrite e allergie alimentari. Gli effetti positivi sul decorso della malattia non sono ancora stati scientificamente dimostrati.

Secondo la direttiva europea 2002 / 46 / CE sul ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri relative agli integratori alimentari, il germanio non dovrebbe essere usato negli integratori alimentari. In molti paesi dell'UE che hanno già armonizzato le rispettive legislazioni nazionali, tra cui Germania e Austria, l'aggiunta di germanio come fonte minerale negli integratori alimentari non è pertanto consentita.

Le autorità competenti mettono espressamente in guardia contro il consumo di Ge-132, poiché non è possibile escludere gravi effetti sulla salute e decessi.

Uso medicinale di germanio

Non è stata dimostrata l'efficacia terapeutica della sostanza antineoplastica spirogermanium nel cancro. Non esistono medicinali approvati finiti con il principio attivo spirogermanium. In Germania, i preparati farmaceutici contenenti germanio (formulazioni), oltre alle diluizioni omeopatiche di D4, sono considerati discutibili. La loro produzione e consegna sono pertanto vietate. Il germanio metallico è disponibile sotto forma di medicinali omeopatici. Come parte delle preparazioni omeopatiche viene descritto di-potassio germanio citrato lattato.

Fisiologia

Il germanio e i suoi composti hanno una tossicità relativamente bassa. Tracce di germanio sono incluse nei seguenti alimenti: fagioli, succo di pomodoro, ostriche, tonno e aglio. Non è un oligoelemento essenziale secondo lo stato dell'arte. Non è nota alcuna funzione biologica per il germanio. È stata discussa una possibile influenza sul metabolismo dei carboidrati. Non sono note malattie da carenza di germanio.

tossicità

In passato, l'avvelenamento con germanio nell'uomo si è verificato solo dopo l'assunzione di composti inorganici al germanio come integratore alimentare. I primi sintomi sono perdita di appetito, perdita di peso, affaticamento e debolezza muscolare. Questo è seguito da un malfunzionamento del rene, fino all'insufficienza renale, che può essere letale per il paziente. Neuropatia periferica come conseguenza della malattia è anche riportata.

Sono riportati effetti collaterali neurotossici transitori durante l'assunzione di spirogermanio negli studi clinici. Lo spiro-germanio è stato testato come citostatico negli anni 1980. Non sono disponibili dati provenienti da studi su volontari sani.

Da esperimenti su animali è noto che il germanio ha una bassa tossicità orale acuta. I sintomi di avvelenamento acuto con grandi dosi di composti del germanio includono:

• Dilatazione dei vasi sanguigni (artectasia)
• ptosi
• cianosi
• Tremore

Infine, la paralisi respiratoria porta alla morte degli animali da esperimento. I sintomi di avvelenamento cronico o subcronico con composti di germanio inorganici sono:

• Gewichtsverlust
• Cambiamenti d'organo (massa di organi)
• Neuropatia progressiva
• danni renali

I composti organici del germanio hanno mostrato una tossicità inferiore, ma hanno portato alla perdita di peso degli animali da esperimento e alla riduzione del numero di globuli rossi. Esistono solo dati limitati sugli effetti teratogeni del germanio. Il germanato di sodio è stato testato nei ratti come non cancerogeno.

Il meccanismo di tossicità del germanio non è ancora del tutto chiaro. Tuttavia, sono stati osservati effetti patologici specifici sui mitocondri dei reni e delle cellule nervose.

interazioni

Viene anche discusso se il germanio può mostrare interazioni con il silicio nel metabolismo osseo. Può bloccare l'azione dei diuretici e ridurre l'attività di numerosi enzimi, come le deidrogenasi. Negli esperimenti su animali, i topi mostrano una durata del sonno indotta da esabarbital aumentata quando trattati ulteriormente con composti di germanio. Ciò suggerisce che anche l'attività del citocromo P450 è limitata. Sono stati segnalati composti di germanio organico che bloccano l'enzima disintossicante glutatione-S-transferasi.

Biodisponibilità e metabolismo

Il germanio viene facilmente assorbito dall'organismo quando ingerito. È distribuito su tutto il tessuto corporeo, specialmente nei reni e nella ghiandola tiroidea. A differenza dei composti inorganici del germanio, gli organogermani non si accumulano nel corpo umano. Tuttavia, ci sono solo alcuni studi sul metabolismo del germanio.

Viene essenzialmente escreto nelle urine. L'escrezione attraverso la bile e le feci avviene anche.

Connessioni

Il germanio forma Ge (II) - u. composti Ge (IV) più stabili, solo alcuni hanno significato tecnico.

Degli alogenuri di germanio sono anche Ge (II) - u. Rappresentante Ge (IV) noto. Il tetracloruro di germanio (GeCl4), un liquido con un punto di ebollizione di 83 ° C, si forma sull'esposizione al cloruro di idrogeno e agli ossidi di germanio ed è un importante intermedio nel recupero del germanio. GeCl4 di elevata purezza viene utilizzato nella produzione di fibre ottiche di vetro al quarzo per produrre uno strato di ossido di germanio (IV) di elevata purezza all'interno delle fibre di quarzo. Per produrre strati di germanio di elevata purezza, è anche possibile utilizzare la sproporzione di ioduro di germanio (II) per formare ioduro di germanio e germanio (IV):

I germanates sono composti di germanio derivati ​​dal suo ossido. In quasi tutti i minerali contenenti germanio il germanio è presente come germanato.

I tedeschi sono chiamati composti idrogeno del germanio, che formano una serie omologa di diverse molecole a catena lunga. Il monogerman o l'idruro di germanio (GeH4) è un gas utilizzato nell'industria dei semiconduttori per epitassia e doping.

Prezzi al germanio

Grafico germanio 2004-2011

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