Germánium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
32 galliumgermániumarzén
Si

Ge

Sn
Általános
Név, vegyjel, rendszám germánium, Ge, 32
Elemi sorozat félfémek
Csoport, periódus, mező 14, 4, p
Megjelenés szürkés fehér
Ge,32.jpg
Atomtömeg 72,630(8) g/mol[1]
Elektronszerkezet [Ar] 3d10 4s2 4p2
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 4
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 5,323 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 5,60 g/cm³
Olvadáspont 1211,40 K
(938,25 °C, 1720,85 °F)
Forráspont 3106 K
(2833 °C, 5131 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 36,94 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 334 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 23,222 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1644 1814 2023 2287 2633 3104
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapcentrált
Oxidációs szám 4
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 2,01 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 762 kJ/mol
2.: 1537,5 kJ/mol
3.: 3302,1 kJ/mol
Atomsugár 125 pm
Atomsugár (számított) 125 pm
Kovalens sugár 122 pm
Egyebek
Mágnesség nincs adat
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 60,2 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 6,0 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 5400 m/s
Mohs-keménység 6,0
CAS-szám 7440-56-4
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A germánium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
68Ge mest. 270,8 d ε - 68Ga
70Ge 21,23% Ge stabil 38 neutronnal
71Ge mest. 11,26 d ε - 71Ga
72Ge 27,66% Ge stabil 40 neutronnal
73Ge 7,73% Ge stabil 41 neutronnal
74Ge 35,94% Ge stabil 42 neutronnal
76Ge 7,44% Ge stabil 44 neutronnal
Hivatkozások

A germánium ritka fémes elem, amely vegyületeiben, mint 2 és 4 vegyértékű pozitív ion szerepel. Rendszáma 32, vegyjele Ge, atomtömege: 72,64 g/mol.

Felfedezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ezt az elemet Clemens Winkler fedezte fel 1886-ban az argirodit ásványban. Előállítása is a Freiberg mellett előforduló argiroditból történt, amely ásvány ezüst-szulfidból és germánium-szulfidból állt.

1871-ben Mengyelejev D.I. a periódusos rendszere alapján kifejtette azon gondolatát, miszerint a IV. csoportnak van még egy ismeretlen eleme. Megjósolta tulajdonságait és még nevet is adott neki: ekaszilícium, utalva ezzel a szilíciumhoz való közelségére. Pontosan 128 évvel ezelőtt 1886 februárjában a Freibergi Bányászati Akadémia egyik professzora felfedezte az ezüst új ásványát: az argiroditot. A teljes analízis céljából átadta a technikai kémia professzornak Winkler Clemens-nek. A 48 éves tudóst az akadémia legjobb analitikusának tartották. Tanulmányozva az új ásványt, ő találta meg az új elemet 7%-os tömegarányban. A professzor elkülönítette az ismeretlen komponenst, tanulmányozta tulajdonságait és megértette, hogy valóban megtálalta a Mengyelejev által megjósolt új elemet, az ekaszilíciumot. A Winkler által használt germánium elkülönítési eljárása hasonlított a germánium modern ipari kinyerési módszerének egyikére.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A germánium elterjedt elem, de csak nagyon kis koncentrációban fordul elő; a földkéreg átlagosan 1,5 g/t-t tartalmaz belőle. Réz- és cinkércekben kísérőként lelhető fel. Legfontosabb ásványai az argirodit, a kanfieldit, a germanit és a reniérit. Egyes növényekben feldúsul, emiatt vitatott elképzelések bukkantak fel a növények fiziológiájáról (vírusok elleni védekezés), és ami homeopátiás alkalmazásokhoz is vezetett.

Jellemzői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Germánium

Tiszta állapotban előállítva, szürkés-fehér rideg fém, sűrűsége 5,32 g/cm3, olvadáspontja 938 °C. Kémiai sajátságaira nézve az óncsoport fémeihez, de az antimonhoz is hasonlít. Szobahőmérsékleten nem, de oxigénban izzásig hevítve oxidálódik. Sósavban, kálilúgban, és híg kénsavban nem oldódik; a királyvíz feloldja, tömény salétromsav germánium-oxiddá oxidálja. Tömény és forró kénsavban, lúgos hidrogén-peroxidoldatokban germánium-dioxid-hidráttá alakul. Sói a lángot nem festik meg. Két és négy vegyértékű.

A germánium a vízhez hasonló sűrűséganomáliát mutat: folyékony halmazállapotban nagyobb a fajlagos sűrűsége, mint szilárd halmazállapotban. Tiltott sávszélessége szobahőmérsékleten 0,67 eV, ezért félvezetőnek számít. A germánium lapkák törékenyebbek, mint a szilíciumból készültek.

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kloridjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vegyületei közül megemlíthetők a germánium-kloridok:

  • A germániumklorür (germánium-diklorid, GeCl2) színtelen, 72 °C-on forró folyadék, amely a germánium porának sósavgázban való hevítésekor képződik.
  • germániumot klórgázban hevítve germánium-klorid (GeCl4) képződik. Szintén folyékony, forráspontja 86 °C.

Oxidjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • germánium-oxid (GeO) és germánium-dioxid (GeO2) ismeretes. Utóbbi a germánium oxigénben való elégetésekor is képződik. Fehér por, vízben kissé oldható; savjellegű vegyület.

Szulfidjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • germánium-szulfid (GeS), vörösbarna kristálykákból áll és a germánium-diszulfidból képződik, azt hidrogénáramban redukálva. A germániumsók oldatából, ha azokat sósavval erősen megsavanyítjuk, a kén-hidrogén fehér csapadék alakjában germánium-diszulfidot (GeS2) választ le.

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az integrált áramkörök félvezető alapanyaga, gyakran szilíciummal keverik. Emellett használják az orvoslásban és táplálékkiegészítőként is.

Integrált áramkörök[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Félvezető tulajdonsága miatt az elektronika fő alapanyaga volt, amíg a szilícium vissza nem szorította. Nagyfrekvenciás eszközökben, detektorokban még ma is alkalmazzák. Napelemekben a gallium-arzenidet részben germánium lapkákra viszik fel, mivel a két anyag rácsállandója közel azonos. A felvitel epitaktikus növesztéssel történik.

A másik fő felhasználási területe az infravörös optika. Ablakokat és lencserendszereket gyártanak poli- vagy monokristályos germániumból, de készítenek belőle infravöröst áteresztő optikai üvegeket is. Ezeket éjjellátó készülékekben és hőkamerákban alkalmazzák. Ezekkel látható például, hogy hol szivárog el a hő a házakból.

Germániumot használnak az optikai szálakhoz és a poliészterszálakhoz. A teljes visszaverődés érdekében a szálakat germánium-tetraklorid segítségével belülről germánium-oxiddal vonják be. Az optikai szálak egyik fő felhasználási területe a távközlés. A poliésztergyártásban a germánium-oxidot katalizátornak használják, így készül például az újrahasznosítható PET, azaz a polietilén-terefterát.

Nagy tisztaságú egykristályként a germánium sugárdetektorként szolgál.

Az acéllal ellentétben a germánium kristályszerkezetét nem rombolja a neutronsugárzás, mivel az atomok rugalmasan ütköznek a neutronokkal. Ezt eddig még nem használták ki a reaktorokban.

Egészségügy[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nukleários gyógyászatban a 68Ge a gallium-68 anyanukleidja. Emellett a 68Ge a PET detektorainak kalibrálására is szolgál.[2]

A hagyományos orvoslás nem használ germánium tartalmú gyógyszereket. A spirogermániumot a rákbetegek kemoterápiájához használták, de hatásossága kérdéses. A homeopátiában a germániumot germanium metallicum néven alkalmazzák. Az Európán kívüli piacokon létezik di-calium-germanium-citrat-lactat alapú homeopátiás készítmény.[3]

A bi(carboxyethyl)germaniumsesquioxid (Ge-132) táplálékkiegészítőként egy sor betegség ellen használatos, így a rák, a krónikus fáradtság, az immungyengeség,[4] az AIDS, a magas vérnyomás, az ízületi gyulladás és az ételallergiák ellen. Eddig nincs tudományosan bizonyítva, hogy javítana a betegek állapotán.

Élettani hatása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A germánium és vegyületei viszonylag kevéssé mérgezők. Nyomokban előfordulnak a babban, az osztrigafélékben, a paradicsomlében, a tonhalban és a fokhagymában. A tudomány jelenlegi állása szerint nem esszenciális nyomelem, és nincsenek ismert feladatai a szervezetben. A szénhidrát-anyagcserében lehet szerepe. Hiánybetegsége nem ismert.

Mérgezés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Embernél germániummérgezés csak szervetlen germániumvegyületek táplálékkiegészítőként való bevétele után történt. Az első tünetei étvágytalanság, fogyás, izomgyengeség, kimerültség. Ezt követik a vese működési zavarai, egészen a veseelégtelenségig. A vese beidegződése is károsodhat. A vese működését nem sikerült helyreállítani a túlélőkben. A mérgezés mechanizmusát eddig még nem tárták fel teljesen, de megfigyelték az ideg- és a vesesejtek mitokondriumainak károsodását.

A klinikai tanulmányok a spirogermánium bevétele után idegrendszeri károsodásokat is feljegyeztek. Az 1980-as években sejtosztódást gátló hatásra tesztelték. Egészséges önkénteseken végzett kísérletek nem állnak rendelkezésre. Állatkísérletekből tudjuk, hogy a germánium kis mértékű akut mérgezőképességgel bír. A nagy adag germániumvegyülettel való akut mérgezés tünetei az értágulás, a szemhéj leesése, a bőr kékes elszíneződése, a reszketés, végül a halál. A szervetlen germániumvegyületek által kiváltott krónikus mérgezés tünetei a fogyás, a szervek zsugorodása, a veseelégtelenségig menő vesekárosodás. A szerves germániumvegyületek nem ennyire mérgezők, fogyást és vérszegénységet idéznek elő. A termékenységet rontó hatásokról csak kevés adat áll rendelkezésre. A nátrium-germániát patkányokban nem okozott rákot.

Kölcsönhatásai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vitatják, hogy vajon a germánium kölcsönhatásba lép-e a csontanyagcserében részt vevő szilíciummal. Blokkolhatja a vizelethajtó gyógyszerek és egy sor enzim hatását, így például a dehidrogenázokét. Az egerek tovább alszanak, ha a hexabarbital mellé germániumvegyületeket kapnak. Ez arra mutat, hogy a cytochrom P450 aktivitását is csökkenti. Egyes beszámolók szerint szerves germániumvegyületek hatástalanítják a glutation-S-transzferázt, ami a mérgek kiválasztásában vesz részt.

Részvétele az anyagcserében[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A germánium szájon át könnyedén bejut a szervezetbe. Az egész testben szétoszlik, de felhalmozódik a vesében és a pajzsmirigyben. A szervetlen vegyületekkel ellentétben a szerves germániumvegyületek nem halmozódnak fel. A gallium, illetve vegyületei főként a vizeletbe választódnak ki, és részben az epével és a széklettel távoznak a szervezetből. Eddig csak kevés cikk foglalkozott a germánium részvételével az anyagcserében.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry, 2013. (Hozzáférés: 2013. október 13.)
  2. Produktkatalog der Fa. Eckert & Ziegler S. 15
  3. Sanumgerman® der Firma SANUM-Kehlbeck.
  4. Bundesamt für Sicherheit im Gesundheitswesen, AGES PharmMed: Mérgező hatású „táplálékkiegészítő”

Külső hivatkozás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • A Pallas nagy lexikona