Germaanium (0)

Gümnaasium
GERMAANIUM
Koostaja -
Juhendaja -
2014
SISUKORD
SISSEJUHATUS 3
FÜÜSIKALISED OMADUSED 4
KEEMILISED OMADUSED 5
ÜHENDID JA NENDE KASUTAMINE. ELEMENDI KASUTUSALAD 6
BIOTOIME 7
HUVITAVAT! 8
MIDA ANDIS MULLE REFERAADI TEGEMINE? 9
KASUTATUD KIRJANDUS 10

SISSEJUHATUS

Teen oma referaadi germaaniumist. Germaaniumi avastas saksa keemik Clemens Winkler 1886 . aastal. Element on nimetatud Saksamaa (ladina keeles Germania) järgi. Esialgu kavatses Winkler nimetada uut elementi neptuuniumiks, sest astronoom Leverrier oli arvutustega põhjendanud selle taevakeha eksistensti. Siis aga loobus Winkler sellest nimetusest, sest selgus, et 1850. aastal olevat USA-s avastatud mineraal ja sellest uus element neptuunium. Selgus aga, et tegemist oli eksiavastusega. Winkler otsustas aga nimetada uut elementi oma kodumaa nimetuse järgi germaaniumiks.
Elemendi omadusi ja isegi saamisviisi ennustas (1870-72) ette D. Mendelejev , kes nimetas veel tundmatu elemendi ekasiliitsiumiks (analoogia põhjal räniga). See on kõigi aegade teadusprognooside üks hiilgavamaid näiteid. 15 aastat enne elemendi tegelikku avastamist ennustatud omadused osutusid üllatavalt täpseks.
Germaanium on haruldane ja hajutatud element, mis keemiliste elementide levimuselt on maakoores 52.kohal. Germaaniumi toormeks on polümetalsed ja sulfiidsed maagid , milles germaanium esineb haruldase lisaelemendina, eriti koos hõbeda ja pliiga. Germaanium esineb ka Päikesel ja meteoriitides.
Germaanium on keemiliste elementide perioodilisussüsteemi 4-da A rühma element, järjekorranumbriga 32., aatommass 72.59. Looduslik germaanium koosneb 4-ast stabiilsest isotoobist massiarvudega 70, 72, 73 ja 74 ja ühest radioktiivsest isotoobist.

• Elektronskeem : Ge +32¦ 2)8)8)14)
  

Germaanium saadakse peamiselt kõrvalproduktina värviliste metallide tootmisel ja fossiilkütuste kivisöe- ja pruunsöetuhast, milles germaaniumisisaldus on ühe tonni tuha kohta kuni 2%. Toore rikastatakse ja kontsenteeritakse (palju meetodeid ja etappe ). Saadakse GeCl4, mida puhastatakse ülihoolikalt ning hüdrolüüsitakse ülipuhta veega, saadakse GeO2 . Viimane kuivatatakse ja redutseeritakse vesinikuga (600-700kraadi):
GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O
Ge sulatatakse 1000 kraadi – 1050 kraadi juures, puhastatakse tsoonsulatuse või suundkristallisatsiooniga. Saadakse ülipuhas Ge.
3

FÜÜSIKALISED OMADUSED

• hõbedane või mustjashõbedane
  
• metalse läikega
  
• üsna habras , rabe (kergesti killunev)
  
• ei saa olla kuuma ja külma töörõhk kuni 550 ° C
  
• laseb läbi infrapunakiirgust
  
• üsna vastupidav veele, õhule
  
• pooljuht ehk ta elektrijuhtivus on halvem kui elektrijuhil ja parem kui dielektrikul
  
• sulamistemperatuur 958,5 kraadi
  
• tihedus 5.35 Mg/m3
  
• moodustab madala sulamistemperatuuriga sulameid
  
• üks kõige hinnatavamaid pooljuhte
  

4

KEEMILISED OMADUSED

Keemilistelt omadustelt sarnaneb germaanium räni ja tinaga.

• madalal temperatuuril keemiliselt inertne, püsiv õhu , vee, O2, HCl ja H2SO4 suhtes
  
• reageerib aeglaselt HNO3 ja kuningveega, moodustades dioksiidi (GeO2) või hüdraatunud dioksiidi
  
• leelislahustega reageerib aeglaselt (H2O2 juuresolekul kiiresti), tekivad hüdroksogermanaadid
  Temperatuuril üle 700 kraadi germaanium :
  
• oksüdeerub õhus, tekib GeO2. Germaaniumdioksiid reageerib leelistega -
  Geo2+ 2NaOH + 2H2O = Na2 (Ge (OH)6 )
  
• Väävliga tekivad sulfiidid GeS või GeS2 (1000-1200 kraadi juures)
  
• Seleeniga tekib seleniid GeSe madalamal temperatuuril (500 kraadi). Ge + Se = GeSe
  
• Halogeenidega tekivad mitmesugused halogeniidid
  
• Maagikontsentraadid on peamiselt sulfiidsed. GeS2 + 3 O2 → GeO2 + 2 SO2
  
• Terase tootmiseks ja muude tööstuslike protsesside jaoks pannakse germaanium reageerima süsinikuga. GeO2 + C → Ge + CO2
  

Ei reageeri otseselt N2, Si, H2, C-ga.
Metallidega moodustab germaniide.
5

ÜHENDID JA NENDE KASUTAMINE. ELEMENDI KASUTUSALAD

Germaaniumi tähtsaimaks rakendusvaldkonnaks on pooljuhtmaterjalide valmistamine.
Ge on väga oluline pooljuhtmaterjal elektroonikas juba aastakümneid. Pooljuhid põhjustasid möödunud sajandil revolutsiooni raadiotehnikas, kui kohmakate raadiolampide asemel võeti kasutusele väikesed pooljuhid, mille mass on grammimurdosades. Raadio, TV, sidevahendid, lokaatorid, arvutid , termistorid, dioodid, trioodid , fotoelemendid, alaldid , kiirgusenergia muundurid ja gammakiirguse detektorid jne oleksid mõeldamatud pooljuhtideta või detektorelementideta. Siiski ilmneb tendents Ge osaliseks väljatõrjumiseks Si poolt, samas suureneb Ge kasutamine infrapunaoptikas.
Ge- ühenditest on kasutavaim GeO2 (lähteaine optilisele klaasile , luminofooridele ja teistele Ge- ühenditele, perspektiivne kiudoptikas.)
Germaaniumoksiid on optilise klaasi, suure murdumisnäitajaga dekoratiivklaasi ja luminofooride komponent . Ta on ka mitmesuguste täppissulamite koostisaine. Germaaniumi sulam kullaga on kulla värvusega, kuid paisub jahtumisel.
6

BIOTOIME

Germaanium ei kuulu bioelementide hulka ja pole selgitatud tema funktsioone inimorganismis. Inimorganismis pole germaanium üldsisaldus teada, lihastes on germaaniumi 0,14 ppm ja veres 0,44mg/l. Päevas siseneb toiduga 0,4-1,5 mg. Jaapani teadlane dr Asai selgitas, et ravimtaimedes, mida juba ammu kasutatakse edukalt hiina ja tiibeti rahvameditsiinis, on germaaniumi sisaldus suurem. Ta leidis, et osjades ja sõnajalgades on palju väiksem germaaniumisisaldus kui okaspuudel. Paljudes taimedes on germaaniumisisaldus kümnetuhandik protsenti, kuid samal ajal on teatud seentes (torikseentes, torikulistes) seda kuni 100 korda rohkem. Neid torikulisi kasutab rahvameditsiin edukalt vähiravis. Asai väitel on toiduainetes sisalduvad germaaniumiühendid soodsas struktuuriga, mis on organismi poolt kergesti omastatavad. Veelgi rohkem on germaaniumi źenźennis (0,02-0,07%), teelehes, bambuses, klorellas, aaloes, küüslaugus ja mõnedes teistes taimedes. Ilmnes huvitav kokkulangevus: Aasia piirkondades, kus tarbitakse palju küüslauku, on haigestumine vähktõvesse tunduvalt väiksem kui Euroopas. Praeguseks on sünteesitud arvukalt germaaniumorgaanilisi ühendeid, kusjuures nende seas pole ühegi mürgist ühendit. Prof Asai poolt sünteesitud bioorgaanilised germaaniumiühendid on osutunud efektiivseks vähiravimiks, mis takistavad metastaaside teket, alandavad vererõhku ja kaitsevad teatud määral organismi kiirituse eest. Ravimi loom- ja laborikatsed olid edukad ja Jaapanis on beeta-karboksüetüülgermaaniumi ravipreparaadi kasutamine vähiravimina lubatud. Germaaniumi vähiravimeid on patenditud ka USAs.
1997. aastal muutus USAs imeravimiks O- vitamiin , mida iseloomustati koosnevat ookeanist pärinevast veest, mida oli hapnikuga rikastatud ja elektriliselt aktiveeritud. Tarbijaskonnas saavutas preparaat suure populaarsuse. Erapooletu analüüs kinnitas aga, et ravim on valmistatud ookeanivee baasil ja sisaldab germaaniumiühendeid.Alustati kohtumenetlust tarbijate petmises. Firmat karistati valeinfo levitamise eest rahatrahviga, mille nad ära tasusid ja seejärel jätkasid „toidulisandi“ tootmist.
7

HUVITAVAT!

• Sünteesitud bioorgaanilised germaaniumiühendid on efektiivsed vähiravimiks, mis takistavad metastaaside teket, alandavad vererõhku ja kaitsevad teatud määral organismi kiirituse eest.
  
• 2011 aastal toodeti maailmas umbes 118 tonni germaaniumit. Peamiselt Hiinas (80t), Venemaal (5t) ja Ameerika Ühenriikides (3t).
  
• Germaanium võib suurendada kudede hapnikuga varustamist ning elavdada vereringet ja kiirendada haavade paranemist.
  
• Germaanium paisub külmumisel.
  
• Germaanium on üks järjekordne aine, mida Mendeleev ennustas.
  
• Germaaniumi on leitud maakoores umbes 1,6 osakest miljoni kohta.
  
• Germaanium on taaskasutatav.
  
• Germaaniumi kasutatakse päikesepaneelides ja mõndades LED- ides .
  

8

MIDA ANDIS MULLE REFERAADI TEGEMINE?

Kui ma varem ei teadnud germaaniumist väga midagi, siis tänu referaadi tegemisele ja info otsimisele sain ma kindlasti targemaks. Sain teada, et:

• elemendi avastas Clemens Winkler 1886. aastal
  
• germaanium saadakse peamiselt kõrvalproduktina värviliste metallide tootmisel ja fossiilkütuste kivisöe- ja pruunsöetuhast
  
• Ge on väga oluline pooljuhtmaterjal elektroonikas
  
• germaaniumoksiid on optilise klaasi, suure murdumisnäitajaga dekoratiivklaasi ja luminofooride komponent
  
• Jaapanis on beeta-karboksüetüülgermaaniumi ravipreparaadi kasutamine vähiravimina lubatud
  
• germaanium on üks kõige hinnatavamaid pooljuhte
  
• germaanium paisub sulamisel
  
• germaanium on üsna habras ja rabe aine
  

9

KASUTATUD KIRJANDUS

Karik,H. ja Truus , K. Elementide keemia. 2003. lk 399-401

Karik, H. Leiutised ja avastused keemias. 2009. lk 420-422

http://www.miksike.ee/docs/lisa/8klass/4teema/loodus/germaanium.ht m

http://www.eveks.ee/germanij.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Germaniu m

http://www.softschools.com/facts/periodic_table/germanium_facts/210/

http://www.livescience.com/29520-germanium.html

http://et.wikipedia.org/wiki/Germaaniu m
10