» » Свойства германия
07.02.2017

В 1871 г. Д.И. Менделеев предсказал свойства еще не открытого элемента IV группы — аналога кремния, который был км назван «экасилицием».
Спустя 15 лет, в 1886 г. А. Винклер открыл в минерале аргиродите 4Ag2S*GeS2 новый элемент, свойства которого совпали со свойствами, предсказанными Д.И. Менделеевым. Элемент был назван германием.
Германий — хрупкий металл светлосерого цвета, кристаллизующийся в кубической решетке типа алмаза (а = 5,657А).
Каждый атом германия окружен четырьмя соседними, расположенными на одинаковых; расстояниях в вершинах тетраэдра,, причем связь между атомами осуществляется спаренными валентными электронами.
Подобно кремнию, германий является полупроводником, поэтому его используют для изготовления кристаллических выпрямите лей и усилителей, которые в последнее время нашли широкое применение в различных областях радиотехники.
В связи с этим необходимо кратко остановиться на свойствах германия как полупроводника. Как известно, для полупроводников характерны два вида электропроводности. Оба вида являются следствием нарушения отдельных спаренных валентных связей (например, под действием света нагревания). В результате отрывается один электрон и остается одно свободное место, которое принято называть дыркой.
При приложении к кристаллу полупроводника этектрического поля отдельные свободные электроны перемешаются в направлении действующей силы, создавая электрический ток. Эта производимость называется электрон ной проводимостью полупроводника.
Однако возможен и другой вид проводимости за счет перескакивания электронов (под действием тепловых колебаний) из заполненной связи к соседним не заполненным связям (дыркам) (рис. 209).
Свойства германия

Это приводит к заполнению одной связи и разрушению соседней (возникновению новой дырки). Под действием электрического поля происходит направленное перемещение дырок, причем направление движения дырки соответствует перемещению положительного заряда. Проводимость этого типа называется дырочной.
В идеальном случаев (отсутствие примесей в кристалле полупроводника) число свободных электронов и дырок одинаково и проводимость осуществляется зарядами обоих знаков (это так называемая собственная проводимость). Однако путем введения примесей других элементов могут быть созданы такие условия когда число электронов не равно числу дырок. В этом случае (в зависимости от природы введенной примеси) электропроводность будет осуществляться либо благодаря движению электронов (полупроводники n-типа) или движению дырок (полупроводники р-типа).
К примесям, создающим электронную проводимость германия (донорные примеси), относятся мышьяк, сурьма, фосфор. Их действие обусловлено тем, что пятый валентный электрон сурьмы или мышьяка слабо связан с атомом и легко может быть оторван (см. рис. 209).
К примесям, создающим дырочную проводимость германия (акцепторные примеси) относятся, например, галлий, индий. Когда трехвалентный атом галлия или индия замещает четырехвалентный атом германия, остается одна незаполненная связь Количество дырок в этом случае превышает количество электронов.
Термическая обработка германия также сильно влияет на его электрические свойства, в частности на тип проводимости.
Как типичный полупроводник чистый германий обладает весьма высоким удельным электросопротивлением, достигающим 50—60 ом. см. Весьма небольшое количество примесей сильно понижает его электросопротивление.
Ввиду этого для удельного электросопротивления германия (в зависимости от его чистоты) приводятся значения от 0,001 до 55 ом. см.
С увеличением температуры удельное электросопротивление германия понижается. Характерной особенностью является зависимость электросопротивления германия от давления. Так, при давлении 12000 кг/см2 изменение ΔR/R при 30° составляет +0,02283.
Вследствие хрупкости германий не поддается обработке давлением. Тонкие пластинки германия получают, распиливая слиток металла алмазной пилой. Фасонные слитки получают плавлением металла в графитовых тиглях необходимой формы.
Свойства германия

Чистый компактный германий устойчив на воздухе при обычной температуре. Окисление с образованием двуокиси германия происходит выше 700°.
Хлор и фтор активно реагируют с порошкообразным германием уже при комнатной температуре. Пары серы взаимодействуют с германием с образованием GeS.
Германий устойчив против действия соляной кислоты и разбавленной серной кислоты. Концентрированная серная кислота медленно растворяет германий с выделением SO2. При действии ка компактный германий азотной кислоты на поверхности металла образуется пленка двуокиси германия.
Растворы едких щелочей весьма слабо действуют на германий. При сплавлении германия с щелочами в присутствии воздуха происходит быстрое окисление металла с образованием германатов.
Германий растворяется в разбавлением растворе перекиси водорода, что связано с образованием надгерманиевой кислоты.
Германий не образует карбидов и может плавиться в графитовых тиглях без существенного загрязнения углеродом.