По названию понятно, что элементы, входящие в эту группу назывались в честь стран, островов, звезд, планет и т д. Германий один из ярчайших примеров этой группы
Скачать 111.23 Kb.
|
| По географическим и астрономическим объектам По названию понятно, что элементы, входящие в эту группу назывались в честь стран, островов, звезд, планет и т.д.Германий один из ярчайших примеров этой группы. Он был назван в честь страны-Германии. Германий
Этот элемент не так прочен, как титан или вольфрам. Он не может служить почти неисчерпаемым источником энергии, как уран или плутоний. Не свойственна ему и высокая электропроводность, сделавшая медь главным металлом электротехники. И не германий, а железо – главный элемент нынешней техники в целом. Тем не менее, этот элемент – один из самых важных для технического прогресса, потому что наряду с кремнием и даже раньше кремния германий стал важнейшим полупроводниковым материалом. Экасилиций – нептуний – ангулярий – германий Существование элемента экасилиция – аналога кремния предсказано Д.И. Менделеевым еще в 1871 г. А в 1886 г. один из профессоров Фрейбергской горной академии открыл новый минерал серебра – аргиродит. Этот минерал был затем передан профессору технической химии Клеменсу Винклеру для полного анализа. Довольно быстро он выяснил, что серебра в минерале 74,72%, серы – 17,13, ртути – 0,31, закиси железа – 0,66, окиси цинка – 0,22%. И почти 7% веса нового минерала приходилось на долю некоего непонятного элемента, скорее всего еще неизвестного. Винклер выделил неопознанный компонент аргиродпта, изучил его свойства и понял, что действительно нашел новый элемент – предсказанный Менделеевым экасплиций. Примененный Винклером способ выделения германия похож на один из нынешних промышленных методов получения элемента №32. Вначале германий, содержавшийся в аргароднте, был переведен в двуокись, а затем этот белый порошок нагревали до 600...700°C в атмосфере водорода. Реакция очевидна: GeO2 + 2H2 → Ge + 2H2О. Так был впервые получен относительно чистый германий. Винклер сначала намеревался назвать новый элемент нептунием в честь планеты Нептун. (Как и элемент №32, эта планета была предсказана раньше, чем открыта). Но потом оказалось, что такое имя раньше присваивалось одному ложно открытому элементу, и, не желая компрометировать свое открытие, Винклер отказался от первого намерения. Не принял он и предложения назвать новый элемент ангулярием, т.е. «угловатым, вызывающим споры» (а споров это открытие действительно вызвало немало). Правда, французский химик Район, выдвинувший такую идею, говорил позже, что его предложение было не более чем шуткой. Винклер назвал новый элемент германием в честь своей страны, и это название утвердилось. Германий как он есть Вероятно, подавляющему большинству читателей видеть германий не приходилось. Элемент этот достаточно редкий, дорогой, предметов ширпотреба из него не делают, а германиевая «начинка» полупроводниковых приборов имеет настолько малые размеры, что разглядеть, какой он, германий, трудно, даже если разломать корпус прибора. Поэтому расскажем об основных свойствах германия и его внешнем виде. Извлекаем из упаковки стандартный слиток германия. Это небольшое тело почти правильной цилиндрической формы, диаметром от 10 до 35 и длиной в несколько десятков миллиметров. Рассматривая германиевый слиток, не забывайте, что он стоит примерно столько же, сколько золотой. Но есть и другая причина, намного более важная: германий почти так же хрупок, как стекло, и может соответственно себя вести. По внешнему виду германий нетрудно спутать с кремнием. Эти элементы не только конкуренты, претендующие на звание главного полупроводникового материала, но и аналоги. Впрочем, несмотря на сходство многих технических свойств и внешнего облика, отличить германиевый слиток от кремниевого довольно просто: германий в два с лишним раза тяжелее кремния (плотность – 5,33 и 2,33 г/см3 соответственно). Дело в том, что цифра 5,33 относится к германию-1 – самой распространенной и самой важной из пяти аллотропических модификаций элемента №32. Одна из них аморфная, четыре кристаллические. Из кристаллических германий-1 самый легкий. Его кристаллы построены так же, как кристаллы алмаза, но если для углерода такая структура определяет и максимальную плотность, то у германия есть и более плотные «упаковки». Высокое давление при умеренном нагреве (30 тыс. атм и 100°C) преобразует Ge-I в Ge-II с кристаллической решеткой, как у белого олова. Подобным же образом можно получить еще более плотные, чем Ge-I, Ge-III и Ge-IV. Все «необычные» модификации кристаллического германия превосходят Ge-I и электропроводностью. Но что такое полупроводник? Главное свойство Формально, полупроводник – это вещество с удельным сопротивлением от тысячных долей до миллионов Омов на 1 см. Рамки «от» и «до» очень широкие, но место германия в этом диапазоне совершенно определенное. Сопротивление сантиметрового кубика из чистого германия при 18° С равно 72 Ом. При 19° С сопротивление того же кубика уменьшается до 68 ом. С ростом температуры сопротивление обычно падает. Оно существенно изменяется и под влиянием облучения, и при механических деформациях. Замечательна чувствительность германия (как, впрочем, и других полупроводников) не только к внешним воздействиям. На свойства германия сильно влияют даже ничтожные количества примесей. Не менее важна химическая природа примесей. Добавка элемента V группы позволяет получить полупроводник с электронным типом проводимости. Так готовят ГЭС (германий электронный, легированный сурьмой). Добавив же элемент III группы, мы создадим в нем дырочный тип проводимости (чаще всего это ГДГ – германий дырочный, легированный галлием). Напомним, что «дырки» – это места, освобожденные электронами, перешедшими на другой энергетический уровень. «Квартиру», освобожденную переселенцем, может тут же занять его сосед, но у того тоже была своя квартира. Переселения совершаются одно за другим, и дырка сдвигается. Сочетание областей с электронной и дырочной проводимостью легло в основу самых важных полупроводниковых приборов – диодов и транзисторов. Например, вплавляя в пластинку ГЭС индий и создавая таким образом область с дырочной проводимостью, получаем выпрямляющее устройство – диод. Он пропуск кает электрический ток преимущественно в одном направлении – из области с дырочной проводимостью к электронной. Вплавив индий с обеих сторон пластинки ГЭС, превращаем эту пластинку в основу транзистора. Первый в мире германиевый транзистор создан в 1948 г., а уже через 20 лет выпускались сотни миллионов таких приборов. Германиевые диоды и триоды нашли широкое применение в радиоприемниках и телевизорах, счетно-решающих устройствах и в разнообразной измерительной аппаратуре. Германий применяют и в других первостепенно важных областях современной техники: для измерения низких температур, для обнаружения инфракрасного излучения и т.д. Для всех этих областей нужен германий очень высокой чистоты – физической и химической. Химическая чистота такая, чтобы количество вредных примесей не превышало одной десятимиллионной процента (10–7%). Физическая чистота – это минимум дислокаций, нарушений в кристаллической структуре. Для достижения ее выращивают монокристаллический германий: весь слиток – один кристалл. Рутений
Для начала несколько фактов, характеризующих особое положение рутения среди всех химических элементов. Рутений – один из аналогов платины. Он самый легкий и, если можно так выразиться, самый «неблагородный» из платиновых металлов. Рутений – самый «многовалентный» элемент: он может существовать по крайней мере в девяти валентных состояниях. Рутений – первый элемент, который позволял связать азот воздуха в химическое соединение (комплексное соединение рутения), подобно тому как это делают некоторые бактерии. Состав этого комплекса [(NO)(NH3)4RuN2,Ru(NH3)4(NO)]Cl6. В 1965 г. канадский ученый Альберт Аллен получил более простое соединение (тоже комплексное) [Ru(NH3)5N2]Cl2. Рутений образуется при работе ядерных реакторов и при взрыве атомных бомб. Это один из наиболее неприятных осколочных элементов. Рутений – элемент, открытый в нашей стране в 1844 г. и названный в честь нашей страны. Ruthenia – по-латыни Россия. Автором открытия был профессор Казанского университета Карл Карлович Клаус. Как избавиться от рутения У рутения немало ценных и интересных свойств. По многим механическим, электрическим и химическим характеристикам он может соперничать со многими металлами и даже с платиной и золотом. Однако в отличие от этих металлов рутений очень хрупок, и поэтому изготовить из него какие-либо изделия пока не удается. По-видимому, хрупкость и неподатливость рутения механической обработке объясняются недостаточной чистотой образцов, подвергаемых испытаниям. Физические свойства этого металла очень сильно зависят от способа получения, а выделить рутений высокой чистоты пока еще не удалось никому. Попытки получить чистый рутений спеканием в брикетах, зонной плавкой и другими методами не привели к положительным результатам. По этой причине до сих пор точно не установлены такие технически важные характеристики, как предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве. Лишь недавно точно определена температура плавления рутения – 2250°C, а точка его кипения лежит где-то в районе 4900°C. Еще одно немаловажное свойство рутения: при температуре 0,47°К он становится сверхпроводником. Компактный металлический рутений не растворяется в щелочах, кислотах и даже в кипящей царской водке, но частично растворяется в азотной кислоте с добавками сильных окислителей . Рутений можно растворить в щелочной среде или в кислой среде электрохимическим методом. При нагревании на воздухе рутений начинает частично окисляться. RuO4 – очень интересное соединение. В обычных условиях это золотисто-желтые иглообразные кристаллы, которые уже при 25°C плавятся, превращаясь в коричнево-оранжевую жидкость со специфическим запахом, похожим на запах озона. Но не металлургия сделала проблему борьбы с рутением столь актуальной. Проблема №1 поставлена перед учеными атомной техникой. Радиоактивные изотопы рутения в природе не существуют, но они образуются в результате деления ядер урана и плутония в реакторах атомных электростанций, подводных лодок, кораблей, при взрывах атомных бомб. Большинство радиоактивных изотопов рутения недолговечны, но два – рутений-103 и рутений-106 – имеют достаточно большие периоды полураспада (39,8 суток и 1,01 года) и накапливаются в реакторах. Знаменательно, что при распаде плутония изотопы рутения составляют до 30% общей массы всех осколков деления. С теоретической точки зрения этот факт безусловно интересен. Но практический вред, наносимый этим процессом атомной технике, не окупился бы даже в том случае, если бы удалось применить с пользой весь рутений, полученный в ядерных реакторах. Чем же так вреден рутений? Одно из главных достоинств ядерного горючего – его воспроизводимость. Как известно, при «сжигании» урановых блоков в ядерных реакторах образуется новое ядерное горючее – плутоний. Одновременно образуется и «зола» – осколки деления ядер урана, в том числе и изотопы рутения. Золу, естественно, приходится удалять. Мало того, что ядра осколочных элементов захватывают нейтроны и обрывают цепную реакцию, они еще создают уровни радиации, значительно превышающие допустимые. Основную массу осколков отделить от урана и плутония относительно легко, что и делается на специальных заводах, а вот радиоактивный рутений доставляет много неприятностей. Главные свойства рутения Одно из самых замечательных химических свойств рутения – его многочисленные валентные состояния. Легкость перехода рутения из одного валентного состояния в другое и обилие этих состояний приводят к чрезвычайной сложности и своеобразию химии рутения, которая до сих пор изобилует множеством белых пятен. Посмотрите, как многочисленны соединения рутения, представленные ниже, сколько среди них сложных и еще мало изученных соединений (символом М обозначены одновалентные металлы).
Очень немногие ученые систематически занимались химией рутения. Некоторые из них опубликовали по одной - две работы и занялись другими элементами, а иные, не в силах справиться с лавиной постоянно возникающих новых и новых вопросов, оставляли свои работы по рутению даже не доведенными до конца. Получение и использование рутения Несмотря на малую распространенность в природе и ограниченные масштабы добычи рутения, этот элемент никак не назовешь безработным. Рутений – самый неблагородный из платиновых металлов, однако ему присуще большинство их свойств. Более того, он обладает и рядом специфических свойств. С каждым годом все более расширяются области применения рутения. В связи с этим возникает проблема– как увеличить производство рутения, найти новые, более эффективные способы его извлечения из полупродуктов медноникелевого производства, где этот элемент присутствует совместно с другими благородными и неблагородными металлами. Чтобы эффективно извлекать рутений, нужно хорошо знать химию его соединений, особенности поведения в растворах и различных процессах. Используя электрохимические методы, экстракцию и осаждение, научились выделять и отделять рутений от всех сопутствующих элементов. Где же используется рутений и каковы перспективы его применения? Рутений, так же как платина и палладий, обладает каталитическими свойствами, но часто отличается от них большей селективностью и избирательностью. В гетерогенном катализе используются металлический рутений и его сплавы. Наиболее эффективные катализаторы получаются при нанесении рутения на различные носители с сильно развитыми поверхностями. Во многих случаях его применяют вместе с платиной для того, чтобы увеличить ее каталитическую активность. Сплав родия, рутения и платины ускоряет окисление аммиака в производстве азотной кислоты. Рутений применяют для синтеза синильной кислоты из аммиака и метана, для получения предельных углеводородов из водорода и окиси углерода. За границей запатентован способ полимеризации этилена на рутениевом катализаторе. Важное значение приобрели рутениевые катализаторы для реакции получения глицерина и других многоатомных спиртов из целлюлозы путем ее гидрирования. Известный советский ученый академик А.А. Баландин и его сотрудники с помощью рутения сумели превратить в ценные химические продукты древесные опилки, кукурузные кочерыжки, шелуху от семян подсолнуха и коробочки хлопчатника. В печати промелькнуло сообщение о том, что рутениевый катализатор был успешно применен при синтезе алмазов. Металлорганические соединения рутения находят применение в гомогенном катализе для различных реакций гидрирования, причем по селективности и каталитической активности они не уступают признанным катализаторам на основе родия. Главное достоинство рутения-катализатора в его высокой избирательной способности. Именно она позволяет химикам использовать рутений для синтеза самых разнообразных органических и неорганических продуктов. Рутений-катализатор начинает всерьез конкурировать с платиной, иридием и родием. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | По названию понятно, что элементы, входящие в эту группу назывались... История открытия химических элементов – это большая часть истории человеческих знаний. Сейчас мы часто встречаемся с элементами открытыми... | | Строение солнечной системы” В эту группу входят: Солнце, Девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов), порядка десяти комет,... |
| Реферат по предмету английский язык Тема: Легендарная группа "Битлз" Целью данного доклада является рассказ о жизни и творчестве группы "Битлз". Я выбрала эту тему, потому что много слышала от родителей... |  | Урок по русскому языку в 7 классе по теме: «Смысловые группы наречий» Цель урока: выяснить через исследование примеров и работу с раздаточным материалом, на какие разряды делятся наречия; формировать... |
| «Гагарин в судьбе моей страны» Сочинение День космонавтики. С давних времён загадочный мир планет и звёзд притягивает к себе внимание людей, манит их своей таинственностью... | | «Первая мировая война», как элективный курс, рассчитанный на 17 часов Воюющие были убеждены, что их страна невинная жертва. Но очень скоро стало понятно, что «жертв» нет. Кто же развязал эту войну? Германия?... |
| Урок 25: Неметаллы 4 группы главной подгруппы Содержание в земной коре: углерод 0,087%, кремний 25,8%, германий 0,00056%, олово 0,0035%, свинец 0,0018% | | Приход в честь архангела михаила «Основы Православной Культуры» и узнали много нового и интересного. Например, что Россия—православная страна, где есть много православных... |
| По происхождению названий элементов их можно разделить на шесть групп Стронций (от названия деревни Strontian в Шотландии, где был обнаружен минерал, содержащий стронций), Тулий (в честь Thule – древнее... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Буратино Каких ещё героев сказки знаете? Мы с Буратино думаем, что когда вы выучите все буквы, то обязательно прочитаете и эту книгу,... |
| Проектирование услуг и выбор процесса обслуживания в этой главе Петере. Ассистенты Тома Петерса звонили в самые разные организации, от компании Proctor & Gamble до Белого Дома. Результаты этой... | | § Природные токсиканты В эту группу входят биогенные амины, некоторые алкалоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и др |
| Лантан и греч еidos образ, вид, лантаниды, семейство из 14 химических... Рзэ. Такое название объясняется тем, что все эти элементы встречаются редко и дают тугоплавкие, нерастворимые в воде окислы, по старинной... | | Конспект для тренера. Знакомство тренера с участниками группы (40 мин) Тренер представляется и рассказывает о себе, о своем опыте и о том, что такое тренинг (спрашивает о том, был ли кто-то раньше на... |
| § 3 Природные токсиканты и загрязнители В эту группу входят биогенные амины, некоторые алкалоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и др | | Облётова Ильи По предмету : «Физика» Проанализировать открытия и достижения учёных по вопросу планет земной группы, и сравнить планеты! |
