Электрохимическое поведение германия
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМАНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ
ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ С УЧАСТИЕМ ГЕРМАНИЯ
2.1. Электродные потенциалы германия в водных растворах
2.2. Электроосаждение германия и его сплавов
2.3. Получение гидрида германия
2.4. Электрохимическое поведение соединений германия (II) и (IV)
2.5. Растворимость германия в ртути
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Германий является рассеянным элементом и распространен в природе только в виде соединений в различных минералах. Такие минералы встречаются редко и содержат мало Ge. Наиболее распространенные минералы германия – германит (Cu3(Ge,Fe)S4) - 6-10% и реньерит (Сu3(Fe,Ge)S4 ) – 5,5-7,7%. Содержание в земной коре 7,0 • 10-4 вес. % [1].
Германий содержится почти во всех силикатных породах, в нефти, угле, листьях, корнях некоторых растений, в золе морских водорослей, в некоторых минеральных водах, в различных микроорганизмах, в крови и некоторых органах человека.
В настоящее время германий еще не отнесен к жизненно важным элементам. Однако во многих растениях (в том числе и целебных: женьшень, алоэ, чеснок, бамбук) он сконцентрирован в значительных количествах. Анализ пищи животного и растительного происхождения показывает, что почти во всех ее видах германий содержится в количествах (более 3 мкг/г в томатном соке, бобах, рыбах), достаточных для постановки вопроса о его возможном значении, токсичности или инертности по отношению к организму человека и животных.
Раньше свойства германия как полупроводника не были известны и его получали в очень ограниченных количествах, главным образом для исследовательских целей. В настоящее время он получил широкое и разнообразное применение.
Металлический германий применяют для изготовления полупроводников, используемых в электронике и электротехнике, также применяют фотоэлементах и солнечных элементах. Основные преимущества германия перед другими полупроводниками заключаются, во-первых, в возможности сравнительно несложного получения его в виде полупроводникового материала с заданными свойствами (легкость химической и физической очистки от большинства примесей) и, во-вторых, в благоприятных электрофизических параметрах. Вследствие этого германий является одним из наиболее ценных материалов в современной полупроводниковой технике.
Имеются данные о стимуляции германийорганическими соединениями роста растений и экспериментальных животных, влиянии на заживлении ран и функциональную активность тромбоцитов.
Интенсивное развитие биоэлементорганической химии создало предпосылки для создания новых противоопухолевых препаратов на основе германийорганических соединений, которые выгодно отличаются по своим токсикологическим характеристикам. В США разрешено к применению первое германийорганическое соединение «спирогерман» для лечения рака молочной и предстательной железы, а также лимфосаркомы:
CH2-CH2 CH2-CH2
(C2H5)2Ge C
CH2-CH2 CH2 - N(CH2)3N(CH3)2
С каждым годом растет число публикаций, посвященных синтезу германийорганических соединений, обладающих различными противоопухолевыми свойствами. Интерес к биологической активности германийорганических соединений возник лишь в последнее десятилетие. Это обусловлено как их малой токсичностью (LD50>1500мг/кг), так и широким спектром биологического действия: препараты оказывают благоприятное действие при сердечно-сосудистых болезнях, хронических респираторных заболеваниях, старческой пневмонии, психоневрологических расстройствах, нарушении обмена веществ, некоторых формах аллергии, болезнях почек, печени, органов пищеварения, гипертонии и катаракте [2].
Для исследования и анализа соединений германия используют электрохимические методы, которые совершенствуются по настоящее время.
Целью работы является обзор и систематизация данных по электрохимическому поведению германия и его соединений.
В задачи исследования входило обобщение литературных данных по:
1. электроосаждению германия и его сплавов;
2. электрохимическому получению германа;
3. электрохимическому поведению Ge (II) и Ge (IV);
4. растворимости германия в ртути.
Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы при разработке метода синтеза германа и исследованию механизмов электрохимических реакций с участием германия.
1. Физико-химические свойства германия и его соединений
Свойства германия и его соединений рассмотрены в [1,3,4]
Германий – серебристо-белый металл. Полученный в виде тонкой пленки на подложке термическим разложением моногермана имеет темный буро-красный цвет. Кристаллическая решетка германия – кубическая гранецентрированная типа алмаза. Как и все вещества с такого рода кристаллическими решетками и гомеополярной связью, германий очень хрупок и при комнатной температуре легко превращается в порошок. Твердость металла по шкале Мосса примерно 6-6,5 (табл.1). Обычным методом вдавливания твердость германия определить не удается из-за хрупкости. Методом микротвердости для германия было найдено значение 385 кг/мм2. Такая высокая твердость в сочетании с хрупкостью делает невозможным механическую обработку германия. С повышением температуры твердость его падает, и выше 650 C чистый германий становиться пластичным [3].
Таблица 1
Физические свойства германия
Плотность при 25о г/см3 |
5,32 -5,36 г/см3 |
Твердость по шкале Мосса |
6,25 |
Температура плавления |
937,2 оС |
Температура кипения |
2852-2960 оС |
При плавлении германий уменьшается в объеме примерно на 5,6 % (подобно галлию и висмуту).
Более наглядно химическая активность металлического Ge показана на схеме:
на воздухе или в кислороде → GeO2
c водой →GeO2
с галогенами →GeХ4 (Х = Cl-, Br-, I- )
с серой → GeS2 и GeS
c cеленом → GeSe и GeSe2
с H2S(газ) → GeS2 и GeS
с NH3(газ) → Ge3N4
Ge c HCl(газ) →GeHCl3
с HCl(конц.) →GeCl4
с HNO3(конц.) или H2SO4(конц.) →GeO2 · nH2O
в царской водке → GeCl4
с фосфором → GeP
с мышьяком → GeAs и GeAs2
при расплавлении с перекисями, щелочами, нитратами или карбонатами щелочных металлов → растворимые германаты
При комнатной температуре германий не окисляется на воздухе. Выше 700оС начинает взаимодействовать с кислородом воздуха. Выше температуры плавления испаряется и сгорает с образованием диоксида. При нагреве порошкообразного германия в токе азота или аргона, содержащие небольшие количества кислорода (менее 1 %), наблюдается интенсивная возгонка при 800 – 850оC. Сублимат – оксид GeO с примесью азотистых соединений.