Reja: I. Kirish 1 Ta’lim to’g’risidagi qonun. Mavzuning maqsadi va vazifalari. II. Asosiy qism

Kurs ishining maqsadiva vazifalari:
Umumiy o‘rta ta’lim maktablarida kimyo ta’limi oldiga qo‘yilgan vazifalarning bajarilishini ta’minlash va nazorat qilish ushbu Davlat ta’lim standarti orqali amalga oshiriladi.
Talabalarning tayyorgarlik darajasiga qo‘yiladigan talablar o‘quvchilarning kimyodan majburiy tayyorgarlik darajasiga, ya’ni ularning umumiy o‘rta maktabda kimyo ta’limi jarayonida egallagan bilim, ko‘nikma va malakalariga qo‘yilgan minimal talablarni aks ettiradi.
Ushbu kurs ishidan ko’zlangan maqsad o’quvchi-talabalarga germaniy, qalay, qo’rg’oshin moddalari, ularning ahamiyati, tabiatda uchrashi haqida ma’lumot va tushunchalar berishdan iboratdir.
II. Asosiy qism
2.1. Germaniy moddasining kashf etilishi. Xususiyatlari va ahamiyati
Germaniy. Bu Ge kimyoviy belgisi bilan ifodalanadigan va davriy jadvalning 14-guruhiga kiruvchi metalloid element. U kremniy ostida joylashgan bo'lib, u bilan ko'plab fizikaviy va kimyoviy xususiyatlarini baham ko'radi; shunchalik ko'p ediki, bir vaqtlar uning nomi Dmitriy Mendeleyevning o'zi bashorat qilgan Ekasilitsio edi.
Uning hozirgi nomi Klemens A. Vinkler tomonidan vatani Germaniya sharafiga berilgan. Demak, germaniy bu mamlakat bilan bog'liq va bu uni yaxshi bilmaganlarni ongga uyg'otadigan birinchi tasvir.

Germaniy, xuddi kremniy singari, Ge-Ge bog'lari bo'lgan uch o'lchovli tetraedral panjaralarning kovalent kristallaridan iborat. Xuddi shu tarzda, uni donalari yuzlab kichik kristallardan tashkil topgan katta yoki polikristalli monokristalli shaklda topish mumkin.
Bu atrof-muhit bosimida yarimo'tkazgichli element, ammo u 120 kbar dan oshganda u metall allotropga aylanadi; ya'ni Ge-Ge bog'lanishlari uzilib, elektronlar dengiziga o'ralgan holda joylashtirilgan. Bu toksik bo'lmagan element hisoblanadi, chunki u har qanday himoya kiyimisiz ishlov berilishi mumkin; garchi uning inhalatsiyasi va ortiqcha iste'mol qilinishi odamlarda klassik tirnash xususiyati alomatlarini keltirib chiqarishi mumkin. Uning bug 'bosimi juda past, shuning uchun tutunida olov paydo bo'lishi ehtimoldan yiroq emas.
Ammo noorganik (tuzlar) va organik germaniylar, ularning Ge atomlari biologik matritsalar bilan sirli aloqada bo'lishiga qaramay, organizm uchun xavfli bo'lishi mumkin.
Organik germaniyani muqobil tibbiyot sifatida ayrim kasalliklarni davolash uchun mo''jiza davosi deb hisoblash mumkinmi, aslida ma'lum emas. Biroq, ilmiy tadqiqotlar ushbu da'volarni qo'llab-quvvatlamaydi, ammo ularni rad etadi va ushbu elementni hatto kanserogen sifatida belgilaydi.
Mendeleyevning bashoratlari
Germaniy 1869 yilda rus kimyogari Dmitriy Mendeleyev o'zining davriy tizimida bashorat qilgan elementlardan biri edi. U vaqtincha uni ekasilikon deb atadi va davriy jadvaldagi qalay va kremniy orasidagi bo'shliqqa qo'ydi.
1886 yilda Klemens A.Vinkler Saksoniyaning Frayberg shahri yaqinidagi kumush konidan mineral namunadagi germaniyani kashf etdi. Bu kumush tarkibida yuqori bo'lganligi sababli 1888 yilda kashf etilgan mineral argirodit edi.
Argirodit namunasida 73-75% kumush, 17-18% oltingugurt, 0,2% simob va 6-7% yangi element bor edi, keyinchalik Vinkler germaniy deb atadi. Mendeleev kashf qilinadigan elementning zichligi 5,5 g / sm bo'lishi kerakligini bashorat qilgan edi3 va uning atom og'irligi 70 ga yaqin. Uning bashoratlari germaniy tomonidan aytilganlarga juda yaqin bo'lib chiqdi. 1886 yilda Vinkler yangi metalni ajratib olishga muvaffaq bo'ldi va uni antimonga o'xshash deb topdi, ammo u qayta ko'rib chiqdi va u kashf etgan element ekasilikonga mos kelishini tushundi.
Vinkler "germanium" elementini lotincha "germaniya" so'zidan kelib chiqqan bo'lib, ular Germaniyaga murojaat qilishgan. Shu sababli, Vinkler yangi elementga germaniyni ona vatani Germaniya deb nomlagan. 1887- yilda Vinkler sof germaniy tetraklorid (GeCl) ni tahlil qilib 72,32 atom og'irligini topib germaniyning kimyoviy xossalarini aniqladi.
Shu bilan birga, Lekok de Boisbaudran elementning uchqun spektrini o'rganish orqali atom og'irligini 72,3 ga aniqladi. Vinkler germaniydan bir qancha yangi birikmalar, shu jumladan ftoridlar, xloridlar, sulfidlar va dioksidlarni tayyorladi. XX asrning 20-yillarida germaniyning elektr xossalarini tadqiq qilish natijasida yuqori toza monokristalli germaniy paydo bo'ldi.
Ushbu rivojlanish Ikkinchi Jahon urushi davrida germaniyni diodlar, rektifikatorlar va mikroto'lqinli radar qabul qiluvchilarda ishlatishga imkon berdi. Birinchi sanoat qo'llanilishi urushdan so'ng 1947 yilda, John Bardeen, Walter Brattain va William Shockley tomonidan germanyum tranzistorlar ixtiro qilingan, ular aloqa uskunalari, kompyuterlar va ko'chma radiolarda ishlatilgan.
1954 yilda yuqori toza kremniy tranzistorlar germaniy tranzistorlarini o'zlarining elektron afzalliklari uchun siqib chiqara boshladilar. Va 1960-yillarga kelib germanium tranzistorlari deyarli yo'q bo'lib ketdi.
Germaniy infraqizil (IQ) linzalari va oynalarini yasashning asosiy komponenti bo'lib chiqdi. 1970-yillarda silikon germaniy (SiGe) voltaik hujayralar (PVX) ishlab chiqarilgan bo'lib, ular sun'iy yo'ldosh operatsiyalari uchun juda muhimdir.
1990-yillarda optik tolali optikaning rivojlanishi va kengayishi germaniyga bo'lgan talabni oshirdi. Element optik tolali kabellarning shisha yadrosini hosil qilish uchun ishlatiladi.
2000 yildan boshlab germaniydan foydalangan holda yuqori samarali PVXlar va yorug'lik chiqaradigan diodlar (LEDlar) germaniy ishlab chiqarish va iste'mol qilishni ko'payishiga olib keldi.
Tashqi ko’rinishi
Kumush va yaltiroq oq. Uning qattiq moddasi ko'pgina kristallardan (polikristaldan) iborat bo'lsa, u po'stlog'i yoki soyalari bilan to'la po'stli yoki ajinlar yuzasiga ega. Ba'zan u hatto kremniy kabi kulrang yoki qora kabi ko'rinishi mumkin.
Standart sharoitda bu yarim metall element, mo'rt va metall nashrida.
Germaniy yarimo'tkazgich, unchalik egiluvchan emas. Ko'rinadigan yorug'lik uchun yuqori sinishi ko'rsatkichiga ega, ammo infraqizil nurlanish uchun shaffof, bu nurlanishni aniqlash va o'lchash uchun uskunalar oynalarida ishlatiladi.
Standart atom og'irligi
72,63 u
Atom raqami (Z)
32
Erish nuqtasi
938,25 ºS
Qaynatish nuqtasi
2,833 ºC
Zichlik
Xona haroratida: 5.323 g / sm3
Erish nuqtasida (suyuqlik): 5,60 g / sm3
Germaniya, kremniy, galliy, vismut, antimon va suv singari, qattiqlashganda kengayadi. Shu sababli uning zichligi qattiq holatga qaraganda suyuq holatda yuqori bo'ladi.
Birlashma issiqligi
36,94 kJ / mol
Bug'lanishning issiqligi
334 kJ / mol
Molyar kaloriya hajmi
Bug 'bosimi
1,644 K haroratda uning bug 'bosimi atigi 1 Pa ni tashkil qiladi, demak uning suyuqligi shu haroratda deyarli bug' chiqarmaydi, shuning uchun u nafas olish xavfini anglatmaydi.
Elektr manfiyligi
Ionlanish energiyalari
-Birinchidan: 762 kJ / mol
-Ikkinchi: 1,537 kJ / mol
-Uchinchisi: 3,302,1 kJ / mol
Issiqlik o'tkazuvchanligi
60,2 Vt / (m K)
Elektr chidamliligi
1 Ω · m 20 ºC da
Elektr o'tkazuvchanligi
3S sm-1
Magnit tartib
Diamagnetik
Qattiqlik
Mohs shkalasi bo'yicha 6.0
Barqarorlik
Nisbatan barqaror. Unga xona haroratida havo ta'sir qilmaydi va 600ºS dan yuqori haroratlarda oksidlanadi.
Yuzaki taranglik
6·10-1 1,673,1 K da N / m
Reaktivlik
600 ° C dan yuqori haroratlarda oksidlanib germaniy dioksid (GeO) hosil qiladi2). Germaniy oksidlarning ikki shaklini hosil qiladi: germaniy dioksidi (GeO)2) va germaniy oksidi (GeO).
Germaniy birikmalari odatda +4 oksidlanish holatini namoyon qiladi, ammo ko'p birikmalarda germaniy +2 oksidlanish darajasi bilan sodir bo'ladi. Oksidlanish darajasi - 4, masalan, magniy germanidida (Mg) uchraydi2Ge).
Germaniy galogenlar bilan reaksiyaga kirishib, tetrahalidlarni hosil qiladi: germaniy tetraflorid (GeF)4), gazsimon birikma; germaniy tetraiodidi (GeI)4), qattiq birikma; germaniy tetraklorid (GeCl4) va germaniy tetrabromidi (GeBr.)4), ikkala suyuq birikma.
Germaniya xlorid kislotaga nisbatan inertdir; ammo unga azot kislotasi va sulfat kislota hujum qiladi. Suvli eritmadagi gidroksidlar germaniyga unchalik ta'sir qilmasa ham, u eritilgan gidroksidlarda osonlikcha eriydi va geronatlar hosil qiladi.
Germaniy va uning aloqalari. Germaniya o'zining elektron konfiguratsiyasiga ko'ra to'rtta valentli elektronga ega:
[Ar] 3d10 4s² 4p²
Uglerod va kremniy singari ularning Ge atomlari ham 4s ​​va 4p orbitallarini duragaylab, to'rtta sp gibrid orbitallarini hosil qiladi.3. Ushbu orbitallar bilan ular valentlik oktetini qondirish uchun bog'lanib, binobarin, xuddi shu davrdagi asl gaz (kripton) bilan bir xil miqdordagi elektronga ega.
Shu tarzda, Ge-Ge kovalent bog'lanishlari paydo bo'ladi va ularning har bir atomi uchun to'rttadan, atrofdagi tetraedrlar aniqlanadi (bitta Ge markazda, boshqalari tepaliklarda). Shunday qilib, ushbu tetraedralarning kovalent kristal bo'ylab siljishi bilan uch o'lchovli tarmoq o'rnatiladi; go'yo ulkan molekula kabi o'zini tutadi.
Allotroplar
Kovalent germaniy kristall olmosning (va kremniyning) yuzga yo'naltirilgan kubik tuzilishini qabul qiladi. Ushbu allotrop a-Ge sifatida tanilgan. Agar bosim 120 kbargacha ko'tarilsa (taxminan 118000 atm) bo'lsa, a-Ge ning kristalli tuzilishi tanaga yo'naltirilgan tetragonalga aylanadi (BCT, ingliz tilidagi qisqartmasi uchun: Body-centered tetragonal).
Ushbu BCT kristallari germaniyning ikkinchi allotropiga to'g'ri keladi: b-Ge, bu erda Ge-Ge aloqalari uzilib, metallarda bo'lgani kabi, ajratilgan holda joylashtirilgan. Shunday qilib, a-Ge yarim metall; b-Ge esa metalldir.
Oksidlanish raqamlari
Germaniy to'rt valentlik elektronini yo'qotishi yoki kripton bilan izoelektronik bo'lish uchun yana to'rttasini olishi mumkin.
U birikmalaridagi elektronlarni yo'qotganda, musbat sonlar yoki oksidlanish darajalariga ega deyiladi, unda bu raqamlar bilan bir xil zaryadga ega bo'lgan kationlarning mavjudligi taxmin qilinadi. Ular orasida bizda +2 (Ge²⁺), +3 (Ge³⁺) va +4 (Ge⁴⁺).

Masalan, quyidagi birikmalar musbat oksidlanish soniga ega germaniyga ega: GeO (Ge₂+Yoki2-), GeTe (Ge.)2+Choy^2-), Ge2Cl6 (Ge₂³+Cl^6–), GeO₂ (Ge⁴+Yoki₂^2-) va GeS2 (Ge⁴+S₂^2-).

Holbuki, u birikmalarida elektronlarni qo'lga kiritganda, salbiy oksidlanish sonlariga ega. Ular orasida eng keng tarqalgan -4; ya'ni Ge anionining mavjudligi taxmin qilinadi4-. Germaniyada bu sodir bo'ladi va ularning misollari sifatida bizda Li bor 4Ge (Li₄+Ge₄-) va Mg₂Ge (Mg₂²+Ge^4-).
Germaniy - er qobig'idagi nisbatan kam uchraydigan element. Uning tarkibida juda oz miqdordagi minerallar mavjud bo'lib, ular orasida quyidagilarni aytib o'tishimiz mumkin: argirodit (4Ag₂S GeS₂), germanit (7CuS · FeS · GeS₂), briartit (Cu₂FeGeS₄), renierit va kanfalitit.
Ularning barchasida umumiy narsa bor: ular oltingugurt yoki oltingugurt minerallari. Shuning uchun germaniy tabiatda (yoki hech bo'lmaganda Yerda) GeS kabi ustunlik qiladi va GeO emas (uning hamkasbi SiO dan farqli o'laroq, silika, keng tarqalgan).
Yuqorida aytib o'tilgan minerallardan tashqari germaniy ko'mir konlarida 0,3% massa kontsentratsiyasida ham topilgan. Bundan tashqari, ba'zi mikroorganizmlar uni oz miqdordagi GeH hosil qilish uchun qayta ishlashlari mumkin (CH₃) va GeH₃(CH₃), ular oxir-oqibat daryolar va dengizlarga ko'chiriladi.
Germaniya sink va mis kabi metallarni qayta ishlashning yon mahsulotidir. Uni olish uchun u oltingugurtni mos keladigan metallgacha kamaytirish uchun bir qator kimyoviy reaktsiyalarni bajarishi kerak; ya'ni GeS-ni olib tashlang2 uni oltingugurt atomlari shunchaki Ge.
Oltingugurtli minerallar qovurish jarayonidan o'tib, ular havo bilan birga isitiladi va oksidlanish paydo bo'ladi:
GeS₂ + 3 O₂ → GeO₂ + 2 SO
Germaniyni qoldiqdan ajratish uchun uni xloridga aylantiradi, uni distillash mumkin:
Geo₂ + 4 HCl → GeCl₄ + 2 H₂ Yoki
Geo₂ + 2 Cl₂ → GeCl₄ + O₂
Ko'rinib turibdiki, transformatsiyani xlorid kislota yoki xlorli gaz yordamida amalga oshirish mumkin. GeCl₄ keyin yana GeO ga gidrolizlanadi, shuning uchun u oqishgan qattiq moddalar singari cho'kadi. Va nihoyat, oksid vodorod bilan reaksiyaga kirib, metall germaniyga kamayadi:
Geo₂ + 2 H₂ → Ge + 2 H₂ Yoki
Kamaytirish, uni ko'mir bilan ham amalga oshirish mumkin:
Geo₂ + C → Ge + CO₂
Olingan germanyum kukunlardan iborat bo'lib, ular metall panjaralarga quyiladi yoki undan nurli germaniy kristallari o'stirilishi mumkin.
Izotoplar
Germaniy tabiatda juda ko'p izotopga ega emas. Buning o'rniga, uning miqdori juda kam bo'lgan beshta izotopga ega: 70Ge (20,52%), 72Ge (27,45%), 73Ge (7,76%), 74Ge (36,7%) va 76Ge (7,75%). E'tibor bering, atom og'irligi 72,630 u ni tashkil qiladi, bu izotoplarning tegishli mo'lligi bilan barcha atom massalarini o'rtacha. Germaniya uchun ekologik xavf biroz munozarali. Bir oz og'ir metall bo'lib, uning ionlarining suvda eruvchan tuzlardan tarqalishi ekotizimga zarar etkazishi mumkin; ya'ni hayvonlar va o'simliklarga Ge ionlarini iste'mol qilish ta'sir qilishi mumkin3+.
Elemental germaniy kukunlanmagan ekan, xavf tug'dirmaydi. Agar u changda bo'lsa, havo oqimi uni issiqlik manbalariga yoki yuqori oksidlovchi moddalarga tortib yuborishi mumkin; va natijada yong'in yoki portlash xavfi mavjud. Shuningdek, uning kristallari o'pkada yoki ko'zlarga tushib, qattiq tirnash xususiyati keltirib chiqarishi mumkin.
Biror kishi germaniy diskni o'z kabinetida hech qanday baxtsiz hodisa haqida xavotirlanmasdan xavfsiz boshqarishi mumkin. Biroq, uning noorganik birikmalari haqida ham aytilishi mumkin emas; ya'ni uning tuzlari, oksidlari va gidridlari. Masalan, GeH4 yoki german (CH ga o'xshash4 va SiH4), bu juda bezovta qiluvchi va yonuvchan gaz.
Organik germaniy
Endi germaniyning organik manbalari mavjud; Ular orasida ayrim kasalliklarni davolash uchun ma'lum bo'lgan muqobil qo'shimchalar bo'lgan 2-karboksietilgermasquioksan yoki germanium-132 haqida so'z yuritilishi mumkin; ammo dalillarga shubha tug'dirsa ham.
Germanium-132 ga tegishli bo'lgan ba'zi dorivor ta'sirlar immunitetni kuchaytirishdir, shuning uchun u saraton, OIV va OITS bilan kurashishda yordam beradi; organizmning funktsiyalarini tartibga soladi, shuningdek qonda kislorodlanish darajasini yaxshilaydi, erkin radikallarni yo'q qiladi; shuningdek, artrit, glaukoma va yurak kasalliklarini davolaydi.
Ammo organik germaniy buyraklar, jigar va asab tizimiga jiddiy zarar etkazishi bilan bog'liq. Shuning uchun ushbu germaniy qo'shimchasini iste'mol qilish haqida gap ketganda yashirin xavf mavjud; Garchi buni mo''jizaviy davo deb biladiganlar bo'lsa-da, ammo ilmiy jihatdan isbotlangan foyda keltirmaydi, deb ogohlantirayotganlar bor.
Germaniy infraqizil nurlanish uchun shaffof; ya'ni ular singib ketmasdan u orqali o'tishlari mumkin.
Shu tufayli infraqizil optik qurilmalar uchun germaniy ko'zoynaklar va linzalar qurildi; masalan, spektroskopik tahlil qilish uchun IQ detektori bilan birgalikda olamdagi eng uzoq yulduzlarni o'rganish uchun uzoq infraqizil kosmik teleskoplarda ishlatiladigan linzalarda yoki yorug'lik va harorat sezgichlarida.
Germaniy nafaqat ma'lum bir elektron dasturlarda kremniyni almashtirish uchun kelgan, balki uni galliy arsenidi (GaAs) bilan birlashtirish mumkin. Shunday qilib, ushbu metalloid quyosh panellarida ham mavjud.
Katalizatorlar
GeO₂ u polimerlanish reaktsiyalari uchun katalizator sifatida ishlatilgan; masalan, polietilen tereftalatning sintezi uchun zarur bo'lgan plastmassada Yaponiyada sotiladigan porloq shishalar tayyorlanadi.
Xuddi shu tarzda, ularning platina qotishmalarining nanozarralari oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarini katalizlaydi, ular vodorod gazining hosil bo'lishiga olib keladi va bu voltaik hujayralarni yanada samarali qiladi.
Qotishmalar
Va nihoyat, Ge-Si va Ge-Pt qotishmalari borligi aytib o'tildi. Bundan tashqari, uning Ge atomlari kumush, oltin, mis va berilyum kabi boshqa metallarning kristallariga qo'shilishi mumkin. Ushbu qotishmalar alohida metallarga qaraganda ko'proq süneklik va kimyoviy qarshilik ko'rsatadi.