Когда Дмитрий Иванович Менделеев создавал свою систему химических элементов на основании открытого им периодического закона, в третьей группе периодической системы оставались свободные места. Их, по твердому убеждению Д. И. Менделеева, должны были занять неизвестные тогда элементы. Один из них в пятом ряду Д. И. Менделеев назвал экаалюминием. Глубоко уверенный в объективности созданной им системы элементов, Д. И. Менделеев не только предсказал существование экаалюминия, но и весьма точно описал свойства этого, никому не известного элемента. О "таинственном" экаалюминии Д. И. Менделеев писал в журнале Русского химического общества в 1871 г., что атомная масса экаалю-миния близка к 68, его плотность около 6, температура плавления очень низка: в чистом виде этот металл должен плавиться в руке человека! Он должен быть открыт спектроскопически.
20 сентября 1875 г. на заседании Парижской Академии наук было зачитано письмо французского химика Лекок-де-Буабодрана об открытии при по-мощи спектрального .анализа химического элемента, названного им в честь своей родины Франции галлием. Вновь открытый элемент по всем своим свойствам был одинаков с экаалюминием. Замечательно то, что Буабодран вначале неверно определил плотность галлия, занизив ее до цифры 4,7 против предсказанной Д. И. Менделеевым - "около 6,0". Д. И. Менделеев написал Буабодрану письмо в котором указывал на допущенную ошибку. Буабодран тщательно повторил исследования и убедился, что русский химик, "профессор из С.-Петербурга, никогда не только не державший галлия в своих руках", но даже не видавший его спектроскопически, оказался прав. Плотность галлия действительно была 5,94! "Я думаю... нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов Менделеева...",- писал пo этому поводу Лекок-де-Буабодран.
Открытие галлия следует считать подлинным торжеством науки. Галлий был первым химическим элементом, подтвердившем триумф периодического закона Д. И. Менделеева. Хотя галлия в природе в два раза больше скандия, он очень рассеян. В цинковых рудах галлия содержится всего две тысячных доли процента, в наиболее богатой галлием пиренейской цинковой обманке - 0,5%, а самый богатый галлием минерал, германит, из Юго-Западной Африки содержит всего шесть десятых процента галлия. Плавится галлий, как предсказал Д. И. Менделеев, в руке, при 30°С, а кипит лишь при температуре выше двух тысяч градусов (2070° С). Галлий, нанесенный на стекло, дает зеркала, сильно отражающие свет и выдерживающие нагревание до 500 - 600°С.
Га́ллий — элемент главной подгруппы третьей группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 31. Обозначается символом Ga (лат. Gallium). Относится к группе лёгких металлов. Простое вещество галлий (CAS-номер: 7440-55-3) — мягкий пластичный металл серебристо-белого (по другим данным светло-серого) цвета с синеватым оттенком.
История
Существование галлия было научно предсказано Д. И. Менделеевым. При создании периодической системы химических элементов в 1869 г. он, основываясь на открытом им Периодическом законе, оставил вакантные места в третьей группе для неизвестных элементов — аналогов алюминия и кремния (экаалюминий и экасилиций). Менделеев, основываясь на свойствах соседних, хорошо изученных элементов, достаточно точно описал не только важнейшие физические и химические свойства, но и метод открытия — спектроскопия. В частности, в статье в «Журнале Русского химического общества» в 1871 г. Менделеев указал, что атомный вес экаалюминия близок к 68, удельный вес около 6 г/см3. В металлическом состоянии металл будет легкоплавок.
Вскоре галлий был открыт, выделен в виде простого вещества и изучен французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. В 1875 году Лекок де Буабодран исследовал спектр цинковой обманки, привезенной из Пьеррфита (Пиренеи). В этом спектре им была обнаружена новая фиолетовая линия, свидетельствующая о присутствии в минерале неизвестного элемента. Выделение элемента было сопряжено с немалыми трудностями, поскольку содержание нового элемента в руде было меньше 0,1 %. В итоге Лекоку де Буабодрану удалось получить новый элемент в количестве менее 0,1 г и исследовать его. По свойствам новый элемент оказался сходен с цинком.
20 сентября 1875 г. на заседании Парижской академии наук было зачитано письмо Лекока де Буабодрана об открытии нового элемента и изучении его свойств. Бурный восторг вызвало сообщение о названии элемента в честь Франции. Менделеев, узнав об открытии из опубликованного доклада, обнаружил, что описание нового элемента почти в точности совпадает с описанием предсказанного им ранее экаалюминия. Об этом он отправил письмо Лекоку де Буабодрану, указав, что плотность нового металла определена неверно и должна быть 5,9-6,0 , а не 4,7 г/см3. Тщательная проверка показала правоту Менделеева, а сам Лекок де Буабодран писал по этому поводу: "Я думаю…, нет необходимости указывать на исключительное значение, которое имеет плотность нового элемента в отношении подтверждения теоретических взглядов Менделеева"
Открытие галлия и последовавшие вскоре открытия германия и скандия укрепило позиции Периодического закона, ярко продемонстировав его прогностический потенциал. Менделеев называл Лекока де Буабодрана одним из «укрепителей периодического закона».
Происхождение названия
Поль Эмиль Лекок де Буабодран назвал элемент в честь своей родины Франции, по её латинскому названию — Галлия (Gallia).
Существует недокументированная легенда, что в названии элемента его первооткрыватель неявно увековечил и свою фамилию (Lecoq). Латинское название элемента (Gallium) созвучно gallus — «петух» (лат.). Примечательно, что именно петух le coq) (франц.) является символом Франции.
Получение
Наиболее мощным потенциальным источником получения галлия служат растворы глинозёмного производства при переработке боксита и нефелина. Концентрация галлия в щелочном алюминатном растворе после разложения в процессе Байера: 100—150 мг/л, по способу спекания: 50—65 мг/л. По этим способам галлий отделяют от большей части алюминия карбонизацией, концентрируя в последней фракции осадка. Затем обогащённый осадок обрабатывают известью, галлий переходит в раствор, откуда черновой металл выделяется электролизом. Галлий можно получить с помощью переработки полиметаллических руд, угля. Загрязнённый галлий промывают водой, после этого фильтруют через пористые пластины и нагревают в вакууме для того, чтобы удалить летучие примеси. Для получения галлия высокой чистоты используют химический (реакции между солями), электрохимический (электролиз растворов) и физический (разложение) методы.
Источник: Википедия
| 32. Германий-Germanium (Ge) |
В 1871 г. Д. И. Менделеев предсказал существование элемента, расположенного между галлием и мышьяком в пятом ряду и между кремнием и оловом в четвертой группе. Замечательно, что Д. И. Менделеев, назвав новый элемент экасилицием, предсказал не только свойства самого экасилиция и его окиси, что им было сделано в отношении экаалюминия и экабора, но также и некоторых его соединений. 15 лет спустя немецкий химик Винклер открыл элемент, названный им в честь своей родины германием. Свойства германия дали наилучшее совпадение со свойствами экасилиция.
Сам Винклер, пораженный гениальностью русского химика, писал: "Вряд ли может существовать более яркое доказательство cправедливости учения о периодичности элементов...".
Да! Открытие Д. И. Менделеева не имеет себе равных в науке. Не случайно, оценивая это открытие, Ф. Энгельс сравнил его с научным подвигом. И если раньше на периодический закон многие крупнейшие ученые, современники Д. И. Менделеева, смотрели через призму скептицизма, то после опубликования работ Винклера по исследованию германия в разных странах стали появляться один за другим претенденты, оспаривавшие у Д. И. Менделеева честь открытия периодического закона.
Применение германия в полупроводниковой технике разнообразно. Полупроводниковые приборы не только выпрямляют ток, усиливают радиоколебания, но и превращают тепловую энергию в электрическую. Первые генераторы такого рода были созданы советскими учеными уже в начале Великой Отечественной войны. Они имели вид обыкновенных солдатских котелков и предназначались для питания раций партизанских отрядов, действовавших в тылу врага на временно оккупированных им территориях. Стоило только налить в такой "котелок" воды, нагреть ее на пламени костра, и рация получала необходимый для работы ток.
Портативные генераторы, надевающиеся на стекло обыкновенной 20-линейной керосиновой лампы, превращают излучаемое ею тепло в электрический ток, достаточный для питания радиоприемника. Работами академика А. Ф. Иоффе доказана возможность использования полупроводниковых аппаратов для охлаждения летом и обогревания зимой целых квартир.
Германий - металл с очень высоким электрическим сопротивлением, в 57 000 раз большим, чем у меди. С повышением чистоты металла сопротивление... возрастает. Можно назвать еще ряд свойств, которые ставят германий в ряд исключительных и ценных металлов. Например, сплав германия с золотом сохраняет цвет золота и расширяется при охлаждении. Добавление двуокиси германия к стеклу позволяет получить оптические стекла с очень высоким показателем преломления.
Германий содержится всего лишь в двух очень редких минералах: аргиродите (минерал, состоящий из сернистого серебра и сернистого германия) и германите (основу минерала составляет сернистая медь и сернистый германий). Содержание германия в других источниках - золе некоторых каменных углей, цинковых рудах - очень мало.
Германию свойственна аллотропия, причем одна из аллотропных форм германия по своему внешнему виду напоминает металлы и называется металлической.
По многочисленным ступеням сложной обработки должны пройти тысячи тонн сырья, прежде чем из них будет выделено заметное количество чистого металла. С точки зрения полупроводниковой техники это абсолютно грязный и совершенно не обладающий свойствами полупроводников материал. Для радиотехники необходим германий, в котором примеси не должны превышать десятимиллионных долей процента. Иными словами, на миллиард атомов германия может приходиться ... один атом примесей! Наличие в десяти миллионах атомов германия только одного атома мышьяка, фосфора или сурьмы сильно снижает его полупроводниковые свойства.
Распылением германия в земной коре и трудностями получения его в чистом виде объясняется малое производство германия при столь ценных его свойствах. Например, в 1946 г. выпуск германия в США составлял всего лишь 800 кг.
Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, обозначается символом Ge (нем. Germanium).
История
Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе минерала аргиродита Ag8GeS6.
Назван в честь Германии, родины Винклера.
Получение
Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2, который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:
GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.
Очистка и выращивание монокристаллов германия производится методом зонной плавки.
Химические свойства
В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.
Источник: Википедия
|
