| Germanium 32Ge | ||||||
| engl. Germanium; lat. germania (alte Bezeichnung für Deutschland) | ||||||
|
||||||
     
|
| Physikalisch-chemische Eigenschaften |
|
Germanium
ist ein silbrig glänzendes Halbmetall. Beim Zerschlagen mit einem
Meißel zeigt sich wie spröde das Metall ist, typisch sind auch
die Bruchflächen, die so auch beim Silicium vorkommen. Beim Erwärmen über den Schmelzpunkt steigt die Dichte
von Germanium um vier Prozent an, beim Erstarren dehnt sich das Volumen um sechs Prozent aus.
Eine solche Dichteanomalie gibt es nur bei ganz wenigen Stoffen. Die elektrische
Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur ist nicht besonders gut. Beim
Erwärmen nimmt sie aber stark zu.
Beim Dotieren mit Fremd-Atomen,
beispielsweise mit Aluminium oder Antimon,
kann die Leitfähigkeit ebenfalls erhöht werden. Beim Dotieren
mit Arsen erhält man einen n-Halbleiter, mit Gallium einen p-Halbleiter (die Buchstaben geben an, in welche Richtung
die Elektronen fließen). Auf diese Weise ist der Bau eines npn-Transistors möglich.
Im chemischen Verhalten
ähnelt das Germanium dem Silicium. Es ist
relativ reaktionsträge und ist an der Luft beständig. Beim Glühen
in reinem Sauerstoff oxidiert Germaniumpulver
zu Germanium(IV)-oxid:
Ge + O2 
GeO2 ΔHR = −561 kJ/mol Mit den Halogenen reagiert
es zu den entsprechenden Halogeniden. Säuren wie
Salzsäure oder Laugen greifen Germanium nicht an. Oxidierende Säuren
wie konzentrierte Schwefelsäure oder Salpetersäure vermögen
es zu oxidieren.
|
| Toxikologie |
Da
Germanium oder seine Verbindungen relativ selten mit dem Menschen in Kontakt
kommen, ist über ihre toxikologische Wirkung nur wenig bekannt. Vermutlich
ist sie beim metallischen Germanium als gering einzustufen, toxische Germaniumverbindungen
sind dagegen bekannt. Germaniumwasserstoff GeH4 ist
ein stark toxisches Gas mit widerlichem Geruch, das sich an der
Luft spontan entzündet und mit bläulicher Flamme verbrennt. Es
entsteht bei der Einwirkung von Säuren auf Germaniumverbindungen. |
| Vorkommen |
|||
|
Häufigkeit selten
Germanium ist in der Erdhülle ein eher seltenes Element, es kommt aber etwa fünfzigmal häufiger vor wie Silber. Die südafrikanischen Germaniumerze Canfieldit, Germanit, Renierit und Argyrodit enthalten Germaniumverbindungen, meist in Kombination mit Schwefel und als sogenannte Thiogermanate. Auch das Mineral Zinkblende oder die Steinkohle sind oft mit Germaniumverbindungen angreichert. Die Hauptvorkommen der germaniumhaltigen Zinkblende liegen in den USA, in Kanada oder in China. Man findet sie auch in Frankreich oder in Spanien.
|
| Geschichte |
|||
|
Das
Element wurde im Jahre 1886 erstmals von dem deutschen Chemiker und Mineralogen Clemens
Alexander Winkler (1838–1904) in Freiberg/Sachsen aus dem
Mineral Argyrodit isoliert. Aber
erst Theodor Hieronymus Richter (1825–1898) und Julius Lothar Meyer (1830–1895)
identifizierten das neue Element als ein Element der 4. Hauptgruppe und
nannten es „Eka-Silicium“. Winkler benannte danach das neue Element zu
Ehren seiner Heimat, in Anlehnung an das lateinische Wort für Deutschland germania.
|
| Herstellung |
Ein
Großteil des Germaniums fällt als Nebenprodukt bei der Gewinnung
von Zink, Kupfer oder Blei an. Aus den Aufschlusslösungen wird
Germanium(IV)-oxid ausgefällt und mit konzentrierter Salzsäure in Germanium(IV)-chlorid umgewandelt. Nach einer Reinigung durch eine Destillation
wird das Germanium(IV)-chlorid mit destilliertem Wasser wieder zu dem jetzt
gereinigten Germanium(IV)-oxid zurückverwandelt. Durch eine Reduktion
mit Wasserstoff erhält man dann das reine Element. Sehr reines Germanium
lässt sich durch ein Zonenschmelzverfahren oder ein Tiegelziehverfahren – so wie beim Silicium – herstellen. Man erhält
dabei hochreine Einkristalle, die sich zur Herstellung von Halbleitern
eignen. |
|
Verwendung |
|||
|
Heute
ist das Germanium zur Herstellung von Transistoren weitgehend vom billigeren Silicium verdrängt. Für wenige Spezialanwendungen
wird es noch ganz selten als Halbleiter eingesetzt, zum Beispiel in Photodioden
oder in Dioden für die Demodulation beim Rundfunkempfang. Germanium
wird heute vor allem in optischen Lichtwellenleitern für Fernmeldekabel
benötigt. Daher wäre das heutige Internet ohne Germanium kaum
denkbar. Dünne Fenster aus Germanium lassen bei Raumtemperatur Infrarot-
und Wärmestrahlung gut durch. Linsensysteme mit Germanium eignen sich
hervorragend als Nachtsichtgeräte für das Militär oder für
die Jagd. Mit Hilfe einer entsprechend aufgebauten Infrarot-Kamera lässt
sich bei Häusern ein Wärmebild erstellen, dies ist beim Bauen
von Minergiehäusern von Bedeutung. Germaniumdioxid GeO2
ist ein wichtiger Katalysator bei der Herstellung des Kunststoffes PET.
|
| Germaniumminerale |
|||||
|
Gefahr
