Ge

Germanium


Germanium is één van de elementen waarvan Dmitri Mendelejev, de bedenker van het periodiek systeem, het bestaan al voorspelde vóórdat het ontdekt werd. Hij noemde het eka-silicium, omdat het onder silicium (en boven tin) ingedeeld moest worden. Germanium is ook één van de weinige elementen die naar een land vernoemd is: Duitsland. Het is een halfgeleidend metaal dat als de voorloper van silicium is te beschouwen. De belangrijkste toepassing is tegenwoordig als dragermateriaal voor LED's, laserdiodes en zonnecellen. Bovendien vind je het veel in infraroodoptica.
Symbool Ge Protonen/elektronen 32
Groep 14 Isotopen 70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge
Periode Elektronenconfiguratie [Ar] 4s2 3d10 4p2
Blok p Elektronegativiteit 2,0 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 122 10-12m
Dichtheid 5300 kg m-3 Relatieve atoommassa 72.59
Smeltpunt 938 oC
(1211 K)
Soortelijke warmte 310 J kg-1K-1
Kookpunt 2833 oC
(3106 K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt 63 W m-1K-1

Infraroodoptica

Germanium en germaniumoxide (in kristalvorm) zijn transparant voor infra­rood licht. Je vindt deze materialen daarom in de lenzen van infraroodappa­ratuur, zoals kijkers, camera???s, detec­to­ren en periscopen. Met deze apparatuur is het mogelijk ???s nachts waar te nemen.

 

Ook in het detectiegedeelte, waarin de infrarode warmtestraling wordt omgezet in een elektrisch signaal, past men germaniumverbindingen toe. De infrarooddetectoren zijn zó gevoelig, dat zij de temperatuur kunnen meten van het aandrijvingsmechaniek van hogesnelheidstreinen, zelfs als deze met een snelheid van 300 kilometer per uur langs de meetsonde razen.

Projectorreflector

Voor de reflectoren in hoogwaardige projectoren dampt men een dunne laag germani­um op glas.

Elektronica, LED, zonnecellen

Germanium is een belangrijke halfgeleider. In het begin van het elektronische tijdperk, in de jaren zeventig, was het zelfs belangrijker dan silicium, dat destijds nog niet in voldoende zuivere vorm beschikbaar was. Nog steeds zijn er veel allerlei elektronische toepassingen voor germanium. Het zuivere element wordt daarvoor gedoteerd met arseen, gallium of andere elementen.

 

Tegenwoordig zijn legeringen van silicium en germanium aan een opmars bezig voor de vervaardiging van computerchips met een zeer hoge kloksnelheid.

Zuiver kristallijn germanium (geproduceerd via  zonesmelten) bevat niet meer dan één vreemd atoom op 1010 germaniumatomen. Het wordt vaak toegepast als dragermateriaal (of substraat) voor componenten met dunne laagjes van andere halfgeleiders zoals galliumarseen, vanwege overeenkomende kristaleigenschappen. Je vindt het in deze functie in LED's, laserdiodes en zonnecellen.

 

Meer toepassingen


Als element en in legeringen

  • optische vezels
  • solderen van goud (12 % Ge/88 % Au)
  • supergeleiding (Nb3Ge)
  • verhogen van de hardheid van tin (0,35 % Ge)
  • verbeteren van de walsbaarheid van aluminium

In verbindingen

  • bereiding van optische vezels                                                                         GeCl4
  • fluorescerende verf                                                                                         MgGeO3
  • fosforescerende lampen                                                                                 Mg56Ge15O66F20
  • groothoeklenzen                                                                                             GeO2
  • katalysator bij de bereiding van kunstvezels (polyesters, polyethers, PET)    GeO2, NaHGe2O6
  • luminescentie (bij TL-buizen)                                                                          GeO2
  • objectieven voor microscopen                                                                        GeO2

Naam

De naam germanium is een verwijzing naar Germania, de Latijnse naam voor Duitsland, het land waar dit element werd ont­dekt.

 

Ontdekking

De Duitse chemicus Clemens Alexander Winkler (foto) ontdekte germanium in 1886 in argyrodiet, afkomstig uit een mijn in Saksen. Het bestaan van het element was al in 1871 door Mendelejev voorspeld. Hij noemde het eka-silicium en wist eigenschappen zoals dichtheid tamelijk nauwkeurig te voorspellen. 

Voorkomen

Germanium is te vinden op plaats 55 in de rangschikking van de elementen naar voorkomen in de aardkorst. Het aandeel is 1,5.10-4 % op basis van gewicht.

 

De belangrijkste mineralen zijn:

  • argutiet                                               GeO2
  • argyro­diet                                           Ag8GeS6
  • briartiet                                               Cu2(Fe,Zn)GeS4
  • germaniet (foto)                                  Cu13Fe2Ge2S16
  • reniériet                                              (Cu,Zn)11(Ge,As)2Fe4S16
  • schauerteïet                                       Cu3Ge(SO4)2(OH)6.3H2O
  • stottiet                                                 FeGe(OH)6

Germanium komt ook voor in steenkool en zinkblende.

Winning

De belangrijkste vindplaatsen van germanium liggen in Rusland, Zuid-Afrika, Democratische Republiek Congo, Namibië, China, de Verenigde Staten van Amerika, Canada, Frankrijk, Oostenrijk, Italië en Groot-Brittannië. De betekenis van de daar aanwezige mineralen voor de germaniumproductie is echter gering.

Tegenwoordig wint men vooral germaniumverbindingen uit de vliegas van kolenge­stookte centrales. Of als bijproduct van de verwerking van zink-, koper- en looderts. 

Vroeger

Men bereidde germanium uit erts door dit te smelten met natrium­carbonaat en zwavel, waarbij sulfiden van diverse elementen ontstonden. Na scheiding en zuivering van het ger­maniumsulfi­de werd dit in een waterstofstroom bij zeer hoge tem­pe­ratuur geredu­ceerd tot metallisch germanium.

 

Tegenwoordig

Germanium wordt nu bereid door germaniumverbindingen eerst om te zetten in germaniumchloride (GeCl4). Dit wordt door destillatie gezuiverd en vervolgens met water omgezet in germaniumoxide (GeO2), dat tenslotte wordt gereduceerd met waterstofgas bij ca. 650 °C.

Het verkregen germanium wordt gezuiverd door herhaald zonesmelten. Voor toepassingen in de elektronica is zeer zuiver germanium vereist: voor de meest geavanceerde toe­pas­singen ten hoogste 1 vreemd atoom op 1014 germani­umato­men.

Deel dit op: