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Germanium
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Germanium
Allgemeines
Name	Germanium
Symbol	ge
Ordnungszahl	32
Gruppe	Kohlenstoffgruppe
Zeitspanne	Periode 4
Block	P-Block
Serie	Halbmetalle
Farbe	grau-weiß
Chemische Eigenschaften
Atommasse (Sie)	72,64
Elektronenkonfiguration	[Ar]3d10 4s2 4p2
Oxidationsstufen	2, 4
Elektronegativität (Pauling)	2,01
Atomradius (Uhr)	122
1 Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	762,18
2. Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	1537,47
3. Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	3302,15
Physikalische Eigenschaften
Dichte (kg·ich−3)	5323
Härte (Mohs)	6,0
Schmelzpunkt (k)	1210
Siedepunkt (K)	3123
Aggregatzustand	Fest
Schmelzwärme (kJ mol−1)	36,9
Verdampfungswärme (kJ mol−1)	330,9
Kristallstruktur	Junges
Molarvolumen (m3mol−1)	13,57·10−6
Schallgeschwindigkeit (mso−1)	5400
Spezifische Wärme (J kg−1·K−1)	320
Elektrischer Wiederstand (μΩ·cm)	4,6·107
Wärmeleitung (Wich−1·K−1)	59,9
SIEinheiten und Standardtemperatur und -druck werden verwendet, sofern nicht anders angegeben
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Germanium ist ein Chemisches Element mit dem Symbol ge und Ordnungszahl 32. Es ist ein ziemlich hartes graues Weiß metalloid, die zu den gehört Kohlenstoffgruppe. Reines Germanium ist a Halbleiter.

Genau wie das vergleichbare Element Silizium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern gebunden an andere Elemente, wie z Sauerstoff. Es kommt in verschiedenen vor Mineralien, wie Argyrodit, Germanit und renierit. Das Fülle des Elements an Boden ist recht gering: die Menge im Erdkruste beträgt 1,4 bis 1,5 ppm.^[1] In dem Ozean es kommt in Konzentrationen von 50 . vor Nanogramm pro Liter.^[2] Deshalb kommt Germanium erst am Ende des 19. Jahrhundert wurde entdeckt.

Entdeckung

Als das Periodensystem erstmals vorgeschlagen wurde, war das Element noch nicht bekannt. Mendelejew im Jahr 1871 vorhergesagt, dass es an der unteren Stelle ein Element geben würde Silizium mit einer Atommasse knapp unter der von Arsen. Er hat es genannt eka-Silizium.^[3]Clemens Winkler bewies 1886, dass diese Vorhersage richtig war. Bei der chemischen Analyse des neu entdeckten Minerals Argyrodit aus dem Bergwerk Himmelsfürst at Freiberg Winkler kam zu dem Schluss, dass Argyrodit ein neues Element enthält.^[4] Er hat es genannt Germanium nach dem lateinischen Namen für seine Heimat, Germania. Die Atommasse wurde mit 72,64 gefunden, in der Tat etwas weniger als die 74,92 von Arsen. Die Vorhersage der Existenz und Eigenschaften von Germanium und auch der Elemente Gallium und Scandium von Mendeleev war ein wichtiger Sieg für die Glaubwürdigkeit der Periodensystem.

Anwendungen

Germanium kann gedopt mit 5-wertigen Elementen sein wie Phosphor, Arsen und Antimon (N-Typ) oder 3-wertige Elemente wie bohren, Aluminium, Gallium und Indium (P-Typ) und findet umfangreiche Verwendung als Halbleiter.

Vorher ultrarein Einkristalle von Silizium wurde in der . verfügbar 70er Jahre Germanium war der wichtigste Halbleiter im Transistorzeitalter. Denn Silizium ist billiger und etwas größer Reifenlücke hat Germanium seither weitgehend verdrängt, aber es gibt noch viele Anwendungen, insbesondere dort, wo die kleinere Bandlücke von Vorteil ist.

Germanium findet sich in Legierungen, Nachtsichtkameras, Faseroptiken und der Katalyse von Polymerisationsreaktionen. Das Oxid hat einen hohen Brechungsindex und wird in Weitwinkelobjektiven verwendet und Objektivlinsen im Mikroskope.

Das Element ist für einen Großteil der transparent Infrarot ein Teil davon elektromagnetisches Spektrum und findet breite Anwendung in der Infrarottechnik, zum Beispiel als Fenstermaterial im in Spektroskopie.^[3] Auch als Element für die Totalreflexionsspektroskopie (ATR-FTIR) es ist benutzt. Diese Form der Infrarotspektroskopie ist besonders vielversprechend für die Untersuchung biologischer Materialien wie Protein im Wasser ohne Isotopenersatz. Wasser ist für viele spektroskopische Verfahren ein schwieriges Medium, da es selbst einen Teil des Infrarotbereichs stark absorbiert, es sei denn, die Wasserstoffatome werden durch Deuterium ersetzt.

Bemerkenswerte Funktionen

Germanium ist ein Halbleiter jetzt sofort kubischKristallstruktur und eine Bandlücke von 0,9 eV. Durch Zonenschmelzen große Kristalle von hoher Reinheit (1 Fremdatom pro 10¹⁰) gemacht.^[3]

Da Germanium zur Kohlenstoffgruppe gehört, gibt es eine Vielzahl von Organogermaniumverbindungen und den Siliziumverbindungen analogen Verbindungen. Es bildet eine Verbindung GeH₄ (deutsch) analog zu Methan, aber bekannter ist das Oxid GeO₂ analog zu SiO₂ und Germanate analog zu den Silikaten. Das Element hat mit den schwereren Mitgliedern der Gruppe gemeinsam, dass die Ge² Ionen, aber die Oxidationszahl 4 ist allgemeiner.

Aussehen

Germanium kommt in der . vor MineralArgyrodit (ein Silbergermaniumsulfid), das seltene renierit, (Cu,Zn)₁₁(Ge,As)₂Fe₄so₁₆ und die auch selten Germanit, das zu 8% aus Germanium besteht, aber auch hauptsächlich in Kohlevorkommen und Zinkerzen.^[3] Es wird hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Herstellung von Zink und die Verbrennung bestimmter Kohlearten. Es kann durch fraktionierte Destillation des flüchtigen Tetrachlorids GeCl . gereinigt werden₄.^[3]

Im Jahr 2015 behaupteten Forscher der Technischen Universität Freiberg, Germanium wirtschaftlich gewinnen zu können, indem sie germaniumverseuchte Wasserpflanzen wie Sonnenblumen und Mais bewässern, deren Wurzeln Germanium anreichern grüne Sanierung und Gewinnen des Germaniums aus dem Restprodukt nach der Fermentation dieser Wurzeln.^[5]

Isotope

sehen Isotope von Germanium für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Es gibt fünf stabile Isotope von Germanium. Darüber hinaus sind eine Reihe von radioaktiven Isotopen bekannt mit Halbwertszeiten von einigen Tagen bis zu wenigen Minuten. So ist ⁶³Nur 31 Sekunden und ⁶⁵Nur 15 Minuten nachweisbar.

Toxikologie und Sicherheit

Loslegen 21. Jahrhundert Untersuchungen haben gezeigt, dass einige organische Germaniumverbindungen einen positiven Einfluss auf die Produktion von Blutzellen (rot und Weiß). Dadurch können diese Verbindungen in Zukunft potenziell eingesetzt werden, um beispielsweise Schäden zu verhindern, die nach Chemotherapie auftritt, um sich schneller zu erholen. Da diese Verbindungen eine hemmende Wirkung auf Neurotransmitter sie können auch verwendet werden als Schmerzmittel.

Einige Germaniumverbindungen zeigen eine geringe Toxizität gegenüber Säugetiere aber sind tödlich für Bakterien.

Externe Links

• Lenntech.nl - Germanium
• (und) EnvironmentalChemistry.com - Germanium
• (und) WebElements.com - Germanium

Siehe die Kategorie Germanium von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.