Germanium

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Germanium
Elementsymbol Ge
Ordnungszahl 32
Relative Atommasse 72,63
Aggregatzustand fest
Schmelzpunkt 938 °C
Siedepunkt 2820 °C

Germanium (zu lat. GermaniaGermanien, Deutschland“, dem Vaterland seines Entdeckers) ist ein chemisches Element bzw. ein sprödes, grauweißes glänzendes Halbmetall der 4. Periode und 5. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. In der Natur kommt Germanium in fünf Isotopen vor, chemisch und physikalisch ähnelt es dem Silizium und ist wie dieses ein Halbleiter. Das Element entsteht in sterbenden Riesensternen, indem Atomkerne langsame Neutronen einfangen und dadurch immer schwerer werden.

Eigenschaften

Die elektrische Leitfähigkeit von Germanium ist bei Normalbedingungen sehr gering, steigt aber mit der Erhöhung der Temperatur an (Halbleiter) und kann außerdem durch Dotieren mit Fremdatomen erhöht werden. Germanium ist zwar ziemlich reaktionsträge, lässt sich aber mit Sauerstoff zur Reaktion bringen. Hierzu muß es stark erhitzt werden. Auch mit Halogenen sowie mit mit konzentrierter Salpetersäure reagiert das Germanium, während es gegenüber verdünnten Säuren stabil ist.

Geschichte

Das Element Germanium wurde am 6. Februar 1886 von dem deutschen Chemiker Clemens Winkler entdeckt, der ihm den Namen zu Ehren seines Heimatlandes gab. Bei den Untersuchungen erwies sich, daß dieses Element sehr ähnliche Eigenschaften aufwies, wie das von Dmitri Mendelejew vorausgesagte Eka-Silizium.

Der Nachweis des neuen Elements Germanium stellte einen wesentlichen Beweis für die Richtigkeit des Periodensystems dar.

Vorkommen

In der Erdkruste ist Germanium mit einer Konzentration von unter zwei Milligramm pro Kilogramm eines der weniger verbreiteten Elemente, ungefähr vergleichbar mit den schweren Seltenerdelementen; es bildet auch wenig eigene Minerale und keine separaten Lagerstätten. Die wichtigsten Minerale sind Germanit, Renierit, Argyrodit und Canfieldit. Fundstellen befinden sich besonders in Südafrika, im Kongo und in Namibia (im ehemaligen Deutschsüdwestafrika), aber auch im Mansfelder Kupfererz sind Germaniumverbindungen enthalten.

Produktion

Germanium wird zum Teil aus den Erzen Germanit und Renierit gewonnen. Allerdings fällt ein großer Teil des benötigten Germaniums bei der Verhüttung von Metallerzen anderer Metalle (zum Beispiel als Nebenprodukt beim Abbau von Zink) an. Das Rohgermanium muß noch aufbereitet werden. Für einige Anwendungen wird hochreines Germanium in Form von Einkristallen benötigt.

Weltweit werden jedes Jahr mehr als 150 Tonnen Germanium produziert.

Verwendung

Nach der Entwicklung des Germaniumtransistors im Jahr 1948 war das Element Germanium etwa zwei Jahrzehnte lang die Basis der Halbleiterelektronik, bis Silizium hinreichend rein produziert werden konnte, um als Halbleitermaterial zu dienen. In den 2010er Jahren wurden noch etwa 15 Prozent des produzierten Germaniums für Halbleiteranwendungen genutzt.

Germanium wird zur Herstellung von Transistoren und Dioden verwendet. Außerdem stellt man Spezialgläser für Infrarotgeräte unter Einsatz des Elements her. Als Legierungsbestandteil erhöht Germanium schon bei geringem Massenanteil die Härte der Werkstoffe oder verhindert das Anlaufen von Silber.

Verweise