Das chemische Element Germanium hat die Ordnungszahl 32 und die Bezeichnung Ge. Es ähnelt im Aussehen Silizium und ist hart, spröde und glänzend. Es ist ein Metalloid in der Kohlenstoffgruppe und teilt chemische Eigenschaften mit seinen Kollegen in dieser Gruppe, Silizium und Zinn. Ähnlich wie Silizium interagiert Germanium auf natürliche Weise mit Sauerstoff, um Komplexe zu bilden.
Germanium wurde relativ spät in der Geschichte der Elemente gefunden, da es selten in hoher Konzentration vorkommt. In Bezug auf die proportionale Häufigkeit unter den Elementen in der Erdkruste liegt Germanium nahe an einundfünfzig. Aufgrund seiner Position im Periodensystem sagte Dmitri Mendeleev 1869 seine Existenz und einige seiner Eigenschaften voraus und nannte das Element Ekasilicium. Dieses neue Element wurde 1886 von Clemens Winkler an der Universität Freiberg im Mineral Argyrodit zusammen mit Silber und Schwefel entdeckt. Winkler benannte das Element nach seiner deutschen Heimatstadt. Germanium wird wirtschaftlich aus Sphalerit, der Hauptquelle für Zink, sowie aus Silber-, Blei- und Kupfererzen gewonnen.
Transistoren und andere elektrische Geräte verwenden das Halbleiterelement Germanium. In der Vergangenheit war Germanium das einzige Material, das im ersten Jahrzehnt der Halbleiterbauelemente verwendet wurde. Derzeit sind Leuchtdioden, Solarzellenanwendungen, Infrarotoptik und faseroptische Geräte die wichtigsten Endanwendungen. (LEDs). Germaniummaterialien werden bei der Herstellung von Nanodrähten und als Polymerisationskatalysatoren verwendet. Tetraethylgermanium, eine der vielen nützlichen Organogermaniumverbindungen, die dieses Element herstellen kann, wird in der metallorganischen Chemie verwendet. Ein für die Technik sehr wichtiger Bestandteil ist Germanium.
Es wird angenommen, dass kein Lebewesen Germanium als wesentlichen Bestandteil benötigt. Natürliche Germaniummoleküle neigen dazu, in Wasser unlöslich zu sein und haben eine geringe orale Toxizität, genau wie Silizium und Aluminium. Chemisch reaktive synthetische Germaniumverbindungen, die Halogen und Wasserstoff enthalten, sind jedoch reizend und toxisch, während synthetische lösliche Germaniumsalze nephrotoxisch sind.
Geschichte des Germaniums
Der russische Chemiker Dmitri Mendeleev sagte 1869 in seinem Bericht über das Periodengesetz der chemischen Elemente die Existenz mehrerer unentdeckter chemischer Elemente voraus, darunter ein Element aus der Kohlenstofffamilie, das eine Lücke zwischen Silizium und Zinn füllen würde. Mendelejew nannte dieses Element aufgrund seiner Position im Periodensystem Ekasilisium (Es) und bestimmte sein Atomgewicht zu 70. (später 72).
Aufgrund der hohen Silberkonzentration wurde Mitte 1885 in einem Bergwerk bei Freiberg in Sachsen ein neues Mineral namens Argyrodit gefunden. Clemens Winkler, ein Wissenschaftler, untersuchte dieses neue Mineral, das sich als eine Mischung aus Silber, Schwefel und einem brandneuen Element herausstellte. 1886 gelang es Winkler, das neue Element zu extrahieren und entdeckte, dass es Antimon ähnelt. Zuerst hielt er das neue Element für Eka-Antimon, erkannte aber bald, dass es sich tatsächlich um Eka-Silizium handelte. Vor der Veröffentlichung seiner Ergebnisse beschloss Winkler, sein neues Element Neptunium zu nennen, da die Existenz des neu entdeckten Planeten Neptun im Jahr 1846 ebenfalls mathematisch vorhergesagt wurde.
Ein anderes vorgeschlagenes chemisches Element trug jedoch bereits den Namen "Neptunium". (allerdings nicht das Element, das jetzt Neptunium heißt und 1940 entdeckt wurde).
Winkler ehrte seine Heimat mit der Benennung des neuen Elements Germanium (abgeleitet vom lateinischen Begriff Germania, was Deutschland bedeutet). Netzwerk8GeS6 Es wurde experimentell gezeigt, dass. Da dieses neue Element einige Ähnlichkeiten mit den Elementen Arsen und Antimon aufweist, ist sein richtiger Platz im Periodensystem umstritten, aber die von Dmitri Mendelejew vorhergesagten Ähnlichkeiten mit dem Element "Ekasilicium" bestätigen diesen Platz. Die chemischen Eigenschaften des neuen Elements bestätigte Winkler 1887 anhand von Zusatzstoffen aus 500 kg sächsischem Erz.
Außerdem berechnete er das Atomgewicht von gereinigtem Germaniumtetrachlorid (GeCl4) zu 72.32, und Lecoq de Boisbaudran verglich die Linien im Funkenspektrum des Elements und kam auf einen Wert von 72.3.
Tetraethylgerman (Ge(C), das erste Organogerman2H5)4) und andere neue Germaniumverbindungen wie Fluoride, Chloride, Sulfide und Dioxide wurden alle von Winkler hergestellt. Dieser Befund war eine wichtige Bestätigung von Mendeleevs Theorie der elementaren Periodizität, da die physikalischen Informationen dieser Verbindungen seinen Vorhersagen sehr gut entsprachen.
Germanium galt bis Ende der 1930er Jahre als schlecht leitendes Metall. Wirtschaftliche Bedeutung erlangte Germanium erst dann, als seine Fähigkeiten als elektronischer Halbleiter nach 1945 erkannt wurden. Während des Zweiten Weltkriegs wurden kleine Mengen Germanium in mehreren einzigartigen elektrischen Geräten, hauptsächlich Dioden, verwendet. Punktkontakt-Schottky-Dioden wurden während des Krieges häufig verwendet, um Radarimpulse zu identifizieren. 1955 wurden die ersten Silizium-Germanium-Verbindungen hergestellt. Vor 1945 produzierten Schmelzhütten nur wenige hundert Kilogramm Germanium pro Jahr, während Ende der 1950er Jahre die weltweite Jahresproduktion auf 40 Tonnen anstieg.
Dank der Erfindung des Germaniumtransistors im Jahr 1948 hat die Festkörperelektronik unzählige Anwendungen. Diese Industrie erweiterte den Germaniummarkt von den 1950er bis in die frühen 1970er Jahre, begann dann aber, Germanium in hochreinen Siliziumtransistoren, Dioden und Gleichrichtern zu ersetzen.
Fairchild Semiconductor wurde beispielsweise 1957 gegründet, um Siliziumgeräte herzustellen. Silizium hatte zwar bessere elektrische Eigenschaften, erforderte aber einen viel höheren Reinheitsgrad, als es in den Anfängen der Halbleiterelektronik wirtschaftlich möglich war.
Inzwischen ist die Nachfrage nach Germanium aufgrund seiner Verwendung in Polymerisationskatalysatoren, Infrarot-Nachtsichtgeräten und faseroptischen Kommunikationsnetzen stark gestiegen.
Im Jahr 2000 entfielen 85 % des weltweiten Germaniumverbrauchs auf diese letztgenannten Anwendungen.
Germanium wurde von der US-Regierung als strategisches und lebenswichtiges Material definiert, und 1987 wurden 132 Tonnen für den nationalen Verteidigungsbestand benötigt.
Die Germanium-Versorgung ist im Gegensatz zur Silizium-Versorgung durch die Verfügbarkeit abbaubarer Ressourcen beschränkt; Da Silizium aus gewöhnlichem Sand und Quarz gewonnen wird, ist es nur durch seine Produktionskapazität begrenzt. 1998 konnte Silizium für weniger als 10 $ pro kg gekauft werden, während Germanium etwa 800 $ pro kg kostete.
Quelle: Wikipedia
📩 02/04/2023 19:52