Germanium

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Germanium
Periodiek systeem
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Germanium
Germanium
Algemeen
Naam Germanium
Symbool Ge
Atoomnummer 32
Groep Koolstofgroep
Periode Periode 4
Blok P-blok
Reeks Metalloïden
Kleur Grijswit
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u) 72,64
Elektronenconfiguratie [Ar]3d10 4s2 4p2
Oxidatietoestanden +2, +4
Elektronegativiteit (Pauling) 2,01
Atoomstraal (pm) 122
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 762,18
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1537,47
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 3302,15
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3) 5323
Hardheid (Mohs) 6,0
Smeltpunt (K) 1210
Kookpunt (K) 3123
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1) 36,9
Verdampingswarmte (kJ·mol−1) 330,9
Kristalstructuur Kub
Molair volume (m3·mol−1) 13,57·10−6
Geluidssnelheid (m·s−1) 5400
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1) 320
Elektrische weerstandΩ·cm) 4,6·107
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1) 59,9
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Germanium is een scheikundig element met als symbool Ge en atoomnummer 32. Het is een vrij hard grijswit metalloïde, dat behoort tot de koolstofgroep. Zuiver germanium is een halfgeleider.

Net zoals het vergelijkbare element silicium komt het in de natuur niet in zuivere vorm voor, maar gebonden aan andere elementen, zoals zuurstof. Het komt voor in verschillende mineralen, zoals argyrodiet, germaniet en renieriet. De abundantie van het element op Aarde is vrij laag: de hoeveelheid in de aardkorst bedraagt 1,4 tot 1,5 ppm.[1] In de oceaan komt het voor in concentraties van 50 nanogram per liter.[2] Dat is de reden waarom germanium pas op het einde van de 19e eeuw werd ontdekt.

Ontdekking[bewerken]

Toen het periodiek systeem voor het eerst werd voorgesteld was het element nog niet bekend. Mendelejev voorspelde in 1871 dat er een element zou zijn op de plaats onder silicium met een atoommassa net onder die van arseen. Hij noemde het eka-silicium.[3] Clemens Winkler bewees in 1886 dat deze voorspelling correct was en volgens de tradities van de wetenschap maakte hij van het voorrecht gebruik de provisorische naam door een permanente te vervangen. Hij vernoemde het naar de Latijnse benaming voor zijn vaderland, Germania. De atoommassa bleek 72,64 te zijn, inderdaad net iets minder dan de 74,92 van arseen. De voorspelling van het bestaan en de eigenschappen van germanium en ook van de elementen gallium en scandium door Mendelejev was een belangrijke overwinning voor de geloofwaardigheid van het periodiek systeem.

Toepassingen[bewerken]

Germanium kan gedoteerd worden met 5-waardige elementen zoals fosfor, arseen en antimoon (N-type) of 3-waardige elementen als boor, aluminium, gallium en indium (P-type) en vindt uitgebreid toepassing als halfgeleider.

Voordat ultrazuivere eenkristallen van silicium beschikbaar werden in de jaren 70 was germanium de voornaamste halfgeleider in het transistortijdperk. Omdat silicium goedkoper is en een wat grotere band gap heeft, heeft dat element germanium nadien voor een groot deel verdrongen, maar er zijn nog steeds veel toepassingen, vooral daar waar de kleinere band gap een voordeel is.

Germanium kan men vinden in legeringen, nachtzichtcamera's, glasvezeloptiek en de katalyse van polymerisatiereacties. Het oxide heeft een hoge brekingsindex en wordt toegepast in groothoeklenzen en objectieflenzen in microscopen.

Het element is transparant voor een groot gedeelte van het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum en het wordt veel in infraroodtechnologie toegepast, bijvoorbeeld als venstermateriaal in de spectroscopie.[3] Ook als element voor totale interne reflectiespectroscopie (ATR-FTIR) wordt het gebruikt. Deze vorm van infraroodspectroscopie is vooral veelbelovend voor het onderzoek van biologische materialen zoals eiwitten in water zonder isotoopvervanging. Water is een moeilijk medium voor veel spectroscopische technieken omdat het zelf sterk een deel van het infrarood gebied absorbeert, tenzij men de waterstofatomen door deuterium vervangt.

Opmerkelijke eigenschappen[bewerken]

Germanium is een halfgeleider met een kubische kristalstructuur en een band gap van 0,9 eV. Door zonesmelten kunnen grote kristallen met hoge zuiverheid (1 vreemd atoom per 1010) gemaakt worden.[3]

Omdat germanium in de koolstofgroep thuishoort is er een groot aantal organo-germaniumverbindingen en verbindingen die analoog zijn aan de siliciumverbindingen. Het vormt een verbinding GeH4 (germaan) die analoog is aan methaan, maar bekender zijn het oxide GeO2 analoog aan SiO2 en germanaten analoog aan de silicaten. Het element heeft met de zwaardere leden van de groep gemeen dat het Ge2+-ionen kan vormen, maar het oxidatiegetal 4+ is toch algemener.

Verschijning[bewerken]

Germanium komt voor in het mineraal argyrodiet (een zilvergermaniumsulfide), het zeldzame renieriet, (Cu,Zn)11(Ge,As)2Fe4S16 en het eveneens zeldzame germaniet, dat voor 8% uit germanium bestaat, maar vooral ook in koolafzettingen en zinkertsen.[3] Het wordt voornamelijk als bijproduct gewonnen bij de productie van zink en de verbranding van bepaalde koolsoorten. Het kan gezuiverd worden door fractionele destillatie van het vluchtige tetrachloride GeCl4.[3]

Isotopen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Isotopen van germanium voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Meest stabiele isotopen
Iso RA (%) Halveringstijd VV VE (MeV) VP
68Ge syn 270,8 d EV 2,921 68Ga
70Ge 21,23 stabiel met 38 neutronen
71Ge syn 11,43 d EV 2,971 71Ga
72Ge 27,66 stabiel met 40 neutronen
73Ge 7,73 stabiel met 41 neutronen
74Ge 35,94 stabiel met 42 neutronen
76Ge 7,44 stabiel met 44 neutronen

Van germanium komen vijf stabiele isotopen voor. Daarnaast is er een aantal radioactieve isotopen bekend met halveringstijden van enkele dagen tot enkele minuten. Zo is 63Ge maar 31 seconden en 65Ge maar 15 minuten aantoonbaar.

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Begin 21e eeuw heeft onderzoek aangetoond dat enkele organische germaniumverbindingen een gunstige invloed kunnen hebben op de aanmaak van bloedcellen (rode en witte). Hierdoor kunnen deze verbindingen in toekomst mogelijk worden gebruikt om bijvoorbeeld schade die na chemotherapie ontstaat, sneller te herstellen. Aangezien deze verbindingen een remmende werking op neurotransmitters kunnen hebben, kunnen zij ook worden ingezet als pijnstillers.

Sommige germaniumverbindingen vertonen weinig toxiciteit voor zoogdieren maar zijn wel dodelijk voor bacteriën.

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. (en) List of Periodic Table Elements Sorted by Abundance in Earth's crust, Israel Science and Technology
  2. (en) The Element Germanium, Jefferson Lab
  3. a b c d e (en) Hammond, C. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 1975-1976, B-16, B-17
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek