Was ist Germanium?
Germanium ist ein grauweißer, harter, spröder Feststoff.
Germanium hat das Elementsymbol Ge, die Ordnungszahl 32 und die CAS-Registriernummer 7440-56-4. Es wird als „halbmetallisches Element“ eingestuft, ein Stoff, der zwischen einem Metall und einem Nichtmetall liegt. Es wird in der Natur aus Erzen und Böden gewonnen und wurde 1885 von dem deutschen Wissenschaftler Winkler entdeckt. Es ist eine sehr seltene Substanz, die als seltenes Metall eingestuft wird, da es auf der Erde nur zu etwa 0,00014 % vorkommt und seine Gewinnung begrenzt ist.
Germaniumverbindungen lassen sich grob in zwei Arten einteilen: organische Germaniumverbindungen und anorganische Germaniumverbindungen.
Anwendungen von Germanium
Die beiden wichtigsten Verwendungszwecke von Germanium sind:
1. Anorganisches Germanium
Anorganisches Germanium, z. B. Germaniumoxid, wird als industrieller Rohstoff in Dioden, Transistoren, Infrarotlinsen für Nachtsichtkameras, optischen Fasern, Katalysatoren für die Herstellung von PET-Flaschen, Gesundheitszubehör wie Armbändern und Germaniumbädern verwendet.
Germaniumoxid eignet sich aufgrund seines hohen Brechungsindex und seiner geringen optischen Dispersion besonders gut als Dotierstoff für den Kern von Weitwinkelkameras, Mikroskopen und Lichtleitfasern. Germanium kann mit Silizium legiert werden, und die Heteroübergangseigenschaften von Germanium und Silizium sorgen für schnelle Schaltungen, wodurch Silizium-Germanium-Legierungen zu einem wichtigen Halbleitermaterial für integrierte Hochgeschwindigkeitsschaltungen werden. Halbleiterdetektoren aus einkristallinem, hochreinem Germanium werden auch in der Flughafensicherheit eingesetzt, um Strahlungsquellen zu erkennen.
2. Organisches Germanium
Während anorganisches Germanium wasserunlöslich ist und sich im Körper anreichert und dort Schaden anrichtet, wird organisches Germanium vor allem in Reformkost und Kosmetika verwendet, da es wasserlöslich ist und auch in Pflanzen vorkommt, die als gesundheitsfördernd gelten, wie Ginseng und Aloe.
Eigenschaften von Germanium
Germanium hat einen Schmelzpunkt von 937 °C und einen Siedepunkt von 2850 °C. Es liegt bei Raumtemperatur als Feststoff vor und hat im festen Zustand eine Dichte von 5,35 g/cm3. Es ist in verdünnten Säuren und Laugen unlöslich, löst sich jedoch langsam in heißen konzentrierten Schwefel- und Salpetersäuren und reagiert heftig mit geschmolzenen Alkalien unter Bildung von Germanaten ([GeO4]4-). Es hat eine engere Bandlücke (0,7 eV) als Silizium, was es zu einem nützlichen Element als Halbleiter macht.
Struktur von Germanium
Germanium weist drei verschiedene Kristallstrukturen auf, die von Temperatur und Druck abhängen. Bei Raumtemperatur und Druck hat es eine kubische Struktur ähnlich wie Diamant, genannt α-Germanium, und bei höherem Druck eine tetragonale Struktur ähnlich wie β-Zinn, genannt β-Germanium. Es gibt auch eine Struktur, die Germanium genannt wird. Sie wird durch ein ähnliches Verfahren wie Graphen hergestellt, wobei ein Hochvakuum und eine hohe Temperatur verwendet werden, um Schichten von Germaniumatomen auf einem Substrat abzuscheiden, und gilt als Material mit reicheren physikalischen Eigenschaften als Graphen.
Weitere Informationen zu Germanium
1. Herstellung von Germanium
Germanium wird hauptsächlich aus Sphalerit gewonnen, kommt aber auch in Silber-, Blei- und Kupfererzen vor. Germanium in Erzen ist meist ein Sulfid, das durch Erhitzen an der Luft in Oxid umgewandelt wird (GeS2+3O2→GeO2+2SO2). Hochreines Germaniumoxid kann mit Wasserstoff reduziert werden (GeO2+2H2→Ge+2H2O), um Produkte zu erhalten, die für die Infrarotoptik und die Halbleiterproduktion geeignet sind, während die Reduktion mit Koks (GeO2+C→Ge+CO2) Produkte für die Stahlproduktion und Industrieprodukte ergibt.
2. Vorsichtsmaßnahmen für die Handhabung und Lagerung
Bei der Handhabung und Lagerung sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:
- Behälter dicht verschließen und an einem trockenen, kühlen und dunklen Ort lagern.
- Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden.
- Kontakt mit starken Oxidationsmitteln ist zu vermeiden.
- Bei der Verwendung Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen.
- Nach der Handhabung die Hände gründlich waschen.
- Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen.
- Bei Berührung mit den Augen mehrere Minuten lang sorgfältig mit Wasser ausspülen.