Qu’est-ce que le germanium ?
Le germanium est un solide blanc grisâtre, dur et cassant.
Le symbole élémentaire du germanium est Ge, son numéro atomique est 32 et son numéro d’enregistrement CAS est 7440-56-4. Il est classé comme un “élément semi-métallique”, une substance intermédiaire entre un métal et un non-métal. Il est extrait des minerais et du sol dans la nature et a été découvert par le scientifique allemand Winkler en 1885. Il s’agit d’une substance très rare, classée parmi les métaux rares, puisqu’il n’en existe qu’environ 0,00014 % sur Terre et que son extraction est limitée.
Les composés du germanium peuvent être classés en deux catégories : les composés organiques et inorganiques du germanium.
Utilisations du germanium
Les deux principales utilisations du germanium sont les suivantes :
1. Le germanium inorganique
Le germanium inorganique, tel que l’oxyde de germanium, est utilisé comme matière première industrielle dans les diodes, les transistors, les lentilles infrarouges pour les caméras de vision nocturne, les fibres optiques, les catalyseurs dans la fabrication de bouteilles en PET, les accessoires de santé tels que les bracelets et les bains de germanium.
L’oxyde de germanium est particulièrement utile comme dopant dans le cœur des caméras grand angle, des microscopes et des fibres optiques. Cela est rendu possible en raison de son indice de réfraction élevé et de sa faible dispersion optique. Le germanium peut être allié au silicium. Les propriétés d’hétérojonction du germanium et du silicium rendent les circuits rapides, ce qui fait des alliages silicium-germanium un matériau semi-conducteur important pour les circuits intégrés à grande vitesse. Les détecteurs de semi-conducteurs en germanium monocristallin de haute pureté sont également utilisés dans la sécurité des aéroports pour détecter les sources de rayonnement.
2. Le germanium organique
Alors que le germanium inorganique est insoluble dans l’eau et s’accumule dans l’organisme, causant des dommages, le germanium organique est principalement utilisé dans les aliments diététiques et les cosmétiques. La raison étant sa solubilité dans l’eau et le fait qu’on le trouve également dans des plantes réputées bonnes pour l’organisme, telles que le ginseng et l’aloès.
Propriétés du germanium
Le germanium a un point de fusion de 937°C et un point d’ébullition de 2 850°C. Il existe sous forme solide à température ambiante et a une densité de 5,35 g/cm3 à l’état solide. Il est insoluble dans les acides et les alcalis dilués. Toutefois, il se dissout lentement dans les acides sulfuriques ainsi que dans les nitriques concentrés chauds. Il réagit ainsi violemment avec les alcalis fondus pour former des germanates ([GeO4]4-). Sa bande interdite est plus étroite (0,7 eV) que celle du silicium, ce qui en fait un élément utile en tant que semi-conducteur.
Structure du germanium
Le germanium présente trois structures cristallines différentes, en fonction de la température et de la pression. À température et pression ambiantes, il présente une structure cubique similaire au diamant, appelée “α-germanium”. À des pressions plus élevées, il présente une structure tétragonale similaire au β-étain, appelée “β-germanium”. Il existe également une structure appelée “germanène”, qui est créée par un processus similaire à celui du graphène. C’est-à-dire, en utilisant un vide poussé et une température élevée pour déposer des couches d’atomes de germanium sur un substrat. Le germanène est considéré comme un matériau aux propriétés physiques plus riches que le graphène.
Autres informations sur le germanium
1. Comment le germanium est-il produit ?
Le germanium est produit principalement à partir de la sphalérite, mais on le trouve également dans les minerais d’argent, de plomb et de cuivre. Le germanium contenu dans les minerais est principalement du sulfure, qui est transformé en oxyde en les chauffant à l’air (GeS2+3O2→GeO2+2SO2). L’oxyde de germanium de haute pureté peut être réduit avec de l’hydrogène (GeO2+2H2→Ge+2H2O) pour obtenir des produits adaptés à l’optique infrarouge et à la production de semi-conducteurs. La réduction avec du coke (GeO2+C→Ge+CO2) permet quant à elle d’obtenir des produits destinés à la production d’acier et de produits industriels.
Précautions de manipulation et de stockage
Les précautions de manipulation et de stockage sont les suivantes :
- Fermer hermétiquement les récipients et les stocker dans un endroit sec, frais et sombre.
- L’utiliser uniquement à l’extérieur ou dans des zones bien ventilées.
- Éviter tout contact avec des agents oxydants puissants.
- Porter des gants et des lunettes de protection lors de l’utilisation.
- Se laver soigneusement les mains après manipulation.
- En cas de contact avec la peau, la rincer immédiatement à l’eau.
- En cas de contact avec les yeux, les rincer soigneusement à l’eau pendant plusieurs minutes.