| Symbool | Ge |
|---|---|
| Atoomnummer | 32 |
| Atoommassa | 72,630 u |
| Categorie | Metalloïde |
| Groep | 14 |
| Periode | 4 |
| Blok | p-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 938,25 °C |
| Kookpunt | 2833 °C |
| Dichtheid | 5,32 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Ar] 3d10 4s2 4p2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 4 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 2,01 |
| Oxidatiegetallen | +2, +4 |
| Ontdekt | 1886 door Clemens Winkler |
| Engelse naam | Germanium |
Eigenschappen van germanium
Germanium staat in groep 14 tussen silicium en tin en heeft eigenschappen van beide: het glanst als een metaal, maar is hard en bros en breekt als glas. Het kristalliseert in dezelfde diamantstructuur als silicium en koolstof. Germanium is een halfgeleider met een kleinere bandkloof dan silicium, waardoor elektronen er makkelijker doorheen bewegen maar het materiaal ook gevoeliger is voor warmte. Net als water en gallium zet het iets uit bij het stollen. Bij kamertemperatuur is germanium stabiel in lucht; pas boven ongeveer 600 °C vormt het germaniumdioxide (GeO2). Verdunde zuren tasten het nauwelijks aan, maar heet geconcentreerd salpeterzuur en gesmolten basen wel. In verbindingen heeft het meestal oxidatiegetal +4, soms +2. Germanium is transparant voor infrarood licht, terwijl het zichtbaar licht tegenhoudt. Natuurlijk germanium bestaat uit vijf isotopen; 76Ge vervalt zo traag dat het in de praktijk als stabiel geldt.
Naam. Clemens Winkler noemde het element naar Germania, de Latijnse naam voor Duitsland, zijn vaderland.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Germanium staat in periode 4 en groep 14 (koolstofgroep) van het periodiek systeem, in het p-blok.
Een neutraal atoom heeft 32 protonen in de kern en 32 elektronen, verdeeld over 4 schillen: 2, 8, 18, 4. Het periodenummer (4) is gelijk aan het aantal schillen.
Omdat het in groep 14 staat, heeft Germanium 4 valentie-elektronen in de buitenste schil; die bepalen hoe het reageert en bindingen vormt (zie chemische bindingen).
Buren in het systeem: links/ervoor: Gallium (Ga, 31); rechts/erna: Arseen (As, 33); erboven in dezelfde groep: Silicium (Si); eronder in dezelfde groep: Tin (Sn).
Andere elementen in groep 14: Koolstof, Silicium, Tin, Lood, Flerovium.
Voorkomen
Germanium is zeldzaam en zeer verspreid in de aardkorst, met ongeveer 1,5 gram per ton gesteente. Eigen ertsen, zoals argyrodiet waarin Winkler het ontdekte, zijn te schaars om te delven. Het meeste germanium wordt daarom gewonnen als bijproduct van zinkerts (sfaleriet) en uit de vliegas van bepaalde steenkolen. China levert het grootste deel van de wereldproductie. Na winning wordt germaniumdioxide gereduceerd tot metaal en daarna met zonesmelten extreem gezuiverd voor gebruik in elektronica en optica.
Toepassingen
- Germaniumdioxide wordt aan de kern van glasvezelkabels toegevoegd om de brekingsindex te verhogen, zodat het licht in de kern blijft.
- Lenzen en vensters van germanium laten infrarood door en zitten in warmtecamera's en nachtzichtapparatuur.
- Silicium-germaniumlegeringen worden gebruikt in snelle chips voor draadloze communicatie.
- Germaniumdetectoren meten gammastraling heel nauwkeurig, bijvoorbeeld in kerncentrales en natuurkundig onderzoek.
- Germaniumverbindingen dienen als katalysator bij de productie van PET-plastic voor flessen.
Veelgestelde vragen
Is germanium een metaal?
Germanium is een metalloïde: het ziet eruit als een glanzend metaal, maar het is bros en geleidt stroom veel slechter dan echte metalen. Het is een halfgeleider, net als silicium. Chemisch gedraagt het zich ook meer als een niet-metaal dan als een metaal.
Waarom werd germanium vervangen door silicium in chips?
Silicium is veel goedkoper en algemener, en het vormt een stevig oxidelaagje dat handig is bij het maken van chips. Bovendien werken germaniumtransistors slechter bij hogere temperaturen. Daarom stapte de industrie in de jaren zestig over op silicium, al wordt germanium nog steeds toegevoegd in snelle chips.
Waarom worden infraroodcamera's met germanium gemaakt?
Gewoon glas houdt het grootste deel van het warmte-infrarood tegen, maar germanium laat juist die golflengten goed door. Lenzen van germanium kunnen daardoor warmtestraling op een sensor bundelen. Ze zien er voor ons ondoorzichtig en metaalachtig uit, omdat germanium zichtbaar licht niet doorlaat.