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Germanium

 

das, -s, chemisches Symbol Ge, ein chemisches Element aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems. Germanium ist ein sehr sprödes, grauweißes Halbmetall, das bei Temperaturen über 500 ºC plastisch verformbar ist. An der Luft und gegen nicht oxidierende Säuren ist Germanium beständig, mit oxidierenden Säuren bildet Germanium eine passivierende Schicht von Germaniumdioxid, GeO₂; es bildet mit einigen Metallen niedrigschmelzende Legierungen. Aufgrund seiner besonderen Kristallstruktur (die Germaniumatome bilden ein Diamantgitter) ist Germanium in seinen durch Dotierung stark beeinflussbaren elektrischen Eigenschaften ein dem Silicium ähnlicher Halbleiter, während es in anderen Eigenschaften dem Zinn ähnelt. In der Natur ist Germanium selten; es kommt in den Mineralen Argyrodit und Germanit vor. In seinen Verbindungen ist Germanium zwei- und vierwertig. Germaniumwasserstoffe, GenH_{2n+ 2} (n = 1-9), entsprechen formal den Kohlenwasserstoffen; sie sind stabiler als die entsprechenden Silane. Aus Germaniumdioxid, GeO₂, und Alkalien oder mit anderen stärker basischen Metalloxiden entstehen Germanate, mit den allgemeinen Zusammensetzungen M¹₄GeO₄ oder M¹₂GeO₃ (z. B. Mg₂GeO₄, Na₂GeO₃).

 

Gewinnung:

 

Germanium fällt meist als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Metalle oder als Flugasche an; aus den Aufschlusslösungen wird es als Germaniumsulfid oder -Oxid ausgefällt und mit konzentrierter Salzsäure in Germanium(IV)-chlorid, GeCl₄, überführt. Nach mehreren Reinigungsschritten gewinnt man daraus durch Hydrolyse Germaniumdioxid, GeO₂, in reiner Form, das im Wasserstoffstrom bei 650 ºC zu Germaniumpulver reduziert und schließlich in Quarzschiffchen zu kleinen Barren umgeschmolzen wird. Die Hochreinigung für elektronische Zwecke geschieht durch Zonenschmelzen; der Reinheitsgrad wird stets nach dem spezifischen elektrischen Widerstand einer Probe beurteilt. Die Züchtung von Einkristallen aus hochreinem Germanium erfolgt überwiegend nach dem Czochralski-Verfahren (Kristallzüchtung).

 

Verwendung:

 

Das von der Halbleitertechnologie zunächst für Halbleiterdioden (seit 1942), Transistoren, Photozellen u. a. verwendete Germanium ist heute weitgehend durch Silicium oder Galliumverbindungen ersetzt, wird aber noch für bestimmte Sonderzwecke genutzt (Germaniumbauelemente). - Da Germanium und Germaniumoxid für kurzwellige Infrarotstrahlen weitgehend durchlässig sind, werden aus ihnen gefertigte optische Bauelemente in Infrarotspektroskopen und -geräten verwendet. Germaniumlegierungen dienen außerdem zum Bau von elektrischen Mess- und Schaltgeräten.

 

Germanium wurde 1886 von C. Winkler als Bestandteil des bei Freiberg vorkommenden Minerals Argyrodit entdeckt. Die physikalischen Eigenschaften des Germaniums waren als die des Eka-Siliciums (Eka-Elemente) von D. I. Mendelejew schon 1871 vorausgesagt worden.