Germanium

Germanium
 [Ar] 3d10 4s2 4p2
74Ge
32
 
        
        
                  
                  
                                
                                
↓ Periodická tabulka ↓
Germanium.jpg
Obecné
Název, značka, čísloGermanium, Ge, 32
Cizojazyčné názvylat. Germanium
Skupina, perioda, blok14. skupina, 4. perioda, blok p
Chemická skupinaPolokovy
Koncentrace v zemské kůře5,4 až 7,0 ppm
Koncentrace v mořské vodě0,00007 mg/l
VzhledŠedobílý pevný kov
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost72,64
Atomový poloměr122 pm
Kovalentní poloměr122 pm
Van der Waalsův poloměr211 pm
Iontový poloměr53 pm
Elektronová konfigurace[Ar] 3d10 4s2 4p2
Oxidační čísla−IV, II, IV
Elektronegativita (Paulingova stupnice)2,01
Ionizační energie
První762 KJ/mol
Druhá1537,5 KJ/mol
Třetí3302,1 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustavaKrychlová
Molární objem13,63×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota5,323 g/cm3
SkupenstvíPevné
Tvrdost6,0
Tlak syté páry100 Pa při 2023K
Rychlost zvuku5400 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost60,2 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání938,25 °C (1 211,4 K)
Teplota varu2832,85 °C (3 106 K)
Skupenské teplo tání34,94 KJ/mol
Skupenské teplo varu334 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita23,222 Jmol−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor1 Ω·m (20 °C)
Standardní elektrodový potenciál0,247 V
Magnetické chováníDiamagnetický
Germanium spectrum visible.png
Bezpečnost
GHS02 – hořlavé látky
GHS02
GHS08 – látky nebezpečné pro zdraví
GHS08
GHS09 – látky nebezpečné pro životní prostředí
GHS09
[1]
Varování[1]
R-větyR11
S-větyS9, S16, S29, S33
Izotopy
IV (%)ST1/2ZE (MeV)P
68Geumělý270,93 dníε0,107 268Ga
69Geumělý39,05 hodinε β+2,227 169Ga
70Ge21,23%je stabilní s 38 neutrony
71Geumělý11,43 dníε0,232 671Ga
72Ge27,66%je stabilní s 40 neutrony
73Ge7,73%je stabilní s 41 neutrony
74Ge35,94%je stabilní s 42 neutrony
75Geumělý82,78 minutyβ1,17775As
76Ge7,44%1,78×1021 rokuβ , β-76Se
77Geumělý11,30 hodinyβ2,70277As
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Si
GalliumGeArsen

Sn

Germanium (chemická značka Ge, latinsky Germanium) je vzácný šedobílý polokovový prvek, nalézající největší uplatnění v polovodičovém průmyslu.

Charakteristika

Poměrně velmi řídce se vyskytující polokov, nalézající se obvykle jako příměs v rudách zinku a stříbra. Germanium vytváří sloučeniny v mocenství: Ge−4, Ge2+ a Ge4+ .

Objevil jej roku 1886 německý chemik Clemens A. Winkler a pojmenoval jej podle své vlasti. Zajímavé je, že jeho existence byla předpovězena tvůrcem periodické tabulky prvků, ruským chemikem Dmitrijem Ivanovičem Mendělejevem, který jej nazýval eka-silicium a poměrně přesně určil základní fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto v té době ještě neznámého prvku.

V pevném skupenství se germanium chová jako polovodič, a to jak v krystalické, tak v amorfní fázi. Naproti tomu v kapalném skupenství je germanium kovem, podobně jako např. rtuť.

Výskyt a výroba

Germanium je v zemské kůře značně vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 5–7 ppm (mg/kg). V mořské vodě je jeho koncentrace mimořádně nízká, pouze 0,07 mikrogramu germania v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom germania přibližně 30 milionů atomů vodíku.

V horninách se vyskytuje vždy pouze jako příměs v rudách zinku a stříbra, ale bývá obsaženo jako stopová příměs v mnoha ložiscích uhlí. Z minerálů se velmi vzácně setkáme se směsným sulfidem, stříbra a germania argyroditem o složení Ag8GeS6.

Germanium se průmyslově získává ze zbytků po zpracování zinkových rud a z popele po spalování uhlí s jeho zvýšeným obsahem. Po vyredukování kovu s čistotou přibližně 99 % se germanium o vysoké čistotě připravuje metodou zonálního tavení (viz křemík).

Další metodou získávání vysoce čistého germania je frakční destilace těkavého chloridu germaničitého GeCl4.

Využití

  • Zájem o germanium nastal v 50. letech minulého století, kdy byly připraveny první tranzistory a další elektronické součástky na bázi vysoce čistého germania. Během dalších desetiletí bylo germanium nahrazeno křemíkem, jenž se vyskytuje v přírodě v daleko větší míře, pouze bylo nutno vyvinout postupy pro jeho průmyslovou výrobu v čistotě minimálně 99,9999 %. Germanium je však nadále používáno pro polovodičové diody.
  • I současné době se germanium používá v průmyslové výrobě polovodičů jako germanid křemíku (SiGe) pro výrobu integrovaných obvodů s vysokou rychlostí přenosu signálu. Je také součástí obvodů, které reagují na elektromagnetické vlnění v infračervené oblasti spektra. Využívá se tedy v radarové technice. Nyní tato použití poněkud klesá ve prospěch aplikací v optice.
  • Důležité uplatnění má germanium při výrobě světlovodné optiky, protože jeho přítomnost v materiálu optických vláken podstatným způsobem zvyšuje index lomu materiálu. Tato vlastnost se uplatní i ve výrobě speciálních optických součástek jako jsou čočky pro kamery s širokým úhlem záběru nebo optika pro zpracování signálu v infračervené oblasti spektra (např. v přístrojích pro noční vidění). Vysoký světelný lom dodává optickému sklu také oxid germaničitý GeO2.
  • Germaniové generátory mění teplo na elektrickou energii.
  • Slitiny germania mají zajímavé vlastnosti – slitina se zlatem (tzv. klenotnická pájka) se při chladnutí roztahuje, slitina s mědí a zlatem je vhodná v zubním lékařství.
  • Gadoliniovo-germaniové granátoidy (GGG) se používají v laserové technice.

Odkazy

Reference

  1. a b Germanium. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-24]. Dostupné online. (anglicky) 

Literatura

  • Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

GHS-pictogram-flamme.svg
Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) pictogram for flammable substances
GHS-pictogram-silhouette.svg
Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) pictogram for substances hazardous to human health.
GHS-pictogram-pollu.svg
Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) pictogram for environmentally hazardous substances
Germanium spectrum visible.png
Autor: McZusatz (talk), Licence: CC0
Germanium spectrum; 400 nm - 700 nm
Germanium.jpg
Autor: by Gibe (selfmade), Licence: CC-BY-SA-3.0
elementares Germanium