germanium

Germanium er det 32. grunnstoffet i periodesystemet. Det har atomnummer 32, atommasse 72,63 og atomsymbol Ge.
Utdrag fra periodesystemet
Av .
Lisens: CC BY SA 4.0
Metallisk germanium har en sølvgrå farge.
Germanium
images-of-elements.com.
Lisens: CC BY 3.0

Germanium er et grunnstoff og et halvmetall. Det er en halvleder og er derfor viktig i elektronikken. Det ble brukt til å lage den første transistoren. Grunnstoffet har derfor blitt mye brukt i datamaskiner, mobiltelefoner og andre elektroniske apparater. Germanium tilhører gruppe 14 i periodesystemet.

Faktaboks

Uttale

germanium

Etymologi

av det latinske navnet på Tyskland, Germania

Engelsk navn
germanium
Atomsymbol
Ge
Atomnummer
32
Relativ atommasse
72,63
Smeltepunkt
937,4 °C
Kokepunkt
2830 °C
Massetetthet
5,323 g/cm³
Oksidasjontall
II, IV
Elektronkonfigurasjon
[Ar]3d¹⁰4s²4p²

Germanium er et sjeldent grunnstoff. I ren form er det sølvgrått, hardt og sprøtt. Atomene er satt sammen på samme måte som karbonatomene er satt sammen på i diamant.

Bruk

De første transistorene var laget av germanium. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.

Transistor (foto, eldre typer)
Av /KF-arkiv ※.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Halvleder

Germanium ble brukt halvlederindustrien i mange år, og på grunn av sine halvlederegenskaper ble germanium brukt til å lage den første transistoren. Silisium har senere tatt over som det viktigste halvledermaterialet fordi båndgapet i germanium er mindre enn for silisium.

For elektroniske formål kreves en ekstrem renhet, og man regner med at germanium og silisium er de grunnstoffene som er blitt fremstilt med størst renhet. Dette oppnås ved sonerensing som gir materialer hvor forurensingsmengden bare utgjør 1 del av 10 milliarder. Renheten er altså på 99,99999999  prosent.

Spesialglass og nattkikkerter

Germanium benyttes også i stor grad i spesialglass i form av germaniumoksid, GeO2. Disse glassene har høy brytningsindeks, noe som betyr at de bryter lys godt. Glass av denne typen benyttes derfor i vidvinkellinser. Glasset benyttes også i enkelte fiberoptiske kabler.

Enkelte GeO2-holdige glass har dessuten den egenskapen at de slipper gjennom infrarødt lys, noe som utnyttes i nattkikkerter og i varmebildekameraer. De viktigste anvendelsene av germanium er i optiske enheter for infrarød transmisjon.

Forekomst

Det finnes opp mot 2 prosent germanium i enkelte kullforekomster. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.

Kull
Av /KF-arkiv ※.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Germanium er et sjeldent grunnstoff som kun utgjør 0,00015 vektprosent (1,5 ppm) av jordskorpen. En større del av av germanium finnes i Jordens kjerne der konsentrasjonen er 37 ppm. Verdens reserver av germanium er beskjedne og anslått til kun 8 600 tonn. Kina og USA står til sammen for 86 prosent av de påviste reservene.

Germanium forekommer i mineralene argyroditt (4Ag2S · GeS2), germanitt (Cu6FeGeS8) og reomeritt. Disse mineralene er relativt sjeldne og utvinnes ikke.

Germanium finnes også i urent bly, sinkmalmer og asker av kull. Det finnes opp mot to prosent germanium i enkelte kullforekomster.

I kroppen

Germanium har ingen kjent biologisk rolle.

Forbindelsene germaniumhydrid (GeH4) og germaniumklorid (GeCl4) er svært giftige og ansees for å være de mest akutt giftige forbindelsene av germanium. Dyreforsøk viser at GeH4 forårsaker degenerative forandringer i blant annet nyrer og lever. Inhalert GeCl4 har betydelig irriterende virkninger i de øvre luftveiene hos forsøksdyr, og kan føre til akutt bronkitt.

De øvrige saltene av germanium er lite giftige for pattedyr, men dreper visse bakterier.

Det finnes matplanter som inneholder målbare mengder germanium, for eksempel hvitløk og ginseng. Konsentrasjonene er imidlertid så små at dette ikke utgjør noen helserisiko.

Historie

Plassering av Tyskland med naboland rundt, kart
Germanium er oppkalt etter det latinske navnet på Tyskland.
Tyskland og naboland
Av .
Lisens: CC BY NC 4.0

Den russiske kjemikeren Dmitrij Mendelejev hevdet allerede i 1871 da han satt opp periodesystemet at germanium måtte eksistere. Han ga det navnet eka-silisium.

Den tyske kjemikeren Clemens Winkler oppdaget grunnstoffet 15 år senere i mineralet argyroditt. Han ga det navnet germanium etter Germania, som er det latinske navnet for Tyskland.

I 1947 ble det oppdaget at germanium kunne brukes til å lage transistorer. Fra en verdensproduksjon på 100 kilogram per år i 1947, steg produksjonen snart til 150 tonn per år.

Fremstilling

Germanium utvinnes kommersielt fra rester ved gass- og kullforbrenning, og er et biprodukt ved fremstilling av sink. Et fellestrekk for fremstillingsmetodene er at germaniumtetraklorid, GeCl4 (kokepunkt 83,1 °C), blir raffinert ved destillasjon og hydrolysert med vann til germaniumdioksid, GeO2. Germanium blir til slutt fremstilt ved å redusere oksidet med hydrogen i grafittdigler ved 650 °C.

I 2021 var den samlede produksjon av germanium i verden 140 tonn, der Kina alene sto for 95 tonn.

Kjemiske egenskaper

Modell av strukturen i germaniumkrystaller (diamantstruktur). Til venstre: Enhetscellen. Til høyre: Et utsnitt av enhetscellen som viser hvordan hvert atom inne i krystallen er omgitt av fire andre atomer (firetallig symmetri).

Halvledere
Av /Store norske leksikon ※.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Germanium tilhører gruppe 14 i periodesystemet og er et halvmetall (metalloid). Det er hardt og sprøtt og har struktur som diamant. Det holder seg godt i luft ved romtemperatur på grunn av et beskyttende belegg av GeO2.

Det vanligste oksidasjonstrinnet til germanium i kjemiske forbindelser er +IV, mens +II er mindre vanlig.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg

Vi mangler fagansvarlig for Halvmetalliske grunnstoffer

Vil du bli fagansvarlig? Ta kontakt