Germanium

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem
der Elemente und Eigenschaften
Atombau
Ordnungszahl: 3232 Protonen
32 Elektronen
4. Periode4 besetzte Elektronenschalen
IV. Hauptgruppe4 Außenelektronen
Elektronenkonfiguration im GrundzustandAr 3d1 04s24p2
Elektronegativität1,8
Ionisierungsenergie in eV7,899
häufigste OxidationszahlenIV; II; -IV
Atommasse des Elements in u72,59
Atomradius in 10- 1 0m1,22
Ionenradius in 10- 1 0m0,53 (+4)
Aggregatzustand im Normalzustandfest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in Bild bei 25 °C5,32
Härte nach Mohs6
Schallgeschwindigkeit in Bild5410
Schmelztemperatur in °C937
spezifische Schmelzwärme in Bild477,89
Siedetemperatur in °C2830
spezifische Verdampfungswärme in Bild4517,28
Standardentropie S0 in Bild31
Wärmeleitfähigkeit in Bild bei 27 °C59,9
spezifische Wärmekapazität in Bild0,3083
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3 Bild
spez. elektrischer Widerstand in Bild0,04662
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,
Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)
0,000 56

Bild
Germanium

Isotope des Elements

In der Natur kommt Germanium als ein Gemisch aus fünf stabilen Isotopen und einem radioaktiven, sehr langlebigen Isoptop vor. Weiterhin sind noch 21 künstliche, radioaktive Isotope mit vergleichsweise kurzen Halbwertszeiten bekannt.

Ordnungszahl ZMassenzahl AAtommasse in uHäufigkeit
in %
Art der Strahlung
und Energie in MeV
Halbwertszeit
327069,924 25220,5%
7271,922 08227,4%
7372,923 4627,8%
7473,921 18136,5%
7574,922künstlichβ Bild: 1,282 min.
7675,921 4057,8% 1,53 x 102 1a
7776,923künstlichβ Bild: 2,911 h

Energieniveauschema

Bild

Weitere Eigenschaften

Germanium ist ein Halbmetall. Es weist eine grau-weiße Färbung auf und ist sehr spröde. Seine elektrische Leitfähigkeit ist bei Normalbedingungen sehr gering, steigt aber mit der Erhöhung der Temperatur an (Halbleiter). Die elektrische Leitfähigkeit kann außerdem durch Dotieren mit Fremdatomen erhöht werden. Im chemischen Verhalten ähnelt Germanium dem Silicium. Es ist zwar ziemlich reaktionsträge, lässt sich aber mit Sauerstoff zur Reaktion bringen. Dazu muss es stark erhitzt werden. Auch mit Halogenen reagiert das Element. Gegenüber verdünnten Säuren ist das Element stabil, geht aber beispielsweise mit konzentrierter Salpetersäure Reaktionen ein.

Entdeckung

Das Element Germanium wurde vom deutschen Chemiker CLEMENS WINKLER (1838-1904) entdeckt. Den Namen erhielt das Element von WINKLER zu Ehren seiner Heimat (lat. für Deutschland Germania). Bei den Untersuchungen erwies sich, dass dieses Element sehr ähnliche Eigenschaften aufwies, wie das von MENDELEJEW vorausgesagte Eka-Silicium. Das Vorhandensein eines solchen Elements wurde von MENDELEJEW angenommen, da sein Periodensystem noch Lücken aufwies. Der Nachweis des neuen Elements stellte einen wesentlichen Beweis für die Richtigkeit des Periodensystems dar.

Vorkommen/Herstellung

Germanium gehört zu den eher seltenen Elementen (46. Stelle der Häufigkeit). Seine Verbindungen sind in unterschiedlichen Mineralen in relativ niedrigem Massenanteil vorhanden. Die wichtigsten Minerale sind Germanit, Renierit, Argyrodit und Canfieldit. Fundstellen befinden sich besonders in Südafrika, in Kongo und Namibia, aber auch im Mansfelder Kupfererz sind Germaniumverbindungen enthalten. Germanium wird zum Teil aus den Erzen Germanit und Renierit gewonnen. Allerdings fällt ein großer Teil des benötigten Germaniums bei der Verhüttung von Metallerzen anderer Metalle an. Das Rohgermanium muss noch aufbereitet werden. Für einige Anwendungen wird hochreines Germanium in Form von Einkristallen benötigt.

Verwendung

Germanium spielt besonders in der Halbleitertechnik eine Rolle und wird zur Herstellung von Transistoren und Dioden benötigt. Außerdem stellt man Spezialgläser für Infrarotgeräte unter Einsatz von Germanium her. Als Legierungsbestandteil erhöht Germanium schon bei geringem Massenanteil die Härte der Werkstoffe.

Wichtige Verbindungen

- Germaniumsalze (erhöhen die Lichtbrechung von Glas)

Bau

Der Kristall weist eine dem Diamanten ähnliche Struktur auf. Im Gitter herrscht Atombindung.

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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