Germanium

Si ↑ Ge ↓ Sn Gallium ← Germanium → Arsen • [Ar] 3d1 4s2 4p2 74 Ge 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo	Germanium (Germanium), Ge , 32
Registrační číslo CAS	7440-56-4
Umístění v PSP	14 skupina, 4. perioda, blok p
Char. skupina	Polokovy
Hmotnostní zlomek v zem. kůře	5,4 až 7,0 ppm
Konc. v mořské vodě	0,00007 mg/l
Počet přírodních izotopů	5
Vzhled	Šedobílý pevný kov
[[Soubor:|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost	72,64 u
Atomový poloměr	122 pm
Kovalentní poloměr	122 pm
van der Waalsův poloměr	211 pm
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d1 4s2 4p2
Elektronů v hladinách	2, 8, 18, 4
Oxidační číslo	-IV, II, IV
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	Pevné
Krystalová struktura	Krychlová
Hustota	5,323 g/cm3
Kritická hustota	{{{kritická hustota}}} g cm-3
Tvrdost	6,0 (Mohsova stupnice)
Magnetické chování	Diamagnetický
Měrná magnetická susceptibilita	{{{magnetická susceptibilita}}}
Teplota tání	938,25 °C (1211,40 K)
Teplota varu	2832,85 °C (3106 K)
Kritická teplota	{{{kritická teplota c}}} °C ({{{kritická teplota k}}} K)
Teplota trojného bodu	{{{teplota trojného bodu c}}} °C ({{{teplota trojného bodu k}}} K)
Teplota přechodu do supravodivého stavu	{{{teplota supravodivosti}}}
Teplota změny krystalové modifikace	{{{teplota změny modifikace}}}
Tlak trojného bodu	{{{tlak trojného bodu}}} kPa
Kritický tlak	{{{kritický tlak}}} kPa
Molární objem	13,63 · 10−6 m3/mol
Dynamický viskozitní koeficient	{{{dynamický viskozitní koef.}}}
Kinematický viskozitní koeficient	{{{kinematický viskozitní koef.}}}
Tlak nasycené páry	100 Pa při 2023K
Rychlost zvuku	5400 m/s
Index lomu	{{{index lomu}}}
Relativní permitivita	{{{relativní permitivita}}}
Elektrická vodivost	S·m-1
Měrný elektrický odpor	1 Ω·m (20 °C)
Teplotní součinitel el. odporu	{{{součinitel elektrického odporu}}}
Tepelná vodivost	60,2 W·m−1·K−1
Povrchové napětí	{{{povrchové napětí}}}
Termodynamické vlastnosti
Skupenské teplo tání	34,94 KJ/mol
Specifické teplo tání	{{{spec. teplo tání}}}
Skupenské teplo varu	334 KJ/mol
Specifické teplo varu	{{{spec. teplo varu}}}
Molární atomizační entalpie	{{{molární atomizační entalpie}}}
Entalpie fázové přeměny modifikace	{{{entalpie fázové přeměny modifikace}}}
absolutní entropie	{{{absolutní entropie}}}
Měrná tepelná kapacita	23,222 Jmol-1K-1
Molární tepelná kapacita	{{{molární tepelná kapacita}}}
Spalné teplo na m³
Spalné teplo na kg
Různé
Van der Waalsovy konstanty	{{{van der Waalsovy konstanty}}}
Teplotní součinitel délkové roztažnosti	{{{součinitel délkové roztažnosti}}}
Redoxní potenciál	0,247 V
Elektronegativita	2,01 (Paulingova stupnice)
Ionizační energie	1: 762 KJ/mol 2: 1537,5 KJ/mol 3: 3302,1 KJ/mol
Iontový poloměr	53 pm
Izotopy
izo výskyt t1/2 rozpad en. MeV prod. 68Ge umělý 270,8 dní ε 0,106 68Ga 69Ge umělý 39,05 dní ε 2,227 69Ga 70Ge 21,23% je stabilní s 38 neutrony 71Ge umělý 11,26 dní ε 0,229 71Ga 72Ge 27,66% je stabilní s 40 neutrony 73Ge 7,73% je stabilní s 41 neutrony 74Ge 35,94% je stabilní s 42 neutrony 75Ge umělý 82,78 minuty β− 1,177 75As 76Ge 7,44% 1,78 × 1021 roku β− , β− - 76Se 77Ge umělý 11,30 hodiny β− 2,702 77As
Bezpečnost
R-věty	R11
S-věty	S9, S16, S29, S33
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Germanium, chemická značka Ge, (lat. Germanium) je vzácný 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, Ge⁺² a Ge⁺⁴ .

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 %.Avšak germanium je 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.

• Velký význam má jako katalyzátor při výrobě polymerů (plastů), ale lze jej také nahradit titanem.

• 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.

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

---