32
Ge/Germanium
Germanium is één van de elementen waarvan Dmitri Mendelejev, de bedenker van het periodiek systeem, het bestaan al voorspelde vóórdat het ontdekt werd. Hij noemde het eka-silicium, omdat het onder silicium (en boven tin) ingedeeld moest worden. Germanium is ook één van de weinige elementen die naar een land vernoemd is: Duitsland. Het is een halfgeleidend metaal dat als de voorloper van silicium is te beschouwen. De belangrijkste toepassing is tegenwoordig als dragermateriaal voor LED’s, laserdiodes en zonnecellen. Bovendien vind je het veel in infrarood optica.
Symbool
Ge
Protonen/elektronen
Groep
Isotopen
70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge
Periode
4
Elektronenconfiguratie
[Ar] 4s2 3d10 4p2
Blok
p
Elektronencofiguratie Bohr
2,8,18,4
Bij kamertemperatuur
vast
Elektronegativiteit
2,0 (Pauling)
Dichtheid
5300 kg m-3
Atoomstraal
122 . 10-12 m
Smeltpunt
938 oC (1211 K)
Relatieve atoommassa
72.630
Kookpunt
2833 oC (3106 K)
Soortelijke warmte
310 J kg-1K-1
Warmtegeleidingscoëfficiënt
63 W m-1K-1
Selecteer
Toepassingen
Naam & ontdekking
Voorkomen
Bereiding
Beeld en audio
Toepassingen
Toepassingen
Infrarood optica
Germanium en germaniumoxide (in kristalvorm) zijn transparant voor infrarood licht. Je vindt deze materialen daarom in de lenzen van infrarood apparatuur, zoals kijkers, camera’s, detectoren en periscopen. Met deze apparatuur is het mogelijk ’s nachts waar te nemen.
Ook in het detectiegedeelte, waarin de infrarode warmtestraling wordt omgezet in een elektrisch signaal, past men germaniumverbindingen toe. De infrarooddetectoren zijn zó gevoelig, dat zij de temperatuur kunnen meten van het aandrijvingsmechaniek van hogesnelheidstreinen, zelfs als deze met een snelheid van 300 kilometer per uur langs de meetsonde razen.
Projectorreflector
Voor de reflectoren in hoogwaardige projectoren dampt men een dunne laag germanium op glas.
Elektronica, LED, zonnecellen
Germanium is een belangrijke halfgeleider. In het begin van het elektronische tijdperk, in de jaren zeventig, was het zelfs belangrijker dan silicium, dat destijds nog niet in voldoende zuivere vorm beschikbaar was. Nog steeds zijn er veel allerlei elektronische toepassingen voor germanium. Het zuivere element wordt daarvoor gedoteerd met arseen, gallium of andere elementen.
Tegenwoordig zijn legeringen van silicium en germanium aan een opmars bezig voor de vervaardiging van computerchips met een zeer hoge kloksnelheid.
Zuiver kristallijn germanium (geproduceerd via zonesmelten) bevat niet meer dan één vreemd atoom op 1010 germaniumatomen. Het wordt vaak toegepast als dragermateriaal (of substraat) voor componenten met dunne laagjes van andere halfgeleiders zoals galliumarseen, vanwege overeenkomende kristaleigenschappen. Je vindt het in deze functie in LED’s, laserdiodes en zonnecellen.
Meer toepassingen
Als element en in legeringen
- Optische vezels
- Solderen van goud (12 % Ge/88 % Au)
- Supergeleiding (Nb3Ge)
- Verhogen van de hardheid van tin (0,35 % Ge)
- Verbeteren van de walsbaarheid van aluminium
In verbindingen
| Bereiding van optische vezels | GeCl4 | |||
| Fluorescerende verf | MgGeO3 | |||
| Fosforescerende lampen | Mg56Ge15O66F20 | |||
| Groothoeklenzen | GeO2 | |||
| Katalysator bij de bereiding van kunstvezels (polyesters, polyethers, PET) | GeO2, NaH3Ge2O6 | |||
| Luminescentie (bij TL-buizen) | GeO2 | |||
| Objectieven voor microscopen | GeO2 |
Naam & ontdekking
Naam
De naam germanium is een verwijzing naar Germania, de Latijnse naam voor Duitsland, het land waar dit element werd ontdekt.
Ontdekking
De Duitse chemicus Clemens Alexander Winkler (foto) ontdekte germanium in 1886 in argyrodiet, afkomstig uit een mijn in Saksen. Het bestaan van het element was al in 1871 door Mendelejev voorspeld. Hij noemde het eka-silicium en wist eigenschappen zoals dichtheid tamelijk nauwkeurig te voorspellen.
Voorkomen
Voorkomen
Germanium is te vinden op plaats 55 in de rangschikking van de elementen naar voorkomen in de aardkorst. Het aandeel is 1,5.10-4 % op basis van gewicht.
De belangrijkste mineralen zijn:
| Argutiet | GeO2 | |||
| Argyrodiet | Ag8GeS6 | |||
| Briartiet | Cu2(Fe,Zn)GeS4 | |||
| Germaniet (foto) | Cu13Fe2Ge2S16 | |||
| Reniériet | (Cu,Zn)11(Ge,As)2Fe4S16 | |||
| Schauerteïet | Cu3Ge(SO4)2(OH)6.3H2O | |||
| Stottiet | FeGe(OH)6 |
Germanium komt ook voor in steenkool en zinkblende.
Winning
De belangrijkste vindplaatsen van germanium liggen in Rusland, Zuid-Afrika, Democratische Republiek Congo, Namibië, China, de Verenigde Staten van Amerika, Canada, Frankrijk, Oostenrijk, Italië en Groot-Brittannië. De betekenis van de daar aanwezige mineralen voor de germaniumproductie is echter gering.
Tegenwoordig wint men vooral germaniumverbindingen uit de vliegas van kolengestookte centrales. Of als bijproduct van de verwerking van zink-, koper– en looderts.
De EU heeft met de Critical Raw Materials Act in 2022 het element germanium op de lijst van schaarse en strategische grondstoffen gezet.
Bereiding
Bereiding
Vroeger
Men bereidde germanium uit erts door dit te smelten met natriumcarbonaat en zwavel, waarbij sulfiden van diverse elementen ontstonden. Na scheiding en zuivering van het germaniumsulfide werd dit in een waterstofstroom bij zeer hoge temperatuur gereduceerd tot metallisch germanium.
Tegenwoordig
Germanium wordt nu bereid door germaniumverbindingen eerst om te zetten in germaniumchloride (GeCl4). Dit wordt door destillatie gezuiverd en vervolgens met water omgezet in germaniumoxide (GeO2), dat tenslotte wordt gereduceerd met waterstofgas bij ca. 650 °C.
Het verkregen germanium wordt gezuiverd door herhaald zonesmelten. Voor toepassingen in de elektronica is zeer zuiver germanium vereist: voor de meest geavanceerde toepassingen ten hoogste 1 vreemd atoom op 1014 germaniumatomen.
Studie
Ik leer ook van dingen naast mijn studie
Studie
Praktijklessen vind ik leuk om te doen
Stage
Tom loopt stage bij Teijin Aramid
Studie
Wij studeren Chemische Technologie
Studie
Hoe is dat eigenlijk, chemie studeren?
Studie
Risheet doet twee hbo-opleidingen
Studie
Je bent wel met serieus werk bezig
Studie
Je hoeft geen nerd of slimbo te zijn
Studie
Inge studeert nu verder aan de TU Eindhoven
Studie
Chemie is alles op kleine schaal
Studie
Vicky vond de bètavakken leuk
Studie
Chemie is meer dan alleen maar deeltjes
Studie
Chemische Technologie studeren in Groningen
Studie
Diploma (bijna) gehaald en nu!?
Studie
In het eerste jaar deed ik een project over bier
Studie
Het mooie aan deze studie zijn de grote labs
Studie
Je bent bij deze studie geen nummer!
Studie
Bo koos voor Chemische Technologie
Studie
Ik voelde mij snel thuis in deze studie
Studie
Jij en chemie? Dat geloof ik niet
Studie
We hebben hier een geweldig lab
Studie
Ik haalde vroeger zesjes voor scheikunde
Studie
Goed persoonlijk contact met docenten
Studie
Scheikunde ontdek je pas tijdens het studeren
Studie
Positief bijdragen aan het leven van mensen
Studie
Medicijnen maken van rotte appels
