Germanium
Germanium is een scheikundig element met symbool Ge en atoomnummer 32. Het is een grijswit metalloïde.
Inhoud |
[bewerk] Ontdekking
Toen het periodiek systeem voor het eerst werd voorgesteld was het element nog niet bekend. Mendelejev voorspelde dat er een element zou zijn op de plaats onder Silicium met een atoommassa net onder die van Arseen. Hij noemde het eka-Silicium. Clemens Winkler bewees in 1886 dat deze voorspelling correct was en volgens de tradities van de wetenschap maakte hij van het voorrecht gebruik de provisorische naam door een permanente te vervangen. Als een rechtgeaarde Duitser noemde hij het naar zijn vaderland. De atoommassa bleek 72,64, inderdaad net iets minder dan de 74,92 van Arseen. Dit was een belangrijke overwinning voor de geloofwaardigheid van het periodiek systeem. Voor het buurelement gallium geldt hetzelfde verhaal.
[bewerk] Toepassingen
Germanium kan gedoopt worden met 5-waardige elementen zoals fosfor, arseen en antimoon (N-type) of 3-waardige elementen als boor, aluminium, gallium en indium voor (P-type) en vindt uitgebreid toepassing als halfgeleider.
Voordat ultra-zuivere éénkristallen van silicium beschikbaar werden in de 1970er jaren was het zelfs dé halfgeleider in het transistor tijdperk. Omdat silicium goedkoper is en een wat grotere bandgap heeft, heeft dit element germanium nadien voor een groot deel verdrongen, maar er zijn nog steeds veel toepassingen, vooral daar waar de kleinere bandgap een voordeel is.
Germanium kan men vinden in legeringen, nachtzichtcamera's, glasvezeloptiek en de katalyse van polymerisatiereacties. Het oxide heeft een hoge brekingsindex en wordt toegepast in wijdhoeklenzen en objectief lenzen in microscopen.
Het element is transparant voor een groot gedeelte van het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum en het wordt veel in IR technologie toegepast, bijvoorbeeld als venstermateriaal in de spectroscopie. Ook als element voor totale interne reflectie spectroscopie (ATR-FTIR) wordt het gebruikt. Deze vorm van IR spectroscopie is vooral veelbelovend voor het onderzoek van biologische materialen zoals eiwitten in water zonder isotoopvervanging. (Water is een moeilijk medium voor veel spectroscopische technieken omdat het zelf sterk een deel van het infrarood gebied absorbeert, tenzij men de waterstofatomen door deuterium vervangt)
Sommige germaniumverbindingen vertonen weinig toxiciteit voor zoogdieren maar zijn wel dodelijk voor bacteriën.
[bewerk] Opmerkelijke eigenschappen
Germanium is een halfgeleider met de diamantstructuur en een bandgap van 0,9eV. Door zonesmelten kunnen grote kristallen met hoge zuiverheid (1 vreemd atoom per 1010) gegroeid worden.
Omdat germanium in de koolstofgroep thuishoort is er een groot aantal organogermanium verbindingen en verbindingen die analoog zijn aan de siliciumverbindingen. Het vormt een verbinding GeH4 (germaan) die analoog is aan methaan, maar bekender zijn het oxide GeO2 analoog aan SiO2 en germanaten analoog aan de silicaten. Het element heeft met de zwaardere leden van de groep gemeen dat het Ge2+ ionen kan vormen, maar het oxidatiegetal 4+ is toch algemener.
[bewerk] Verschijning
Germanium komt voor in het mineraal argyrodiet (een zilvergermaniumsulfide) en germaniet maar vooral ook ook in koolafzettingen en zinkertsen. Het wordt voornamelijk als bijproduct gewonnen bij de productie van zink en de verbranding van bepaalde koolsoorten. Het kan gezuiverd worden door fractionele destillatie van het vluchtige tetrachloride GeCl4.
[bewerk] Isotopen
| Meest stabiele isotopen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Iso | RA (%) | Halveringstijd | VV | VE (MeV) | VP |
| 68Ge | syn | 270,8 d | EV | 2,921 | 68Ga |
| 70Ge | 21,23 | stabiel met 38 neutronen | |||
| 71Ge | syn | 11,43 d | EV | 2,971 | 71Ga |
| 72Ge | 27,66 | stabiel met 40 neutronen | |||
| 73Ge | 7,73 | stabiel met 41 neutronen | |||
| 74Ge | 35,94 | stabiel met 42 neutronen | |||
| 76Ge | 7,44 | stabiel met 44 neutronen | |||
Van germanium komen vijf stabiele isotopen voor. Daarnaast is er een aantal radioactieve isotopen bekend met halfwaardetijden van enkele dagen tot enkele minuten. Zo is 63Ga maar 31 seconden en 65Ga maar 15 minuten aantoonbaar
[bewerk] Toxicologie en veiligheid
Begin 21e eeuw heeft onderzoek aangetoond dat enkele organische germaniumverbindingen een gunstige invloed kunnen hebben op de aanmaak van bloedcellen (rode en witte). Hierdoor kunnen deze verbindingen in toekomst mogelijk worden gebruikt om bijvoorbeeld schade die na chemotherapie ontstaat, sneller te herstellen. Aangezien deze verbindingen een remmende werking op neurotransmitters kunnen hebben, kunnen zij ook worden ingezet als pijnstillers.
| Scheikundige Elementen en Isotopen |
| Periodiek systeem: Standaard | Alternatief | Elektronenconfiguratie |
| Isotopentabel: Op element: Compleet | In delen | Op atoommassa |
| Lijst met elementen: Op naam | Op symbool | Op nummer |
