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Metalle: Germanium

Symbol: Ge
Kategorie: Metalle
Ordnungszahl: 32
Relative Atommasse: 72,64
Schmelzpunkt: 1210,55 K
Siedepunkt: 3103 K
Dichte: 5,32 g cm-3
Elektronegativität: 2,0
Ionisierungsenergie: 7,899 eV
Konfiguration: [Ar] 3d10 4s² 4p²
Oxidationszahlen: 4, 2
Atomradius: 122,5 pm
Ionenradius: 53 (+4)

Das Halbmetall Germanium sieht auf den ersten Blick aus wie ein Metall, chemisch und physikalisch ähnelt es allerdings dem Silizium und ist wie dieses ein Halbleiter. Das Element entsteht in sterbenden Riesensternen, indem Atomkerne langsame Neutronen einfangen und dadurch immer schwerer werden. In der Erdkruste ist Germanium mit einer Konzentration von unter zwei Milligramm pro Kilogramm eines der weniger verbreiteten Elemente, ungefähr vergleichbar mit den schweren Seltenerdelementen; es bildet auch wenig eigene Minerale und keine separaten Lagerstätten.

Deswegen wurde Germanium auch erst spät entdeckt – nachdem Dimitri Mendelejew, der Entwickler des modernen Periodensystems, seine Existenz auf Grund einer Lücke in der Elementenliste vorhergesagt hatte, dauerte es noch zwei Jahrzehnte, bis man es tatsächlich fand. Chemisch ähnelt das Element einer schlecht organisierten Version von Kohlenstoff: Es kommt weit überwiegend im Oxidationszustand +4 vor und bildet kleine Moleküle analog zum Kohlenstoff, bildet aber keine Ketten oder Ringe mit sich selbst, sondern höchstens mal Cluster-Anionen in Zintl-Phasen.

Weltweit werden jedes Jahr mehr als 150 Tonnen Germanium produziert, es fällt als Nebenprodukt beim Abbau von Zink ab. In den letzten Jahren überstieg die Nachfrage die Produktion, vorhandene Reserven und stärkeres Recycling haben die Lücke geschlossen. Germanium gilt allerdings als eines jener Elemente, bei denen in den nächsten Jahren erhebliche Versorgungsengpässe auftreten können, weil die Produktion nicht reicht, um den Bedarf zu decken.

Nach der Entwicklung des Germaniumtransistors im Jahr 1948 war das Element etwa zwei Jahrzehnte lang die Basis der Halbleiterelektronik, bis Silizium hinreichend rein produziert werden konnte, um als Halbleitermaterial zu dienen. Heute werden noch etwa 15 Prozent des produzierten Germaniums für Halbleiteranwendungen genutzt; der Bedarf steigt allerdings wieder, weil Germaniumlegierungen hier zunehmend Galliumarsenid ersetzen. Germanium ist ein wichtiges Material für klassische anorganische Solarzellen, und die bisherige Entwicklung deutet an, dass es in der Spintronik und möglicherweise bei Quantencomputern eine große Rolle spielen wird. Untersucht wird auch das Potenzial eines zweidimensionalen Germaniummoleküls namens Germanen ähnlich dem Graphen, das besondere elektrische Eigenschaften haben soll. Die haben sich allerdings schon beim Graphen als extrem schwer nutzbar erwiesen.

Bedeutender sind heutzutage optische Anwendungen: Germaniumdioxid ist transparent, hat einen hohen Brechungsindex und eine geringe optische Dispersion. Deswegen stellt man Kamera- und Mikroskoplinsen sowie die Kerne von Glasfasern mit dem Material her. Außerdem sind solche Linsen transparent für Infrarotstrahlung, so dass Optiken für Wärmebildkameras, Nachtsichtgeräte und alle Arten von Infrarotsensoren aus Germaniumdioxid hergestellt werden. Daneben gibt es für das Element einige mengenmäßig weniger bedeutende Anwendungen, zum Beispiel als Katalysator in der Produktion des Kunststoffes PET, als Legierungselement, das Silber widerstandsfähig gegen Anlaufen macht, sowie in Röntgen- und Gammastrahlendetektoren.

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