ゲルマニウム化学元素

ゲルマニウム（Ge）、周期表のグループ14（IVa）のシリコンとスズの間の化学元素、銀灰色の半金属、金属と非金属の中間的な特性。ゲルマニウムは1886年までドイツの化学者であるクレメンスウィンクラーによって発見されませんでしたが、その存在、特性、および周期系での位置は1871年に架空の要素をエカシリコンと呼んだロシアの化学者ドミトリーイワノビッチメンデレーエフによって予測されていました。（ゲルマニウムの名前はラテン語のゲルマニア[ドイツ]に由来し、ウィンクラーによって元素に付けられました。）ゲルマニウムは、半導体としての特性がエレクトロニクスにおいて価値があるものとして認識された1945年以降、経済的に重要なものにはなりませんでした。現在、他の多くの物質も半導体として使用されていますが、トランジスタや整流器やフォトセルなどのデバイスのコンポーネントの製造では、ゲルマニウムが依然として最も重要です。

炭素族元素

（C）、シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、スズ（Sn）、鉛（Pb）、およびフレロビウム（Fl）。

重量ベースでは、ゲルマニウムは地球の地殻では希少ですが、非常にまれではありません（約1.5 ppm）の元素であり、豊富なベリリウム、モリブデン、セシウムと同等で、ヒ素、カドミウム、アンチモン、および水銀の元素を超えています。。コスモスでは、ゲルマニウムの原子存在量は50.5（Si = 1×10 ^6に基づく）であり、クリプトンおよびジルコニウムの場合とほぼ同じ値で、セレンの場合よりもわずかに小さいだけです。宇宙の豊富さは、多くの重い元素のそれよりもはるかに少ないです。例えば、臭素、ストロンチウム、スズ、バリウム、水銀、鉛。ベリリウム、ホウ素、スカンジウム、ガリウムを除いて、ゲルマニウムよりも核電荷が低いすべての元素は、宇宙的にゲルマニウムよりも豊富です。宇宙的には、ゲルマニウムは、水素とヘリウムの燃焼とアルファ粒子吸収の初期プロセスの後の中性子吸収によって形成される多くの元素の1つであると考えられています。

ゲルマニウムは自然界に広く分布していますが、反応性が高すぎて自由には発生しません。主要ミネラルには、アーガロダイト（最初に分離されたもの）、ゲルマナイト、レニーライト、およびカンフィライトが含まれます。元素の商業的供給源として使用されているのは、ゲルマナイトとレニーライトのみです。微量のゲルマニウムは、特定の亜鉛ブレンド、銅とヒ素の硫化鉱、および石炭に見られます。石炭は、おそらく地質史における石炭紀の植物による元素の濃度の結果です。特定の現代の植物はゲルマニウムを濃縮することが知られています。亜鉛プロセス濃縮物と石炭燃焼設備からの灰と煙道ダストの両方がゲルマニウムの商業的供給源を提供します。

ゲルマニウムの精製では、鉱石から得られた低品位の残留物を強塩酸で処理し、得られた四塩化ゲルマニウムを蒸留し、再蒸留を繰り返して精製し、加水分解して二酸化ゲルマニウムを形成し、水素によって粉末状に還元します。約1,100°C（[不活性雰囲気]で2,000°F）の温度で溶融し、インゴットまたはビレットに鋳造される金属の量。

要素は延性というよりも脆いです。その結晶の原子は、ダイヤモンドの炭素原子と同じように配置されています。ゲルマニウムの電気的および半導体的特性は、シリコンのそれに匹敵します。室温では空気に侵されませんが、600〜700°C（1,100〜1,300°F）で酸化され、ハロゲンとすばやく反応して四ハロゲン化物を形成します。酸の中では、濃縮された硝酸または硫酸または王水（硝酸と塩酸の混合物）だけがゲルマニウムをかなり攻撃します。苛性アルカリ水溶液はほとんど影響を与えませんが、ゲルマニウムは溶融水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムに急速に溶解し、それによってそれぞれのゲルマニウム酸塩を形成します。

ゲルマニウムは+2と+4の安定した酸化状態を形成し、後者の化合物はより安定しており、多数あります。ゲルマニウムの2つの最も重要な化合物は、二酸化物（GeO ₂）と四塩化物（GeCl ₄）です。二酸化ゲルマニウムを塩基性酸化物と一緒に加熱することによって形成されるゲルマネートには、蛍光体（放射線によってエネルギーを与えられると発光する物質）として使用されるゲルマニウム酸亜鉛（Zn ₂ GeO ₄）が含まれます。天然源からゲルマニウムを得る際の中間体としてすでに言及されている四塩化物は、約-50°C（-58°F）で凍結し、84°C（183.2°F）で沸騰する揮発性の無色の液体です。

電子デバイスで使用する場合、ゲルマニウムのインゴットまたはビレットはさらに精製する必要があります。これは通常、ゾーン精製の技術によって行われます。次に、高純度のゲルマニウムを溶融し、微量のヒ素、ガリウム、またはその他の元素を添加して「ドープ」し、目的の電子特性を生成します。最後に、種結晶を核として、注意深く制御された温度でメルトから単結晶が生成されます。ゲルマニウムの単結晶は、窒素またはヘリウムの雰囲気中で溶融材料から成長します。これらは、結晶の成長中に融液に不純物を組み込むか、形成後に不純物を結晶に拡散させることにより、電子ドナーまたはアクセプター原子をドープ（注入）することにより、半導体に変換されます。

ゲルマニウムが+2酸化状態にあるゲルマニウム化合物は、固体として十分に特徴付けられており、一般に容易に酸化されます。元素のゲルマニウムは、その化合物の多くの溶液と溶融物から電着することができます。1リットルあたりわずか1ミリグラムの溶解したゲルマニウムが亜鉛の電着を深刻に妨害することは興味深いことです。

電子デバイスでの用途に加えて、ゲルマニウムは合金の成分として、および蛍光灯の蛍光体で使用されます。ゲルマニウムは赤外線を透過するので、窓やレンズなど、そのような放射線の検出と測定に使用される機器に採用されています。二酸化ゲルマニウムは屈折率が高いため、カメラや顕微鏡の対物レンズ用の広角レンズなどの光学デバイスに使用されるガラスのコンポーネントとして価値があります。ゲルマニウムとその化合物の毒物学は明確に定義されていません。

ゲルマニウムの5つの安定同位体は、次の相対量で発生します。ゲルマニウム70、20.5パーセント。ゲルマニウム72、27.4パーセント。ゲルマニウム73、7.8％; ゲルマニウム74、36.5％; ゲルマニウム76、7.8％。9つの放射性同位元素が報告されています。

要素のプロパティ

原子番号	32
原子量	72.59
融点	937.4°C（1,719.3°F）
沸点	2,830°C（5,130°F）
密度	5.323 g / cm ³
酸化状態	+ 2、+ 4
電子構成。	1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ²