Germanium Ge

Entdeckung

1871 beschrieb Mendelejew ein fehlendes Element unterhalb von Silicium, das „Eka-Silicium“, und sagte eine Atommasse um 72, eine Dichte von etwa 5,5 und einen grauen, hochschmelzenden Feststoff voraus.

1886 analysierte Clemens Winkler an der Bergakademie im sächsischen Freiberg ein neu gefundenes Mineral namens Argyrodit. Seine Ergebnisse summierten sich stets auf einige Prozent weniger als 100, und er vermutete einen unbekannten Bestandteil. Nach mühsamen Trennungen isolierte er ihn. Die Atommasse betrug etwa 72,6 und die Dichte etwa 5,32 – eine verblüffende Übereinstimmung mit der Vorhersage.

Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Germanium zum Star der Elektronik. 1947 bauten John Bardeen und Walter Brattain in den Bell Labs den Spitzentransistor auf einem Germaniumkristall. Später übernahm Silicium, weil es sich leichter verarbeiten lässt und eine stabile Oxidschicht bildet, doch Germanium blieb der Werkstoff, der das Halbleiterzeitalter einläutete.

Herkunft des Namens

Winkler benannte das Element nach Germania, dem lateinischen Namen für Deutschland, und auch das Symbol Ge leitet sich davon ab.

Wichtigste Verwendungen

• Glasfasern: Germaniumdioxid im Faserkern erhöht dessen Brechungsindex, sodass das Licht über große Entfernungen im Kern gefangen bleibt.
• Infrarotoptik: Germanium ist für sichtbares Licht undurchsichtig, für einen Großteil des Infrarots aber durchlässig und wird daher für Linsen und Fenster von Wärmebildkameras verwendet.
• Silicium-Germanium-Chips (SiGe) steigern die Geschwindigkeit von Hochfrequenz- und Kommunikationsschaltungen.
• Strahlungsdetektoren: Hochreine Germaniumkristalle messen die Energie von Gammastrahlen mit außergewöhnlicher Genauigkeit.
• Katalyse: Germaniumdioxid dient als Polymerisationskatalysator für PET-Kunststoff.

Isotope

Natürliches Germanium hat fünf Isotope. Germanium-70, -72, -73 und -74 sind stabil, und Germanium-76 ist formal radioaktiv, zerfällt aber durch doppelten Betazerfall mit einer Halbwertszeit, die das Alter des Universums weit übersteigt. Germanium-74 ist das häufigste. Das radioaktive Isotop Germanium-68 mit einer Halbwertszeit von etwa 271 Tagen dient als Mutternuklid in Generatoren, die Krankenhäuser mit Gallium-68 für PET-Untersuchungen versorgen. Mit Germanium-76 angereicherte Detektoren werden eingesetzt, um nach dem neutrinolosen doppelten Betazerfall zu suchen, einem hypothetischen Prozess, der die Natur der Neutrinos enthüllen würde.

Im Alltag

Germanium wird überwiegend als Nebenprodukt der Zinkraffination und aus bestimmten Kohleflugaschen gewonnen. Es steckt in Unterseekabeln aus Glasfaser, Nachtsichtkameras in Autos und Funkchips in Handys.

Armbänder und Nahrungsergänzungsmittel, die als „Germanium“-Gesundheitsprodukte beworben werden, haben keinen nachgewiesenen Nutzen. Die langfristige Aufnahme anorganischer Germaniumverbindungen wurde mit Nierenschäden in Verbindung gebracht; als Nahrungsergänzung sollte es daher nicht eingenommen werden. Das Metall selbst gilt im Umgang nicht als gefährlich.