저마늄 Ge

발견의 역사

멘델레예프는 1871년 규소 아래 빈칸에 들어갈 원소를 '에카실리콘'이라 부르며, 원자량 약 72, 밀도 약 5.5, 녹는점이 높은 회색 원소일 것이라고 예측했다.

1886년 독일 프라이베르크 광산 학교의 클레멘스 빙클러는 새로 발견된 광물 아지로다이트를 분석하다가, 성분의 합이 100%에 조금 못 미치는 것을 이상하게 여겼다. 끈질긴 분리 끝에 그는 미지의 원소를 찾아냈고, 그 성질은 에카실리콘에 대한 예측과 놀라울 만큼 잘 맞았다. 실제 원자량은 약 72.6, 밀도는 약 5.32다.

20세기 중반 저마늄은 전자공학의 주인공이 됐다. 1947년 벨 연구소의 존 바딘과 월터 브래튼은 저마늄 결정 위에 금속 접점을 댄 점접촉 트랜지스터를 만들었다. 이후 가공과 산화막 형성이 쉬운 실리콘이 주류가 되었지만, 저마늄은 초기 반도체 시대를 연 재료로 남았다.

이름의 유래

빙클러는 조국 독일의 라틴어 이름 게르마니아(Germania)를 따서 이름을 지었다. 원소 기호 Ge도 여기서 왔다. 한국어로는 오랫동안 '게르마늄'이라 불렸으나, 대한화학회가 영어 발음에 가깝게 원소 이름을 정비하면서 현행 이름은 '저마늄'이다. 일상에서는 아직 게르마늄이라는 옛 표기도 흔히 보인다.

주요 용도

• 광섬유: 이산화저마늄을 광섬유 중심부(코어)에 섞으면 굴절률이 높아져 빛이 코어 안에 갇혀 멀리 전달된다.
• 적외선 광학: 저마늄은 가시광선은 막지만 적외선은 잘 통과시켜 열화상 카메라와 야간 투시 장비의 렌즈·창으로 쓰인다.
• 실리콘-저마늄(SiGe) 반도체: 고주파 통신 칩과 고속 회로의 성능을 높인다.
• 방사선 검출기: 고순도 저마늄 결정은 감마선 에너지를 매우 정밀하게 측정한다.
• 촉매: 페트병 원료인 PET 수지를 만드는 중합 촉매로 이산화저마늄이 쓰인다.

동위원소

자연계 저마늄은 다섯 가지 동위원소로 이루어진다. 저마늄-70, 72, 73, 74는 안정하고, 저마늄-76은 이론상 방사성이지만 이중 베타 붕괴의 반감기가 우주 나이보다 훨씬 길어 사실상 안정하다. 가장 많은 것은 저마늄-74다. 방사성 동위원소 저마늄-68은 반감기가 약 271일이라 병원에서 갈륨-68을 뽑아 쓰는 발생기의 모핵종으로 쓰인다. 저마늄-76이 풍부한 검출기는 중성미자가 없는 이중 베타 붕괴를 찾는 기초 물리 실험에도 쓰인다.

생활 속 원소

저마늄은 주로 아연 제련의 부산물이나 일부 석탄의 연소재에서 회수된다. 인터넷을 실어 나르는 해저 광케이블, 차량용 야간 카메라, 스마트폰 통신 칩 속에 들어 있다.

시중에는 '게르마늄 팔찌'나 게르마늄 건강식품처럼 효능을 내세운 제품이 있지만, 과학적으로 입증된 건강 효과는 없다. 오히려 무기 저마늄 화합물을 장기간 먹고 신장 손상을 입은 사례가 보고돼 있어 보충제로 섭취하는 것은 권장되지 않는다. 금속 상태의 저마늄은 만져도 큰 위험은 없다.