Germanyum

Germanyum, ₃₂Ge

Germanyum
Telaffuz	/dʒərˈmeɪniəm/ ​(jər-MAY-nee-əm)
Görünüm	grimsi-beyaz
Standart atom ağırlığı Ar, std(Ge)	7001726300000000000♠72.630(8)
Periyodik tablodaki Germanyum
Si ↑ Ge ↓ Sn galyum ← germanyum → arsenik
Atom numarası (Z)	32
Grup	14. grup (karbon grup)
Period	periyot 4
Blok	p-blok
Element kategorisi	Metâloid
Elektron konfigürasyonu	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 4
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1211.40 K ​(938.25 °C, ​1720.85 °F)
Kaynama noktası	3106 K ​(2833 °C, ​5131 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	5.323 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	5.60 g/cm3
Isı entalpisi	36.94 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	334 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	23.222 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1644 1814 2023 2287 2633 3104
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−4 −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 (bir amfoterik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.01
İyonlaşma enerjisi	1.: 762 kJ/mol 2.: 1537.5 kJ/mol 3.: 3302.1 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 122 pm
Kovalent yarıçapı	122 pm
Van der Waals yarıçapı	211 pm
germanyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yüz merkezli elmas kübik
Sesin hızı kalay çubuk	5400 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	6.0 µm/(m·K)
Termal iletkenlik	60.2 W/(m·K)
Elektriksel direnç	1 Ω·m (20 °C)
Bant aralığı	0.67 eV (at 300 K)
Manyetik sıralama	diyamanyetik
Manyetik alınganlık	−76.84·10−6 cm3/mol
Young modülü	103 GPa
Kayma modülü	41 GPa
Bulk modülü	75 GPa
Poisson oranı	0.26
Mohs sertliği	6.0
CAS Numarası	7440-56-4
Tarihçe
Adlandırma	after Germany, homeland of the discoverer
Tahmini	Dmitri Mendeleev (1869)
Keşfeden	Clemens Winkler (1886)
germanyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 68Ge syn 270.95 d ε 68Ga 70Ge 20.52% kararlı 71Ge syn 11.3 d ε 71Ga 72Ge 27.45% kararlı 73Ge 7.76% kararlı 74Ge 36.7% kararlı 76Ge 7.75% 1.78×1021 y β−β− 2.039 76Se

Germanyum sembolü Ge ve atom numarası 32 olan kimyasal bir elementtir. Karbon grubunda parlak, sert kırılgan, grimsi beyaz bir metaloittir, kimyasal olarak silikon ve kalay grubuna benzer. Saf germanyum, elemental silisyuma benzer bir görünüme sahip bir yarı iletkendir. Silikon gibi, germanyum da doğal olarak oksijenli kompleksler oluşturur ve kompleksler oluşturur.

Nadiren yüksek konsantrasyonda göründüğü için, germanyum kimya tarihinde nispeten geç keşfedildi. Germanyum, Dünya'nın kabuğundaki elementlerin göreceli bolluğu bakımından ellili civarındadır. 1869'da Dmitri Mendeleev varlığını ve bazı özelliklerini periyodik tablosundaki konumundan tahmin etti ve ekasilikon elementi olarak adlandırdı. Yaklaşık yirmi yıl sonra, 1886'da Clemens Winkler, gümüş ve kükürt ile birlikte yeni elementi, argyrodite adı verilen nadir bir mineralde buldu. Her ne kadar yeni element görünüşte arsenik ve antimona benzese de, bileşiklerdeki birleştirme oranları Mendeleev'in silikonun bir akrabası için tahminleri ile anlaştı. Winkler bu elementi ülkesi Almanya'dan almıştır. Bugün germanyum öncelikle sfaleritten (çinko birincil cevheri) çıkarılır, ancak germanyum da gümüş, kurşun ve bakır cevherlerinden ticari olarak geri kazanılır.

Elemental germanyum, transistörlerde ve diğer çeşitli elektronik cihazlarda yarı iletken olarak kullanılır. Tarihsel olarak, yarı iletken elektroniğin ilk on yılı tamamen germanyum üzerine kurulmuştu. Günümüzde başlıca kullanım alanları fiber optik sistemler, kızılötesi optikler, güneş pili uygulamaları ve ışık yayan diyotlardır (LED). Germanyum bileşikleri aynı zamanda polimerizasyon katalizörleri için de kullanılmaktadır ve en son nanotel üretiminde kullanılmaktadır. Bu element, organometalik kimyada yararlı olan tetraetilgermanyum gibi çok sayıda organogermanyum bileşiği oluşturur. Germanyum teknoloji açısından kritik bir unsur olarak kabul edilir.

Germanyum'un herhangi bir canlı organizma için önemli bir unsur olduğu düşünülmemektedir. Bazı kompleks organik germanyum bileşikleri olası farmasötikler olarak araştırılmaktadır, ancak bunların hiçbiri henüz başarılı olamamıştır. Silikon ve alüminyuma benzer şekilde, doğal germanyum bileşikleri suda çözünmez olma eğilimindedir ve bu nedenle çok az oral toksisiteye sahiptir. Bununla birlikte, sentetik çözünür germanyum tuzları nefrotoksiktir ve halojenler ve hidrojen ile sentetik kimyasal olarak reaktif germanyum bileşikleri tahriş edici maddeler ve toksinlerdir.

Tarihçe

Rus kimyacı Dmitri Mendeleev, 1869'daki Kimyasal Elementlerin Periyodik Yasası hakkındaki raporunda, silikon ve kalay arasında bulunan karbon ailesindeki bir boşluğu dolduracak biri de dahil olmak üzere bilinmeyen birkaç kimyasal elementin varlığını tahmin etti. Periyodik tablosundaki konumu nedeniyle Mendeleev buna ekasilikon (Es) adını verdi ve atom ağırlığının 70 olduğunu tahmin etti (daha sonra 72).

1885'in ortalarında, Saksonya'nın Freiberg yakınlarındaki bir madende, yüksek gümüş içeriği nedeniyle yeni bir mineral keşfedildi ve argyrodite adını verdi. Kimyager Clemens Winkler, gümüş, kükürt ve yeni bir elementin bir kombinasyonu olduğu kanıtlanan bu yeni minerali analiz etti. Winkler, 1886'da yeni elementi izole edebildi ve antimona benzetti. Başlangıçta yeni elementin eka-antimon olduğunu düşündü, ancak kısa süre sonra bunun eka-silikon olduğuna ikna oldu. Winkler, yeni element üzerindeki sonuçlarını yayınlamadan önce, 1846'da Neptün gezegeninin son keşfinden önce, varlığının matematiksel tahminlerinden önce geldiğinden, element neptunyumunu adlandırmaya karar verdi. Bununla birlikte, "neptunyum" adı başka bir önerilen kimyasal elemente verilmişti (bugün 1940'ta keşfedilen neptunyum adını taşıyan element olmasa da). Bunun yerine Winkler, anavatanının onuruna yeni element germanyum (Latince, Germania, Almanya için) adını verdi. Argyrodite ampirik olarak Ag₈GeS₆ olduğunu kanıtladı. Bu yeni element arsenik ve antimon elementleri ile bazı benzerlikler gösterdiğinden, periyodik tablodaki uygun yeri göz önünde bulunduruldu, ancak Dmitri Mendeleev'in öngörülen elementi "ekasilicon" ile olan benzerliği periyodik tablodaki yeri doğruladı. Saksonya'daki maden ocaklarından 500 kg cevherden başka malzeme ile Winkler, 1887'de yeni elementin kimyasal özelliklerini doğruladı. Ayrıca saf germanyum tetraklorürü (GeCl
4) analiz ederek 72.32'lik bir atom ağırlığı belirlerken, Lecoq de Boisbaudran, elementin kıvılcım spektrumundaki çizgilerin karşılaştırılmasıyla 72.3'ü çıkardı.

Winkler, florürler, klorürler, sülfitler, dioksit ve ilk organogerman olan tetraetilgermane (GeCl
4) dahil olmak üzere birkaç yeni germanyum bileşiği hazırlayabildi. Mendeleev'in tahminlerine iyi uyan bu bileşiklerden elde edilen fiziksel veriler, keşfi Mendeleev'in element periyodikliği fikrinin önemli bir teyidi haline getirdi. Tahmin ve Winkler'in verileri arasında bir karşılaştırma:

Özellik	Ekasilicon Mendeleev tahmini (1871)	Germanyum Winkler keşifi (1887)
atom kütlesi	72.64	72.59
yoğunluk (g/cm3)	5.5	5.35
erime noktası (°C)	yüksek	947
renk	gri	gri
oksit türü	ısıya dayanıklı dioksit	sıya dayanıklı dioksit
oksit yoğunluğu (g/cm3)	4.7	4.7
oksit aktivitesi	zayıf temel	zayıf temel
klorür kaynama noktası (°C)	100'ün altında	86 (GeCl4)
klorür yoğunluğu (g/cm3)	1.9	1.9

1930'ların sonuna kadar, germanyumun zayıf iletken bir metal olduğu düşünülüyordu. Germanyum, elektronik yarı iletken olarak özelliklerinin tanındığı 1945'ten sonraya kadar ekonomik olarak önemli hale gelmedi. II. Dünya Savaşı sırasında, çoğu diyot olmak üzere bazı özel elektronik cihazlarda az miktarda germanyum kullanıldı. İlk büyük kullanım, Savaş sırasında radar nabız tespiti için nokta temaslı Schottky diyotlarıydı. İlk silikon-germanyum alaşımları 1955'te elde edildi. 1945'ten önce, her yıl izabe tesislerinde sadece birkaç yüz kilogram germanyum üretildi, ancak 1950'lerin sonunda, dünya çapında yıllık üretim 40 metrik tona (44 kısa ton) ulaştı.

1948'de germanyum transistörün geliştirilmesi, katı hal elektroniği sayısız uygulamasının kapısını açtı. 1950'den 1970'lerin başına kadar, bu alan germanyum için artan bir pazar sağladı, ancak daha sonra yüksek saflıkta silikon, transistörler, diyotlar ve doğrultuculardaki germanyumun yerini almaya başladı. Örneğin, Fairchild Semiconductor olan şirket, 1957 yılında açık bir şekilde transistörleri üretmek amacıyla kuruldu. Silikon, üstün elektriksel özelliklere sahiptir, ancak yarı iletken elektroniklerin ilk yıllarında ticari olarak elde edilemeyen çok daha fazla saflık gerektirir.

Bu arada, fiber optik iletişim ağları, kızılötesi gece görüş sistemleri ve polimerizasyon katalizörleri için germanyum talebi önemli ölçüde arttı. Bu son kullanımlar 2000 yılında dünya çapında germanyum tüketiminin %85'ini temsil ediyordu. ABD hükümeti, germanyumu stratejik ve kritik bir malzeme olarak belirledi ve 1987'de ulusal savunma stokunda 146 ton (132 ton) tedarik istedi.

Germanyum silikondan farklıdır, çünkü arz sömürülebilir kaynakların mevcudiyeti ile sınırlıdır, silikon arzı sadece üretim kapasitesi ile sınırlıdır, çünkü silikon sıradan kum ve kuvarsdan gelir. Silisyum 1998'de kg başına 10 dolardan daha az bir fiyata satın alınabilirken, germanyumun fiyatı kg başına neredeyse 800 dolardı.

Özellikleri

Standart koşullar altında, germanyum kırılgan, gümüşi beyaz, yarı metalik bir elementtir. Bu form, metalik bir parlaklığa ve elmas kübik kristal yapısına sahip, elmasla aynı olan α-germanyum olarak bilinen bir allotropu oluşturur. Kristal formdayken, germanyumun yer değiştirme eşiği enerjisi $19.7_{-0.5}^{+0.6}~{\text{eV}}$'dir. 120 kbar'ın üzerindeki basınçlarda germanyum, β-kalay ile aynı yapıya sahip allotrop β-germanyum haline gelir. Silikon, galyum, bizmut, antimon ve su gibi, germanyum erimiş halden katılaştıkça (yani donarak) genişleyen birkaç maddeden biridir.

Germanyum bir yarı iletkendir. Bölge arıtma teknikleri, 1010'da sadece bir parçasının safsızlığına sahip yarı iletkenler için kristalli germanyum üretimine yol açarak, şimdiye kadar elde edilen en saf malzemelerden biri haline gelmiştir. Son derece güçlü bir elektromanyetik alanın varlığında süperiletken olduğu keşfedilen ilk metalik malzeme (germanyum, uranyum ve rodyumun bir alaşımıydı).

Kimya

Elemental germanyum havada yaklaşık 250 °C'de yavaşça oksitlenmeye başlar ve GeO₂ oluşturur. Germanyum, seyreltik asitler ve alkaliler içinde çözünmez, ancak sıcak konsantre sülfürik ve nitrik asitler içinde yavaşça çözünür ve erimiş alkalilerle şiddetli reaksiyona girerek Germanate üretir ([GeO
3]2−
). Germanyum çoğunlukla oksidasyon durumu +4'te görülür, ancak birçok +2 bileşik bilinir. Diğer oksidasyon durumları nadirdir: Ge₂Cl₆ gibi bileşiklerde +3 bulunur ve oksitlerin yüzeyinde +3 ve +1 veya germanitlerde Mg
2Ge gibi negatif oksidasyon durumları bulunur. Ge₄²⁻, Ge₉⁴⁻, Ge₉²⁻, [(Ge₉)₂]⁶⁻ gibi germanyum küme anyonları (Zintl iyonları), etil aminamin veya bir kriptand varlığında sıvı amonyak içerisinde alkali metaller ve germanyum içeren alaşımlardan özümleme yoluyla hazırlanmıştır. Bu iyonlardaki elementin oksidasyon durumları tamsayı değildir - ozonidler O3−'e benzer.

İki germanyum oksit bilinmektedir: germanyum dioksit (GeO₂, germania) ve germanyum monoksit, (GeO). Dioksit, GeO₂, germanyum disülfürün (GeS
2)) kavurulmasıyla elde edilebilir ve suda hafifçe çözünür, ancak alkalilerle reaksiyona girerek beyazları oluşturur. germanyum oksit olan monoksit, GeO₂'nin Ge metal ile yüksek sıcaklık reaksiyonu ile elde edilebilir. Dioksit (ve ilgili oksitler ve germanates), görünür ışık için yüksek bir kırılma indisine sahip olmakla birlikte, kızılötesi ışığa karşı şeffaflığa sahip olağandışı bir özellik sergiler. Bizmut germanat, Bi₄Ge₃O₁₂, (BGO) sintilatör olarak kullanılır.

Disülfür (GeS
2), diselenid (GeSe
2) ve monosülfür (GeS), selenid (GeSe) ve tellürid (GeTe) gibi diğer kalkojenlerle ikili bileşikler de bilinmektedir. HidroSülfür, Ge(IV) ihtiva eden kuvvetli asit çözeltilerinden geçtiğinde GeS₂, beyaz bir çökelti halinde oluşur. Disülfür suda ve kostik alkaliler veya alkalin sülfürlerin çözeltilerinde kayda değer ölçüde çözünür. Bununla birlikte, Winkler'in elementi keşfetmesine izin veren asidik suda çözünür değildir. Disülfür bir hidrojen akımında ısıtılarak, koyu renk ve metalik parlaklığın ince plakalarında süblimleşen ve kostik alkalilerin çözeltilerinde çözünen monosülfür (GeS) oluşur. Alkalin karbonatlar ve kükürt ile eritildikten sonra, germanyum bileşikleri tiogermanatlar olarak bilinen tuzlar oluşturur.

Dört tetrahalid bilinmektedir. Normal şartlar altında GeI₄ katı, GeF₄ gaz ve diğerleri uçucu sıvılardır. Örneğin, germanyum tetraklorür, GeCl₄, metali klor ile ısıtarak 83.1 °C'de kaynayan renksiz bir dumanlama sıvısı olarak elde edilir. Tüm tetrahalidler hidratlı germanyum dioksite kolayca hidrolize edilir. GeCl₄, organogermanyum bileşiklerinin üretiminde kullanılır. Dört dihalidin hepsi bilinmektedir ve tetrahalidlerin aksine polimerik katılardır. Ek olarak Ge₂Cl₆ ve Ge_nCl_2n+2 formülünün bazı yüksek bileşikleri bilinmektedir. Bir neopentan yapısına sahip Ge₅Cl₁₂ birimini içeren alışılmadık Ge₆Cl₁₆ bileşiği hazırlanmıştır.

Germane (GeH₄) yapı olarak metana benzer bir bileşiktir. Beş adede kadar germanyum atomu içeren Ge_nH_2n+2 formülüne sahip polimerler - alkanlara benzer bileşikler bilinmektedir. germanes, karşılık gelen silikon analoglarından daha az uçucu ve daha az reaktiftir. GeH₄, sıvı amonyak içindeki alkali metallerle reaksiyona girerek GeH₃⁻ anyonunu içeren beyaz kristalli MGeH₃'ü oluşturur. Bir, iki ve üç halojen atomlu germanyum hidrohalitler renksiz reaktif sıvılardır.

İlk organogermanyum bileşiği 1887'de Winkler tarafından sentezlendi; germanyum tetraklorürün dietilzink ile reaksiyonu tetraetilgermane (Ge(C
2H
5)
4) verdi. Tetrametilgermane (Ge(CH
3)
4) ve tetraetilgermane gibi R₄Ge tipindeki (R'nin bir alkil olduğu) organogermanlara, mevcut en ucuz germanyum öncüsü germanyum tetraklorür ve alkil nükleofillerden erişilir. İzobütilgermane ((CH
3)
2CHCH
2GeH
3) gibi organik germanyum hidridlerin daha az tehlikeli olduğu bulunmuştur ve yarı iletken uygulamalarda toksik germane gazı için sıvı yerine kullanılabilir. Birçok germanyum reaktif ara maddesi bilinmektedir: germyl serbest radikalleri, germilenler (karbenlere benzer) ve germynes (karbinlere benzer). Organogermanyum bileşiği 2-karboksietilgermaseskuioksan ilk olarak 1970'lerde bildirilmiştir ve bir süre diyet takviyesi olarak kullanılmıştır ve muhtemelen anti-tümör özelliklerine sahip olduğu düşünülmektedir.

Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-oktaetil-s-hidrindacen-4-il) germanyum adı verilen bir ligand kullanılarak oksijen (germanon) ile çift bağ oluşturabilir. Germanyum hidrit ve germanyum tetrahidrid, hava ile karıştırıldığında çok yanıcı ve hatta patlayıcıdır.

izotopları

Germanyum 5 doğal izotopta meydana gelir: ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷³Ge, ⁷⁴Ge ve ⁷⁶Ge. Bunlardan ⁷⁶Ge 1.78 × 10²¹ yıl yarı ömrü ile çift beta bozunması ile çürüyen çok hafif bir radyoaktiftir. ⁷⁴Ge, yaklaşık %36 oranında doğal bolluğa sahip en yaygın izotoptur. ⁷⁶Ge yaklaşık %7 doğal bolluk ile en az yaygın olanıdır. Alfa parçacıkları ile bombardımana tabi tutulduğunda, izotop ⁷²Ge, işlemde yüksek enerjili elektronlar salarak stabil ⁷⁷Se üretecektir. Bu nedenle, nükleer piller için radon ile birlikte kullanılır.

Atom kütlesi 58 ila 89 arasında değişen en az 27 radyoizotop da sentezlenmiştir. Bunlardan en kararlı olanı, 270.95 günlük bir yarılanma ömrüne sahip elektron yakalama ile bozulan ⁶⁸Ge'dir. En az kararlı olan ⁶⁰Ge, 30 ms'lik yarılanma ömrüne sahiptir. Germanyum radyoizotoplarının çoğu beta bozunumu ile azalırken, ⁶¹Ge ve ⁶⁴Ge β⁺ gecikmeli proton emisyonu ile bozunur. ⁸⁴Ge ila ⁸⁷Ge izotopları ayrıca küçük β⁻gecikmeli nötron emisyonu bozunma yolları sergiler.

oluşum

Germanyum yıldız nükleosenteziyle, çoğunlukla asimptotik dev yıldızlarındaki s-işlemiyle oluşturulur. S süreci, titreşen kırmızı dev yıldızların içindeki daha hafif elementlerin yavaş bir nötron yakalamasıdır. Germanyum en uzak yıldızlardan bazılarında ve Jüpiter atmosferinde tespit edilmiştir.

Germanyum'un Dünya'nın kabuğundaki bolluğu yaklaşık 1,6 ppm'dir. Argyrodite, briartit, germanite ve renierit gibi sadece birkaç mineral kayda değer miktarda germanyum içerir. Bunlardan sadece birkaçı (özellikle germanite) çok nadiren makul miktarlarda bulunur. Bazı çinko-bakır kurşun cevheri gövdeleri, nihai cevher konsantresinden ekstraksiyonu haklı çıkarmak için yeterli germanyum içerir.

Alışılmadık bir doğal zenginleştirme işlemi, germanyum yatakları için geniş bir anket sırasında Victor Moritz Goldschmidt tarafından keşfedilen bazı kömür dikişlerinde yüksek miktarda germanyum içeriğine neden olur. Şimdiye kadar bulunan en yüksek konsantrasyon %1,6 germanyum ile Hartley kömür külü olmuştur. İç Moğolistan, Xilinhaote yakınındaki kömür yatakları tahmini 1600 ton germanyum içerir. germanyum hidrit ve germanyum tetrahidrid, hava ile karıştırıldığında çok yanıcı ve hatta patlayıcıdır.

Üretim

Dünya çapında 2011 yılında, çoğunlukla Çin (80 t), Rusya (5 t) ve Amerika Birleşik Devletleri'nde (3 t) yaklaşık 118 ton germanyum üretildi. Germanyum, sfalerit çinko cevherlerinden bir yan ürün olarak geri kazanılır, burada %0,3 kadar büyük miktarlarda, özellikle düşük sıcaklıkta tortu barındırılan, masif Zn–Pb–Cu(–Ba) tortuları ve karbonat barındırılan Zn–Pb yataklar vardır. Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, bilinen çinko rezervlerinde, özellikle Mississippi-Valley tipi yataklarda barındırılanlarda en az 10.000 ton ekstrakte edilebilir germanyum bulunurken, kömür rezervlerinde en az 112.000 ton bulunacaktır. 2007 yılında talebin %35'i geri dönüştürülmüş germanyum ile karşılandı.

Yıl	Maliyet ($/kg)
1999	1,400
2000	1,250
2001	890
2002	620
2003	380
2004	600
2005	660
2006	880
2007	1,240
2008	1,490
2009	950
2010	940
2011	1,625
2012	1,680
2013	1,875
2014	1,900
2015	1,760
2016	950

Esas olarak sfaleritten üretilirken, gümüş, kurşun ve bakır cevherlerinde de bulunur. Bir başka germanyum kaynağı, germanyum içeren kömür yataklarından yakıt alan santrallerin uçucu külüdür. Rusya ve Çin bunu germanyum kaynağı olarak kullandılar. Rusya'nın yatakları Sakhalin Adası'nın doğusunda ve Vladivostok'un kuzeydoğusunda yer almaktadır. Çin'deki yataklar esas olarak Lincang, Yunnan yakınlarındaki linyit madenlerinde; Kömür ayrıca İç Moğolistan'ın Xilinhaote yakınlarında çıkarılmaktadır.

cevher konsantreleri çoğunlukla sülfidiktir; kavurma olarak bilinen bir işlemde hava altında ısıtılarak oksitlere dönüştürülür:

GeS₂ + 3 O₂ → GeO₂ + 2 SO₂

Germanyumun bir kısmı üretilen toz içinde bırakılır, geri kalanı ise daha sonra sülfürik asit tarafından cüruftan (çinko ile birlikte) liç haline getirilen germanates'e dönüştürülür. Nötralizasyondan sonra, sadece çinko çözelti içinde kalırken germanyum ve diğer metaller çökelir. Çökeltideki çinkonun bir kısmını Waelz işlemiyle çıkardıktan sonra, yerleşik Waelz oksit ikinci kez süzülür. Dioksit çökelti olarak elde edilir ve klor gazı veya hidroklorik asit ile düşük bir kaynama noktasına sahip olan ve damıtma yoluyla izole edilebilen germanyum tetraklorüre dönüştürülür:

GeO₂ + 4 HCl → GeCl₄ + 2 H₂O

GeO₂ + 2 Cl₂ → GeCl₄ + O₂

Germanyum tetraklorür, okside ((GeO₂) hidrolize edilir veya fraksiyonel damıtma ile saflaştırılır ve daha sonra hidrolize edilir. Son derece saf GeO₂ artık germanyum cam üretimi için uygundur. Kızılötesi optik ve yarı iletken üretimi için uygun germanyum üreterek, hidrojen ile reaksiyona sokularak elemente indirgenir:

GeO₂ + 2 H₂ → Ge + 2 H₂O

Çelik üretimi ve diğer endüstriyel prosesler için germanyum normal olarak karbon kullanılarak azaltılır:

GeO₂ + C → Ge + CO₂

Uygulamalar

Dünya çapında 2007 yılında germanyum için başlıca son kullanımların şunlar olduğu tahmin edilmektedir: fiber optik için %35, %30 kızılötesi optik, %15 polimerizasyon katalizörleri ve %15 elektronik ve güneş enerjisi uygulamaları. Kalan %5'lik kısım fosfor, metalurji ve kemoterapi gibi kullanımlara girmiştir.

Optik

Germania'nın (GeO₂) dikkate değer özellikleri, yüksek kırılma indisi ve düşük optik dağılımıdır. Bunlar özellikle geniş açılı kamera lensleri, mikroskopi ve optik fiberlerin çekirdek kısmı için yararlıdır. Silis lifi için katkı maddesi olarak titanya'nın yerini alarak lifleri kırılgan hale getiren sonraki ısıl işlemi ortadan kaldırmıştır. 2002 yılı sonunda, fiber optik endüstrisi Amerika Birleşik Devletleri'nde yıllık germanyum kullanımının %60'ını tüketmiştir, ancak bu dünyadaki tüketimin %10'undan daha azdır. GeSbTe, yeniden yazılabilir DVD'lerde kullanılanlar gibi optik özellikleri için kullanılan bir faz değişim malzemesidir.

Tipik bir tek modlu fiber optik. Germanyum oksit, çekirdek silisin bir katkı maddesidir (Madde 1). 1. Çekirdek 8 µm 2. Kaplama 125 µm 3. Tampon 250 µm 4. Kabuk 400 µm

Germanyum kızılötesi dalga boylarında şeffaf olduğu için, lenslere ve pencerelere kolayca kesilebilen ve cilalanabilen önemli bir kızılötesi optik malzemedir. Pasif termal görüntüleme ve askeri, mobil gece görüş ve yangın söndürme uygulamalarında sıcak nokta tespiti için 8 ila 14 mikron aralığında çalışan termal görüntüleme kameralarında özellikle ön optik olarak kullanılır. Kızılötesi spektroskoplarda ve son derece hassas kızılötesi dedektörler gerektiren diğer optik ekipmanlarda kullanılır. Çok yüksek bir kırılma indisine (4.0) sahiptir ve yansıma önleyici maddelerle kaplanmalıdır. Özellikle, elmas benzeri karbonun (DLC), kırılma indeksi 2.0'ın çok sert bir özel yansıma önleyici kaplaması iyi bir eşleşmedir ve çok fazla çevresel kötüye kullanıma dayanabilecek elmas sert bir yüzey üretir.

Elektronik

Silikon-germanyum alaşımları hızla yüksek hızlı entegre devreler için önemli bir yarı iletken malzeme haline gelmektedir. Si-SiGe bağlantılarının özelliklerini kullanan devreler, tek başına silikon kullananlardan çok daha hızlı olabilir. Silikon-germanyum, kablosuz iletişim cihazlarındaki galyum arsenidin (GaAs) yerini almaya başlıyor. Yüksek hızlı özelliklere sahip SiGe yongaları, silikon yonga endüstrisinin düşük maliyetli, iyi kurulmuş üretim teknikleri ile yapılabilir.

Güneş panelleri germanyumun önemli bir kullanımıdır. Germanyum, uzay uygulamaları için yüksek verimli çok bağlantılı fotovoltaik hücreler için gofretlerin substratıdır. Otomobil farları ve arkadan aydınlatmalı LCD ekranlar için kullanılan yüksek parlaklıkta LED'ler önemli bir uygulamadır.

Germanyum ve galyum arsenit çok benzer kafes sabitlerine sahip olduğundan, germanyum substratlar galyum arsenit güneş pilleri yapmak için kullanılabilir. Mars Keşif Gezicileri ve çeşitli uydular, germanyum hücreleri üzerinde üçlü birleşme yeri olan galyum arsenit kullanır.

İzolatör üzerindeki germanyum (GeOI) substratlar, minyatürleştirilmiş yongalardaki silikonun yerine geçebilecek bir alternatif olarak görülmektedir. GeOI substratlarına dayanan CMOS devresi son zamanlarda bildirilmiştir. Elektronikteki diğer kullanımlar, floresan lambalardaki fosforları ve katı hal ışık yayan diyotları (LED'ler) içerir. Germanyum transistörleri, erken dönem rock and roll döneminden, özellikle Dallas Arbiter Fuzz Face'ten "fuzz" tonunun ayırt edici ton karakterini yeniden üretmek isteyen müzisyenler tarafından bazı efekt pedallarında kullanılmaktadır.

Diğer kullanımlar

Germanyum dioksit, polietilen tereftalat (PET) üretiminde polimerizasyon için katalizörlerde de kullanılır. Bu poliesterin yüksek parlaklığı özellikle Japonya'da pazarlanan PET şişeler için tercih edilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde germanyum polimerizasyon katalizörleri için kullanılmaz.

Silika (SiO₂) ve germanyum dioksit (GeO₂) arasındaki benzerlik nedeniyle, bazı gaz kromatografisi kolonlarındaki silika sabit fazı GeO₂ ile değiştirilebilir.

Son yıllarda germanyum, değerli metal alaşımlarında artan kullanım gördü. Örneğin gümüş alaşımlarında ateş ölçeğini azaltır, kararmazlığı arttırır ve yağış sertleşmesini iyileştirir. Kararmaz bir gümüş alaşımı olan Argentium %1.2 germanyum içerir.

Tek kristal yüksek saflıkta germanyumdan yapılmış yarı iletken dedektörler radyasyon kaynaklarını tam olarak belirleyebilir - örneğin havaalanı güvenliğinde. Germanyum, tek kristal nötron saçılması ve senkrotron X-ışını kırınmasında kullanılan ışın hatları için monokromatörler için yararlıdır. Yansıtıcılık, nötron ve yüksek enerjili X-ışını uygulamalarında silikondan daha avantajlıdır. Yüksek saflıkta germanyum kristalleri gama spektroskopisi ve karanlık madde arayışı için detektörlerde kullanılır. Germanyum kristalleri ayrıca X-ışını spektrometrelerinde fosfor, klor ve kükürt tayini için kullanılır.

Germanyum, spintronics ve spin tabanlı kuantum hesaplama uygulamaları için önemli bir malzeme olarak ortaya çıkmaktadır. 2010 yılında, araştırmacılar oda sıcaklığında spin taşımasını gösterdi ve son zamanlarda germanyumdaki donör elektron spinslerinin çok uzun tutarlılık sürelerine sahip olduğu gösterilmiştir.

Germanyum ve sağlık

Germanyum, bitkilerin veya hayvanların sağlığı için gerekli değildir. Ortamdaki germanyumun sağlık üzerinde çok az etkisi vardır veya hiç yoktur. Bunun nedeni, genellikle cevherlerde ve karbonlu materyallerde sadece bir eser element olarak meydana gelmesidir ve çeşitli endüstriyel ve elektronik uygulamalar, yutulması muhtemel olmayan çok küçük miktarları içerir. Benzer nedenlerle, son kullanım germanyumunun biyolojik tehlike olarak çevre üzerinde çok az etkisi vardır. Germanyumun bazı reaktif ara bileşikleri zehirlidir (aşağıdaki önlemlere bakınız).

Hem organik hem de inorganik germanyumdan yapılan germanyum takviyeleri, lösemi ve akciğer kanserini tedavi edebilen alternatif bir ilaç olarak pazarlanmaktadır. Bununla birlikte, herhangi bir tıbbi yarar kanıtı yoktur; bazı kanıtlar bu tür takviyelerin aktif olarak zararlı olduğunu göstermektedir.

Bazı germanyum bileşikleri, alternatif tıp pratisyenleri tarafından FDA'ya izin verilmeyen enjekte edilebilir çözeltiler olarak uygulanmıştır. İlk başta kullanılan çözünür inorganik germanyum formları, özellikle sitrat-laktat tuzu, bazı böbrek fonksiyon bozukluğu, hepatik steatoz ve bunları uzun vadede kullanan bireylerde periferik nöropati vakalarına neden oldu. Birçoğu ölen bu bireylerdeki plazma ve idrar germanyum konsantrasyonları, endojen seviyelerden daha büyük birkaç mertebe düzenidir. Daha yeni bir organik form olan beta-karboksietergermanyum seskioksit (propagermanyum), aynı toksik etki spektrumunu sergilememiştir.

ABD Gıda ve İlaç İdaresi araştırması, inorganik germanyumun besin takviyesi olarak kullanıldığında "potansiyel insan sağlığı tehlikesi" oluşturduğu sonucuna varmıştır.

Bazı germanyum bileşikleri memeliler için düşük toksisiteye sahiptir, ancak bazı bakterilere karşı toksik etkileri vardır.

Kimyasal olarak reaktif germanyum bileşikleri için önlemler

Germanyumun yapay olarak üretilen bileşiklerinden bazıları oldukça reaktiftir ve maruz kaldıklarında insan sağlığına ciddi bir tehlike oluşturur. Örneğin, germanyum klorür ve germane (GeH₄), sırasıyla gözler, cilt, akciğerler ve boğaz için çok tahriş edici olabilen bir sıvı ve gazdır.