Ge • Ordnungszahl 32
Germanium
Germanium ist ein ein silbergraues Halbmetall, das in der Erdkruste selten ist. Es kommt hauptsächlich in Spuren in Zinkerzen, Kohle und Germanit vor. Die wichtigsten Endanwendungen von Germanium sind Glasfaser- und Infrarotoptik sowie Halbleiteranwendungen.
Aufgrund der weltweit geringen Verbrauchsmengen fehlen genaue Daten zu Produktionsmengen
China ist der wichtigste Germaniumhersteller. Weiter Länder in den Germanium hergestellt doer recycelt wurde sind Belgien, China, Deutschland, Kanada, Russland und die USA.
Seit 2023 herrschen in China Exportkontrollen auf Germaniumprodukte. Für die USA besteht seit Dezember 2024 ein Exportverbot für alle Germaniumprodukte aus China.
Die EU, USA, Kanada, Großbritannien, Australien, China, Japan, Südkorea und Indien listen Germanium als strategischen oder kritischen Rohstoff.
Germanium wurde 1886 von deutschen Chemiker Clemens Winkler entdeckt. Knapp zehn Jahre zuvor sagte der russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejeff die Existenz von Germanium voraus, das homolog zu Silizium sein würde. Das damals noch unentdeckte Element nannte Mendelejeff Eka-Silizium. Winkler gab dem Element den Namen Germanium.
Die schlechte Verfügbarkeit des Elements erschwerte weitere Untersuchungen. Zudem erschlossen sich für das seltene nichtmetallische Element zunächst keine technischen Anwendungen.
Germanium erlangte erst nach 1945 wirtschaftliche Bedeutung, als man seine Eigenschaften als Halbleiter für die Elektronik erkannte.
Viele andere Stoffe werden heute ebenfalls als Halbleiter verwendet, doch Germanium bleibt von größter Bedeutung für die Herstellung von Transistoren und Bauteilen für Geräte wie Gleichrichter und Fotozellen.
Rund die Hälfte des Germaniums wird in der Glasfasern eingesetzt. Dabei wird Germaniumdioxid verwendet, um die Lichtübertragung zu verbessern. Für Hochgeschwindigkeitsinternet, Telekommunikation und Rechenzentren ist Germanium unverzichtbar.
Das zweitwichtigste Anwendungsgebiet mit einem Anteil von etwa 30 Prozent sind Infrarotoptik (IR) und Wärmebildgebung. Hierfür werden etwa Germaniumlinsen und -fenster in militärischen Nachtsichtgeräten und Wärmebildkameras verbaut. In der Automobilindustrie kommt Germanium in Fahrerassistenzsysteme zur Anwendung sowie auch in der Satellitenbildgebung.
Die Verwendung von Germanium in Halbleitern und Elektronik ist weiter relevant, aber rückläufig. Sie werden etwa in Hochgeschwindigkeitstransistoren, Dioden und Solarzellen verwendet. Silizium-Germanium-Legierungen (SiGe) verbessern die Leistung von 5G- und Mobilfunkchips.
Germanium fällt als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Zink und Kohle an. 80 Prozent des weltweiten gewonnenen Germaniums stammen aus der Zinkerzverarbeitung. Das wichtigste Mineral für die Germaniumgewinnung aus Zink ist Sphalerit, das bedeutendste Zinkerz.
China ist ein bedeutender Produzent von Germanium aus Kohlequellen. Bei der Verbrennung von Kohle reichert sich Germanium in Flugasche an, aus der es dann gewonnen wird.
Nach China, das die globale Germaniumproduktion mit 60 bis 70 Prozent dominiert, sind Russland und Kanada weitere Produktionsländer.
Der größte Germaniumproduzent der Welt ist das chinesische Unternehmen Yunnan Germanium Industry mit Hauptsitz in Kunming in der Provinz Yunnan.
Silizium- oder Galliumarsenid ersetzen Germanium in bestimmten elektronischen Anwendungen.
Einige Metallverbindungen können in Hochfrequenzelektronikanwendungen und in einigen Leuchtdiodenanwendungen ersetzt werden.
Chalkogenidglas wurde als Ersatz für Germaniummetall in Infrarotanwendungen verwendet.
Antimon und Titan werden als Polymerisationskatalysatoren eingesetzt.
elementares Germanium
Germanium steht im Periodensystem in der Serie der Halbmetalle, wird aber nach neuerer Definition als Halbleiter klassifiziert. Elementares Germanium ist sehr spröde und an der Luft bei Raumtemperatur sehr beständig. Erst bei starkem Glühen in einer Sauerstoff-Atmosphäre wird es zu Germanium(IV)-oxid (GeO2) oxidiert. GeO2 ist dimorph und wird bei 1033 °C von der Rutil-Modifikation (CN =6), in die ß-Quarz-Struktur (CN=4) überführt. In Pulverform ist es ein entzündbarer Feststoff und kann durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden und brennt nach deren Entfernung weiter. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist. In kompakter Form ist es nicht brennbar. Germanium ist zwei- und vierwertig. Germanium(IV)-Verbindungen sind am beständigsten. Von Salzsäure, Kalilauge und verdünnter Schwefelsäure wird Germanium nicht angegriffen. In alkalischen Wasserstoffperoxid-Lösungen, konzentrierter heißer Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure wird es dagegen unter Bildung von Germaniumdioxidhydrat aufgelöst. Gemäß seiner Stellung im Periodensystem steht es in seinen chemischen Eigenschaften zwischen Silicium und Zinn.
Germanium weist als einer von wenigen Stoffen die Eigenschaft der Dichteanomalie auf. Seine Dichte ist in festem Zustand niedriger als in flüssigem. Seine Bandlücke beträgt bei Zimmertemperatur ca. 0,67 eV.
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