Het verband tussen germanium (Ge) en Duitsland is nogal triviaal – de ontdekker van het element kwam uit Freiburg en bleek, net als onze landgenote Maria Curie-Skłodowska, een groot patriot te zijn. Hoewel het vrij zeldzaam is, speelt het een vrij fundamentele rol in de moderne technologie en evenaart het in vele opzichten zijn buurman op het periodiek systeem der elementen, silicium. Wat is er nog meer te weten over germanium, zijn eigenschappen en toepassingen?
- Geschiedenis van germanium
- Eigenschappen van germanium – welke verbindingen vormt het?
- Voorkomen en extractie van germanium
- Toepassingen van germanium
- Gezondheidseffecten van germanium
- Germanium en ecologie
Germanium neemt plaats 32 in het Periodiek Systeem in – dit is ook het aantal protonen in zijn atoomkern. Bij kamertemperatuur heeft het de vorm van een vaste stof en vertoont het zich als een zilverachtig metaalklompje. Het zijn echter praktisch alleen industriële werknemers en wetenschappers die er rechtstreeks mee in aanraking komen.
Geschiedenis van germanium
Reeds in 1869 voorspelde Dmitry Mendelejev, de vader van het beroemde periodiek systeem der elementen, dat er tussen silicium en tin nog plaats was voor een element. Deze voorspelling bleek binnen enkele decennia uit te komen! Eerst werd in het midden van de jaren 1880 in een Duitse mijn in Freiburg een nieuw mineraal ontdekt, dat argyrodiet werd genoemd naar de kennelijk aanzienlijke aanwezigheid van zilver in de structuur. In 1886 isoleerde de plaatselijke wetenschapper Clemens Winkler een nieuw element uit het mineraal en was de eerste die de eigenschappen ervan vaststelde – interessant genoeg kwamen deze opmerkelijk overeen met de voorspellingen van Mendelejev. Uiteindelijk werd de structuurformule van argyrodiet ook geïdentificeerd als Ag8GeS6.
Afgezien van het strikt wetenschappelijke belang kreeg germanium aanvankelijk echter niet veel wereldwijde aandacht. Pas aan het einde van de Tweede Wereldoorlog begon men het te gebruiken voor de productie van dioden voor militaire doeleinden. In 1947 gebruikten drie wetenschappers van Bell Laboratories (Shockley, Bardeen, Brattain) germanium om ‘s werelds eerste transistor te produceren, waarvoor zij later de Nobelprijs ontvingen. In de daaropvolgende decennia breidde het scala van mogelijke toepassingen zich duidelijk uit en steeg dus ook de prijs. De Amerikaanse regering verklaarde germanium in de jaren tachtig zelfs tot een kritiek element en begon er voorraden van aan te leggen. 
Eigenschappen van germanium – welke verbindingen vormt het?
Germanium is een hard, bros halfmetaal, wat betekent dat het sommige eigenschappen van metalen heeft en in andere opzichten lijkt op niet-metalen. Net als silicium is het een halfgeleider en behoort het tot een kleine groep van elementen die in volume toenemen wanneer zij worden bevroren. Het smeltpunt is 938,3 graden C en het kookpunt is 2833 graden C. Germanium vormt kristallen waarvan de structuur lijkt op die van een diamant, hetgeen het verschijnsel van de broosheid van de zilverklompjes verklaart.
In de natuur zijn drie van de vijf natuurlijke isotopen van
germanium zijn Ge-74, Ge-72 en Ge-79.
laboratoriumomstandigheden, zijn nog eens 19 kunstmatige isotopen verkregen.
Germanium oxideert
alleen bij 600-700 graden C, waarbij min. germaniumdioxide (GeO2) wordt gevormd.
germaniumdioxide (GeO2). Het reageert ook vrij gemakkelijk met elementen die behoren tot de
elementen, resulterend in germaniumtetrachloride (GeCl4), een verbinding met brede industriële toepassing.
met een breed scala aan industriële toepassingen. Van de zuren, is het alleen gevoelig voor
van zuren is het slechts gevoelig voor de inwerking van zogenaamd koningswater en geconcentreerd zwavel- of salpeterzuur, maar het lost zeer actief op in natrium- en kaliumbasen, waarbij verbindingen worden gevormd die germanaten worden genoemd. 
Voorkomen en extractie van germanium
Het is niet gemakkelijk germanium op aarde te vinden – het is slechts het 50e meest voorkomende in de aardkorst
(met een frequentie van 1,3 ppm). Ondanks deze relatieve zeldzaamheid, is het vrij
wijd verspreid over het oppervlak van onze planeet – in kleine
kleine hoeveelheden, natuurlijk. Door zijn hoge reactiviteit, zal het nooit
komt voor in zuivere vorm, en zijn natuurlijke bronnen zijn mineralen
zoals de eerder genoemde argyrodiet, germaniet of renieriet. Deze twee
de laatste twee worden soms gebruikt voor de commerciële extractie van germanium.
Kleine hoeveelheden van het element zijn ook aanwezig in koper- en arseenertsen en steenkoollagen, en hopen zich op in de weefsels van sommige planten.
Voor industriële doeleinden is het meest gebruikelijke gebruik echter voor slib afkomstig van
zink smeltprocessen, die na behandeling met sterk zoutzuur en onderworpen te zijn
zoutzuur en onderworpen aan herdistillatie en hydrolyse
germaniumdioxide opleveren. Dit laatste wordt met behulp van waterstof gereduceerd tot het
als een zuiver element. Of, in ongeveer 25% van de gevallen,
germanium wordt ook verkregen als bijproduct van de verbranding van bepaalde soorten
soorten steenkool.
Om staven te verkrijgen die klaar zijn voor gebruik, wordt germanium ook onderworpen aan een proces van zonale raffinage
zone, die een optimale zuiverheid garandeert. Na het smelten, is het
bovendien verrijkt met minimale hoeveelheden elementen zoals arseen
of gallium om de technische eigenschappen te optimaliseren. Van de legering
enkele kristallen die in de elektronica worden gebruikt, worden dan geïsoleerd.
Tot 60% van de wereldproductie van germanium is afkomstig uit China. De rest van het aanbod wordt gezamenlijk geleverd door Canada, Finland, Rusland en de VS.
Toepassingen van germanium
De ontdekking dat germanium halfgeleidende eigenschappen bezat, opende het terrein voor een brede waaier van technologische toepassingen – het element legde de grondslag voor de ontwikkeling van moderne computers! Hoewel germanium in de tweede helft van de 20e eeuw grotendeels werd vervangen door het veel goedkopere silicium, wordt het nog steeds op grote schaal gebruikt in optische vezels, zonnecellen en LED-technologie.
Bovendien wordt germanium toegevoegd aan legeringen die worden gebruikt bij de vervaardiging van fosforescerende en fluorescerende lampen – het eerder genoemde zinkgermanaat zendt licht uit wanneer het wordt blootgesteld aan een voldoende dosis energie. Tegelijkertijd is germanium doorzichtig voor infrarode straling en wordt het daarom gebruikt in apparatuur voor stralingsdetectie en -meting. In de militaire industrie wordt het dan weer gebruikt bij de vervaardiging van nachtzichtapparatuur.
Germaniumdioxide wordt ook gebruikt in optische apparaten, b.v. fotografische lenzen of lenzen voor microscopen. Als katalysator voor het polymerisatieproces wordt het voorts gebruikt bij de produktie van polyethyleentereftalaat (PET), dat op zijn beurt wordt toegepast bij de vervaardiging van plastic verpakkingen, kleding en kunstharsen. Ten slotte wordt er ook germanium aan zilver toegevoegd om de aanslag te verminderen.
Gezondheidseffecten van germanium
Vergeleken met lood, cadmium of kwik
germanium is veel minder giftig voor mensen, wat niet betekent
dat het geen schadelijke gevolgen heeft voor de gezondheid. Synthetische verbindingen
van germanium in vloeibare of vluchtige vorm zijn in verband gebracht met, bijvoorbeeld
irritatie van de ogen, keel, longen en huid. Bovendien hebben studies waarbij anorganisch germanium werd geïnjecteerd, lever- en nierstoornissen en zelfs de dood tot gevolg gehad.
Paradoxaal genoeg,
er zijn wetenschappelijk onbevestigde berichten dat het nemen van 1 mg
germanium per dag om de gezondheid te bevorderen! Er is zelfs gesuggereerd dat het
het immuunsysteem te versterken, de zuurstoftoevoer naar de lichaamsweefsels te verhogen en vrije radicalen te vernietigen. In de categorie van therapeutische toepassingen wordt het genoemd voor allergieën, astma
of zelfs kanker zoals leukemie of longkanker! Bemoedigend zijn
bijvoorbeeld, studies die de matige antibacteriële
eigenschappen van germanium. In het verleden werden zelfs supplementen met germanium geproduceerd,
maar in 1989, heeft het Britse Ministerie van Volksgezondheid een officiële
waarschuwde tegen hun consumptie, met het argument dat ze een grotere
gezondheidsrisico dan potentiële voordelen. Vandaag de dag, germanium nog steeds
blijft een mysterie in termen van zijn potentieel gebruik
farmacologisch gebruik.
Nieuwsgierigheid:
Bijna alle voedingsmiddelen bevatten minieme hoeveelheden germanium – het komt het meest voor in mosselen, tonijn, zalm, melk, boter, tomatensap en bonen in blik.
Germanium en ecologie
Het industriële gebruik van germanium is kwantitatief zeer beperkt, maar apparatuur en toestellen die germanium bevatten, komen zelden in het milieu terecht. De eindtoepassingen van dit halfmetaal worden tot dusver dan ook niet officieel als een bedreiging voor onze planeet beschouwd.
Het probleem met de aanwezigheid van germanium in het milieu is echter de uiterst kleine omvang van de deeltjes. Daardoor dringen zij uiterst gemakkelijk door in het water en dringen daarmee individuele ecosystemen binnen. In China, waar het meeste germanium wordt geproduceerd, zijn tussen 2006 en 2007 al aanzienlijke overschrijdingen van de normen voor germaniumconcentratie in oppervlaktewater vastgesteld, wat volgens wetenschappers een negatief effect kan hebben op het functioneren van ecosystemen. In de omgeving van de stad Wenzhou is zelfs al melding gemaakt van fysieke waterverontreiniging en gezondheidsproblemen voor de bewoners. Helaas, aldus de wetenschappers, bevordert zelfs het op grote schaal gepromote recyclen van PET-flessen het binnendringen van germanium in het milieu. Het is echter moeilijk op dit moment te voorspellen op welke schaal dit probleem zich kan ontwikkelen. .