Quelltext der Seite Germanium

{{Infobox Chemisches Element
<!--- Periodensystem --->
| Name = Germanium
| Symbol = Ge
| Ordnungszahl = 32
| Serie = Hm
| Gruppe = 14
| Periode = 4
| Block = p
<!--- Allgemein --->
| Aussehen = gräulich weiß
| CAS = {{CASRN|7440-56-4}}
| EG-Nummer = 231-164-3
| ECHA-ID = 100.028.331
| Massenanteil = 5,6&nbsp;ppm (46. Rang)<ref name="Harry H. Binder">[[Harry H. Binder]]: ''Lexikon der chemischen Elemente.'' S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
<!--- Atomar --->
| Hauptquelle = <ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [https://www.webelements.com/germanium/ www.webelements.com (Germanium)] entnommen.</ref>
| Atommasse = 72,630(8)<ref name="IUPAC">[https://www.ciaaw.org/pubs/TSAW2013_xls.xls IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013].</ref>
| Atomradius = 125
| AtomradiusBerechnet = 125
| KovalenterRadius = 122
| VanDerWaalsRadius = 211<ref>Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: ''Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group.'' In: ''J. Phys. Chem. A.'' 113, 2009, S.&nbsp;5806–5812, [[doi:10.1021/jp8111556]].</ref>
| Elektronenkonfiguration = &#91;[[Argon|Ar]]&#93; 3[[D-Orbital|d]]<sup>10</sup> 4[[S-Orbital|s]]<sup>2</sup> 4[[P-Orbital|p]]<sup>2</sup>
| Austrittsarbeit = 5,0 [[Elektronenvolt|eV]]<ref>Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: ''[[Bergmann-Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik|Lehrbuch der Experimentalphysik]].'' Band 6: ''Festkörper.'' 2. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2005, ISBN 3-11-017485-5, S.&nbsp;361.</ref>
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|7,899435|suffix=(12)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-germanium">{{NIST-ASD|germanium|Abruf=2020-06-11}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|762,18|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-germanium">{{Webelements|germanium|atoms|Abruf=2020-06-11}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|15,934610|suffix=(25)|post=eV<ref name="NIST-ASD-germanium" />}} ≈ {{ZahlExp|1537,46|post=kJ/mol<ref name="Webelements-germanium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|34,0576|suffix=(12)|post=eV<ref name="NIST-ASD-germanium" />}} ≈ {{ZahlExp|3286,1|post=kJ/mol<ref name="Webelements-germanium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|45,7155|suffix=(12)|post=eV<ref name="NIST-ASD-germanium" />}} ≈ {{ZahlExp|4410,9|post=kJ/mol<ref name="Webelements-germanium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|90,500|suffix=(19)|post=eV<ref name="NIST-ASD-germanium" />}} ≈ {{ZahlExp|8732|post=kJ/mol<ref name="Webelements-germanium" />}}
<!--- Physikalisch --->
| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen = 
| Kristallstruktur = [[Diamantstruktur]]
| Dichte = 5,323 g/cm<sup>3</sup> (20 [[Grad Celsius|°C]])<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente.'' 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S.&nbsp;482.</ref>
| RefTempDichte_K = 
| Mohshärte = 6,0
| Magnetismus = [[Diamagnetismus|diamagnetisch]] ([[Magnetische Suszeptibilität|''χ<sub>m</sub>'']] = −7,1 · 10<sup>−5</sup>)<ref name="CRC">{{CRC Handbook |Auflage=90 |Titel= |Kapitel=4 |Startseite=142 |Endseite=147}} Die Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref>
| Schmelzpunkt_K = 1211,4
| Schmelzpunkt_C = 938,3
| Siedepunkt_K = 3106 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.'' In: ''Journal of Chemical & Engineering Data.'' 56, 2011, S.&nbsp;328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref>
| Siedepunkt_C = 2830
| MolaresVolumen = 13,63 · 10<sup>−6</sup>
| Verdampfungswärme = 330 kJ·mol<sup>−1</sup><ref name="Zhang" />
| Schmelzwärme = 31,8
| Dampfdruck = 
| RefTempDampfdruck_K = 
| Schallgeschwindigkeit = 5400
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 293,15
| SpezifischeWärmekapazität = 308,3<ref name="Harry H. Binder" />
| ElektrischeLeitfähigkeit = ([[Eigenleitung]]) 2
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K = 300
| Wärmeleitfähigkeit = 60
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K = 
<!--- Chemisch --->
| Oxidationszustände = −4, +2, '''+4'''
| Normalpotential = 0,247 [[Volt|V]] (Ge<sup>2+</sup> + 2&nbsp;e<sup>−</sup> → Ge)
| Elektronegativität = 2,01
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Germanium, Pulver|ZVG=8270|CAS=7440-56-4|Abruf=2025-01-10}}</ref>
| GHS-Piktogramme = Pulver{{GHS-Piktogramme|02|08|09}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|228|361|373|410}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|202|210|240|241|272|308+313}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
<!--- Isotope --->
| Isotope = {{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 68
| NH = 0
| Halbwertszeit = 270,8 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,106
| Zerfallstyp1ZP = [[Gallium|<sup>68</sup>Ga]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 69
| NH = 0
| Halbwertszeit = 39,05 [[Stunde|h]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,227
| Zerfallstyp1ZP = [[Gallium|<sup>69</sup>Ga]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 70
| NH = 20,5
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 71
| NH = 0
| Halbwertszeit = 11,43 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,229
| Zerfallstyp1ZP = [[Gallium|<sup>71</sup>Ga]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 72
| NH = 27,4
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 73
| NH = 7,8
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 74
| NH = 36,5
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 75
| NH = 0
| Halbwertszeit = 82,78 [[Minute|min]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,177
| Zerfallstyp1ZP = [[Arsen|<sup>75</sup>As]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 76
| NH = 7,44
| Halbwertszeit = (1.84<sup>+0.14</sup><sub>−0.10</sub>) · 10<sup>21</sup> [[Jahr|a]]<ref>J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 40 (2013) 035110, [[doi:10.1088/0954-3899/40/3/035110]]</ref>
| Zerfallstyp1ZM = [[Doppelter Betazerfall|β<sup>−</sup>β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 
| Zerfallstyp1ZP = [[Selen|<sup>76</sup>Se]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Ge
| Massenzahl = 77
| NH = 0
| Halbwertszeit = 11,30 [[Stunde|h]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,702
| Zerfallstyp1ZP = [[Arsen|<sup>77</sup>As]]
}}
| NMREigenschaften = 
}}

'''Germanium''' (von {{laS|Germania}} ‚[[Deutschland]]‘, nach dem Land, in dem es zuerst gefunden wurde<ref name="Brunck_1906" />) ist ein [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] Ge und der [[Ordnungszahl]] 32. Im [[Periodensystem]] steht es in der 4. [[Chemische Elemente der vierten Periode|Periode]] und in der 4. [[Hauptgruppe]] (14. [[Gruppe des Periodensystems|IUPAC-Gruppe]], p-[[Block des Periodensystems|Block]] und [[Kohlenstoffgruppe]]). Es wurde erstmals 1886 im Mineral [[Argyrodit]] nachgewiesen.<ref name="DOI10.1002/ciuz.200490078">{{Literatur |Autor=Klaus Volke |Titel=Clemens Winkler– zum 100. Todestag |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=38 |Nummer=5 |Datum=2004-10 |Seiten=360 |DOI=10.1002/ciuz.200490078}}</ref>

Germanium ist ein glänzend graues, hartes, [[spröde]]s [[Halbmetall]] (manchmal wird es noch zu den [[Metall]]en gezählt). Es ist auf der Erde weit verbreitet, kommt aber meistens nur in geringen Konzentrationen vor. Der größte Produzent von Germanium ist [[Volksrepublik China|China]]. Germanium wird hauptsächlich als [[Halbleiter]] in der [[Elektronik]] verwendet, doch es gibt auch einige Anwendungen in der Medizin. Es ist keine biologische Funktion von Germanium bekannt.

== Geschichte ==
[[Datei:Winkler Clemens.jpg|mini|links|[[Clemens Winkler]], erster Hersteller reinen Germaniums]]
[[Datei:Winkler preparate 1886 1904.png|mini|links|Von Clemens Winkler hergestellte Präparate des Elements Germanium.<br />Oben: Die zur [[Louisiana Purchase Exposition|Weltausstellung 1904 in St. Louis]] gezeigten Präparate<br />Unten: Germaniumsulfid vom 6. Februar 1886]]

Als 1871 [[Dmitri Iwanowitsch Mendelejew|Dmitri Mendelejew]] das [[Periodensystem]] entwarf, stieß er auf eine Lücke unterhalb des [[Silicium]]s und postulierte ein bis dahin unbekanntes Element, das er als Eka-Silicium bezeichnete. Mendelejew machte Vorhersagen über die Eigenschaften des Eka-Siliciums und dessen Verbindungen, die von der Wissenschaft jedoch abgelehnt wurden.

1885 fand [[Clemens Winkler]] (1838–1904), ein [[Chemiker]] an der [[Technische Universität Bergakademie Freiberg|Bergakademie Freiberg]], als er mit dem neu entdeckten Mineral [[Argyrodit]] arbeitete, dass dessen [[quantitative Analyse]] stets einen Fehlbetrag von rund sieben Prozent lieferte. So oft die Analyse wiederholt wurde, blieb der Fehlbetrag etwa konstant und Winkler vermutete schließlich, dass das Mineral ein bis dahin unbekanntes Element enthielt. Nach vier Monaten Arbeit gelang ihm schließlich am 6. Februar 1886 die Isolierung eines weißen [[Sulfid]]-Niederschlages, der sich im [[Wasserstoff]]strom zu einem metallischen Pulver reduzieren ließ. In Anlehnung an den zuvor entdeckten Planeten [[Neptun (Planet)|Neptun]] wollte Winkler das neue Element zunächst [[Neptunium]] nennen. Da dieser Name jedoch bereits für ein anderes vermutetes Element verwendet worden war, nannte er es nach dem Entdeckungsort Germanium.<ref name="Brunck_1906" /><ref name="DOI10.1002/cber.18860190156">{{Literatur |Autor=Clemens Winkler |Titel=Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=19 |Nummer=1 |Datum=1886-01 |Seiten=210 |DOI=10.1002/cber.18860190156}}</ref><ref name="DOI10.1002/prac.18860340122">{{Literatur |Autor=Clemens Winkler |Titel=Mittheilungen über das Germanium |Sammelwerk=Journal für Praktische Chemie |Band=34 |Nummer=1 |Datum=1886-08-14 |Seiten=177 |DOI=10.1002/prac.18860340122}}</ref> Winkler vermutete zunächst, dass es sich beim Germanium um das von Mendelejew postulierte [[Eka-Stibium]]<ref name="Eka">Bei Eka-Cadmium und Eka-Stibium handelt es sich um zwei von Mendelejew postulierte Elemente zwischen Cadmium und Quecksilber und zwischen Antimon und Bismut, die man heutzutage als ''not-so-famous blanks'' meistens unter den Tisch fallen lässt.</ref> handelte, während Mendelejew es zunächst eher als [[Eka-Cadmium]]<ref name="Eka" /> und nicht als Eka-Silicium einstufen wollte. Nachdem weitere Eigenschaften ermittelt worden waren, bestätigte sich, dass es sich wohl um das vorhergesagte Element Eka-Silicium handelte.<ref>{{Holleman-Wiberg |Auflage=101. |Startseite=?}}</ref> Mendelejew hatte dessen Eigenschaften aus seinem Periodensystem abgeleitet, so dass dieser Fund zur Anerkennung des Periodensystems beitrug:<ref name="Brunck_1906" />

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! Eigenschaft !! Eka-Silicium<br /> (vorhergesagt) !! Germanium<br /> (bestimmt)
|-
| style="text-align:left" | Atomgewicht || 72 || 72,32
|-
| style="text-align:left" | Spezifisches Gewicht || 5,5 || 5,47
|-
| style="text-align:left" | Atomvolumen || 13 || 13,22
|-
| style="text-align:left" | Wertigkeit || IV || IV
|-
| style="text-align:left" | Spezifische Wärme || 0,073 || 0,076
|-
| style="text-align:left" | Spezifisches Gewicht des [[Germaniumdioxid|Dioxids]] || 4,7 || 4,703
|-
| style="text-align:left" | Molekularvolumen des Dioxids || 22 || 22,16
|-
| style="text-align:left" | Siedepunkt des [[Germaniumtetrachlorid|Tetrachlorids]] || unter 100 °C || 86 °C
|-
| style="text-align:left" | Spezifisches Gewicht des Tetrachlorids || 1,9 || 1,87
|-
| style="text-align:left" | Molekularvolumen des Tetrachlorids || 113 || 113,35
|}

== Vorkommen ==
[[Datei:Renierit.JPG|mini|links|Renierit]]

Germanium ist weit verbreitet, kommt aber nur in sehr geringen Konzentrationen vor. Der [[Clarke-Wert]], also der Durchschnittsgehalt in der Erdkruste beträgt etwa 1,5 [[Gramm|g]]/[[Tonne (Einheit)|t]]. In der Natur kommt es meist in Form von Sulfiden bzw. Thiogermanaten vor und wird oft als Begleiter in [[Kupfer]]- und [[Zink]]erzen gefunden, unter anderem im [[Mansfelder Land|Mansfelder]] [[Kupferschiefer]].<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Wiberg, Egon., Wiberg, Nils, |Hrsg= |Titel=Lehrbuch der anorganischen Chemie |Auflage=102., stark umgearbeitete und verb. Aufl |Verlag=De Gruyter |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-11-017770-1 |Seiten=1003}}</ref> Die wichtigsten [[Mineral]]e sind [[Argyrodit]] (Ag<sub>8</sub>GeS<sub>6</sub>),<ref name=":0" /> [[Canfieldit]], [[Germanit]] (Cu<sub>6</sub>FeGe<sub>2</sub>S<sub>8</sub>)<ref name=":0" /> und [[Renierit]]. Manche Kohlensorten, insbesondere die [[Wealdenkohle]]n, enthalten nennenswerte Mengen Germanium, die bei der Verbrennung der [[Kohle]] in die [[Flugasche]] übergehen. Die Flugaschen können bis zu 1 % Germanium enthalten.<ref>{{Literatur |Autor=Chemikerausschuß der Gesellschaft Deutscher Metallhütten- und Bergleute e.&nbsp;V. |Titel=Germanium |Sammelwerk=Betriebsanalysen |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=1961 |ISBN=978-3-642-85580-1 |DOI=10.1007/978-3-642-85579-5_14 |Seiten=313–319 |Online=http://link.springer.com/10.1007/978-3-642-85579-5_14 |Abruf=2024-04-09}}</ref><ref name=":1">{{Literatur |Autor=Sigeki Hara, Nanao Hayashi, Sigeo Hirano, Xi-Ning Zhong, Shigejiro Yasuda, Hisashi Komae |Titel=Notes: Determination of Germanium in Some Plants and Animals |Sammelwerk=Zeitschrift für Naturforschung C |Band=45 |Nummer=11–12 |Datum=1990-12-01 |DOI=10.1515/znc-1990-11-1227 |Seiten=1250–1252 }}</ref> Einige Pflanzen reichern Germanium an.<ref name=":1" />

== Gewinnung und Herstellung ==
Laut [[United States Geological Survey]] lag die Jahresproduktion 2014 bei geschätzten 165&nbsp;t, davon 120&nbsp;t in China, 2020 betrug  die Raffinerieproduktion von Germanium weltweit ca. 140&nbsp;t, wobei die USA ihre Produktionsmengen als Geschäftsgeheimnis nicht veröffentlichen.<ref name="usgs_2022" /> Der Preis für 1&nbsp;kg Germanium betrug 2021 ca. 1.315&nbsp;[[US-Dollar|USD]].<ref name="usgs_2022" /> Laut EU lag der Preis 2003 bei 300&nbsp;USD je kg und stieg bis 2009 auf 1.000&nbsp;USD.<ref name="eu" />

Zur Darstellung von Germanium sind insbesondere die Germaniumoxid (GeO<sub>2</sub>) enthaltenden Rauchgase der Zinkerzaufbereitung geeignet. Angereichert wird das Germanium aus dem Rauchgas durch das Lösen des [[Flugstaub]]s in Schwefelsäure. Nach Fällung des gelösten GeO<sub>2</sub> und ZnO erfolgt die weitere Aufarbeitung durch Destillation der Metallchloride. Die [[Hydrolyse]] führt dann wieder zum Oxid, welches mit Wasserstoff zum Germanium [[Reduktion (Chemie)|reduziert]] wird. Die Darstellung von hochreinem Germanium kann z.&nbsp;B. durch das [[Zonenschmelzverfahren]] erfolgen.<ref name=":0" />

Die weltweiten Produktionsmengen verteilen sich wie folgt:

{| class="wikitable sortable"
|-
! Land
! 2019<ref name="usgs_2021">[https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2021/mcs2021-germanium.pdf U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2021: GERMANIUM].</ref>
! 2020<ref name="usgs_2022" />
|-
|
|colspan="2" style="text-align:center"| (Raffinerieproduktion in [[Tonne (Einheit)|Tonnen]])
|-
| {{CHN}} || 86 || 95
|-
| {{RUS}} || 5 || 5
|-
| {{USA}} || unbek. || unbek.
|-
| Andere Länder || 40 || 40
|-
| '''Gesamt (gerundet)''' || '''131''' || '''140'''
|}

== Eigenschaften ==
[[Datei:Germanium.jpg|mini|Elementares Germanium]]

Germanium steht im Periodensystem in der Serie der [[Halbmetall]]e, 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]] (GeO<sub>2</sub>) oxidiert. GeO<sub>2</sub> ist dimorph und wird bei 1033&nbsp;°C von der [[Rutil]]-Modifikation (CN&nbsp;=&nbsp;6) in die β-Quarz-Struktur (CN&nbsp;=&nbsp;4) überführt. In Pulverform kann es leicht entzündet werden und brennt nach Entfernen der Zündquelle weiter. In kompakter Form ist es nicht brennbar.

Germanium kann zwei- oder vierwertig sein. 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 zeigt als einer von wenigen Stoffen eine [[Dichteanomalie]]. Seine Dichte in festem Zustand ist niedriger als in flüssigem. Germanium ist ein indirekter Halbleiter. Seine [[Bandlücke]] beträgt bei Zimmertemperatur ca. 0,67&nbsp;[[Elektronenvolt|eV]].

[[Wafer]] aus Germanium sind erheblich zerbrechlicher als Wafer aus Silicium.

== Verwendung ==
=== Elektronik ===
Als [[Halbleiter]] war Germanium in [[Einkristall]]-Form das führende [[Material (Fertigungstechnik)|Material]] in der [[Elektronik]] bis in die 1970er Jahre, vor allem zur Herstellung der ersten am Markt erhältlichen [[Germaniumdiode|Dioden]] und [[Bipolartransistor]]en, bis es von [[Silicium]] in diesen Bereichen verdrängt wurde. Anwendungen finden sich heute in der [[Hochfrequenztechnik]] (z.&nbsp;B. als [[Siliciumgermanium]]-Verbindungshalbleiter) und [[Halbleiterdetektor|Detektortechnologie]] (z.&nbsp;B. als Röntgendetektor). Für Solarzellen aus [[Galliumarsenid]] (GaAs) werden zum Teil [[Wafer]] aus Germanium als Trägermaterial verwendet. Die [[Gitterkonstante]] von Germanium ist der von Galliumarsenid sehr ähnlich, so dass GaAs [[Epitaxie|epitaktisch]] auf Germanium-Einkristallen aufwachsen kann.

=== Gläser und Fasern ===
Germanium wird für Infrarotoptiken in Form von Fenstern und Linsen aus monokristallinem Germanium eingesetzt. Einsatzgebiete für Germaniumlinsen sind Nachtsichtgeräte und [[Wärmebildkamera]]s. Die früher übliche Verwendung als Fokussierlinse für die Laser-Materialbearbeitung mittels Kohlendioxid-Lasern sowie deren Austrittsfenster ist jedoch durch [[Zinkselenid]] abgelöst worden. Mit seinem hohen Brechungsindex von etwa 4 wird einkristallines Germanium auch in der FTIR/ATR-Spektroskopie ([[ATR-Infrarotspektroskopie]]) eingesetzt.<ref>[https://www.bruker.com/content/bruker/int/de/products-and-solutions/infrared-and-raman/ft-ir-routine-spectrometer/what-is-ft-ir-spectroscopy.html Was ist Infrarot- und FT-IR-Spektroskopie? Wo ist der Unterschied?] Firmenschrift „FT-IR Spektroskopie Grundlagen“ der Firma [[Bruker]], abgerufen am 14. Juli 2021</ref><ref>{{Literatur |Autor=Peter Larkin |Titel=Infrared and Raman Spectroscopy: Principles and Spectral Interpretation |Verlag=Elsevier |Ort= |Datum=2017 |ISBN=978-0-12-804209-0 |Seiten=44 |Online=[https://books.google.com/books?id=bMgpDwAAQBAJ&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA44&dq=%2522Attenuated+total+reflectance%2522+%2522germanium%2522&hl=de books.google.com]}}</ref> Optische Gläser mit Infrarotdurchlässigkeit ([[Chalkogenid]]glas für Lichtwellenleiter) sind eine weitere Anwendung für Germanium als Bestandteil.

Eine weitere Verwendung ist die [[Lichtwellenleiter#Herstellung|Herstellung von Lichtwellenleitern]]: mit Hilfe von Germaniumtetrachlorid wird bei der [[Chemische Gasphasenabscheidung|chemischen Gasphasenabscheidung]] eine Anreicherung von [[Germaniumdioxid]] im inneren Faserkern erzeugt, wodurch im Vergleich zum Fasermantel ein höherer [[Brechungsindex]] im Kern gewährleistet wird.<ref>{{Literatur |Autor=Jürgen Feßmann, Helmut Orth |Titel=Angewandte Chemie und Umwelttechnik für Ingenieure: Handbuch für Studium und betriebliche Praxis |Verlag=ecomed-Storck |Ort= |Datum=2002 |ISBN=3-609-68352-X |Seiten=54 |Online=[https://books.google.com/books?id=bA36RgqcJ4kC&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA54&dq=GeCl4+Lichtwellenleiter&hl=de books.google.com]}}</ref>

Bei der [[Polyester]]-Herstellung kommt Germaniumdioxid als [[Katalysator]] bei der Fertigung von Polyesterfasern und -granulaten zum Einsatz, speziell für [[Polyethylenterephthalat|PET]]-Flaschen.<ref>{{Literatur |Autor=Joseph R. Davis, A. S. M. International |Titel=ASM Materials Engineering Dictionary |Verlag=ASM International |Ort= |Datum=1992 |ISBN=1-61503-173-1 |Seiten=187 |Online=[https://books.google.com/books?id=fRlk-PeK-aYC&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA187&dq=GeO2+%2522polyester%2522+PET&hl=de books.google.com]}}</ref>

=== Nuklearmedizin und Kerntechnik ===
<sup>68</sup>Ge wird beim [[Gallium-68-Generator]] als Mutternuklid zur Herstellung von Gallium-68 verwendet. Ebenso findet <sup>68</sup>Ge als Quelle zur Detektorkalibration bei der [[Positronen-Emissions-Tomographie]] Anwendung.<ref>Produktkatalog der Fa. Eckert & Ziegler {{Webarchiv |url=http://www.ezag.de/zentralkatalog/3_sources_medical_imaging_equipment.pdf |text=S.&nbsp;15. |wayback=20070103102209}}</ref>

Als hochreiner [[Einkristall]] wird Germanium als Strahlendetektor eingesetzt.

=== Germanium in Nahrungsergänzungsmitteln ===
Die Substanz [[2-Carboxyethylgermaniumsesquioxid|Bis(carboxyethyl)germaniumsesquioxid]] (''Ge-132'') ist als Nahrungsergänzungsmittel zur Anwendung bei einer Reihe von Erkrankungen einschließlich [[Krebs (Medizin)|Krebs]], chronischem Müdigkeitssyndrom, [[Immunschwäche]],<ref>Bundesamt für Sicherheit im Gesundheitswesen, AGES PharmMed: {{Webarchiv |url=http://www.basg.at/omcl/arzneimittel-faelschungen/warnungen/germanium/ |text=''„Nahrungsergänzungsmittel“ mit toxischer Wirkung.'' |archive-is=20120720}}</ref> [[AIDS]], [[Arterielle Hypertonie|Bluthochdruck]], [[Arthritis]] und [[Lebensmittelallergie]]n angepriesen worden. Positive Wirkungen auf den Krankheitsverlauf wurden bisher wissenschaftlich nicht nachgewiesen.

Gemäß der europäischen ''[[Richtlinie 2002/46/EG]] zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Nahrungsergänzungsmittel'' soll Germanium nicht in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet werden. In vielen Ländern der EU, die ihre nationalen Rechtsvorschriften bereits angeglichen haben, so auch Deutschland und Österreich, ist daher der Zusatz von Germanium als Mineralstoffquelle in Nahrungsergänzungsmitteln nicht erlaubt.

Die zuständigen Behörden warnen ausdrücklich vor dem Verzehr von ''Ge-132'', da schwere Gesundheitsschäden und Todesfälle nicht auszuschließen sind.<ref name="bfr">[[Bundesinstitut für Risikobewertung]]: [https://www.bfr.bund.de/de/presseinformation/2000/19/bgvv_warnt_vor_dem_verzehr_von_und130germanium_132_kapselnund145_der_undoumlsterreichischen_firma_undoumlkopharm-892.html ''BgVV warnt vor dem Verzehr von ‚Germanium-132-Kapseln‘ der österreichischen Firma Ökopharm.''] 8. September 2000.</ref><ref>Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) warnt: {{Webarchiv |url=http://www.ages.at/ages/ernaehrungssicherheit/produktwarnsystem/archiv-2008/17-oktober-2008-warnung-vor-nahrungsergaenzungsmittel/ |text=Produkt enthält gesundheitsschädliche Konzentration an Germanium |wayback=20130728032156}} 17. Oktober 2008.</ref>

=== Arzneiliche Verwendung von Germanium ===
Eine therapeutische Wirksamkeit der anti[[Neoplasie|neoplastischen]] Substanz [[Spirogermanium]] bei Krebserkrankungen wurde nicht nachgewiesen. Zugelassene Fertigarzneimittel mit dem Wirkstoff Spirogermanium gibt es nicht. In Deutschland gelten germaniumhaltige Arzneimittelanfertigungen (Rezepturen), abgesehen von [[Potenzieren (Homöopathie)#Potenzierungsarten|homöopathischen Verdünnungen]] ab D4, als bedenklich. Ihre Herstellung und ihre Abgabe sind daher verboten.<ref>Arzneimittelkommission der deutschen Apotheker: [https://www.akdae.de/Arzneimittelsicherheit/Weitere/Bedenkliche-Rezepturarzneimittel.pdf Bedenkliche Rezepturarzneimittel] (PDF; 187&nbsp;kB).</ref> ''Germanium metallicum'' gibt es in Form [[Homöopathisches Arzneimittel|homöopathischer Mittel]]. Als Bestandteil homöopathischer Zubereitungen wird ''di''-Kalium-Germanium-citrat-lactat beschrieben.<ref>[https://dailymed.nlm.nih.gov/dailymed/lookup.cfm?setid=9fbce6ea-aef7-474f-be5c-9aa855456d6a Germanium-Citrate-Lactat] bei [[DailyMed]], abgerufen am 16. September 2012.</ref>

== Physiologie ==
Germanium und seine Verbindungen weisen eine relative geringe akute [[Toxizität]] auf. Spuren von Germanium sind in den folgenden Nahrungsmitteln enthalten: [[Bohne]]n, [[Tomatensaft]], [[Austern (Lebensmittel)|Austern]], [[Thunfisch]] und [[Knoblauch]]. Es ist nach dem Stand der Wissenschaft kein [[Essentielle Stoffe|essentielles]] Spurenelement. Es ist keine biologische Funktion für Germanium bekannt. Es sind keine Germanium-Mangelerkrankungen bekannt.<ref>{{Literatur |Autor=A. G. Schauss |Titel=Nephrotoxicity and neurotoxicity in humans from organogermanium compounds and germanium dioxide |Sammelwerk=Biological Trace Element Research |Band=29 |Nummer=3 |Datum=1991-06 |DOI=10.1007/BF03032683 |PMID=1726409 |Seiten=267–280 }}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://institut-seltene-erden.de/seltene-erden-und-metalle/strategische-metalle-2/germanium/ |titel=Germanium |hrsg=Institut für Seltene Erden und Metalle AG |sprache=de |abruf=2024-04-09}}</ref>

=== Toxizität ===
Gesundheitsschäden durch Germanium traten bei Menschen mehrfach<ref name="aki-irreversible">{{Literatur |Titel=Tubulointerstitial nephropathy persisting 20 months after discontinuation of chronic intake of germanium lactate citrate |Datum= |PMID=8488824}}</ref><ref name="pubmed-aki" /><ref name="pm1726409">{{Literatur |Titel=Nephrotoxicity and neurotoxicity in humans from organogermanium compounds and germanium dioxide |Datum= |PMID=1726409}}</ref> nach längerer Einnahme von Germaniumverbindungen als Nahrungsergänzungsmittel auf. Dabei kommt es zu Funktionsstörungen der Niere bis hin zum (irreversiblen<ref name="aki-irreversible" />) [[Nierenversagen]],<ref name="pubmed-aki">{{Literatur |Titel=Germanium poisoning: clinical symptoms and renal damage caused by long-term intake of germanium |Datum= |PMID=1650857}}</ref> das für den Patienten [[letal]] sein kann.<ref>{{Literatur |Titel=Hazard assessment of germanium supplements |Datum= |DOI=10.1006/rtph.1997.1098}}</ref> Periphere [[Neuropathie]] und andere neurologische Schäden als Folgeerkrankung sind ebenfalls berichtet.<ref name="baua-auswirkungen-auf-menschen">{{Literatur |Hrsg=Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin |Titel=Germanium und Germaniumdioxid |Datum=2018-05 |Seiten=7 ff. |Online=https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/900/900-germanium.pdf?__blob=publicationFile&v=2 |Format=PDF |KBytes=447 |Abruf=2019-08-04}}</ref><ref name="pm1726409" />

Aus [[Tierversuch]]en ist bekannt, dass Germanium eine geringe akute orale Toxizität hat. Bei Ratten liegt der [[Letale Dosis|LD<sub>50</sub>]]-Wert (die Dosis, bei der die Hälfte der Versuchstiere sterben) bei 3700&nbsp;mg pro Kilogramm Körpergewicht.<ref name="baua-tierexperimente">{{Literatur |Hrsg=Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin |Titel=Germanium und Germaniumdioxid |Datum=2018-05 |Seiten=7 |Online=https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/900/900-germanium.pdf?__blob=publicationFile&v=2 |Format=PDF |KBytes=447 |Abruf=2019-08-04}}</ref>

Nach derzeit vorliegenden Daten aus Tierversuchen ist Germanium nicht [[Teratogen|fruchtschädigend]] oder [[kanzerogen]].<ref name="baua-kanzerogen">{{Literatur |Hrsg=Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin |Titel=Germanium und Germaniumdioxid |Datum=2018-05 |Seiten=14 ff. |Online=https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/900/900-germanium.pdf?__blob=publicationFile&v=2 |Format=PDF |KBytes=447 |Abruf=2019-08-04}}</ref>

Der Mechanismus der Toxizität von Germanium ist noch nicht vollständig geklärt. Spezifische pathologische Effekte an den [[Mitochondrien]] von verschiedenen Zellen wurden jedoch beobachtet.<ref>{{Literatur |Titel=Germanium dioxide induces mitochondria-mediated apoptosis in Neuro-2A cells |Datum= |DOI=10.1016/j.neuro.2006.05.018}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=The pathogenesis of experimental model of mitochondrial myopathy induced by germanium dioxide |Datum= |PMID=12899328}}</ref>

=== Wechselwirkungen ===
Es wird ebenfalls diskutiert, ob Germanium evtl. Wechselwirkungen mit Silicium im Knochen-Metabolismus zeigt. Es kann die Wirkung von [[Diuretika]] blockieren und die Aktivität einer Reihe von [[Enzym]]en herabsetzen bzw. blockieren, wie beispielsweise [[Dehydrogenase]]n. Im Tierversuch zeigen Mäuse eine erhöhte Hexabarbital-induzierte Schlafdauer, wenn sie zusätzlich mit Germaniumverbindungen behandelt wurden. Dies lässt darauf schließen, dass die [[Cytochrom]]-P450-Aktivität ebenfalls eingeschränkt wird. Es gibt tierexperimentelle Berichte über [[Germaniumorganische Verbindungen#Verbindungen und Verwendungen|organische Germaniumverbindungen]], welche das Entgiftungsenzym [[Glutathion-S-Transferase]] blockieren. Konkret wirkten dabei dreifache [[Kohlenstoff]]-Germanium-, [[Zinnorganische Verbindungen|Kohlenstoff-Zinn]]- oder [[Bleiorganische Verbindungen|Kohlenstoff-Blei]]-Bindungen vergleichsweise ähnlich als Inhibitoren der Glutathion-S-Aryltransferase-Aktivität in der Rattenleber.<ref>{{Literatur |Autor=Roy A. Henry, Keith H. Byington |Titel=Inhibition of glutathione-S- aryltransferase from rat liver by organogermanium, lead and tin compounds |Sammelwerk=[[Biochemical Pharmacology]] |Band=25 |Nummer=20 |Datum=1976 |DOI=10.1016/0006-2952(76)90012-5 |Seiten=2291–2295}}</ref>

=== Bioverfügbarkeit und Metabolismus ===
Germanium wird bei oraler Aufnahme sehr leicht vom Körper aufgenommen. Es verteilt sich dabei über das gesamte Körpergewebe, vornehmlich in den [[Nieren]] und der [[Schilddrüse]].<ref name="baua-metabolismus">{{Literatur |Hrsg=Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin |Titel=Germanium und Germaniumdioxid |Datum=2018-05 |Seiten=4ff. |Online=https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/900/900-germanium.pdf?__blob=publicationFile&v=2 |Format=PDF |KBytes=447 |Abruf=2020-01-18}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.bfr.bund.de/de/presseinformation/2000/19/bgvv_warnt_vor_dem_verzehr_von_und130germanium_132_kapselnund145_der_undoumlsterreichischen_firma_undoumlkopharm-892.html |titel=BgVV warnt vor dem Verzehr von ‚Germanium-132-Kapseln‘ der österreichischen Firma Ökopharm |werk=Bundesinstitut für Risikobewertung |datum=2000-09-08 |abruf=2020-01-18}}</ref> [[Germaniumorganische Verbindungen|Organogermane]] akkumulieren dabei im Gegensatz zu anorganischen Germaniumverbindungen nicht im menschlichen Körper. Allerdings gibt es nur wenige Studien über den Germanium-Metabolismus.

Es wird im Wesentlichen über den Urin ausgeschieden.<ref name="baua-metabolismus" /> Ausscheidung über [[Galle]] und [[Fäzes]] findet ebenso statt.

== Verbindungen ==
{{Siehe auch|:Kategorie:Germaniumverbindung}}

Germanium bildet Ge(II)- u. beständigere Ge(IV)-Verbindungen, nur wenige besitzen technische Bedeutung.

Von den Germaniumhalogeniden sind ebenfalls Ge(II)- u. Ge(IV)-Vertreter bekannt. [[Germaniumtetrachlorid]], (GeCl<sub>4</sub>), eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 83&nbsp;°C, bildet sich bei Einwirkung von [[Chlorwasserstoff]] auf Germaniumoxide und ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Germanium-Gewinnung. Hochreines GeCl<sub>4</sub> wird bei der Herstellung von [[Lichtwellenleiter]]n aus [[Quarzglas]] eingesetzt, um auf der Innenseite der Quarzfasern eine hochreine Germanium(IV)-oxid Schicht zu erzeugen. Zur Erzeugung von hochreinen Germaniumschichten kann auch die [[Disproportionierung]] von [[Germanium(II)-iodid]] unter Bildung von Germanium und [[Germanium(IV)-iodid]] eingesetzt werden:

: <math>\mathrm{2\ GeI_2 \longrightarrow GeI_4 + Ge}</math>

[[Germanate]] sind Verbindungen des Germaniums, die sich von dessen Oxid ableiten. In fast allen Germanium-haltigen Mineralien liegt das Germanium als Germanat vor.

[[Germane (Stoffgruppe)|Germane]] werden die Wasserstoffverbindungen des Germaniums genannt, die eine homologe Reihe verschieden langer Kettenmoleküle bilden. [[Monogerman]] (Germaniumhydrid, GeH<sub>4</sub>) ist ein Gas und wird in der Halbleiterindustrie zur [[Epitaxie]] und zum Dotieren verwendet.

== Literatur ==
* [[Mike Haustein]]: ''Die Lücke im Periodensystem: Germanium.'' In: ''Chemie in unserer Zeit.'' Band 45, Heft 6 (2011), S.&nbsp;398–405 ([[doi:10.1002/ciuz.201100549]]).

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commons}}
* {{Webarchiv |url=http://www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/evm_germanium.pdf |text=Food Standards Agency UK: Dokument über Germanium |wayback=20120112060340}} (englisch, PDF, 47&nbsp;KiB)

== Einzelnachweise ==
<references responsive>
<ref name="Brunck_1906">
{{Literatur
 |Autor=O. Brunck
 |Titel=Clemens Winkler
 |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft
 |Band=39
 |Nummer=4
 |Datum=1906-11
 |Seiten=4491–4548
 |DOI=10.1002/cber.190603904164}}
</ref>
<ref name="eu">
{{Internetquelle
 |url=https://setis.ec.europa.eu/mis/material/germanium
 |titel=Germanium
 |werk=setis.ec.europa.eu
 |sprache=en
 |offline=1
 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160305091128/https://setis.ec.europa.eu/mis/material/germanium
 |archiv-datum=2016-03-05
 |abruf=2015-09-05}}
</ref>
<ref name="usgs_2022">
[https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2022/mcs2022-germanium.pdf U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: Germanium]
</ref>
</references>

{{Navigationsleiste Periodensystem}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4135644-5|LCCN=sh85054449|NDL=00562424}}

[[Kategorie:Halbleiter]]
[[Kategorie:Germanium| ]]