Germanium

Le germanium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Ge et de numéro atomique 32.



Catégories :

Élément chimique - Métalloïde - Cristallogène - Matériau semi-conducteur - Semi-conducteur - Micro-électronique - Électronique

Germanium Nuvola apps edu science.svg
GalliumGermaniumArsenic
Si
   

32
Ge
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ge
Sn
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Germanium, Ge, 32
Série chimique métalloïdes
Groupe, Période, Bloc 14, 4, p
Masse volumique 5, 323 g·cm-3 (25 °C) [1]
Dureté 6
Couleur Gris blanc
N° CAS 7440-56-4 [2]
N° EINECS 231-164-3
Propriétés atomiques
Masse atomique 72, 64 ± 0, 02 u [1]
Rayon atomique (calc) 125 pm (125 pm)
Rayon de covalence 1, 20 ± 0, 04 Å [3]
Configuration électronique [Ar] 3d10 4s2 4p2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 18, 4
État (s) d'oxydation 4
Oxyde Amphotère
Structure cristalline diamant
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Température de fusion 938, 25 °C [1]
Température d'ébullition 2 833 °C [1]
Énergie de fusion 36, 94 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 330, 9 kJ·mol-1
Volume molaire 13, 63×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 74, 6×10-6 Pa
à 936, 85 °C
Vitesse du son 5 400 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2, 01
Chaleur massique 320 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1, 45 S·m-1
Conductivité thermique 59, 9 W·m-1·K-1
Énergies d'ionisation
1re : 7, 89943 eV [1] 2e : 15, 93461 eV [1]
3e : 34, 2241 eV [1] 4e : 45, 7131 eV [1]
5e : 93, 5 eV [1]
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
70Ge 21, 23 % stable avec 38 neutrons
72Ge 27, 66 % stable avec 40 neutrons
73Ge 7, 73 % stable avec 41 neutrons
74Ge 35, 94 % stable avec 42 neutrons
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le germanium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Ge et de numéro atomique 32.

C'est un métalloïde semi-conducteur.

Découverte et appellation

Découvert par le savant allemand Clemens Winkler le 6 février 1886, l'origine de son nom résulte d'un quiproquo. Winkler avait cru que l'élément précédent, le gallium, avait été ainsi appelé à cause de la nationalité du chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (Gallia, la Gaule, en latin), son découvreur. Il baptisa par conséquent le nouvel élément chimique germanium en honneur de son pays (Germania, la Germanie, toujours en latin). Cependant, Winkler s'était trompé : le nom gallium ne dérive pas de Gallia mais de gallus, le coq en latin, nom latinisé du chimiste homonyme.

Gisement

Le germanium peut être trouvé en énormément de lieux, on peut en trouver dans les cendres de certains charbons après affinage de ceux-ci mais en concentrations faibles. (pas si faible que ça, dans certaines régions rocheuses élevées)

Applications

Le germanium a servi de substrat semi-conducteur jusqu'à ce que le silicium prenne sa place, vers les années 1970. Actuellement, il n'est plus utilisé que dans le domaine des hautes fréquences, pour la réalisation de diodes à faible chute (0, 3 V à peu près, application en détection) du poste à diode et dans les cellules photovoltaïques multi-jonction pour utilisations spatiale et , plus il y a peu de temps, terrestre sous forte concentration. Dans le domaine de la recherche, on le trouve aussi à l'état d'alliage ou de multicouches avec le silicium (SiGe). Au départ, les motivations de son dépôt en alternance avec le Si reposaient sur la possibilité de rendre la bande interdite du Si et du Ge directe. Cette propriété étant importante pour les applications optoélectroniques. Les transistors SiGe sont fréquemment utilisés dans le domaine des hyperfréquences en augmentcation faibles signaux (facteur de bruit faible).

Sa deuxième utilisation se trouve dans les verres, grâce à sa transparence à l'infrarouge. La structure du germanium ne peut être détruite par le rayonnement neutronique, comme pour l'acier.

Des transistors au germanium sont toujours employés aujourd'hui comme composants principaux de certaines pédales d'effet pour guitare électrique, dites «fuzz», pour leur sonorité spécifique et particulièrement appréciée des amateurs de sons «70's».

En 2007 les applications principales étaient la fabrication de fibres optiques 35 %, l'optique dans le domaine de l'infrarouge 20 %, les catalyseurs 20 %, l'électronique 15 % et certains type de cellules photovoltaïques.

Le germanium est reconnu comme l'une des huit matières premières stratégiques indispensables en temps de guerre comme en temps de paix[4].

Utilisations médicales

Selon une poignée de médecins le germanium pourrait guérir les cancers et le sida [5]. La FNCLCC rappelle pour sa part que le germanium a des effets toxiques graves sur les nerfs et en particulier les reins, certains ayant entraîné la mort par insuffisance rénale. C'est par conséquent un produit inactif et toxique. [6]

Il est essentiellement contenu dans l'ail (754 mg·kg-1), le ginseng (jusqu'à 4 g·kg-1), les champignons du genre Ganoderma (Ling Shing) qui en contiennent jusqu'à 2, 5 mg·kg-1), l'algue Chlorella et dans la boisson respectant les traditions "Combucha".

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 [lien DOI]
  4. Avec le titane (sous-marins de chasse, alliage extrêmement résistant ; magnésium (explosifs)  ; platine (contacts aussi conducteurs que l'or pour l'aviation, circuits avec contacts rapides)  ; mercure (chimie nucléaire, instruments de mesure)  ; molybdène (acier)  ; cobalt (chimie nucléaire)  ; colombium (alliages spéciaux extrêmement rares). (Christine Ockrent, comte de Marenches, Dans le secret des princes, éd. Stock, 1986, p; 193. )
  5. "Le Germanium, réponse au cancer et au sida", par le Dr Serge Jurasunas, 1990, 295 p., éd. Aquarius, épuisé.
  6. [ http ://www. fnclcc. fr/fr/patients/dico/definition. php?id_definition=642]


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
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