Germanium fakta pro děti

Kousek germania

Germanium je chemický prvek. Jeho chemická značka je Ge. Jeho atomové číslo je 32. Byl objeven Clemensem Winklerem. Je to lesklý, tvrdý, stříbřitě bílý metaloid. Chemické složení germania je docela podobné cínu. Germanium tvoří velké množství organokovových sloučenin. Je to důležitý polovodičový materiál používaný v tranzistorech.

Výroba

Renierit

V roce 2011 bylo na světě vyrobeno asi 118 tun germania, nejvíce v Číně (80 t), Rusku (5 t) a Spojených státech (3 t). Germanium se získává jako vedlejší produkt ze sfaleritových zinkových rud, kde je koncentrováno v množství až 0,3 %, zejména z nízkoteplotních sedimentárních masivních ložisek Zn-Pb-Cu(-Ba) a karbonátových ložisek Zn-Pb. Nedávná studie zjistila, že nejméně 10 000 t extrahovatelného germania je obsaženo ve známých zásobách zinku, zejména v těch, které hostí ložiska typu Mississippi-Valley, zatímco nejméně 112 000 t se najde v zásobách uhlí. V roce 2007 bylo 35 % poptávky uspokojeno recyklovaným germaniem.

Přestože se vyrábí především ze sfaleritu, nachází se také ve stříbrných, olověných a měděných rudách. Dalším zdrojem germania je popílek z elektráren poháněných uhelnými ložisky, která germanium obsahují. Jako zdroj germania jej využívá Rusko a Čína. Ruská ložiska se nacházejí na dálném východě ostrova Sachalin a severovýchodně od Vladivostoku. Ložiska v Číně se nacházejí především v hnědouhelných dolech u města Lincang v provincii Yunnan; uhlí se těží také u města Xilinhaote ve Vnitřním Mongolsku.

Použití

Typické jednovidové optické vlákno. Oxid germania je dopantem jádra oxidu křemičitého (položka 1).
1. Jádro 8 µm
2. Plášť 125 µm
3. Pufr 250 µm
4. Plášť 400 µm

Hlavní konečné využití germania v roce 2007 se celosvětově odhaduje na: 35 % pro vláknovou optiku, 30 % pro infračervenou optiku, 15 % pro polymerační katalyzátory a 15 % pro elektroniku a solární elektrické aplikace. Zbývajících 5 % připadá na taková použití, jako jsou luminofory, metalurgie a chemoterapie.

Optika

Mezi pozoruhodné vlastnosti germania (GeO2) patří jeho vysoký index lomu a nízká optická disperze. Díky nim je obzvláště užitečná pro širokoúhlé objektivy kamer, mikroskopii a jádrové části optických vláken. Nahradila titan jako dopant pro křemíková vlákna, čímž odpadlo následné tepelné zpracování, které způsobovalo křehkost vláken. Na konci roku 2002 spotřeboval průmysl vláknové optiky 60 % roční spotřeby germania ve Spojených státech, což je však méně než 10 % celosvětové spotřeby. GeSbTe je materiál s fázovou změnou, který se používá pro své optické vlastnosti, například v přepisovatelných DVD.

Protože je germanium průhledné v infračervených vlnových délkách, je to důležitý infračervený optický materiál, který lze snadno řezat a leštit do čoček a oken. Používá se zejména jako přední optika v termovizních kamerách pracujících v rozsahu 8 až 14 mikronů pro pasivní termovizi a pro detekci horkých míst ve vojenství, mobilním nočním vidění a hasičských aplikacích. Používá se v infračervených spektroskopech a dalších optických zařízeních, která vyžadují extrémně citlivé infračervené detektory. Má velmi vysoký index lomu (4,0) a musí být potažen antireflexními látkami. Zejména velmi tvrdý speciální antireflexní povlak z uhlíku podobného diamantu (DLC) s indexem lomu 2,0 je vhodnou volbou a vytváří diamantově tvrdý povrch, který odolává velkému zatížení okolním prostředím.

Elektronika

Solární moduly montované na solární trackery

Slitiny křemíku a germania se rychle stávají důležitým polovodičovým materiálem pro vysokorychlostní integrované obvody. Obvody využívající vlastnosti spojů Si-SiGe mohou být mnohem rychlejší než obvody využívající pouze křemík. Křemík-germánium začíná nahrazovat arsenid galia (GaAs) v zařízeních pro bezdrátovou komunikaci. Čipy SiGe s vysokorychlostními vlastnostmi lze vyrábět pomocí nízkonákladových, dobře zavedených výrobních postupů průmyslu křemíkových čipů.

Solární panely jsou významným využitím germania. Germanium je substrátem destiček pro vysoce účinné multifunkční fotovoltaické články pro kosmické aplikace. Důležitou aplikací jsou vysoce svítivé LED diody, které se používají pro automobilové světlomety a k podsvícení LCD obrazovek.

Protože germanium a arsenid galia mají velmi podobné mřížkové konstanty, lze substráty z germania použít k výrobě solárních článků z arsenidu galia. Mars Exploration Rovers a několik satelitů používají články s trojitým přechodem arsenidu galia na germaniu.

Podložky z germania na izolantu jsou považovány za potenciální náhradu křemíku v miniaturizovaných čipech. Mezi další využití v elektronice patří luminofory v zářivkách a polovodičové světelné diody (LED). Germaniové tranzistory jsou stále používány v některých efektových pedálech hudebníky, kteří chtějí reprodukovat charakteristický tónový charakter „fuzz“ – tónů z rané éry rock and rollu, zejména Dallas Arbiter Fuzz Face.

Další použití

PET láhev

Dioxid germaničitý se také používá v katalyzátorech pro polymeraci při výrobě polyethylentereftalátu (PET). Vysoký lesk tohoto polyesteru je zvláště oblíbený u PET lahví prodávaných v Japonsku. Ve Spojených státech se germanium pro katalyzátory polymerace nepoužívá.

Vzhledem k podobnosti oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu germania (GeO2) lze stacionární fázi oxidu křemičitého v některých kolonách plynové chromatografie nahradit GeO2.

V posledních letech se germanium stále více používá ve slitinách drahých kovů. Například ve slitinách ryzího stříbra snižuje žáruvzdornost, zvyšuje odolnost proti dehtování a zlepšuje srážecí tvrdnutí. Slitina stříbra odolná proti dehtování s ochrannou známkou Argentium obsahuje 1,2 % germania.

Polovodičové detektory vyrobené z monokrystalického germania vysoké čistoty mohou přesně identifikovat zdroje záření – například při letištní kontrole. Germanium je užitečné pro monochromátory pro svazkové linky používané v monokrystalickém rozptylu neutronů a synchrotronové rentgenové difrakci. Odrazivost má oproti křemíku výhody při použití v neutronovém a vysokoenergetickém rentgenovém záření. Krystaly germania vysoké čistoty se používají v detektorech pro gama spektroskopii a při hledání temné hmoty. Krystaly germania se také používají v rentgenových spektrometrech pro stanovení fosforu, chloru a síry.

Germanium se stává důležitým materiálem pro spintroniku a spinové kvantové výpočetní aplikace. V roce 2010 vědci prokázali přenos spinů při pokojové teplotě a nedávno se ukázalo, že donorové spiny elektronů v germániu mají velmi dlouhou dobu koherence.

.

.

.

.

.

.

.

Obrázky pro děti

• 

  Dmitrij Mendělejev

• 

  Vzorky sloučenin germania připravené Clemensem Winklerem, objevitel prvku