Ge

Germanium

atomnummer: 32
gruppe: 14
periode: 4
atomvekt: 72,63

I mennesket
10 mg

I jordskorpen
1,3 ppm

I havet
0,06 µg/liter

På solen
0,00 ppt

Grunnstoffet som ga oss transistoren

[Copyright: Bell Labs.]

Verdens første transistor.
Copyright: Bell Labs.

Transistoren er den viktigste byggesteinen i datamaskiner, mobiltelefoner og alle andre elektroniske duppeditter. De benyttes som forsterkere eller som elektronisk styrte brytere, og germanium startet utviklingen. I 1947 ble det oppdaget at germanium kunne brukes til å lage slike transistorer og fra en verdensproduksjon på 100 kg Ge per år i 1947, steg produksjonen snart til 150 tonn Ge per år.

Germanium er som silisium en halvleder. Grunnstoffet er gråhvitt, hardt og sprøtt og atomene er satt sammen på samme måte som karbonatomene er satt sammen på i diamant.

Navn

Navnet er avledet av Germania - det latinske navnet for Tyskland.

Historie

En våken gruvearbeider har en del av æren for oppdagelsen. Grunnstoffet ble nemlig oppdaget i et mineral en gruvearbeider syntes virket uvanlig.

Navnet germanium tyder på en tilknytning til Tyskland og det var en tysk vitenskapsmann, Clemens Winkler, som oppdaget grunnstoffet i 1886. 15 år tidligere hadde Mendelejev forutsett et grunnstoff mellom silsium og tinn i gruppe 4 av periodesystemet. Og han var ikke den første. Syv år før dette hadde John Newlands foreslått at silsium og tinn var to av tre grunnstoffer som dannet en triade på samme måte som fosfor, arsen og antimon, og svovel, selen og tellur dannet triader. Mendelejev gikk dog lengre; han forutsa egenskaper og forventet en atomvekt nær 71 og at tettheten ville være 5,5 gram pr kubikkcentimeter.

Grunnstoffet ble oppdaget i mineralet Winkler hadde fått tilsendt fra et lokalt bergverksakademi nær funngruven i Freiberg. Mineralet inneholdt 75 % sølv, 18 % svovel og 7 % av dette nye grunnstoffet. Det ble klart at dette var grunnstoffet både Newlands og Mendelejev hadde forutsett og Winkler kalte det germanium etter Tyskland. Mineralet kalles i dag argyroditt, Ag8GeS6. Germanium har atomvekt 72,61 g/mol og tetthet 5,32 g/cm3. Mendelejev forutsigelser ble altså bekreftet.

Forekomst

[Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Argyroditt, Ag8GeS6, fra Bolivia.
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Germanium finnes i stor grad i malm som er rik i andre metaller, for eksempel sink-rike malmer. 80 tonn produseres på verdensbasis per år. En god del av dette utvinnes fra avfallsprodukter etter sinkfremstillingen. Det finnes også opp mot 2 % germanium i enkelte kullforekomster og dette utgjør en stor reserve.

Mineraler som argyroditt og germanitt (ett kopper-jern-germanium-sulfid) er relativt sjeldne og utvinnes ikke.

I kroppen

Germanium har ingen kjent biologisk rolle. Saltene er lite giftige for pattedyr, men tar knekken på visse bakterier.

Det har vært hevdet at germanium er bra for helsen. En japansk bok i 1980 og en oppfølger av en amerikansk forfatter 8 år senere førte til at mange kjøpte dyre germaniumholdige preparater på 80-tallet. Det er imidlertid lite som tyder på noen positiv helseeffekt og negative langtidsvirkninger kan heller ikke utelukkes. Dette har ført til at disse preparatene ikke benyttes i særlig grad i dag.

Det finnes matplanter som inneholder målbare mengder germanium. Eksempler er hvitløk og ginseng. Konsentrasjonene er imidlertid så små at dette ikke utgjør noen helserisiko.

Anvendelser

Visste du at...

germanium startet elektronikkrevolusjonen? I 1947 ble det oppdaget at germanium kunne brukes til å lage transistorer.

[Foto: Rudolfo Clix.]

Detaljer fra et hovedkort.
Foto: Rudolfo Clix.

Germanium er en halvleder og det var denne egenskapen som ble benyttet i de første transistorene. Som for silisium starter man med et utrolig rent grunnstoff - opp mot 99.9999999 % rent - og så tilsettes små mengder av andre atomer som arsen eller gallium. Disse har enten et elektron mer eller et elektron mindre enn germanium og denne dopingen styrer de elektriske egenskapene til halvlederen. Hvis germanium tilsettes gallium, som har et elektron mindre enn germanium, blir materialet en elektronhulleder, p-leder, og tilsettes det arsen, som har et elektron mer enn germanium, blir materialet en elektronleder, n-leder.

Germanium ble brukt halvlederindustrien i mange år. I dag er grunnstoffet erstattet av andre halvledermaterialer som silisium og galliumarsenid.

Germanium benyttes i dag i stor grad i spesialglass; ikke germanium i seg selv, men germaniumoksid. Disse glassene har høy brytningsindeks, noe som betyr at de bryter lys godt. Glass av denne typen benyttes derfor i vidvinkel-linser. Glasset benyttes også i enkelte fiberoptikse kabler.

Enkelte GeO2-holdige glass har dessuten den egenskapen at de slipper gjennom infrarødt lys, noe som utnyttes i nattkikkerter og i varmebildekameraer.

Fiberoptiske kabler

[Copyright: Metric Industrial.]

Bunt av fiberoptiske kabler.
Copyright: Metric Industrial.

Tenk deg et langt sugerør dekket innvendig med perfekte speil. Du sitter på Geilo og ser inn i en ende; i den andre enden sitter en venn i Fredrikstad og slår en lommelykt av og på. Siden speilet er perfekt så reflekteres det lyset fram og tilbake på innsiden av sugerøret til det treffer deg. Så da kan dere jo morse gjennom sugerøret. Men det å dekke et sugerør innvendig med perfekte speil er vanskelig. I stedet bruker man i fiberoptiske kabler mange hårtynne glasstråder. Noen av disse består av to lag glass. Kjernen kan være en et oksidglass med høy brytningsindeks; utenpå er det et lag med mer vanlig glass med normal brytningsindeks. Forskjellen i brytningsindeks gjør at lyssignaler kan sendes gjennom kabelen - man får perfekt indre refleksjon. Glasskjernen med høy brytningsindeks inneholder germaniumoksid.

Moderne fiberoptiske systemer kan med en enkelt laser som lyskilde sende milliarder av bit av informasjon per sekund. Begrensningen er renheten til glasset. Alt fiberoptisk glass er veldig rent. Forurensning tolereres ikke. Det sies at hvis havet hadde vært laget av glass av samme kvalitet så kunne man ha sett havbunnen fra overflaten selv for de store dypene.

Forfatter:  Svein Stølen

Finn nabogrunnstoff

Al Si P
Ga Ge As
In Sn Sb

Vis alt om germanium

Germanium i periodesystemet

Visste du at...

Al

Keiser Napoleon 3. fikk et middagsservise laget av aluminium i gave? Dette edle serviset brukte han bare til å servere de mest fornemme gjestene. Aluminium var nemlig en stund sjeldnere og dermed mer ekslusivt enn gull og sølv.

Les mer om aluminium

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter