Úvod
Germanium, chemická značka Ge, je křehký a lesklý polokov stříbrobílé barvy, který se svými vlastnostmi nachází na pomezí kovů a nekovů. Jeho protonové číslo je 32 a v periodické tabulce prvků patří do 14. skupiny. V přírodě se nevyskytuje ryzí, ale získává se především jako vedlejší produkt při zpracování rud zinku nebo z popílku vznikajícího při spalování specifických druhů uhlí. Pro své polovodičové vlastnosti je nepostradatelný v elektronice, zejména pro výrobu optických vláken, čoček pro infračervené kamery a vysoce účinných solárních článků.
Vlastnosti
Germanium, chemická značka Ge a atomové číslo 32, je tvrdý, křehký a stříbřitě bílý polokov. Patří do 14. skupiny periodické tabulky, podobně jako křemík a uhlík. Jeho klíčovou vlastností je polovodivost, což z něj činilo základní materiál pro výrobu prvních tranzistorů a diod před masivním nástupem křemíku. Krystalizuje v diamantové kubické struktuře. Je chemicky stálé, na vzduchu odolává oxidaci a nereaguje s většinou zředěných kyselin a zásad. Výjimečnou vlastností je jeho průhlednost pro infračervené záření, díky čemuž je nepostradatelné pro výrobu speciální optiky, například pro termokamery.
Vznik názvu
Název prvku je odvozen od latinského slova *Germania*, což znamená Německo. Pojmenoval ho tak jeho objevitel, německý chemik Clemens Winkler, v roce 1886 na počest své vlasti. Winkler tím navázal na trend patriotického pojmenovávání nově objevených prvků, jako byly například gallium (Francie) a skandium (Skandinávie).
Objev
Existence germania byla jedním z největších triumfů periodického zákona. V roce 1869 ji předpověděl Dmitrij Ivanovič Mendělejev, který v tabulce zanechal volné místo pod křemíkem a prvek nazval „ekakřemík“. S ohromující přesností předpověděl jeho atomovou hmotnost, hustotu i chemické vlastnosti. Jeho teoretické předpoklady se naplnily o sedmnáct let později. V roce 1886 německý chemik Clemens Winkler při analýze vzácného minerálu argyroditu objevil nový prvek. Na počest své vlasti ho pojmenoval germanium. Tento objev definitivně potvrdil platnost a prediktivní sílu Mendělejevovy periodické tabulky.
Výskyt v přírodě
Germanium je v zemské kůře poměrně vzácný prvek a nevyskytuje se v ryzí formě. Je rozptýleno v nízkých koncentracích v různých minerálech, přičemž mezi ty bohatší patří argyrodit a germanit. Komerčně se však nezískává z vlastních rud. Jeho hlavním zdrojem jsou zinkové rudy, zejména sfalerit, kde se nachází jako příměs. Získává se jako vedlejší produkt při hutním zpracování zinku. Dalším významným zdrojem je popílek vznikající spalováním některých druhů uhlí. Proces výroby obvykle zahrnuje převedení na těkavý chlorid germaničitý, jeho přečištění destilací a následnou redukci na elementární germanium vysoké čistoty.
Využití
Germanium, lesklý a křehký polokov, je klíčovým prvkem v moderní technologii. Jeho nejvýznamnější historické využití bylo v polovodičích, kde tvořilo základ prvních tranzistorů před nástupem křemíku. Dnes je naprosto nepostradatelné v oblasti infračervené optiky. Vyrábějí se z něj speciální čočky, hranoly a okna pro termokamery a systémy nočního vidění, protože je pro toto záření dokonale průhledné. Dále se používá jako dopant v jádrech optických vláken pro zvýšení indexu lomu a zrychlení přenosu dat. V přírodě se volně nevyskytuje, je rozptýleno v zemské kůře, často v zinkových rudách.
Sloučeniny
Germanium tvoří sloučeniny nejčastěji v oxidačních stavech +2 a +4, přičemž stabilnější je vyšší stav. Nejvýznamnější uměle vyrobenou sloučeninou je oxid germaničitý (GeO₂), bílý prášek používaný k výrobě speciálních optických skel s vysokým indexem lomu a jako výchozí surovina pro čisté germanium. Další klíčovou průmyslovou látkou je těkavý chlorid germaničitý (GeCl₄), který slouží jako meziprodukt při rafinaci prvku. V přírodě se vyskytuje vázané ve velmi vzácných minerálech, jako je argyrodit či germanit, kde tvoří komplexní sulfidy. Většinou je však rozptýleno jako příměs v zinkových rudách.
Zajímavosti
Germanium vykazuje několik fascinujících vlastností. Jednou z nejméně obvyklých je jeho anomálie hustoty; podobně jako voda totiž expanduje, když tuhne. Jeho pevná fáze je tedy lehčí než kapalná. Jako polovodič má menší zakázaný pás než mnohem rozšířenější křemík, což ho sice činí citlivějším na teplo, ale zároveň ideálním pro detekci infračerveného záření. Prvek nemá žádnou známou esenciální biologickou funkci a jeho anorganické sloučeniny mohou být toxické, zejména pro ledviny. V kosmu vzniká v pozdních fázích vývoje hvězd procesem pomalého záchytu neutronů.
