- Germanium
-
Germanium Gallium ← Germanium → Arsenic Si
32Ge ↑ Ge ↓ Sn Table complète • Table étendue Informations générales Nom, symbole, numéro Germanium, Ge, 32 Série chimique métalloïde Groupe, période, bloc 14, 4, p Masse volumique 5,323 g·cm-3 (25 °C)[1] Dureté 6 Couleur gris blanc No CAS [2] No EINECS 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, 2 Oxyde amphotère Structure cristalline diamant Propriétés physiques État ordinaire solide diamagnétique Point de fusion 938,25 °C [1] Point d’ébullition 2 833 °C [1] Énergie de fusion 36,94 kJ·mol-1 Énergie de vaporisation 334 kJ·mol-1 (1 atm, 2 833 °C)[1] Volume molaire 13,63×10-6 m3·mol-1 Pression de vapeur 74,6×10-6 Pa
à 936,85 °CVitesse 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[1] 1re : 7,89943 eV 2e : 15,93461 eV 3e : 34,2241 eV 4e : 45,7131 eV 5e : 93,5 eV 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 7,76 % >1,8×1023 a β- 74Ge 35,94 % stable avec 42 neutrons 76Ge 7,61 % ~1×1021 a 2β- Précautions Directive 67/548/EEC[4] État pulvérulent : 
FPhrases R : 11, SGH[4] 
DangerUnités 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.
Ce métalloïde est semi-conducteur et a la structure du diamant, comme le silicium. Il possède cinq isotopes naturels, dont le 76Ge, qui est faiblement radioactif. Au moins 27 radioisotopes ont été synthétisés.
La quasi-totalité du germanium est récupérée dans les fonderies de zinc (sous-produit de fusion).
Les premiers transistors avaient comme base le germanium.
Sommaire
Histoire de sa découverte, dénomination et production
Argyrodite - Mine Himmelsfürst, Brand-Erbisdorf
Le savant allemand Clemens Winkler a découvert le germanium le 6 février 1886. Winkler l'a isolé et identifié à partir du minéral argyrodite provenant de la mine d'argent Himmelsfürst près de Freiberg (Saxe). En 1871, Dmitri Mendeleïev avait prévu son existence[5] (il appela cet élément inconnu « ékasilicium Es »[6]) et quelques-unes de ses propriétés en se fondant sur sa position sur son tableau périodique.
L'origine de son nom résulte d'une méprise sémantique[6]. Winkler avait cru que l'élément précédent, le gallium, avait été ainsi nommé en raison de la nationalité du chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (Gallia, Gaule, en latin), son découvreur. Il baptisa donc le nouvel élément chimique « germanium » en l'honneur de son pays (Germania, Allemagne, en latin). Cependant, Winkler s'était trompé : le nom « gallium » ne dérive pas de Gallia mais de gallus (coq, en latin), nom latinisé du chimiste homonyme.
Jusque durant la seconde guerre mondiale, le cartel chimique allemande Bayer devait payer des redevances à Rhône-Poulenc selon un accord signée le 24 novembre 1929 sur la mise en commun des brevets sur le Germanium et le Moranyl[7]..
Gisement
Le germanium peut être trouvé en beaucoup d'endroits. Actuellement, il est récupéré comme sous-produit à partir de minerais de zinc sphalérite (formule chimique du minéral : ZnS, cubique). Il est présent dans la germanite (qui en contient jusqu'à 9 %, cubique), la renierite[8] (tétragonale), l'argyrodite (4Ag2S · GeS2, soit Ag8GeS6, orthorhombique) et dans d'autres minerais[9], qui ne sont pas exploités.
C'est un élément rare, sa teneur dans la croûte terrestre est très faible, environ 1,5 ppm[10],[5]. On le trouve à l'état de traces dans les cendres de certains types de charbon (nommés « vitrain » (en)) après affinage de ceux-ci. En France, il est aussi présent dans des filons Pb-Zn.
La production mondiale en 2004 était estimée à 40 t (Chine, USA, etc)[5]. La Chine produisait en 2006 79 % de l'approvisionnement mondial[11].
Le tétrachlorure de germanium (un liquide volatil qui bout à 86 °C et peut être distillé) est un intermédiaire pour la purification du germanium métal ou de son oxyde, GeO2. La technique permet la production de germanium d'ultra-haute pureté. En fait, des techniques d'affinage de zone ont conduit à la production de germanium cristallin pour semi-conducteur de pureté 10-9 : 99,99999999 % (seulement 0,1 ppb d'impureté)[5].
Applications
Bol en germaniumL'effet transistor a été observé en 1948 dans du germanium[5]. Il a servi de substrat semi-conducteur jusqu'à ce que le silicium prenne sa place, vers les années 1970. Des transistors au germanium sont encore employés de nos jours comme composants principaux de certaines pédales d'effet pour guitare électrique, dites « fuzz », pour leur sonorité particulière et très appréciée des amateurs de sons « 70's ». Aujourd'hui, il est plus utilisé dans le domaine des hautes fréquences, pour la réalisation de diodes à faible chute (0,3 V environ, application en détection) du poste à diode et dans les cellules photovoltaïques multi-jonction pour utilisations spatiale et terrestre après concentration. On le trouve également à l'état d'alliage ou de multicouches avec le silicium (SiGe). À l'origine, 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 opto-électroniques).Cette technique est aussi utilisée pour introduire des contraintes qui améliorent la mobilité des porteurs dans les transistors à effet de champ. Les transistors SiGe sont des transistors bipolaire à hétérojonction qui sont couramment utilisés dans le domaine des hyperfréquences en amplification 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.
En 2007, les applications principales étaient la fabrication de fibres optiques (35 %), l'optique dans le domaine de l'infrarouge (20 %), les catalyseurs (20 %)[12], l'électronique (15 %) et certains types de cellules photovoltaïques.Dans les années 1980, le germanium était considéré comme l'une des huit matières premières stratégiques indispensables en temps de guerre comme en temps de paix[13].
Utilisations médicales
La FNCLCC rappelle pour sa part que « […] le germanium a des effets toxiques graves sur les nerfs et surtout les reins, certains ayant entraîné la mort par insuffisance rénale. C’est donc un produit inactif et toxique. »[14]
Il est principalement contenu dans l'ail (754 mg·kg-1), les grosses racines de ginseng de Corée (jusqu'à 4 000 mg·kg-1 [15]), les champignons du genre Ganoderma (Ling Shing) qui en contiennent jusqu'à 2,5 mg·kg-1, l'algue Chlorella et dans la boisson traditionnelle kombucha.
Notes et références
- (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)
- Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
- (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]
- SIGMA-ALDRICH
- (en) François Cardarelli, Materials Handbook : A Concise Desktop Reference, Springer Verlag, 2008, 2e éd., 1340 p. (ISBN 9781846286681) [lire en ligne (page consultée le 12 mai 2010)], p. 469
- François Dagognet, Tableaux et langages de la chimie : Essai sur la représentation, Champ Vallon, 2002, 210 p. (ISBN 2-87673-343-9) [lire en ligne (page consultée le 12 mai 2010)], p. 95
- Pierre Cayez, « Négocier et survivre : La stratégie de Rhône-Poulenc pendant la Seconde Guerre mondiale », dans Histoire, économie et société, vol. 11, no 11-13, pp. 479-491.
- Nommée d'après le géologue belge Armand Renier, Directeur du Belgian Geological Survey, qui l'a découverte en 1948.
- (en) George Stuart Brady, Henry R. Clauser, John A. Vaccari, Materials Handbook, McGraw-Hill, 2002, 15e éd., 1244 p. (ISBN 0-07-136076-X) [lire en ligne (page consultée le 12 mai 2010)], p. 79, 437
- (en) D. C. Ayres, D.G. Hellier, Dictionary of Environmentally Important Chemicals, Blackie Academic and Professional, 1998, 1re éd., 332 p. (ISBN 0-7514-0256-7) [lire en ligne (page consultée le 12 mai 2010)], p. 154
- Arnaud de la Grange, « Pékin joue de l'arme des « terres rares » », Le Figaro, le 25 octobre 2010
- Le dioxyde de germanium est très employé comme catalyseur de polymérisation pour la production de PET : fibres textiles, bouteilles en plastique, films, etc.
- 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 et comte de Marenches, Dans le secret des princes, éd. Stock, 1986, p. 193)
- Simon Schraub, Germanium, FNCLCC - Le dictionnaire des cancers de A à Z, 16/5/2002, mis à jour le 15/12/2005
- (en) Gary Stephan Bañuelos, Zhi-Qing Lin, Development and Uses of Biofortified Agricultural Products, CRC Press, 2009, 297 p. (ISBN 978-1-4200-6005-8) [lire en ligne (page consultée le 12 mai 2010)], p. 273
Annexes
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 Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés Catégories :- Produit chimique facilement inflammable
- Élément chimique
- Métalloïde
- Cristallogène
- Matériau semi-conducteur
- Oligo-élément
Wikimedia Foundation. 2010.
