Germanium

ÔĽŅ
Germanium
Germanium
Gallium ‚Üź Germanium ‚Üí Arsenic
Si
   

32
Ge
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
‚ÜĎ
Ge
‚Üď
Sn
Table compl√®te ‚ÄĘ Table √©tendue
Informations générales
Nom, symbole, numéro Germanium, Ge, 32
S√©rie chimique m√©tallo√Įde
Groupe, période, bloc 14, 4, p
Masse volumique 5,323 g¬∑cm-3 (25 ¬įC)[1]
Dureté 6
Couleur gris blanc
No CAS 7440-56-4 [2]
No EINECS 231-164-3
Propriétés atomiques
Masse atomique 72,64 ¬Ī 0,02 u [1]
Rayon atomique (calc) 125 pm (125 pm)
Rayon de covalence 1,20 ¬Ī 0,04 √Ö [3]
Configuration électronique [Ar] 3d10 4s2 4p2
√Člectrons par niveau d‚Äô√©nergie 2, 8, 18, 4
√Čtat(s) d‚Äôoxydation 4, 2
Oxyde amphotère
Structure cristalline diamant
Propriétés physiques
√Čtat ordinaire solide diamagn√©tique
Point de fusion 938,25 ¬įC [1]
Point d‚Äô√©bullition 2 833 ¬įC [1]
√Čnergie de fusion 36,94 kJ¬∑mol-1
√Čnergie de vaporisation 334 kJ¬∑mol-1 (1 atm, 2 833 ¬įC)[1]
Volume molaire 13,63√ó10-6 m3¬∑mol-1
Pression de vapeur 74,6√ó10-6 Pa
√† 936,85 ¬įC
Vitesse du son 5 400 m¬∑s-1 √† 20 ¬įC
Divers
√Člectron√©gativit√© (Pauling) 2,01
Chaleur massique 320 J¬∑kg-1¬∑K-1
Conductivit√© √©lectrique 1,45 S¬∑m-1
Conductivit√© thermique 59,9 W¬∑m-1¬∑K-1
√Čnergies d‚Äôionisation[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√ó1023 a ő≤-
74Ge 35,94 % stable avec 42 neutrons
76Ge 7,61 % ~1√ó1021 a 2ő≤-
Précautions
Directive 67/548/EEC[4]
√Čtat pulv√©rulent :
Facilement inflammable
F
Phrases R : 11,
SGH[4]
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210,
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.

Ce m√©tallo√Įde est semi-conducteur et a la structure du diamant, comme le silicium. Il poss√®de cinq isotopes naturels, dont le 76Ge, qui est faiblement radioactif. Au moins 27 radioisotopes ont √©t√© synth√©tis√©s.

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 Himmelsf√ľrst, Brand-Erbisdorf

Le savant allemand Clemens Winkler a d√©couvert le germanium le 6 f√©vrier 1886. Winkler l'a isol√© et identifi√© √† partir du min√©ral argyrodite provenant de la mine d'argent Himmelsf√ľrst pr√®s de Freiberg (Saxe). En 1871, Dmitri Mendele√Įev avait pr√©vu son existence[5] (il appela cet √©l√©ment inconnu ¬ę √©kasilicium Es ¬Ľ[6]) et quelques-unes de ses propri√©t√©s en se fondant sur sa position sur son tableau p√©riodique.

L'origine de son nom r√©sulte d'une m√©prise s√©mantique[6]. Winkler avait cru que l'√©l√©ment pr√©c√©dent, le gallium, avait √©t√© ainsi nomm√© en raison de la nationalit√© du chimiste fran√ßais Paul-√Čmile Lecoq de Boisbaudran (Gallia, Gaule, en latin), son d√©couvreur. Il baptisa donc le nouvel √©l√©ment chimique ¬ę germanium ¬Ľ en l'honneur de son pays (Germania, Allemagne, en latin). Cependant, Winkler s'√©tait tromp√© : le nom ¬ę gallium ¬Ľ ne d√©rive pas de Gallia mais de gallus (coq, en latin), nom latinis√© du chimiste homonyme.

Jusque durant la seconde guerre mondiale, le cartel chimique allemande Bayer devait payer des redevances √† Rh√īne-Poulenc selon un accord sign√©e le 24 novembre 1929 sur la mise en commun des brevets sur le Germanium et le Moranyl[7]..

Gisement

Le germanium peut √™tre trouv√© en beaucoup d'endroits. Actuellement, il est r√©cup√©r√© comme sous-produit √† partir de minerais de zinc sphal√©rite (formule chimique du min√©ral : ZnS, cubique). Il est pr√©sent dans la germanite (qui en contient jusqu'√† 9 %, cubique), la renierite[8] (t√©tragonale), l'argyrodite (4Ag2S ¬∑ GeS2, soit Ag8GeS6, orthorhombique) et dans d'autres minerais[9], qui ne sont pas exploit√©s.

C'est un √©l√©ment rare, sa teneur dans la cro√Ľte terrestre est tr√®s faible, environ 1,5 ppm[10],[5]. On le trouve √† l'√©tat de traces dans les cendres de certains types de charbon (nomm√©s ¬ę vitrain ¬Ľ (en)) apr√®s affinage de ceux-ci. En France, il est aussi pr√©sent dans des filons Pb-Zn.

La production mondiale en 2004 √©tait estim√©e √† 40 t (Chine, USA, etc)[5]. La Chine produisait en 2006 79 % de l'approvisionnement mondial[11].

Le t√©trachlorure de germanium (un liquide volatil qui bout √† 86 ¬įC et peut √™tre distill√©) est un interm√©diaire pour la purification du germanium m√©tal ou de son oxyde, GeO2. La technique permet la production de germanium d'ultra-haute puret√©. En fait, des techniques d'affinage de zone ont conduit √† la production de germanium cristallin pour semi-conducteur de puret√© 10-9 : 99,99999999 % (seulement 0,1 ppb d'impuret√©)[5].

Applications

Bol en germanium

L'effet transistor a √©t√© observ√© en 1948 dans du germanium[5]. Il a servi de substrat semi-conducteur jusqu'√† ce que le silicium prenne sa place, vers les ann√©es 1970. Des transistors au germanium sont encore employ√©s de nos jours comme composants principaux de certaines p√©dales d'effet pour guitare √©lectrique, dites ¬ę fuzz ¬Ľ, pour leur sonorit√© particuli√®re et tr√®s appr√©ci√©e des amateurs de sons ¬ę 70's ¬Ľ. Aujourd'hui, il est plus utilis√© dans le domaine des hautes fr√©quences, pour la r√©alisation de diodes √† faible chute (0,3 V environ, application en d√©tection) du poste √† diode et dans les cellules photovolta√Įques multi-jonction pour utilisations spatiale et terrestre apr√®s concentration. On le trouve √©galement √† l'√©tat d'alliage ou de multicouches avec le silicium (SiGe). √Ä l'origine, les motivations de son d√©p√īt en alternance avec le Si reposaient sur la possibilit√© de rendre la bande interdite du Si et du Ge directe (cette propri√©t√© √©tant importante pour les applications opto-√©lectroniques).Cette technique est aussi utilis√©e pour introduire des contraintes qui am√©liorent la mobilit√© des porteurs dans les transistors √† effet de champ. Les transistors SiGe sont des transistors bipolaire √† h√©t√©rojonction qui sont couramment utilis√©s dans le domaine des hyperfr√©quences en amplification faibles signaux (facteur de bruit faible).


Sa deuxi√®me utilisation se trouve dans les verres, gr√Ęce √† sa transparence √† l'infrarouge. La structure du germanium ne peut √™tre d√©truite par le rayonnement neutronique, comme pour l'acier.


En 2007, les applications principales √©taient la fabrication de fibres optiques (35 %), l'optique dans le domaine de l'infrarouge (20 %), les catalyseurs (20 %)[12], l'√©lectronique (15 %) et certains types de cellules photovolta√Įques.

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 ¬ę [‚Ķ] le germanium a des effets toxiques graves sur les nerfs et surtout les reins, certains ayant entra√ģn√© la mort par insuffisance r√©nale. C‚Äôest donc un produit inactif et toxique. ¬Ľ[14]

Il est principalement contenu dans l'ail (754 mg¬∑kg-1), les grosses racines de ginseng de Cor√©e (jusqu'√† 4 000 mg¬∑kg-1 [15]), les champignons du genre Ganoderma (Ling Shing) qui en contiennent jusqu'√† 2,5 mg¬∑kg-1, l'algue Chlorella et dans la boisson traditionnelle kombucha.

Notes et références

  1. ‚ÜĎ a, b, c, d, e et f (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc., 2009, 90e √©d., Reli√©, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. ‚ÜĎ Base de donn√©es Chemical Abstracts interrog√©e via SciFinder Web le 15 d√©cembre 2009 (r√©sultats de la recherche)
  3. ‚ÜĎ (en) Beatriz Cordero, Ver√≥nica G√≥mez, Ana E. Platero-Prats, Marc Rev√©s, Jorge Echeverr√≠a, Eduard Cremades, Flavia Barrag√°n et Santiago Alvarez, ¬ę Covalent radii revisited ¬Ľ, dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI] 
  4. ‚ÜĎ a et b SIGMA-ALDRICH
  5. ‚ÜĎ a, b, c, d et e (en) Fran√ßois Cardarelli, Materials Handbook : A Concise Desktop Reference, Springer Verlag, 2008, 2e √©d., 1340 p. (ISBN 9781846286681) [lire en ligne (page consult√©e le 12 mai 2010)], p. 469 
  6. ‚ÜĎ a et b Fran√ßois Dagognet, Tableaux et langages de la chimie : Essai sur la repr√©sentation, Champ Vallon, 2002, 210 p. (ISBN 2-87673-343-9) [lire en ligne (page consult√©e le 12 mai 2010)], p. 95 
  7. ‚ÜĎ Pierre Cayez, ¬ę N√©gocier et survivre : La strat√©gie de Rh√īne-Poulenc pendant la Seconde Guerre mondiale ¬Ľ, dans Histoire, √©conomie et soci√©t√©, vol. 11, no 11-13, pp. 479-491.
  8. ‚ÜĎ Nomm√©e d'apr√®s le g√©ologue belge Armand Renier, Directeur du Belgian Geological Survey, qui l'a d√©couverte en 1948.
  9. ‚ÜĎ (en) George Stuart Brady, Henry R. Clauser, John A. Vaccari, Materials Handbook, McGraw-Hill, 2002, 15e √©d., 1244 p. (ISBN 0-07-136076-X) [lire en ligne (page consult√©e le 12 mai 2010)], p. 79, 437 
  10. ‚ÜĎ (en) D. C. Ayres, D.G. Hellier, Dictionary of Environmentally Important Chemicals, Blackie Academic and Professional, 1998, 1re √©d., 332 p. (ISBN 0-7514-0256-7) [lire en ligne (page consult√©e le 12 mai 2010)], p. 154 
  11. ‚ÜĎ Arnaud de la Grange, ¬ę P√©kin joue de l'arme des ¬ę terres rares ¬Ľ ¬Ľ, Le Figaro, le 25 octobre 2010
  12. ‚ÜĎ Le dioxyde de germanium est tr√®s employ√© comme catalyseur de polym√©risation pour la production de PET : fibres textiles, bouteilles en plastique, films, etc.
  13. ‚ÜĎ Avec le titane (sous-marins de chasse, alliage extr√™mement r√©sistant) ; magn√©sium (explosifs) ; platine (contacts aussi conducteurs que l'or pour l'aviation, circuits avec contacts rapides) ; mercure (chimie nucl√©aire, instruments de mesure) ; molybd√®ne (acier) ; cobalt (chimie nucl√©aire) ; colombium (alliages sp√©ciaux extr√™mement rares). (Christine Ockrent et comte de Marenches, Dans le secret des princes, √©d. Stock, 1986, p. 193)
  14. ‚ÜĎ Simon Schraub, Germanium, FNCLCC - Le dictionnaire des cancers de A √† Z, 16/5/2002, mis √† jour le 15/12/2005
  15. ‚ÜĎ (en) Gary Stephan Ba√Īuelos, 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 consult√©e le 12 mai 2010)], p. 273 

Annexes

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1 H He
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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
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