Германијум

Када је објавио свој периодни закон хемијских елемената 1869. године, руски хемичар Дмитриј Мендељејев је превидео постојање неколико до тада непознатих хемијских елемената, између осталих и једног који би попунио празнину у групи угљеника у својој табели периодног система, између силицијума и калаја.^[7] Због његовог положаја у периодној табели, Мендељејев га је назвао екасилицијум (Es), и претпоставио је његову релативну атомску масу од 72.

Средином 1885. године, у руднику у близини саског града Фрајберга откривен нови минерал који је добио име аргиродит због великог удела сребра у њему. (из грчког, argyrodite у значењу који садржи сребро)^[8] Хемичар Клеменс Винклер је анализирао нови минерал за који се испоставило да садржи комбинацију сребра, сумпора и једног новог елемента. Винклеру је успело да изолује овај елемент 1886. године, утврдивши да је по неким особинама сличан антимону.^[9][10] Пре него што је Винклер објавио резултате свог истраживања о новом елементу, одлучио је да му додели име нептунијум у част тада новооткривене планете Нептун 1846. године, а чије постојање је било раније превиђено и математички израчунато. Као што је предвиђено постојање новог елемента, и постојање планете Нептун је предвиђено око 1843. године од стране два математичара Џон Куч Адамс и Ирбен Леверије, користећи математичке методе небеске механике. Ово су утврдили полазећи од чињенице да се након детаљног проучавања кретања планете Урана чинило да га нека сила или друга планета омета у природном кретању.^[11] Џејмс Чалис је започео потрагу за том планетом у јулу 1846. године и открио нову планету 23. септембра 1846. године.^[12] Међутим, пошто је име нептунијум већ било додељено другом претпостављеном хемијском елементу (мада тај елемент није елемент који данас носи име нептунијум, откривен тек 1940. године), тако да је Винклер одлучио да новом елементу да име германијум (из лат. речи Germania, Немачка) у част своје домовине.^[10] За минерал аргиродит касније се искуствено показао да је Ag₈GeS₆.

Р. Херман је 1877. године објавио своје откриће новог елемента који би се требао налазити испод тантала у периодном систему, којем је дао име нептунијум, по имену грчког божанства океана и мора.^[13][14] Међутим овај метал је касније идентификован као легура елемената ниобијума и тантала.^[15] Име нептунијум дато је синтетичком елементу откривеном много касније који се налазио удесно од уранијума у периодном систему, а којег су открили нуклеарни физичари 1940-их година.^[16]

У стандардним условима, германијум је крхки, сребрнасто-бели, полуметални елемент.^[17] Овај облик германијума сачињава алотропска модификација, технички позната као α-германијум, који има метални сјај и кубичну кристалну структуру, исту као и дијамант.^[18] При притиску изнад 120 kbar, формира се различити алотроп познат као β-германијум, који има исту структуру као и β-калај.^[19] Поред силицијума, галијума, бизмута, антимона и воде, он је једна од малобројних супстанци која се шири када прелази из своје течне фазе у чврсто стање.^[19]

Германијум је полупроводник. Технике зонског рафинирања су довеле до производње кристалног германијума погодног за полупроводнике, у којем је удео нечистоћа највише 1 према 10¹⁰,^[20] што се сматра једним од најчистијих материјала икад произведених.^[21] Први метални материјал, откривен 2005. године, који је постао суперпроводник у присуству изузетно снажног електромагнетног поља била је легура германијума са уранијумом и родијумом.^[22] За чисти германијум је примећено да се спонтано издужује у веома дуге увијене дислокације. Оне су један од основних разлога зашто се кваре старе диоде и транзистори начињени од германијума, а ако се такви предмети додирну, могу изазвати и кратки спој.

Хемијске

Елементарни германијум врло споро оксидира до GeO₂ при 250 °C.^[23] Германијум не растварају разређене киселине и базе, али се споро раствара у концентрованој сумпорној киселини а бурно реагује са раствореним базама дајући германате ([GeO
3]2−
). Германијум се јавља углавном у оксидационом стању +4, мада је познат велики број његових једињења са оксидационим бројем +2.^[24] Друга оксидацијска стања су ретка, попут +3 које је доказано у једињењу као што је Ge₂Cl₆, а стања +3 и +1 су пронађена на површинама оксида,^[25] или негативна оксидацијска стања у германатима, као што је -4 у GeH
4. Кластер анјони германијума (Зинтл јони) попут Ge₄²⁻, Ge₉⁴⁻, Ge₉²⁻, [(Ge₉)₂]⁶⁻ су добијени издвајањем из легура које садрже алкалне метале и германијум у течном амонијаку у присуству етилендиамина или криптанда.^[24][26] Оксидациона стања елемента у овим јонима нису цели број, слично као код једињења озона O₃⁻.

Изотопи

Германијум има пет природних изотопа: ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷³Ge, ⁷⁴Ge и ⁷⁶Ge. Међу њима, ⁷⁶Ge је врло слабо радиоактиван, распадајући се двоструким бета-распадом са временом полураспада од 1,78×10²¹ година.

Изотоп ⁷⁴Ge је најчешћи природни изотоп германијума, који има удео у природном германијуму од око 36%. Изотоп ⁷⁶Ge је најмање заступљени изотоп у природном германијуму, који има удео од око 7%.^[27] Уколико се бомбардује алфа честицама, изотоп ⁷²Ge генерише стабилни изотоп селена ⁷⁷Se, отпуштајући током тог процеса електроне високих енергија.^[28] Због овог, користи се у комбинацији са радоном за атомске батерије.^[28]

Познато је најмање 27 радиоактивних вештачких изотопа германијума чије се атомске масе крећу од 58 до 89. Међу њима, најстабилнији је изотоп ⁶⁸Ge, распада се електронским захватом са временом полураспада од 270,95 дана. Један од најнестабилнијих изотопа је ⁶⁰Ge чије време полураспада износи 30 ms. Већина радиоактивних изотопа германијума се распада бета распадом, док се изотопи ⁶¹Ge и ⁶⁴Ge распадају β⁺ одложеном емисијом протона.^[27] Изотопи од ⁸⁴Ge до ⁸⁷Ge исказују слабији β^- распад одложеном емисијом неутрона.^[27]