Germanium

요약 금속과 비금속의 중간 성질을 띠는 은회색 준금속이다. 게르마늄을 처음 발견한 사람은 1886년 독일의 화학자 클레멘스 빙클러였다. 게르마늄은 천연에서 유리상태로 산출되지 않는 희유원소로, 주로 아지오다이트·게르마나이트·레니어라이트와 같은 희유광물의 구성성분으로 존재한다.
이 원소 결정의 원자배열이 다이아몬드 탄소 원자배열과 같기 때문에 연성이 작아 잘 부서진다. 600~700℃에서 산화되며, 할로겐 원소와 급속하게 반응하여 사할로겐화물을 생성한다. 산 중에서 진한질산·황산·왕수에만 부식된다. 가장 중요한 게르마늄 화합물은 이산화물과 사염화물이다.
게르마늄은 전자장치와 합금의 구성성분, 형광등의 인광물질로 쓰인다. 또한 적외선을 투과시키기 때문에 적외선 창과 적외선 렌즈 같은 적외복사 검색·측정에 유용하다.

금속과 비금속의 중간 성질을 띠는 은회색 준금속(準金屬)이다.

게르마늄을 처음 발견한 사람은 1886년 독일의 화학자 클레멘스 빙클러였으나, 러시아의 화학자 드미트리 이바노비치 멘델레예프는 1871년 이미 이 원소의 존재, 성질, 주기율표상의 위치를 예견하여 이 가설적 원소를 에카실리콘이라고 했다. 게르마늄은 그것이 갖는 성질이 전자공학적 가치를 지니고 있다는 사실이 인식되었던 1945년 전까지는 경제적으로 중요한 원소가 아니었다. 지금은 그외 여러 물질들도 반도체로 이용되고 있긴 하지만, 트랜지스터 제작에 그리고 정류기 혹은 광전지와 같은 장치의 부속품을 만드는 데 사용되는 중요한 원소로 남아 있다.

게르마늄은 천연에서 유리상태로 산출되지 않는 희유원소로, 주로 아지오다이트(여기서 게르마늄이 최초로 분리되었음)나 게르마나이트·레니어라이트와 같은 희유광물의 구성성분으로 존재한다.

지각 중 게르마늄 산출 비율은 약 0.0004~0.0007% 정도로 낮다. 광석에서 추출된 저급 게르마늄을 강한 염산으로 처리하여 얻은 사염화게르마늄을 여러 번 재증류하여 정제한 다음 가수분해시키면 이산화게르마늄을 얻게 된다. 이 이산화게르마늄을 수소로 환원시켜 분말형태의 게르마늄 금속을 제조하는데 이것은 비활성 기체 내에서 약1,100℃에서 녹아 주괴(鑄塊)와 강편(綱片)으로 주조된다.

이 원소 결정의 원자배열이 다이아몬드 탄소 원자배열과 동일하기 때문에 연성이 작아 잘 부서진다.

실온에서는 변화가 없고, 600~700℃에서 산화되며, 할로겐 원소와 급속하게 반응하여 사할로겐화물을 생성한다. 산 중에서 진한질산이나 황산 또는 왕수(王水：질산과 염산의 혼합물)에만 부식된다. 부식성 수용액들과 거의 반응하지 않으며, 용융된 수산화나트륨이나 수산화칼륨에 빨리 용해되어 각각의 경우에 해당하는 게르마늄산염을 만든다.

게르마늄은 안정한 2가와 4가의 산화수를 가지는데 그중 4가 화합물이 더 안정하며, 풍부하게 존재한다.

가장 중요한 게르마늄 화합물은 이산화물(GeO₂)과 사염화물(GeCl₄)이다. 이산화물을 염기성 산화물과 함께 가열함으로써 얻는 게르마늄산아연(Zn₂GeO₄)과 같은 게르마늄화물은 인광물질(복사에 의해 에너지를 주었을 때 빛을 방출하는 물질)로 사용된다. 이미 언급한 바 있듯이, 원광에서 게르마늄을 추출할 때의 중간체인 사염화물은 어는점 －50℃, 끓는점 84℃인 무색의 휘발성 액체이다.

전자장치에 쓰이는 게르마늄 주괴나 강편은 더 많은 정제를 필요로 하는데 보통 띠정제법을 통해 얻어진 고순도 게르마늄은 용융되고 여기에 소량의 비소나 갈륨 또는 다른 원소들을 첨가함으로써 필요한 전기적 특성을 갖추게 된다.

최종적으로 단결정은 엄격하게 조절된 온도에서 용융물로부터 결정의 핵으로 씨결정을 이용하여 만들어진다.

게르마늄은 전자장치뿐 아니라 합금의 구성성분이나 형광등의 인광물질로 쓰인다. 또한 적외선을 투과시키기 때문에 적외선 창과 적외선 렌즈 같은 적외복사 검색이나 측정에 유용하다. 고굴절률을 가진 이산화게르마늄은 카메라나 현미경의 대물렌즈에 쓰이는 광각렌즈와 같은 광학장치에 사용되는 유리의 구성성분으로 가치가 있다.

게르마늄은 ⁷⁰Ge(20.5%), ⁷²Ge(27.4%), ⁷³Ge(7.8%), ⁷⁴Ge(36.5%), ⁷⁶Ge(7.8%) 등 5개의 안정한 동위원소가 있으며, 9개의 방사성 동위원소가 발견되었다.

원자번호 32

원자량 72.59

녹는점 937.4℃

끓는점 2,830℃

밀도 5.323g/ml

산화상태 ＋2, ＋4

전자배열 2-8-18-4

또는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²