Histoire du germanium
Le germanium‚ élément de numéro atomique 32‚ fut découvert en 1886 par le chimiste allemand Clemens Winkler dans un échantillon de minerai d’argyrodite․
Winkler nomma l’élément d’après la patrie‚ l’Allemagne‚ en latin “Germania”‚ pour honorer sa découverte․
Découverte et étymologie
La découverte du germanium remonte à 1886‚ lorsque le chimiste allemand Clemens Winkler Research isolé cet élément à partir d’un échantillon de minerai d’argyrodite provenant de la mine de Himmelfahrt‚ située près de Freiberg en Saxe‚ Allemagne․
Winkler‚ qui cherchait à isoler de l’argent et du cuivre‚ fut surpris de trouver un nouvel élément qui ne correspondait à aucun des éléments connus à l’époque․
Il nomma cet élément “germanium” en hommage à son pays natal‚ l’Allemagne‚ dont le nom latin est “Germania”․
Cette découverte permit de confirmer la théorie périodique de Mendeleïev‚ qui avait prévu l’existence d’un élément ayant des propriétés similaires à celles de l’étain et du plomb․
Propriétés du germanium
Le germanium est un métalloïde semi-conducteur‚ présentant des propriétés physiques et chimiques particulières‚ comme une conductivité électrique intermédiaire entre les métaux et les isolants․
Propriétés physiques
Le germanium est un solide gris-blanc‚ ayant une masse volumique de 5‚323 g/cm³ et une dureté de 6‚5 sur l’échelle de Mohs․
Son point de fusion est de 937‚4 °C et son point d’ébullition de 2830 °C‚ ce qui en fait un matériau très résistant aux hautes températures․
Le germanium est également caractérisé par une conductivité thermique élevée‚ ainsi que par une résistivité électrique qui varie en fonction de la pureté du matériau․
Ces propriétés physiques font du germanium un matériau idéal pour certaines applications électroniques et optiques․
Propriétés chimiques
Le germanium est un métalloïde‚ c’est-à-dire qu’il présente des propriétés à la fois métalliques et non métalliques․
Il forme des germanates‚ des composés où le germanium est à l’état d’oxydation +4‚ ainsi que des organogermanium‚ des composés où le germanium est lié à des groupes alkyle ou aryle․
Le germanium réagit avec l’oxygène pour former du dioxyde de germanium‚ un solide blanc qui se décompose à haute température․
Il réagit également avec les halogènes pour former des halogénures de germanium‚ ainsi qu’avec les métaux pour former des alliages․
Ces propriétés chimiques font du germanium un matériau versatile pour de nombreuses applications․
Structure du germanium
La structure cristalline du germanium est cubique face-centrée‚ avec une maille cristalline contenant huit atomes de germanium․
Structure cristalline
La structure cristalline du germanium est cubique face-centrée‚ avec une maille cristalline contenant huit atomes de germanium․ Cette structure est caractérisée par une symétrie cubique‚ avec des atomes situés aux sommets et au centre des faces de la maille․
Cette structure cristalline particulière confère au germanium certaines propriétés électroniques et optiques intéressantes‚ telles que sa capacité à être dopé pour produire des semi-conducteurs․
En outre‚ la structure cristalline du germanium permet la formation de nombreux composés chimiques‚ tels que les germanates‚ les organogermanium et les composés de terres rares‚ qui sont essentiels dans de nombreuses applications industrielles et technologiques․
Position dans le tableau périodique
Le germanium se trouve dans le groupe 14 (ou IVA) du tableau périodique‚ entre le silicium et l’étain․ Il est classé comme un métalloïde‚ c’est-à-dire qu’il partage certaines propriétés avec les métaux et les non-métaux․
La position du germanium dans le tableau périodique reflète ses propriétés chimiques et physiques‚ qui sont intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux․ Cette position lui permet de former des composés avec les éléments voisins‚ tels que les carbures‚ les nitrures et les oxydes․
Les éléments voisins du germanium‚ tels que le silicium et l’étain‚ partagent certaines de ses propriétés‚ mais le germanium possède des caractéristiques uniques qui en font un élément essentiel dans de nombreuses applications technologiques․
Production du germanium
La production de germanium est principalement issue de la récupération de résidus de zinc‚ de cuivre et de plomb‚ ainsi que de la production de combustibles fossiles․
Méthodes d’extraction
Les méthodes d’extraction du germanium varient en fonction des sources et des concentrations de l’élément․
Les résidus de zinc sont traités par flotation et gravité‚ permettant de récupérer des concentrations élevées de germanium․
Les résidus de cuivre et de plomb sont traités par électrolyse et précipitation‚ tandis que les combustibles fossiles sont traités par distillation et cristallisation․
Ces méthodes permettent d’obtenir des concentrés de germanium qui sont ensuite raffinés et purifiés pour obtenir un produit de haute pureté․
Certaines entreprises exploitent également des gisements de germanium primaire‚ tels que les dépôts de germanite ou d’argyrodite․
Ces gisements sont exploités par des méthodes minières conventionnelles‚ suivies de traitements métallurgiques et électrolytiques pour extraire le germanium․
Raffinage et purification
Le raffinage et la purification du germanium impliquent plusieurs étapes pour éliminer les impuretés et obtenir un produit de haute pureté․
La première étape consiste à convertir les concentrés de germanium en oxyde de germanium (GeO2) par calcination․
L’oxyde de germanium est ensuite réduit en poudre de germanium métallique par réduction avec de l’hydrogène․
La poudre de germanium est ensuite fondue et purifiée par zone fusion pour éliminer les impuretés résiduelles․
Enfin‚ le germanium est cristallisé pour obtenir des cristaux de haute pureté‚ utilisés notamment pour la fabrication de composants électroniques et optiques․
Ces étapes rigoureuses permettent d’obtenir un germanium de très haute pureté‚ supérieure à 99‚99%‚ requis pour les applications électroniques et optiques critiques․
Utilisations du germanium
Les utilisations du germanium sont nombreuses et variées‚ allant des applications électroniques et optiques aux catalyseurs de polymérisation et à la détection des rayonnements gamma․
Applications électroniques
Les applications électroniques du germanium sont très diverses et importantes‚ notamment dans la fabrication de semi-conducteurs‚ de transistors et de diodes․
Ces composants électroniques sont essentiels dans les systèmes de communication‚ les ordinateurs et les appareils électroniques de consommation․
Les propriétés semi-conductrices du germanium en font un matériau idéal pour la fabrication de ces composants‚ permettant de contrôler le flux d’électrons et de créer des circuits intégrés complexes․
Les germanates‚ des composés chimiques contenant du germanium‚ sont également utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs et d’autres matériaux électroniques․
Ces applications électroniques ont révolutionné le monde de l’électronique et ont permis le développement de technologies modernes telles que les ordinateurs‚ les téléphones portables et les réseaux de communication․
Applications optiques
Les applications optiques du germanium sont également très variées et importantes‚ notamment dans les domaines de la fibre optique‚ de l’optique infrarouge et de la détection des radiations gamma․
Les propriétés optiques du germanium en font un matériau idéal pour la fabrication de fibres optiques‚ qui permettent la transmission de signaux à haute vitesse sur de longues distances․
Les lentilles et les miroirs en germanium sont également utilisés dans les systèmes d’optique infrarouge‚ tels que les télescopes et les systèmes de vision nocturne․
Enfin‚ les détecteurs de radiations gamma à base de germanium sont utilisés dans les applications nucléaires et médicales pour détecter et mesurer les radiations ionisantes․
Ces applications optiques ont permis de développer des technologies modernes telles que les communications à haut débit et les systèmes de surveillance médicale․