Le germanium (Z = 32)

Le germanium possède 32 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons. connus, mais seuls cinq d'entre eux sont stables : le germanium 70 (⁷⁰Ge) pour 20,4%, le germanium 72 (⁷²Ge) pour 27,3%, le germanium 73 (⁷³Ge) pour 7,8%, le germanium 74 (⁷⁴Ge) pour 36,7%, et enfin le germanium 76 (⁷⁶Ge) pour 7,8%.
Peu abondant dans la croûte terrestre (sans être rare pour autant), son clarke, autrement dit sa teneur massique moyenne, est de 1,8 ppm (partie par million), soit 1,8 g/tonne.

Origine du germanium

Le germanium est essentiellement produit par capture de neutrons, lors de l'explosion d'étoiles massives, selon un mécanisme appelé processus r, la lettre r signifiant qu'il s'agit d'un processus de capture rapide, nécessitant un flux de neutrons très élevé.

Un peu d'histoire

Dès 1871, l'existence du germanium est "prophétisée" par Dmitri Mendeleïev, le célèbre chimiste russe à qui l'on doit le tableau périodique des éléments. Il le nomme par anticipation "éka-silicium", ce qui signifie "après le silicium", car dans son tableau, il est situé juste sous le silicium, dans la même colonne.

Il faut attendre le 6 février 1886 avant que le chimiste allemand Clemens Winkler ne le découvre, dans un minéral appelé Argyrodite !, un sulfure d'argent (d'où son nom) et de germanium, et décide de lui donner le nom de germanium en référence à sa patrie. Il faut dire que quelques années auparavant (en 1875 pour être précis), le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran avait frappé fort en donnant à un nouvel élément le nom de gallium, "en l'honneur de la France". Winkler ne voulait donc pas être en reste.

Propriétés du germanium

Lorsqu'il est pur, le germanium se présente sous forme d'un solide dur et brillant, dont la une masse volumique est de 5,3 g/cm³ et la température de fusion de 938°C. A l'instar du silicium, il s'agit d'un semi-conducteurUn semi-conducteur est un matériau dont la conductivité électrique est intermédiaire entre celle des isolants et celle des métaux. .
Bien que présent en petites quantités dans certains végétaux (on en trouve notamment dans les racines de ginseng et dans l'ail), on pense qu'il n'est pas essentiel pour l'homme. En revanche, à doses importantes, il s'avère être toxique pour les nerfs et les reins.

Production industrielle du germanium

Comme il n'existe pas de gisement de germanium à proprement parler, celui-ci est, à près de 80%, récupéré en tant que co-produit de l'exploitation du zinc. Lors du grillageLe grillage d'un minerai consiste à chauffer celui-ci aux alentours de 500 à 600°C, dans une atmosphère oxydante, ce qui permet d'éliminer le soufre et le fer qu'il contient. des minerais de sulfure de zinc, le germanium se retrouve sous forme oxydée dans les poussières et les résidus, mélange d'oxydes appelé "calcine". La réaction est la suiva,te :

GeS₂ + 3 O₂ ---> GeO₂ + 2 SO₂

Le dioxyde de germanium est ensuite réduit à l'aide de dihydrogène :

GeO₂ + 2 H₂ ---> Ge + 2 H₂O

En 2021, la production mondiale de germanium s'élevait à 140 tonne, la Chine occupant la première place (avec 95 tonnes).

Quelques exemples d'utilisation du germanium

- Au sortir de la seconde guerre mondiale, les premières diodes à semi-conducteur (qui ont remplacé les tubes à vide) font appel au germanium, car ce dernier ne nécessite pas d'être absolument pur, contrairement au silicium, qui le remplacera dans les années 1970.

- Le germanium intervient dans la fabrication des fibres optiques car, associé au silicium, il offre une excellente transmission dans le domaine des infrarouges.

- Toujours en optique, le germanium présentant une grande transparence aux infrarouges, il permet de fabriquer des fenêtres ou lentilles utilisées en imagerie thermique.

- Le germanium est utilisé comme catalyseur dans les réactions de polymérisation du PolyÉthylène Téréphtalate (PET), utilisé dans la fabrication des bouteilles et des emballages alimentaires.

- Certains panneaux photovoltaïques contiennent du germanium.

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