Germanium

Eigenschaften
[Ar] 3d10 4s2 4p2 32Ge Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Germanium, Ge, 32
Elementkategorie	Halbmetalle
Gruppe, Periode, Block	14, 4, p
Aussehen	gräulich weiß
CAS-Nummer
EG-Nummer	231-164-3
ECHA-InfoCard	100.028.331
Massenanteil an der Erdhülle	5,6 ppm (46. Rang)<ref name="Harry H. Binder">Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
Atomar<ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Germanium) entnommen.</ref>
Atommasse	72,630(8)<ref name="IUPAC">IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013.</ref> u
Atomradius (berechnet)	125 (125) pm
Kovalenter Radius	122 pm
Van-der-Waals-Radius	211<ref>Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: J. Phys. Chem. A. 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.</ref> pm
Elektronenkonfiguration	[Ar] 3d10 4s2 4p2
1. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
2. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
3. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
4. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
5. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
Physikalisch<ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Germanium) entnommen.</ref>
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	Diamantstruktur
Dichte	5,323 g/cm3 (20 °C)<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 482.</ref>
Mohshärte	6,0
Magnetismus	diamagnetisch (χm = −7,1 · 10−5)<ref name="CRC">Vorlage:CRC Handbook Die Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref>
Schmelzpunkt	1211,4 K (938,3 °C)
Siedepunkt	3106 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.</ref> (2830 °C)
Molares Volumen	13,63 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	330 kJ·mol−1<ref name="Zhang" />
Schmelzenthalpie	31,8 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	5400 m·s−1 bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	308,3<ref name="Harry H. Binder" /> J·kg−1·K−1
Austrittsarbeit	5,0 eV<ref>Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik. Band 6: Festkörper. 2. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2005, ISBN 3-11-017485-5, S. 361.</ref>
Elektrische Leitfähigkeit	(Eigenleitung) 2 S·m−1 bei 300 K
Wärmeleitfähigkeit	60 W·m−1·K−1
Chemisch<ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Germanium) entnommen.</ref>
Oxidationszustände	−4, +2, +4
Normalpotential	0,247 V (Ge2+ + 2 e− → Ge)
Elektronegativität	2,01 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 68Ge {syn.} 270,8 d ε 0,106 68Ga 69Ge {syn.} 39,05 h ε 2,227 69Ga 70Ge 20,5 % Stabil 71Ge {syn.} 11,43 d ε 0,229 71Ga 72Ge 27,4 % Stabil 73Ge 7,8 % Stabil 74Ge 36,5 % Stabil 75Ge {syn.} 82,78 min β− 1,177 75As 76Ge 7,44 % (1,84Vorlage:+-) · 1021 a<ref>J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 40 (2013) 035110, doi:10.1088/0954-3899/40/3/035110</ref> β−β− 76Se 77Ge {syn.} 11,30 h β− 2,702 77As
Weitere Isotope siehe Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref> Pulver [[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]: Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 228​‐​361​‐​373​‐​410 P: 202​‐​210​‐​240​‐​241​‐​272​‐​308+313<ref name="GESTIS" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Germanium (von ‚Deutschland‘, nach dem Land, in dem es zuerst gefunden wurde) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ge und der Ordnungszahl 32. Im Periodensystem steht es in der 4. Periode und in der 4. Hauptgruppe (14. IUPAC-Gruppe, p-Block und Kohlenstoffgruppe). Es wurde erstmals 1886 im Mineral Argyrodit nachgewiesen.<ref name="DOI10.1002/ciuz.200490078"></ref>

Germanium ist ein glänzend graues, hartes, sprödes Halbmetall (manchmal wird es noch zu den Metallen gezählt). Es ist auf der Erde weit verbreitet, kommt aber meistens nur in geringen Konzentrationen vor. Der größte Produzent von Germanium ist China. Germanium wird hauptsächlich als Halbleiter in der Elektronik verwendet, doch es gibt auch einige Anwendungen in der Medizin. Es ist keine biologische Funktion von Germanium bekannt.

Geschichte

Datei:Periodensystem Mendelejews.jpg

Das Periodensystem Mendelejews mit der Lücke unterhalb des Siliciums

Als Dmitri Mendelejew 1869 seinen Entwurf des Periodensystems entwickelte, stellte er fest, dass es einige Lücken durch bislang unbekannte Elemente aufwies. Zwei sehr auffällige befanden sich in der 5. Reihe in den Gruppen III unterhalb des Aluminiums und IV unterhalb des Siliciums. Entsprechend seiner Systematik nannte er diese Elemente Eka-Aluminium und Eka-Silicium. Anhand der Eigenschaften der umliegenden Elemente prognostizierte er 1871 auch einige Eigenschaften der Elemente, so sollte Eka-Silicium eine Atommasse von etwa 72, ein spezifisches Gewicht von 5,5 und vierwertige Salze haben. Sogar einige Eigenschaften von Verbindungen sagte er voraus, so sollte etwa das Tetrachlorid eine bei unter 100 °C siedende Flüssigkeit sein.<ref name="Orna">Mary Virginia Orna, Marco Fontani: Mini-Biography of Germanium (Eka-Silicon). In: Carmen J. Giunta, Vera V. Mainz, Gregory S. Girolami (Hrsg.): 150 Years of the Periodic Table. Springer, 2021, ISBN 978-3-030-67910-1, S. 242–248.</ref><ref>Dmitri Mendelejew: Die periodische Gesetzmäßigkeit der chemischen Elemente. (übersetzt von Felix Wreden) In: Liebigs Annalen. 8. Supplementband, 1871, S. 133–239 (genauer S. 200–204, Vorlage:HathiTrust Buch).</ref>

Datei:Winkler Clemens.jpg

Clemens Winkler

1886 wurde in der Grube Himmelsfürst in Brand-Erbisdorf im Erzgebirge ein neues Mineral gefunden, von Albin Weisbach beschrieben und Argyrodit genannt.<ref>A. Weisbach: Argyrodit, ein neues Silbererz. In: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Palaontologie. Band 2, 1886, S. 67–71 (PDF 222,3 kB)</ref> Bei der chemischen Analyse wurden schnell die beiden Hauptbestandteile Silber und Schwefel nachgewiesen. Allerdings konnten bei einer genauen Analyse durch Clemens Winkler nur 75 % Silber und 18 % Schwefel gefunden werden, 7 % blieben unbekannt. Er war bald überzeugt, dass der Unterschied durch ein bislang unbekanntes Element verursacht sein musste, konnte es aber zunächst nicht isolieren. Winkler versuchte monatelang, das Mineral mit Natriumcarbonat und Schwefel zu schmelzen, die entstandenen löslichen Verbindungen in Wasser zu lösen und anschließend durch Ansäuern mit Salzsäure eine fraktionierte Kristallisation durchzuführen. Er fand jedoch im Niederschlag nur Schwefel sowie die aus begleitenden Mineralen stammenden Arsen und Antimon. Beim Eindampfen der Lösung blieb nur Natriumchlorid zurück. Schließlich fügte er zu dieser Lösung eine große Menge Salzsäure hinzu, wodurch auf einmal ein weißer Niederschlag ausfiel, den er als das Sulfid des gesuchten Elementes identifizierte. Anschließend calcinierte er das Sulfid zum Oxid und reduzierte es mit Wasserstoff zum Element in Form eines grauen Pulvers.<ref name="Orna"/><ref name="Brunck">O. Brunck: Clemens Winkler. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 39, Nr. 4, 1906, S. 4491–4548, .</ref>

Nachdem Winkler zunächst Neptunium nach dem Planeten Neptun als Namen erwogen hatte, verwarf er diesen wieder, da Hans Rudolph Hermann ein vermutetes, dem Niob ähnliches Element so benannt hatte<ref>R. Hermann: Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen der Metalle der Tantalgruppe, so wie über Neptunium, ein neues Metall. In: Journal für praktische Chemie. 1877, Band 15, S. 105–150 (online).</ref><ref name="Brunck"/>, und nannte das neue Element nach Deutschland Germanium.<ref>Clemens Winkler: Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 19, Nr. 1, 1886, S. 210–211, .</ref> Die Entdeckung wurde von Paul Émile Lecoq de Boisbaudran spektroskopisch bestätigt.<ref>Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: Sur le poids atomique et sur le spectrum du germanium. In: Comptes Rendus. Band 102, 1886, S. 1291–1295, (Digitalisat).</ref> Direkt nach Entdeckung des Germaniums und mit wenigen Informationen begannen verschiedene Forscher, über die Position des Elementes im noch nicht gänzlich akzeptierten Periodensystem zu spekulieren. So vermutete Winkler selbst zunächst, es würde sich um Eka-Antimon handeln, Mendelejew zog die Möglichkeit Eka-Cadmium in Betracht. Als schließlich Eigenschaften wie die Atommasse bestimmt waren, zeigte sich, dass diese sehr gut zu den von Mendelejew für Eka-Silicium vorhergesagten Eigenschaften passten. So wurden eine Atommasse von 72,32, ein spezifisches Gewicht von 5,47 und ein vierwertiges Germaniumchlorid mit einem Siedepunkt von 86 °C gefunden. Die Entdeckung des Germaniums war daher ein wichtiger Schritt zur allgemeinen Anerkennung des Periodensystems in der Chemie.<ref name="Orna"/><ref name="Brunck"/>

Winklers präparativen Schwierigkeiten bei der Gewinnung von Germanium lagen zum einen an der ungewöhnlichen Löslichkeit von Germanium(IV)-sulfid (gut in Wasser und verdünnten Säuren, schlecht in konzentrierten Säuren), zum anderen am leicht flüchtigen Germanium(IV)-chlorid, das beim Eindampfen aus der Lösung entwich.<ref name="Orna"/><ref name="Brunck"/>

Erstmals verwendet wurde Germanium für Punktkontakte in Schottky-Dioden, die im Zweiten Weltkrieg in Radar-Empfängern eingesetzt wurden. Bald darauf wurde es essentiell in der Herstellung von Transistoren und Gammastrahlen-Detektoren.<ref name="Orna"/>

Vorkommen

Datei:Argyrodite-170093.jpg

Argyrodit

Germanium ist mit einem Anteil von 1,5 ppm an der kontinentalen Erdkruste auf der Erde ein seltenes Element. Eine vergleichbare Häufigkeit besitzen Arsen, Holmium und Wolfram.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref> Dies liegt vor allem daran, dass Germanium ein siderophiles (eisenliebendes) und volatiles Element ist, das bei der Entstehung der Erde zum Großteil in den Erdkern abgesunken ist.<ref>Louis A. Derry: Germanium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 615–617.</ref> Es wird geschätzt, dass sich über 95 % des Germaniums im Erdkern befinden und dieser einen Germaniumanteil von 45 ppm besitzt.<ref name="CoreComposition">Rebecca A. Fischer, William F. McDonough: Earth's core composition and core formation. In: Ariel Anbar, Dominique Weis (Hrsg.): Treatise on Geochemistry. 3. Auflage, Elsevier, 2025, ISBN 978-0-323-99763-8, S. 27–31.</ref>

Da Germanium den gleichen Oxidationszustand (+4) und einen ähnlichen Ionenradius wie Silicium besitzt, kann es dieses Element in Gesteinen und Mineralen ersetzen. Jedoch kann Germanium im Gegensatz zu Silicium unter den Druckverhältnissen der Erdkruste auch eine oktaedrische und nicht nur eine tetraedrische Koordination ausbilden, wodurch es zu einer Entmischung der beiden Elemente kommen kann. Daher kann das Verhältnis von Germanium zu Silicium als Marker für Vorgänge im Erdinneren dienen. Besonders germaniumhaltig sind Amphibole, Glimmer und Granate, während stark polymerisierte Silikate wie Feldspat oder Quarz geringere Germaniumgehalte besitzen.<ref>Matthew J.M. Phillips, Stephen F. Foley, Olivier Alard: Application of Ge/Si ratios to ultramafic alkaline rocks using a novel LA-ICP- MS/MS method. In: Chemical Geology. Band 616, 2023, Artikel 121236, .</ref>

Germanium besitzt auch chalkophile (schwefelliebende) Eigenschaften und ist daher in vielen sulfidischen Mineralen enthalten. Dies beruht darauf, dass Germanium unter hydrothermalen, stark schwefelhaltigen Bedingungen den Thiogermanat-Komplex [GeS₄]^4- bildet. Besonders germaniumreiche Minerale sind Enargit Cu₃AsS₄, Sphalerit ZnS und Stannit Cu₂FeSnS₄. Sphalerit kann bis zu 0,3 %, Enargit bis zu 0,5 % Germanium enthalten.<ref name="Höll" details="S. 151-153">R. Höll, M. Kling, E. Schroll: Metallogenesis of germanium — A review. In: Ore Geology Reviews. Band 30, 2007, S. 145–180, .</ref>

Durch die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in der frühen Erdatmosphäre wurde zweiwertiges Eisen zu dreiwertigem oxidiert und es bildeten sich Eisenoxide und -hydroxide.<ref name="Höll" details="S. 154"/> Diese können Germanium als Germanat [GeO₄]^4- adsorbieren und binden. Darum enthalten Minerale wie Hämatit und Goethit, aber auch wasserhaltiger Kassiterit (SnO₂) hohe Germaniumgehalte von bis zu 0,7 % in Hämatit und sogar 1 % in Hydrokassiterit.<ref name="Höll" details="S. 150"/> Besonders reich an Germanium sind Bändereisenerz-Vorkommen.<ref name="Höll" details="S. 169"/>

Datei:Renierite-654087.jpg

Renierit

Germanium bildet eine Reihe von vorwiegend sulfidischen Mineralen, die aber alle selten mit nur wenigen bekannten Fundorten vorkommen. Die wichtigsten sind Argyrodit Ag₈GeS₆, Renierit (Cu¹⁺,Zn)₁₁Fe₄(Ge⁴⁺,As⁵⁺)₂S₁₆ und Germanit Cu₁₃Fe₂Ge₂S₁₆, aber auch die Oxide Argutit GeO₂ und Brunogeierit Fe²⁺₂Ge⁴⁺O₄. Insgesamt sind (Stand April 2026) 42 germaniumhaltige Minerale bekannt. Die wichtigste Fundstätte von Germaniummineralen ist die Tsumeb Mine in Namibia, weitere Orte mit Germaniummineral-Funden sind Andalgalá in Argentinien, Kipushi in der Demokratischen Republik Kongo, Bajanaul in Kasachstan, Panagjurischte in Bulgarien sowie Ustou und Melles in Frankreich. Natürliche Vorkommen von gediegenem Germanium sind nicht bekannt.<ref>The mineralogy of Germanium. mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 22. April 2026.</ref>

Von allen Elementen besitzt Germanium eine der stärksten Affinitäten zu organischem Material. Dies wird dadurch verursacht, dass Lignin und Huminsäuren stabile Komplexe mit Germanium bilden und es so absorbieren können. Darum enthalten viele Kohlesorten, sowohl Stein-, als auch Braunkohle hohe Germaniumgehalte. Besonders hohe Werte wurden bei Kohle aus dem Hartley-Flöz im Kohlerevier Durham im Vereinigten Königreich gemessen. Dort enthielt die Asche, die beim Verbrennen der Kohle übrig blieb, bis zu 1,1 % Germanium. Bei der weiteren Inkohlung hin zu Anthrazitkohle und Graphit entweicht Germanium dagegen in das umgebende Silikatgestein.<ref name="Höll" details="S. 153"/> Das germaniumreichste heute bekannte Kohlevorkommen ist Wumuchang in der Inneren Mongolei (China) mit etwa 4000 Tonnen Germaniumressourcen, gefolgt von Bikinsk im Osten Sibiriens (Russland) mit 2600 Tonnen und weiteren Vorkommen in China und Russland.<ref name="CriticalMetalsHandbook" details="S. 185-186">Frank Melcher, Peter Buchholz: Germanium. In: Gus Gunn (Hrsg.): Critical Metals Handbook. Wiley, 2014, ISBN 978-0-470-67171-9.</ref>

In sehr geringer Konzentration ist Germanium im Meerwasser enthalten, wobei es zu mehr als 70 % als methylierte (Konzentration 20–28 ng/l) oder dimethylierte Verbindung (Konzentration 5–9 ng/l) vorliegt.<ref>Adrián García-Figueroa, Montserrat Filella, Tomáš Matoušek: Speciation of germanium in environmental water reference materials by hydride generation and cryotrapping in combination with ICP-MS/MS. In: Talanta. Band 225, 2021, Artikel 121972, .</ref>

Pflanzen können bei der Aufnahme von Silicium auch Germanium aufnehmen und akkumulieren. Dabei wurden besonders in Gräsern hohe Germanium- und auch Siliciumgehalte gemessen.<ref>Oliver Wiche, Balázs Székely, Christin Moschner, Hermann Heilmeier: Germanium in the soil-plant system—a review. In: Environmental Science and Pollution Research. Band 25, 2018, S. 31938–31956, .</ref>

Gewinnung und Darstellung

Primär wird Germanium heutzutage aus zwei Quellen gewonnen, zum einen als Beiprodukt bei der Zinkproduktion, zum anderen aus der Flugasche, die bei der Verbrennung von Kohle entsteht. Dabei überwiegt die Gewinnung aus Flugasche mit 56 % (2013) die aus der Zinkproduktion mit 33 %.<ref>Benedicte Robertz, Jensen Verhelle, Maarten Schurmans: The Primary and Secondary Production of Germanium: A Life-Cycle Assessment of Different Process Alternatives. In: JOM. Band 67, 2015, S. 412–424, .</ref> Die Gewinnung aus Flugasche erfolgt dabei vor allem aus Braunkohle, die in China, Russland und Usbekistan abgebaut wird.<ref name="CriticalMetalsHandbook" details="S. 185-186"/>

In der Vergangenheit wurden auch andere, germaniumreiche Erze abgebaut, so bis 1993 bei Saint-Salvy-de-la-Balme ein Silber-Blei-Zink-Erz, das bis zu 2500 ppm Germanium in Sphalerit enthielt und aus dem insgesamt in 18 Jahren 500 t Germanium gewonnen werden konnten. Auch polymetallisches, germaniumreiches Cu-Zn-Pb-Ag-As-Erz wurde etwa in Kipushi in der Demokratischen Republik Kongo oder Tsumeb in Namibia abgebaut.<ref name="CriticalMetalsHandbook" details="S. 183-185"/> Der Versuch, Germanium und Gallium als Hauptprodukt abzubauen, scheiterte in der Apex-Mine in Utah (Vereinigte Staaten) in den 1980er und 1990er Jahren nach kurzer Zeit.<ref>Friedrich-Wilhelm Wellmer, Manfred Dalheimer, Markus Wagner: Economic Evaluations in Exploration. 2. Auflage, Springer 2007, ISBN 978-3-540-73557-1, S. 83–84.</ref>

Die Ausgangsstoffe für die Herstellung von Germanium und seiner Verbindungen haben typischerweise eine sehr niedrige Konzentration des Metalls von 0,001 bis 0,01 %. Sie müssen daher mit verschiedenen Schritten wie Zerkleinern, Sieben, Magnettrennung und Flotation, aber auch pyro- und Hydrometallurgischen Verfahren wie Rösten, Auslaugen und Extraktion von anderen Stoffen getrennt und zu einem Germaniumkonzentrat mit 5–30 % Ge-Gehalt angereichert werden. Auch germaniumhaltige Abfallstoffe werden derart behandelt.<ref name="CriticalMetalsHandbook" details="S. 187"/><ref name="ullmann" details="S. 632-634">Jean Scoyer, Hélian Guislain, H. Uwe Wolf: Germanium and Germanium Compounds. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, 2012, .</ref> Aus Flugasche wird Germanium mit konzentrierter Schwefelsäure ausgelaugt und mit Zinkstaub gefällt.<ref>Erwin Rosenberg: Germanium: environmental occurrence, importance and speciation. In: Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. Band 8, 2009, S, 29–57, .</ref> Das Konzentrat, das metallisches Germanium und/oder Germanium(IV)-oxid enthält, wir mit Chlor und konzentrierter Salzsäure umgesetzt, um das leicht flüchtige Germanium(IV)-chlorid zu erhalten. Die Reaktion findet dabei, um Hydrolyse zu verhindern, nahe des Siedepunktes von Germanium(IV)-chlorid bei 83 °C statt.<ref name="ullmann" details="S. 635"/>

<chem>GeO2 + 4 HCl -> GeCl4 + 2 H2O</chem>

<chem>Ge + Cl2 -> GeCl4</chem>

Das Chlor oxidiert nicht nur Germanium, sondern auch enthaltenes Arsen(III)-chlorid zur nicht flüchtigen Arsensäure. Restliches Arsen kann durch fraktionierte Destillation entfernt werden, restliche Spuren durch Extraktion mit Salzsäure. Anschließend wird das Germanium(IV)-chlorid mit Wasser hydrolysiert und Germanium(IV)-oxid erhalten. Dieses wird filtriert und getrocknet.<ref name="ullmann" details="S. 635"/>

<chem>GeCl4 + 2 H2O -> GeO2 + 4 HCl</chem>

Germanium(IV)-oxid ist Ausgangsstoff für die Gewinnung metallischem Germaniums und vieler Germaniumverbindungen. Um das Metall zu erhalten, wird das Oxid mit Wasserstoff in elektrisch beheizten Öfen bei 650 °C reduziert. Dabei darf die Temperatur 700 °C nicht überschreiten, da sonst das flüchtige Germanium(II)-oxid entsteht. Nach der Reduktion wird das Metall verflüssigt und es kristallisiert langsam zu einem polykristallinen Material aus. Dabei reichern sich Verunreinigungen in den zuerst und zuletzt kristallisierenden Bereichen an. Auch andere Verfahren wie die Reduktion mit Kohlenstoff oder die Umsetzung von Germanium(IV)-chlorid mit Zink sind möglich, bieten jedoch nicht die in vielen Verwendungen notwendige hohe Reinheit des Produktes.<ref name="ullmann" details="S. 635"/>

<chem>GeO2 + 2 H2 -> Ge + 2 H2O</chem>

Eine weitere Raffination des Metalles erfolgt durch fraktionierte Kristallisation, hochreines Germanium kann durch Zonenschmelzverfahren gewonnen werden. Einkristalle werden wie bei Silicium mit dem Czochralski-Verfahren hergestellt.<ref>Danilo C. Curtolo, Semiramis Friedrich, Bernd Friedrich: High Purity Germanium, a Review on Principle Theories and Technical Production Methodologies. In: Journal of Crystallization Process and Technology. Band 7, 2017, S. 65–84, .</ref>

Recycling von germaniumhaltigen Abfällen spielt eine wichtige Rolle für die Produktion von Germanium, etwa 30 % der weltweiten Produktion wird dadurch sichergestellt. Dabei sind Abfälle aus industriellen Prozessen, in denen Germanium eingesetzt wird, ein Großteil dieser Rohstoffe. Insbesondere bei der Herstellung von Lichtwellenleitern fallen 75 % des eingesetzten Germaniums als Abfall an, von dem ein Großteil wiederverwertet werden kann. Auch bei der Produktion von Infrarotoptiken wie Linsen fallen 30 % des eingesetzten Germaniums als Abfall an und können recycelt werden. Dagegen ist das Recycling von Germanium aus Konsumprodukten schwierig, da nur sehr geringe Mengen des Elementes eingesetzt werden, es gibt auch kaum getrennte Sammlungen für germaniumhaltige Produkte. Die Recyclingrate beträgt nur etwa 12 %, neues Germanium besteht nur zu 2 % aus derartig gewonnenem Metall.<ref name="EU-Kommission" details="S. 248-249">Europäische Kommission: Study on the EU's list of Critical Raw Materials. Publications Office of the European Union, 2020, S. 248–249, .</ref>

Germanium wird nur in wenigen Ländern produziert, darunter die Volksrepublik China, die Vereinigten Staaten, Belgien, Deutschland, Kanada und Russland.<ref>Amy C. Tolcin: Germanium. In: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, February 2026.</ref> Bis 2015 wurden größere Mengen des Elementes auch in Finnland produziert. Dabei dominiert China die Weltproduktion, zwischen 2012 und 2016 mit über 80 % der Weltjahresproduktion. Da die Germaniumgewinnung die Zinkgewinnung in den Zinkhütten negativ beeinflussen kann, führen nur wenige Raffinerien, 2011 neben Anlagen in China nur je eine in den Vereinigten Staaten und Kanada, diese durch. Die Gewinnung aus Flugasche ist häufig möglich, allerdings nur bei den sehr germaniumreichen Braunkohlen in China und Russland wirtschaftlich sinnvoll.<ref name="EU-Kommission" details="S. 247-248"/> Die weltweite Gesamtmenge an produziertem Germanium lag 2020 bei 140 Tonnen.<ref>Amy C. Tolcin: Germanium. In: United States Geological Survey: 2023 Minerals Yearbook. Reston, Virginia, 2026, abgerufen am 29. Mai 2026.</ref> Auf Grund der sehr hohen Konzentration der Produktion in China listet die Deutsche Rohstoffagentur Germanium in der höchsten Risikogruppe 3.<ref>Dennis Bastian, Britta Bookhagen, Alexander Fritz, Maren Liedtke, Paul Mählitz, Michael Schmidt: DERA-Rohstoffliste 2025. In: Deutsche Rohstoffagentur (Hrsg.): DERA Rohstoffinformationen. Nr. 62, 2026, S. 99, .</ref> Auch die Europäische Union führt Germanium in der Liste der kritischen Rohstoffe auf.<ref name="Consilium">Europäischer Rat: Ein EU-Gesetz zu kritischen Rohstoffen für die Zukunft der EU Lieferketten. In: consilium.europa.eu, abgerufen am 24. April 2026.</ref> Seit 2023 beschränkt China den Export durch die Notwendigkeit von Exportlizenzen.<ref>Klaus Möbius: China beschränkt Ausfuhren von Gallium und Germanium. Germany Trade & Invest, erstellt am 4. Juli 2023, abgerufen am 29. Mai 2026.</ref> So bestand zwischen Dezember 2024 und November 2025 ein Exportverbot für Germanium von China in die Vereinigten Staaten<ref>Anna-Sophie Schneider: China setzt Exportverbot von Halbleitermetallen an die USA aus. In: Spiegel.de, erstellt am 9. November 2025, abgerufen am 29. Mai 2026.</ref> und auch in Deutschland schwanken die Importe stark.<ref>Julian Alexander Fischer: China löst "blankes Entsetzen" in deutscher Industrie aus. In: t-online.de, erstellt am 28. Mai 2026, abgerufen am 29. Mai 2026.</ref>

Eigenschaften

Datei:Germanium.jpg

Elementares Germanium

Germanium steht im Periodensystem in der Serie der Halbmetalle. Elementares Germanium ist sehr spröde und an der Luft bei Raumtemperatur sehr beständig. Erst bei starkem Glühen in einer Sauerstoff-Atmosphäre wird es zu Germanium(IV)-oxid (GeO₂) oxidiert. GeO₂ ist dimorph und wird bei 1033 °C von der Rutil-Modifikation (CN = 6) in die β-Quarz-Struktur (CN = 4) überführt. In Pulverform kann es leicht entzündet werden und brennt nach Entfernen der Zündquelle weiter. In kompakter Form ist es nicht brennbar.

Germanium kann zwei- oder vierwertig sein. Germanium(IV)-Verbindungen sind am beständigsten. Von Salzsäure, Kalilauge und verdünnter Schwefelsäure wird Germanium nicht angegriffen. In alkalischen Wasserstoffperoxid-Lösungen, konzentrierter heißer Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure wird es dagegen unter Bildung von Germaniumdioxidhydrat aufgelöst. Gemäß seiner Stellung im Periodensystem steht es in seinen chemischen Eigenschaften zwischen Silicium und Zinn.

Germanium zeigt als einer von wenigen Stoffen eine Dichteanomalie. Seine Dichte in festem Zustand ist niedriger als in flüssigem. Germanium ist ein indirekter Halbleiter. Seine Bandlücke beträgt bei Zimmertemperatur ca. 0,67 eV.

Wafer aus Germanium sind erheblich zerbrechlicher als Wafer aus Silizium.

Verwendung

Elektronik

Als Halbleiter war Germanium in Einkristall-Form das führende Material in der Elektronik bis in die 1970er Jahre, vor allem zur Herstellung der ersten am Markt erhältlichen Dioden und Bipolartransistoren, bis es von Silicium in diesen Bereichen verdrängt wurde. Anwendungen finden sich in der Hochfrequenztechnik (z. B. als Siliciumgermanium-Verbindungshalbleiter) und Detektortechnologie (z. B. als Röntgendetektor). Für Solarzellen aus Galliumarsenid (GaAs) werden zum Teil Wafer aus Germanium als Trägermaterial verwendet. Die Gitterkonstante von Germanium ist der von Galliumarsenid sehr ähnlich, so dass GaAs epitaktisch auf Germanium-Einkristallen aufwachsen kann.

Gläser und Fasern

Germanium wird für Infrarotoptiken in Form von Fenstern und Linsen aus monokristallinem Germanium eingesetzt. Einsatzgebiete für Germaniumlinsen sind Nachtsichtgeräte und Wärmebildkameras. Die früher übliche Verwendung als Fokussierlinse für die Laser-Materialbearbeitung mittels Kohlendioxid-Lasern sowie deren Austrittsfenster ist jedoch durch Zinkselenid abgelöst worden. Mit seinem hohen Brechungsindex von etwa 4 wird einkristallines Germanium auch in der FTIR/ATR-Spektroskopie (ATR-Infrarotspektroskopie) eingesetzt.<ref>Was ist Infrarot- und FT-IR-Spektroskopie? Wo ist der Unterschied? Firmenschrift „FT-IR Spektroskopie Grundlagen“ der Firma Bruker, abgerufen am 14. Juli 2021</ref><ref></ref> Optische Gläser mit Infrarotdurchlässigkeit (Chalkogenidglas für Lichtwellenleiter) sind eine weitere Anwendung für Germanium als Bestandteil.

Eine weitere Verwendung ist die Herstellung von Lichtwellenleitern: mit Hilfe von Germaniumtetrachlorid wird bei der chemischen Gasphasenabscheidung eine Anreicherung von Germaniumdioxid im inneren Faserkern erzeugt, wodurch im Vergleich zum Fasermantel ein höherer Brechungsindex im Kern gewährleistet wird.<ref></ref>

Bei der Polyester-Herstellung kommt Germaniumdioxid als Katalysator bei der Fertigung von Polyesterfasern und -granulaten zum Einsatz, speziell für PET-Flaschen.<ref></ref>

Nuklearmedizin und Kerntechnik

⁶⁸Ge wird beim Gallium-68-Generator als Mutternuklid zur Herstellung von Gallium-68 verwendet. Ebenso findet ⁶⁸Ge als Quelle zur Detektorkalibration bei der Positronen-Emissions-Tomographie Anwendung.<ref>Produktkatalog der Fa. Eckert & Ziegler Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL</ref>

Als hochreiner Einkristall wird Germanium als Strahlendetektor eingesetzt.

Germanium in Nahrungsergänzungsmitteln

Die Substanz Bis(carboxyethyl)germaniumsesquioxid (Ge-132) ist als Nahrungsergänzungsmittel zur Anwendung bei einer Reihe von Erkrankungen einschließlich Krebs, chronischem Müdigkeitssyndrom, Immunschwäche,<ref>Bundesamt für Sicherheit im Gesundheitswesen, AGES PharmMed: Vorlage:Webarchiv/TodayVorlage:Webarchiv/Wartung/URL</ref> AIDS, Bluthochdruck, Arthritis und Lebensmittelallergien angepriesen worden. Positive Wirkungen auf den Krankheitsverlauf wurden bisher wissenschaftlich nicht nachgewiesen.

Gemäß der europäischen Richtlinie 2002/46/EG zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Nahrungsergänzungsmittel soll Germanium nicht in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet werden. In vielen Ländern der EU, die ihre nationalen Rechtsvorschriften bereits angeglichen haben, so auch Deutschland und Österreich, ist daher der Zusatz von Germanium als Mineralstoffquelle in Nahrungsergänzungsmitteln nicht erlaubt.

Die zuständigen Behörden warnen ausdrücklich vor dem Verzehr von Ge-132, da schwere Gesundheitsschäden und Todesfälle nicht auszuschließen sind.<ref name="bfr">Bundesinstitut für Risikobewertung: BgVV warnt vor dem Verzehr von ‚Germanium-132-Kapseln‘ der österreichischen Firma Ökopharm. 8. September 2000.</ref><ref>Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) warnt: Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL 17. Oktober 2008.</ref>

Arzneiliche Verwendung von Germanium

Eine therapeutische Wirksamkeit der antineoplastischen Substanz Spirogermanium bei Krebserkrankungen wurde nicht nachgewiesen. Zugelassene Fertigarzneimittel mit dem Wirkstoff Spirogermanium gibt es nicht. In Deutschland gelten germaniumhaltige Arzneimittelanfertigungen (Rezepturen), abgesehen von homöopathischen Verdünnungen ab D4, als bedenklich. Ihre Herstellung und ihre Abgabe sind daher verboten.<ref>Arzneimittelkommission der deutschen Apotheker: Bedenkliche Rezepturarzneimittel (PDF; 187 kB).</ref> Germanium metallicum gibt es in Form homöopathischer Mittel. Als Bestandteil homöopathischer Zubereitungen wird di-Kalium-Germanium-citrat-lactat beschrieben.<ref>Germanium-Citrate-Lactat bei DailyMed, abgerufen am 16. September 2012.</ref>

Physiologie

Germanium und seine Verbindungen weisen eine relative geringe akute Toxizität auf. Spuren von Germanium sind in den folgenden Nahrungsmitteln enthalten: Bohnen, Tomatensaft, Austern, Thunfisch und Knoblauch. Es ist nach dem Stand der Wissenschaft kein essentielles Spurenelement. Es ist keine biologische Funktion für Germanium bekannt. Es sind keine Germanium-Mangelerkrankungen bekannt.<ref></ref>

Toxizität

Gesundheitsschäden durch Germanium traten bei Menschen mehrfach<ref name="aki-irreversible"></ref><ref name="pubmed-aki" /><ref name="pm1726409"></ref> nach längerer Einnahme von Germaniumverbindungen als Nahrungsergänzungsmittel auf. Dabei kommt es zu Funktionsstörungen der Niere bis hin zum (irreversiblen<ref name="aki-irreversible" />) Nierenversagen,<ref name="pubmed-aki"></ref> das für den Patienten letal sein kann.<ref></ref> Periphere Neuropathie und andere neurologische Schäden als Folgeerkrankung sind ebenfalls berichtet.<ref name="baua-auswirkungen-auf-menschen"></ref><ref name="pm1726409" />

Aus Tierversuchen ist bekannt, dass Germanium eine geringe akute orale Toxizität hat. Bei Ratten liegt der LD₅₀-Wert (die Dosis, bei der die Hälfte der Versuchstiere sterben) bei 3700 mg pro Kilogramm Körpergewicht.<ref name="baua-tierexperimente"></ref>

Nach derzeit vorliegenden Daten aus Tierversuchen ist Germanium nicht fruchtschädigend oder kanzerogen.<ref name="baua-kanzerogen"></ref>

Der Mechanismus der Toxizität von Germanium ist noch nicht vollständig geklärt. Spezifische pathologische Effekte an den Mitochondrien von verschiedenen Zellen wurden jedoch beobachtet.<ref></ref><ref></ref>

Wechselwirkungen

Es wird ebenfalls diskutiert, ob Germanium evtl. Wechselwirkungen mit Silicium im Knochen-Metabolismus zeigt. Es kann die Wirkung von Diuretika blockieren und die Aktivität einer Reihe von Enzymen herabsetzen bzw. blockieren, wie Dehydrogenasen. Im Tierversuch zeigen Mäuse eine erhöhte Hexabarbital-induzierte Schlafdauer, wenn sie zusätzlich mit Germaniumverbindungen behandelt wurden. Dies lässt darauf schließen, dass die Cytochrom-P450-Aktivität ebenfalls eingeschränkt wird. Es gibt tierexperimentelle Berichte über organische Germaniumverbindungen, welche das Entgiftungsenzym Glutathion-S-Transferase blockieren. Konkret wirkten dabei dreifache Kohlenstoff-Germanium-, Kohlenstoff-Zinn- oder Kohlenstoff-Blei-Bindungen vergleichsweise ähnlich als Inhibitoren der Glutathion-S-Aryltransferase-Aktivität in der Rattenleber.<ref></ref>

Bioverfügbarkeit und Metabolismus

Germanium wird bei oraler Aufnahme sehr leicht vom Körper aufgenommen. Es verteilt sich dabei über das gesamte Körpergewebe, vornehmlich in den Nieren und der Schilddrüse.<ref name="baua-metabolismus"></ref><ref> In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Organogermane akkumulieren dabei im Gegensatz zu anorganischen Germaniumverbindungen nicht im menschlichen Körper. Allerdings gibt es nur wenige Studien über den Germanium-Metabolismus.

Es wird im Wesentlichen über den Urin ausgeschieden.<ref name="baua-metabolismus" /> Ausscheidung über Galle und Fäzes findet ebenso statt.

Verbindungen

Germanium bildet Ge(II)- u. beständigere Ge(IV)-Verbindungen, nur wenige besitzen technische Bedeutung.

Von den Germaniumhalogeniden sind ebenfalls Ge(II)- u. Ge(IV)-Vertreter bekannt. Germaniumtetrachlorid, (GeCl₄), eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 83 °C, bildet sich bei Einwirkung von Chlorwasserstoff auf Germaniumoxide und ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Germanium-Gewinnung. Hochreines GeCl₄ wird bei der Herstellung von Lichtwellenleitern aus Quarzglas eingesetzt, um auf der Innenseite der Quarzfasern eine hochreine Germanium(IV)-oxid Schicht zu erzeugen. Zur Erzeugung von hochreinen Germaniumschichten kann auch die Disproportionierung von Germanium(II)-iodid unter Bildung von Germanium und Germanium(IV)-iodid eingesetzt werden:

<math>\mathrm{2\ GeI_2 \longrightarrow GeI_4 + Ge}</math>

Germanate sind Verbindungen des Germaniums, die sich von dessen Oxid ableiten. In fast allen Germanium-haltigen Mineralien liegt das Germanium als Germanat vor.

Germane werden die Wasserstoffverbindungen des Germaniums genannt, die eine homologe Reihe verschieden langer Kettenmoleküle bilden. Monogerman (Germaniumhydrid, GeH₄) ist ein Gas und wird in der Halbleiterindustrie zur Epitaxie und zum Dotieren verwendet.

Literatur

• Mike Haustein: Die Lücke im Periodensystem: Germanium. In: Chemie in unserer Zeit. Band 45, Heft 6 (2011), S. 398–405 (doi:10.1002/ciuz.201100549).

Weblinks

[[wikt:|Wiktionary: ]] – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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• Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL (englisch, PDF, 47 KiB)

Einzelnachweise

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