Chapitres
Présentation
Le germanium est un élément chimique qui porte le numéro 32 dans la classification périodique des éléments.
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Ge |
| Numéro atomique | 32 |
| Famille | Métalloïde |
| Groupe | 14 |
| Période | 4 |
| Bloc | p |
| Masse volumique | 5,323 g.com-3 |
| Dureté | 6 |
| Couleur | Gris blanc |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 72,64 u |
| Rayon atomique | 125 pm |
| Configuration électronique | [Ar] 4s2 3d10 4p2 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 4 |
| Oxyde | Amphotère |
| Système cristallin | Cubique diamant |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Solide diamagnétique |
| Point de fusion | 938,25°C |
| Point d'ébullition | 2 833°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point d'ébullition : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d'histoire
Étymologie
Le nom de l'élément germanium dérive du latin "Germania" signifiant Germanie. En effet, cet élément a été identifié en Allemagne. Ce sera son découvreur, le chimiste allemand Clemens Winkler, qui proposera de nommer l'élément 32 ainsi en hommage à son pays. Il l'a nommé ainsi en croyant que le gallium avait été nommé ainsi par rapport à la nationalité française de son découvreur : Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran. Cependant, germanium n'était pas la première idée de Clemens Winkler. En effet, il avait tout d'abord suggéré "neptunium" en référence à la planète Neptune, découverte dans des circonstances analogue. Il est important de noté que l'existence du germanium et de Neptune avait été prédite avant leur découverte. En effet, l'existence de l'élément 32 avait été prévue par Dimitri Mendeleïv dès 1871. Il l'avait alors baptisé eka-silicium. 
Première découverte
En 1871, Dimitri Mendeleïv propose un tableau périodique regroupant les différents éléments chimiques connus. Mais, puisqu’il comporte des cases encore vacantes, celui-ci attribue des éléments encore inconnu à l’époque, des élément à découvrir. Il nommera alors celui correspondant au germanium « eka-silicium » puisque celui-ci se situe dans la case sous celle du silicium. Il faudra attendre le 6 Février 1886 pour que le savant allemand découvre le germanium. Clemens Winkler l'a isolé et identifié à partir du minéral d'argyrdite provenant de la mine d'argent de Himmelsfürst en Saxe. En l'analysant, Clemens Winkler détermine qu'il est composé d'argent, de sulfure, d'oxyde de fer, de zinc ainsi que d'un élément encore inconnu qui s'avérera être l'élément 32.
Présence à l'état naturel
On peut trouver du germanium das beaucoup d'endroits. Il peut actuellement être récupéré en tant que sous-produit à partir de minerais de zinc sphlatérite, dont la formule chimique est ZnS. C'est un minéral se présentant dans le système cristallin cubique. Il est également présent dans :
- La germanite, qui en contient jusqu'à 9% sous forme cubique
- La renierite, de formule (Cu,Zn)11(Ge,As)2Fe4S16
- L'argyrodite, de formule Ag8GeS6
Mais aussi dans d'autres minerais qui ne sont, cependant, pas exploités. Le germanium est un élément rare puisque sa teneur dans la croûte terrestre est très faible, environnant les 1,5 ppm. On peut le trouver en France dans des filons Pb-Zn mais aussi partout ailleurs sous à l'état de trace dans les cendres de certains types de charbon nommés vitrain après que ceux-ci eurent été raffiné.
Production
En 2004, la production mondiale était estimée à 40 tonnes. En 2006, la Chine était leader dans la production puisqu'il fournissait 79% de l'approvisionnement mondial en germanium. Pour obtenir du germanium d'ultra-haute pureté, il faut utiliser une méthode avec pour intermédiaire le tétrachlorure de germanium pour purifier le germanium métal ou son oxyde de formule GeO2. Le tétrachlorure de germanium est un liquide volatil qui bout à 86°C et qui peut être distillé. Les techniques d'affinage de zone on réussit à produire du germanium cristallin pour semi-conduction avec seulement 0,1 ppb d'impureté.
Propriétés physiques et chimiques du germanium
Utilisations
Le germanium, après raffinage du cuivre, du zinc et du plomb, est souvent utilisé comme semi-conducteur dans des alliages avec de petites quantités de phosphore, d'arsenic, de gallium et d'antimoine. Ainsi, il est utilisé dans les transistors ou l'optoélectronique. C'est un élément qui, employé en alliage avec du silicium, peut être utilisé pour la réalisation de circuits intégrés à haute performance. Le germanium peut aussi être utilisé dans les verres grâce à sa transparence à l'infrarouge. Pour généraliser, en 2007 le germanium est principalement utilisé dans :
- La fabrication de fibres optiques (35%)
- L'optique dans le domaine de l'infrarouge (20%)
- Les catalyseurs (20%)
- L'électronique (15%)
Et le restant dans la fabrication de certains types de cellules photovoltaïques. 
Les ions du germanium en solution aqueuse
L'ion germanium IV, de formule Ge4, est un cation monoatomique présentant un défaut de 4 électrons.
Composés à base de germanium
- Le germane, de formule GeH4, qui, à température ambiante, est d'un gaz incolore, inflammable et toxique
- Le silicon-germanium, de formule SiGe, est un matériau utilisé comme semi-conducteur en électronique
- Le dioxyde de germanium de formule, GeO2, peut se former par oxydation du germanium pur au contact du dioxygène. Son indice de réfraction particulièrement élevé (1,7) le rend apte à être utilisé pour des dispositifs optiques, on le retrouve par exemple dans les lentilles d'objectif grand angle ou de microscopes.
Composés communs :
- Fluorure de germanium (GeF2)
- Dioxyde de germanium (GeO2)
- Hydrure de germanium (Ge2H6)
- Tétrachlorure de germanium (GeCl4)
Faits intéressants :
- Dans son état naturel, il est fragile et cristallin.
- C'est un métalloïde gris-blanc.
- Il est moins abondant que l'étain ou le plomb. Ses minerais sont rares.
- C'est un élément prédit par Mendeleïev en 1871.
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Svp quelle est la méthode de séparation d’As et germanium dans une solution après la lixiviation acide par H2 SO4
Bonjour, la méthode chromatographique !
Bonne journée !
quels sont les procédés d’obtention du germanium?
Les techniques d’obtention du Germanium relèvent de la métallurgie. Même si cela est rare, on peut l’obtenir à partir de l’extraction de minerais oxydés de fer ou concentrés sulfurés ou oxydés mais également à partir de la lignite.