Chemische Eigenschaften von Germanium

Germanium hat stabile chemische Eigenschaften. Bei Raumtemperatur reagiert es nicht mit Luft oder Wasserdampf, erzeugt jedoch schnell Germaniumdioxid bei 600-700 Grad. Es reagiert nicht mit Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure. Wenn konzentrierte Schwefelsäure erhitzt wird, löst sich Germanium langsam auf. In Salpetersäure und Königswasser ist Germanium leicht löslich. Die Reaktion von alkalischer Lösung mit Germanium ist sehr schwach, aber geschmolzenes Alkali in der Luft kann dazu führen, dass sich Germanium schnell auflöst. Germanium reagiert nicht mit Kohlenstoff und wird daher beim Schmelzen in einem Graphittiegel nicht durch Kohlenstoff verunreinigt.
Germanium befindet sich im Periodensystem genau zwischen Metallen und Nichtmetallen, hat also viele ähnliche Eigenschaften wie Nichtmetalle, wird in der Chemie als „Submetall“ bezeichnet und hat die elektronische Konfiguration [Ar]3d104s24p2. Seine chemischen Eigenschaften ähneln jedoch denen der Elemente der angrenzenden Gruppe, insbesondere Arsen und Antimon. Es gibt nur wenige chemisch oder toxikologisch bedeutsame Germaniumverbindungen. Germaniumdioxid, ein weißes, in Wasser schwer lösliches Pulver, bildet Germaninsäure, die der Kieselsäure ähnelt. Germaniumtetrachlorid ist eine instabile Flüssigkeit und Germaniumtetrafluorid ist ein Gas, das in Wasser leicht hydrolysiert wird. Germaniumhydrid (Germanium) ist ein relativ stabiles Gas. Es handelt sich um eine organische Germaniumverbindung und die Alkylgruppe kann mehrere Ge-Atome ersetzen. Es ähnelt Zinn, Quecksilber, Arsen usw., ist jedoch viel weniger giftig. Das Element Germanium und sein Dioxid sind nicht sehr giftig, Tetrahalogenid ist jedoch reizend, und Germaniumhydrid ist am giftigsten. Germanium ist in verdünnter Säure und Lauge unlöslich, in konzentrierter Schwefelsäure jedoch löslich.
Germanium ist bei Raumtemperatur stabil, bildet aber auch einen GeO-Monoschichtfilm, der sich mit der Zeit allmählich zu einem GeO2-Monoschichtfilm entwickelt. Wenn Wasserdampf auf der Oberfläche von Germanium adsorbiert wird, werden die Passivierungseigenschaften des Oxidfilms zerstört und es entsteht ein dickes Oxid.
Germanium oxidiert bei höheren Temperaturen unter Schwerelosigkeit, da GeO entsteht, da es sehr flüchtig ist. Die Forscher untersuchten den Prozess der Oberflächenoxidation von Germanium. Zunächst wurde Germanium mit CO bei 600 Grad reduziert, um den gebundenen oder adsorbierten Sauerstoff auf der Germaniumoberfläche zu entfernen. Dann wurde Germanium bei 25–400 Grad und einem Sauerstoffdruck von 10 kPa oxidiert und die erste Oxidschicht wurde in nur 1 Minute gebildet. Wenn die Temperatur 250 Grad übersteigt, bildet sich schnell die zweite Oxidschicht. Bei weiterer Temperaturerhöhung verlangsamt sich die Oxidationsrate deutlich. Nach einer 3-stündigen Oxidation bei 400 Grad entsteht ein GeO2-Film mit einer Dicke von 1,75 nm.
Das Korrosions- und Lösungsverhalten von Germanium in verschiedenen Lösungsmitteln ist unterschiedlich. Das Auflösungspotential von Germanium vom n-Typ ist etwas positiver als das von Germanium vom p-Typ, sodass sich ersteres in derselben Lösung schneller auflöst. Germanium ist in heißer Säure, heißem Alkali und H2O2 unter Zusatz von Oxidationsmitteln leicht löslich. Es ist schwierig, sich in verdünnter Schwefelsäure, Salzsäure und kalter Alkalilösung aufzulösen. Germanium ist in Wasser bei 100 Grad unlöslich, aber in mit Sauerstoff gesättigtem Wasser bei Raumtemperatur beträgt die Auflösungsgeschwindigkeit etwa 1 ug/(cm·h).