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化学元素 · リファレンス

32Ge

ゲルマニウム

ゲルマニウムは原子番号32、元素記号Geの元素です。周期表では第4周期・第14族・pブロックに位置し、室温での基準状態は固体です。電子配置は[Ar] 3d10 4s2 4p2です。

原子番号32

標準原子量72.630(8)

族14

周期4

ブロックp

電子配置[Ar] 3d10 4s2 4p2

電子構造

化学的性質を決めるもの

14族元素は4個の価電子を持ちます。軽い元素では共有結合が重要で、族を下るにつれて金属的性質が増します。

ゲルマニウムの電子配置は[Ar] 3d10 4s2 4p2です。価電子の配置と結晶・分子構造の違いが、同じ元素でも異なる材料特性を生みます。

化学形

化合物・イオン・材料

14族では酸化物、ハロゲン化物、水素化物、共有結合性の網目構造や金属構造が見られます。+4価が重要ですが、重い元素では+2価も安定になります。

物理的性質

状態と相変化

室温での基準状態は固体です。掲載している密度は5.323 g/cm³です。融点は1 211 K (938.3 °C)です。沸点は3 106 K (2 833 °C)です。実際の値は圧力、純度、結晶構造や同素体によって変わることがあります。

存在と用途

ゲルマニウムはどこにあり、何に使われるか

ゲルマニウムは化合物、鉱物、合金、または人工的に得られる材料の中で見られます。代表的な用途には「光ファイバー」「半導体」「赤外光学」などがあります。実際に利用される形は、元素単体とは限らず、特定の化合物・合金・同位体である場合があります。

具体例

実際の用途

光ファイバー

ゲルマニウムは光ファイバーに関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。

半導体

ゲルマニウムは半導体に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。

赤外光学

ゲルマニウムは赤外光学に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。

周期表上の位置

周辺元素からわかること

ゲルマニウムは第4周期・第14族・pブロックにあります。周辺にはアルミニウム、ケイ素、リン、ガリウムなどが位置し、横・縦に比較すると原子半径、イオン化エネルギー、電気陰性度、結合傾向の周期的変化が見えてきます。

基礎データ

物理・原子データ

分類半金属

室温での状態固体

電子殻2 · 8 · 18 · 4

密度5.323 g/cm³

融点1 211 K (938.3 °C)

沸点3 106 K (2 833 °C)

ポーリング電気陰性度2.01

第一イオン化エネルギー762 kJ/mol

電子親和力118.9 kJ/mol

値は、該当する場合には中性原子または元素の代表値を示します。物性値は同素体、圧力、測定条件によって変わることがあります。

歴史

発見と同定

ゲルマニウムの発見はClemens Winklerと関連付けられています。ただし、元素の認識、純粋な試料の単離、現在の原子番号による定義は、必ずしも同じ時期に成立したわけではありません。

同位体

同位体組成と原子量

ゲルマニウムの標準原子量は72.630(8)です。これは特定の一個の原子の質量ではなく、天然試料に含まれる同位体の存在比を反映した値です。

ゲルマニウムには少なくとも一つの安定同位体があります。同位体は陽子数が同じため同じ元素ですが、中性子数が異なるので原子質量が変わります。

安全性

取り扱いと曝露

ゲルマニウムの安全性は、元素単体か化合物か、量、濃度、曝露経路によって大きく変わります。元素名だけで危険性を判断せず、実際に扱う物質の安全データを確認する必要があります。