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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Archives des éléments présentés

Germanium

Le germanium appartient au groupe 14 du tableau périodique. Ce métalloïde a des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux, est semi-conducteur et cristallise, comme le silicium, avec la même structure que le diamant. Il possède cinq isotopes naturels, dont le 76Ge, qui est faiblement radioactif. L’abondance du germanium dans la croûte terrestre est d’environ 1,6 ppm. Le germanium n’est pas considéré comme essentiel à la santé des plantes ou des animaux

Germanium polycristallin - Crédit : Institut UTINAM

Origine  : Comme la plupart des éléments plus lourds que le fer, le germanium est formé par capture de neutrons au coeur des étoiles en fin de vie, neutrons émis par d’autres réactions nucléaires.

Historique  : En 1871, Dmitri Mendeleïev avait prévu l’existence de cet élément inconnu (il le nomma « ékasilicium Es ») et quelques-unes de ses propriétés en se fondant sur sa position sur son tableau périodique. Le chimiste allemand Clemens Winkler a découvert le germanium 20 ans plus tard en 1886. Winkler l’a isolé et identifié à partir du minéral argyrodite provenant d’une mine d’argent près de Freiberg (Saxe). Par analogie avec le nom de Gallium (dérivé de Gaule) choisi par le savant français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, Winkler a nommé le nouvel élément du nom de sa patrie.

Occurrence  : La quasi-totalité du germanium est récupérée dans les fonderies de zinc (sous-produit de fusion). Environ 118 tonnes de germanium ont été produits en 2011 dans le monde , principalement en Chine (80 t), en Russie (5 t) et aux États-Unis (3 t).

Applications  : L’effet « transistor » a été observé en 1948 dans du germanium. Il a servi de substrat semi-conducteur jusqu’à ce que le silicium prenne sa place, vers les années 1970.
Les principales utilisations du germanium en 2007 sont dans le domaine des fibres optiques, de l’optique infrarouge, des catalyseurs, de l’électronique et certains types de cellules photovoltaïques.

Rôle biologique  : Ce élément est principalement contenu dans l’ail (754 mg·kg-1), les grosses racines de ginseng de Corée (jusqu’à 4 000 mg·kgs-1 17) et les champignons du genre Ganoderma (Ling Shing) qui en contiennent jusqu’à 2,5 mg·kg-1. Les suppléments alimentaires de germanium, fabriqués à partir de germanium organique et inorganique, ont été commercialisés en médecine alternative pour traiter la leucémie et le cancer du poumon.

Lotion ionisée de germanium -
Crédit : Laboratoire Catalyons

Il n’y a cependant aucune preuve médicale de l’efficacité ; certaines études suggèrent que ces suppléments sont même nuisibles.

Le germanium à l’Institut UTINAM :

Dans un projet collaboratif avec le laboratoire du Pr. Strohmann en Allemagne, des chimistes d’UTINAM élaborent des ligands organofonctionnels renfermant le germanium comme élément central. Ces molécules ayant des bras organosoufrés sont ensuite coordinées sur des sels des métaux de transition tel que les halogénures de mercure (II) (HgBr2 par exemple) ou les halogénures de cuivre (I) (CuI par exemple). Dans un processus d’auto-assemblage, se forment des structures polymères, ayant des dimensionnalités variant entre monodimensionnelle à tridimensionnelle. Les structures de ces polymères de coordination sont déterminées par des études radiocristallographiques. De plus, la formation d’agrégats atomiques (cluster) de type CunIn dans ces polymères se traduit par des propriétés de luminescence qui dépendent fortement de la température.

Préparation et structure radiocristallographique des polymères de coordination 1D et 2D, assemblés par coordination du ligand Ge(CH2SPh)4 avec HgBr2 et CuI -
Crédit : Institut UTINAM