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.
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 mini|links|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.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.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, ).
mini|links|Clemens Winkler 1886 wurde in der Grube Himmelsfürst in Brand-Erbisdorf im Erzgebirge ein neues Mineral gefunden, von Albin Weisbach beschrieben und Argyrodit genannt.A. Weisbach: Argyrodit, ein neues Silbererz. In: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Palaontologie. Band 2, 1886, S. 67–71 (PDF 222,3 kB) 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.O. Brunck: Clemens Winkler. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 39, Nr. 4, 1906, S. 4491–4548, .
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 hatteR. 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)., und nannte das neue Element nach Deutschland Germanium.Clemens Winkler: Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 19, Nr. 1, 1886, S. 210–211, . Die Entdeckung wurde von Paul Émile Lecoq de Boisbaudran spektroskopisch bestätigt.Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: Sur le poids atomique et sur le spectrum du germanium. In: Comptes Rendus. Band 102, 1886, S. 1291–1295, (). 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.
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.
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.
Vorkommen mini|links|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. 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.Louis A. Derry: Germanium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 615–617. Es wird geschätzt, dass sich über 95 % des Germaniums im Erdkern befinden und dieser einen Germaniumanteil von 45 ppm besitzt.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.
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.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, .
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.R. Höll, M. Kling, E. Schroll: Metallogenesis of germanium — A review. In: Ore Geology Reviews. Band 30, 2007, S. 145–180, .
Durch die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in der frühen Erdatmosphäre wurde zweiwertiges Eisen zu dreiwertigem oxidiert und es bildeten sich Eisenoxide und -hydroxide. 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. Besonders reich an Germanium sind Bändereisenerz-Vorkommen.
mini|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.The mineralogy of Germanium. mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 22. April 2026.
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. 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.Frank Melcher, Peter Buchholz: Germanium. In: Gus Gunn (Hrsg.): Critical Metals Handbook. Wiley, 2014, ISBN 978-0-470-67171-9.
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.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, .
Pflanzen können bei der Aufnahme von Silicium auch Germanium aufnehmen und akkumulieren. Dabei wurden besonders in Gräsern hohe Germanium- und auch Siliciumgehalte gemessen.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, .
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 %.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, . Die Gewinnung aus Flugasche erfolgt dabei vor allem aus Braunkohle, die in China, Russland und Usbekistan abgebaut wird.