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ゲルマニウムとは?

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32Ge



【外見】

銀白色

【一般特性】

名称, 記号, 番号 ゲルマニウム, Ge, 32
分類
半金属
, 周期, ブロック 14, 4, p
原子量
72.63(1)
電子配置
[Ar] 3d 4s 4p
電子殻
2, 8, 18, 4(画像)
【物理特性】


固体
密度(室温付近) 5.323 g/cm
融点での液体密度 5.60 g/cm
融点
1211.40 K, 938.25 °C, 1720.85 °F
沸点
3106 K, 2833 °C, 5131 °F
融解熱
36.94 kJ/mol
蒸発熱
334 kJ/mol
熱容量
(25 °C) 23.222 J/(mol・K)
蒸気圧

圧力 (Pa) | 1 | 10 | 100 | 1 k | 10 k | 100 k
温度 (K) | 1644 | 1814 | 2023 | 2287 | 2633 | 3104

【原子特性】

酸化数
4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
(両性酸化物)
電気陰性度
2.01(ポーリングの値)
イオン化エネルギー
第1: 762 kJ/mol
第2: 1537.5 kJ/mol
第3: 3302.1 kJ/mol
原子半径
122 pm
共有結合半径
122 pm
ファンデルワールス半径
211 pm
【その他】

結晶構造
ダイヤモンド構造
磁性
反磁性
電気抵抗率
(20 °C) 1Ω・m
熱伝導率
(300 K) 60.2 W/(m・K)
熱膨張率
6.0 µm/(m・K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド) (20 °C) 5400 m/s
ヤング率
103 GPa
剛性率
41 GPa
体積弾性率
75 GPa
ポアソン比
0.26
モース硬度
6.0
CAS登録番号
7440-56-4
バンドギャップ energy at 300 K 0.67 eV
【主な同位体】

詳細はゲルマニウムの同位体を参照
同位体
NA
半減期
DM
DE (MeV) 【DP

Ge | syn | 270.8 d | ε | - | Ga
Ge | 21.23 % | 中性子38個で安定
Ge | syn | 11.26 d | ε | - | Ga
Ge | 27.66 % | 中性子40個で安定
Ge | 7.73 % | 中性子41個で安定
Ge | 35.94 % | 中性子42個で安定
Ge | 7.44 % | 1.78 × 10 y | ββ | - | Se


ゲルマニウム(英語: germanium [dʒərˈmeɪniəm])は原子番号32の元素元素記号Ge炭素族の元素の一つ。ケイ素より狭いバンドギャップ(約0.7 eV)を持つ半導体で、結晶構造は金剛石構造である。

目次

  • 1 用途
  • 2 歴史
  • 3 ゲルマニウムの化合物
  • 4 同位体
  • 5 人体への影響
    • 5.1 健康への悪影響と消費者問題
  • 6 参考資料
  • 7 関連項目
  • 8 外部リンク

用途

初期のトランジスタにはゲルマニウムが使われ、安定性に優れるケイ素(シリコン)が登場するまでは主流だった。現在でも、電圧降下が小さいことからダイオードや、バンドギャップが比較的狭いことから光検出器に用いられる。

また、ガンマ線の放射線検出器(半導体検出器)にも用いられる。素子を液体窒素などで冷却する必要があるという欠点もあるが、エネルギー分解能に優れることから利用されている。

赤外線に対して透明で、赤外域で高い屈折率(約 n = 4)を示す材料として有用である。この性質を利用して石英を用いたレンズにゲルマニウムを添加すると屈折率が上がり、また赤外線を透過するようになるので、光学用途にも多用される。

歴史

エカケイ素Es と ゲルマニウムGeの性質
【】
【エカケイ素】
【ゲルマニウム】

【原子量】
72 | 72.63
【密度 (g/cm)】
約5.5 | 5.327
【融点】
高い | 摂氏952度
【色】
灰色 | 灰色

ドミトリ・メンデレーエフは、自ら考案した周期表で当時知られていた元素(ケイ素)から、未発見の元素を "エカケイ素"(Ekasilicon, Es:周期表におけるケイ素のすぐ下の元素という意味)として予言した。1885年ドイツクレメンス・ヴィンクラーがアージロード鉱という銀鉱石からエカケイ素に当たる新元素を発見し、ドイツの古名ゲルマニア (germania) にちなんでゲルマニウムと命名した。メンデレーエフが周期表に基づいて予想したエカケイ素の性質とゲルマニウムの性質がよく一致し、メンデレーエフの周期表の完成度の高さを示す好例となった。

ゲルマニウムは半導体材料としては比較的融点が低いため、ゾーンメルト法によって半導体として利用できる高純度の単結晶を得ることが比較的容易だったので黎明期の半導体産業で使用された。1947年12月にベル研究所で初めて増幅作用を確認した点接触型トランジスタはGeトランジスタで、それに続いて開発された合金接合型トランジスタもGeトランジスタで1950年代の黎明期の半導体産業を支えた。Geトランジスタは高温に弱く、動作温度範囲の上限が約70℃に制限されるという弱点があったがシリコントランジスタは高温での安定性が高く、約125℃まで作動したので、高温でも安定して作動するシリコントランジスタが主流になったことにより、半導体として使用されるゲルマニウムは主役の座を降りたかに見えたが、近年、シリコントランジスタの高速化の限界が顕在化するにつれてゲルマニウムの高電子移動度が着目され、再び脚光を浴びつつある。また、ゲルマニウム単体だけでなく、シリコンに微量のゲルマニウムを添加したシリコンゲルマニウムとして使用する開発も進みつつある。この場合、従来の微細化プロセスを利用できるので高集積度の半導体素子の製造に適する。界面で二酸化ゲルマニウム(GeO2)の分解が起きることにより一酸化ゲルマニウム(GeO)が発生するためシリコン半導体では製造技術が確立されている「ゲート絶縁膜」をゲルマニウムで作成することが大変難しかったので高集積度のゲルマニウム半導体の量産のボトルネックになっていた。

ゲルマニウムの化合物

同位体

詳細は「ゲルマニウムの同位体」を参照

人体への影響

健康への悪影響と消費者問題

日本においてはゲルマニウムを使った様々な健康器具類が販売されているが、ゲルマニウムが人体への健康効果を持つ科学的根拠は確認されていない。また、これら健康器具類の購入者・使用者は、ゲルマニウムによる健康への効果を期待するべきではないとされている。具体的に「貧血に効果がある」、「金属ゲルマニウム(主に無機ゲルマニウムが使用される)を身につけることで疲れが取れる」、「新陳代謝を活発にする」「に効く」などといった効能がうたわれることがあるが、ゲルマニウムにこのような効能、効果があることは医学的に証明されていないだけでなく、このような表示は薬事法(現・医薬品医療機器等法)に抵触する恐れがあることが国民生活センターによって指摘されている。

日本では医薬品医療機器等法に基づき承認や認証を得た「家庭用磁気治療器」等の医療機器の中に一部ゲルマニウムを用いているものがあるが、これらはゲルマニウムの治療効果によって承認・認証を得ているものではないため、ゲルマニウム自体が何らかの治療・予防・改善効果をもたらすと標榜することは当該品目の承認・認証内容を逸脱するため認められない。また、ゲルマニウムによる治療・予防・改善効果をうたうことができる医療機器は2010年現在日本においては認められておらず、中には発売していた業者が逮捕されたケースもある。

ゲルマニウムを含む健康食品を摂取して死亡した例もある。無機ゲルマニウムは生死に関わるような副作用があるが、1970年代後半からのゲルマニウムブームにて、当初から無機ゲルマニウムの飲用は腎臓等に障害を発生させるとの研究結果がすでに報告されていたにも拘らず、一部の業者が無機ゲルマニウムを有機ゲルマニウムと偽って飲用として販売したために事故が発生し、1998年10月には厚生労働省が各都道府県に対しゲルマニウム含有食品についての注意喚起を行っている。

なお、たとえ有機ゲルマニウムであろうとも経口摂取による健康障害や死亡例が報告されているため、絶対的な安全性は確立されていない。有機ゲルマニウムの中で唯一医薬品として認められているものにプロパゲルマニウムがあるが、ウイルス性のB型慢性肝炎に対する有効性が認められるものの、前述のような健康障害や死亡などの危険性についての警告文が付されており、消化器系の各種症状(腹痛、下痢、口内炎等)、うつ月経異常、脱毛等の副作用がある。

ある有機ゲルマニウム製剤の経口投与によりに効果があるという研究もあるが、こちらも不明瞭な域を脱しているとは言えず、臨床試験に携わった多くの研究者達によって危険性を提示されている。

国立健康・栄養研究所は、「サプリメントとしての経口摂取はおそらく危険と思われ、末梢神経や尿路系の障害を起こし、重篤な場合には死に至ることがある」として注意を呼びかけている。また、経口摂取によりこれまでに31例の腎臓への重大な疾患や死亡が報告されている。

参考資料

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ “Properties of Germanium”. Ioffe Institute. http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Ge
  3. ^ http://www.encyclo.co.uk/webster/G/23
  4. ^ 次々世代のトランジスタを狙う非シリコン材料(2)~ゲルマニウムの復活
  5. ^ 世界最高性能のゲルマニウムトランジスターを開発
  6. ^ SiGeが切り開く半導体の未来
  7. ^ ゲルマニウムブレスレット:健康効果を科学的に確認できず” (日本語). 毎日新聞 (2009年6月25日). 2009年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年6月25日閲覧。
  8. ^ ゲルマニウムブレスレット「疲労和らぐ」根拠なし” (日本語). 読売新聞 (2009年6月25日). 2009年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年6月25日閲覧。
  9. ^ 温熱治療器「がんに効く」と無許可販売容疑” (日本語). 読売新聞 (2010年1月6日). 2010年1月6日閲覧。
  10. ^ 「がんに効く」治療器無許可販売の元社長ら逮捕 容疑否認” (日本語). 産経新聞 (2010年1月6日). 2010年1月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年1月6日閲覧。
  11. ^ 保健機能食品・健康食品関連情報 ゲルマニウムを含有させた食品の取扱いについて - 厚生労働省
  12. ^ Hess B, Raisin J, Zimmermann A, Horber F, Bajo S, Wyttenbach A, Jaeger P. "Tubulointerstitial nephropathy persisting 20 months after discontinuation of chronic intake of germanium lactate citrate." Am J Kidney Dis. 21(5), 1993 May, pp548-52. PMID 8488824
  13. ^ Krapf R, Schaffner T, Iten PX. "Abuse of germanium associated with fatal lactic acidosis." Nephron. 62(3), 1992, pp351-6. PMID 1436351
  14. ^ 国立健康・栄養研究所 話題の食品成分の科学情報 - ゲルマニウム
  15. ^ Mainwaring MG, Poor C, Zander DS, Harman E. "Complete remission of pulmonary spindle cell carcinoma after treatment with oral germanium sesquioxide." Chest. 117(2), 2000 Feb, pp591-3. PMID 10669709
  16. ^ 監訳:国立健康・栄養研究所『健康食品データベース Pharmacist's Letter, Prescriber's Letterエディターズ編』第一出版 ISBN 9784804110967
  17. ^ 国立健康・栄養研究所. “「健康食品」の素材情報データベース - ゲルマニウム”. 「健康食品」の安全性・有効性情報. 2006年10月7日閲覧。
  18. ^ Tao S.H. and Bolger P.M. (June 1997). “Hazard Assessment of Germanium Supplements”. Regulatory Toxicology and Pharmacology 25 (3): 211-219. http://www.ingentaconnect.com/search/expand?pub=infobike://ap/rt/1997/00000025/00000003/art01098&unc=.

関連項目

外部リンク

周期表
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1 | H |  | He
2 | Li | Be |  | B | C | N | O | F | Ne
3 | Na | Mg |  | Al | Si | P | S | Cl | Ar
4 | K | Ca |  | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr
5 | Rb | Sr |  | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og
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(半導体元素) | その他の非金属 | ハロゲン | 
・・・・・・・・・・・・・・・・・・
出典:wikipedia
2018/02/12 14:25

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