게르마늄 원소의 성질과 이용

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게르마늄(저마늄, 저메이니엄 Germanium, Ge)의 성질과 이용

 

󰋯  원자번호：32

󰋯  족：14족(4주기)

󰋯  원자량：72.63

󰋯  밀도：5.323 g·cm^-3

󰋯  각 전자궤도의 수：2, 8, 18, 4

󰋯  mp：938.25℃ / 󰋯  bp：2833℃

 

게르마늄은 멘델레예프가 1871년에 존재를 예측했던 원소 중의 하나이다. 그는 제14족(탄소족)의 규소(Si)와 주석(Sn) 사이에 원자 무게 72 정도의 원소가 있을 것이라고 믿고 공란을 비워두었다. 독일의 화학자 빙클러(Clemens Winkler 1838-1904)는 아르지로다이트(argyrodite)라는 당시 처음 발견된 은빛 광물을 분석하여, 1886년에 그 속에서 새 원소 게르마늄을 발견했다. 그는 그의 조국인 독일의 라틴어 이름(Germania)을 따서 그 원소를 ‘게르마늄’이라 불렀다(국제어인 영어 발음은 저메이니엄).

 

저마늄(게르마늄)은 짙은 회색의 광택을 가진 금속으로 비교적 희귀한 원소이며, 자연계에는 순수한 상태로 존재하지 않고 대부분 산소와 결합해 있다. 이 원소는 금속과 비금속 중간에 있어 ‘준금속’(metalloids)이라 불리기도 하지만 금속의 성질을 가졌다.

 

 

 

커다란 유리 진공관 대신 게르마늄 반도체로 만든 소형 트랜지스터를 사용하게 되면서 전자장치들은 소형화되고 전력 사용이 급격히 줄게 되었다.

  

 

저마늄의 반도체 이용

 

저마늄은 전기 전도도(傳導度)가 낮아 반도체(半導體 semiconductor)라 부른다. 순수한 저마늄에 극미량(10¹⁰분의 1)의 비소(As)나 갈륨(Ga) 또는 안티몬(Sb)을 혼합하면 전도성이 크게 증가한다. 이처럼 전도성이 좋아지도록 처리하는 것을 ‘도핑’(doping)이라 하는데, 도핑한 저마늄은 전자공업의 핵심 소자(素子)인 트랜지스터와 저마늄 칩 제조에 쓰인다. 1948년경에 저마늄으로 반도체를 처음 만들게 되면서 오늘날처럼 전자장치들을 소형화하는 혁명적인 길을 열게 되었다.

 

저마늄은 순수하게 정제하기가 매우 어렵고, 희귀하여 값이 비싸므로 반도체를 만들 때는 대신 규소(Si)를 많이 이용한다. 또한 2000년대에 들어와 저마늄을 광케이블(광섬유)이라든가 야간 적외선 망원경 제조에 이용하게 되었고, 석유화학공업에서는 중요한 촉매제가 되었다.

 

이처럼 용도가 넓어지면서 생산량이 부족한(2006년의 세계 생산량 약 100톤) 저마늄은 국제가격이 규소의 약 100배일 정도로 전략적 자원으로 변했다. 뿐만 아니라 최근에는 초강력 자기장(磁氣場)을 얻는 초전도체 제조(우라늄, 로듐과의 합금)에도 이용된다.

 

 

갈륨 원소의 성질과 이용