| 32Ge 저마늄 / 게르마늄* Germanium | |||
| 분류 | 준금속 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 72.630 | 밀도 | 5.32 g/cm3 |
| 녹는점 | 938.25 °C | 끓는점 | 2833 °C |
| 용융열 | 36.94 kJ/mol | 증발열 | 334 kJ/mol |
| 원자가 | 4 | 이온화에너지 | 762, 1537.5, 3302.1 kJ/mol |
| 전기음성도 | 2.01 | 전자친화도 | 119 kJ/mol |
| 발견 | C. Winkler (1886) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-56-4 | ||
| 이전 원소 | 갈륨(Ga) | 다음 원소 | 비소(As) |
*실생활에서는 게르마늄 쪽이 사용 빈도가 높다. | |||
1. 개요
영어: Germanium / 중국어: 锗 / 일본어: ゲルマニウム
주기율표 14족에 속하는 탄소족 원소이자 준금속 원소이다.
2. 역사
1886년, 독일의 화학자 클레멘스 알렉산더 빙클러(Clemens Alexander Winkler)가 은광석 아지로다이트(Ag8GeS6)에서 분리하는 데 성공했다. 빙클러는 당초 게르마늄을 비금속이라고 생각하고 있었으나, 실제로는 드미트리 멘델레예프가 '에카규소'라고 예언했던 준금속이었다. 더군다나 녹는점과 산화 형태 등 물리적·화학적 성질까지 멘델레예프가 예언했던 것과 아주 비슷하거나 정확하게 맞아떨어져, 게르마늄의 발견이 멘델레예프를 일약 스타로 띄우는 계기가 되기도 한다.3. 표기 문제
게르마늄은 라틴어/독일어식 발음이다.[1] 대한화학회에서는 2000년대 중반에 들어 화학 용어를 영어식으로 바꾸면서 게르마늄을 저마늄으로 쓰기를 권장하고 있다. 영어 단어 'germanium'의 발음은 /d͡ʒəːɹmeɪniəm/이니까 저메이니엄이라고 읽는게 실제 발음에 더 가깝다고 할 수 있지만 사실상 발음해 보면 저메늄 정도로 줄여지고 이것을 저마늄으로 부르는 것이다. 실제로는 게르마늄이라고 압도적으로 많이 표기하고 부른다.4. 용도
공업적인 용도로는 생산량의 절반이 광섬유에 쓰이고 있다. 산화 게르마늄은 굴절률이 매우 높고 (4.0) 분산율이 적기 때문에 광섬유의 코어로 쓰이고 있다. 그 외에 광각렌즈 등 고급 광학기기에 쓰인다. 특히 적외선에 대해 투명하므로[2] 적외선 렌즈나 고감도 열영상장비 등에 널리 쓰이고 있다. 또한 반도체 정류기의 핵심 재료이다.과거 게르마늄은 반도체 역사의 초창기에 한때 유력한 반도체 소재로 널리 쓰였다. 게르마늄은 실리콘보다 용해점이 낮기 때문에 가공이나 순수한 단결정을 만들기 쉬워서 초기에는 트랜지스터 등 반도체를 주로 게르마늄으로 만들었다. 소니에서 만든 최초의 트랜지스터 라디오에도 게르마늄이 쓰고 잭 킬비가 세계 최초로 만든 집적 회로 또한 게르마늄으로 만들었다. 전설적인 기타리스트 지미 헨드릭스가 커리어 초창기에 거친 록 기타 사운드를 만들기 위해 게르마늄 트랜지스터가 들어간 퍼즈 페이스라는 이펙터를 사용했다는 것도 잘 알려져 있다.[3] 하지만 게르마늄은 고온에서는 반도체 기능을 잃어서 대출력의 반도체를 만들기 어려웠다. 이후 실리콘(규소)이 소자의 온도 지속성에서 게르마늄보다 뛰어나다는 것이 판명되어 현재는 규소가 전자기기의 중심을 담당하고 있다. 실리콘은 용해점이 높아서 가공하고 만들기는 어렵지만 고온에서도 잘 동작하므로 큰 출력을 낼 수 있다.
게르마늄 다이오드 등 게르마늄 반도체는 순방향 바이어스 전압(0.3V)이 실리콘 다이오드 (0.7V) 의 절반 이하이라 순방향 시 손실되는 전압이나 전력량이 낮아 발열이 적고 효율이 높아서 소전력 고효율 정파 회로를 만들 수 있다. 다만 접합 최대온도가 낮아 고출력을 만들기 어렵다. 그래서 한동안은 소출력 신호용 트랜지스터는 생산비가 싼 게르마늄, 대출력 파워용은 주로 생산비가 비싼 실리콘 트랜지스터가 쓰였지만 실리콘이 대세가 되며 생산비가 게르마늄보다 낮아지자 게르마늄 트랜지스터는 점차 퇴출되었다.
하지만 전혀 쓰이지 않게 된 것은 아니고, P형 MOSFET의 채널 층 옆에 SiGe를 넣으면 Si와 Ge의 격자상수 차이에 따라 스트레인을 받고 이에 따라서 정공의 이동도가 높아지는 성질이 있으므로, 인텔에서 사용하고 있다. 지금은 대부분 단종되어 중고물량도 구하기 힘든것이 대부분이다. 예전부터 게르마늄을 사용한 전자 소자들은 빈티지 음향 장비를 만드는 데 주로 쓰였는데, 요즘엔 게르마늄제 소자들이 대부분 단종되는 터라 구하기가 너무나도 힘들어졌다.[4] 그리고 2000년대 중반부터 빈티지 음향기기와 일렉트릭 기타, 베이스 기타에 쓰는 빈티지 기타 이펙터가 주목을 받으며 덩달아 수요가 크게 증가하였으며, 현재는 생산이 중단된 게르마늄 트랜지스터들의 가격이 크게 오른 상황이다. 이렇게 수요가 갑작스레 증가한 소자들 중에는 빈티지 진공관처럼 복각생산이 개시된 모델들도 찾아볼 수 있다.
이와는 별개로 다이오드 쪽에서는 게르마늄 다이오드가 굉장히 구하기 쉬운 편이며, 이에 종종 게르마늄을 사용하는 광석 라디오 등을 만들때 쓰이기도 한다. 가격은 10개 50~100원 수준. 현재는 더 낮은 순방향 바이어스 (0.2V) 를 가지고 값도 싼 쇼트키 베리어 다아오드로 거의 대체할 수 있어서 특수한 용도 외는 잘 쓰이지 않는다. 다만 역방향 전압이나 역방향 누설 전류 특성은 게르마늄 다이오드가 쇼트키 다이오드 보다 더 우위에 있어서 빈티지 음향기기 등 저잡음 저왜곡 등 특수 용도로 쓸 수 있다. 1-2 A 정도의 전류를 흘릴 수 있는 게르마늄 다이오드는 순방향 바이어스 전압이 낮아 고효율 정류회로 만들 수 있어 쓰이기도 하지만 이 용도로는 쇼트키 배이어 다이오드가 더 대전류를 다룰 수 있다.
게르마늄을 골격으로 하는 고분자인 폴리저메인(Polygermane)이 있다. 게르마늄이 반도체이기 때문에 폴리저메인 또한 전도성을 띤다.
4.1. 건강 게르마늄?[5]
| TV조선에서 밝힌 게르마늄 사기의 실체. 특히 2분 08초, 한양대학교 화학과 최종훈 교수의 설명을 참조. |
시중에 게르마늄 칩을 박은 팔찌(통칭 게르마늄 팔찌)나 목걸이 등의 장신구를 팔면서 건강에 도움이 된다는 식으로 설명하는 경우가 있는데, 이는 형태, 모양, 품질을 불문하고 모두 사기다. "게르마늄 팔찌가 건강에 좋다는 건 가짜 뉴스" 이러한 상품 전략들은 1980년대 일본에서 유입된 것이다. 가격대가 수십만 원을 호가한다면 게르마늄은 진짜 게르마늄이 맞긴 하겠지만 문제는 그 어떤 효능도 사실로 밝혀진 바가 없다는 것이다.
이 종류의 마케팅에서는 항상 수치보다 경험담만을 올려놓는데, "혈액 순환이 좋아졌다", "맥박이 고르게 뛴다", "피로가 사라졌다" 등의 이야기다.[6] 경우에 따라서는 암이나 다른 질병이 나았다는 어이없는 이야기도 있다. 물론 모두 물건을 팔기 위한 상술로, 어떠한 과학적 효능도 입증되지 않은 거짓이다. 말마따나 게르마늄이 그렇게 몸에 좋다면 전국의 병실과 요양원 벽은 죄다 게르마늄으로 도배되어 있었을 것이다. 한 업체는 국제 학술지에 그 효능을 검증했다며 과학적 규명 없이 특정 제품의 효과가 가장 뛰어나다고 주장했다가 까였다. (50달러를 내면 일주일 이내에 임팩트 팩터(논문 영향력 지수)를 주겠다고 광고를 했다.) 가끔 이름 모를 의사나 과학자 등을 거론하면서 은근슬쩍 넘어가기도 하는데, 모두 거짓말이나 어중이떠중이 논문의 맥락 없는 인용에 불과하다.
가장 대표적인 효능이라고 알려진 원적외선은 전자기파의 일종이다. 우리 눈에 보이는 색깔의 빛을 가시광선, 빨간색 파장 바깥에 있는 빛을 적외선이라고 하고, 이 중 가장 파장이 긴 적외선을 원적외선이라고 한다. 이 빛은 게르마늄이 발산하는 것보다 태양에서 쏟아지는 양이 비교도 안 될 만큼 많다. 원적외선을 집중적으로 쐬는 사우나의 효능도 아직 제대로 인과관계가 밝혀지지 않은 판국에 수 cm의 칩에서 나오는 원적외선은 인체에 전혀 도움이 되지 않는다고 봐도 무방하다. 그렇게 원적외선을 쐬고 싶으면 차라리 출근 시간 지하철을 타는 게 훨씬 더 강하다. 사람 몸에서 36.5℃로 나오는 원적외선을 단돈 1400원으로 쐴 수 있다.
절대영도 이상의 온도를 가진 모든 물체는 원적외선을 방출하는데도 게르마늄이 원적외선과 엮여버린 이유는 원적외선을 잘 투과하는 성질 때문일 것이다. 일반 유리는 적외선이 잘 통과하지 못하기 때문에 적외선을 포착해야 하는 야간투시경의 렌즈는 게르마늄 렌즈로 만들어진다. 이런 것들에다가 ~늄 자로 끝나는 어감에서 오는 신비감 등이 복합적으로 얽히면서 사기꾼들의 손에 의해 신비의 물질로 자리잡게 되었다.
다른 유사과학들과 섞기도 한다. # 게르마늄 + 네오디뮴 + 원적외선 + 음이온.[7]
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| 화학 | 주기율표,(32저마늄 · 101멘델레븀), | ||
| 소속 | 상트페테르부르크 국립대학교 · 키이우 공과대학교 | ||
| 기타 | 멘델레예프 전차 |
[1] 독일의 라틴어 명칭인 Germania(게르마니아)에서 따와 Germanium(게르마늄)이라고 명명했다.[2] 예시[3] 퍼즈 페이스 문서에도 나와있는 내용이나, 게르마늄 트랜지스터는 온도 변화에 취약하다는 특징 탓에 어느 장소, 환경에서나 동일한 사운드를 얻어내기가 힘들다는 단점이 있었으며, 지미 헨드릭스 또한 이 문제를 해결하기 위해 이후엔 실리콘 트랜지스터가 들어간 동일한 제품을 사용하게 된다.[4] 그나마 AC128처럼 생산량 자체가 많았던 모델들은 그나마 쉽게 구할 수 있긴 하다. 다만 원하는 hFE 값을 가진 개체를 구하려면 상당히 고생할 것이다.[5] 이 종류의 마케팅에서는 저마늄 대신 거의 대부분 게르마늄으로 표기한다.[6] 이런 문제들이 병을 일으키면 고지혈증, 동맥경화, 부정맥, 만성피로 등으로 이야기할 수 있는데 이런 병 치료를 게르마늄 따위에 의지하다간 잘못하면 목숨이 위험하다.[7] 게르마늄은 공유결합을 하는 준금속 원소이며 가장 바깥 쪽 전자 고리에 4개의 전자를 가지고 있기 때문에 일반적인 상태에서 음이온이 되기 어렵다.