Germanio

Química. Elementos. Dmitri Mendeléiev. Hidruros. Propiedades. Fuentes. Usos. Curiosidades

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Características del elemento químico germanio.

SIMBOLO: Ge

PESO ATOMICO: 72,59

ESTADO FÍSICO: Sólido

ESTRUCTURA ELECTRONICA: [Ar] 3d10 4s2 4p1  p1

ESTADO DE OXIDACIÓN: 4

ELECTRONEGATIVIDAD: entre 1,8 y 2,01

DENSIDAD (gr./mol): 5,36 ; 5,323 a 25 ºC

VOLUMEN ATOMICO (cm3/mol): 13,64

TEMPERATURA DE FUSIÓN °C: entre 937,4 y 938,25

TEMPERATURA DE EBULLICIÓN °C: entre 2830 y 2833

RADIO ATOMICO: entre 1,22 y 1,37

RADIO IONICO: 0,93(2+)  0,53(4+)  0,72(4-)

RADIO COVALENTE: 1,22

CALOR ESPECIFICO: 0,073

POTENCIAL DE 1° IONIZACIÓN: 8,13

AÑO DE DESCUBRIMIENTO: 1886

Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 4

Números de oxidación: +2, +4

Energía de ionización (kJ.mol-1): 784

Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 116

Radio iónico (pm) (carga del ion): 272(-4), 90(+2)

Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 34,7

Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 334,3

Estructura cristalina: Cúbico

Es un elemento semimetálico cristalino, duro, brillante, de color blanco grisáceo. Pertenece al grupo 14 (o IVA) de la tabla periódica.

El químico ruso Dmitri Mendeléiev predijo la existencia y propiedades químicas del germanio en 1871; debido a su posición en la tabla periódica, detrás del silicio, lo llamó ekasilicio. El elemento fue en realidad descubierto en el año 1866 en yacimientos de argirodita (mineral de sulfuro de plata) por el químico alemán Clemens Alexander Winkler.

El germanio pertenece a la misma familia química que el carbono, el silicio y el plomo; se parece a estos elementos en que todos ellos forman derivados orgánicos como el tetraetilo de germanio y el tetrafenilo de germanio. El germanio forma hidruros —germanometano o germano (GeH4), germanoetano (Ge2H6) y germanopropano (Ge3H8)— análogos a los formados por el carbono en la serie alcanos (véase Química orgánica). Sus compuestos más importantes son el óxido germánico (GeO2) y los haluros. El germanio se separa de otros metales por destilación de su tetracloruro.

Se encuentra en pequeñas cantidades en yacimientos de plata, cobre y cinc, así como en el mineral germanita, que contiene un 8% de germanio. El elemento y sus compuestos tienen numerosas aplicaciones. Los cristales de germanio convenientemente tratados tienen la propiedad de rectificar o permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido, por lo que fueron empleados masivamente durante y después de la II Guerra Mundial como detectores de UHF y señales de radar. Los cristales de germanio también tienen otras aplicaciones electrónicas. Fue el primer metal utilizado en los transistores, dispositivos electrónicos que requieren mucha menos corriente que los tubos de vacío. El óxido de germanio se emplea en la fabricación de lentes ópticas y en el tratamiento de la anemia. Está presente en algunos alimentos, como por ejemplo, en el salvado de trig o, verduras y leguminosas.

Vida Media:

Cinco isótopos naturales:

70-Ge (21,23%)

72-Ge (27,66%)

73-Ge (7,73%)

74-Ge (35,94%)

76-Ge (7,44%)

Veintisiete isótopos inestables cuya vida media oscila entre 40 milisegundos (61-Ge) y 270,8 días (68-Ge).

ð Prisma infrarojo
Forma elemental

ð Reflector en proyectores
Forma elemental

ð Lentes de fotografía (gran angular)
Forma elemental

ð Odontología
Aleación/mezcla


Fuentes:

Refinado de cobre, cinc, plomo. Productos de combustión de ciertos carbones. Minerales: argirodita [4Ag2S.GeS2], germanita [FeCu6GeS8, que contiene hasta un 8% del elemento y galio, arsénico y cinc].

Usos:

Semiconductores y transistores. En forma de monocristales para la fabricación de elementos ópticos (lentes, prismas y ventanas) para espectroscopía infrarroja: Espectroscopios, detectores de infrarrojos. El alto índice de refracción del óxido de germanio lo hace útil para la fabricación de lentes gran angular de cámaras fotográficas y objetivos de microscopio. Aleaciones (alguna con niobio y aluminio es superconductora a 20,7 K). Catalizador.

Curiosidades sobre el elemento:

Mendeleiev predijo su existencia y propiedades en 1871 y lo llamó eka-silicio, siendo descubierto por Winkler en 1886 en el mineral de plata argirodita, descubierto el año anterior, al comprobar que se cometía un error sistemático del 7% en el análisis cuantitativo del mismo. El elemento presentaba las propiedades predichas.
En la corteza terrestre se encuentra en un 1,5x10-4% en peso. El metal se encuentra además de en la argirodita, en la canfieldita [4Ag2S.(Sn,Ge)S2], germanita, ranierita [sulfuro de cobre, hierro, cinc y arsénico con hasta un 7% de germanio], otros minerales de cinc, carbón,..
El elemento se obtiene de la germanita y ranierita o, más importante, como subproducto en los procesos de obtención de cobre, cinc y en las cenizas de ciertos carbones (ésta última constituye la mayor reserva futura de germanio). Cualquier compuesto del elemento existente en los minerales se transforma en GeCl4, covalente que, al ser volátil (P.E. 84ºC), sirve para separarlo de los demás elementos presentes en los minerales (arsénico fundamentalmente) por destilación fraccionada. El cloruro se hidroliza para obtener GeO2, que se reduce con hidrógeno a 650ºC en crisoles de grafito. Para la purificación posterior se usa el proceso de fusión por zonas. En el germanio ultrapuro cristalino usado en electrónica, las impurezas están por debajo de una parte por cada 1010.
Es un metaloide grisáceo. En estado puro es cristalino y muy quebradizo, manteniendo estas características en el aire. En una atmósfera de oxígeno la superficie del elemento se pasiva por encima de los 400ºC, pero el vapor de agua retira la capa de pasivación. El agua, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico diluido y las bases no lo atacan, pero si el sulfúrico concentrado y el nítrico.
Es semiconductor y su conductividad crece proporcionalmente con la temperatura. Los primeros diodos fueron de germanio. Dopado con arsénico, galio u otros elementos de la misma zona de la Tabla Periódica se usa como transistor con miles de aplicaciones.
Está encontrando nuevas aplicaciones en aleaciones (una con un 26% de germanio y 76% de arsénico funde a 351ºC, otra de germanio, niobio y aluminio es superconductora a 20,7 K y sirve para fabricar imanes de gran potencia), como colorante activador en lámparas fluorescentes y como catalizador.
Es transparente a la radicación infrarroja (también lo es el óxido de germanio) y se usan en forma de monocristales en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros aparatos ópticos, entre los que se encuentran detectores infrarrojos extremadamente sensibles.
Entre los compuestos destacan:
El óxido, GeO2, con alto índice de refracción y unas propiedades de dispersión que han encontrado aplicación en lentes gran angular de cámaras y en objetivos de microscopio.
Los germanatos (Na2GeO3, Mg2GeO4, etc.,) obtenidos al fundir conjuntamente GeO2 y óxidos metálicos se parecen a los silicatos. Se usan para fabricar vidrios de alto índice de refracción con los mismos usos que el GeO2.
Existen los germanos, GenH2n+2, hidruros semejantes a los silanos, que descomponen a temperaturas superiores a 300ºC y se usan para producir capas finas de germanio mediante su descomposición térmica.
La química de los compuestos organogermánicos está cobrando importancia; algunos tienen poca toxicidad para los mamíferos pero son eficaces contra ciertas bacterias, por lo que se usan en quimioterapia.
El germanio no es tóxico y entre sus compuestos, GeH4 parece peligroso.