O que é o elemento químico germânio?

O germânio é um elemento químico de símbolo Ge , número atômico 32 (32 prótons e 32 elétrons) com massa atómica 72,6 u. À temperatura ambiente, o germânio encontra-se no estado sólido. É um semi-metal pertencente ao grupo 14 (4 A) da Classificação Periódica dos Elementos.

Foi descoberto em 1871 pelo alemão Mendeleev.Mais tarde em 1886 Clemens Winckler verificou sua existência. As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e em muitos casos estuda-se a sua substituição por materiais mais econômicos.

Sua aplicação principal é como semicondutor em eletrônica, produção de fibras ópticas e equipamentos de visão noturna.

Gálio - Germânio - Arsênio Si Ge Sn Tabela periódica
Geral
Nome, símbolo, número	Germânio, Ge, 32
Classe , Série química	Semi-metal , do carbono
Grupo, Período, Bloco	14 ( 4A ), 4 , p
Densidade, Dureza	5323 kg/m3, 6
Cor e aparência	branco acinzentado
Propriedades atómicas
Massa atómica	72,64(1) u
Raio atómico (calc.)	125 (125) pm
Raio covalente	122 pm
Raio de van der Waals	não determinado
Configuração electrónica	Ar3d10 4s2 4p2
elétrons por Nível de energia	2, 8, 18, 4
Estado de oxidação (óxido)	4 (anfótero)
Estrutura cristalina	Cúbica de face centrada
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	1211,4 K (938,25 °C)
Ponto de ebulição	3106 K (2833 °C)
Volume molar	13,63 × 10–6 m3/mol
Entalpia de vaporização	330,9 kJ/mol
Entalpia de fusão	36,94 kJ/mol
Pressão de vapor	0,746 × 10–4Pa a 1210 K
Velocidade do som	5400 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Electronegatividade	2,01 (Escala de Pauling)
Capacidade calorífica	320 J/(kg*K)
Condutividade elétrica	1,45 m-1·Ω-1
Condutividade térmica	59,9 W/(m*K)
1º Potencial de ionização	762 kJ/mol
2º Potencial de ionização	1537,5 kJ/mol
3º Potencial de ionização	3302,1 kJ/mol
4º Potencial de ionização	4411 kJ/mol
5º Potencial de ionização	9020 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD ED MeV PD 70Ge 21,23% Ge é isótopo estável com 38 neutrons 72Ge 27,66% Ge é estável com 40 neutrões (br: nêutrons) 73Ge 7,73% Ge é estável com 41 neutrões 74Ge 35,94% Ge é estável com 42 neutrões
Unidades SI e CNTP exceto quando indicado o contrário

Características principais

É um semi-metal sólido, duro, cristalino, de coloração branco acinzentada, lustroso, quebradiço, que conserva o brilho em temperaturas ordinárias. Apresenta a mesma estrutura cristalina do diamante e resiste à ação dos ácidos e álcalis.

Forma grande número de compostos organolépticos e é um importante material semicondutor utilizado em transístores e fotodedectores. Diferentemente da maioria dos semicondutores, o germânio tem uma pequena banda proibida ( ``band gap`` ) respondendo de forma eficaz a radiação infravermelha e pode ser usado em amplificadores de baixa intensidade.

Aplicações

As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e em muitos casos estuda-se a sua substituição por materiais mais econômicos. Os principais usos são:

• Fibra óptica.
• Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade.
• Óptica de infravermelhos: espectroscópios, sistemas de visão noturna e outros equipamentos.
• Lentes, com alto índice de refração, de ângulo amplo e para microscópios.
• Em jóias é usado uma liga metálica de Au com 12% de germânio.
• Como elemento endurecedor do alumínio, magnésio e estanho.
• Em quimioterapia.
• O tetracloreto de germânio é usado como catalisador na síntese de polímeros ( PET ).
• Foi usado enquanto germanato de bismuto no tipo de camera gama utilizada nos anos 80, em medicina nuclear.

História

As propriedades do germânio ( do latim Germania, Alemanha ) foram previstas em 1871 por Mendeleyev em função da sua posição na tabela periódica, elemento ao qual chamou de eka-silicio. O alemão Clemens Winkler demonstrou em 1886 a existência deste elemento, descoberta que serviu para confirmar a validade da tabela periódica calculando as similaridades entre as propriedades previstas e as observadas:

Abundância e obtenção

Os únicos minerais rentáveis para a extração do germânio são a germanita ( 69% de Ge ) e ranierita ( 7-8% de Ge ); além disso está presente no carvão, na argirodita e outros minerais. A maior quantidade, em forma de óxido ( GeO₂ ), se obtém como subproduto da obtenção do zinco ou de processos de combustão de carvão ( na Rússia e na China se encontra em processo de desenvolvimento ).

É separado dos outros metais existentes no mineral transformando-o em GeCl₄ volátil. O tetracloreto obtido é hidrolisado em óxido de germânio ( GeO₂ ) que, através de hidrogênio ou carvão roxo é reduzido obtendo-se o germânio. Com pureza de 99,99%, para usos eletrônicos, é obtido por refinação mediante a fusão fracionada resultando cristais de 25 a 35 mm usados em transístores e diodos; com esta técnica as impurezas podem ser reduzidas até a 0,0001 ppm.

O desenvolvimento dos transístores de germânio abriu a porta a numerosas aplicações eletrônicas que atualmente são cotidianas. Entre 1950 e os primeiros anos da década de 70, a eletrônica foi a principal responsável pela crescente demanda de germânio, até a substiuição pelo silício com propriedades elétricas superiores. Atualmente, grande parte do consumo é destinada para a produção de fibras ópticas ( cerca da metade ), equipamentos de visão noturna e como catalisador na polimerização de plásticos, embora haja estudos para substituí-lo por catalisadores mais econômicos.

Precauções

Alguns compostos de germânio ( tetracloreto de germânio ) apresentam uma certa toxicidade nos mamíferos, porém são letais para algumas bactérias.

Referências

• Enciclopedia libre
• USGS - Estadísticas sobre el germanio (producción, consumo y precios)