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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.
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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
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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 |
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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:
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:
Propriedade |
Eka-silicio |
Germânio |
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(Previstas, 1871) |
(Observadas, 1886) |
Massa atômica |
72 |
72,59 |
Densidade (g/cm³) |
5,5 |
5,35 |
Calor especfico (J/kg·K) |
0,31 |
0,32 |
Ponto de fusão (ºC) |
alto |
960 |
Fórmula do óxido |
RO2 |
GeO2 |
Fórmula do cloreto |
RCl4 |
GeCl4 |
Densidade do óxido (g/cm³) |
4,7 |
4,70 |
Ponto de ebulição do cloreto (ºC) |
100 |
86 |
Cor |
cinza |
cinza |
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
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