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Germanio



Galio - Germanio - Arsénico
Si
Ge
Sn  
 
 
General
Nombre, símbolo, número Germanio, Ge, 32
Serie química Metaloides
Grupo, periodo, bloque 14, 4 , p
Densidad, dureza Mohs 5323 kg/m3, 6
Apariencia Blanco grisáceo
Propiedades atómicas
Masa atómica 72,64 u
Radio medio† 125 pm
Radio atómico calculado 125 pm
Radio covalente 122 pm
Radio de Van der Waals Sin datos
Configuración electrónica [Ar]3d10 4s2 4p2
Estados de oxidación (óxido) 4 (anfótero)
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
Propiedades físicas
Estado de la materia Sólido
Punto de fusión 1211,4 K
Punto de ebullición 3093 K
Entalpía de vaporización 330,9 kJ/mol
Entalpía de fusión 36,94 kJ/mol
Presión de vapor 0,0000746 Pa a 1210 K
Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 K
Información diversa
Electronegatividad 2,01 (Pauling)
Calor específico 320 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica 1,45 m-1·Ω-1
Conductividad térmica 59,9 W/(m·K)
1er potencial de ionización 762 kJ/mol
2° potencial de ionización 1537,5 kJ/mol
3er potencial de ionización 3302,1 kJ/mol
4° potencial de ionización 4411 kJ/mol
5° potencial de ionización 9020 kJ/mol
Isótopos más estables
iso. AN periodo de semidesintegración MD ED MeV PD
70Ge 21,23% Ge es estable con 38 neutrones
72Ge 27,66% Ge es estable con 40 neutrones
73Ge 7,73% Ge es estable con 41 neutrones
74Ge 35,94% Ge es estable con 42 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales
(0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
†Calculado a partir de distintas longitudes
de enlace covalente, metálico o iónico.

El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos.

Tabla de contenidos

Características principales

Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, deleznable, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad.

Aplicaciones

Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga su sustitución por materiales más económicos.

  • Fibra óptica.
  • Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del sonido de la primera época del rock and roll; aleaciones SiGe en circuitos integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos sandwich Si/Ge para aumentar la movilidad de los electrones en el silicio (streched silicon)
  • Óptica de infrarrojos: Espectroscopios, sistemas de visión nocturna y otros equipos.
  • Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho y para microscopios.
  • En joyería se usa la aleación Au con 12% de germanio.
  • Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
  • Quimioterapia.
  • El teratracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de polímeros (PET).

Historia

Las propiedades del germanio (del latín Germania, Alemania) fueron predichas en 1871 por Mendeleyev en función de su posición en la tabla periódica, elemento al que llamó eka-silicio. El alemán Clemens Winkler demostró en 1886 la existencia de este elemento, descubrimiento que sirvió para confirmar la validez de la tabla periódica habida, cuenta con las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas:

Propiedad Ekasilicio Germanio
  (Predichas, 1871) (Observadas, 1886)
Masa atómica 72 72,59
Densidad (g/cm3) 5,5 5,35
Calor específico (kJ/kg·K) 0,31 0,32
Punto de fusión (°C) alto 960
Fórmula del óxido RO2 GeO2
Fórmula del cloruro RCl4 GeCl4
Densidad del óxido (g/cm3) 4,7 4,70
Punto de ebullición del cloruro (°C) 100 86
Color gris gris

Abundancia y obtención

  Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y ranierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbón, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de óxido (GeO2), se obtiene como subproducto de la obtención del cinc o de procesos de combustión de carbón (en Rusia y China se encuentra el proceso en desarrollo).

La purificación del germanio pasa por su tetracloruro que puede ser destilado y luego es reducido al elemento con hidrógeno o con magnesio elemental.

Con pureza del 99,99%, para usos electrónicos se obtiene por refino mediante fusión por zonas resultando cristales de 25 a 35 mm usados en transistores y diodos; con esta técnica las impurezas se pueden reducir hasta 0,0001 ppm.

El desarrollo de los transistores de germanio abrió la puerta a numerosas aplicaciones electrónicas que hoy son cotidianas. Entre 1950 y a principios de los 70, la electrónica constituyó el grueso de la creciente demanda de germanio hasta que empezó a sustituirse por el silicio por sus superiores propiedades eléctricas. Actualmente la gran parte del consumo se destina a fibra óptica (cerca de la mitad), equipos de visión nocturna y catálisis en la polimerización de plásticos, aunque se investiga su sustitución por catalizadores más económicos. En el futuro es posible que se extiendan las aplicaciones electrónicas de las aleaciones silicio-germanio en sustitución del arseniuro de galio especialmente en las telecomunicaciones sin cable.

Además se investigan sus propiedades bactericidas ya que su toxicidad para los mamíferos es escasa.

Isótopos

El germanio tiene cinco isótopos estables siendo el más abundante el Ge-74 (35,94%). Se han caracterizado 18 radioisótopos de germanio, siendo el Ge-68 el de mayor vida media con 270,8 días. Se conocen además 9 estados metaestables.

Precauciones

Algunos compuestos de germanio (tetrahidruro de germanio) tienen una cierta toxicidad en los mamíferos pero son letales para algunas bacterias. Tambien es letal para la taenia.

Toxicidad

El germanio se encuentra más comúnmente en la naturaleza como un contaminante de diversos minerales y es obtenido de los residuos de cadmio remanentes del procesado de los minerales de zinc. Las investigaciones toxicológicas han demostrado que el germanio no se localiza en ningún tejido dado que se excreta rápidamente principalmente por la orina. Las dosis excesivas de germanio lesionan los lechos capilares de los pulmones. Produce una diarrea muy marcada que provoca una deshidratación, hemoconcentración, caída de la presión arterial e hipotermia.

Referencias

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

Véase también

Los metaloides

Boro ⚫ Silicio ⚫ Germanio ⚫ Arsénico ⚫ Antimonio ⚫ Telurio ⚫ Polonio

Enlaces externos

 
Este articulo se basa en el articulo Germanio publicado en la enciclopedia libre de Wikipedia. El contenido está disponible bajo los términos de la Licencia de GNU Free Documentation License. Véase también en Wikipedia para obtener una lista de autores.
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