Germanio


Símbolo: Ge
Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 Metaloide
Número Atómico: 32
Masa Atómica: 72,61
Número de protones/electrones: 32
Número de neutrones (Isótopo 73-Ge): 41
Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 4
Números de oxidación: +2, +4
Electronegatividad: 2,01
Energía de ionización (kJ.mol-1): 784
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 116
Radio atómico (pm): 122
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
Punto de Fusión (ºC): 938,25
Punto de Ebullición (ºC): 2833
Densidad (kg/m3): 5323; (25 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 13,64
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Grisáceo
Propiedades comparadas



Isótopos: 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 cuyo período de semidesintegración oscila entre 40 milisegundos (61-Ge) y 270,8 días (68-Ge).
Descubierto en: 1886
Descubierto por: C. Winkler
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.
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©Antonio Jiménez