Germanio
Keywords: Germanio, 1871, 1886, Abundancia natural, Alemania, Aluminio, Amplificador, Anfótero
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| General | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| 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 125px | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico | 72,64 uma | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 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) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 1° potencial de ionización | 762 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2° potencial de ionización | 1537,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 3° potencial de ionización | 3302,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 4° potencial de ionización | 4411 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 5° potencial de ionización | 9020 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Isótopos más estables | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. †Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico. |
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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 coste 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
La 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 de 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 (J/kg·K) | 0,31 | 0,32 |
| Punto de fusión (ºC) | 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 (ºC) | 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 los primeros 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 sutitución 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 telecomuniciones sin cable.
Además se investigan sus propiedades bactericidas ya que su toxicidad para los mamíferos es escasa.
Isótopos
Precauciones
Algunos compuestos de germanio (tetrahidruro de germanio) tienen una cierta toxicidad en los mamíferos pero son letales para algunas bacterias.
Referencias
Categoría: Elementos químicos