Xermanio

O xermanio é un elemento químico con número atómico 32, e símbolo Ge, pertencente ao grupo 14 da táboa periódica dos elementos.

Xermanio
Si     32 Ge                                                                                                                                                                                                                                           Ge Sn Galio ← Xermanio → Arsénico Táboa periódica dos elementos
[[Ficheiro:{{{espectro}}}|300px|center]]
Liñas espectrais do Xermanio
Información xeral
Nome, símbolo, número	Xermanio, Ge, 32
Serie química	Metaloides
Grupo, período, bloque	14, 4, p
Densidade	5,323 kg/m3
Dureza	{{{dureza}}}
Aparencia	Branco agrisado
N° CAS
N° EINECS
Propiedades atómicas
Masa atómica	72,630(8)[1] u
Raio medio	125 pm
Raio atómico (calc)	125 pm
Raio covalente	122 pm
Raio de van der Waals	pm
Configuración electrónica	[Ar]3d10 4s² 4p²
Electróns por nivel de enerxía
Estado(s) de oxidación	4
Óxido	anfótero
Estrutura cristalina	cúbica centrada nas caras
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	1211,4 K
Punto de ebulición	3093 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	330,9 kJ/mol
Entalpía de fusión	36,94 kJ/mol
Presión de vapor	0,0000746
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	5400 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	2,01
Calor específica	320 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	1,45 S/m
Condutividade térmica	59,9 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	762 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1537,5 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	3302,1 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	4411 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización5}}} kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización6}}} kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 70Ge 21,23% estable con 38 neutróns 72Ge 27,66% estable con 40 neutróns 73Ge 7,73% estable con 41 neutróns 74Ge 35,94% estable con 42 neutróns
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

Características principais

É un metaloide sólido duro, cristalino, de cor branca agrisada lustrosa, quebradizo, que conserva o brillo a temperaturas ordinarias. Presenta a mesma estrutura cristalina que o diamante e resiste aos ácidos e álcalis.

Forma gran número de compostos organometálicos e é un importante material semicondutor utilizado en transistores e fotodetectores. A diferenza da maioría de semicondutores, o xermanio ten unha pequena banda prohibida (band gap), polo que responde de forma eficaz á radiación infravermella e pode usarse en amplificadores de baixa intensidade.

Aplicacións

As aplicacións do xermanio vense limitadas polo seu elevado custo, e en moitos casos investígase a súa substitución por materiais máis económicos.

• Fibra óptica.
• Electrónica: radares e amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálxicos do son da primeira época do rock and roll; aliaxes SiGe en circuítos integrados de alta velocidade. Tamén se utilizan compostos sándwich Si/Ge para aumentar a mobilidade dos electróns no silicio (streched silicon).
• Óptica de infravermellos: Espectroscopios, sistemas de visión nocturna e outros equipos.
• Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho e para microscopios.
• En xoiería úsase a aliaxe Au con 12% de xermanio.
• Como elemento endurecedor do aluminio, magnesio e estaño.
• Quimioterapia.
• O teratracloruro de xermanio é un ácido de Lewis e úsase como catalizador na síntese de polímeros (PET).

Historia

As propiedades do xermanio (do latín Germania, Alemaña) foron vaticinadas en 1871 por Mendeleyev en función da súa posición na táboa periódica, chamándoo no seu momento "ekasilicio". O alemán Clemens Winkler demostrou en 1886 a existencia deste elemento, servindo este descubrimento para confirmar a validez da táboa periódica. Conta coas seguintes similitudes entre as propiedades preditas e as observadas:

Propiedade	Ekasilicio	Xermanio
	(Preditas en 1871)	(Observadas en 1886)
Masa atómica	72	72,59
Densidade (g/cm³)	5,5	5,35
Calor específica (kJ/kg·K)	0,31	0,32
Punto de fusión (°C)	alto	960
Fórmula do óxido	RO2	GeO2
Fórmula do cloruro	RCl4	GeCl4
Densidade do óxido (g/cm³)	4,7	4,70
Punto de ebulición do cloruro (°C)	100	86
Cor	gris	gris

Abundancia e obtención

Mostra de xermanio.

Os únicos minerais rendibles para a extracción do xermanio son a xermanita (69% de Ge) e ranierita (7-8% de Ge); ademais está presente no carbón, a arxirodita e outros minerais. A maior cantidade, en forma de óxido (GeO₂), obtense como subproduto da obtención do cinc ou de procesos de combustión de carbón (en Rusia e a China encóntrase o proceso en desenvolvemento).

A purificación do xermanio pasa polo seu tetracloruro que pode ser destilado e logo é reducido ao elemento con hidróxeno ou con magnesio elemental.

Con pureza do 99,99%, para usos electrónicos obtense por refino mediante fusión por zonas resultando cristais de 25 a 35 mm usados en transistores e díodos; con esta técnica as impurezas pódense reducir ata 0,0001 ppm.

O desenvolvemento dos transistores de xermanio abriu a porta a numerosas aplicacións electrónicas que hoxe son cotiás. Entre 1950 e a principios dos 70, a electrónica constituíu o groso da crecente demanda de xermanio ata que empezou a substituírse polo silicio polas súas superiores propiedades eléctricas. Actualmente a gran parte do consumo destínase a fibra óptica (cerca da metade), equipos de visión nocturna e catálises na polimerización de plásticos, aínda que se investiga a súa substitución por catalizadores máis económicos. No futuro é posible que se estendan as aplicacións electrónicas das aliaxes silicio-xermanio en substitución do arseniuro de galio, especialmente nas telecomunicacións sen cable.

Ademais investíganse as súas propiedades bactericidas, xa que a súa toxicidade para os mamíferos é escasa.

Isótopos

O xermanio ten cinco isótopos estables, sendo o máis abundante o Ge-74 (35,94%). Caracterizáronse 18 radioisótopos de xermanio, sendo o Ge-68 o de maior vida media con 270,8 días. Coñécense ademais 9 estados metaestables.

Precaucións

Algúns compostos de xermanio (tetrahidruro de xermanio ou xermano) teñen unha certa toxicidade nos mamíferos, pero son letais para algunhas bacterias. Tamén é letal para a taenia.^{[Cómpre referencia]}

Toxicidade

O xermanio encóntrase máis frecuentemente na natureza como un contaminante de diversos minerais e é obtido dos residuos de cadmio remanentes do procesado dos minerais de cinc. As investigacións toxicolóxicas demostraron que o xermanio non se localiza en ningún tecido dado que se excreta rapidamente, principalmente pola urina. As doses excesivas de xermanio lesionan os leitos capilares dos pulmóns. Produce unha diarrea moi marcada que provoca unha deshidratación, hemoconcentración, caída da presión arterial e hipotermia.^{[Cómpre referencia]}