Germânio (Ge), um elemento químico entre o silício e o estanho no Grupo 14 (IVa) da tabela periódica, um metalóide cinza-prateado, com propriedades intermediárias entre os metais e os não-metais. Embora o germânio não tenha sido descoberto até 1886 por Clemens Winkler, um químico alemão, sua existência, propriedades e posição no sistema periódico haviam sido previstas em 1871 pelo químico russo Dmitry Ivanovich Mendeleyev, que chamou o elemento hipotético ekasilicon. (O nome germânio deriva da palavra latina Germania [Alemanha] e foi dado ao elemento por Winkler.) O germânio não se tornou economicamente significativo até depois de 1945, quando suas propriedades como semicondutor foram reconhecidas como valiosas na eletrônica. Muitas outras substâncias agora também são usadas como semicondutores, mas o germânio continua sendo de primordial importância na fabricação de transistores e componentes para dispositivos como retificadores e fotocélulas.
elemento do grupo carbono
(C), silício (Si), germânio (Ge), estanho (Sn), chumbo (Pb) e flerovium (Fl).
Com base no peso, o germânio é um elemento escasso, mas não extremamente raro (cerca de 1,5 partes por milhão), na crosta terrestre, igualando-se em abundância berílio, molibdênio e césio e excedendo os elementos arsênico, cádmio, antimônio e mercúrio. No cosmos, a abundância atômica de germânio é 50,5 (com base em Si = 1 × 10 6), um valor aproximadamente igual ao do criptônio e do zircônio e apenas ligeiramente menor que o do selênio. A abundância cósmica é muito menor do que a de vários elementos mais pesados; por exemplo, bromo, estrôncio, estanho, bário, mercúrio e chumbo. Todos os elementos de carga nuclear mais baixa que o germânio, exceto berílio, boro, escândio e gálio, são cosmicamente mais abundantes que o germânio. Cosmeticamente, acredita-se que o germânio seja um dos muitos elementos formados pela absorção de nêutrons após os processos iniciais de queima de hidrogênio e hélio e absorção de partículas alfa.
O germânio é amplamente distribuído na natureza, mas é reativo demais para ocorrer gratuitamente. Os minerais primários incluem argirodito (do qual foi isolado pela primeira vez), germanita, renierita e canfieldita, todos eles raros; somente germanita e renierita foram usadas como fontes comerciais para o elemento. Quantidades vestigiais de germânio são encontradas em certas misturas de zinco, em minérios sulfídicos de cobre e arsênico e em carvões, este último possivelmente uma conseqüência da concentração do elemento pelas plantas do período carbonífero na história geológica. Sabe-se que certas plantas atuais concentram germânio. Os concentrados do processo de zinco e as cinzas e poeiras das instalações de queima de carvão fornecem fontes comerciais de germânio.
No refino de germânio, os resíduos de baixa qualidade obtidos de seus minérios são tratados com ácido clorídrico forte e o tetracloreto de germânio resultante é destilado, purificado por redestilação repetida e hidrolisado para formar dióxido de germânio, que é então reduzido por hidrogênio para uma forma em pó do metal que é derretido a uma temperatura de cerca de 1.100 ° C (2.000 ° F [em uma atmosfera inerte]) e fundido em lingotes ou tarugos.
O elemento é mais frágil do que dúctil; os átomos em seus cristais são arranjados, assim como os átomos de carbono no diamante. As características elétricas e semicondutoras do germânio são comparáveis às do silício. Não é atacado pelo ar à temperatura ambiente, mas é oxidado a 600 ° -700 ° C (1.100 ° -1.300 ° F) e reage rapidamente com os halogênios para formar tetra-halogenetos. Entre os ácidos, apenas o ácido nítrico ou sulfúrico concentrado ou o aqua regia (uma mistura de ácidos nítrico e clorídrico) ataca consideravelmente o germânio. Embora as soluções cáusticas aquosas produzam pouco efeito, o germânio se dissolve rapidamente no hidróxido de sódio fundido ou no hidróxido de potássio, formando os respectivos germanatos.
O germânio forma estados de oxidação estáveis de +2 e +4, sendo os compostos deste último mais estáveis e numerosos. Os dois compostos mais importantes do germânio são o dióxido (GeO 2) e o tetracloreto (GeCl 4). Os germanatos, formados pelo aquecimento do dióxido com óxidos básicos, incluem o germânio de zinco (Zn 2 GeO 4), usado como fósforo (substância que emite luz quando energizada pela radiação). O tetracloreto, já mencionado como intermediário na obtenção de germânio de suas fontes naturais, é um líquido volátil e incolor que congela a cerca de -50 ° C (-58 ° F) e ferve a 84 ° C (183,2 ° F).
Para uso em dispositivos eletrônicos, lingotes ou tarugos de germânio exigem purificação adicional, que geralmente é realizada pela técnica de refino de zona. O germânio altamente puro é então derretido e "dopado" pela adição de pequenas quantidades de arsênico, gálio ou outros elementos para produzir as características eletrônicas desejadas. Finalmente, cristais únicos são gerados a partir do derretimento a temperaturas cuidadosamente controladas, usando um cristal de semente como núcleo. Cristais únicos de germânio são cultivados em uma atmosfera de nitrogênio ou hélio a partir do material fundido. Estes são então transformados em semicondutores, sendo dopados (infundidos) com átomos doadores ou aceitadores de elétrons, incorporando as impurezas no fundido durante o crescimento do cristal ou difundindo as impurezas no cristal após a formação.
Os compostos de germânio nos quais o germânio está no estado de oxidação +2 são bem caracterizados como sólidos e, em geral, são facilmente oxidados. O germânio elementar pode ser eletrodepositado a partir de muitas soluções e derreter seus compostos. É interessante que apenas um miligrama de germânio dissolvido por litro interfira seriamente na eletrodeposição do zinco.
Além de suas aplicações em dispositivos eletrônicos, o germânio é usado como componente de ligas e fósforos para lâmpadas fluorescentes. Como o germânio é transparente à radiação infravermelha, ele é empregado em equipamentos usados para detectar e medir essa radiação, como janelas e lentes. O alto índice de refração do dióxido de germânio o torna valioso como componente dos óculos usados em dispositivos ópticos, como lentes grande angulares para objetivas de câmeras e microscópios. A toxicologia do germânio e seus compostos é pouco definida.
Os cinco isótopos estáveis de germânio ocorrem nas seguintes quantidades relativas: germânio-70, 20,5 por cento; germânio-72, 27,4 por cento; germânio-73, 7,8 por cento; germânio-74, 36,5 por cento; e germânio-76, 7,8 por cento. Nove isótopos radioativos foram relatados.
Propriedades do elemento
| número atômico | 32. |
|---|---|
| peso atômico | 72,59 |
| ponto de fusão | 937,4 ° C (1.719,3 ° F) |
| ponto de ebulição | 2.830 ° C (5.130 ° F) |
| densidade | 5,333 g / cm 3 |
| estados de oxidação | +2, +4 |
| configuração eletrônica | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 |
