Germani

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Germani
32Ge
gal·ligermaniarsènic
Si

Ge

Sn
Aspecte
Blanc grisós

Un bloc policristal·lí de 12 grams (2x3 cm) de Ge amb superfícies exfoliades irregularment
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Germani, Ge, 32
Categoria d'elements Metal·loides
Grup, període, bloc 144, p
Pes atòmic estàndard 72,63(1) 
Configuració electrònica [Ar] 3d10 4s2 4p2
2, 8, 18, 4
Configuració electrònica de Germani
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
5,323 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
5,60 g·cm−3
Punt de fusió 1.211,40 K, 938,25 °C
Punt d'ebullició 3.106 K, 2.833 °C
Entalpia de fusió 36,94 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 334 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 23,222 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.644 1.814 2.023 2.287 2.633 3.104
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
(òxid amfòter)
Electronegativitat 2,01 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 762 kJ·mol−1
2a: 1.537,5 kJ·mol−1
3a: 3.302,1 kJ·mol−1
Radi atòmic 122 pm
Radi covalent 122 pm
Radi de Van der Waals 211 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Cúbica en diamant
Germani té una estructura cristal·lina cúbica en diamant
Ordenació magnètica Diamagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (20 °C) 1 Ω·m
Conductivitat tèrmica 60,2 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica 6,0 µm/(m·K)
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 5.400 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 103[2] GPa
Mòdul de cisallament 41[2] GPa
Mòdul de compressibilitat 75[2] GPa
Coeficient de Poisson 0,26[2]
Duresa de Mohs 6,0
Nombre CAS 7440-56-4
Energia de banda prohibida a 300 K 0,67 eV
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del germani
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
68Ge sin 270,8 d ε - 68Ga
70Ge 21,23% 70Ge és estable amb 38 neutrons
71Ge sin 11,26 d ε - 71Ga
72Ge 27,66% 72Ge és estable amb 40 neutrons
73Ge 7,73% 73Ge és estable amb 41 neutrons
74Ge 35,94% 74Ge és estable amb 42 neutrons
76Ge 7,44% 1,78×1021 a ββ - 76Se

El germani és un element químic de nombre atòmic 32, i símbol Ge pertanyent al grup 14 de la taula periòdica dels elements.

Característiques principals[modifica | modifica el codi]

És un metal·loide sòlid dur, cristal·lí, de color blanc grisenc llustrós, que conserva la brillantor a temperatures ordinàries. Presenta la mateixa estructura cristal·lina que el diamant i resistix als àcids i àlcalis.

Forma gran nombre de compostos organometàl·lics i és un important material semiconductor utilitzat en transistors i fotodetectors. A diferència de la majoria de semiconductors, el germani té una petita banda prohibida (band gap) pel que respon de forma eficaç a la radiació infraroja i pot usar-se en amplificadors de baixa intensitat.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Les aplicacions del germani es veuen limitades pel seu elevat cost i en molts casos s'investiga la seua substitució per materials més econòmics.

Història[modifica | modifica el codi]

Bol de Germani

La propietats del germani (del llatí Germania, Alemanya) van ser predites el 1871 per Dmitri Mendeléiev en funció de la seua posició a la taula periòdica, element a què va anomenar eka-silici. L'alemany Clemens Alexander Winkler va demostrar el 1886 l'existència d'aquest element, descobriment que va servir per a confirmar la validesa de la taula periòdica tenint en compte les similituds entre les propietats predites i les observades:

Propietat Ekasilici Germani
(Predites, 1871) (Observades, 1886)
Massa atòmica 72 72,59
Densitat (g/cm³) 5,5 5,35
Calor específica (J/kg·K) 0,31 0,32
Punt de fusió (°C) alt 960
Fórmula de l'òxid RO2 GeO2
Fórmula del clorur RCl4 GeCl4
Densitat de l'òxid (g/cm³) 4,7 4,70
Punt d'ebullició del clorur (°C) 100 86
Color gris gris

Abundància i obtenció[modifica | modifica el codi]

Els únics minerals rendibles per a l'extracció del germani són la germanita (69% de Ge) i ranierita (7-8% de Ge); a més està present en el carbó, l'argirodita i altres minerals. La major quantitat, en forma d'òxid (GeO2), s'obté com a subproducte en l'obtenció del zinc o de processos de combustió de carbó (a Rússia i Xina es troba el procés en desenvolupament).

Amb puresa del 99,99%, per a usos electrònics s'obté per refinat per mitjà de fusió per zones resultant cristalls de 25 a 35 mm usats en transistors i díodes; amb aquesta tècnica les impureses es poden reduir fins a 0,0001 ppm.

El desenvolupament dels transistors de germani va obrir la porta a nombroses aplicacions electròniques que avui són quotidianes. Entre 1950 i els primers 70, l'electrònica va constituir el gros de la creixent demanda de germani fins que va començar a substituir-se pel silici per les seves superiors propietats elèctriques. Actualment la gran part del consum es destina a fibra òptica (prop de la meitat), equips de visió nocturna i catàlisi en la polimerització de plàstics, encara que s'investiga la seva substitució per catalitzadors més econòmics. En el futur és possible que s'estenguen les aplicacions electròniques dels aliatges silici-germani en substitució de l'arsenur de gal·li (GaAs) especialment en les telecomunicions sense cable.

El preu del germani era el 1997 d'uns 3 US$ per gram. A finals del 2000 havia baixat fins als 1.15 $ per gram.

Precaucions[modifica | modifica el codi]

Alguns compostos de germani, com el germà (GeH4) tenen una certa toxicitat en els mamífers però són letals per a algunes bacteries.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81sa edició, CRC press.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 «Properties of Germanium». Ioffe Institute.