Germani

Germani
32Ge
gal·li ← germani → arsènic Si ↑ Ge ↓ Sn Taula periòdica
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	14, 4, p
Pes atòmic estàndard	72,63(1)
Configuració electrònica	[Ar] 3d10 4s2 4p2 2, 8, 18, 4
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
Ordenació magnètica	Diamagnètic
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 GPa
Mòdul de cisallament	41 GPa
Mòdul de compressibilitat	75 GPa
Coeficient de Poisson	0,26
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 β−β− - 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

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

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

• Fibra òptica.
• Electrònica: Radars i amplificadors de guitarres elèctriques usats per músics nostàlgics del so de la primera època del rock & roll; aliatges SiGe en circuits integrats d'alta velocitat.
• Òptica d'infraroigs: Espectroscopis, sistemes de visió nocturna i altres equips.
• Lents, amb alt índex de refracció, d'angle ample i per a microscopis.
• En joieria s'usa l'aliatge Au amb un12% de germani.
• Com a element enduridor de l'alumini, magnesi i estany.
• En Quimioteràpia.
• El tratraclorur de germani (GeCl₄) s'usa com catalitzador en la síntesi de polímers (PET).

Història

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

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

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

Referències

• Enciclopèdia lliure (castellà)
• USGS - Estadístiques sobre el germani (producció, consum i preus) (anglès)