Germani
Germani | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
32Ge
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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[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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
El germani és un element químic de nombre atòmic 32, i símbol Ge pertanyent al grup 14 de la taula periòdica dels elements.
Contingut
Característiques principals[modifica]
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 resisteix 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]
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[modifica]
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]
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]
Alguns compostos de germani, com el germà (GeH4) tenen una certa toxicitat en els mamífers però són letals per a algunes bacteries.
Referències[modifica]
- ↑ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81sa edició, CRC press.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 «Properties of Germanium». Ioffe Institute.
- Enciclopèdia lliure (castellà)
- USGS - Estadístiques sobre el germani (producció, consum i preus) (anglès)
Taula periòdica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||
Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | ||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|