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Germanio

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Posición del germanio en la tabla periódica; grupo 14, periodo 4
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Nombre, símbolo, Z: Germanio, Ge, 32
Serie química: Metaloides
Grupo, periodo, bloque: 14, 4 , p
Configuración electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p2
Propiedades atómicas
Masa atómica: 72,64 uma
Radio atómico: 125 pm
 - Medio 125 pm
 - Covalente 122 pm
 - De Van der Waals Sin datos
Nº de oxidación (óxido): 4 (anfótero)
Electronegatividad: 2,01 (Pauling)
Potencial de ionización: 762 kJ/mol
 - 2.º = 1537,5
 - 4.º = 4411
 - 3.º = 3302,1
 - 5.º = 9020

† Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado: Sólido
Estructura cristalina: Cúbica centrada
en las caras
Color: Blanco grisáceo
Densidad: 5323 (kg/)
Dureza: 6 (Mohs)
Conductividad eléctrica: 1,45×106 S/m
Conductividad térmica: 59,9 W/(m·K)
Calor específico: 320 J/kg·K
Punto de fusión: 1211,4 K
Entalpía de fusión: 36,94 kJ/mol
Punto de ebullición: 3093 K
Entalpía de vaporización: 330,9 kJ/mol
Presión de vapor: 74,6×10-6 Pa a 1210 K
Velocidad del sonido: 5400 m/s a 293,15 K
Isótopos más estables
Iso. AN (%) Vida media MD ED (MeV) PD
68Ge Sintético 270,8 d ε 0,106 68Ga
70Ge 21,23 El Ge es estable con 38 neutrones
72Ge 27,66 El Ge es estable con 40 neutrones
73Ge 7,73 El Ge es estable con 41 neutrones
74Ge 35,94 El Ge es estable con 42 neutrones
76Ge 7,44 El Ge es estable con 44 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos.

Características principales

Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, deleznable, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad.

Aplicaciones

Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado coste y en muchos casos se investiga su sustitución por materiales más económicos.

Historia

La propiedades del germanio (del latín Germania, Alemania) fueron predichas en 1871 por Dmitri Mendeleyev en función de su posición en la tabla periódica, elemento al que llamó eka-silicio. El alemán Clemens Winkler demostró en 1886 la existencia de este elemento, descubrimiento que sirvió para confirmar la validez de la tabla periódica habida cuenta de las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas:

Propiedad Ekasilicio Germanio
(Predichas, 1871) (Observadas, 1886)
Masa atómica 72 72,59
Densidad (g/cm³) 5,5 5,35
Calor específico (J/kg·K) 0,31 0,32
Punto de fusión (ºC) alto 960
Fórmula del óxido RO2 GeO2
Fórmula del cloruro RCl4 GeCl4
Densidad del óxido (g/cm³) 4,7 4,70
Punto de ebullición del cloruro (ºC) 100 86
Color gris gris

Abundancia y obtención

Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y ranierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbón, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de óxido (GeO2), se obtiene como subproducto de la obtención del cinc o de procesos de combustión de carbón (en Rusia y China se encuentra el proceso en desarrollo).

Las reservas demostradas, ligadas a minerales de cinc y plomo rondan Con pureza del 99,99%, para usos electrónicos se obtiene por refino mediante fusión por zonas resultando cristales de 25 a 35 mm usados en transistores y diodos; con esta técnica las impurezas se pueden reducir hasta 0,0001 ppm.

Evolución de la producción mundial de germanio refinado desde 1957.

El desarrollo de los transistores de germanio abrió la puerta a numerosas aplicaciones electrónicas que hoy son cotidianas. Entre 1950 y los primeros 70, la electrónica constituyó el grueso de la creciente demanda de germanio hasta que empezó a sustituirse por el silicio por sus superiores propiedades eléctricas. Actualmente la gran parte del consumo se destina a fibra óptica (cerca de la mitad), equipos de visión nocturna y catálisis en la polimerización de plásticos, aunque se investiga su sutitución por catalizadores más económicos. En el futuro es posible que se extiendan las aplicaciones electrónicas de las aleaciones silicio-germanio en sustitución del arseniuro de galio especialmente en las telecomunicaciones sin cable.

Isótopos

El germanio tiene cinco isótopos estables siendo el más abundante el Ge-74 (35,94%). Se han caracterizado 18 radioisótopos de germanio, siendo el Ge-68 el de mayor vida media con 270,8 días. Se conocen además 9 estados metaestables.

Precauciones

Algunos compuestos de germanio (tetrahidruro de germanio) tienen una cierta toxicidad en los mamíferos pero son letales para algunas bacterias.

Referencias

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   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr