Germânio

iso	AN	Meia-vida	MD	Ed	PD
iso	AN	Meia-vida	MD	MeV	PD
⁶⁸Ge	sintético	270,8 d	ε		⁶⁸Ga
⁷⁰Ge	21,23%	estável com 38 neutrões
⁷¹Ge	sintético	11,26 d	ε		⁷¹Ga
⁷²Ge	27,66%	estável com 40 neutrões
⁷³Ge	7,73%	estável com 41 neutrões
⁷⁴Ge	35,94%	estável com 42 neutrões
⁷⁶Ge	7,44%	1,78×10²¹ a	2β⁻		⁷⁶Se

Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O germânio é um elemento químico de símbolo Ge , número atômico 32 (32 prótons e 32 elétrons) com massa atómica 72u. À temperatura ambiente, o germânio encontra-se no estado sólido. É um semimetal pertencente ao grupo 14 (IVA) da Classificação Periódica dos Elementos.

Descoberto em 1886 pelo químico alemão Clemens Winkler quando analisava um minério de Freiberg, da Saxônia, o germânio teve, no entanto sua existência prevista 15 anos antes por Mendeleiev, que o chamou aca-silício. As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e em muitos casos estuda-se a sua substituição por materiais mais econômicos. Sua aplicação principal é como semicondutor em eletrônica, produção de fibras ópticas e equipamentos de visão noturna.

Características principais

O germânio é um metal sólido, duro, cristalino, de coloração branco acinzentada, lustroso, quebradiço, que conserva o brilho em temperaturas ordinárias. Apresenta a mesma estrutura cristalina do diamante e resiste à ação dos ácidos e álcalis.

Forma grande número de compostos organolépticos e é um importante material semicondutor utilizado em transístores e fotodetetores. Diferentemente da maioria dos semicondutores, o germânio tem uma pequena banda proibida (band gap) respondendo de forma eficaz a radiação infravermelha e pode ser usado em amplificadores de baixa intensidade.

Aplicações

As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e em muitos casos estuda-se a sua substituição por materiais mais econômicos. Os principais usos são:

Fibra óptica.
Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade.
Óptica de infravermelhos: espectroscópios, sistemas de visão noturna e outros equipamentos.
Lentes, com alto índice de refração, de ângulo amplo e para microscópios.
Em joias é usado uma liga metálica de Au com 12% de germânio.
Como elemento endurecedor do alumínio, magnésio e estanho.
Em quimioterapia.
O tetracloreto de germânio é usado como catalisador na síntese de polímeros (PET).
Foi usado enquanto germanato de bismuto no tipo de camera gama utilizada nos anos 80, em medicina nuclear.

Abundância e obtenção

Os únicos minerais rentáveis para a extração do germânio são a germanita (69% de germânio) e ranierita (7-8% do elemento); além disso está presente no carvão, na argirodita e outros minerais. A maior quantidade, em forma de óxido (GeO₂), se obtém como subproduto da obtenção do zinco ou de processos de combustão de carvão (na Rússia e na República Popular da China se encontra em processo de desenvolvimento).

É separado dos outros metais existentes no mineral transformando-o em GeCl₄ volátil. O tetracloreto obtido é hidrolisado em óxido de germânio (GeO₂) que, através de hidrogênio ou carvão roxo é reduzido obtendo-se o germânio. Com pureza de 99,99%, para usos eletrônicos, é obtido por refinação mediante a fusão fracionada resultando cristais de 25 a 35 mm usados em transístores e díodos; com esta técnica as impurezas podem ser reduzidas até a 0,0001 ppm.

O desenvolvimento dos transístores de germânio abriu a porta a numerosas aplicações eletrônicas que atualmente são quotidianas. Entre 1950 e os primeiros anos da década de 70, a eletrônica foi a principal responsável pela crescente demanda de germânio, até a substituição pelo silício com propriedades elétricas superiores. Atualmente, grande parte do consumo é destinada para a produção de fibras ópticas (cerca da metade), equipamentos de visão noturna e como catalisador na polimerização de plásticos, embora haja estudos para substituí-lo por catalisadores mais econômicos.

Propriedades químicas

O germânio elementar se oxida lentamente para GeO₂ a 250°C. É insolúvel em ácidos diluídos e álcalis, mas se dissolve lentamente em ácido sulfúrico concentrado e reage violentamente com bases fundidas para produzir germanatos (GeO₃^-2). O germânio ocorre principalmente no estado de oxidação +4, embora sejam conhecidos muitos compostos com o estado de oxidação +2. [31] Outros estados de oxidação são raros, tais como o +3 encontrado em compostos tais como Ge₂Cl₆, e 3 e 1 observada na superfície de óxidos, ou estados de oxidação negativos em germanos, como o nox -4 no GeH₄. Ânions Clusters de germânio (íons Zintl), tais como Ge₄²⁻, Ge₉⁴⁻, Ge₉²⁻, [(Ge₉)₂]⁶⁻ foram preparados por extração a partir de ligas contendo metais alcalinos e germânio em amônia líquida na presença de etilenodiamina ou uma criptando. Os estados de oxidação do elemento nestes íons não são inteiros, semelhante ao ozonídeos, O₃^-.

Dois óxidos de germânio são conhecidos: dióxido de germânio (GeO₂, germânia) e monóxido de germânio (GeO). O dióxido GeO₂ pode ser obtido por ustulação do sulfeto de germânio (GeS₂), e é um pó branco que é ligeiramente solúvel na água, mas reage com álcalis para formar germanatos. O monóxido de germânio ou óxido germanoso pode ser obtido pela reação de GeO₂ com germânio elementar a alta temperatura. O GeO₂ (e os óxidos relacionados e germanatos) exibem a propriedade incomum de ter um alto índice de refração para a luz visível, mas transparência à luz infravermelha. O germanato de bismuto, Bi₄Ge₃O₁₂, (BGO) é usado como um cintilador. GeSe₂, e o monossulfeto GeS, o seleneto GeSe, e o telureto GeTe. GeS₂ se forma como um precipitado branco quando o sulfeto de hidrogênio é passado através de soluções fortemente ácidas contendo Ge(IV). O dissulfeto é apreciavelmente solúvel em água e em soluções de álcalis cáusticos ou sulfetos alcalinos. No entanto, não é solúvel em água ácida, o que permitiu a Winkler descobrir o elemento. Ao aquecer o dissulfeto em uma corrente de hidrogênio, o monosulfeto GeS é formado, que sublima em chapas finas de cor escura e brilho metálico, e é solúvel em soluções de álcalis cáusticos. Após a fusão com carbonatos alcalinos e compostos de enxofre,formam-se sais de germânio conhecidos como tiogermanatos.

Precauções

Alguns compostos de germânio (tetracloreto de germânio) apresentam uma certa toxicidade nos mamíferos, porém são letais para algumas bactérias.

Ligações externas

Enciclopedia libre (em castelhano)
USGS - Estatísticas sobre o germânio (produção, consumo e preços)