Germani

Germani
	32Ge
	gal·li ← germani → arsènic
Aspecte
	Blanc grisós; Fitxer:Polycrystalline-germanium.jpg; Un bloc policristal·lí de 12 grams (2x3 cm) de Ge amb superfícies exfoliades irregularment; ; Fitxer:Germanium spectrum visible.png; Línies espectrals del germani
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; 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
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 ; Error creant la miniatura:
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

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

Fitxer:GermaniumUSGOV.jpg

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, la 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'arseniür 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

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Germani

↑ 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)

[1] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81sa edició, CRC press.

[ioffe-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 «Properties of Germanium». Ioffe Institute.

[1]

[2]