Germânio

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Pix.gif Germânio Stylised Lithium Atom.svg
GálioGermânioArsênio
Si
  Cubic-face-centered.svg
 
32
Ge
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Ge
Sn
Tabela completaTabela estendida
Aparência
branco acinzentado


Pedaço de 12 gramas de germânio policristalino, 2cm3
Informações gerais
Nome, símbolo, número Germânio, Ge, 32
Série química Semimetal
Grupo, período, bloco 14, 4, p
Densidade, dureza 5323 kg/m3, 6,0
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica 72,64 u
Raio atómico (calculado) 122 pm
Raio covalente 122 pm
Raio de Van der Waals 211 pm
Configuração electrónica [Ar] 3d10 4s2 4p2
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 4 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4 (óxido anfótero)
Óxido
Estrutura cristalina cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1211,40 K
Ponto de ebulição 3106 K
Entalpia de fusão 36,94 kJ/mol
Entalpia de vaporização 334 kJ/mol
Temperatura crítica  K
Pressão crítica  Pa
Volume molar 13,63×10−6 m3/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 1644 K
Velocidade do som 5400 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie  K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 2,01
Calor específico 320 J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 59,9 W/(m·K)
Potencial de ionização 762 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1537,5 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3302,1 kJ/mol
4º Potencial de ionização 4411 kJ/mol
5º Potencial de ionização 9020 kJ/mol
6º Potencial de ionização kJ/mol
7º Potencial de ionização kJ/mol
8º Potencial de ionização kJ/mol
9º Potencial de ionização kJ/mol
10º Potencial de ionização kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
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 (566 prótons e 566 elétrons) com massa atómica 72u. À temperatura ambiente, o germânio encontra-se no estado sólido. É um metal 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[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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:

Abundância e obtenção[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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.

Compostos binários com Calcogênios outros elementos também são conhecidos, como o dissulfeto GeS2 o disseleneto 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[editar | editar código-fonte]

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

Referências[editar | editar código-fonte]