Element químic germani

Germani (Ge), un element químic entre silici i estany del grup 14 (IVa) de la taula periòdica, un metaloide gris platejat, intermedi en propietats entre els metalls i els no metalls. Tot i que el germani no va ser descobert fins al 1886 per Clemens Winkler, químic alemany, la seva existència, propietats i posició en el sistema periòdic havia estat prevista el 1871 pel químic rus Dmitry Ivanovich Mendeleyev, que va anomenar l'element hipotètic ekasilicon. (El nom germanium deriva de la paraula llatina Germania [Alemanya] i va ser donat a l’element per Winkler.) Germanium no va esdevenir econòmicament significatiu fins després de 1945, quan es van reconèixer les seves propietats com a semiconductor com a de valor en l’electrònica. Actualment també s’utilitzen moltes altres substàncies com a semiconductors, però el germani continua essent primordial en la fabricació de transistors i components per a dispositius com ara rectificadors i fotocèl·lules.

element del grup de carboni

(C), silici (Si), germani (Ge), estany (Sn), plom (Pb) i flerovi (Fl).

En base al pes, el germani és un element escàs però no extremadament rar (aproximadament 1,5 parts per milió) a l'escorça de la Terra, igualant en abundància el berili, el molibdè i el cesi i que supera els elements d'arsènic, cadmi, antimoni i mercuri.. En el cosmos, l’abundància atòmica de germani és de 50,5 (basada en Si = 1 × 10 ⁶), un valor aproximadament igual als del criptó i el zirconi i només lleugerament inferior al del seleni. L’abundància còsmica és molt inferior a la d’un nombre d’elements més pesats; per exemple, brom, estronci, estany, bari, mercuri i plom. Tots els elements de càrrega nuclear més baixa que el germani, excepte el beril, el boro, l'escàndol i el gali, són cosmèticament més abundants que el germani. Cosmicament, es creu que el germani és un dels molts elements formats per l'absorció de neutrons després dels processos inicials de combustió d'hidrogen i heli i d'absorció de partícules d'alfa.

El germani té una àmplia distribució en la naturalesa, però és massa reactiu per produir-se lliure. Els minerals primaris inclouen argirodita (de la qual es va aïllar per primera vegada), germanita, renierita i canfieldita, totes elles rares; només el germanità i la renierita s'han utilitzat com a fonts comercials per a l'element. Es poden trobar quantitats de germani en algunes barreges de zinc, en minerals sulfídics de coure i arsènic, i en carbons, aquest últim possiblement conseqüència de la concentració de l’element per plantes del Període Carbonífer en la història geològica. Se sap que algunes plantes actuals concentren el germani. Tant els concentrats de procés de zinc com les cendres i cendres de les instal·lacions de combustió proporcionen fonts comercials de germani.

En el refinament del germani, els residus de baix grau obtinguts dels seus minerals es tracten amb àcid clorhídric fort, i el tetraclorur de germani resultant es destil·la, es purifica per repetida redistilació i s’hidrolitza per formar diòxid de germani, que després es redueix per hidrogen a una forma de pols. del metall que es fon a una temperatura d'aproximadament 1.100 ° C (en una atmosfera inerta) i es posa en lingots o billets.

L’element és trencadís que no pas dúctil; els àtoms dels seus cristalls estan disposats igual que els àtoms de carboni del diamant. Les característiques elèctriques i semiconductores del germani són comparables a les del silici. No l’ataca l’aire a temperatura ambient, però s’oxida a 600 ° -700 ° C (1.100 ° –1.300 ° F) i reacciona ràpidament amb els halògens per formar tetrahalides. Entre els àcids, només l’àcid nítric o sulfúric concentrat o aqua regia (una barreja d’àcids nítrics i àcids clorhídrics) ataquen apreciablement el germani. Tot i que les solucions aquàtiques aquoses produeixen poc efecte sobre ell, el germani es dissol ràpidament en hidròxid de sodi foscat o hidròxid de potassi, formant així els respectius germanats.

L’alemany forma estats d’oxidació estables de +2 i +4, sent els compostos més estables i nombrosos. Els dos compostos més importants del germani són el diòxid (GeO ₂) i el tetraclorur (GeCl ₄). Els germanats, formats per l'escalfament del diòxid amb òxids bàsics, inclouen el germanat de zinc (Zn ₂ GeO ₄), utilitzat com a fòsfor (una substància que emet llum quan es fa energia per radiació). El tetraclorur, ja esmentat com a intermediari en l'obtenció de germani a partir de les seves fonts naturals, és un líquid incolor volàtil que es congela a uns -50 ° C (-58 ° F) i bull a 84 ° C (183,2 ° F).

Per a ús en dispositius electrònics, els lingots o billets de germani requereixen una purificació addicional, que normalment es fa amb la tècnica de perfeccionament de la zona. Aleshores, el germen altament pur es fon i es "dopa" mitjançant l'addició de quantitats minses d'arsènic, gali o altres elements per produir les característiques electròniques desitjades. Finalment, es generen cristalls únics a partir de la fosa a temperatures controlades amb cura, utilitzant com a nucli un cristall de llavors. Els cristalls individuals de germani es conreen en una atmosfera de nitrogen o heli a partir del material fos. A continuació, es transformen en semiconductors en ser dopats (en infusió) amb àtoms donants d’electrons o acceptants, ja sigui mitjançant la incorporació de les impureses a la fosa durant el creixement del cristall o per la difusió de les impureses al cristall després d’haver-se format.

Els compostos de germani en què el germani està en estat d’oxidació +2 es caracteritzen bé com a sòlids i, en general, s’oxiden fàcilment. El germani elemental es pot electrodepositar a partir de moltes solucions i fusions dels seus compostos. És d'interès que tan sols un mil·ligram de germani dissolt per litre interfereixi greument amb l'electrodeposició de zinc.

A més de les seves aplicacions en dispositius electrònics, el germani s'utilitza com a component d'aliatges i en fòsfors per a làmpades fluorescents. Com que el germani és transparent a la radiació infraroja, s’utilitza en equips utilitzats per detectar i mesurar aquesta radiació, com ara finestres i lents. L’elevat índex de refracció de diòxid de germani la fa valuosa com a component de les ulleres utilitzades en dispositius òptics, com les lents d’angle gran per a càmeres i objectius del microscopi. La toxicologia del germani i els seus compostos està mal definida.

Els cinc isòtops estables de germani es donen en les quantitats relatives següents: germani-70, 20,5 per cent; germani-72, 27,4 per cent; germani-73, 7,8 per cent; germani-74, 36,5 per cent; i el germani-76, el 7,8 per cent. S'han informat nou isòtops radioactius.

Propietats dels elements

nombre atòmic	32
pes atòmic	72.59
punt de fusió	937,4 ° C (1.719.3 ° F)
punt d'ebullició	2,830 ° C (5.130 ° F)
densitat	5,323 g / cm ³
estats d’oxidació	+2, +4
configuració d’electrons.	1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ²