Germaniu

Germaniu
Galiu ← Germaniu → Arsen Siliciu     72,63 32 Ge                                                                                                                                                                                                                                           Ge Staniu Tabelul complet • Tabelul extins
Informații generale
Nume, Simbol, Număr	Germaniu, Ge, 32
Serie chimică	metaloizi
Grupă, Perioadă, Bloc	14, 4, p
Densitate	5,32 kg/m³
Culoare	alb-cenușiu
Număr CAS	7440-56-4
Număr EINECS
Proprietăți atomice
Masă atomică	72,59 u
Rază atomică	122 pm
Rază de covalență	122 pm
Rază van der Waals	211 pm
Configurație electronică	[Ar] 3d10 4s2 4p2
Electroni pe nivelul de energie	2, 8, 18, 4
Număr de oxidare	4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Oxid
Structură cristalină	diamant cubic
Proprietăți fizice
Fază ordinară	solid
Punct de topire	938,25 °C, 1.211,40 K
Punct de fierbere	2833 °C, 3.106,15 K
Energie de fuziune	36,94 kJ/mol
Energie de evaporare	334 kJ/mol
Temperatură critică	K
Presiune critică	Pa
Volum molar	23,322 m³/kmol
Presiune de vapori
Viteza sunetului	m/s la 20 °C
Forță magnetică
Informații diverse
Electronegativitate (Pauling)	1,8
Căldură specifică	J/(kg·K)
Conductivitate electrică	1 S/m
Conductivitate termică	60,2 W/(m·K)
Prima energie de ionizare	762 kJ/mol
A 2-a energie de ionizare	1537,5 kJ/mol
A 3-a energie de ionizare	3302,1 kJ/mol
A 4-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_4}}} kJ/mol
A 5-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_5}}} kJ/mol
A 6-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_6}}} kJ/mol
A 7-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_7}}} kJ/mol
A 8-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_8}}} kJ/mol
A 9-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_9}}} kJ/mol
A 10-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_10}}} kJ/mol
Cei mai stabili izotopi
Simbol AN T1/2 MD Ed PD MeV 68Ge sintetic 270,8 zile ε - 68Ga 70Ge 21,23 % stabil - - - stabil cu 38 neutroni 71Ge sintetic 11,26 zile ε - 72Ge 27,66 % stabil - - - stabil cu 40 neutroni 73Ge 7,73 % stabil - stabil cu 41 neutroni 74Ge 35,94 % stabil - - - stabil cu 42 neutroni 76Ge 7,44 % 1,78 × 1021 zile β-β- - 76Se
Precauții
NFPA 704
Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Germaniul este un element chimic, notat cu simbolul Ge, al cărui număr atomic este 32. Este un metaloid lucios, dens, de culoare gri, ce posedă proprietăți chimice similare cu staniul și siliciul. Germaniul pur este un semiconductor, având un aspect similar cu siliciul. Germaniul reacționează cu oxigenul, formând numeroși compuși, fiind astfel mult prea reactiv pentru a fi găsit în stare nativă pe Pământ.

Datorită concentrației sale reduse în componența mineralelor, descoperirea germaniului a avut loc târziu. Germaniul ocupă locul 50 ca și abundență în compoziția scoarței terestre. In 1869, Dmitri Mendeleev a prezis existența elementului, precum și unele proprietăți ale acestuia pe baza poziției sale in Tabelul periodic, numindu-l ekasiliciu. Aproape două decenii mai târziu, Clemens Winkler descoperă germaniul (alături de argint si sulf), în argirodit. Deși acest element semăna cu arsenul și stibiul ca și aspect, proprietățile sale chimice de combinare confirmau proprietățile similare cu siliciul, confirmând astfel predicția lui Mendeleev. Winkler va numit elementul după țara sa, Germania. În zilele noastre, germaniul este extras în principal din sfalerit (principalul minereu al zincului), cu toate că germaniul mai poate fi extras din minereuri de argint, plumb și cupru.

Germaniul metalic este utilizat ca și semiconductor în tranzistori, precum și alte dispozitive electronice. Primul deceniu al electronicii s-a bazat pe utilizarea germaniului ca și element constituent al tranzistorilor. Cu toate acestea, în prezent, doar 2% din producția de germaniu este alocată acestui domeniu, unde siliciul de puritate înaltă este preponderent utilizat. Utilizările curente ale germaniului includ încorporarea sa în sistemele de fibră optică și celule solare. Compușii germanici sunt de asemenea utilizați ca și catalizatori, precum și materiale pentru nanofire. Acest element formează o gamă largă de compuși organometalici, precum tetraetilgermanul, de asemenea util în chimia organometalică.

Acest element nu are o funcție vitală pentru organisme, iar unii compuși organici ai germaniului au fost testați ca și posibile produse farmaceutice, însă fără nici un rezultat. Similar cu siliciul și aluminiul, compușii germanici tind să fie insolubili în apă, având astfel un potențial scăzut de toxicitate orală. Cu toate acestea, sărurile sintetice de germaniu sunt compuși nefrotoxici, iar compușii sintetici ai germaniului cu halogenii și hidrogenul devin toxine și au proprietăți iritante.

Istoric

Articol principal: Istoria tranzistorului.

Mostre de compuși ai germaniului preparate de descoperitorul elementului, Clemens Winkler

În raportul său Legea Periodică a Elementelor Chimice din 1869, chimistul rus Dmitri Ivanovich Mendeleev a prezis existența unor elemente chimice necunoscute, inclusiv cea a unui element care ar fi completat un loc vacant în grupa carbonului din Tabelul Periodic al Elementelor, plasat între siliciu și staniu. Datorită poziției în Tabelul Periodic, Mendeleev a numit elementul ekasilicon (Es), estimându-i greutatea atomică la valoarea de 72.0.

La mijlocul anului 1885, la o mină aflată lângă Freiberg, Saxony, un nou mineral a fost descoperit, fiind numit argirodit datorită conținutului înalt de argint. Chimistul Clemens Winkler a analizat acest nou mineral, care s-a dovedit a fi o combinație de argint, sulf și un nou element; acesta va fi izolat de Winkler în 1886, determinându-se caracteristici similare cu cele ale stibiului. Înainte de publicarea rezultatelor privind noul element, Winkler a decis ca elementul să fie numit neptunium, din moment ce recenta descoperire a planetei Neptun în 1846 a fost anunțată de predicții matematice. Cu toate acestea, numele de "neptuniu" a fost deja stabilit unui alt element (cu toate că nu este adresat elementului ce poartă numele de neptuniu, descoperit în 1940). Ca urmare, Winkler numește noul element germanium (din latinescul Germania) în onoarea țării sale. Argiroditul a fost dovedit empiric a avea formula Ag₈GeS₆.

Deoarece acest nou element prezenta anumite similarități cu arsenul și stibiul, se avea în vedere plasarea acestuia la locul său potrivit, dar similaritățile cu "ekasilicon" a confirmat acel loc. Pe baza a 500 kg de minereu din minele Saxoniei, Winkler a reușit să confirme proprietățile chimice ale noului element în 1887. Totodată a determinat masa atomică de 72.32 prin analiza tetraclorurii de germaniu (GeCl
4), în timp ce Lecoq de Boisbaudran a ajuns la valoarea de 72.3 pe baza comparației liniior spectrale ale elementului.

Winkler a reușit să prepare câțiva compuși noi ai germaniului, inclusiv fluoruri, cloruri, sulfuri, dioxid de germaniu și tetraetilgerman (Ge(C₂H₅)₄), primul organogerman. Informațiile fizice ale acestor compuși - care echivalau cu predicțiile lui Mendeleev- au făcut ca această descoperire să fie o validare importantă a ideii lui Mendeleev de periodicitate a elementelor. Mai jos, se poate observa o comparație între informațiile prezise și cele stabilite de Winkler:

Proprietate	Ekasilicon	Germaniu
masa atomică	72.64	72.59
densitate (g/cm3)	5.5	5.35
punct de topire (°C)	înalt	947
culoare	gri	gri
tipul de oxid	dioxid refractor	dioxid refractor
densitatea oxidului (g/cm3)	4.7	4.7
activitatea oxidului	ușor bazică	ușor bazică
punctul de fierbere al clorurii (°C)	sub 100	86 (GeCl4)
densitatea clorurii (g/cm3)	1.9	1.9

Bibliografie

• D. Marian, Metale de înaltă puritate, Editura Tehnică, 1988

Legături externe

• ro Germaniul pe sistemul-periodic.go.ro