Germânio

Na corrida de inovações tecnológicas, a comunicação não ficou para trás. Na necessidade cada vez maior de aumento de capacidade de tráfego de voz, imagem e dados de alta velocidade, novos conceitos tecnológicos têm surgido.

• O germânio é um elemento químico de símbolo Ge , número atômico 32 (32 prótons e 32 elétrons) com massa atômica 72 u. 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 Mendeleev, 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 Si Ge 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 câmera 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.

• Compostos binários com Calcogênios outros elementos também são conhecidos, como o dissulfeto GeS2 o disseleneto GeSe2, e o monos sulfeto 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.

Cabos de fibra óptica estão substituindo fios de cobre para aumentar a velocidade 

de transmissão de informação digital.