Germanio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | germanio, Ge, 32 | ||||||||
| Serie chimica | metalloidi | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 14 (IVA), 4 , p | ||||||||
| Densità, Durezza | 5323 kg/m3, 6 | ||||||||
| Aspetto | bianco-grigiastro |
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| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 72,64 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 125 (125) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 122 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Ar]3d10 4s2 4p2 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 4 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 4 (anfotero) | ||||||||
| Struttura cristallina | cubica a facce centrate | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 1211,4 K (938,3°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 3093 K (2820°C) | ||||||||
| Volume molare | 13,63×10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 330,9 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 36,94 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 0,0000746 Pa a 1210 K | ||||||||
| Velocità del suono | 5400 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 2,01 (Scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 320 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 1,45/(m·ohm) | ||||||||
| Conducibilità termica | 59,9 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 762 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1537,5 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 3302,1 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 4411 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quinta ionizzazione | 9020 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 70Ge | 21,23% | Ge è stabile con 38 neutroni | |||||||
| 72Ge | 27,66% | Ge è stabile con 40 neutroni | |||||||
| 73Ge | 7,73% | Ge è stabile con 41 neutroni | |||||||
| 74Ge | 35,94% | Ge è stabile con 42 neutroni | |||||||
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iso = isotopo |
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Il germanio è l'elemento chimico di numero atomico 32. Il suo simbolo è Ge. È un metalloide lucido, duro, bianco-argenteo dal comportamento chimico simile a quello dello stagno; come esso, forma un gran numero di composti organometallici. Venne largamente usato per la fabbricazione di transistors nel passato, grazie alle sue proprietà di semiconduttore.
Indice |
[modifica] Caratteristiche
Il germanio ha un aspetto metallico lucido, e la stessa struttura cristallina del diamante. Inoltre è importante notare che tale elemento è un semiconduttore, con proprietà intermedie fra quelle di un conduttore e di un isolante. Allo stato puro, il germanio è cristallino, fragile e mantiene il suo aspetto lustro se esposto all'aria a temperatura ambiente. Tecniche di raffinamento a zona hanno permesso la creazione di germanio cristallino per semiconduttori con solo una parte di impurità su 10 milioni.
[modifica] Storia
Nel 1871 il germanio (dal latino Germania) fu uno degli elementi di cui Dmitri Mendeleev predisse l'esistenza; poiché nella sua tavola periodica la casella dell'analogo del silicio era vuota, egli predisse che si sarebbe trovato un nuovo elemento che in via provvisoria battezzò ekasilicio. L'elemento in questione fu più tardi scoperto da Clemens Winkler nel 1886. Questa scoperta fu una importante conferma dell'idea di Mendeleev della periodicità degli elementi.
| Proprietà | Ekasilicio | Germanio |
|---|---|---|
| massa atomica | 72 | 72.59 |
| densità (g/cm3) | 5.5 | 5.35 |
| punto di fusione (°C) | alto | 947 |
| colore | grigio | grigio |
Lo sviluppo del transistor al germanio aprì la porta ad infinite applicazioni dell'elettronica allo stato solido: dal 1950 fino al 1970 circa il mercato del germanio per semiconduttori crebbe costantemente. Durante gli anni '70 venne gradualmente sostituito dal silicio, le cui prestazioni come semiconduttore sono superiori anche se richiede cristalli molto più puri, che non potevano essere fabbricati facilmente nei primi anni del dopoguerra. Nel frattempo aumentò moltissimo la domanda di germanio per fibre ottiche per reti di comunicazioni, per sistemi di visione notturna agli infrarossi e catalizzatori per reazioni di polimerizzazione; questi tre usi hanno rappresentato l'85% del consumo mondiale di germanio nel 2000.
[modifica] Applicazioni
Diversamente dalla maggior parte dei semiconduttori, il germanio ha un piccolo intervallo di banda proibita, cosa che gli permette di rispondere in modo efficiente anche alla luce infrarossa. Viene quindi usato nella spettroscopia infrarossa e in altri equipaggiamenti ottici che necessitano di rivelatori di infrarossi estremamente sensibili. L'indice di rifrazione e le proprietà di dispersione del suo ossido nelle lenti degli obiettivi grandangolari delle macchine fotografiche e dei microscopi.
I transistor al germanio sono ancora utilizzati negli amplificatori per chitarra elettrica dai musicisti che vogliono ricreare il carattere autentico degli amplificatori dei primi tempi del rock and roll.
La lega germaniuro di silicio (SiGe) sta diventando rapidamente un importante materiale semiconduttore per l'uso in circuiti integrati ad alta velocità: i circuiti integrati basati su giunzioni Si-SiGe possono essere molto più veloci di quelli che usano solo silicio.
Altri usi:
- Come agente legante;
- Come fosforo in lampade fluorescenti;
- Come catalizzatore.
Alcuni composti del germanio hanno una bassa tossicità per i mammiferi ma molto alta per certi batteri: sono perciò stati creati medicinali basati su tali composti.
[modifica] Disponibilità
Il germanio si trova nell'argirodite (solfuro di germanio e argento); ma anche nel carbone, nella germanite, in minerali di zinco e in altri minerali ancora.
Il germanio si ricava commercialmente dalla polvere di lavorazione dei minerali di zinco e dai sottoprodotti di combustione di certi tipi di carbone. Una grande riserva di germanio è costituita, in effetti, dalle miniere di carbone.
Questo metalloide si può estrarre anche da altri minerali per distillazione frazionata del suo tetracloruro volatile. Questa tecnica permette la produzione di germanio ultrapuro. Nel 1997 il costo commerciale del germanio è stato di 3 dollari americani al grammo. Nel 2000 il prezzo del germanio era 1,15 dollari al grammo (o di 1.150 dollari per chilogrammo).
