Il germanio ha numero atomico 32 , appartiene al Gruppo 14 della tavola periodica, ha configurazione elettronica [Ar] 3d10, 4s2, 4p2 e si trova nel gruppo del carbonio tra il silicio e lo stagno.
E’ solido a temperatura ambiente, duro, fragile, lucido, di colore bianco-grigio.
Proprietà
E’ un semimetallo con proprietà chimico-fisiche simili a quelle del silicio ed è utilizzato come semiconduttore nei transistor e nei circuiti integrati quando viene drogato con piccole quantità di arsenico, gallio, indio, antimonio e fosforo.
Quando il germanio viene colpito da fotoni aventi un’energia maggiore di 11.2 keV il cristallo diventa fluorescente ed emette un fotone avente un’energia di 9.9 keV.
E’ un elemento abbastanza raro e si trova in natura nella argirodite 4 Ag2S ·GeS oltre che nella germanite. Chimicamente è simile al silicio, ma alquanto più reattivo.
Nel 1886 il chimico tedesco Clemens Winkler scoprì il germanio mentre analizzava l’argirodite. Trovò che conteneva oltre all’argento e allo zolfo anche un altro nuovo elemento che isolò notando analogie con l’antimonio e l’arsenico.
Quando si prese in considerazione dove, questo nuovo elemento dovesse essere posizionato nella tavola periodica si rilevò che esso presentava analogie con l’elemento di cui Mendeleev aveva previsto l’esistenza nel 1871 (simbolo Es) e che aveva chiamato ekasilicio e pertanto non si ebbe più alcun dubbio.
Per mostrare il genio del Padre della Chimica Mendeleev si riportano le proprietà predette per l’elemento sconosciuto rispetto a quelle determinate sperimentalmente
Tabella
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Proprietà chimico-fisiche |
Predette nel 1871 da Mendeleev |
Proprietà del germanio scoperto nel 1886 |
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Peso atomico |
Circa 72 |
72.59 |
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Aspetto |
Grigio scuro |
Grigio |
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Densità |
5.5 g/cm3 |
5.47 g/cm3 |
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Punto di fusione |
Alto |
958 °C |
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Proprietà chimiche |
Viene attaccato debolmente da HCl, non reagisce con NaOH |
Non viene attaccato da HCl, non reagisce con NaOH |
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Come l’elemento può essere isolato |
Per reazione di K2EsF6 con sodio metallico o con un suo ossido |
Per reazione di K2GeF6 con sodio metallico |
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Calore specifico |
0.31 J/g°C |
0.32 J/g°C |
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Formula dell’ossido e suo metodo di ottenimento |
EsO2 ottenuto per riscaldamento in presenza di ossigeno |
GeO2 ottenuto per riscaldamento in presenza di ossigeno |
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Densità dell’ossido |
4.7 g/cm3 |
4.70 g/cm3 |
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Punto di fusione dell’ossido |
Alto |
1100°C |
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Reazione dell’ossido con acqua |
Forma un composto idrato, solubile in ambiente acido e facilmente riprecipitabile |
Forma Ge(OH)4 solubile in ambiente acido e riprecipitabile per aggiunta di una base |
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Formula del cloruro |
ECl4 |
GeCl4 |
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Formula del solfuro |
EsS2 |
GeS2 |
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Proprietà del solfuro |
Insolubile in acqua ma solubile in solfuro di ammonio |
Insolubile in acqua ma solubile in solfuro di ammonio |
Il germanio ha numero di ossidazione +4 anche se in alcuni composti ha numero di ossidazione +2. Raramente ha numero di ossidazione +3 in composti come Ge2Cl6 o -4 come nell’idruro di germanio GeH4 noto anche come germano.
L’elemento si ottiene riscaldando il minerale con acido cloridrico e separando per distillazione il tetracloruro GeCl4. Questo viene idrolizzato in acqua a biossido GeO2 che viene ridotto con idrogeno o carbone.
Composti
L’elemento si ossida lentamente a GeO2 a 250 °C. Il biossido di germanio può essere ottenuto per arrostimento del solfuro di germanio GeS2 . Esso non ha carattere basico ma si scioglie in acidi alogenidrici per dare GeX4. Esiste in due forme cristalline: a basse temperature ha struttura tipo rutilo, mentre ad alte temperature ha struttura tipo cristobalite.
Il biossido di germanio non si scioglie negli acidi, impartisce debole reazione acida all’acqua e si scioglie nelle basi dando germanati di cui si conoscono vari anioni che ricordano i silicati: metagermanato GeO32- e digermanato Ge2O52-.
Il monossido di germanio può essere ottenuto ad alta temperatura dalla reazione tra GeO2 e Ge. Il germanio si scioglie in agenti ossidanti quali l’acido solforico concentrato e a caldo e acqua ossigenata e reagisce violentemente con alcali fusi per dare i germanati GeO32-. Trattando i germanati con acidi o idrolizzando i tetralogenuri precipita un gel di ossido idrato GeO2 · n H2O; anche in questo il comportamento del germanio è simile a quello del silicio.
Si ottengono germaniuri fondendo germanio con elementi metallici elettropositivi come ad esempio:
Ge + 2 Mg → Mg2Ge
Il germanio può essere ottenuto dalla reazione di tetracloruro di germanio con litio alluminio idruro secondo la reazione:
GeCl4 + LiAlH4 → GeH4 + LiCl + AlCl3
I tetralogenuri di germanio GeX4 si ottengono per sintesi diretta degli elementi; il fluoruro si ottiene anche per di acido fluoridrico sul biossido:
GeO2 + 4 HF → GeF4 + 2 H2O
Sono noti anche i dialogenuri GeX2 che si ottengono scaldando i tetralogenuri con germanio elementare; sono tutti molto instabili e quindi molto reattivi. Il germanio dà aloanioni complessi notevolmente stabili del tipo GeF62-.