Datos sobre el germanio para niños

Un trozo de germanio

El germanio es un elemento químico. Su símbolo químico es Ge. Su número atómico es 32. Fue descubierto por Clemens Winkler. Es un metaloide brillante, duro y de color blanco plateado. La química del germanio es bastante parecida a la del estaño. El germanio forma un gran número de compuestos organometálicos. Es un importante material semiconductor utilizado en los transistores.

Producción

Renierita

En 2011 se produjeron unas 118 toneladas de germanio en todo el mundo, principalmente en China (80 t), Rusia (5 t) y Estados Unidos (3 t). El germanio se recupera como subproducto de los minerales de zinc de esfalerita, donde se concentra en cantidades de hasta el 0,3%, especialmente en depósitos masivos de Zn-Pb-Cu(-Ba) alojados en sedimentos de baja temperatura y en depósitos de Zn-Pb alojados en carbonatos. Según un estudio reciente, al menos 10.000 t de germanio extraíble están contenidas en las reservas conocidas de zinc, en particular las alojadas en yacimientos del tipo Mississippi-Valley, mientras que al menos 112.000 t se encontrarán en las reservas de carbón. En 2007, el 35% de la demanda se cubrió con germanio reciclado.

Aunque se produce principalmente a partir de la esfalerita, también se encuentra en minerales de plata, plomo y cobre. Otra fuente de germanio son las cenizas volantes de las centrales eléctricas alimentadas por depósitos de carbón que contienen germanio. Rusia y China utilizan esta fuente de germanio. Los depósitos de Rusia se encuentran en el extremo oriental de la isla de Sajalín y al noreste de Vladivostok. Los depósitos de China se encuentran principalmente en las minas de lignito cerca de Lincang, Yunnan; también se extrae carbón cerca de Xilinhaote, Mongolia Interior.

Aplicaciones

Una típica fibra óptica monomodo. El óxido de germanio es un dopante del núcleo de sílice (elemento 1).
1. Núcleo 8 µm
2. Revestimiento 125 µm
3. Tampón 250 µm
4. Cubierta 400 µm

Los principales usos finales del germanio en 2007, a nivel mundial, se estimaron en: 35% para fibra óptica, 30% para óptica infrarroja, 15% para catalizadores de polimerización y 15% para aplicaciones electrónicas y eléctricas solares. El 5% restante se destinó a usos como los fósforos, la metalurgia y la quimioterapia.

Optica

Las propiedades más destacadas de la germania (GeO2) son su alto índice de refracción y su baja dispersión óptica. Esto la hace especialmente útil para las lentes de las cámaras de gran angular, la microscopía y la parte central de las fibras ópticas. Ha sustituido a la titania como dopante de la fibra de sílice, eliminando el tratamiento térmico posterior que hacía que las fibras fueran frágiles. A finales de 2002, la industria de la fibra óptica consumía el 60% del uso anual de germanio en Estados Unidos, pero esto supone menos del 10% del consumo mundial. El GeSbTe es un material de cambio de fase que se utiliza por sus propiedades ópticas, como el que se emplea en los DVD regrabables.

Debido a que el germanio es transparente en las longitudes de onda del infrarrojo, es un importante material óptico infrarrojo que puede cortarse y pulirse fácilmente en lentes y ventanas. Se utiliza especialmente como óptica frontal en las cámaras de imagen térmica que trabajan en el rango de 8 a 14 micras para la imagen térmica pasiva y para la detección de puntos calientes en aplicaciones militares, de visión nocturna móvil y de lucha contra incendios. Se utiliza en espectroscopios infrarrojos y otros equipos ópticos que requieren detectores infrarrojos extremadamente sensibles. Tiene un índice de refracción muy alto (4,0) y debe estar recubierto con agentes antirreflectantes. En particular, un recubrimiento antirreflectante especial muy duro de carbono tipo diamante (DLC), con un índice de refracción de 2,0, es una buena combinación y produce una superficie dura como un diamante que puede soportar mucho abuso ambiental.

Electrónica

Módulos solares montados en seguidores solares

Las aleaciones de silicio-germanio se están convirtiendo rápidamente en un importante material semiconductor para los circuitos integrados de alta velocidad. Los circuitos que utilizan las propiedades de las uniones Si-SiGe pueden ser mucho más rápidos que los que utilizan sólo silicio. El silicio-germanio está empezando a sustituir al arseniuro de galio (GaAs) en los dispositivos de comunicaciones inalámbricas. Los chips de SiGe, con propiedades de alta velocidad, pueden fabricarse con técnicas de producción de bajo coste y bien establecidas en la industria de los chips de silicio.

Los paneles solares son uno de los principales usos del germanio. El germanio es el sustrato de las obleas para las células fotovoltaicas multijuncionales de alta eficiencia para aplicaciones espaciales. Los LED de alto brillo, utilizados para los faros de los automóviles y para retroiluminar las pantallas LCD, son una aplicación importante.

Debido a que el germanio y el arseniuro de galio tienen constantes de red muy similares, los sustratos de germanio pueden utilizarse para fabricar células solares de arseniuro de galio. Los vehículos de exploración de Marte y varios satélites utilizan células de arseniuro de galio sobre germanio de triple unión.

Los sustratos de germanio sobre aislante se consideran un posible sustituto del silicio en los chips miniaturizados. Otros usos en electrónica son los fósforos de las lámparas fluorescentes y los diodos emisores de luz de estado sólido (LED). Los transistores de germanio siguen siendo utilizados en algunos pedales de efectos por músicos que desean reproducir el carácter tonal distintivo del tono «fuzz» de la primera época del rock and roll, sobre todo el Dallas Arbiter Fuzz Face.

Otros usos

Una botella de PET

El dióxido de germanio también se utiliza en los catalizadores para la polimerización en la producción de tereftalato de polietileno (PET). El alto brillo de este poliéster es especialmente favorecido para las botellas de PET comercializadas en Japón. En Estados Unidos, el germanio no se utiliza para catalizadores de polimerización.

Debido a la similitud entre la sílice (SiO2) y el dióxido de germanio (GeO2), la fase estacionaria de sílice en algunas columnas de cromatografía de gases puede sustituirse por GeO2.

En los últimos años, el germanio se ha utilizado cada vez más en aleaciones de metales preciosos. En las aleaciones de plata de ley, por ejemplo, reduce las incrustaciones, aumenta la resistencia al deslustre y mejora el endurecimiento por precipitación. Una aleación de plata resistente al deslustre, denominada Argentium, contiene un 1,2% de germanio.

Los detectores de semiconductores fabricados con germanio de alta pureza monocristalina pueden identificar con precisión las fuentes de radiación, por ejemplo, en la seguridad de los aeropuertos. El germanio es útil para los monocromadores de las líneas de haz utilizadas en la dispersión de neutrones de cristal único y en la difracción de rayos X de sincrotrón. La reflectividad tiene ventajas sobre el silicio en aplicaciones de neutrones y rayos X de alta energía. Los cristales de germanio de alta pureza se utilizan en detectores para la espectroscopia gamma y la búsqueda de materia oscura. Los cristales de germanio también se utilizan en espectrómetros de rayos X para la determinación de fósforo, cloro y azufre.

El germanio se está convirtiendo en un material importante para la espintrónica y las aplicaciones de computación cuántica basadas en el espín. En 2010, los investigadores demostraron el transporte de espín a temperatura ambiente y, más recientemente, se ha demostrado que los espines de los electrones donantes en el germanio tienen tiempos de coherencia muy largos.

.

Imágenes para niños

• 

  Dmitri Mendeleev

• 

  Muestras de compuestos de germanio preparados por Clemens Winkler, descubridor del elemento