Fatos de germânio para crianças

Um pedaço de germânio

Germanium é um elemento químico. O seu símbolo químico é Ge. O seu número atómico é 32. Foi descoberto por Clemens Winkler. É um metalóide brilhante, duro, branco-prateado. A química do Germanium é muito parecida com a do estanho. O Germanium forma um grande número de compostos organometálicos. É um importante material semicondutor usado em transistores.

Produção

Renierite

Sobre 118 toneladas de germânio foram produzidas em 2011 em todo o mundo, principalmente na China (80 t), Rússia (5 t) e Estados Unidos (3 t). O germânio é recuperado como subproduto dos minérios de zinco esfalerite onde é concentrado em quantidades tão grandes como 0,3%, especialmente dos depósitos maciços de Zn-Pb-Cu(-Ba) e depósitos de Zn-Pb carbonatados, a baixa temperatura de sedimentação. Um estudo recente descobriu que pelo menos 10.000 t de germânio extraível estão contidas em reservas conhecidas de zinco, particularmente aquelas hospedadas por depósitos do tipo Mississippi-Valley, enquanto pelo menos 112.000 t serão encontradas em reservas de carvão. Em 2007 35% da demanda foi atendida por germanium reciclado.

Embora seja produzido principalmente a partir de esfalerite, também é encontrado em minérios de prata, chumbo e cobre. Outra fonte de germânio é a cinza volante de centrais eléctricas alimentadas a partir de depósitos de carvão que contêm germânio. A Rússia e a China utilizaram-no como fonte de germânio. Os depósitos da Rússia estão localizados no extremo leste da ilha de Sakhalin e a nordeste de Vladivostok. Os depósitos na China estão localizados principalmente nas minas de lenhite perto de Lincang, Yunnan; o carvão também é extraído perto de Xilinhaote, Mongólia Interior.

Aplicações

Uma típica fibra óptica monomodo. Óxido de germânio é um dopante da sílica do núcleo (Item 1).
1. Revestimento 125 µm
3. Tampão 250 µm
4. Jaqueta 400 µm

Os principais usos finais para germânio em 2007, em todo o mundo, foram estimados: 35% para fibras ópticas, 30% para fibras ópticas infravermelhas, 15% para catalisadores de polimerização e 15% para aplicações eletrônicas e elétricas solares. Os 5% restantes foram para usos como fosforos, metalurgia e quimioterapia.

Óptica

As propriedades notáveis da Alemanha (GeO2) são o seu alto índice de refração e a sua baixa dispersão óptica. Estas tornam-no especialmente útil para lentes de câmera grande angular, microscopia, e a parte central das fibras ópticas. Substituiu a titania como dopante para a fibra de sílica, eliminando o subsequente tratamento térmico que tornava as fibras frágeis. No final de 2002, a indústria de fibras ópticas consumia 60% do uso anual de germânio nos Estados Unidos, mas isto representa menos de 10% do consumo mundial. GeSbTe é um material de mudança de fase usado por suas propriedades ópticas, como o usado em DVDs regraváveis.

Porque o germânio é transparente nos comprimentos de onda infravermelhos, é um importante material óptico infravermelho que pode ser facilmente cortado e polido em lentes e janelas. É especialmente usado como óptica frontal em câmaras de imagem térmica que trabalham na faixa de 8 a 14 mícrons para imagem térmica passiva e para detecção de pontos quentes em aplicações militares, visão nocturna móvel e combate a incêndios. É usado em espectroscópios infravermelhos e outros equipamentos ópticos que requerem detectores infravermelhos extremamente sensíveis. Tem um índice de refração muito alto (4,0) e deve ser revestido com agentes anti-reflexo. Particularmente, um revestimento especial anti-reflexo muito duro de carbono diamantado (DLC), índice refrativo 2.0, é uma boa combinação e produz uma superfície diamantada dura que pode suportar muitos abusos ambientais.

Electrónica

Módulos solares montados em seguidores solares

Ligas de silício-germânio estão a tornar-se rapidamente num importante material semicondutor para circuitos integrados de alta velocidade. Os circuitos que utilizam as propriedades das junções Si-SiGe podem ser muito mais rápidos do que aqueles que utilizam apenas silício. O silício-germânio está começando a substituir o arsenieto de gálio (GaAs) nos dispositivos de comunicação sem fio. Os chips SiGe, com propriedades de alta velocidade, podem ser feitos com técnicas de produção de baixo custo e bem estabelecidas da indústria de chips de silício.

Painéis solares são um grande uso do germânio. O germânio é o substrato dos wafers para células fotovoltaicas multijunções de alta eficiência para aplicações espaciais. LEDs de alta luminosidade, usados para faróis de automóveis e para telas LCD retroiluminadas, são uma aplicação importante.

Porque o arsenieto de germânio e gálio têm constantes de malha muito semelhantes, substratos de germânio podem ser usados para fazer células solares de arsenieto de gálio. Os Mars Exploration Rovers e vários satélites usam arsenieto de gálio de tripla junção em células de germânio.

Bastidores de germânio sobre isolador são vistos como um substituto potencial para silício em chips miniaturizados. Outros usos em eletrônica incluem fosforos em lâmpadas fluorescentes e diodos emissores de luz em estado sólido (LEDs). Os transistores de germânio ainda são usados em alguns pedais de efeitos por músicos que desejam reproduzir o caráter tonal distinto do tom “fuzz” do início da era do rock and roll, principalmente o Dallas Arbiter Fuzz Face.

Outros usos

Uma garrafa PET

O dióxido de germânio também é usado em catalisadores para polimerização na produção de polietileno tereftalato (PET). O alto brilho deste poliéster é especialmente favorecido para as garrafas PET comercializadas no Japão. Nos Estados Unidos, o germânio não é utilizado em catalisadores de polimerização.

Devido à semelhança entre a sílica (SiO2) e o dióxido de germânio (GeO2), a fase estacionária da sílica em algumas colunas de cromatografia de gás pode ser substituída por GeO2.

Nos últimos anos, o germânio tem sido cada vez mais utilizado em ligas de metais preciosos. Em ligas de prata esterlina, por exemplo, reduz a escala de fogo, aumenta a resistência ao manchamento e melhora o endurecimento por precipitação. Uma liga de prata à prova de manchas, marca registrada Argentium, contém 1,2% de germânio.

Detectores semicondutores feitos de um único cristal de germânio de alta pureza podem identificar com precisão fontes de radiação – por exemplo, na segurança de aeroportos. Germanium é útil para monocromadores para linhas de feixe utilizadas em dispersão de neutrões de cristal único e difração de raios X sincrotrônicos. A reflectividade tem vantagens sobre o silício em aplicações de neutrões e raios X de alta energia. Cristais de germânio de alta pureza são usados em detectores para espectroscopia gama e na busca de matéria escura. Os cristais de germânio também são usados em espectrômetros de raios X para a determinação de fósforo, cloro e enxofre.

Alemanha está surgindo como um material importante para aplicações de spintrônica e computação quântica baseada em spin. Em 2010, os pesquisadores demonstraram que o transporte de spin à temperatura ambiente e, mais recentemente, os spins de elétrons doador em germânio demonstraram ter tempos de coerência muito longos.

Imagens para crianças

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  Dmitri Mendeleev

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  Amostras de compostos de germânio preparadas por Clemens Winkler, descobridor do elemento