El germanio es un semimetal destacado por sus propiedades semiconductoras y muy usado en sensores infrarrojos, cables de fibra óptica y células solares por su capacidad de respuesta a este tipo de radiación. Reacciona de manera peculiar con el silicio y estaño permitiendo la variación en sus comportamientos cuando se adhiere en aleaciones a los mismos. Como es el caso del Germanato de Silicio (SiGe) muy usado en circuitos integrados de alta velocidad.
La Historia del Germanio
En 1869 Demitri Mendeleev, el padre de la tabla periódica, predijo el comportamiento de este raro semimetal que tomaba el lugar 32 de la misma. No sería hasta 16 años mas tarde que el químico Clemens A. Winkler descubrió y aisló el elemento del mineral raro Argirodita (Ag8GeS6), el cual fue bautizado en honor a su tierra natal, Alemania.
Durante la Segunda Guerra Mundial el germanio monocristalino se utilizó como diodos rectificadores en receptores de radar de microondas. Es descubierta su propiedad como semiconductor sensible a algunos estímulos. Su potencial no podía ser analizado con la tecnología existente en el momento.
Justo después de culminada la guerra, exactamente en el año 1947 se aplican sus propiedades en una invención que cambiaría el mundo para siempre, los transistores. Es una invención de John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley que pronto fue usada dentro de todo equipo electrónico existente.
El transistor de germanio tenía un defecto, su tendencia a fallar a altas temperaturas, razón por la que a partir de 1954 fue sustituido por el silicio en la fabricación de este componente. Gracias a este auge y atención que fue lograda en estas décadas que son llevadas a cabo investigaciones para encontrar nuevas aplicaciones y es precisamente cuando se descubren sus propiedades infrarrojas.
Alta demanda y precio
A partir de este momento se comienza a utilizar principalmente para la creación de lentes y ventanas de infrarrojos. En 1970 es usado en la fabricación de las células fotovoltaicas de silicio-germanio donde se deslumbra su futuro como semimetal esencial para el desarrollo tecnológico, incluso en la actualidad.
Con el avance de las comunicaciones y el inicio de la era digital, en la década de 1990 se utiliza en la fabricación de la fibra óptica para formar su núcleo de vidrio. Este tipo de conexión demostró ser la mejor solución para conexiones de alta velocidad lo que incita una elevada demanda de este raro semimental que sufrió un alza en su precio.
Actualmente se mantiene su demanda ya sea para la fabricación de equipos electrónicos que forman parte de la vida cotidiana como es el caso de los diodos LED tanto como las aliaciones para altas velocidades internas de conexión utilizadas en las placas base y mucho más.
Propiedades del Germanio
- Símbolo atómico: Ge
- Numero atómico: 32
- Categoría de elemento: metaloide
- Densidad: 5.323 g / cm3
- Punto de fusión: 1720,85 ° F (938,25 ° C)
- Punto de ebullición: 5131 ° F (2833 ° C)
- Dureza de Mohs: 6.0
Caracteristicas
El germanio se clasifica como metaloide o semimetal. Posee propiedades de metal como de no meta, ademas de ser un semiconductor.
En su forma metálica, el germanio es de color plateado, duro y quebradizo que además es estable en el aire y en el agua, sólo le afecta el ácido nítrico.
Como características únicas tiene su transparencia a la radiación electromagnética del infrarrojo cercano a longitudes de onda entre 1600-1800 nanómetros, su alto índice de refracción y su baja dispersión óptica.
Producción
El germanio se produce como subproducto del refinado de metales base, no se extrae directamente.
Para la obtención del germanio se calienta el mineral que es en la mayoría de los casos zinc en ácido clorhídrico, para obtener el tetracloruro de germanio, GeCl4. Este reacciona con el agua formando el dióxido GeO2 que se reduce a germanio elemental mediante hidrógeno o carbón. También se puede extraer del carbón de cenizas como subproducto en la quema de centrales eléctricas de carbón.
El polvo de germanio se vierte en barras a temperaturas superiores a 1720,85 ° F (938,25 ° C).
El refinado por zonas de las barras aísla y elimina las impurezas y, en última instancia, produce barras de germanio de alta pureza. El metal de germanio comercial a menudo tiene una pureza superior al 99,999%.
El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) estimó la producción mundial de germanio en aproximadamente 120 toneladas métricas en 2011 (germanio contenido).
Un 30% de la producción anual de germanio del mundo se recicla a partir de materiales de desecho
China es el mayor productor de germanio del mundo, seguido de Canadá y Rusia, donde las empresas mas implicadas son Teck Resources Ltd. , Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., Umicore y Nanjing Germanium Co.
Aplicaciones
Las aplicaciones del germanio estan dividadas en cinco grupos fundamentales con un porcentaje aproximado de su consumo:
- Óptica IR – 30%
- Fibra óptica – 20%
- Tereftalato de polietileno (PET) – 20%
- Electrónico y solar – 15%
- Fósforos, metalurgia y orgánicos – 5%
La mayor demanda de consumo es con fines militares, ya sea en armas, así como sistemas montados en vehículos aéreos, terrestres y marítimos. Las aplicaciones no militares solo representan alrededor del 12% de la demanda.
El tetracloruro de germanio se utiliza como dopante, o aditivo, para aumentar el índice de refracción en el núcleo de vidrio de sílice de las líneas de fibra óptica. Al incorporar germanio, se puede evitar la pérdida de señal.
Cada año se utilizan aproximadamente 17 toneladas métricas de dióxido de germanio como catalizador de polimerización en la producción de plásticos PET. El plástico PET se utiliza principalmente en envases de alimentos, bebidas y líquidos.
Actualmente es usado para la fabricación de transistores para algunos teléfonos celulares y dispositivos inalámbricos ya que los transistores SiGe tienen mayores velocidades de conmutación y consumen menos energía que la tecnología basada en silicio. Además lo podemos encontrar en la fabricación de chips de memoria en fase y en sustratos utilizados en la producción de LED.