Preço do germânio, ocorrência, extração, uso

O germânio (do latim Germania 'Alemanha', depois do país em que foi encontrado pela primeira vez) é um elemento químico com o elemento símbolo Ge e número atômico 32. Na tabela periódica está no 4. Período e no 4. Grupo principal (14, grupo IUPAC, bloco p e grupo de carbono). Estava no 6. Fevereiro 1886 detectado pela primeira vez em argirodita mineral.

História

Quando Xnumx Dmitri Mendeleev projetou a tabela periódica, ele descobriu uma lacuna abaixo do silício e postulou um elemento até então desconhecido, que ele chamou de silício Eka. Mendeleev fez previsões sobre as propriedades do Eka-silício e seus compostos, que foram rejeitados pela ciência, no entanto.

A 1885 encontrou Clemens Winkler (1838-1904), um químico da Bergakademie Freiberg, ao trabalhar com a argirrita mineral recém-descoberta, que sua análise quantitativa sempre gerou um déficit de cerca de sete por cento. Com a freqüência da repetição da análise, o déficit permaneceu aproximadamente constante e Winkler finalmente adivinhou que o mineral continha um elemento até então desconhecido. Após quatro meses de trabalho, ele finalmente conseguiu 6. Fevereiro 1886 o isolamento de um precipitado de sulfeto branco, que poderia ser reduzido no fluxo de hidrogênio para um pó metálico. Seguindo o já descoberto planeta Netuno, Winkler inicialmente queria chamar o novo elemento de Neptúnio. Como esse nome já havia sido usado para outro elemento suspeito, ele o nomeou após a descoberta do germânio. Winkler primeiro sugeriu que o germânio era o Eka stibium postulado por Mendeleiev, enquanto Mendeleiev inicialmente queria classificá-lo como Eka cádmio em vez de silício Eka. Depois que outras propriedades foram determinadas, foi confirmado que era provavelmente o elemento previsto Eka-silício. Mendeleev derivou suas propriedades de sua tabela periódica, de modo que este achado contribuiu para o reconhecimento da tabela periódica:

A origem e a etimologia do nome germânio também poderiam derivar de um mal-entendido semântico em conexão com seu elemento predecessor gálio, porque existem duas teorias para a nomeação do gálio. Depois do primeiro, o químico francês Paul Émile Lecoq de Boisbaudran nomeou o elemento depois da Gália, o nome latino de sua França natal. A segunda é também a palavra latina gallus (galo) como a fonte do nome, que significa le coq ("o galo") em francês. Paul Émile Lecoq de Boisbaudran teria nomeado o novo elemento depois de seu próprio nome. Winkler assumiu que o elemento anterior Gallium foi nomeado após a nacionalidade do explorador francês. Então ele chamou o novo elemento químico de germânio em homenagem ao seu país (Germania da Alemanha para a Alemanha).

ocorrência

O germânio é difundido, mas ocorre apenas em concentrações muito baixas; Valor de Clarke (= teor médio na crosta terrestre): 1,5 g / t. Na natureza, geralmente ocorre como um sulfeto (thiogermanate) e é freqüentemente encontrado como um companheiro em minérios de cobre e zinco (xisto de cobre de Mansfeld). Os minerais mais importantes são argirodita Canfieldite, Germanit e Renierit. Algumas plantas enriquecem o germânio. Esta propriedade leva a algumas teses muito controversas sobre a fisiologia das plantas ("defesa de plantas contra vírus"), que finalmente levam a aplicações em homeopatia.

Extração e produção

Segundo a USGS, a produção anual da 2014 foi estimada em 165 t, da qual 120 t estava na China. O preço do 1 kg Germânio foi 2014 sobre 1.900 USD. Segundo a UE, o preço da 2003 foi de 300 USD / kg, subindo para 2009 USD pela 1.000.

Para a representação do germânio, em especial os gases de combustão (conter óxido de gemanio )) da preparação de minério de zinco adequada. O germânio é enriquecido a partir do gás de combustão, dissolvendo o pó de combustão em ácido sulfúrico. Depois da precipitação do dissolvido o trabalho adicional é realizado por destilação dos cloretos metálicos. A hidrólise então leva novamente ao óxido, que é reduzido com hidrogênio ao germânio. A representação do germânio de alta pureza pode, por. B. feito pelo processo de fusão da zona.

Propriedades
germânio elementar

O germânio está na tabela periódica na série de semi-metais, mas é classificado por definição recente como um semicondutor. O germânio elementar é muito frágil e muito estável no ar à temperatura ambiente. É oxidado a óxido de germânio (IV) (GeO2) somente após forte recozimento em atmosfera de oxigênio. O GeO2 é dimórfico e é convertido a 1033 ° C pela modificação do rutilo (CN = 6) na estrutura ß-quartz (CN = 4). Na forma de pó, é um sólido inflamável e pode ser facilmente inflamado por uma breve exposição a uma fonte de ignição e continua a queimar após a remoção. O risco de ignição é maior, quanto mais fina a substância é distribuída. De uma forma compacta, não é inflamável. O germânio é bivalente e tetravalente. Os compostos de germânio (IV) são os mais estáveis. De ácido clorídrico, solução de hidróxido de potássio e ácido sulfúrico diluído germânio não é atacado. Em soluções alcalinas de peróxido de hidrogênio, concentrado de ácido sulfúrico quente e ácido nítrico concentrado, no entanto, ele é dissolvido para formar o hidrato de dióxido de germânio. De acordo com sua posição na tabela periódica, suas propriedades químicas são entre silício e estanho.

O germânio é uma das poucas substâncias que tem a propriedade de anomalia de densidade. Sua densidade é menor no estado sólido do que no estado líquido. Seu gap é de cerca de 0,67 eV à temperatura ambiente.

As pastilhas de germânio são consideravelmente mais frágeis que as pastilhas de silício.

Usar
eletrônica

Como um semicondutor, o germânio em forma de cristal único era o material líder no centro de eletrônica do 20. Especialmente para a produção dos primeiros diodos de germânio e transistores bipolares disponíveis no mercado até serem deslocados pelo silício nessas áreas. Hoje, as aplicações são encontradas em tecnologia de alta frequência (por exemplo, como semicondutor composto de germânio silício) e tecnologia de detecção (por exemplo, como um detector de raios-X). As células solares de arsenieto de gálio (GaAs) às vezes são feitas de wafers de germânio. A constante de treliça do germânio é muito semelhante à do arsenieto de gálio, de modo que os GaAs crescem epitaxialmente em monocristais de germânio.

Óculos e fibras

Sua segunda aplicação principal é no campo da óptica infravermelha na forma de janelas e sistemas de lentes feitos de germânio policristalino ou monocristalino e vidros ópticos com transmitância infravermelha, os chamados óculos de calcogeneto. As aplicações incluem dispositivos de visão noturna militares e civis, bem como câmeras de imagem térmica.

Outros usos importantes são na produção de fibras ópticas e fibras de poliéster: Nas modernas fibras de vidro para telecomunicações, o tetracloreto de germânio é usado na deposição de vapor químico para gerar um acúmulo de dióxido de germânio no núcleo da fibra interna. Isso resulta em um índice de refração mais alto no núcleo comparado ao revestimento de fibra, pelo qual a orientação das ondas de luz é assegurada. Em química de poliéster, o dióxido de germânio é usado como catalisador na produção de certas fibras e granulados de poliéster, especialmente para garrafas PET recicláveis ​​(PET = polietileno tereftalato).

Medicina nuclear e tecnologia nuclear

O 68Ge é utilizado no gerador de Gálio 68 como um nuclídeo-pai para a produção de Gálio-68. Da mesma forma, o 68Ge é utilizado como fonte de calibração de detectores em tomografia por emissão de pósitrons.

Como cristal único de alta pureza, o germânio é usado como um detector de radiação.

Germânio em suplementos nutricionais

A substância Bi (carboxietil) sesquióxido de germânio (Ge-132) tem sido apontada como um suplemento nutricional para uso em várias doenças, incluindo câncer, síndrome da fadiga crônica, imunodeficiência, AIDS, hipertensão, artrite e alergias alimentares. Efeitos positivos sobre o curso da doença ainda não foram cientificamente comprovados.

De acordo com a Diretiva Europeia 2002 / 46 / EC sobre a aproximação das leis dos Estados Membros em relação a suplementos alimentares, o germânio não deve ser usado em suplementos alimentares. Em muitos países da UE que já harmonizaram a sua legislação nacional, incluindo a Alemanha e a Áustria, a adição de germânio como fonte mineral nos suplementos alimentares não é, portanto, permitida.

As autoridades competentes advertem expressamente contra o consumo de Ge-132, uma vez que não se podem excluir efeitos graves para a saúde e mortes.

Uso medicinal de germânio

A eficácia terapêutica da substância antineoplásica spirogermanium no câncer não foi demonstrada. Medicamentos acabados aprovados com o ingrediente ativo spirogermanium não existem. Na Alemanha, as preparações farmacêuticas contendo germânio (formulações), além das diluições homeopáticas de D4, são consideradas questionáveis. Sua produção e entrega são, portanto, proibidas. O germânio metálico está disponível sob a forma de medicamentos homeopáticos. Como parte das preparações homeopáticas di-potássio citrato de germânio lactato é descrito.

fisiologia

O germânio e seus compostos têm uma toxicidade relativamente baixa. Traços de germânio estão incluídos nos seguintes alimentos: feijão, suco de tomate, ostras, atum e alho. Não é um oligoelemento essencial de acordo com o estado da técnica. Não há função biológica conhecida para o germânio. Uma possível influência no metabolismo de carboidratos foi discutida. Não há doenças por deficiência de germânio conhecidas.

toxicidade

No passado, o envenenamento com germânio em humanos ocorreu somente após a ingestão de compostos de germânio inorgânicos como suplemento dietético. Os primeiros sintomas são perda de apetite, perda de peso, fadiga e fraqueza muscular. Isto é seguido por mau funcionamento do rim, até insuficiência renal, que pode ser letal para o paciente. A neuropatia periférica como conseqüência da doença também é relatada.

Efeitos colaterais neurotóxicos transitórios ao tomar spirogermanium em ensaios clínicos são relatados. O espiro-germio foi testado como citostico nos anos 1980. Dados de estudos sobre voluntários saudáveis ​​não estão disponíveis.

De experiências com animais, sabe-se que o germânio tem uma baixa toxicidade oral aguda. Os sintomas de intoxicação aguda com grandes doses de compostos de germânio incluem:

• Dilatação dos vasos sanguíneos (artectasia)
• Ptose
• cianose
• Tremor

Finalmente, a paralisia respiratória leva à morte dos animais experimentais. Os sintomas de envenenamento crônico ou subcrônico com compostos de germânio inorgânicos são:

• Gewichtsverlust
• Mudanças de órgãos (massa de órgãos)
• Neuropatia progressiva
• danos nos rins

Compostos orgânicos de germânio mostraram menor toxicidade, mas resultaram em animais experimentais para perda de peso e diminuição no número de glóbulos vermelhos. Existem apenas dados limitados sobre os efeitos teratogênicos do germânio. O germanato de sódio foi testado em ratos como não carcinogénico.

O mecanismo de toxicidade do germânio ainda não é totalmente compreendido. No entanto, efeitos patológicos específicos nas mitocôndrias das células renais e nervosas foram observados.

interações

Também é discutido se o germânio pode mostrar interações com o silício no metabolismo ósseo. Pode bloquear a ação dos diuréticos e diminuir a atividade de várias enzimas, como as desidrogenases. Em expericias com animais, os ratinhos apresentam uma durao de sono induzida por hexabarbital quando adicionalmente tratados com compostos de germio. Isso sugere que a atividade do citocromo P450 também é restrita. Há relatos de compostos de germânio orgânicos que bloqueiam a enzima de desintoxicação glutationa-S-transferase.

Biodisponibilidade e metabolismo

O germânio é facilmente absorvido pelo organismo quando ingerido. Ele é distribuído por todo o tecido do corpo, especialmente nos rins e na glândula tireóide. Em contraste com os compostos de germânio inorgânicos, os organogermans não se acumulam no corpo humano. No entanto, existem apenas alguns estudos sobre o metabolismo do germânio.

É essencialmente excretada na urina. Excreção via bile e fezes também ocorre.

Conexões

Germânio forma Ge (II) - u. compostos Ge (IV) mais estáveis, apenas alguns têm significância técnica.

Dos haletos de germânio também são Ge (II) - u. Representante Ge (IV) conhecido. O tetracloreto de germânio, (GeCl4), um líquido com um ponto de ebulição de 83 ° C, forma-se na exposição ao cloreto de hidrogênio aos óxidos de germânio e é um intermediário importante na recuperação do germânio. GeCl4 de alta pureza é usado na fabricação de fibras ópticas de vidro de quartzo para produzir uma camada de óxido de germânio (IV) de alta pureza no interior das fibras de quartzo. Para produzir camadas de germânio de alta pureza, também é possível usar a desproporção de iodeto de germânio (II) para formar iodeto de germânio e germânio (IV):

Os germanatos são compostos de germânio derivados de seu óxido. Em quase todos os minerais contendo germânio, o germânio está presente como germanato.

Os alemães são chamados de compostos de hidrogênio do germânio, que formam uma série homóloga de diferentes moléculas de cadeia longa. Monogerman ou germânio hidreto (GeH4) é um gás utilizado na indústria de semicondutores para epitaxia e doping.

Preços de germânio

Gráfico Germânio 2004-2011

Preços do germânio -> a preços estratégicos dos metais