Germanio
El germanio es un elemento químico con el símbolo Ge y el número atómico 32. Es un metaloide blanco grisáceo, brillante, duro y quebradizo en el grupo del carbono, químicamente similar a su grupo vecino, el silicio y el estaño. El germanio puro es un semiconductor indirecto con una apariencia similar al silicio elemental. Al igual que el silicio, el germanio reacciona naturalmente y forma complejos con el oxígeno en la naturaleza.
Debido a que rara vez aparece en alta concentración, el germanio se descubrió relativamente tarde en la historia de la química. El germanio se ubica cerca del quincuagésimo lugar en abundancia relativa de los elementos en la corteza terrestre. En 1869, Dmitri Mendeleev predijo su existencia y algunas de sus propiedades a partir de su posición en su tabla periódica, y llamó al elemento ekasilicio. Casi dos décadas después, en 1886, Clemens Winkler encontró el nuevo elemento junto con la plata y el azufre en un mineral poco común llamado argyrodita. Aunque el nuevo elemento se parecía un poco al arsénico y al antimonio en apariencia, las proporciones de combinación en los compuestos coincidían con las predicciones de Mendeleev para un pariente del silicio. Winkler nombró al elemento en honor a su país, Alemania. Hoy en día, el germanio se extrae principalmente de la esfalerita (el mineral principal de zinc), aunque el germanio también se recupera comercialmente de los minerales de plata, plomo y cobre.
El germanio elemental se utiliza como semiconductor en transistores y otros dispositivos electrónicos. Históricamente, la primera década de la electrónica de semiconductores se basó completamente en germanio. En la actualidad, los principales usos finales son los sistemas de fibra óptica, la óptica infrarroja, las aplicaciones de células solares y los diodos emisores de luz (LED). Los compuestos de germanio también se utilizan para catalizadores de polimerización y recientemente han encontrado uso en la producción de nanocables. Este elemento forma una gran cantidad de compuestos de organogermanio, como el tetraetilgermanio, útiles en química organometálica. El germanio se considera un elemento crítico para la tecnología.
No se cree que el germanio sea un elemento esencial para ningún organismo vivo. Se están investigando algunos compuestos orgánicos complejos de germanio como posibles productos farmacéuticos, aunque ninguno ha tenido éxito hasta ahora. Al igual que el silicio y el aluminio, los compuestos de germanio naturales tienden a ser insolubles en agua y, por lo tanto, tienen poca toxicidad oral. Sin embargo, las sales de germanio solubles sintéticas son nefrotóxicas y los compuestos de germanio sintéticos químicamente reactivos con halógenos e hidrógeno son irritantes y tóxicos.
Historia
En su informe sobre La Ley Periódica de los Elementos Químicos de 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev predijo la existencia de varios elementos químicos desconocidos, incluido uno que llenaría un vacío en la familia del carbono, ubicado entre el silicio y el estaño. Debido a su posición en su tabla periódica, Mendeleev lo llamó ekasilicon (Es), y estimó su peso atómico en 70 (luego 72).
A mediados de 1885, en una mina cerca de Freiberg, Sajonia, se descubrió un nuevo mineral al que se denominó argyrodita por su alto contenido de plata. El químico Clemens Winkler analizó este nuevo mineral, que resultó ser una combinación de plata, azufre y un nuevo elemento. Winkler pudo aislar el nuevo elemento en 1886 y lo encontró similar al antimonio. Inicialmente consideró que el nuevo elemento era eka-antimonio, pero pronto se convenció de que era eka-silicio. Antes de que Winkler publicara sus resultados sobre el nuevo elemento, decidió que llamaría a su elemento neptunio, ya que el reciente descubrimiento del planeta Neptuno en 1846 había sido precedido de manera similar por predicciones matemáticas de su existencia.Sin embargo, el nombre de "neptunio" ya se había dado a otro elemento químico propuesto (aunque no al elemento que hoy lleva el nombre de neptunio, que fue descubierto en 1940). Entonces, en cambio, Winkler nombró al nuevo elemento germanio (de la palabra latina Germania, Alemania) en honor a su tierra natal. Se demostró empíricamente que la argyrodita es Ag 8 GeS 6. Debido a que este nuevo elemento mostraba algunas similitudes con los elementos arsénico y antimonio, se estaba considerando su lugar adecuado en la tabla periódica, pero sus similitudes con el elemento "ekasilicio" predicho por Dmitri Mendeleev confirmaron ese lugar en la tabla periódica.Con más material de 500 kg de mineral de las minas de Sajonia, Winkler confirmó las propiedades químicas del nuevo elemento en 1887. También determinó un peso atómico de 72,32 mediante el análisis de tetracloruro de germanio puro (GeCl4), mientras que Lecoq de Boisbaudran dedujo 72,3 por comparación de las líneas en el espectro de chispa del elemento.
Winkler pudo preparar varios compuestos nuevos de germanio, incluidos fluoruros, cloruros, sulfuros, dióxido y tetraetilgermano (Ge(C 2 H 5) 4), el primer organogermano. Los datos físicos de esos compuestos, que se correspondían bien con las predicciones de Mendeleev, hicieron del descubrimiento una importante confirmación de la idea de Mendeleev sobre la periodicidad de los elementos. Aquí hay una comparación entre la predicción y los datos de Winkler:
| Propiedad | Predicción de Ekasilicon Mendeleev (1871) | Descubrimiento de germanio Winkler (1887) |
|---|---|---|
| masa atomica | 72.64 | 72.63 |
| densidad (g/cm) | 5.5 | 5.35 |
| punto de fusión (°C) | alto | 947 |
| color | gris | gris |
| tipo de óxido | dióxido refractario | dióxido refractario |
| densidad de óxido (g/cm) | 4.7 | 4.7 |
| actividad de óxido | débilmente básico | débilmente básico |
| punto de ebullición del cloruro (°C) | menos de 100 | 86 (GeCl4) |
| densidad de cloruro (g/cm) | 1.9 | 1.9 |
Hasta finales de la década de 1930, se pensaba que el germanio era un metal poco conductor. El germanio no adquirió importancia económica hasta después de 1945, cuando se reconocieron sus propiedades como semiconductor electrónico. Durante la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron pequeñas cantidades de germanio en algunos dispositivos electrónicos especiales, en su mayoría diodos. El primer uso importante fueron los diodos Schottky de contacto puntual para la detección de pulsos de radar durante la guerra. Las primeras aleaciones de germanio y silicio se obtuvieron en 1955. Antes de 1945, solo se producían unos pocos cientos de kilogramos de germanio en las fundiciones cada año, pero a fines de la década de 1950, la producción mundial anual había alcanzado las 40 toneladas métricas (44 toneladas cortas)..
El desarrollo del transistor de germanio en 1948 abrió la puerta a innumerables aplicaciones de la electrónica de estado sólido. Desde 1950 hasta principios de la década de 1970, esta área proporcionó un mercado creciente para el germanio, pero luego el silicio de alta pureza comenzó a reemplazar al germanio en transistores, diodos y rectificadores. Por ejemplo, la empresa que se convirtió en Fairchild Semiconductor se fundó en 1957 con el propósito expreso de producir transistores de silicio. El silicio tiene propiedades eléctricas superiores, pero requiere una pureza mucho mayor que no se podía lograr comercialmente en los primeros años de la electrónica de semiconductores.
Mientras tanto, la demanda de germanio para redes de comunicación de fibra óptica, sistemas de visión nocturna por infrarrojos y catalizadores de polimerización aumentó drásticamente. Estos usos finales representaron el 85 % del consumo mundial de germanio en 2000. El gobierno de EE. UU. incluso designó al germanio como un material crítico y estratégico, y solicitó un suministro de 146 toneladas (132 toneladas) en las reservas de defensa nacional en 1987.
El germanio se diferencia del silicio en que el suministro está limitado por la disponibilidad de fuentes explotables, mientras que el suministro de silicio está limitado solo por la capacidad de producción, ya que el silicio proviene de arena y cuarzo ordinarios. Mientras que el silicio se podía comprar en 1998 por menos de $10 por kg, el precio del germanio era de casi $800 por kg.
Características
En condiciones estándar, el germanio es un elemento semimetálico de color blanco plateado quebradizo. Esta forma constituye un alótropo conocido como α-germanio, que tiene un brillo metálico y una estructura cristalina cúbica de diamante, al igual que el diamante. Mientras está en forma de cristal, el germanio tiene un umbral de energía de desplazamiento de 
El germanio es un semiconductor. Las técnicas de refinación de zona han llevado a la producción de germanio cristalino para semiconductores que tiene una impureza de solo una parte en 10, lo que lo convierte en uno de los materiales más puros jamás obtenidos. El primer material metálico descubierto (en 2005) que se convirtió en superconductor en presencia de un campo electromagnético extremadamente fuerte fue una aleación de germanio, uranio y rodio.
Se sabe que el germanio puro extruye espontáneamente dislocaciones de tornillo muy largas, denominadas bigotes de germanio. El crecimiento de estos bigotes es una de las principales razones de la falla de los diodos y transistores más antiguos hechos de germanio, ya que, dependiendo de lo que finalmente toquen, pueden provocar un cortocircuito eléctrico.
Química
El germanio elemental comienza a oxidarse lentamente en el aire a unos 250 °C, formando GeO 2. El germanio es insoluble en ácidos y álcalis diluidos, pero se disuelve lentamente en ácidos sulfúrico y nítrico concentrados calientes y reacciona violentamente con los álcalis fundidos para producir germanatos ([GeO3]). El germanio se presenta principalmente en el estado de oxidación +4, aunque se conocen muchos compuestos +2. Otros estados de oxidación son raros: +3 se encuentra en compuestos como Ge 2 Cl 6, y +3 y +1 se encuentran en la superficie de los óxidos, o estados de oxidación negativos en germanuros, como -4 en Mg2ge _ Los aniones de grupo de germanio (iones Zintl) como Ge 4, Ge 9, Ge 9, [(Ge 9) 2 ] se han preparado mediante la extracción de aleaciones que contienen metales alcalinos y germanio en amoníaco líquido en presencia de etilendiamina o un criptando. Los estados de oxidación del elemento en estos iones no son números enteros, similares a los ozónidos O 3.
Se conocen dos óxidos de germanio: dióxido de germanio (GeO2, germania) y monóxido de germanio, (GeO). El dióxido, GeO 2 se puede obtener tostando disulfuro de germanio (GeS2), y es un polvo blanco que solo es ligeramente soluble en agua pero que reacciona con los álcalis para formar germanatos. El monóxido, el óxido germano, puede obtenerse mediante la reacción a alta temperatura de GeO 2 con Ge metal. El dióxido (y los óxidos y germanatos relacionados) exhibe la propiedad inusual de tener un alto índice de refracción para la luz visible, pero transparencia para la luz infrarroja. El germanato de bismuto, Bi 4 Ge 3 O 12, (BGO) se utiliza como centelleador.
También se conocen compuestos binarios con otros calcógenos, como el disulfuro (GeS2), diselenidas (GeSe2), y el monosulfuro (GeS), seleniuro (GeSe) y telururo (GeTe). El GeS 2 se forma como un precipitado blanco cuando el sulfuro de hidrógeno pasa a través de soluciones fuertemente ácidas que contienen Ge(IV). El disulfuro es apreciablemente soluble en agua y en soluciones de álcalis cáusticos o sulfuros alcalinos. Sin embargo, no es soluble en agua ácida, lo que permitió a Winkler descubrir el elemento. Al calentar el disulfuro en una corriente de hidrógeno, se forma el monosulfuro (GeS), que se sublima en láminas delgadas de color oscuro y brillo metálico, y es soluble en soluciones de los álcalis cáusticos. Al fundirse con carbonatos alcalinos y azufre, los compuestos de germanio forman sales conocidas como tiogermanatos.
Se conocen cuatro tetrahaluros. En condiciones normales GeI 4 es un sólido, GeF 4 un gas y los demás líquidos volátiles. Por ejemplo, el tetracloruro de germanio, GeCl 4, se obtiene como un líquido fumante incoloro que hierve a 83,1 °C al calentar el metal con cloro. Todos los tetrahaluros se hidrolizan fácilmente a dióxido de germanio hidratado. GeCl 4 se utiliza en la producción de compuestos de organogermanio. Los cuatro dihaluros son conocidos y, en contraste con los tetrahaluros, son sólidos poliméricos. Además, se conocen Ge 2 Cl 6 y algunos compuestos superiores de fórmula Ge n Cl 2 n +2.Se ha preparado el compuesto inusual Ge 6 Cl 16 que contiene la unidad Ge 5 Cl 12 con una estructura de neopentano.
Germane (GeH 4) es un compuesto de estructura similar al metano. Se conocen poligermanos, compuestos que son similares a los alcanos, con fórmula Ge n H 2 n +2 que contienen hasta cinco átomos de germanio. Los germanos son menos volátiles y menos reactivos que sus correspondientes análogos de silicio. GeH 4 reacciona con metales alcalinos en amoníaco líquido para formar M GeH 3 cristalino blanco que contiene el anión GeH 3. Los hidrohaluros de germanio con uno, dos y tres átomos de halógeno son líquidos reactivos incoloros.
El primer compuesto de organogermanio fue sintetizado por Winkler en 1887; la reacción de tetracloruro de germanio con dietilzinc produjo tetraetilgermano (Ge (C2H5)4). Organogermanos del tipo R 4 Ge (donde R es un alquilo) como el tetrametilgermano (Ge(CH3)4) y el tetraetilgermano se accede a través del precursor de germanio más barato disponible, el tetracloruro de germanio y los nucleófilos de alquilo. Hidruros orgánicos de germanio como el isobutilgermano ((CH3)2CHCH2GeH3) resultaron ser menos peligrosos y pueden usarse como un sustituto líquido del gas alemán tóxico en aplicaciones de semiconductores. Se conocen muchos intermedios reactivos de germanio: radicales libres de germilo, germilenos (similares a los carbenos) y germines (similares a los carbinos). El compuesto de organogermanio 2-carboxietilgermasesquioxano se informó por primera vez en la década de 1970, y durante un tiempo se usó como suplemento dietético y se pensó que posiblemente tenía cualidades antitumorales.
Usando un ligando llamado Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-octaetil-s-hidrindacen-4-il), el germanio es capaz de formar un doble enlace con el oxígeno (germanona). El hidruro de germanio y el tetrahidruro de germanio son muy inflamables e incluso explosivos cuando se mezclan con el aire.
Isótopos
El germanio se presenta en 5 isótopos naturales:ge,ge,ge,ge, yge. De estos,gees muy poco radiactivo, se desintegra por doble desintegración beta con una vida media de1,78 × 10 años.gees el isótopo más común, con una abundancia natural de aproximadamente el 36%.gees el menos común con una abundancia natural de aproximadamente 7%. Cuando es bombardeado con partículas alfa, el isótopogegenerará estableSe, liberando electrones de alta energía en el proceso. Debido a esto, se usa en combinación con radón para baterías nucleares.
También se han sintetizado al menos 27 radioisótopos, cuya masa atómica varía de 58 a 89. El más estable de ellos esge, decayendo por captura de electrones con una vida media de270,95 días. El menos estable esge, con una vida media de30ms _ Mientras que la mayoría de los radioisótopos del germanio se desintegran por desintegración beta,geygedecaer porbemisión retardada de protones. gemediantegeisótopos también exhiben menorbcaminos de decaimiento de la emisión retardada de neutrones.
Ocurrencia
El germanio se crea mediante la nucleosíntesis estelar, principalmente mediante el proceso s en estrellas asintóticas de ramas gigantes. El proceso s es una captura de neutrones lentos de elementos más ligeros dentro de estrellas gigantes rojas pulsantes. Se ha detectado germanio en algunas de las estrellas más distantes y en la atmósfera de Júpiter.
La abundancia de germanio en la corteza terrestre es de aproximadamente 1,6 ppm. Solo unos pocos minerales como la argirodita, la briartita, la germanita, la renierita y la esfalerita contienen cantidades apreciables de germanio. Solo algunos de ellos (especialmente la germanita) se encuentran, muy raramente, en cantidades explotables. Algunos cuerpos de mineral de zinc-cobre-plomo contienen suficiente germanio para justificar la extracción del concentrado de mineral final. Un proceso de enriquecimiento natural inusual provoca un alto contenido de germanio en algunas vetas de carbón, descubierto por Victor Moritz Goldschmidt durante un amplio estudio de depósitos de germanio. La concentración más alta jamás encontrada fue en cenizas de carbón Hartley con hasta un 1,6% de germanio. Los depósitos de carbón cerca de Xilinhaote, Mongolia Interior, contienen unas 1600 toneladas de germanio.
Producción
En 2011 se produjeron alrededor de 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 de los depósitos masivos de Zn–Pb–Cu(–Ba) alojados en sedimentos a baja temperatura y Zn– yacimientos de plomo. Un estudio reciente encontró que al menos 10.000 t de germanio extraíble están contenidas en reservas conocidas de zinc, particularmente aquellas alojadas en depósitos tipo Mississippi-Valley, mientras que al menos 112.000 t se encontrarán en reservas de carbón. En 2007, el 35% de la demanda se cubrió con germanio reciclado.
| Año | Costo($/kg) |
|---|---|
| 1999 | 1,400 |
| 2000 | 1,250 |
| 2001 | 890 |
| 2002 | 620 |
| 2003 | 380 |
| 2004 | 600 |
| 2005 | 660 |
| 2006 | 880 |
| 2007 | 1,240 |
| 2008 | 1,490 |
| 2009 | 950 |
| 2010 | 940 |
| 2011 | 1,625 |
| 2012 | 1,680 |
| 2013 | 1,875 |
| 2014 | 1,900 |
| 2015 | 1,760 |
| 2016 | 950 |
| 2017 | 1,358 |
| 2018 | 1,300 |
| 2019 | 1,240 |
| 2020 | 1,000 |
Si bien se produce principalmente a partir de esfalerita, también se encuentra en minerales de plata, plomo y cobre. Otra fuente de germanio son las cenizas volantes de las centrales eléctricas alimentadas con depósitos de carbón que contienen germanio. Rusia y China utilizaron esto como fuente de germanio. Los depósitos de Rusia están ubicados en el extremo este de la isla Sakhalin y al noreste de Vladivostok. Los depósitos en China están ubicados principalmente en las minas de lignito cerca de Lincang, Yunnan; el carbón también se extrae cerca de Xilinhaote, Mongolia Interior.
Los concentrados de mineral son en su mayoría sulfurosos; se convierten en óxidos calentándolos al aire en un proceso conocido como tostado:GeS 2 + 3 O 2 → GeO 2 + 2 SO 2
Parte del germanio queda en el polvo producido, mientras que el resto se convierte en germanatos, que luego se lixivian (junto con el zinc) de la ceniza con ácido sulfúrico. Después de la neutralización, solo el zinc permanece en solución mientras que el germanio y otros metales precipitan. Después de eliminar parte del zinc del precipitado mediante el proceso Waelz, el óxido Waelz residual se lixivia por segunda vez. El dióxido se obtiene como precipitado y se convierte con cloro gaseoso o ácido clorhídrico en tetracloruro de germanio, que tiene un punto de ebullición bajo y se puede aislar por destilación:GeO 2 + 4 HCl → GeCl 4 + 2 H 2 OGeO 2 + 2 Cl 2 → GeCl 4 + O 2
El tetracloruro de germanio se hidroliza a óxido (GeO 2) o se purifica por destilación fraccionada y luego se hidroliza. El GeO 2 altamente puro ahora es adecuado para la producción de vidrio de germanio. Se reduce al elemento haciéndolo reaccionar con hidrógeno, produciendo germanio adecuado para la óptica infrarroja y la producción de semiconductores:GeO 2 + 2 H 2 → Ge + 2 H 2 O
El germanio para la producción de acero y otros procesos industriales normalmente se reduce utilizando carbono:GeO 2 + C → Ge + CO 2
Aplicaciones
Los principales usos finales del germanio en 2007, en todo el mundo, se estimaron en: 35 % para fibra óptica, 30 % para óptica infrarroja, 15 % para catalizadores de polimerización y 15 % para aplicaciones eléctricas solares y electrónicas. El 5% restante se destinó a usos como fósforos, metalurgia y quimioterapia.
Óptica
Las propiedades destacables de germania (GeO 2) son su alto índice de refracción y su baja dispersión óptica. Esto lo hace especialmente útil para lentes de cámara gran angular, microscopía y la parte central de las fibras ópticas. Ha reemplazado a la titania como dopante para la fibra de sílice, eliminando el tratamiento térmico posterior que hizo que las fibras se vuelvan quebradizas. A fines de 2002, la industria de fibra óptica consumía el 60% del uso anual de germanio en los Estados Unidos, pero esto es menos del 10% del consumo mundial. GeSbTe es un material de cambio de fase que se utiliza por sus propiedades ópticas, como las que se utilizan en los DVD regrabables.
Debido a que el germanio es transparente en las longitudes de onda infrarrojas, es un material óptico infrarrojo importante que se puede cortar y pulir fácilmente en lentes y ventanas. Se utiliza especialmente como óptica frontal en cámaras termográficas que trabajan en el rango de 8 a 14 micrones para imágenes térmicas pasivas y para la detección de puntos calientes en aplicaciones militares, de visión nocturna móvil y de extinción de incendios. Se utiliza en espectroscopios de infrarrojos y otros equipos ópticos que requieren detectores de infrarrojos extremadamente sensibles. Tiene un índice de refracción muy alto (4,0) y debe recubrirse con agentes antirreflectantes. En particular, un recubrimiento antirreflectante especial muy duro de carbono similar al diamante (DLC), índice de refracción 2.0, es una buena combinación y produce una superficie dura como el diamante que puede soportar mucho abuso ambiental.
Electrónica
El germanio se puede alear con silicio, y las aleaciones de silicio y germanio se están convirtiendo rápidamente en un importante material semiconductor para circuitos integrados de alta velocidad. Los circuitos que utilizan las propiedades de las heterouniones Si-SiGe pueden ser mucho más rápidos que los que utilizan solo silicio. El germanio-silicio está comenzando a reemplazar al arseniuro de galio (GaAs) en los dispositivos de comunicaciones inalámbricas. Los chips SiGe, con propiedades de alta velocidad, se pueden fabricar con técnicas de producción bien establecidas y de bajo costo de la industria de chips de silicio.
Los paneles solares de alta eficiencia son un uso importante del germanio. Debido a que el germanio y el arseniuro de galio tienen una constante de red casi idéntica, los sustratos de germanio se pueden usar para fabricar células solares de arseniuro de galio. El germanio es el sustrato de las obleas para células fotovoltaicas de unión múltiple de alta eficiencia para aplicaciones espaciales, como los Mars Exploration Rovers, que utilizan arseniuro de galio de unión triple en células de germanio. Los LED de alto brillo, que se utilizan para los faros de los automóviles y para iluminar las pantallas LCD, también son una aplicación importante.
Los sustratos de germanio sobre aislante (GeOI) se consideran un reemplazo potencial del silicio en chips miniaturizados. El circuito CMOS basado en sustratos GeOI se ha informado recientemente. Otros usos en electrónica incluyen fósforos en lámparas fluorescentes y diodos emisores de luz (LED) de estado sólido. Los transistores de germanio todavía se utilizan en algunos pedales de efectos por parte de músicos que desean reproducir el carácter tonal distintivo del tono "fuzz" de la primera era del rock and roll, sobre todo el Dallas Arbiter Fuzz Face.
Otros usos
El dióxido de germanio también se utiliza en catalizadores para la polimerización en la producción de tereftalato de polietileno (PET). El alto brillo de este poliéster se ve especialmente favorecido por las botellas de PET que se comercializan en Japón. En los Estados Unidos, el germanio no se usa para catalizadores de polimerización.
Debido a la similitud entre la sílice (SiO 2) y el dióxido de germanio (GeO 2), la fase estacionaria de sílice en algunas columnas de cromatografía de gases se puede reemplazar por GeO 2.
En los últimos años, el germanio se ha utilizado cada vez más en aleaciones de metales preciosos. En las aleaciones de plata esterlina, por ejemplo, reduce las incrustaciones de fuego, aumenta la resistencia al deslustre y mejora el endurecimiento por precipitación. Una aleación de plata resistente al deslustre con marca registrada Argentium contiene 1,2% de germanio.
Los detectores de semiconductores hechos de germanio de alta pureza de un solo cristal pueden identificar con precisión las fuentes de radiación, por ejemplo, en la seguridad de los aeropuertos. El germanio es útil para monocromadores para líneas de luz utilizadas en la dispersión de neutrones de un solo cristal y la difracción de rayos X de sincrotrón. La reflectividad tiene ventajas sobre el silicio en aplicaciones de rayos X de alta energía y neutrones. Los cristales de germanio de alta pureza se utilizan en detectores para 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 está emergiendo como un material importante para la espintrónica y las aplicaciones de computación cuántica basadas en espín. En 2010, los investigadores demostraron el transporte de espín a temperatura ambiente y, más recientemente, se ha demostrado que los espines de electrones donantes en germanio tienen tiempos de coherencia muy largos.
Germanio y salud
El germanio no se considera esencial para la salud de las plantas o los animales. El germanio en el medio ambiente tiene poco o ningún impacto en la salud. Esto se debe principalmente a que generalmente se presenta solo como elemento traza en minerales y materiales carbonosos, y las diversas aplicaciones industriales y electrónicas involucran cantidades muy pequeñas que probablemente no se ingieran. Por razones similares, el germanio de uso final tiene poco impacto en el medio ambiente como riesgo biológico. Algunos compuestos intermedios reactivos de germanio son venenosos (consulte las precauciones a continuación).
Los suplementos de germanio, hechos tanto de germanio orgánico como inorgánico, se han comercializado como una medicina alternativa capaz de tratar la leucemia y el cáncer de pulmón. Sin embargo, no hay evidencia médica de beneficio; alguna evidencia sugiere que tales suplementos son activamente dañinos. La investigación de la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. ha concluido que el germanio inorgánico, cuando se usa como suplemento nutricional, "presenta un peligro potencial para la salud humana".
Algunos compuestos de germanio han sido administrados por médicos alternativos como soluciones inyectables no permitidas por la FDA. Las formas inorgánicas solubles de germanio que se usaron al principio, en particular la sal de citrato-lactato, dieron como resultado algunos casos de disfunción renal, esteatosis hepática y neuropatía periférica en personas que las usaron a largo plazo. Las concentraciones de germanio en plasma y orina en estos individuos, varios de los cuales murieron, fueron varios órdenes de magnitud mayores que los niveles endógenos. Una forma orgánica más reciente, el sesquióxido de beta-carboxietilgermanio (propagermanio), no ha exhibido el mismo espectro de efectos tóxicos.
Ciertos compuestos de germanio tienen baja toxicidad para los mamíferos, pero tienen efectos tóxicos contra ciertas bacterias.
Precauciones para compuestos de germanio químicamente reactivos
Si bien el uso de germanio en sí no requiere precauciones, algunos de los compuestos de germanio producidos artificialmente son bastante reactivos y presentan un peligro inmediato para la salud humana en caso de exposición. Por ejemplo, el cloruro de germanio y el germano (GeH 4) son un líquido y un gas, respectivamente, que pueden ser muy irritantes para los ojos, la piel, los pulmones y la garganta.
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