IL GERMANIO

CARATTERISTICHE GENERALI

Il germanio, la cui esistenza era stata prevista nel 1865 da Newlands e nel 1869 da Mendeleev (che lo denominò ekasilicio), deve il suo nome alla nazionalità del tedesco C.A. Winkler che per primo lo isolò nel 1886 dal minerale argirodite.

È un elemento relativamente raro (costituisce circa il 2-10^-4 % della crosta terrestre). I suoi minerali più importanti sono i solfuri doppi (con Ag, Cu, Fe, Zn, As) argirodite, reinerite e germanite.

Chimicamente il germanio ha le proprietà di un semimetallo, presenta un aspetto metallico bianco-grigio, è duro, fragile e a temperatura ambiente non viene attaccato dall'acqua né dagli acidi cloridrico e solforico anche concentrati, ma si discioglie (lentamente a freddo, più velocemente a caldo) negli acidi ossidanti, negli alcali concentrati e nelle soluzioni di perossido di idrogeno formando il biossido GeO₂. All'aria si ossida solo a temperature molto elevate (superiori a 700 °C); in tali condizioni reagisce anche con gli alogeni formando i tetraalogenuri.

COMPOSTI

Nei suoi composti il germanio presenta i seguenti numeri di ossidazione:  +4, -4, +2.

Tra gli ossidi, il più importante è il biossido GeO₂, solido bianco di cui esistono diverse forme allotropiche; ha carattere di acido debole, è solubile in alcali diluiti e con alcali concentrati da i sali (i germanati, come per esempio l’ortogermanato di magnesio, Mg₂GeO₄).

Il monossido di germanio GeO, è un solido cristallino di colore nero che può essere ottenuto per riduzione del diossido con acido ipofosforoso; non è un composto molto stabile e agisce come un energico riducente.

Il germanio forma diversi idruri, di formula generale Ge_nH_2n+2, aventi fino a 9 atomi di germanio: sono composti abbastanza stabili all'idrolisi in acqua, ma reagiscono violentemente con l'ossigeno formando GeO₂ e acqua.

Tra i tetralogenuri che si possono preparare per reazione diretta tra gli elementi, i più importanti sono il tetrafluoruro GeF₄, il tetrabromuro GeBr₄ e il tetracloruro GeCl₄. Per riduzione dei tetralogenuri con germanio possono essere preparati i corrispondenti dialogenuri, composti instabili che si comportano da forti riducenti.

Il disolfuro di germanio GeS₂, è un solido bianco che può essere ottenuto come precipitato facendo gorgogliare solfuro di idrogeno in una soluzione acida di GeO₂.

Composti organici del germanio. Sono note parecchie centinaia di tali composti, come per esempio molti alcossidi di germanio, facilmente ottenibili per reazione degli alogenuri di germanio con alcoli e fenoli. Analogamente sono stati sintetizzati moltissimi composti organogermanici, nei quali cioè il germanio è legato direttamente al carbonio ed eventualmente anche ad atomi di alogeno o ad altri atomi.

UTILIZZO

Le proprietà elettriche del germanio lo pongono tra i semiconduttori, sostanze caratterizzate dalla diminuzione della resistività elettrica all'aumentare della temperatura: questa peculiarità lo rende particolarmente adatto alla costruzione di diodi e transistori. Per questo uso al germanio vengono aggiunte tracce di elementi trivalenti (boro, gallio, indio) o pentavalenti (fosforo, antimonio, arsenico) ottenendo una conducibilità per effetto rispettivamente delle cariche positive o negative (elettroni). Nel primo caso il germanio si dice di tipo p, nel secondo di tipo n.

Oltre che nella costruzione di transistori, il germanio trova applicazione nella fabbricazione di parti di apparecchiature ottiche (lenti e filtri) e nella preparazione di leghe speciali (per esempio la lega germanio-oro destinata a usi odontoiatrici).

PRODUZIONE

Il germanio viene ottenuto come sottoprodotto di altre produzioni metallurgiche, come quelle dello zinco, del rame e del piombo. In particolare, negli impianti elettrolitici per la produzione di zinco, divenuti di sempre più largo impiego per il minore inquinamento ambientale da essi provocato, il germanio viene separato chimicamente dall'elettrolita prima della fase di elettrolisi. Indipendentemente dal tipo di processo metallurgico, i concentrati di germanio così ottenuti vengono purificati facendoli reagire con acido cloridrico, con formazione di cloruro di germanio facilmente distillabile dalla soluzione dell'acido. Il cloruro di germanio viene quindi idrolizzato a biossido che a sua volta viene ridotto a germanio con idrogeno. Il germanio così ottenuto viene ulteriormente raffinato con il procedimento di fusione a zone, per ottenere germanio ultrapuro per usi elettronici.