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Germânio (Ge)

O germânio (Ge) é um elemento químico do grupo 14 que, na forma sólida, apresenta brilho metálico e é quebradiço.

Pessoa segurando um bloco com o símbolo, o número atômico e a massa atômica do germânio.
O germânio é comumente entendido como um semimetal, isto é, possui propriedades de metais e de ametais.
Crédito da Imagem: shutterstock
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O germânio (Ge) é o elemento químico de número atômico 32 da Tabela Periódica e está posicionado logo após o silício no grupo 14. É um semimetal (possui propriedades de metais e de ametais) que, na forma sólida, apresenta brilho metálico e é quebradiço. Quimicamente, é semelhante ao silício, embora seja mais reativo e mais eletropositivo do que ele.

O germânio figura em poucos minerais, sendo raro na crosta terrestre (embora seja bem distribuído ao longo dela). É obtido a partir de rejeitos de minérios de zinco e, posteriormente, é purificado. É aplicado em dispositivos ópticos e em catalisadores para reações de polimerização e tem propriedades transmissoras de radiação infravermelha. Não é considerado um elemento tóxico, contudo, a ingestão recorrente pode causar sérios danos à saúde. Foi descoberto em 1886 por Clemens Winkler.

Leia também: Silício — detalhes sobre o elemento químico ao qual o germânio se assemelha quimicamente

Tópicos deste artigo

Resumo sobre o germânio

  • O germânio é o elemento químico de número atômico 32 da Tabela Periódica.

  • Ele é representado pelo símbolo Ge e está posicionado logo após o silício no grupo 14.

  • Apresenta brilho metálico, porém é quebradiço.

  • É muito semelhante quimicamente ao silício, porém é mais eletropositivo e reativo do que ele.

  • O germânio é comumente entendido como um semimetal, mas alguns autores o classifiquem como um metal.

  • Sua presença na crosta terrestre é pequena, embora seja bem distribuído ao longo dela.

  • Pode ser obtido a partir de rejeitos de minérios de zinco e, posteriormente, é purificado.

  • É usado principalmente em dispositivos ópticos, mas também se destaca como catalisador para reações poliméricas.

  • Não é considerado tóxico ao ser humano, mas exposições agudas são perigosas e causam riscos à saúde.

  • Foi descoberto em 1886 pelo alemão Clemens Winkler.

Propriedades do germânio

  • Símbolo: Ge

  • Número atômico: 32

  • Massa atômica: 72,63 u.m.a

  • Eletronegatividade: 2,01

  • Ponto de fusão: 938,25 °C

  • Ponto de ebulição: 2833 °C

  • Densidade: 5,323 kg.L-1 (a 25 °C)

  • Configuração eletrônica: [Ar] 3d10 4s2 4p2

  • Série química: semimetal; grupo 14; elementos representativos

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Características do germânio

O germânio, símbolo Ge, é o elemento de número atômico 32 da Tabela Periódica. Em sua forma pura, apresenta um brilho metálico, além de ser quebradiço. Quimicamente, o germânio é muito semelhante a outro elemento do seu grupo, o silício (Si). Por exemplo, assim como o silício, o germânio, ao estabelecer ligações iônicas ou covalentes, apresenta número de oxidação igual a +2 ou a +4. Contudo, o germânio é mais eletropositivo e mais reativo do que o silício.

Amostra de germânio no estado sólido.
Amostra de germânio no estado sólido.

O germânio pode absorver H2, O2, CO2, H2O, álcool e outras substâncias comuns que contenham hidrogênio e oxigênio. É estável no ar e na água, dissolve-se lentamente em ácido sulfúrico (H2SO4) e em ácido nítrico (HNO3) quentes, com produção de GeO2. As reações de germânio com HCl e H2S produzem, respectivamente, GeCl4 e GeS2. Não se dissolve em ácidos diluídos ou em soluções alcalinas, a não ser que agentes oxidantes, como H2O2 e NaOCl, estejam presentes.

O grupo 14 apresenta uma peculiaridade comum a outros grupos do bloco p: o aumento do caráter metálico ao longo do grupo. O germânio é comumente entendido como um semimetal, pois, apesar de apresentar aparência de metal e, em certos momentos, comportar-se como um metal, apresenta propriedades não metálicas. Por exemplo, o germânio, ao se solidificar, adquire uma estrutura semelhante à estrutura do diamante, contudo, apresenta uma resistividade elétrica bem menor do que o próprio diamante, um comportamento típico de um metal.

Algumas tabelas e alguns autores, que buscam manter a distinção dos elementos apenas como metais e ametais (excluindo, assim, os semimetais), colocam o germânio como o primeiro elemento metálico do grupo 14.

Onde o germânio pode ser encontrado?

Os minerais de germânio são extremamente raros, mas o elemento é bem distribuído pela crosta terrestre como um elemento traço (uma concentração de apenas 1,8 mg de germânio para cada quilograma de massa de crosta terrestre). Apesar da limitação dos dados acerca das reservas naturais de germânio, sabe-se que depósitos ricos desse elemento podem ser encontrados nos Estados Unidos, na China, no Congo e na Rússia.

Em geral, pode ser encontrado associado ao cobre, ao zinco, ao chumbo, ao selênio, ao arsênio, à prata, ao ferro, ao carvão, entre outros. Um exemplo de mineral no qual pode ser encontrado o germânio, com uma concentração de cerca de 8% em massa do elemento, é a germanita, um sulfeto de cobre e de ferro (Cu26Fe4Ge4S32).

Obtenção do germânio

A obtenção comercial do germânio, seja via produção, seja via reciclagem (mais de 60% do germânio presente em dispositivos ópticos é reciclado), ocorre em poucos países, incluindo os Estados Unidos, a Bélgica, o Canadá, a China, a Alemanha e a Rússia. Desses países, a China é a maior produtora de germânio.

A obtenção do germânio passa, em primeiro momento, pelo enriquecimento do material na fonte mineral. A recuperação já foi realizada a partir de cinzas de carvão, contudo, atualmente é comum que se faça essa recuperação a partir dos rejeitos em pó das fundições que processam minérios de zinco.

A partir dos minérios enriquecidos em germânio, prepara-se o tetracloreto de germânio, GeCl4. Como o GeCl4 é um composto volátil, ele pode ser separado dos demais compostos via destilação fracionada. Posteriormente, é possível realizar a hidrólise do tetracloreto de germânio, atingindo-se o GeO2. A partir daí, o germânio puro pode ser obtido via redução com H2.

Importante: Para uso em semicondutores ou em instrumentos ópticos, o germânio precisa apresentar alto grau de pureza. Por isso, para esses casos, o germânio passa por um processo conhecido como fusão zonal (ou refino zonal) para que seus cristais sejam purificados. Após essa técnica, o germânio obtido apresenta uma pureza significativamente alta: 1 parte impura a cada 1010 partes (1 mg de impureza a cada 10 toneladas de cristais de germânio).

Aplicações do germânio

Devido às suas propriedades, o germânio se destaca como um material semicondutor, sendo por isso utilizado em dispositivos ópticos e em sistemas de fibra óptica. O germânio também chama a atenção devido às suas propriedades de transmissão em infravermelho (1 cm de Ge transimte de 25-46% de radiação no infravermelho, 5000 a 600 cm−1). São as propriedades de transmissão no infravermelho que permitem a utilização do germânio em dispositivos de visão noturna, em sensores infravermelhos e em sistemas de identificação.

Um diodo semicondutor de germânio isolado em um fundo branco.
Diodo semicondutor de germânio.

O germânio também possui demanda comercial na produção de catalisadores para reações de polimerização, sendo usado, por exemplo, na produção do polímero politereftalato de etileno (PET). Destaca-se, ainda, a utilização do germânio na quimioterapia, na metalurgia e na confecção de materiais fosforescentes.

Acesse também: Chumbo — metal muito versátil devido à sua maleabilidade, à sua ductilidade, à sua dureza e à sua resistência à oxidação

Precauções com o germânio

O germânio não é um elemento essencial, e sua toxicidade é considerada baixa. Contudo, há relatos de efeitos adversos à saúde com alta exposição a compostos de germânio.

Suplementos alimentares à base de germânio são propagandeados como benéficos à saúde, porém, nos Estados Unidos, tanto a American Cancer Society (ACS) quanto a Food and Drug Administration (FDA) concluíram que compostos de germânio seriam perigosos, impedindo, inclusive, sua importação. Em 1988, a FDA aceitou o sesquióxido de germânio como aditivo alimentar, mas, em 1995, emitiram um alerta para removê-lo, pois ele seria nocivo aos rins. A ACS ainda publicou que suplementos de germânio poderiam ser perigosos aos seres humanos e poderiam interferir em medicamentos.

Há relatos de pacientes que, após consumo contínuo de suplementos à base de germânio, desenvolveram sérios problemas, como problemas renais crônicos, distúrbios neurológicos e problemas cardiovasculares.

Além disso, na Europa, é possível encontrar germânio em drogas isentas de prescrição médica, com a recomendação de que podem ser usadas para tratamento da Aids e do câncer. Entretanto, o uso do germânio para esses fins não é aprovado pelas agências reguladoras da maioria dos países europeus.

História do germânio

O germânio foi descoberto pelo químico alemão Clemens Winkler, a partir da análise do novo e raro mineral argirodita (Ag8GeS6), escavado a partir de uma mina próxima à sua residência, em Freiberg. O balanço de massa de argirodita apontava 75% de prata, 18% de enxofre e 7% de impurezas que Winkler não conseguia explicar nem identificar a composição. No ano de 1886, após muitas tentativas sem sucesso, Winkler conseguiu isolar o elemento, precipitando-o em um complexo sulfetado após uso de excesso de ácido clorídrico.

Tudo isso ocorria no contexto da recém-elaborada Tabela Periódica do químico russo Dmitri Mendeleev. Em 1869, ao divulgar sua forma de organização dos elementos até então conhecidos, Mendeleev lacunas para elementos que viriam a ser descobertos, algo que aconteceu alguns anos depois, em 1875 (descoberta do gálio) e em 1879 (descoberta do escândio), o que ajudou a corroborar os trabalhos de Mendeleev. Mesmo assim, alguns cientistas ainda se mostravam céticos quanto à Tabela Periódica.

De fato, um pouco antes de Winkler, em 1861, John Newlands (criador da lei das oitavas, um modelo para organizar elementos químicos pré-Tabela Periódica), havia previsto que haveria um elemento a ser descoberto entre o silício (Si) e o estanho (Sn). Em 1871, Mendeleev, inclusive, chamou a lacuna entre esses elementos de eka-silício e chegou a calcular sua massa atômica (chegou ao valor 72, um pouco distante dos 72,6 adotados atualmente).

Voltando à Winkler, o alemão percebeu que estava diante de um novo elemento químico, dando-lhe o nome “germânio” (em homenagem ao seu país de origem, a Alemanha). Contudo, Winkler colocou o germânio entre o antimônio (Sb) e o bismuto (Bi) devido às semelhanças químicas com tais elementos. Embora a escolha soe incoerente ao se observar a Tabela Periódica moderna, deve-se atentar para o fato de que a tabela original de Mendeleev havia uma lacuna entre o antimônio e o bismuto, o eka-antimônio.

Porém, após ter conhecimento dos trabalhos de Winkler, Mendeleev, Winkler e o químico alemão Julius Lothar Meyer discutiram acerca das propriedades reais e previstas do novo elemento. Mendeleev chegou a duvidar de algumas hipóteses iniciais, até mesmo sugerindo que o novo elemento pudesse ser o eka-cádmio.

A dificuldade em chegar a uma lacuna correta para ser preenchida pelo germânio residia no fato de que os lantanídeos ainda não tinham sido descobertos à época (apenas quatro elementos haviam sido descobertos entre o bário e o tântalo), motivo pelo qual os posicionamentos propostos por Winkler e por Mendeleev tinham critérios razoáveis.

A resposta para tudo veio com o cálculo da massa atômica do germânio. De fato, após a massa atômica do germânio ter sido constatada, o germânio foi confirmado como o elemento eka-silício, algo que já havia sido indicado por Meyer, previamente. Outras propriedades físicas do germânio também foram de encontro às propriedades previstas por Mendeleev em 1871 para o eka-silício.

Winkler ainda reportou que o nome “germânio” sofreu resistência, uma vez que havia a alegação que era um nome muito nacionalista. O alemão insistiu no nome, baseado no fato de que os elementos gálio e escândio também faziam referência à pátria de seus descobridores. Outro ponto de conflito do nome era que o germânio seria, junto com o selênio, com o telúrio e com o hélio, um dos poucos elementos não metálicos a ter o sufixo –ium em inglês (germanium). Contudo, embora pudesse parecer uma escolha estranha por parte de Winkler, tal sufixo era consistente com o nome alemão de outro elemento não metálico do grupo 14, o silício (silizium).

Fontes

BURDETTE, S. C.; THORNTON, B. F. The germination of germanium. Nature Chemistry. v. 10. fev. 2018.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95a ed. CRC Press: 2014.

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

KEITH, L. S.; FAROON, O. M.; MAPLES-REYNOLDS, N.; FOWLER, B. A. Germanium. In: Handbook of the Toxicology of Metals. 4. ed. v. 2, cap. 37, p. 799-816. Academic Press: Cambridge, 2015.

QIN, C.; GAO, L; WANG, E. Germanium: Inorganic Chemistry. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry. 2. ed. Wiley: Nova Jersey, 2005.

TOLCIN, A. C. Germanium. In: Mineral Commodity Summaries. p. 80-81. U. S. Geological Survey: Reston, Virginia, 2024.

Escritor do artigo
Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Germânio (Ge)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/germanio-ge.htm. Acesso em 17 de junho de 2024.

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