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Germanio – Protones – Neutrones – Electrones – Configuración electrónica

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El germanio es un metaloide brillante, duro, de color blanco grisáceo en el grupo del carbono, químicamente similar a su grupo vecino al estaño y al silicio.

En espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho mayor que el del silicio y aumenta la probabilidad de interacción de los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía media más baja necesaria para crear un par electrón-hueco, que es de 3,6 eV para el silicio y 2,9 eV para el germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía.

Protones y neutrones en Germanio

Número de protón - Número atómicoEl germanio  es un elemento químico con número atómico  32, lo que significa que hay 32 protones en su núcleo. Número total de protones en el núcleo se llama el  número atómico  del átomo y se le da el  símbolo Z . La carga eléctrica total del núcleo es, por tanto, + Ze, donde e (carga elemental) es igual a  1,602 x 10-19  culombios .

El número total de  neutrones  en el núcleo de un átomo se llama el  número de neutrones  del átomo y se le da el  símbolo N . Número de neutrones más el número atómico es igual al número de masa atómica:  N + Z = A . La diferencia entre el número de neutrones y el número atómico se conoce como  exceso de neutrones : D = N – Z = A – 2Z.

Para los elementos estables, suele haber una variedad de isótopos estables. Los isótopos son nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero difieren en el número de neutrones. Los números de masa de isótopos típicos de germanio  son  70; 72; 73; 74. 

Principales isótopos de Germanio

El germanio se encuentra en 5 isótopos naturales:  70Ge,  72Ge,  73Ge,  74Ge y  76Ge. De estos,  76Ge es muy ligeramente radiactivo, decayendo por desintegración beta doble con una vida media de  1,78×1021 años . 74Ge es el isótopo más común, con una abundancia natural de aproximadamente el 36%.

El germanio-70 está compuesto por 32 protones, 38 neutrones y 32 electrones.

El germanio-72 está compuesto por 32 protones, 40 neutrones y 32 electrones.

El germanio-73 está compuesto por 32 protones, 41 neutrones y 32 electrones.

El germanio-74 está compuesto por 32 protones, 42 neutrones y 32 electrones.

El germanio-76 está compuesto por 32 protones, 44 neutrones y 32 electrones.

Isótopos que ocurren naturalmente

Isótopo Abundancia Número de neutrones
70Ge 20,52% 38
72Ge 27,45% 40
73Ge 7,76% 41
74Ge 36,52% 42
76Ge (inestable) 7,75% 44

Isótopos inestables típicos

Isótopo Media vida Modo de decaimiento Producto
68Ge 270,8 d captura de electrones 68Ga
76Ge 1,78×1021 a desintegración beta 76Se

Electrones y configuración electrónica

El número de electrones en un átomo eléctricamente neutro es el mismo que el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, el número de electrones en el átomo neutro de germanio es 32. Cada electrón está influenciado por los campos eléctricos producidos por la carga nuclear positiva y los otros electrones negativos (Z – 1) en el átomo.

La configuración electrónica del  germanio  es  [Ar] 3d10 4s2 4p2 .

Los posibles estados de oxidación son  +2,4 .

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 nítrico y sulfúrico concentrados calientes y reacciona violentamente con los álcalis fundidos para producir germanatos ( [GeO 3 ] 2− ). El germanio se encuentra principalmente en el estado de oxidación +4, aunque se conocen muchos compuestos +2.

Aplicación más común de Germanio

Los detectores de germanio de alta pureza  ( detectores HPGe ) son la mejor solución para una espectroscopia precisa de  rayos X y gamma . En comparación con los  detectores de silicio , el  germanio  es mucho más eficiente que el  silicio  para la detección de radiación debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y debido a la menor energía promedio necesaria para crear un  par electrón-hueco , que es de 3,6 eV para el silicio y 2,9 eV. para germanio. Debido a su mayor número atómico,  Ge  tiene un coeficiente de atenuación lineal mucho mayor, lo que conduce a un camino libre medio más corto. Además, los detectores de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, mientras que el germanio puede tener un espesor sensible de centímetros , y por lo tanto se puede utilizar como detector de absorción total para rayos gamma de hasta unos pocos MeV.

Acerca de los protones

protónUn protón  es una de  las partículas subatómicas  que forman la materia. En el universo, los protones son abundantes y constituyen  aproximadamente la mitad  de toda la materia visible. Tiene  una carga eléctrica positiva (+ 1e)  y una masa en reposo igual a 1,67262 × 10 −27  kg ( 938,272 MeV / c 2 ), marginalmente más ligera que la del neutrón pero casi 1836 veces mayor que la del electrón. El protón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,87 × 10 −15  m, o 0,87 fm, y es un fermión de espín ½.

Los protones  existen en los núcleos de los átomos típicos, junto con sus contrapartes neutrales, los neutrones. Los neutrones y protones, comúnmente llamados  nucleones , están unidos en el núcleo atómico, donde representan el 99,9 por ciento de la masa del átomo. La investigación en física de partículas de alta energía en el siglo XX reveló que ni el neutrón ni el protón  no son  los bloques de construcción más pequeños de la materia.

Acerca de los neutrones

Un neutrón  es una de  las partículas subatómicas  que forman la materia. En el universo, los neutrones son abundantes y constituyen  más de la mitad  de toda la materia visible. No tiene  carga eléctrica  y una masa en reposo igual a 1,67493 × 10-27 kg, marginalmente mayor que la del protón pero casi 1839 veces mayor que la del electrón. El neutrón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,8 × 10-15 m, o 0,8 fm, y es un fermión de espín ½.

Los núcleos atómicos están formados por protones y neutrones, que se atraen entre sí a través de  la fuerza nuclear , mientras que los protones se repelen entre sí a través de  la fuerza eléctrica  debido a su carga positiva. Estas dos fuerzas compiten, lo que conduce a diversas estabilidades de los núcleos. Solo existen ciertas combinaciones de neutrones y protones, que forman  núcleos estables .

Los neutrones estabilizan el núcleo , porque se atraen entre sí y a los protones, lo que ayuda a compensar la repulsión eléctrica entre los protones. Como resultado, a medida que aumenta el número de protones,  se necesita una proporción cada vez mayor de neutrones a protones  para formar un núcleo estable. Si hay demasiados o muy pocos neutrones para un número determinado de protones, el núcleo resultante no es estable y sufre  una desintegración radiactiva . Los isótopos inestables se  desintegran a través de varias vías de desintegración radiactiva, más comúnmente desintegración alfa, desintegración beta o captura de electrones. Se conocen muchos otros tipos raros de desintegración, como la fisión espontánea o la emisión de neutrones. Cabe señalar que todas estas vías de desintegración pueden ir acompañadas de  la posterior emisión de Radiación gamma . Las desintegraciones alfa o beta puras son muy raras.

Acerca de los electrones y la configuración de los electrones

La tabla periódica es una representación tabular de los elementos químicos organizados sobre la base de sus números atómicos, configuraciones electrónicas y propiedades químicas. La configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. El conocimiento de la  configuración electrónica  de diferentes átomos es útil para comprender la estructura de la tabla periódica de elementos.

Todo sólido, líquido, gas y plasma está compuesto por átomos neutros o ionizados. Las  propiedades químicas del átomo  están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la  disposición de los electrones . La  configuración de estos electrones se  deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.

Es el  principio de exclusión de Pauli el  que requiere que los electrones de un átomo ocupen diferentes niveles de energía en lugar de que todos se condensen en el estado fundamental. El orden de los electrones en el estado fundamental de los átomos multielectrones comienza con el estado de energía más bajo (estado fundamental) y se mueve progresivamente desde allí hacia arriba en la escala de energía hasta que a cada uno de los electrones del átomo se le ha asignado un conjunto único de números cuánticos. Este hecho tiene implicaciones clave para la construcción de la tabla periódica de elementos.

configuración electrónica - bloques - elementosLas dos primeras columnas en el lado izquierdo de la tabla periódica son donde los  s  están siendo ocupados subniveles. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan  bloque s . De manera similar, el  bloque p  son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el  bloque d  son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el  bloque f  es la sección de 14 columnas que normalmente se representa separada del cuerpo principal. de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa.

En el caso de átomos con muchos electrones, esta notación puede ser larga, por lo que se utiliza una notación abreviada. La configuración electrónica se puede visualizar como los electrones del núcleo, equivalentes al  gas noble  del período anterior, y los electrones de valencia (por ejemplo, [Xe] 6s2 para el bario).

Estados de oxidación

Los estados de oxidación se representan típicamente por números enteros que pueden ser positivos, cero o negativos. La mayoría de los elementos tienen más de un posible estado de oxidación. Por ejemplo, el carbono tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4.

La definición actual del estado de oxidación del Libro de Oro de la IUPAC es:

«El estado de oxidación de un átomo es la carga de este átomo después de la aproximación iónica de sus enlaces heteronucleares …»

y el término número de oxidación es casi sinónimo. Un elemento que no está combinado con ningún otro elemento diferente tiene un estado de oxidación de 0. El estado de oxidación 0 ocurre para todos los elementos – es simplemente el elemento en su forma elemental. Un átomo de un elemento en un compuesto tendrá un estado de oxidación positivo si se le han eliminado electrones. De manera similar, la adición de electrones da como resultado un estado de oxidación negativo. También hemos distinguido entre los estados de oxidación posibles y comunes de cada elemento. Por ejemplo, el silicio tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4, pero solo -4, 0 y +4 son estados de oxidación comunes.

Resumen

Elemento Germanio
Numero de protones 32
Número de neutrones (isótopos típicos) 70; 72; 73; 74
Numero de electrones 32
Configuración electronica [Ar] 3d10 4s2 4p2
Estados de oxidación +2,4

Tabla periódica de germanio

Fuente: www.luciteria.com

Propiedades de otros elementos

Germanio - Comparación de protones - Neutrones y electrones

Tabla periódica en resolución 8K

Otras propiedades del Germanio