El Germanio (Ge) – Germán Fernández

1. Introducción al Germanio

El germanio (Ge), con número atómico 32, es un elemento que ha desempeñado un papel fundamental en el avance de la tecnología moderna, especialmente en el campo de la electrónica y la óptica. Su historia es un testimonio de la visión científica y la validación de principios fundamentales de la química.

Descubrimiento e Importancia Histórica

La existencia del germanio fue predicha en 1869 por el químico ruso Dmitri Mendeléyev, quien lo denominó «eka-silicio» en su tabla periódica. Esta predicción, basada en las propiedades que el elemento debería poseer dada su posición, fue un hito crucial que demostró la validez y el poder predictivo de su sistema de clasificación de los elementos.¹

Diecisiete años después, en 1886, el químico alemán Clemens Winkler confirmó la existencia de este elemento. Winkler lo descubrió en el mineral argirodita, una combinación de plata, azufre y el nuevo elemento. Las propiedades físicas y químicas observadas por Winkler se correspondían notablemente con las predichas por Mendeléyev, lo que consolidó aún más la aceptación de la tabla periódica como una herramienta indispensable en la química.¹

Más allá de su importancia en la química fundamental, el germanio se convirtió en un pilar de la revolución electrónica. En 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, trabajando en Bell Telephone Labs, desarrollaron el primer transistor moderno utilizando germanio. Este invento representó un avance tecnológico sin precedentes, mejorando significativamente el rendimiento de las válvulas termoiónicas y marcando el inicio de la era de los semiconductores. Por este innovador trabajo, los tres científicos recibieron el Premio Nobel en 1956.¹ La contribución del germanio a este invento seminal subraya su papel histórico como catalizador del progreso tecnológico.

Posición en la Tabla Periódica y Naturaleza como Metaloide

El germanio se sitúa en el Grupo 14 de la tabla periódica, compartiendo columna con el carbono (C), el silicio (Si), el estaño (Sn) y el plomo (Pb).² Esta ubicación es clave para entender sus propiedades, ya que se clasifica como un metaloide. Esta categoría implica que el germanio exhibe características intermedias entre los metales y los no metales.⁵

Físicamente, el germanio posee un brillo metálico y, bajo ciertas condiciones, puede conducir la electricidad. Sin embargo, a diferencia de los metales típicos, es relativamente quebradizo. Su capacidad para formar enlaces covalentes, similar a los no metales, es fundamental para su comportamiento semiconductor. Su configuración electrónica, [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p², con cuatro electrones de valencia, es la base de su versatilidad química y de su comportamiento como semiconductor.⁵

2. Obtención y Purificación del Germanio

El germanio es un elemento relativamente escaso en la corteza terrestre, con una abundancia de aproximadamente 1 parte en 10 millones.⁵ Sin embargo, su disponibilidad económica no se rige únicamente por su concentración total, sino por la viabilidad de su extracción y purificación.

Fuentes Naturales y Minerales Rentables

La obtención del germanio presenta una particularidad significativa: a diferencia de otros elementos que se extraen de minerales específicos en grandes volúmenes, el germanio se recupera principalmente como coproducto de la metalurgia extractiva de otros metales.¹¹ Las fuentes más comunes incluyen minerales de zinc, como la blenda o esfalerita (donde se encuentra en forma de sulfuro), así como minerales de plata y cobre.¹ También se encuentra presente en el carbón.²

Existen minerales específicos de germanio, como la germanita (que puede contener hasta un 69% de germanio) y la garnierita (con un 7-8% de germanio), que son rentables para su extracción directa. No obstante, estas fuentes no constituyen la principal vía de producción a nivel global.² La dependencia de la producción de germanio de la minería de otros metales, especialmente el zinc, implica que su oferta no responde directamente a su propia demanda, sino que está intrínsecamente ligada a las fluctuaciones del mercado del zinc. Esto confiere al germanio el estatus de un «recurso estratégico» y explica por qué su cadena de suministro es particularmente sensible a los cambios en la producción de metales primarios, generando posibles vulnerabilidades para las industrias de alta tecnología que lo requieren.¹

Procesos Industriales de Extracción y Refinación

El proceso industrial para obtener germanio puro es complejo y consta de varias etapas diseñadas para concentrar y purificar el elemento:

Conversión a Óxido: Los sulfuros de germanio, presentes como subproductos en las menas de zinc, se transforman en dióxido de germanio (GeO₂) mediante un proceso de tostación oxidante, que implica calentamiento al aire. La reacción principal es: GeS₂ + 3O₂ → GeO₂ + 2SO₂.¹⁰ Durante esta etapa, es crucial mantener condiciones altamente oxidantes para evitar la formación de monóxido de germanio (GeO), un compuesto volátil que podría resultar en pérdidas significativas del material.¹⁴
Formación de Tetracloruro de Germanio (GeCl₄): El dióxido de germanio se convierte en tetracloruro de germanio (GeCl₄), un compuesto altamente volátil, mediante la reacción con cloruro de hidrógeno (HCl) o cloro elemental (Cl₂).⁶ La volatilidad del GeCl₄ es una propiedad clave que se explota en la siguiente fase de purificación.
Purificación por Destilación: El tetracloruro de germanio puede destilarse y separarse eficazmente de sus impurezas debido a su punto de ebullición relativamente bajo.¹⁵ Este paso es fundamental para alcanzar los elevados niveles de pureza que se exigen en aplicaciones de semiconductores y óptica.
Reducción a Metal: Finalmente, el tetracloruro de germanio purificado se reduce a germanio metálico. Para obtener germanio de alta pureza (grado óptico, infrarrojo y semiconductor), la reducción se lleva a cabo con hidrógeno (H₂): GeO₂ + 2H₂ → Ge + 2H₂O.⁶ En contraste, para aplicaciones industriales menos exigentes, como la producción de acero, la reducción puede realizarse con coque (carbono): GeO₂ + C → Ge + CO₂.¹⁰

Métodos Hidrometalúrgicos y Purificación de Alta Pureza

Además de los procesos pirometalúrgicos, se emplean métodos hidrometalúrgicos que implican la disolución de compuestos de germanio en soluciones ácidas, seguida de la precipitación de germanio puro a partir de la solución.⁶ Se han investigado técnicas como la lixiviación (extracción con agentes como ácido oxálico o agua destilada) y la extracción líquido-líquido (utilizando agentes complejantes como catecol y trioctilamina) para recuperar germanio de fuentes secundarias, como las cenizas volantes.¹⁶

Para alcanzar la pureza extrema requerida por los dispositivos semiconductores (el llamado «grado electrónico»), se utilizan métodos avanzados como el refinado por zonas (zone refining).¹⁷ Este proceso permite obtener germanio con una pureza de hasta 99.9999999% (9N) al mover una zona fundida a lo largo de una barra de germanio, lo que arrastra las impurezas hacia un extremo. Posteriormente, los cristales de germanio monocristalino se producen mediante el proceso de Czochralski. A partir de estos cristales, se fabrican las obleas de germanio mediante una serie de pasos que incluyen corte, rectificado, grabado, limpieza y pulido.¹⁷ La utilidad del germanio en aplicaciones de alta tecnología no se basa solo en su presencia, sino en la capacidad de purificarlo a niveles de pureza extrema. Las impurezas, incluso en trazas mínimas, pueden alterar drásticamente sus propiedades semiconductoras y ópticas. Por lo tanto, la inversión en técnicas de purificación avanzadas es tan crítica como la extracción inicial, representando un cuello de botella tecnológico y económico que influye en el costo y la disponibilidad del material de grado electrónico.

Producción y Comercio Mundial

El comercio mundial de óxidos de germanio y dióxido de circonio (clasificados bajo el Sistema Armonizado HS6 28.25.60) alcanzó un valor de $393 millones en 2023, lo que representa una participación minúscula (<0.005%) del comercio global total.¹⁸

China se posiciona como el principal exportador de óxidos de germanio, con $156 millones en 2023, mientras que Estados Unidos es el principal importador, con $51.5 millones en el mismo año.¹⁸ Otros exportadores relevantes incluyen Japón y EE. UU., y otros importadores clave son Alemania y Corea del Sur.¹⁸ El comercio en esta categoría ha experimentado una contracción anualizada del 1.93% en los últimos cinco años, con una caída más pronunciada del 15.9% entre 2022 y 2023.¹⁸ Esta contracción podría reflejar una desaceleración en algunas de sus industrias clave o un esfuerzo de los países importadores por diversificar sus fuentes o aumentar la producción interna a partir de subproductos o reciclaje.

En España, Asturiana de Zinc, SA (AZSA) ha recuperado germanio (en forma de óxido al 66% y germanato sódico al 40%) como coproducto de la metalurgia del zinc desde 1987, consolidándose como un exportador neto de óxido de germanio. Sin embargo, se prevé que, a partir de 2003, la planta metalúrgica de San Juan de Nieva dependerá totalmente de minerales de origen exterior para su producción de germanio, lo que ilustra la dependencia de la oferta de germanio de la producción de otros metales y la dinámica de la cadena de suministro global.¹¹

3. Propiedades Físicas del Germanio

El germanio es un elemento con un conjunto distintivo de propiedades físicas que lo hacen invaluable para aplicaciones de alta tecnología.

Características Generales

El germanio se presenta como un metaloide brillante, de color gris plateado, con un aspecto similar al estaño.² A temperatura ambiente, es un sólido blanco grisáceo.³ Su estructura cristalina es cúbica, idéntica a la del diamante, lo que contribuye a su dureza y fragilidad.² Es un material duro pero relativamente quebradizo en comparación con los metales, con una dureza Mohs de 6.²

La densidad del germanio oscila entre 5.323 g/cm³ y 5.353 g/cm³, siendo aproximadamente 5.35 veces más pesado que el agua.⁵ Posee un punto de fusión relativamente alto, alrededor de 937.4 °C (1210.6 K), y un punto de ebullición de aproximadamente 2827 °C a 2833 °C (3103 K).⁵ Una propiedad inusual del germanio es que se expande al solidificarse, una característica que comparte con el agua y el bismuto.³ Además, por encima de 120 kilobares de presión, el germanio presenta un alótropo diferente conocido como β-germanio.⁵ En cuanto a sus isótopos, el germanio tiene cinco isótopos naturales estables (Ge-70, Ge-72, Ge-73, Ge-74, Ge-76), siendo el Ge-74 el más abundante (35.94%). El Ge-76 es ligeramente radiactivo y el menos común de los isótopos naturales.² Se han caracterizado 18 radioisótopos y 9 estados metaestables.

Propiedades Eléctricas (Comportamiento Semiconductor)

El germanio es un semiconductor intrínseco, lo que significa que su conductividad eléctrica se encuentra en un rango intermedio entre la de un conductor y un aislante.² Una de sus características más importantes es su pequeña banda prohibida (bandgap) de 0.66 eV a temperatura ambiente.² Esta propiedad es fundamental porque le permite responder eficazmente a la radiación infrarroja, a diferencia de semiconductores con bandgaps más grandes.²

Además, el germanio exhibe una alta movilidad de electrones y una alta movilidad de huecos.¹⁷ Esta propiedad es crucial para su aplicación en dispositivos electrónicos de alta velocidad, ya que facilita un flujo de corriente más eficiente.²⁰ Su conductividad térmica a 20 °C es de 60.2 W·m⁻¹·K⁻¹.⁷ Las propiedades físicas del germanio no son características aisladas, sino que están intrínsecamente ligadas a su estructura atómica y cristalina. Su estructura cúbica, similar a la del diamante, es la base de su comportamiento como semiconductor y de su dureza. La pequeña banda prohibida y la alta movilidad de portadores son consecuencias directas de su configuración electrónica y la naturaleza de sus enlaces covalentes. La inusual propiedad de expandirse al solidificarse también se deriva de la disposición de sus átomos en la red cristalina. Comprender esta conexión fundamental es clave para la ingeniería de materiales y el diseño de dispositivos.

Propiedades Ópticas

El germanio es notablemente transparente a la radiación infrarroja, lo que lo convierte en un material invaluable para detectores infrarrojos, lentes y sistemas de visión nocturna.³ El dióxido de germanio (GeO₂) y el germanio metálico poseen un alto índice de refracción y una baja dispersión óptica.⁵ Estas propiedades son ideales para lentes de cámara gran angular y para la fabricación de fibra óptica, donde la mínima dispersión es esencial para la transmisión de señales con alta fidelidad.⁵

Aunque el silicio es más abundante y puede operar a temperaturas más altas ²⁴, las propiedades ópticas y eléctricas del germanio son únicas y lo hacen insustituible en ciertos nichos. Su transparencia inherente a la radiación infrarroja no es replicada de manera eficiente por el silicio, lo que lo convierte en el material de elección para la óptica infrarroja avanzada y la fibra óptica. De manera similar, su alta movilidad de electrones lo posiciona para transistores de alta velocidad y células solares de muy alta eficiencia, especialmente en condiciones extremas como el espacio, donde el rendimiento es prioritario sobre el costo.⁶ Esto demuestra que el valor del germanio no reside en su uso generalizado, sino en su capacidad para satisfacer requisitos muy específicos y de alto rendimiento donde otros materiales son insuficientes, justificando su costo y la complejidad de su obtención.

4. Propiedades Químicas del Germanio

El germanio exhibe una química que, aunque comparte similitudes con sus vecinos del Grupo 14, posee características distintivas que lo hacen valioso en diversas aplicaciones.

Estados de Oxidación y Reactividad General

Los estados de oxidación más comunes del germanio son +2 y +4, siendo el estado +4 el más estable y predominante en la mayoría de sus compuestos.⁵ También puede presentar estados de oxidación menos comunes como -4, +1 y +3.⁷ Bajo condiciones estándar y a temperatura ambiente, el germanio es un elemento relativamente poco reactivo, conservando su brillo metálico.²

Reacciones con Diversos Elementos y Compuestos

La reactividad del germanio, aunque generalmente baja, es específica y se explota en procesos industriales:

Con Aire/Oxígeno: Se oxida lentamente a dióxido de germanio (GeO₂) a temperaturas superiores a 250 °C.⁵ A temperaturas aún más elevadas, la oxidación puede ir acompañada de una pérdida de peso debido a la generación de monóxido de germanio (GeO), que es volátil.¹³
Con Agua: No reacciona con agua en condiciones normales.⁷ Sin embargo, la adsorción de vapor de agua en su superficie puede destruir la capa de pasivación de óxido y producir una capa de óxido más gruesa.¹³
Con Ácidos: Es insoluble en ácidos diluidos.⁵ Se disuelve lentamente en ácido sulfúrico concentrado.⁵ Reacciona rápidamente con mezclas de ácido nítrico (HNO₃) y ácido fluorhídrico (HF), en un proceso donde el germanio primero se oxida y luego el óxido formado se disuelve.¹⁴ Reacciona más lentamente con agua regia.¹⁴
Con Álcalis: Es insoluble en álcalis diluidos.⁵ Sin embargo, reacciona violentamente con álcalis fundidos para producir germanatos ([GeO₃]²⁻).⁵
Con Halógenos: Reacciona con los halógenos para producir di- y tetrahaluros de germanio.¹⁴ Por ejemplo, arde en atmósfera de cloro.⁷
Con Azufre: Puede reaccionar con azufre para formar sulfuros de germanio.⁶

Comparación de Reactividad con Elementos del Grupo 14 (Silicio y Estaño)

El germanio es menos reactivo que otros metaloides de su grupo, como el silicio.⁶ Químicamente, presenta similitudes con el silicio y el estaño, sus vecinos en el grupo 14.² Al igual que el silicio, el germanio tiende a formar compuestos covalentes que en su mayoría no están ionizados.⁹

La dualidad en la reactividad química del germanio —su baja reactividad bajo condiciones ambientales (resistencia a ácidos y álcalis diluidos, oxidación lenta en frío) combinada con su reactividad específica bajo condiciones más enérgicas (ácidos fuertes, álcalis fundidos, halógenos)— es una ventaja fundamental para su manipulación industrial y aplicaciones finales.² Su inercia general garantiza la estabilidad y durabilidad de los componentes electrónicos y ópticos fabricados con germanio. Sin embargo, su reactividad con halógenos es precisamente la propiedad química que se explota en el proceso de purificación industrial, al formar el volátil tetracloruro de germanio (GeCl₄) que permite la separación de impurezas mediante destilación.⁶ Esta «reactividad controlada» permite que el material sea procesado y purificado eficientemente en las etapas de fabricación, sin comprometer su integridad química una vez integrado en un dispositivo. La capacidad de formar germanatos en soluciones alcalinas también es relevante para procesos de recuperación o síntesis de ciertos compuestos, demostrando cómo la comprensión de su química es clave para su ciclo de vida industrial.⁵

5. Compuestos de Germanio

Los compuestos de germanio se clasifican a grandes rasgos en compuestos orgánicos de germanio y compuestos inorgánicos de germanio.¹⁰ Es importante destacar que la mayoría de los compuestos divalentes de germanio (aquellos con estado de oxidación +2) tienden a ser inestables y se descomponen a temperaturas superiores a la ambiente.¹⁴

Óxidos de Germanio (GeO, GeO₂)

Los óxidos de germanio, especialmente el monóxido (GeO) y el dióxido (GeO₂), tienen una gran importancia comercial.¹⁴ El dióxido de germanio (GeO₂) es la principal fuente comercial de germanio.²³ Puede obtenerse por hidrólisis del tetracloruro de germanio (GeCl₄) o por precipitación de germanio a partir de una solución concentrada.¹⁴ El GeO₂ existe en dos formas cristalinas principales, denominadas «soluble» e «insoluble», cuya proporción puede depender del tiempo de reacción y las condiciones de calentamiento.¹⁴

El dióxido de germanio se comercializa con alta pureza (>5N), como polvo blanco, y en formas cristalina y amorfa.²³ Posee un alto índice de refracción y baja dispersión óptica, siendo notablemente transparente a la luz infrarroja.⁵ Estas propiedades lo hacen fundamental en la fabricación de vidrios especiales para instrumentos ópticos de precisión, así como en la producción de fibra óptica y lentes.⁵ Además, el GeO₂ actúa como catalizador en diversas reacciones, incluyendo la polimerización (especialmente para la producción de polímeros PET utilizados en botellas de plástico y fibras), reacciones de oxidación y catálisis de hidrogenación.² El monóxido de germanio (GeO) es volátil y puede obtenerse por reacción a alta temperatura del dióxido de germanio con el germanio metálico.⁵

Halogenuros de Germanio

El germanio reacciona con los halógenos para producir di- y tetrahaluros.¹⁴ El tetracloruro de germanio (GeCl₄) es un producto intermedio clave en las aplicaciones industriales del germanio.⁶ Se utiliza como ácido de Lewis y catalizador en la síntesis de polímeros (PET), siendo este su uso principal actual.² Su volatilidad es explotada de manera crucial en la purificación del germanio.¹⁵ El tetrafluoruro de germanio (GeF₄) es gaseoso a temperatura ambiente y forma el complejo ácido fluogermánico (H₂GeF₆) cuando se disuelve en agua.¹⁴

Hidruros de Germanio

Los hidruros de germanio son análogos a los alcanos formados por el carbono, incluyendo el germanometano (GeH₄), germanoetano (Ge₂H₆) y germanopropano (Ge₃H₈).⁷ El GeH₄ puede ser producido por la reducción de GeCl₄ con hidruro de litio y aluminio o por la reducción de GeO₂ con borohidruro de sodio en solución acuosa.¹⁴ Se está investigando el isobutilgermano como una alternativa más segura y menos peligrosa al gas tóxico germano (GeH₄) utilizado en aplicaciones microelectrónicas. De manera similar, el hidruro de tris(trimetilsilil)germanio ((Me₃Si)₃GeH) ha sido investigado como una alternativa no tóxica para muchos hidruros de estaño.²⁷ Es importante destacar que, aunque el germanio elemental y la mayoría de sus compuestos tienen un bajo orden de toxicidad, el GeH₄ es altamente tóxico, con una concentración letal en el aire de 150 ppm y un valor límite umbral de exposición de 0.2 ppm. Puede causar alteraciones en el sistema nervioso, los riñones y la composición de la sangre, y muestra acción hemolítica en animales.¹⁴

Sulfuros de Germanio

El disulfuro de germanio (GeS₂) puede obtenerse reaccionando GeO₂ con azufre o mediante gasificación con H₂S, cuya insolubilidad permite su recuperación de soluciones ácidas.⁶ También se menciona el seleniuro de germanio (GeSe).⁶

Compuestos Organogermánicos

El primer compuesto organogermánico, el tetraetilgermano, fue sintetizado por Clemens Winkler en 1887.²⁷ El germanio forma derivados orgánicos como el tetraetilgermanio y el tetrafenilgermanio, similares a los de otros elementos de su familia.⁷ Estos compuestos se utilizan en la industria de la microelectrónica como precursores del dióxido de germanio en la deposición de vapor químico (por ejemplo, tetrametilgermanio y tetraetilgermanio), sirviendo como alternativas no tóxicas a muchos reactivos organoestánnicos.²⁷ A diferencia del carbono, los compuestos que contienen dobles enlaces Ge=C (germenos) y Ge=Ge (digermilenos) son generalmente inestables, aunque se conoce el germanobenceno (C₅H₆Ge).²⁷

Complejos

En solución acuosa, bajo las condiciones adecuadas, el germanio puede formar numerosos complejos. Los ácidos oxálico y tartárico, por ejemplo, reaccionan con el germanio en solución para formar complejos, como el oxalato complejo H₂Ge(C₂O₄)₃.¹⁴

Toxicología y Seguridad

El germanio elemental y la mayoría de sus compuestos tienen un bajo orden de toxicidad debido a su capacidad de difusión y rápida excreción.¹⁴ 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.² Dosis excesivas de germanio pueden lesionar los lechos capilares de los pulmones y provocar una diarrea marcada que lleva a deshidratación, hemoconcentración, caída de la presión arterial e hipotermia.² El hidruro de germanio (germano) es particularmente peligroso.

En cuanto al almacenamiento, el germanio metálico debe guardarse en recipientes que impidan el contacto con el aire, ya que se oxida lentamente.¹⁴ El tetracloruro de germanio está sujeto a las normas internacionales de transporte (ADR/RID-IMDG IATA).¹⁴

La capacidad del germanio para formar una amplia gama de compuestos (óxidos, haluros, hidruros, organogermánicos, complejos) y la prevalencia de su estado de oxidación +4, junto con el menos estable +2, reflejan su versátil comportamiento de enlace químico. Esta versatilidad se explota directamente en sus aplicaciones. Por ejemplo, la formación de GeCl₄ volátil es crucial para su purificación, mientras que las propiedades ópticas del GeO₂ se aprovechan en la fibra óptica. Los compuestos organogermánicos sirven como precursores en microelectrónica. Este amplio repertorio químico, desde óxidos estables hasta haluros volátiles y agentes complejantes, subraya por qué el germanio no es solo una materia prima, sino un bloque de construcción químico para tecnologías avanzadas. El desarrollo de alternativas más seguras a los hidruros tóxicos (como el isobutilgermano) demuestra un esfuerzo continuo por adaptar su química para procesos industriales más seguros y prácticos, reconociendo la toxicidad de algunos de sus compuestos.

6. Aplicaciones del Germanio

Las propiedades únicas del germanio lo convierten en un material indispensable para diversas aplicaciones de alta tecnología, especialmente en campos donde el rendimiento es crítico.

Electrónica y Semiconductores

Históricamente, el germanio fue fundamental para el desarrollo del primer transistor en 1947, sentando las bases de la electrónica moderna.¹ Actualmente, se utiliza en la fabricación de diodos, transistores, circuitos integrados y otros componentes electrónicos.⁶ Una de sus ventajas clave es su mayor movilidad de electrones en comparación con el silicio, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta velocidad.¹⁷ El germanio ha experimentado un resurgimiento en semiconductores de alta gama, como los LED y los paneles solares.⁹ Además, las aleaciones de silicio-germanio (Si-Ge) se emplean para mejorar la conductividad eléctrica y la estabilidad térmica en semiconductores, con potencial para sustituir al arseniuro de galio (GaAs) en las telecomunicaciones inalámbricas.² Los diodos de germanio siguen siendo una solución confiable y rentable en la industria electrónica.²⁸

Óptica e Infrarrojos

Una de las aplicaciones más importantes del germanio es en la industria de la fibra óptica, donde sus propiedades mejoran significativamente la transmisión de luz infrarroja.⁵ Las fibras dopadas con germanio son esenciales para la comunicación óptica.⁶ En el campo de la óptica infrarroja, el germanio es crucial para la fabricación de lentes, prismas y ventanas utilizados en sistemas de imágenes térmicas, dispositivos de visión nocturna y detectores infrarrojos.³ El dióxido de germanio (GeO₂), con su alto índice de refracción y baja dispersión óptica, es ideal para lentes de cámara gran angular e instrumentos ópticos de precisión.⁵

Energía Solar

El germanio se utiliza en células solares de alta eficiencia, especialmente en aplicaciones espaciales, debido a su capacidad para funcionar eficazmente en condiciones adversas.⁶ Su naturaleza química estable, alto índice de refracción y buena conductividad eléctrica mejoran significativamente la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares.⁸ Los sustratos finos de germanio se emplean en células solares de triple unión III-V y en sistemas de energía fotovoltaica concentrada (CPV).¹⁷

Metalurgia y Aleaciones

El germanio se utiliza como agente endurecedor en aleaciones de aluminio, magnesio y estaño.² También se emplea como agente aleante en la producción de ciertos aceros para mejorar la dureza y la resistencia a la corrosión.⁶ Una aleación de oro (88%) y germanio (12%) se utiliza en joyería para realizar soldaduras de piezas de oro.² Las aleaciones de germanio-aluminio son valiosas para componentes aeroespaciales y de ingeniería avanzada que requieren alta resistencia a la corrosión.²³

Catalizadores

El dióxido de germanio (GeO₂) actúa como catalizador en diversas reacciones, incluyendo la polimerización (especialmente para la producción de polímeros PET), reacciones de oxidación (para producir aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos) y catálisis de hidrogenación.² El tetracloruro de germanio (GeCl₄) también se utiliza como catalizador en la síntesis de polímeros (PET), siendo este uno de sus usos principales actuales.²

Campo Médico y Biológico

El germanio ha sido investigado por sus propiedades bactericidas, dada su escasa toxicidad para los mamíferos.² Se estudia su potencial uso en radiotrazadores, medicamentos terapéuticos, materiales biocompatibles y biosensores.⁸ Aunque existen afirmaciones sobre su capacidad para mejorar el sistema inmunológico en pacientes con cáncer y sus propiedades antienvejecimiento o anticancerígenas, se advierte que el consumo excesivo puede ser perjudicial.⁵

Otras Aplicaciones

Otras aplicaciones incluyen la fabricación de nano-cables ²⁶, la producción de fósforos (cerillas) ²⁶ y su uso en detectores de rayos X (detectores Si-Li y Ge-Li).¹

Germanio vs. Silicio: Evolución en la Tecnología

Históricamente, el silicio ha reemplazado al germanio en muchas aplicaciones de semiconductores debido a su mayor abundancia, menor costo ²⁰ y, crucialmente, su capacidad para operar a temperaturas mucho más altas que el germanio.²⁴ Sin embargo, el germanio no ha desaparecido del panorama tecnológico. Su mayor movilidad de electrones lo hace superior para aplicaciones de alta velocidad y ciertas células solares de alta eficiencia.¹⁷ Además, su transparencia única a la radiación infrarroja es insustituible para sus nichos de aplicación.³

El resurgimiento del germanio en la tecnología moderna se debe a las innovaciones en los procesos de fabricación que lo hacen más accesible y rentable. Los semiconductores avanzados basados en germanio ofrecen una mayor eficiencia y rendimiento para diversas aplicaciones, incluidas las telecomunicaciones y la computación.²⁰ Esto se observa en su uso en semiconductores de alta gama como los LED y los paneles solares, y en la continua utilidad de los diodos de germanio.⁹

Las aplicaciones del germanio no son generales, sino altamente especializadas, impulsadas por sus propiedades únicas (transparencia infrarroja, alta movilidad de portadores, pequeña banda prohibida). Esto explica su estatus de «recurso estratégico». Si bien el silicio domina la electrónica general debido a su abundancia y rendimiento a altas temperaturas, el germanio llena nichos críticos donde sus ventajas específicas son indispensables, como en células solares espaciales, óptica infrarroja y telecomunicaciones de alta velocidad. El resurgimiento del germanio no implica un reemplazo generalizado del silicio, sino un aprovechamiento de sus atributos únicos para las aplicaciones de próxima generación, de alto rendimiento y de nicho. Esto destaca una tendencia más amplia en la ciencia de los materiales: el valor creciente de los materiales con propiedades específicas y adaptadas para las fronteras tecnológicas avanzadas, incluso si son raros o costosos de purificar.

7. Conclusiones

El germanio, un metaloide con una historia que valida los principios de la química y la física, ha evolucionado desde una curiosidad predicha por Mendeléyev hasta un componente crítico en la tecnología moderna. Su descubrimiento por Winkler y su papel seminal en el primer transistor de Bell Labs marcaron el inicio de la era de los semiconductores, cimentando su importancia histórica.

La obtención del germanio es un proceso complejo y costoso, caracterizado por su recuperación principal como coproducto de la metalurgia del zinc, lo que lo convierte en un recurso estratégico con una cadena de suministro susceptible a las dinámicas de otros mercados. La purificación a niveles de pureza extrema (hasta 9N) mediante técnicas como el refinado por zonas es fundamental para su aplicación en dispositivos de alta tecnología, ya que incluso trazas de impurezas pueden alterar drásticamente sus propiedades.

Las propiedades físicas del germanio, como su estructura cristalina similar al diamante, su comportamiento semiconductor con una pequeña banda prohibida y, crucialmente, su transparencia a la radiación infrarroja y alta movilidad de portadores, son inherentes a su estructura atómica y lo hacen insustituible en nichos específicos. Químicamente, su reactividad controlada —inercia bajo condiciones ambientales pero reactividad específica bajo condiciones energéticas— es explotada en su purificación y síntesis de compuestos, permitiendo su procesamiento sin comprometer la integridad del material en los dispositivos finales.

La versatilidad del germanio se manifiesta en la diversidad de sus compuestos (óxidos, haluros, hidruros, organogermánicos), cada uno con aplicaciones específicas que van desde catalizadores de polimerización hasta precursores en microelectrónica. A pesar de la toxicidad de algunos de sus hidruros, la investigación continua busca desarrollar alternativas más seguras, lo que demuestra un esfuerzo constante por adaptar su química para usos prácticos y seguros.

En resumen, aunque el silicio domina la electrónica general debido a su abundancia y costo, el germanio mantiene un papel indispensable en aplicaciones de alto valor y rendimiento. Su transparencia infrarroja, alta movilidad de electrones y capacidad para formar aleaciones especializadas lo posicionan en la vanguardia de la fibra óptica, la óptica infrarroja, las células solares de alta eficiencia y los semiconductores avanzados. El germanio no es un material de uso masivo, sino un elemento estratégico cuyas propiedades únicas justifican la complejidad de su obtención y purificación, impulsando la innovación en las fronteras tecnológicas.

Obras citadas

Germanio | Metales y aleaciones | Indium Corporation, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://www.indium.com/es/products/metals/germanium/
Germanio – Wikipedia, la enciclopedia libre, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://es.wikipedia.org/wiki/Germanio
Germanio | PPT – SlideShare, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://es.slideshare.net/slideshow/germanio-13894563/13894563
Semiconductor – Wikipedia, la enciclopedia libre, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
8.7.5: Química del germanio (Z=32) – LibreTexts Español, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://espanol.libretexts.org/Quimica/Qu%C3%ADmica_Inorg%C3%A1nica/Mapa%3A_Qu%C3%ADmica_Inorg%C3%A1nica_(LibreTextos)/08%3A_Qu%C3%ADmica_de_los_Elementos_del_Grupo_Principal/8.07%3A_Grupo_14/8.7.05%3A_Qu%C3%ADmica_del_germanio_(Z%3D32)
Germanio: Elemento Propiedades y usos – Stanford Advanced Materials, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://www.samaterials.es/blog/germanium-element-properties-and-uses.html
Germanio – Educaplus.org, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://www.educaplus.org/sp2002/4propiedades/4_32.html
Un elemento maravilloso – Metal germanio (Ge) – VIMATERIAL, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://vimaterial.de/es/un-elemento-maravilloso-germanio-ge/
Reducción de germanio – ResinTech, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://www.resintech.com/applications/reduccion-de-germanio/?lang=es
10 Fabricantes de Germanio en 2025 – Metoree, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://es.metoree.com/categories/6916/
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