- Оксид германия(IV)
-
Диоксид германия Общие Систематическое наименование Оксид германия(IV) Сокращения ACC10380, G-15 Химическая формула GeO2 Физические свойства Состояние (ст. усл.) белый порошок, бесцветные кристаллы Молярная масса 104.61 г/моль Плотность 4.228 г/см³ Термические свойства Температура плавления 1116[1] °C Температура кипения 1200[1] °C Оптические свойства Показатель преломления 1,7 Классификация Рег. номер CAS 1310-53-8 RTECS LY5240000 Оксид германия(IV) (диоксид германия, двуокись германия) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение германия с кислородом. Химическая формула .
Содержание
Структура
Формы диоксида германия очень сильно схожи с диоксидом кремния. Существует в виде двух кристаллических модификаций и третьей — аморфной:
- Гексагональный β-GeO2 имеет такую же структуру как α-кварц, германий имеет координационное число 4, пространственная группа P3121 или P3221, параметры элементарной ячейки a = 0,4972 нм, c = 0,5648, Z = 3, d20 = 4,70 г/см³.
- Тетрагональный α-GeO2 (минеральная форма — аргутит (англ. argutite)) имеет структуру типа SnO2, германий имеет координационное число 6, параметры элементарной ячейки а = 0,4395 нм, с = 0,2860 нм, d20 = 6,24 г/см³. Под высоким давлением переходит в ромбическую форму, структура типа CaCl2.[2].
- Аморфный GeO2 похож на стекловидный кварц, растворяется в воде.
Тетрагональный диоксида германия при 1033 °C переходит в гексагональную форму. ΔHα → β = 21,6 кДж/моль.
Некоторые свойства диоксида германия Показатель Кристаллическая модификация Стеклообразный GeO2 α β T.пл., °C 1086 1115 — Плотн., г/см³ 6,277 4,28 3,667 K−1 5,36·10−5(298—698 K) 9,5·10−6(298—798 K) 7,5·10−6(298—698 K) ΔHпл., кДж/моль 21,1 17,6 — моль -580,15 -554,71 -539,00 Получение
Получают двуокись германия гидролизом GeCl4 с последующей просушкой и прокаливанием осадка при 900 °C. При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO2.
При температуре выше 700 °C при помощи окисления германия получается двуокись германия:
Гидролизом сульфид германия(IV) в кипящей воде:
Растворяя германий в разбавленной азотной кислоте:
Окислением сульфида германия(II) концентрированной горячей азотной кислотой:
Гидролизом или окислением германоводородов:
Разрушение германатов разбавленной азотной кислотой:
Химические свойства
α-GeO2 и аморфный GeO2 химически более пассивны, поэтому химические свойства описывают для β-GeO2.
Нагревание диоксида германия при температуре 1000 °C дает оксид германия (GeO) [3]:
Восстанавливается водородом и углеродом до металлического германия при нагревании:
Диоксид германия растворяется в воде, образуя слабую метагерманиевую кислоту:
Растворяется в щелочах, с разбавленными образует соли метагерманиевой кислоты, с концентрированными — ортогерманиевой:
Серый нитрид германия (Ge3N4) может быть получен действием NH3 на металлический германий (или GeO2) при 700 °C[4]:
Взаимодействует с галогеноводородами:
При нагревании разрушает соли более слабых кислот с образованием германатов:
С окислами щелочных металлов, в зависимости от их количества, образует различные германаты:
Применение
Двуокись германия является промежуточным продуктом при производстве чистого германия и его соединений.
Двуокись германия имеет показатель преломления ~1,7, что позволяет использовать его в качестве оптического материала для широкоугольных объективов и в линзах объективов оптических микроскопов. Прозрачен в инфракрасном диапазоне спектра.
Смесь диоксида кремния и диоксида германия используется в качестве материала для оптических волокон [5]. Изменяя соотношения компонентов позволяет точно управлять преломлением света. Двуокись германия позволяет заменить диоксид титана в качестве легирующей примеси, что исключает необходимость в последующей термической обработке, которая делает волокно хрупким.[6]
Двуокись германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталовой смолы [7].
Используется в качестве сырья для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов.
Токсичность
Двуокись германия имеет низкую токсичность, но при более высоких дозах является нефротоксином. Двуокись германия используется в некоторых БАДах[8].
Примечания
- ↑ 1 2 Важнейшие соединения германия.(недоступная ссылка — история) Проверено 16 апреля 2010.
- ↑ Structural evolution of rutile-type and CaCl2-type germanium dioxide at high pressure, J. Haines, J. M.Léger, C.Chateau, A. S.Pereira, Physics and Chemistry of Minerals, 27, 8 ,(2000), 575—582,DOI:10.1007/s002690000092
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9
- ↑ Химия, элементы таблицы Менделеева (рус.) документ 12, страница 17. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012. Проверено 14 мая 2010.
- ↑ Robert D. Brown, Jr. GERMANIUM. U.S. Geological Survey (2000). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
- ↑ Chapter Iii: Optical Fiber For Communications
- ↑ Thiele, Ulrich K. (2001). «The Current Status of Catalysis and Catalyst Development for the Industrial Process of Poly(ethylene terephthalate) Polycondensation». International Journal of Polymeric Materials 50 (3): 387 – 394. DOI:10.1080/00914030108035115.
- ↑ Tao, S.H. and Bolger, P.M. (June 1997). «Hazard Assessment of Germanium Supplements». Regulatory Toxicology and Pharmacology 25 (3): 211–219. DOI:10.1006/rtph.1997.1098.
Ссылки
- Диоксид германия на сайте XuMuK.ru
Категории:- Соединения германия
- Бинарные соединения
- Неорганические вещества
- Оптические материалы
- Соединения кислорода
- Оксиды
Wikimedia Foundation. 2010.